电控EGR阀综合性能测试系统的研制

毛 翎,蒋 庆,刘琦岽,陈泽熹

(中国计量大学 计量测试工程学院，杭州 310018)

电控EGR阀综合性能测试系统的研制

毛 翎,蒋 庆,刘琦岽,陈泽熹

(中国计量大学 计量测试工程学院，杭州 310018)

电控EGR阀是废气再循环技术中重要部件，主要包括步进电机式、电磁式和直流电机式，目前针对电控EGR阀测试系统研究尚不充分；为了实现对电控EGR阀各项技术指标的测试，研制了一套电控EGR阀综合性能测试系统；系统由驱动单元、控制单元、测试单元组成；驱动单元以电控EGR阀驱动器为驱动核心，控制单元以可编程控制器为控制核心，测试单元由各项指标的测试模块组成；通过对各项技术指标测试工艺流程设计，系统实现了对电控EGR阀流量特性、内漏性能、响应时间和阀内位置感应器性能的自动测试；实验结果表明，该系统稳定可靠，各项参数的机器能力指数Cmk均超过1.67，满足技术要求；系统提供了一种针对电控EGR阀综合性能的测试方案，并成功应用于某企业电控EGR阀生产测试车间。

电控EGR;综合性能;测试;机器能力指数

0 引言

废气再循环技术(EGR)是机动车污染防治行业中的六大技术之一，其原理是将发动机排气口废气导入发动机气缸，降低气缸燃烧温度，从而降低尾气中氮氧化物含量。EGR阀在废气循环过程中起到了引流作用。EGR阀有真空式和电控式等类型。电控EGR阀主要有步进电机式、电磁式以及直流电机式等。电控式EGR阀由于具有响应快、精度高等优点，逐渐成为行业发展方向。目前对电控EGR阀的综合性能测试方法和综合测试系统的研究尚不充分，为此本文设计了一种电控式EGR阀综合性能测试系统，实现了对3种电控EGR阀各项性能的自动测试。

1 工作原理及技术要求

1.1 工作原理

如图1所示，步进式EGR阀利用4个场效应管按照四相八拍的方式驱动步进电机A、B两对相位，通过步进电机的转动带动阀杆移动，从而控制阀口开度大小。

图1 步进式EGR阀驱动原理

如图2所示，电磁式EGR阀利用PWM信号控制平均电流，从而控制比例电磁铁调节阀杆位置。其中二极管起到续流作用，电感减缓电流波动，电容减小纹波。

图2 电磁式EGR阀驱动原理

如图3所示，直流电机式EGR阀利用H桥电路控制电机转矩方向，通过PWM信号改变及转矩大小，从而控制阀杆位移的大小及方向。

图3 直流电机式H桥驱动原理

1.2 技术要求

系统技术指标及测试要求如表1所示，包括内漏性能、流量特性、响应时间以及位置感应器特性。

表1 技术指标及测试要求

内漏性能是指EGR阀全关时，阀的内漏流量；流量特性是指EGR阀在入口压力稳定时流量与开度的对应关系；响应时间为EGR阀从接收全开信号至实际开度达到80%时所用时间；位置感应器特性是指EGR阀内置的位置感应器输出电压与阀杆实际位移的关系。

步进式EGR阀无内置位置感应器，因此只需进行内漏测试和流量特性测试。

2 系统方案设计

如图4所示，系统电气部分包含3个单元：控制单元，驱动单元，测试单元。控制单元为系统的控制核心，负责控制系统测试工艺流程，存取工艺参数，实现人机交互等功能；驱动单元为系统的执行部分，功能包括对测试管路的开关控制，对EGR阀的驱动等；测试单元分为4个工位，实现对3种EGR阀各项指标的测试和对位置感应器特性的测试。

图4 系统整体方案

2.1 控制单元

控制单元包括PLC和人机交互。PLC作为控制核心，其IO输入输出用于压力开关检测、继电器控制、启动急停按键等；流量传感器、压力传感器等模拟输入以及电控比例阀的模拟输出信号由AD/DA模块采样或输出；PLC串口模块用于与人机交互模块以及EGR驱动器进行通信。

人机交互模块选用MCGS触摸屏，能够实现参数的设置、数据实时监控、曲线绘制、历史数据查询与导出等功能。

2.2 驱动单元

驱动单元核心是EGR阀驱动器。EGR阀驱动器为自主研发的控制器，用于驱动3种EGR阀。EGR阀驱动器以四相八拍方式驱动步进电机式EGR阀，以PWM信号驱动电磁式EGR阀，以PWM信号配合H桥电路驱动直流电机式EGR阀。

驱动器以PIC单片机为核心，配以驱动电路、AD采集、RS232接口、液晶显示、按键输入等。

2.3 测试单元

测试单元共分为4个工位，前三工位测试3种阀的各项性能，第四工位测试电磁式和直流电机式的位置感应器特性。测试单元包含以下测试模块。

2.3.1 内漏测试模块

内漏测试模块的气路原理如图5所示。其中关键部件为减压阀和流量计。根据技术要求，选用符合调压范围的减压阀，流量计量程为0.5～10 L/min,精度为1.5%FS。

