应用TRIZ创新理论解决EGR冷却器冷却温度控制问题.docVIP

应用TRIZ创新理论解决EGR冷却器问题 摘要：TRIZ理论是发明问题解决理论，是由解决技术问题，实现创新的各种方法、算法组成的综合理论体系。本文主要阐述TRIZ创新理论及其在解决EGR冷却器冷却温度控制的技术难题上的应用，以实际的案例讲述了TRIZ的方法和工具在解决工程技术问题上的应用。 关键词：TRIZ、EGR冷却器、温度控制 创新是人类特有的认识能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力 随着环境污染的日益严重，国内外对发动机排放的要求越来越严格，如何降低发动机排气污染物，特别是NOx和PM的排放，已成为目前内燃机行业研究的重要课题。EGR（exhaust gas recirculation，废气再循环）技术是降低NOx气体排放有效的手段，系统主要构成有EGR冷却器、EGR阀以及EGR连接管路。EGR冷却器内部分为气路侧和水路侧，通过将流经的废气与循环水进行热交换来实现将废气温度降低。 发动机实际运行工况范围较广，在不同的工况下，流经EGR冷却器的废气流量存在较大差异，常规的水冷式EGR冷却器就会存在冷却不足或冷却过剩的问题，EGR冷却器冷却温度存在不可控制性。研究表明[1]，当EGR冷却器冷却温度控制在120~180℃范围时，发动机的排放和性能可达到最优水平。废气温度过高，则导致实际进入发动机气缸的气体温度过高，发动机燃烧变差，导致性能恶化；废气温度过低，容易在EGR冷却器内部产生结胶，长时间使用后结胶加剧，导致EGR冷却器的堵塞、冷却效率下降等。因此，如何解决EGR冷却器冷却温度控制问题，对发动机性能与排放至关重要。 TRIZ理论 TRIZ是发明问题解决理论，是俄文转为拉丁文的缩写，是由苏联工程师、发明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）于1946年开始，在研究了来自于世界各国的大量高水平的发明专利的基础上，提出的一套体系相对完整的发明问题解决理论。 TRIZ的核心思想：技术系统的进化过程不是随机的，而是有客观规律可以遵循，这种规律在不同领域反复出现；解决本领域技术问题的最有效的原理与方法，往往来自其他领域的科学知识。 TRIZ的基本理论体系框架： TRIZ解题流程： 应用TRIZ解决EGR冷却器温度控制问题 系统的定义及问题描述 采用TRIZ定义系统的SVOP模式，本系统定义为：EGR冷却器降低发动机废气温度。 图1 EGR冷却器 问题描述：EGR技术，即废气再循环技术，是将发动机一部分的废气经EGR冷却器冷却后再送回发动机气缸，参与燃烧过程，降低了燃烧温度及减少混合气含氧量，有效抑止发动机尾气中的NOx排放物的生成。废气中含碳烟及硫化物等腐蚀性物质，当废气温度过低时，废气中的腐蚀性物质就会与EGR冷却器内部管路发生化学反应，产生积碳、结胶，堵塞、损坏EGR冷却器管路，影响EGR冷却器冷却效率。 系统分析 针对EGR冷却器系统，进行系统组件分析。发动机废气为系统作用对象，冷却液为超系统，其余为系统组件，其相互作用关系见图2。 图2 EGR冷却器系统分析 利用TRIZ的CAI工具，将系统存在的问题转化为How to 模型： 1、There is uncontrolable 热量交换 of通气管和冷却液腔，How to control热量交换 of通气管和冷却液腔？ 2、There is uncontrolable 冷却后温度of 发动机废气，How to control冷却后温度of 发动机废气？ 运用矛盾分析寻找解决方案 通过系统组件功能的分析，由于发动机运行工况复杂，不同工况下，通过EGR冷却器的废气流量不同，导致了EGR冷却器冷却温度时高时低。废气温度过低，容易在EGR冷却器内部产生结胶，长时间使用后结胶加剧，导致EGR冷却器的堵塞、冷却效率下降。而过高的废气温度又导致发动机的性能和排放恶化。这样，EGR冷却器冷却温度既要高又要低，形成了一组物理矛盾。 运用物理矛盾的解决方法，采用时间分离、空间分离。根据发动机不同的使用工况，设置EGR冷却器旁通阀，将通过EGR冷却器的废气进行分流控制。当所需的废气流量较小时，废气不经EGR冷却器直接进入发动机；当所需废气流量较大时，废气经EGR冷却器冷却后进入发动机。 图3 EGR冷却器旁通阀结构示意图 采用带旁通装置的EGR冷却器，一定程度上可扩展EGR冷却器的控制范围，改善了EGR冷却器冷却温度，但仅通过一个简单的开关阀，稳定性难以控制，这就影响了EGR冷却器的可靠性。由此可分离出一组技术矛盾：采用EGR冷却器旁通阀后，改善了温度，恶化了可靠性。查找矛盾矩阵，相应的创新原理有：19#周期性作用原理、35#物理或化学参数改变原理、3#局部质量原理、10#预先作用原理。 参照10#预先作用原理，