CN112303286A - 一种低速机排气分离输出装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种低速机排气分离输出装置及其控制方法，包括弧面锥形阀、高低温排气歧管，所述高低温排气歧管包括由排气道、高温排气管、低温排气管组成的三通式结构，所述弧面锥形阀包括相连的阀杆和弧形板锥面，阀杆位于高低温排气歧管外部，弧形板锥面位于弧形板锥面内部，阀杆上设置遮光片，阀杆端部设置用于连接驱动电机的键槽，阀杆两侧分别设置左位光电传感器和右位光电传感器。本发明能够按照低速机的排气规律，将高温阶段与低温阶段的排气进行有效分离，并分别输出至不同的低速机子系统，解决了高低温系统对排气温度需求的矛盾，同时进一步提高了高温系统的工作效率。

Description

一种低速机排气分离输出装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种配气系统，具体地说是柴油机配气系统。

背景技术

随着低速机技术的进步，越来越多的附属子系统得到应用，其中包括：涡轮增压系统、废气再循环系统、余热利用系统、尾气后处理系统等。这些系统的应用使得发动机的热效率不断提高，同时排放性能也得到的改善。但低速机各子系统都对其各项参数提出了不同的需求。例如，虽然前述的子系统都是依赖于低速机的排气进行工作的，但是像涡轮增压这样的高温系统需求更高的排气温度以及压力，而废气再循环这种低温系统则需要较低的排气温度。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决高低温系统对排气温度需求的矛盾，同时为进一步提高高温系统工作效率的一种低速机排气分离输出装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种低速机排气分离输出装置，其特征是：包括弧面锥形阀、高低温排气歧管，所述高低温排气歧管包括由排气道、高温排气管、低温排气管组成的三通式结构，所述弧面锥形阀包括相连的阀杆和弧形板锥面，阀杆位于高低温排气歧管外部，弧形板锥面位于弧形板锥面内部，阀杆上设置遮光片，阀杆端部设置用于连接驱动电机的键槽，阀杆两侧分别设置左位光电传感器和右位光电传感器。

本发明一种低速机排气分离输出装置还可以包括：

1、弧面锥形阀中的弧形半锥面母线与高低温排气歧管中的排气道、高温排气管、低温排气管三通部位的截面轮廓线吻合，在驱动电机带动下，遮光片使右位光电传感器触发信号时，弧面锥形阀停在右侧预定位置，封住低温排气管，遮光片使左位光电传感器触发信号时，弧面锥形阀停在左侧预定位置，封住高温排气管。

2、阀杆上设置弹簧卡片，弹簧卡片和高低温排气歧管之间的阀杆上套有预紧弹簧，从而使弧面锥形阀和高低温排气管相交结构保持密封。

3、弧形半锥面的截面处设置在弧面锥形阀转动过程中减小迎风面的气体阻力、同时减小对气流的扰动的坡面结构。

本发明一种低速机排气分离输出装置控制方法，其特征是：弧面锥形阀的初始位置接通高温排气管，高温排气经高低温排气管的管口进入排气分离装置，又在弧面锥形阀的引导下经高温排气口进入高温排气系统；

随着曲轴转角的继续变化，排气进入后半阶段，曲轴转角达到设定值后，接通驱动电机电源带动弧面锥形阀转动，同时遮光片随弧面锥形阀同时转动，当遮光片经过左位光电传感器时产生低脉冲信号变化，当检测到左位光电传感器的上升沿时，遮光片处于左位光电传感器所在的位置，同时弧面锥形阀转动到完全封住高温排气口的位置，切断驱动电机电源，使弧面锥形阀停在该位置，此时，排气经过高低温排气歧管通过低温排气口流入低温排气系统；

曲轴转角继续变化，直到排气阀关闭后的设定曲轴转角时，再次接通驱动电机，并在右位光电传感器产生触发信号后，切断驱动电机电源，使弧面锥形阀停在右侧预定位置，并封住低温排气口所连的低温排气管，同时接通高温排气口所连的高温排气管，回到初始状态，为下一循环的排气过程做好准备。

