CN209129720U - 发动机排气系统的高压空气喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种属于内燃机技术领域的发动机排气系统的高压空气喷射装置，包括发动机本体、发动机排气总管、高压空气轨、高压空气泵、涡轮机、催化包、颗粒捕集器、发动机排气管、第一高压空气喷嘴、第二高压空气喷嘴、第三高压空气喷嘴、高压空气进气管、第一宽氧传感器、第二宽氧传感器、第一温度传感器和第二温度传感器。本实用新型通过在排气系统的不同位置喷入可控的新鲜空气，配合空燃比加浓的控制策略，加速发动机冷启动过程，改善发动机的动态响应性，实现颗粒捕集器的再生。本实用新型设计合理，结构简单，适用于涡轮增压缸内直喷发动机的优化设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种发动机排气系统的高压空气喷射装置。
背景技术
随着发动机排放法规的日益严苛，在发动机的排气系统上大多集成了多种排放优化装置。其中包括三元催化器、颗粒物捕集装置等。这些设备的正常工作需要一定的先决条件，例如三元催化器在工作时需要一定的温度，并且燃烧废气的空燃比需要等于1，才能使三元催化器具有最高的转化效率；而颗粒物捕集装置作为一种通过吸附原理来过滤发动机颗粒物排放的装置，需要定期对其吸附载体进行“清理”或“再生”处理，即将已收集的颗粒物通过燃烧等方式进行清除，以保持颗粒物捕集装置本身对颗粒物的附着能力，这就需要在这些颗粒物捕集装置中周期性地制造一种高温富氧的环境，进而将已捕集的颗粒物烧掉。
当发动机刚启动的过程中，整个系统的温度都较低，此时三元催化器的转化效率很低，排放恶化。为了尽快完成三元催化器的加热，发动机会进入催化包起燃工况，通过延迟点火，使发动机的排气温度提高，进而对催化包进行加热。但此方法所产生的加热效果并不是非常直接，且会使发动机在热机过程中的输出性能大打折扣。此外，当发动机正常工作一段时间后，发动机排气系统中的颗粒物捕集装置会吸附大量的颗粒物，随着颗粒物吸附量的增加，吸附能力也随之下降。此时需要在颗粒物捕集器中制造高温富氧的环境，用于清理已捕集到的颗粒物。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的发动机排气系统的高压空气喷射装置，通过布置在排气系统中不同位置上的多个高压空气喷嘴，精确控制发动机排气系统中不同区域的废气成分，进而优化排气系统中涡轮机、催化器、颗粒物捕集器等零件的工作环境。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本实用新型提供一种发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特点在于，其包括发动机本体、发动机排气总管、高压空气轨、高压空气泵、涡轮机、催化包、颗粒捕集器、发动机排气管、第一高压空气喷嘴、第二高压空气喷嘴、第三高压空气喷嘴、高压空气进气管、第一宽氧传感器、第二宽氧传感器、第一温度传感器和第二温度传感器。
发动机本体和涡轮机通过发动机排气总管相连接，涡轮机、催化包和颗粒捕集器通过发动机排气管相连接，高压空气轨和高压空气泵通过高压空气进气管相连接，高压空气轨上设置有三个高压空气喷嘴，第一高压空气喷嘴布置在发动机排气总管上，第二高压空气喷嘴布置在涡轮机与催化包之间的发动机排气管上，第三高压空气喷嘴布置在催化包与颗粒捕集器之间的发动机排气管上。
第一宽氧传感器布置在涡轮机与催化包之间且位于第二高压空气喷嘴之前，第二宽氧传感器布置在催化包与颗粒捕集器之间且位于第三高压空气喷嘴之前，第一温度传感器布置在颗粒捕集器之前，第二温度传感器布置在颗粒捕集器之后。
高压空气泵、涡轮机、第一高压空气喷嘴、第二高压空气喷嘴、第三高压空气喷嘴、第一宽氧传感器、第二宽氧传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均与发动机本体的电子控制单元相连接。
较佳地，该装置还包括发动机进气管、发动机进气空滤、压气机和中冷器，发动机进气空滤、压气机、中冷器和发动机本体通过发动机进气管相连接。
较佳地，该装置还包括高压空气空滤，高压空气泵和高压空气空滤通过高压空气进气管相连接。
较佳地，第一高压空气喷嘴、第二高压空气喷嘴和第三高压空气喷嘴均为电控喷嘴。
较佳地，高压空气轨为恒压高压空气轨。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
