CN204344218U - 发动机的排气温度控制系统 - Google Patents

Abstract

公开一种发动机的排气温度控制系统，包括：设置在发动机的排气门之后的多条流道，所述多条流道中的至少一部分流道被划分为两个或多个并行支路，其中，所述两个或多个并行支路对于流经其中的排气具有不完全相同的散热边界；设置在所述两个或多个并行支路上的控制阀，控制在发动机的不同工作状态下流经各个支路的排气的比例，从而使得排气具有不同的散热效果。根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统可以使得发动机的最高排气温度有效降低，同时避免在发动机启动时过多散热而延迟催化器达到起效温度，或者为使得催化器达到起效温度而恶化燃油耗。

Description

发动机的排气温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及发动机的排气温度控制的相关技术领域；更具体地说，本实用新型涉及一种发动机的排气温度控制系统，所述系统能够控制增压发动机的排气在不同散热边界的管路中的流动，达到控制排气温度的效果。

背景技术

发动机(此处特指四冲程或两冲程发动机，燃烧方式为点燃式或压燃式)的排气温度随发动机的转速、负荷变化而变化。对于汽油增压发动机而言，在高转速和大负荷时，排气温度甚至会高于1000摄氏度。在此种温度条件下工作的排气歧管、涡轮增压器的涡轮端结构等零部件，显然需要使用耐高温的材料制造。而随着耐温要求的提高，材料的成本也会相应提高。与此同时，即使使用了成本较高的高耐温材料，高温引发的蠕变、氧化等现象仍然可能会导致可靠性问题。另一方面，发动机怠速时，其排气温度较低，尤其是当发动机冷启动时，机体和各部分管路温度较低，而以汽油机三元催化器为代表的排气后处理器往往会要求最低的工作温度。当不能达到此温度时，排气后处理器很难有效工作，从而产生相应的排放问题。

现在的方案见图1.需要说明的是，图1使用了单级的带废气放气阀的涡轮增压器增压的发动机来演示当前的典型状况，但不表明本实用新型仅仅局限于此种特例。新鲜空气首先流经空气滤清器101。然后经涡轮增压器的压气机102增压，增压后的空气压力和温度都会上升，此时，增压空气流经中间冷却器103，降低温度，提高密度。然后，空气进入发动机104，燃烧做功。燃烧做功后的排气从排气门105中排出，通过排气歧管106汇集。需要注意的是，排气在流出排气门105之后，进入排气歧管106之前，需要在汽缸盖内流动一段。如果汽缸盖有水冷结构，则排气在汽缸盖内流动时，其流道壁面往往也是水冷的。进入涡轮增压器107的涡轮108中，推动涡轮108做功。涡轮108驱动压气机102，从而使得压气机102旋转做功，压缩进气。从涡轮108流出的排气流经排气处理器净化，再流经消音器降低排气噪音，排入大气。

可以注意到，排气在从排气门流出后，进入涡轮入口之前，其流道的散热边界是不可调节的。

如果上述流道部分散热较少，则有利于发动机冷启动时较快地加热排气后处理器。但是，当发动机在高速大负荷工作时，排气温度高，相应部分显然需要成本较高的耐高温材料制造。

如果上述流道部分散热较多，比如可以在缸盖内行程较长的流道，相应的壁面进行水冷。这样会有助于降低发动机排气的最高温度，使其后的零部件的材料要求降低，有助于控制成本。但是，强烈的冷却会在发动机冷启动时带走大量热量，从而恶化此时的排气后处理器的升温，使其需要较长时间达到工作温度。通过提高怠速转速，推迟点火提前角等技术手段可以提高排气温度，但是，这是以更多地消耗燃油为代价，恶化了燃油耗。

显然，能够在不同的发动机工作状态下，提供不同的，对排气温度进行控制的技术手段，是控制成本、降低污染和改善燃油耗的有效技术手段。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决在不同的发动机工作状态下，如何有效控制其排气温度，从而一方面可以降低最高排气温度，另一方面，在一定工况下，避免排气中的热量过多散失，以有助于排气后处理器的工作的工程问题。为了解决上述问题，本实用新型针对提出，将排气的一部分流道，分为并行的两个或多于两个的支路，以控制阀控制排气流经这两个或多于两个的支路的比例。这样，可以在不同发动机工况下，使得排气有不同的散热效果，达到控制排气温度的目的。

