CN110925061A - 发动机排气温度提升装置及发动机排气温度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种发动机排气温度提升装置及发动机排气温度的控制方法，发动机排气温度提升装置连接发动机的排气口，发动机排气温度提升装置包括：涡轮增压器具有增压器进气口与增压器出气口，排气歧管连接增压器进气口；SCR装置连接增压器出气口，旁通支管的一端连接增压器进气口，另一端连接增压器出气口；旁通阀，旁通阀设置在旁通支管上；执行器，执行器具有一动力输出轴，动力输出轴连接旁通阀；电控单元与执行器电连接；温度传感器与电控单元电连接，温度传感器位于SCR装置的进气口。发动机尾气的温度较高，当旁通阀打开后，发动机的尾气直接从排气歧管进入SCR装置，从而能够提升SCR装置内的温度，提升SCR的转化效率，使氮氧化物排放达标。

Description

发动机排气温度提升装置及发动机排气温度的控制方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种发动机排气温度提升装置及发动机排气温度的控制方法。

背景技术

柴油机普遍应用于汽车领域，为达到氮氧化物的高排放标准，柴油发动机的尾气需要采用SCR(选择性催化还原)装置才能够满足国六的排放标准，由于SCR必须运行在250°～450°才具有非常高效的转化效率，但发动机在运行过程中有一部分区域排气温度达不到250°，导致SCR转化效率低下，氮氧化物排放超标。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种发动机排气温度提升装置，旨在解决现有技术中的发动机发动机在运行过程中有一部分区域排气温度达不到250°，导致SCR转化效率低下，氮氧化物排放超标的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种发动机排气温度提升装置，所述发动机排气温度提升装置连接发动机的排气口，所述发动机排气温度提升装置包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器具有增压器进气口与增压器出气口；

排气歧管，所述排气歧管连接所述增压器进气口；

SCR装置，所述SCR装置连接所述增压器出气口；

旁通支管，所述旁通支管的一端连接所述增压器进气口，另一端连接所述增压器出气口；

旁通阀，所述旁通阀设置在所述旁通支管上；

执行器，所述执行器具有一动力输出轴，所述动力输出轴连接所述旁通阀；

电控单元，所述电控单元与所述执行器电连接；

温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接，所述温度传感器位于所述SCR装置的进气口。

可选的，所述发动机排气温度提升装置还包括：

氧化催化器，所述氧化催化器连接在所述旁通支管上。

可选的，所述发动机排气温度提升装置还包括颗粒捕集器，所述颗粒捕集器连接在所述氧化催化器及所述SCR装置之间。

可选的，所述颗粒捕集器与所述氧化催化器之间设有温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接。

可选的，所述执行器为步进电机。

本发明还提出发动机排气温度的控制方法，所述发动机排气温度的控制方法包括如下步骤：

获取发动机排气温度提升装置的SCR装置的进气口温度；

在所述进气温度小于或等于预设的第一温度阈值时，控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀。

可选的，所述发动机排气温度的控制方法还包括：

在所述进气口温度低于预设的第一温度阈值时，获取发动机的输出扭矩；

在所述输出扭矩小于或等于预设的输出扭矩时，执行所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤。

可选的，所述控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤之后，还包括：

预设时间间隔后，或者所述旁通阀打开至预设开度后，检测所述SCR装置的当前进气口温度；

在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器以使所述旁通阀保持在所述预设开度。

可选的，所述控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤之后，还包括：

在所述当前进气口温度小于或等于所述预设的第一温度阈值时，保持所述执行器运转，以继续增大所述旁通阀的开度。

可选的，所述在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器以使所述旁通阀保持在所述预设开度的步骤之后，还包括：

获取颗粒捕集器的进气温度；

在所述颗粒捕集器的进气温度小于预设的第二温度阈值，控制发动机增加喷射燃油次数。

本发明技术方案提出的发动机排气温度提升装置连接发动机的排气口，涡轮增压器具有增压器进气口与增压器出气口，排气歧管连接所述增压器进气口；SCR装置连接所述增压器出气口，旁通支管的一端连接所述增压器进气口，另一端连接所述增压器出气口，旁通阀设所述旁通支管上，执行器具有一动力输出轴，动力输出轴连接旁通阀，执行器与温度传感器均与所述电控单元电连接，温度传感器位于SCR装置的进气口以检测SCR装置的进气口温度，发动机尾气的温度较高，当旁通阀打开后，发动机的尾气不流经涡轮增压器内的涡轮，也即，发动机的尾气不带动涡轮做功，而是从增压器进气口经旁通支管进入SCR装置，从而能够提升SCR装置内的温度，提升SCR的转化效率，使氮氧化物排放达标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明发动机排气温度提升装置中涡轮增压器的部分结构示意图；