本发明的优势在于：

1、本发明所设计的低速机排气分离输出装置，安装在排气道中远离排气阀阀口位置，同时采用回转式的切换方式可以尽量降低对缸内以及对排气管内的流动影响。

2、本发明所设计的弧形半锥面9的母线曲率与排气歧管的曲率相同，有利于气体的流动，不存在喉部限制，充分利用歧管的可用流通面积。

3、本发明中应用预紧弹簧5使弧面锥形阀1始终受到向上的拉力，用于维持弧形半锥面9与高低温排气歧管6管壁之间的气密性，提高分离效率。

4、本发明在弧面锥形阀1阀杆上添加遮光片8结构，与左、右位光电传感器3、2相结合，可以在弧面锥形阀1转动到预定位置后产生触发信号，有利于降低电机控制的难度，并且可以实现很高的响应速度。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为弧面锥形阀主视图；

图3为弧面锥形阀底部视图；

图4为弧面锥形阀左视图；

图5为弧面锥形阀三维整体视图；

图6为高低温排气歧管剖视图；

图7为沿分界线切割的高低温排气歧管剖视图；

图8为排气阀运动型线与锥形分离阀控制规律关系图；

图9为排气分离装置初始状态剖视图；

图10为遮光片经过时的传感器信号变化图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-10，本发明低速机排气分离输出装置主要包括：弧面锥形阀1、右位光电传感器2、左位光电传感器3、弹簧卡片4、预紧弹簧5、高低温排气歧管6、驱动电机及其电控单元等。

本发明设计的弧面锥形阀1如附图2所示，其上拥有以下结构：阀杆7、遮光片8、弧形半锥面9。阀杆7顶部开有键槽，方便与驱动电机相连接，遮光片8与弧形半锥面9位于同一侧，与光电传感器配合使用可以准确的显示出弧面锥形阀1是否达到预定位置。

附图2、3、4、5从不同视角展示了弧面锥形阀1的结构样式，如附图1所示，弧形半锥面9的母线曲率与高低温排气歧管6的曲率相同，弧形半锥面9母线与高低温排气歧管6中的各歧管截面轮廓线吻合，可以消除喉部位置有利于气体流动，充分利用各歧管有效流通截面，为气体提供良好的流动条件，明显优于且区别于已有装置的直线型母线。如附图3所示，弧形半锥面9的截面处存在坡面结构10，坡面结构10可以在锥形阀转动过程中减小迎风面的气体阻力，同时减小对气流的扰动。

如附图6所示，高低温排气歧管6是一个三通式结构，管口11为高温排气出口，管口12为低温排气出口，管口13为排气道接口，用于连接传统低速机的排气道。在管口11与管口12的相交界面存在相交结构14，附图7为沿相交结构14进行切割后的剖面视图，其截面轮廓线形状与附图4中的弧形半锥面9轮廓线形状相同，弹簧5可以使弧面锥形阀1与高低温排气歧管6的相交结构14之间保持紧密配合，以形成良好的密封条件。

右位光电传感器2与左位光电传感器3用于检测遮光片8是否运动到光电传感器所处位置，从而反映出弧面锥形阀1的确切位置，当检测到遮光片经过后可以产生触发信号控制电机停转，不必针对电机的转动角度进行控制，有利于降低控制难度、提高系统响应速度，达到快速准确启停弧面锥形阀1的目的。

本发明安装于低速机排气道且远离排气阀阀口位置，对于低速机的每个工作气缸，都装配一套该装置。安装完之后要求在弧面锥形阀1处于右位完全封闭低温排气歧管12时，右位光电传感器2恰好位于刚经过遮光片8的位置，同理可以确定左位光电传感器3的安装位置。

低速机在排气阀开启后的不同阶段，排气的温度和压力是不同的，本发明利用该特点，在排气阀开启的不同阶段控制弧面锥形阀1切换到不同位置，从而引导不同温度、压力的排气进入相应的排气歧管，达到低速机排气分离输出的目的。

附图8显示的是排气阀运动型线与弧面锥形阀1控制规律之间的关系，弧面锥形阀1的动作是基于曲轴转角进行控制的，控制规律中分离阀的上升沿、下降沿时弧面锥形阀1都会切换到不同位置。弧面锥形阀1的初始位置如附图9所示，此时接通的是高温排气歧管11，排气阀开启初始阶段，排气温度、压力较高，此时高温排气经过一段排气道后经高低温排气歧管6的管口13进入排气分离装置，又在锥形阀的引导下经管口11进入高温排气系统。

