CN111120118A - 一种排气系统和一种发动机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排气系统和一种发动机控制方法，该排气系统中包括至少一个排气管，还包括调节机构，调节机构包括阀片和控制机构。其中：每个所述排气管内分别设置有所述阀片；所述控制机构用于控制所述阀片转动，以调节所述排气管的流通截面面积。该发动机控制方法适用于该排气系统。本发明中，将结构简单、成本低廉的阀片设置在排气管中，并根据发动机工况自动调整排气压力，从而能够提高低速低负荷的增压器工作能力，带来低速扭矩的提升，而且还能够增加发动机的排气制动能力和排气热管理能力。

Description

一种排气系统和一种发动机控制方法

技术领域

本发明涉及车辆制造技术领域，特别涉及一种排气系统和一种发动机控制方法。

背景技术

涡轮增压器，是利用发动机排出的废气惯性力来推动涡轮室的涡轮，带动同轴的压气机叶轮，压送由空气滤清器管路输送过来的空气，使之进行压缩来增加发动机的进气量，

普通放气阀增压器是在发动机高速高负荷时，增压器做功能力强，增压后气体的量会增加，为了防止增压器超速运转和增压压力提得过高，在增压压力的作用下，推开放气阀，放掉一部分废气，使发动机能够正常工作。

固定截面增压器，是一种涡壳中废气流通通道，不随发动机工况变化而变化的增压器。

普通放气阀增压器与发动机的匹配，首先保证的发动机大扭矩点性能，同时兼顾标定点的性能，实际上是牺牲了低速低负荷的性能要求，这是因为固定截面增压器无法适应全转速范围、全负荷范围的高效率要求。

尤其是在目前对低速扭矩有更高要求的时刻，需要有一种技术措施能有效提高低速扭矩，而且不对高速高负荷工况产生较大的影响。

目前适应发动机全MAP的增压器调整机构基本上都是在增压器自身上做文章，比如可变截面增压器、可变喷嘴环结构增压器等等。

现有的增压器可变截面技术，都是在增压器的涡壳内增加可移动或可旋转的喷嘴，其连接的执行器安装在增压器自身结构上，这也造成增压器自身不仅重量大，而且其调整机构都装配于增压器高温区上，不仅容易造成增压器振动大，而且高温区的零件可靠性也不容易保证。

增压器自身带调整机构，使得增压器的结构可变性不高，匹配不同整车时，使得增压器布置不能旋转，会影响发动机匹配整车的匹配性。

可见，上述增压器因为增加了复杂的调整机构，使得增压器自身的可靠性严重下降，而且成本大幅上升，这也是国内没有推广开可变截面增压器根本原因。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种排气系统和一种发动机控制方法，将结构简单、成本低廉的阀片设置在排气管中，并根据发动机工况自动调整排气压力，从而能够提高低速低负荷的增压器工作能力，带来低速扭矩的提升，而且还能够增加发动机的排气制动能力和排气热管理能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种排气系统，包括至少一个排气管，还包括调节机构，所述调节机构包括阀片和控制机构，其中：

每个所述排气管内分别设置有所述阀片；

所述控制机构用于控制所述阀片转动，以调节所述排气管的流通截面面积。

优选地，在上述排气系统中，所述控制机构包括依次连接的执行器、杠杆机构和转轴，其中：

所述转轴与所述阀片固连；

所述执行器通过所述杠杆机构控制所述转轴转动。

优选地，在上述排气系统中，所述阀片处于第一工作位置时，所述阀片所在平面与所述排气管的横截面垂直；

所述阀片从所述第一工作位置绕所述转轴转动90度后，到达第二工作位置，所述阀片处于所述第二工作位置时，所述阀片所在平面与所述排气管的横截面重合。

优选地，在上述排气系统中，所述转轴的中心轴线位于所述排气管的横截面上，且穿过所述排气管的横截面的中心点。

优选地，在上述排气系统中，并排设置有多个所述排气管，所述控制机构中的一根所述转轴穿过多个所述排气管中的所述阀片且与每个所述阀片固连；

多个所述排气管中的所述阀片同步转动，且处于相同的工作位置。

优选地，在上述排气系统中，所述排气管上设置有用于穿过所述转轴的安装孔，所述转轴和所述安装孔之间设置有用于密封和减摩的衬套。

优选地，在上述排气系统中，所述衬套为铸铁衬套或粉末冶金衬套。

优选地，在上述排气系统中，所述执行器和所述杠杆机构均位于所述排气管外。

优选地，在上述排气系统中，还包括用于检查所述阀片是否卡滞的自检装置。

一种发动机控制方法，所述发动机控制方法适用于如上文中所述的排气系统，所述发动机控制方法包括：

发动机排气制动时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片转动，以调节所述排气管的流通截面面积减小；和/或，