根据本实用新型的一方面，提供一种发动机的排气温度控制系统，包括：设置在发动机的排气门之后的多条流道，所述多条流道中的至少一部分流道被划分为两个或多个并行支路，其中，所述两个或多个并行支路对于流经其中的排气具有不完全相同的散热边界；设置在所述两个或多个并行支路上的控制阀，控制在发动机的不同工作状态下流经各个支路的排气的比例，从而使得排气具有不同的散热效果。

此外，当发动机具有单级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和涡轮增压器的涡轮入口之间。

此外，当发动机具有串联的两级或多级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和最高一级涡轮增压器的涡轮入口之间。

此外，当发动机具有并联的两级或多级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和第一级涡轮增压器的涡轮入口之间。

此外，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道集成在气缸缸盖内或者集成在排气歧管内。

此外，当具有不同散热边界的两个并行支路中包含的流道集成在排气歧管内或缸盖内时，所述结构以内外两层结构实现，其中，外层为带水冷的壳体，内层为不具有散热的壳体，并且在内外两层之间存在间隙，其中，所述两个并行支路中的一个支路中包含的流道集成在内层之内的空间中，另一个支路中包含的流道集成在内外两层之间的间隙中。

此外，设置在所述两个并行支路上的控制阀集成在排气歧管或缸盖内的外层壳体上。

此外，当发动机具有涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道集成在涡轮增压器的蜗壳内。

此外，当发动机具有涡轮增压器时，设置在两个或多个并行支路中的每个支路上的控制阀和涡轮增压器的控制阀联动。

此外，当发动机为自然进气发动机或者发动机具有应用机械增压方案的增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于排气后处理器之前。

根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统可以使得发动机的最高排气温度有效降低，同时避免在发动机启动时过多散热而延迟催化器达到起效温度，或者为使得催化器达到起效温度而恶化燃油耗。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是当前的单级废气放气阀涡轮增压发动机示意图；

图2是根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统的示意图。

部件及标号说明

101  空气滤清器

102  涡轮增压器的压气机

103  中间冷却器

104  发动机机体

105  排气门

106  排气歧管

107  涡轮增压器

108  废气放气阀

109  涡轮增压器的涡轮

110  排气后处理器

111  消音器

201  排气管路中，有不同散热边界部分中，散热较少的流道

202  排气管路中，有不同散热边界部分中，散热较多的流道

203  排气管路中，有不同散热边界部分中，用来控制排气在不同散热边界的管路中流动的控制阀

具体实施方式

在下文中参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本实用新型的范围充分地传达给本领域技术人员。

图2是根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统应用于图1所示发动机方案的示意图。

图2中，发动机的排气从排气门105中排出气缸，并在排气歧管106中汇集。之后，发动机排气面对两条支路，分别是201和202。其中，排气支路201没有主动散热，其外部的散热边界可以是对于空气的自然对流散热，与传统的排气歧管的散热方式相同；而排气支路202有主动散热，可以是水冷散热，也就是在壁面内有冷却水道，进行强制散热。显然，当排气流经201支路时，散失的热量较少；而当其流经202支路时，散失的热量较多。控制阀203用来控制排气流经201或是202，或者部分地流经201、部分地流经202。此后，排气再进入涡轮增压器的涡轮端，推动涡轮109做功。最后，经后处理器110和消音器111排入大气。可见，由于有由排气支路201，202和控制阀203组成的控温段，当发动机冷启动或是其它需要较高排气温度的工况时，排气可以流经排气支路201，排气热量散失较少。而当排气温度过高时，可以控制其全部或部分地流经排气支路202，从而使得控制阀之后的各个零部件的工作温度大大降低。

在实施上述方案时，可以但不限于下述硬件实现：

1.排气支路201和202由水冷的外壳和一个薄壁的内腔构成，这个薄壁内腔和水冷的外壳之间有空隙。排气支路201是薄壁内腔内的流道，而排气支路202由薄壁内腔和水冷外壳间的空间形成；

2.上述结构可以位于发动机气缸盖内；

3.上述结构可以位于排气歧管内；

4.上述结构可以位于涡轮增压器的蜗壳内；

5.控制阀203和涡轮增压器的废气放气阀可以联动。

更具体地讲，根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统烤肉包括设置在发动机的排气门(例如，105)之后的多条流道，其中，所述多条流道中的至少一部分流道被划分为两个或多个并行支路(例如，201和202)，并且所述两个或多个并行支路对于流经其中的排气具有不完全相同的散热边界。此外，根据本实用新型的发动机的排气温度控制系统还可包括设置在所述两个或多个并行支路上的控制阀(例如，203)，控制阀可控制在发动机的不同工作状态下流经各个支路的排气的比例，从而使得排气具有不同的散热效果。