图2为本发明中发动机的运行图；

图3为本发明发动机排气温度的控制方法的一实施例的流程示意图；

图4为本发明发动机排气温度的控制方法的进一步实施例的流程示意图；

图5为本发明发动机排气温度的控制方法的第三实施例的流程示意图；

图6为本发明发动机排气温度的控制方法的第四实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为实现上述目的，本发明提出一种发动机排气温度提升装置，所述发动机排气温度提升装置连接发动机的排气口，所述发动机排气温度提升装置包括：

涡轮增压器(如图1所示)，所述涡轮增压器具有增压器进气口与增压器出气口；

排气歧管，所述排气歧管连接所述增压器进气口；

SCR装置，所述SCR装置连接所述增压器出气口；

旁通支管，所述旁通支管的一端连接所述增压器进气口，另一端连接所述增压器出气口；

旁通阀20，所述旁通阀20设置在所述旁通支管上；

执行器10，所述执行器10具有一动力输出轴11，所述动力输出轴11连接所述旁通阀20；

电控单元，所述电控单元与所述执行器10电连接；

温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接，所述温度传感器位于所述SCR装置的进气口。

在本实施例中，排气歧管的一端连接发动机的排气口，另一端连接涡轮增压器，发动机排出的尾气进入到涡轮增压器，驱动涡轮增压器内的涡轮工作，以使空气压缩得到增压后的空气进入到发动机。本实施例中，旁通阀20设置在旁通支管上并位于增压器进气口处，旁通支管的一端连接增压器进气口，另一端连接增压器出气口，从而为发动机尾气提供了一个可不经过涡轮增压器中的涡轮做功的气体通道，旁通阀20打开后，发动机的尾气不流经涡轮增压器内的涡轮，而是从增压器进气口经旁通支管直接进入SCR装置，从而能够提升SCR装置内的温度，提升SCR的转化效率，使氮氧化物排放达标。

当温度传感器检测到SCR装置的进气口温度过低时，电控单元控制执行器10启动，以打开旁通阀20。旁通阀20的开启程度可根据温度传感器的反馈逐步按比例调节，如，起初打开最小比例，经过一段时间后再次检测到的温度依然过低，再进一步打开旁通阀20的开启程度。

执行器10可以为步进电机，安装在涡轮增压器上，执行器10的动力输出轴11与旁通阀20连接，步进电机接收来自电控单元的脉冲信号，每一脉冲信号都驱动步进电机转动一固定的角度，使旁通阀20打开，脉冲信号越多，旁通阀20的开度越大，该脉冲信号由电控单元向步进电机发出。本实施例中，温度传感器检测到的SCR装置的进气口温度越低，电控单元向步进电机发出的脉冲信号数量越多。

可以理解的，温度传感器可以为多个，所述多个温度传感器并不仅限于安装在SCR装置的进气口，还可以分布在SCR装置的出气口以及SCR装置的内部。

进一步的，所述发动机排气温度提升装置还包括：

氧化催化器，所述氧化催化器连接在所述增压器出气口与SCR装置的进气口之间。

催化氧化器连接在旁通支管上，本实施例中，催化氧化器连接在增压器出气口与SCR装置的进气口之间，用于催化氧化发动机尾气中的HC和CO，以使发动机尾气达到排放标准。催化氧化器的进气口或排气口可设置温度传感器，以检测气体是否处于适合催化氧化器工作的温度范围内。可以理解的，催化氧化器的也可以连接在SCR装置之后。同时，发动机尾气经过催化氧化器后温度提升，在催化氧化器中NO发生氧化反应生成NO₂，为后续SCR装置中的化学反应提供所需的NO₂(提升NO₂的浓度有利于提升SCR装置中NO_x的转化效率)。

具体的，所述发动机排气温度提升装置还包括颗粒捕集器，所述颗粒捕集器连接在所述氧化催化器及所述SCR装置之间。

颗粒捕集器用于处理发动机尾气中的颗粒物，以保证汽车尾气中的PM(微粒物排放量)及PN(固体悬浮微粒质量/颗粒数量)满足排放标准。颗粒捕集器位于氧化催化器及SCR装置之间，发动机尾气经氧化催化器升温后进入颗粒捕集器并进一步进入到SCR装置。

可选的，所述颗粒捕集器与所述氧化催化器之间设有温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接。

在本实施例中，颗粒捕集器与氧化催化器之间设置温度传感器以用于监测颗粒捕集器的进气温度，颗粒物在颗粒捕集器内燃烧再生，因此颗粒捕集器内气体的温度较高，达到550℃左右，温度传感器与电控单元电连接，将检测到的温度信号传递给电控单元，当颗粒捕集器的进气温度不足时，电控单元控制发动机增加喷射燃油次数，从而提升发动机尾气的排气温度。