所述发动机处于低速低负荷工况时，或者，所述发动机处于热管理工况时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片转动，以调节所述排气管的流通截面面积变大；和/或，

所述发动机处于后处理再生模式时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片转动，以提升排气温度。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的排气系统中，将调节机构设置在排气管中，使发动机能根据使用工况自动调整排气截面的变化，从而提高低速低负荷的增压器工作能力，带来低速扭矩的提升，而且，该排气系统中的调节机构的结构简单，成本低廉，不影响增压器自身的可靠性。

本发明提供的发动机控制方法，能够增加发动机的排气制动能力和排气热管理能力。

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获得其他的附图。

图1为本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构在排气管中的布置结构示意图；

图2为图1中A区域的局部结构放大图；

图3为图2中的调节结构的剖视图；

图4为本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构的控制方法流程示意图。

其中：

1-执行器，2-杠杆机构，3-转轴，4-排气管，5-阀片。

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做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。

第一具体实施例

本发明第一具体实施例提供了一种排气系统。

请参阅图1至图4，图1为本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构在排气管中的布置结构示意图；图2为图1中A区域的局部结构放大图；图3为图2中的调节结构的剖视图；图4为本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构的控制方法流程示意图。

本发明第一具体实施例提供的排气系统，包括至少一个排气管4，还包括调节机构，调节机构包括阀片5和控制机构。其中：每个排气管4内分别设置有阀片5；控制机构用于控制阀片5转动，以调节排气管4的流通截面面积。

该排气系统中，将调节机构设置在排气管4中，使发动机能根据使用工况自动调整排气截面的变化，从而提高低速低负荷的增压器工作能力，带来低速扭矩的提升，增加发动机的排气制动能力和排气热管理能力。而且，该排气系统中的调节机构的结构简单，成本低廉，不影响增压器自身的可靠性。

具体地，上述排气系统中的控制机构包括依次连接的执行器1、杠杆机构2和转轴3。其中：转轴3与阀片5固连；执行器1通过杠杆机构2控制转轴3转动。

具体地，执行器1和杠杆机构2均位于排气管4外。从而，可以将执行器1布置在远离热源的低温区，通过杠杆机构等远传机构，控制阀片3的旋转，从而保证执行器1等电子元器件的可靠性，从而，在不同的温度下均能够保持转轴3转动。

具体地，阀片5处于第一工作位置时，阀片5所在平面与排气管4的横截面垂直；阀片5从第一工作位置绕转轴3转动90度后，到达第二工作位置，阀片5处于第二工作位置时，阀片5所在平面与排气管4的横截面重合。

优选地，将上述第一工作位置设置为阀片5的默认状态。也就是说，在调节机构不起作用时，调整阀片5所在平面与排气管4中的气流流动方向平行，此时，不仅阀片5对气流的流动没有不良影响，并且，阀片5上下两侧的气流更容易变成层流，对于提高排气能量、降低紊流损失能够会带来有益影响。

具体地，转轴3的中心轴线位于排气管4的横截面上，且穿过排气管4的横截面的中心点。

具体地，上述排气系统中并排设置有多个排气管4，控制机构中的一根转轴3穿过多个排气管4中的阀片5且与每个阀片5固连。而且，多个排气管4中的阀片5同步转动，且处于相同的工作位置。