特别地，当发动机具有单级涡轮增压器时，所述的具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道可位于发动机排气门和涡轮增压器的涡轮入口之间。当发动机具有串联的两级或多级涡轮增压器时，所述的具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道可位于发动机排气门和最高一级涡轮增压器的涡轮入口之间。此外，当发动机具有并联的两级或多级涡轮增压器时，所述的具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道可位于发动机排气门和第一级涡轮增压器的涡轮入口之间。

此外，所述的有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道可集成在气缸缸盖内或者集成在排气歧管内。更具体地讲，当具有不同散热边界的两个并行支路中包含的流道集成在排气歧管内时，排气歧管可以以内外两层结构来实现。排气歧管的外层为带水冷的壳体，内层为不具有散热的壳体，并且在内外两层之间存在间隙。此时，所述两个并行支路中的一个支路中包含的流道集成在内层之内的空间中，另一个支路中包含的流道集成在内外两层之间的间隙中。这样，集成在内层之内的流道近似传统的非主动散热排气歧管，集成在内外层之间的间隙中的流道具有两个功能。首先，当发动机排气仅通过排气歧管的内层之内的流道时，可以通过内外层之间的间隙起到绝热层的作用；其次，当发动机排气通过内外层之间的流道时，可以通过外层的水冷壳体的壁面起到散热作用。另一方面，当排气歧管以内外两层结构实现时，控制阀可集成在排气歧管的外层壳体上。这样，控制阀可以天然工作于有水冷的壳体上。

此外，当发动机具有涡轮增压器时，所述的具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道可集成在涡轮增压器的蜗壳内。可选择地，当发动机为自然进气发动机或者发动机具有应用机械增压方案的增压器时，所述的具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于排气后处理器之前。

此外，当发动机具有涡轮增压器时，设置在两个或多个并行支路中的每个支路上的控制阀可以和涡轮增压器的控制阀联动。当涡轮增压器为废气放气阀式涡轮增压器时，与设置在两个或多个并行支路中的每个支路上的控制阀联动的涡轮增压器的控制阀可以是废气放弃阀。可选择地，与设置在两个或多个并行支路中的每个支路上的控制阀联动的涡轮增压器的控制阀可以是可变喉口的控制阀。

根据本实用新型的示例性实施例，可以使得发动机的最高排气温度有效降低，同时避免在发动机启动时过多散热而延迟催化器达到起效温度，或者为使得催化器达到起效温度而恶化燃油耗。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发动机的排气温度控制系统，其特征在于，包括：

设置在发动机的排气门之后的多条流道，所述多条流道中的至少一部分流道被划分为两个或多个并行支路，其中，所述两个或多个并行支路对于流经其中的排气具有不完全相同的散热边界；

设置在所述两个或多个并行支路上的控制阀，控制在发动机的不同工作状态下流经各个支路的排气的比例，从而使得排气具有不同的散热效果。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机具有单级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和涡轮增压器的涡轮入口之间。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机具有串联的两级或多级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和最高一级涡轮增压器的涡轮入口之间。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机具有并联的两级或多级涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于发动机排气门和第一级涡轮增压器的涡轮入口之间。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道集成在气缸缸盖内或者集成在排气歧管内。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，当具有不同散热边界的两个并行支路中包含的流道集成在排气歧管内或缸盖内时，所述排气歧管以内外两层结构实现，其中，外层为带水冷的壳体，内层为不具有散热的壳体，并且在内外两层之间存在间隙，

其中，所述两个并行支路中的一个支路中包含的流道集成在内层之内的空间中，另一个支路中包含的流道集成在内外两层之间的间隙中。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，设置在所述两个并行支路上的控制阀集成在排气歧管或缸盖内的外层壳体上。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机具有涡轮增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道集成在涡轮增压器的蜗壳内。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机具有涡轮增压器时， 设置在两个或多个并行支路中的每个支路上的控制阀和涡轮增压器的控制阀联动。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当发动机为自然进气发动机或者发动机具有应用机械增压方案的增压器时，具有不同散热边界的两个或多个并行支路中包含的流道位于排气后处理器之前。