参照上述发动机排气温度提升装置，如图3所示，本发明还提出发动机排气温度的控制方法，所述发动机排气温度的控制方法包括如下步骤：

获取发动机排气温度提升装置的SCR装置的进气口温度；

在所述进气温度小于或等于预设的第一温度阈值时，控制所述发动机排气温度提升装置的执行器10启动以打开所述旁通阀20。

电控单元作为发动机排气温度的控制方法的执行主体。

在本实施例中，温度传感器检测SCR装置的进气口温度并将检测信号发送给电控单元，以使电控单元获取到SCR装置的进气口温度，电控单元判断所述进气口温度是否低于预设的第一温度阈值，若进气温度低于预设的第一温度阈值，控制执行器10启动以打开所述旁通阀20，发动机直接排出的尾气为高温尾气，旁通阀20打开后，高温尾气直接从旁通支管进入到SCR装置内，能够快速提升SCR装置内的气体温度，从而提高SCR装置的转动效率，使发动机尾气中的NO得到有效转换，达到排放标准。

实验证明，SCR装置内的温度需要达到250℃以上，SCR的转化率才能够达到96％，发动机尾气排放能够达到国六标准，因此，这里预设的第一温度阈值为250℃。当然，预设的第一温度阈值并不仅限于250℃这一个温度值，SCR在250℃～450℃之间均具有较高效的转换率，因此，第一温度阈值也可以为250℃～450℃之间的任意数值，如300℃、350℃。

在进一步的实施例中，如图4所示，所述发动机排气温度的控制方法还包括：

在所述进气口温度低于预设的第一温度阈值时，获取发动机的输出扭矩；

在所述输出扭矩小于或等于预设的输出扭矩时，执行所述动机排气温度提升装置的执行器10启动以打开所述旁通阀20的步骤。

发动机的扭矩较小时，SCR装置内的温度较低，SCR的转化率不足，导致发动机尾气中的NO排放不达标。

当进气口温度低于预设的阀值时，电控单元还进一步获取发动机的输出扭矩，以判定当前发动机的工况，发动机的运行图如图2所示，图中示出了发动机运行的转速与扭矩的关系，当发动机的工况处于区域A内时，发动机输出的扭矩小于或等于100/N·m，SCR装置内的温度低于预设的第一预设阈值(如，图中的标示点①、③、⑧、⑥、

图中的标示点为发动机尾气排放测试时的测试工况点)除发动机的输出扭矩影响SCR装置的进气口温度之外，外界环境温度也可能对SCR装置的进气口温度有影响，因此，为保证检测的准确性，电控单元进一步结合温度传感器传送的SCR装置的进气口温度，控制所述执行器10启动以打开所述旁通阀20。旁通阀20打开后，高温的发动机尾气进入到SCR装置内，提升SCR装置内的温度，提高SCR装置的转化效率，使动机尾气中的NO排放达标。

旁通阀20可以根据SCR装置的进气口温度按比例进行调节，如，当SCR装置的进气口温度远远低于第一预设温度阈值时，旁通阀20开启较大比例，当当SCR装置的进气口温度接近第一预设温度阈值时，旁通阀20开启较小比例。

在第三实施例中，如图5所示，所述控制所述动机排气温度提升装置的执行器10启动以打开所述旁通阀20的步骤之后，还包括：

预设时间间隔后，或者所述旁通阀20打开至预设开度后，检测所述SCR装置的当前进气口温度；

在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器10以使所述旁通阀20保持在所述预设开度。

在所述当前进气口温度小于或等于所述预设的第一温度阈值时，保持所述执行器10运转，以继续增大所述旁通阀20的开度。

执行器10可以逐步打开旁通阀20，使旁通阀20逐渐打开到电控单元设定的开度，也可以一步到位将旁通阀20打开到电控单元设定的开度，当电控单元需要将旁通阀20关闭时，执行器10反转，带动旁通阀20关闭。

旁通阀20打开一预设的时间间隔后，或者旁通阀20打开至预设开度后，温度传感器对进气口温度的进行检测，电控单元获取到SCR装置的当前进气口温度后，并将SCR装置的当前进气口温度与预设的第一温度阈值比较，当前进气口温度大于预设的第一温度阈值时，关闭执行器10以使旁通阀20保持在预设开度，以SCR装置保持当前的温度，保证SCR装置的转化效率；

为间隔一预设的时间进行，电控单元接收到温度传感器发送的当前进气口温度时，将当前进气口温度与预设的第一温度阈值比较，若当前进气口温度小于或等于预设的第一温度阈值，保持所述执行器10运转，以继续增大所述旁通阀20的开度。