图5 内漏测试模块气路原理

2.3.2 流量特性测试模块

流量特性测试模块如图6所示。3种EGR阀流量范围不同，选用4个不同量程精度的流量计以满足要求。四个流量计的精度相同都为1.5%FS，量程不同，分别为1～30 L/min、10～500 L/min、50～1 000 L/min、50～1 000 L/min。

电控比例阀用于控制阀口压力，它与阀口的压力传感器形成负反馈控制，能够使阀体测试时保证入口压力稳定。电控比例阀调压范围为0～0.5 MPa，压力传感器电流输出4～20 mA，量程0～100 kPa，精度0.1%FS。

图6 流量特性测试模块

2.3.3 位置感应器特性测试模块

传感器特性测试模块直接将高精度位移传感器连接到阀杆上，驱动EGR阀，在不同开度下，记录实际位移与位置感应器输出特性曲线。高精度位移传感器量程为12 mm，4～20 mA输出信号。精度达到8 μm。

3 系统软件设计

3.1 内漏测试

进行内漏测试时，首先将EGR阀关闭，通过减压阀将阀口压力稳定在规定压力范围内，打开内漏阀，待压力稳定后，记录此时内漏流量计的流量。

3.2 流量特性测试

如图7所示，测试流量特性时，假设测试n个点，则将这n个点的开度对应流量连接起来，该折线即为流量特性曲线。测试点越多，曲线越精确，测试周期越长。因为3种阀最大流量不同，为了满足小流量时测试的精度，在较小的流量区间范围内选用量程小的流量计，当流量超出流量区间后，将流量阀切换到较大量程的流量计。

图7 流量特性测试软件流程图

3.3 位置感应器特性测试

位置感应器特性测试如图8所示，测试位置感应器特性时，驱动EGR阀从全闭到全开，记录各个开度下位置感应器输出电压与实际位移的对应关系。

图8 位移特性测试流程图

3.4 响应时间测试

测试响应时间时，先驱动EGR阀关闭，一秒后驱动EGR阀全开，待AD采样信号达到位移传感器最大输出信号的80%时，记录此时所用时间，该时间为阀响应时间。

4 测试结果及数据分析

在不改变产品批次、工装夹具、操作员的情况下，连续对某企业3种标准阀进行50次内漏测试。测试结果如图9所示。

图9 内漏测试结果

对电磁式EGR阀和直流电机式EGR阀进行50次响应时间测试，测试结果如图10。

图10 响应时间测试结果

对3种标准阀在固定开度下进行20次流量特性测试，记录流量，测试结果如表2所示，对3种阀的两种开度下流量实测值取平均值，再将平均值与标准值比较，得出相对误差，系统相对误差不超过1.5%。

表2 定点开度流量值 (单位：L/min)

Cmk是汽车行业内各种设备验收测试的重要依据，依照实验数据对各项指标的Cmk进行计算。计算结果如表3所示。各项测试指标的Cmk≥1.67，满足技术要求。

表3 各指标Cmk计算

5 结束语

本论文提出的电控EGR阀综合性能测试系统能较好的测试电控EGR阀的内漏流量、响应时间、流量特性以及内置位置感应器的准确度等综合性能指标，为企业的新产品研发提供了一种测试方案，并已成功应用于某企业电控EGR阀测试车间。

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Development of Comprehensive Performance Test System for Electronically Controlled EGR Valve

Mao Ling, Jiang Qin, Liu Qidong, Chen Zexi

(College of Metrology and Testing Engineering, China JiLiang University, Hangzhou 310018，China)

Electronically controlled EGR valve is an important part in the technology of exhaust gas recirculation, which includes the type of stepper motor, electromagnetic and DC motor. However, the research on electronic controlled EGR valve test system is not enough. So a comprehensive performance test system is developed. The system is composed of drive unit, control unit and test unit. Electronically controlled EGR valve drive is the drive core of the drive unit. The control unit is the core of the control unit, and the test unit is composed of the test modules of each index. Through the technical index test process design, system has realized the EGR valve flow characteristic, the internal leakage performance, the response time and the valve position sensor performance automatic test. Experimental results show that the system is stable and reliable, the parameters of the machine capability index Cmk are more than 1.67, accords with the technical requirements. The system provides a test plan for the comprehensive performance of the EGR valve, and successfully applied to the production and testing workshop of a company's electronic control EGR valve.

electrically controlled EGR; comprehensive performance; test; machine capability index

2016-08-17；

2016-09-22。

毛 翎(1991-)，男，安徽宁国人，硕士研究生，主要从事自动化检测及微型计算机应用方向的研究。

蒋 庆(1970-)，男，陕西人，教授，硕士研究生导师，主要从事生产过程自动测控技术的研究。

1671-4598(2017)01-0009-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.01.003

TP216

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