CN206017002U - 一种测量废气流量的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式公开了一种测量废气流量的装置及一种测量废气流量的系统。该测量废气流量的装置包括：用于传输废气的排气管；阀门装置，设置于排气管内；用于输出控制信号以调节阀门装置的开度的控制器；用于检测开度的第一传感器，第一传感器设置于排气管内；第二传感器，第二传感器与控制器连接，第二传感器为压差传感器；以及第一传感器和阀门装置均与控制器连接；排气管为文丘里管，其中，阀门装置设置于排气管的喉口处；第二传感器的第一检测端和第二检测端分别位于排气管的入口和喉口处。测量废气流量的系统包括：内燃机，涡轮增压器，中冷器，及测量废气流量的装置。通过上述装置和系统，本实用新型实施方式能够在废气流量较小时，精确测量废气流量，从而提高排气管测量精度。

Description

一种测量废气流量的装置及系统

技术领域

本实用新型涉及流量测量技术领域，特别涉及一种测量废气流量的装置及系统。

背景技术

随着发动机排放法规的日益严格，针对降低污染物排放的控制精度要求日益严格，而EGR(Exhaust Gas Recycling，废气再循环)技术是一种有效降低内燃机氮氧化物排放的手段之一。要满足较高的污染物排放精度，在EGR发动机上就需要实现EGR阀门的闭环控制。

EGR阀门的精确闭环控制需要能够精确测量EGR废气流量，而现有测量EGR废气流量的手段主要有排气管和孔板流量计的方式。排气管流量计主要通过测量排气管入口的气体温度、压力，以及排气管入口和喉口的压差计算得到的。由于发动机运行区间大，EGR废气流量变化范围广，在设计排气管时只能按照最大EGR废气流量和压差传感器最大量程进行设计。在较小流量时排气管入口和喉口压差较小，使得压差传感器的测量精度降低，从而导致气体流量精度降低，不能满足内燃机的精确控制。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种测量废气流量的装置及系统，其解决了现有技术存在当废气流量过小时而引起测量结果不精确的问题。当EGR废气流量较小时，通过引进EGR阀门装置，并由控制器控制阀门开度，来增大排气管入口和喉口压差，从而提高排气管测量精度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种测量废气流量的装置，包括：用于传输废气的排气管；阀门装置，设置于所述排气管内；用于输出控制信号以调节所述阀门装置的开度的控制器；用于检测所述开度的第一传感器，所述第一传感器设置于所述排 气管内；

第二传感器，所述第二传感器与所述控制器连接，所述第二传感器为压差传感器；以及

所述第一传感器和所述阀门装置均与所述控制器连接；

所述排气管为文丘里管，其中，所述阀门装置设置于所述排气管的喉口处；

所述第二传感器的第一检测端和第二检测端分别位于所述排气管的入口和喉口处。

其中，所述阀门装置为蝶阀。

其中，所述第一传感器为位移传感器或角速度传感器。

本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种测量废气流量的系统，包括：内燃机，所述内燃机包括进气口和出气口；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮机和压气机；所述涡轮机的输入端和所述出气口连通；中冷器，所述中冷器的输入端和所述压气机的输出端连通，所述中冷器的输出端和所述进气口连通；测量废气流量的装置，所述测量废气流量的装置，分别与所述进气口和所述出气口连通。

其中，所述系统还包括冷却器，所述冷却器的输入端和所述出气口连通，所述冷却器输出端和所述测量废气流量的装置的输入端连通，所述测量废气流量的装置的输出端和所述进气口连通。

其中，所述系统还包括冷却器，所述冷却器的输入端和所述测量废气流量的装置的输出端连通，所述测量废气流量的装置的输入端和所述出气口连通，所述冷却器输出端和所述进气口连通。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供了用于测量废气流量的装置，提高了排气管压差较小时的流量测量精度，同时有效的节省布置空间，提高了该装置的实用性，由于在排气管的喉口处使用了EGR阀门，相比原始管路(EGR阀门和排气管相互独立)中的EGR阀门面积小，也降低了EGR阀门的制造成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种测量废气流量的装置的示意 图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种测量废气流量的装置的电路原理框图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种测量废气流量的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请一并参考图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种测量废气流量的装置的示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种测量废气流量的装置的电路原理框图。如图1和图2所示，本实施例提供的测量废气流量的装置10包括排气管11、阀门装置12、控制器13以及第一传感器14，阀门装置12设置在排气管11内，第一传感器14和阀门装置12均与控制器13连接。