本实用新型的积极进步效果在于：
本实用新型设计合理、结构简单，既可以利用通过对排气系统中废气成分的控制，优化发动机催化包起燃过程以及提高颗粒物捕集装置的工作效率，同时还可以改善涡轮增压器的工作状态，增强发动机的动态响应能力。空气喷嘴的喷射时机、喷射位置、喷射量等参数可以与发动机缸内空燃比实时配合，在不同的发动机工况以及不同的需求条件下，完成对增压器、催化器、颗粒物捕集装的精确控制。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例的发动机排气系统的高压空气喷射装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种发动机排气系统的高压空气喷射装置，其包括发动机进气管1、发动机进气空滤2、压气机3、中冷器4、发动机本体5、发动机排气总管6、高压空气轨7、高压空气泵8、涡轮机9、催化包10、颗粒捕集器11、发动机排气管12、第一高压空气喷嘴13、第二高压空气喷嘴14、第三高压空气喷嘴15、高压空气空滤16、高压空气进气管17、第一宽氧传感器18、第二宽氧传感器19、第一温度传感器20和第二温度传感器21。
发动机进气空滤2、压气机3、中冷器4和发动机本体5通过发动机进气管1相连接，发动机本体5和涡轮机9通过发动机排气总管6相连接，涡轮机9、催化包10和颗粒捕集器11通过发动机排气管12相连接，高压空气轨7、高压空气泵8和高压空气空滤16通过高压空气进气管17相连接，高压空气轨7上设置有三个高压空气喷嘴，第一高压空气喷嘴13布置在发动机本体5与涡轮机9之间的发动机排气总管6上，第二高压空气喷嘴14布置在涡轮机9与催化包10之间的发动机排气管12上，第三高压空气喷嘴15布置在催化包10与颗粒捕集器11之间的发动机排气管12上。
第一宽氧传感器18布置在涡轮机9与催化包10之间且位于第二高压空气喷嘴14之前，第二宽氧传感器19布置在催化包10与颗粒捕集器11之间且位于第三高压空气喷嘴15之前，第一温度传感器20布置在颗粒捕集器11之前，第二温度传感器21布置在颗粒捕集器11之后。
高压空气泵8、涡轮机9、第一高压空气喷嘴13、第二高压空气喷嘴14、第三高压空气喷嘴15、第一宽氧传感器18、第二宽氧传感器19、第一温度传感器20和第二温度传感器21均与发动机本体5的电子控制单元(ECU)相连接。
其中，高压空气轨7为恒压高压空气轨，第一高压空气喷嘴13、第二高压空气喷嘴14和第三高压空气喷嘴15均为电控喷嘴。
在实施过程中，当发动机在暖机状态下正常工作时，发动机处在中低转速中小负荷，缸内空燃比等于1；催化包10已被加热，其转化效率较高；颗粒捕集器11正常工作，捕捉废气中的颗粒物；此时第一高压空气喷嘴13、第二高压空气喷嘴14、第三高压空气喷嘴15均不喷气，整个排气系统内的当量空燃比均等于1。当发动机需要快速提升输出负荷时，随着油门踏板位置的瞬间变换，发动机的缸内空燃比会随之加浓，接近功率混合气成分，已增加发动机输出性能，同时，第一高压空气喷嘴13会在涡轮机9之前喷入适当空气，使废气中的空燃比等于1，同时通过第一宽氧传感器18对此过程进行修正，实现精确控制。由于在涡轮机9前，废气中未燃烧的燃油会与喷入的空气中的氧气继续燃烧并同时流经涡轮机9，大幅度增加废气对涡轮机9的做功能力，增加涡轮转速，进而提高压气机3的做功能力，增加发动机的进气量。此过程会加速发动机负荷增加的速度，进而大幅度提升发动机的动态响应性。
当发动机在冷机刚启动状态下工作时，需要进入催化包起燃工况来加热催化包10。此时发动机的点火角不需要大幅度推迟，只需要对缸内实际混合器进行加浓，同时发动机通过监测第一宽氧传感器18的测量结果，控制第二高压空气喷嘴14向催化包10之前的废气中喷射适量空气，使此处废气的实际空燃比等于1。废气中尚未燃烧的燃油会与第二高压空气喷嘴14喷出的空气中的氧气继续燃烧，形成空燃比等于1的高温废气，进而快速对催化包进行加热，同时通过第二宽氧传感器19对此过程进行修正，实现精确控制，同时在整个催化包加热过程中，由于点火角一直处于较为理想的位置，发动机的输出性能不会受到影响。
当发动机使用一段时间后，颗粒捕集器11中会累积大量的颗粒物，进而影响其对颗粒物排放的过滤能力，需要进行颗粒捕集器的再生。此时可以通过第一温度传感器20采集颗粒物捕集器前的废气温度，当达到一定要求时，通过第三高压空气喷嘴15向颗粒捕集器11前喷射空气，此时，在颗粒捕集器11中就形成了高温富氧的环境，聚集在捕集器中的碳颗粒就会在此时与氧气产生燃烧反应，实现消除已捕集的颗粒物的效果。同时，通过第二温度传感器21监控颗粒捕集器11中的燃烧温度，保证燃烧温度不会过高，对颗粒捕集器11进行保护。