在第四实施例中，如图6所示，所述在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器10以使所述旁通阀20保持在所述预设开度的步骤之后，还包括：

获取颗粒捕集器的进气温度；

在所述颗粒捕集器的进气温度小于预设的第二温度阈值，控制发动机增加喷射燃油次数。

依据上述分析，当发动机的工况处于区域A内时，SCR装置内的温度低于第一预设阈值，此时，动机输出的扭矩小于或等于100/N·m，当动机输出的扭矩大于100/N·m时，SCR装置内的温度能够保持在第一预设阈值以上，因此，在电控单元控制执行器10打开旁通阀20的步骤中，电控单元实时获取发动机的输出扭矩，当发动机的输出扭矩大于预设的输出扭矩时，电控单元控制执行器10停止转动以保持旁通阀20的当前开度。

预设的输出扭矩为SCR装置保持高转化率的输出扭矩，在本实施例中，预设的输出扭矩为100/N·m。

颗粒物在颗粒捕集器内燃烧再生，因此颗粒捕集器内气体的温度较高，达到550℃左右，温度传感器与电控单元电连接，将检测到的温度信号传递给电控单元以得到颗粒捕集器的进气温度，电控单元将颗粒捕集器的进气温度与预设的第二温度阈值进行对比，当颗粒捕集器的进气温度小于预设的第二温度阈值，控制发动机增加喷射燃油次数，从而提升发动机尾气的排气温度。

该预设的第二温度阈值阈值可以为550℃。可以理解的，该预设的第二温度阈值并不仅限于550℃，可以为低于550℃的任意数值，如，500℃。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机排气温度提升装置，所述发动机排气温度提升装置连接发动机的排气口，其特征在于，所述发动机排气温度提升装置包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器具有增压器进气口与增压器出气口；

排气歧管，所述排气歧管连接所述增压器进气口；

SCR装置，所述SCR装置连接所述增压器出气口；

旁通支管，所述旁通支管的一端连接所述增压器进气口，另一端连接所述增压器出气口；

旁通阀，所述旁通阀设置在所述旁通支管上；

执行器，所述执行器具有一动力输出轴，所述动力输出轴连接所述旁通阀；

电控单元，所述电控单元与所述执行器电连接；

温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接，所述温度传感器位于所述SCR装置的进气口。

2.根据权利要求1所述的发动机排气温度提升装置，其特征在于，所述发动机排气温度提升装置还包括：

氧化催化器，所述氧化催化器连接在所述增压器出气口与所述SCR装置的进气口之间。

3.根据权利要求2所述的发动机排气温度提升装置，其特征在于，所述发动机排气温度提升装置还包括颗粒捕集器，所述颗粒捕集器连接在所述氧化催化器及所述SCR装置之间。

4.根据权利要求3所述的发动机排气温度提升装置，其特征在于，所述颗粒捕集器与所述氧化催化器之间设有温度传感器，所述温度传感器与所述电控单元电连接。

5.根据权利要求1所述的发动机排气温度提升装置，其特征在于，所述执行器为步进电机。

6.一种发动机排气温度的控制方法，其特征在于，所述发动机排气温度的控制方法包括如下步骤：

获取发动机排气温度提升装置的SCR装置的进气口温度；

在所述进气温度小于或等于预设的第一温度阈值时，控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀。

7.根据权利要求6所述的发动机排气温度的控制方法，其特征在于，所述发动机排气温度的控制方法还包括：

在所述进气口温度低于预设的第一温度阈值时，获取发动机的输出扭矩；

在所述输出扭矩小于或等于预设的输出扭矩时，执行所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤。

8.根据权利要求6所述的发动机排气温度的控制方法，其特征在于，所述控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤之后，还包括：

预设时间间隔后，或者所述旁通阀打开至预设开度后，检测所述SCR装置的当前进气口温度；

在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器以使所述旁通阀保持在所述预设开度。

9.如权利要求8所述的发动机排气温度的控制方法，其特征在于，所述控制所述发动机排气温度提升装置的执行器启动以打开所述旁通阀的步骤之后，还包括：

在所述当前进气口温度小于或等于所述预设的第一温度阈值时，保持所述执行器运转，以继续增大所述旁通阀的开度。

10.根据权利要求8所述的发动机排气温度的控制方法，其特征在于，所述在所述当前进气口温度大于所述预设的第一温度阈值时，关闭所述执行器以使所述旁通阀保持在所述预设开度的步骤之后，还包括：

获取颗粒捕集器的进气温度；

在所述颗粒捕集器的进气温度小于预设的第二温度阈值，控制发动机增加喷射燃油次数。

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