如图1所示，排气管11可以采用所有管段内壁的几何形状有变化的管子，具体对管壁几何形状的变化不作要求。可选地，在一些实施例中，排气管11为文丘里管。

在本实施例中，阀门装置12设置于排气管的喉口11A处，阀门装置12可以为蝶阀，旋角的大小便是该阀门装置12的开度。蝶阀开闭迅速，开关省劲，且结构相对简单，操作也方便。

由于该喉口11A处为排气管的最小横截面积，通过将阀门装置12设置在该喉口11A处，从而节约安装阀门装置12的成本和降低安装难度。

在本实施例中，阀门装置12可以接收控制器传输的控制信号，并且根据该控制信号，调节开度。此处的开度是阀门装置12的阀门的闭合程度，其开度范围为0至90度之间，当然，设计者还可以根据业务需求，可以选定开度范围为0至180度，在此并不局限于本实施例所提供的开度范围。该控制信号可以是具有一定占空比的脉冲宽度调制信号(Pulse WidthModulation，PWM)，占空比的高低可以调节阀门装置12的开启时间。当阀门装置12需要调高开度时，控制器13可以输出更多的PWM信号，以调高开度。同理，当阀门装置12需要调低开度时，控制器可以减少PWM信号的输出，以调低开度。本技术领域人员可以结合作业目的，选择市面上提供的阀门装置，在此不赘述。

第一传感器14检测阀门装置12的开度，并且输出开度采集信号，控制器13接收和分析该开度采集信号，以调节阀门装置12的开度。在本实施例中，此处的开度为阀门装置12和排气管11的横截面相交的角度。例如，控制器13根据当前排气管11的废气流量，期望将阀门装置12的开度调节至30度，即开度期望值为30度，但是当前的开度只是为25度，达不到开度期望值30度。此时，第一传感器14采集到当前开度25度，将当前开度25度传输给控制器13，控制器13经过分析，该“当前开度25度”未达到“开度期望值30度”，因此，控制器13下发控制信号，以使阀门装置12的开度调节至30度。在一些实施例中，可选的，第一传感器14为位移传感器或角速度传感器。

在本实施例中，控制器13可以为PLC控制器，还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组 件或者这些部件的任何组合。

请再参考图1和图2，可选的，在一些实施例中，第二传感器15包括第一检测端15A和第二检测端15B，第二传感器15与控制器13连接。该第一检测端15A位于排气管11的入口，第二检测端15B位于排气管11的喉口11A处，第二传感器15通过第一检测端15A检测到排气管11的入口的气压P1，第二传感器15通过第二检测端15B检测到排气管11的喉口11A处的气压P2，第二传感器15输出压差△P为(P1-P2)的绝对值，控制器13根据该压差△P控制阀门装置12的开度。当控制器13分析到该压差△P高于阈值，即分析到此时的EGR废气流量较大，由于EGR废气流量较大时的测量流量结果比较精确，因此，一方面，如果此时阀门装置12的开度大于0度小于90度时，控制器13输出控制信号，以调大阀门装置12的开度，另一方面，如果此时阀门装置12的开度为90度时，无需调节阀门装置12的开度。当压差△P低于阈值时，控制器13分析到此时的EGR废气流量较小，为了提高文丘里管压差较小时的流量测量精度，控制器13可以根据压差△P，减小阀门装置12的开度。在一些实施例中，可选地，第二传感器15为压差传感器。

需要说明的是，在得到压差△P后，可根据阀门装置12的开度计算喉口的有效流通面积，再通过经典文丘里计算流量的公式精确得到单位时间内通过文丘里管的废气质量。其中，该单位时间内通过文丘里管的废气质量还与入口处废气的绝对静压力和入口处废气的开尔文温度相关。本技术领域人员结合作业目的，容易想到在入口处设置测量入口温度和压力的传感器(图未示)，在此不赘述。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了用于测量废气流量的装置，提高了排气管压差较小时的流量测量精度，同时有效的节省布置空间，提高了该装置的实用性，由于在排气管的喉口处使用了EGR阀门，相比原始管路(EGR阀门和文丘里管相互独立)中的EGR阀门面积小，也降低了EGR阀门的制造成本。