本文中所说的工作位置，是指：阀片5处于不同的工作位置时，阀片所在平面与排气管4的横截面之间的夹角不同。

多个阀片5处于相同的工作位置，是指：每个阀片5所在平面和该阀片5所在的排气管4的横截面之间的夹角相同。

具体地，阀片5和转轴3都是采用耐高温合金材料，例如GH4169等高温合金，使物理结构无论在高温工况还是常温工况下，都能保持相应的间隙及连接强度。

具体地，在上述排气系统中，排气管4上设置有用于穿过转轴3的安装孔，转轴3和安装孔之间设置有用于密封和减摩的衬套。该衬套为铸铁类材质的衬套或粉末冶金类材质的衬套。

具体地，转轴3和阀片5之间的连接方式可以采用螺钉连接、花键连接或焊接等形式，使连接牢固，不能脱落。并且，在不同温度下，都要保证连接可靠，阀片5不能绕转轴3自由旋转，阀片5也不能与排气管4的内壁相碰或发生干涉。

具体地，在上述排气系统中，还包括用于检查阀片5是否卡滞的自检装置。

发动机低速扭矩时，排气能量低，相对于匹配的增压器来讲，排气压力和排气流速会很低，导致增压器的做功能力会比较弱。采用本发明第一具体实施例提供的排气系统，能够增加此时的增压器做功力。该排气系统中的调节机构需要与发动机的运行工况进行自动调节，调节策略重新开发，初定调节策略可参见图4：

发动机启动后，自检不通过，则令排气系统中的阀片5处于默认位置(即上文中所说的第一工作位置)，此时，阀片5所在平面与排气管4的横截面垂直，即阀片5横置，不影响气流；

发动机启动后，自检通过，则判断驱动电路是否开路，若开路，则令调节机构中的阀片5处于默认位置；

若判断驱动电路没有开路，则判断调节机构中的阀片5是否卡滞，若阀片卡滞，则令调节机构中的阀片5处于默认位置；

若判断调节机构中的阀片5没有卡滞，则根据ECU中的负荷数据和ECU中的转速数据，来调节排气系统中的阀片5的转动角度；

至到收到停车请求；

排气系统清灰并自检。

在上述过程中，如果执行器1接收到ECU传过来的信号，则执行器1开始起作用，通过杠杆机构2使固定于转轴3上的阀片5进行转动，从而改变排气管4的流通面积，使排气压力上升，流流速度增加，从而增加排气能量，进而使增压器在发动机低速低负荷时具有更大的工作能力，从而增加发动机的进气量，也就允许发动机可以在低速低负荷时多喷油，增加了发动机的工作能力，从而带来低速扭矩的提升。

第二具体实施例

本发明第二具体实施例提供了一种发动机控制方法。该发动机控制方法适用于本发明第一具体实施例中提供的排气系统。

本发明第二具体实施例提供的发动机控制方法中，包括如下过程：

发动机排气制动时，排气系统中的控制机构控制阀片5转动，以调节排气管4的流通截面面积减小，从而增加排气阻力，增大发动机的制动力，使排气背压的变化不快速作用到增压器的涡轮叶轮上，进而保护增压器的可靠性。

可见，本发明第二具体实施例提供的发动机控制方法中，通过本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构，能调整低速低负荷时增压器能力的提升。

第三具体实施例

本发明第三具体实施例提供了一种发动机控制方法。该发动机控制方法适用于本发明第一具体实施例中提供的排气系统。

本发明第三具体实施例提供的发动机控制方法中，包括如下过程：

发动机处于低速低负荷工况时，或者，发动机处于热管理工况时，排气系统中的控制机构控制阀片5转动，以调节排气管4的流通截面面积变大。从而增加发动机的排气背压，发动机的燃油消耗率会增加，同时排气温度也会增加，带来后处理的快速起作用。热管理工况是指，发动机处于寒区，需要进行热管理时的工况。

可见，本发明第三具体实施例提供的发动机控制方法中，通过本发明第一具体实施例提供的排气系统中的调节机构，能够实现有效的热管理，并且，可以省略掉排气节流阀等热管理措施，降低发动机的成本。