随着曲轴转角的继续变化，排气进入后半阶段，此时排气温度、压力都大幅下降，电控单元在检测到曲轴转角达到设定值后，接通驱动电机电源带动锥形阀转动，同时遮光片8也随弧面锥形阀1同时转动。当遮光片经过左位光电传感器3时会产生附图10所示的低脉冲信号变化，当电控单元检测到传感器信号的上升沿时，代表遮光片刚好经过左位光电传感器3所在的位置，同时也表示弧面锥形阀1恰好转动到完全封住管口11高温排气歧管的位置，电控单元会立刻切断驱动电机电源，使锥形阀停在该位置，其所处位置如附图1所示。此时，排气经过分离装置通过管口12流入低温排气系统。

曲轴转角继续变化，直到排气阀关闭后的设定曲轴转角时，电控单元再次接通驱动电机，并在右位光电传感器2产生触发信号后，引起电控单元动作切断驱动电机电源，使弧面锥形阀1停在右侧预定位置，并封住管口12所连的低温排气歧管，同时接通管口11所连的高温排气歧管，装置回到初始状态，如附图9所示，为下一循环的排气过程做好准备。

总结以上控制方法为：弧面锥形阀1的启动信号源来自于发动机曲轴信号，而弧面锥形阀1的停止信号源来自于左、右位光电传感器3、2，光电传感器的应用使得分离装置的控制难度降低，因此可以使用更高转速的电机来驱动弧面锥形阀1，使分离装置的响应速度进一步提高。

Claims (6)

1.一种低速机排气分离输出装置，其特征是：包括弧面锥形阀、高低温排气歧管，所述高低温排气歧管包括由排气道、高温排气管、低温排气管组成的三通式结构，所述弧面锥形阀包括相连的阀杆和弧形板锥面，阀杆位于高低温排气歧管外部，弧形板锥面位于弧形板锥面内部，阀杆上设置遮光片，阀杆端部设置用于连接驱动电机的键槽，阀杆两侧分别设置左位光电传感器和右位光电传感器。

2.根据权利要求1所述的一种低速机排气分离输出装置，其特征是：弧面锥形阀中的弧形半锥面母线与高低温排气歧管中的排气道、高温排气管、低温排气管三通部位的截面轮廓线吻合，在驱动电机带动下，遮光片使右位光电传感器触发信号时，弧面锥形阀停在右侧预定位置，封住低温排气管，遮光片使左位光电传感器触发信号时，弧面锥形阀停在左侧预定位置，封住高温排气管。

3.根据权利要求1或2所述的一种低速机排气分离输出装置，其特征是：阀杆上设置弹簧卡片，弹簧卡片和高低温排气歧管之间的阀杆上套有预紧弹簧，从而使弧面锥形阀和高低温排气管相交结构保持密封。

4.根据权利要求1或2所述的一种低速机排气分离输出装置，其特征是：弧形半锥面的截面处设置在弧面锥形阀转动过程中减小迎风面的气体阻力、同时减小对气流的扰动的坡面结构。

5.根据权利要求3所述的一种低速机排气分离输出装置，其特征是：弧形半锥面的截面处设置在弧面锥形阀转动过程中减小迎风面的气体阻力、同时减小对气流的扰动的坡面结构。

6.一种低速机排气分离输出装置控制方法，其特征是：弧面锥形阀的初始位置接通高温排气管，高温排气经高低温排气管的管口进入排气分离装置，又在弧面锥形阀的引导下经高温排气口进入高温排气系统；

随着曲轴转角的继续变化，排气进入后半阶段，曲轴转角达到设定值后，接通驱动电机电源带动弧面锥形阀转动，同时遮光片随弧面锥形阀同时转动，当遮光片经过左位光电传感器时产生低脉冲信号变化，当检测到左位光电传感器的上升沿时，遮光片处于左位光电传感器所在的位置，同时弧面锥形阀转动到完全封住高温排气口的位置，切断驱动电机电源，使弧面锥形阀停在该位置，此时，排气经过高低温排气歧管通过低温排气口流入低温排气系统；

曲轴转角继续变化，直到排气阀关闭后的设定曲轴转角时，再次接通驱动电机，并在右位光电传感器产生触发信号后，切断驱动电机电源，使弧面锥形阀停在右侧预定位置，并封住低温排气口所连的低温排气管，同时接通高温排气口所连的高温排气管，回到初始状态，为下一循环的排气过程做好准备。

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