通过向排气系统中特定的位置进行可控的空气喷射，配合燃烧室中的空燃比控制策略，调节整个排气系统中的空燃比状态，进而提高催化包起燃速度、改善大负荷工况下的催化器转化效，同时进行可控的颗粒物捕集器再生。此外，排气系统高压空气喷射装置还可以通过和燃烧室中的空燃比控制策略进行配合，在发动机工况不变的情况下，大幅度提高通过涡轮的废气能量，进而提升压气机的做功能力，改善发动机的动态响应性。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特征在于，其包括发动机本体(5)、发动机排气总管(6)、高压空气轨(7)、高压空气泵(8)、涡轮机(9)、催化包(10)、颗粒捕集器(11)、发动机排气管(12)、第一高压空气喷嘴(13)、第二高压空气喷嘴(14)、第三高压空气喷嘴(15)、高压空气进气管(17)、第一宽氧传感器(18)、第二宽氧传感器(19)、第一温度传感器(20)和第二温度传感器(21)；
发动机本体(5)和涡轮机(9)通过发动机排气总管(6)相连接，涡轮机(9)、催化包(10)和颗粒捕集器(11)通过发动机排气管(12)相连接，高压空气轨(7)和高压空气泵(8)通过高压空气进气管(17)相连接，高压空气轨(7)上设置有三个高压空气喷嘴，第一高压空气喷嘴(13)布置在发动机排气总管(6)上，第二高压空气喷嘴(14)布置在涡轮机(9)与催化包(10)之间的发动机排气管(12)上，第三高压空气喷嘴(15)布置在催化包(10)与颗粒捕集器(11)之间的发动机排气管(12)上；
第一宽氧传感器(18)布置在涡轮机(9)与催化包(10)之间且位于第二高压空气喷嘴(14)之前，第二宽氧传感器(19)布置在催化包(10)与颗粒捕集器(11)之间且位于第三高压空气喷嘴(15)之前，第一温度传感器(20)布置在颗粒捕集器(11)之前，第二温度传感器(21)布置在颗粒捕集器(11)之后；
高压空气泵(8)、涡轮机(9)、第一高压空气喷嘴(13)、第二高压空气喷嘴(14)、第三高压空气喷嘴(15)、第一宽氧传感器(18)、第二宽氧传感器(19)、第一温度传感器(20)和第二温度传感器(21)均与发动机本体(5)的电子控制单元相连接。
2.如权利要求1所述的发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特征在于，该装置还包括发动机进气管(1)、发动机进气空滤(2)、压气机(3)和中冷器(4)，发动机进气空滤(2)、压气机(3)、中冷器(4)和发动机本体(5)通过发动机进气管(1)相连接。
3.如权利要求1所述的发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特征在于，该装置还包括高压空气空滤(16)，高压空气泵(8)和高压空气空滤(16)通过高压空气进气管(17)相连接。
4.如权利要求1所述的发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特征在于，第一高压空气喷嘴(13)、第二高压空气喷嘴(14)和第三高压空气喷嘴(15)均为电控喷嘴。
5.如权利要求1所述的发动机排气系统的高压空气喷射装置，其特征在于，高压空气轨(7)为恒压高压空气轨。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111322145A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-23 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种实现燃气发动机超低排放的控制方法及系统 |
| CN112302768A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-02-02 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种提升气体机冷启动排放性能的系统及方法 |
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