第四具体实施例

本发明第四具体实施例提供了一种发动机控制方法。该发动机控制方法适用于本发明第一具体实施例中提供的排气系统。

本发明第四具体实施例提供的发动机控制方法中，包括如下过程：

发动机处于后处理再生模式时，排气系统中的控制机构控制阀片5转动，以提升排气温度。

综上可见：

发动机在需要排气制动工况时可以采用本发明提供的排气系统；

发动机低速扭矩时排气能量低，增压器做功能力弱，为了增加此时的增压器做功力，可以采用本发明提供的排气系统；

发动机在冷态模式下，为了尽快提升排气温度，可以采用本发明提供的排气系统；

发动机在后处理再生模式下，为了尽快提升排气温度，可以采用本发明提供的排气系统。

初定调节策略如图4所示：

1、上电后首先检测该机构执行器和传感器是否发生故障，如果发生故障则报警，如果状态良好，则进行如下逻辑控制；

2、由于发动机排气制动涉及人车安全，不管如何应用应说先判断是否需要排气制动。如果需要则在此处循环，如果不需要，则进行如下控制；

3、根据发动机的水温、油温、SCR温度、DOC温度、DPF压差等信息判断发动机处在正常、再生、加热三种模式的哪一种；

4、若在加热模式下，则保证低速扭矩的情况下，根据SCR前温度、发动机转速、发动机负荷判断其开度，以尽快提高后处理温度，使排放得到有效控制；

5、若在再生模式下，发动机不处于低速扭矩范围，则以DOC和DPF前温度为控制目标，让DPF快速提温至指定温度，完成DPF再生。

6、若发动机在正常控制模式下，则根据发动机的转速、扭矩判断发动机工况，在低速低扭矩区域调整开度，提升涡轮能力从而提升发动机动力性。

综上，本发明提供的排气系统，以及发动机控制方法，能提高普通放气阀增压器的匹配能力，使发动机在低速低负荷时的扭矩会增加，并且不会过多改变发动机的外形结构特点，同时可以进行有效的排气制动和热管理，可以省略掉发动机的排气制动阀，而不会给增压器带来可靠性下降等恶劣影响。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种排气系统，包括至少一个排气管(4)，其特征在于，还包括调节机构，所述调节机构包括阀片(5)和控制机构，其中：

每个所述排气管(4)内分别设置有所述阀片(5)；

所述控制机构用于控制所述阀片(5)转动，以调节所述排气管(4)的流通截面面积。

2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述控制机构包括依次连接的执行器(1)、杠杆机构(2)和转轴(3)，其中：

所述转轴(3)与所述阀片(5)固连；

所述执行器(1)通过所述杠杆机构(2)控制所述转轴(3)转动。

3.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述阀片(5)处于第一工作位置时，所述阀片(5)所在平面与所述排气管(4)的横截面垂直；

所述阀片(5)从所述第一工作位置绕所述转轴(3)转动90度后，到达第二工作位置，所述阀片(5)处于所述第二工作位置时，所述阀片(5)所在平面与所述排气管(4)的横截面重合。

4.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述转轴(3)的中心轴线位于所述排气管(4)的横截面上，且穿过所述排气管(4)的横截面的中心点。

5.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述排气系统中并排设置有多个所述排气管(4)，所述控制机构中的一根所述转轴(3)穿过多个所述排气管(4)中的所述阀片(5)且与每个所述阀片(5)固连；

多个所述排气管(4)中的所述阀片(5)同步转动，且处于相同的工作位置。

6.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述排气管(4)上设置有用于穿过所述转轴(3)的安装孔，所述转轴(3)和所述安装孔之间设置有用于密封和减摩的衬套。

7.根据权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述衬套为铸铁衬套或粉末冶金衬套。

8.根据权利要求2至7任一项所述的排气系统，其特征在于，所述执行器(1)和所述杠杆机构(2)均位于所述排气管(4)外。

9.根据权利要求2至7任一项所述的排气系统，其特征在于，还包括用于检查所述阀片(5)是否卡滞的自检装置。

10.一种发动机控制方法，其特征在于，所述发动机控制方法适用于如权利要求1至9任一项所述的排气系统，所述发动机控制方法包括：

发动机排气制动时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片(5)转动，以调节所述排气管(4)的流通截面面积减小；和/或，

所述发动机处于低速低负荷工况时，或者，所述发动机处于热管理工况时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片(5)转动，以调节所述排气管(4)的流通截面面积变大；和/或，

所述发动机处于后处理再生模式时，所述排气系统中的所述控制机构控制所述阀片(5)转动，以提升排气温度。

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