实施例二

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的一种测量废气流量的系统的结构示意图。如图3所示，该系统30包括内燃机31、涡轮增压器32、中冷器33以及测量废气流量的装置34。内燃机31包括进气口311和出气口312，涡轮增压器32包括涡轮机313和压气机314，涡轮机313和压气机314同轴共转。涡轮机313的输入端和出气口312连通，中冷器33的输入端和压气机314的输出端连通，中冷器33的输出端和进气口311连通，测量废气流量的装置34分别与进气口311和出气口312连通。此处的测量废气流量的装置34可以参考上述实施例的有关介绍，只要各个实施例内容不构成冲突，均可以相互组合和引用。

内燃机31从出气口312排出废气，其中，一部分废气经过测量废气流量的装置34从进气口311回流到内燃机31。涡轮机313的出口和后处理箱连接，在一些实施例中，涡轮机313的出口还可以和消音器连接，或者，涡轮机313通过出口将废气排放至外界大气。压气机314的入口和空滤连接，以便空滤滤掉空气中的颗粒物质。在一些实施例中，压气机314的入口暴露于外界大气中。压气机314的出口和中冷器33连接，用于将将外界空气压送进中冷器33进行冷却处理，该空气经过中冷器33冷却处理之后，再通过进气口311将冷却后的空气流到内燃机31。

可选地，为了提高测量废气流量的装置34的使用寿命以及工作性能，如图3所示，该系统还包括冷却器35，冷却器35的输入端和出气口312连通，冷却器35输出端和测量废气流量的装置34的输入端连通，测量废气流量的装置34的输出端和进气口311连通。冷却器35首先将从出气口312输出的废气进行冷却，并且输出冷却后的废气给测量废气流量的装置34。

可选地，在一些实施例中，为了提高内燃机31循环利用废气的效率，有必要进一步降低输入内燃机31的废气的温度，具体的，该系统还包括冷却器，冷却器的输入端和测量废气流量的装置的输出端连通，测量废气流量的装置的输入端和出气口连通，冷却器输出端和进气口连通。首先，测量废气流量的装置先测量完废气的流量之后，冷却器冷却 该废气并且向内燃机31输入该冷却后的废气，相对的，内燃机31处理温度低的废气的效率高于温度高的废气，因此，其能够提高内燃机31循环利用废气的效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了用于测量废气流量的装置，提高了文丘里管压差较小时的流量测量精度，同时有效的节省布置空间，提高了该装置的实用性。同时该测量废气流量的装置的系统可用于高压EGR系统和低压EGR系统。

本实施例提供的测量废气流量的装置可以是测量废气流量，也可延伸安装在内燃机进气侧，起到测量进气流量和进气节流阀的作用。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种测量废气流量的装置，其特征在于，包括：

用于传输废气的排气管；

阀门装置，设置于所述排气管内；

用于输出控制信号以调节所述阀门装置的开度的控制器；

用于检测所述开度的第一传感器，所述第一传感器设置于所述排气管内；

第二传感器，所述第二传感器与所述控制器连接，所述第二传感器为压差传感器；以及

所述第一传感器和所述阀门装置均与所述控制器连接；

所述排气管为文丘里管，其中，所述阀门装置设置于所述排气管的喉口处；

所述第二传感器的第一检测端和第二检测端分别位于所述排气管的入口和喉口处。

2.根据权利要求1所述的测量废气流量的装置，其特征在于，

所述阀门装置为蝶阀。

3.根据权利要求1所述的测量废气流量的装置，其特征在于，

所述第一传感器为位移传感器或角速度传感器。

4.一种测量废气流量的系统，其特征在于，包括：

内燃机，所述内燃机包括进气口和出气口；

涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮机和压气机；所述涡轮机的输入端和所述出气口连通；

中冷器，所述中冷器的输入端和所述压气机的输出端连通，所述中冷器的输出端和所述进气口连通；以及

如权利要求1-3任一项所述的测量废气流量的装置，所述测量废气流量的装置分别与所述进气口和所述出气口连通。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷却器，所述冷却器的输入端和所述出气口连通，所述冷却器的输出端和所 述测量废气流量的装置的输入端连通，所述测量废气流量的装置的输出端和所述进气口连通。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷却器，所述冷却器的输入端和所述测量废气流量的装置的输出端连通，所述测量废气流量的装置的输入端和所述出气口连通，所述冷却器的输出端和所述进气口连通。