一种排气温度的控制系统及涡轮增压柴油机的制作方法

1.本技术涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种排气温度的控制系统及涡轮增压柴油机。


背景技术：

2.柴油发动机(diesel engine)是机动车辆的一种重要的动能提供装置，随着排放法规的日益严苛，应用柴油发动机作为动力来源的机动车辆面临着越来越低的排放限值的挑战。
3.涡轮增压柴油机是一种常见的柴油发动机，在涡轮增压柴油机中包括涡轮增压器，涡轮增压器由压气机和涡轮组成，两者通过刚性轴连接。压气机将进气压缩后输出给发动机，发动机输出高温高压的排气给涡轮，高温高压的排气推动涡轮叶轮旋转产生机械功。涡轮通过连接的刚性轴带动压气机旋转，压气机压缩进气给发动机。
4.涡轮增压柴油机低负荷运行时，发动机的气缸内喷油量较少而空气流量过剩。这导致发动机的排气温度较低。低温排气在流经涡轮增压器做功后，排气内能转化为涡轮机械功，这导致涡轮出口即后处理装置入口处的排气温度相比气缸出口排气温度进一步降低。过低的排气温度不满足后处理装置对排气进行处理的工作温度需求。这使得后处理装置无法对排气进行较好的处理，从而使得涡轮增压柴油机的排气不符合规定的排放限值。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种排气温度的控制系统及涡轮增压柴油机，用于提高涡轮增压柴油机中后处理装置入口的排气温度，从而使得涡轮增压柴油机的排气符合规定的排放限值。
6.为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：
7.本技术实施例提供一种排气温度的控制系统，所述排气温度的控制系统应用于涡轮增压柴油机，所述涡轮增压柴油机包括压气机、发动机、涡轮和后处理装置，所述压气机的出气口连接发动机的进气口，所述发动机的出气口连接所述涡轮的进气口，所述涡轮的排气口连接所述后处理装置的进气口，所述控制系统包括：控制器和旁通支路；
8.所述旁通支路的进气端连接所述发动机的出气口，所述旁通支路的出气端连接后处理装置的进气口；
9.所述旁通支路中设置有旁通阀；
10.所述控制器用于控制所述旁通阀的开度，以调节所述涡轮增压柴油机的排气温度。
11.作为一种可能的实施方式，还包括：温度测量装置；
12.所述温度测量装置用于测量所述涡轮增压柴油机的排气温度；
13.所述控制器用于根据所述排气温度控制所述旁通阀的开度，所述排气温度越低所述旁通阀的开度越大。
14.作为一种可能的实施方式，所述温度测量装置位于所述发动机的出气口。
15.作为一种可能的实施方式，所述温度测量装置位于所述后处理装置的进气口。
16.作为一种可能的实施方式，所述发动机的出气口通过第一涡轮管道连接所述涡轮的进气口，所述旁通支路的进气端与所述第一涡轮管道的夹角在30
°
至60
°
之间。
17.作为一种可能的实施方式，所述涡轮的排气口通过第二涡轮管道连接所述后处理装置的进气口，所述旁通支路的排气端与所述第二涡轮管道的夹角在30
°
至50
°
之间。
18.作为一种可能的实施方式，还包括：电机；
19.所述控制器具体用于通过所述电机控制所述旁通阀的开度。
20.根据上述实施例中的排气温度控制系统，本技术还提供了一种涡轮增压柴油机，包括：压气机、发动机、涡轮、后处理装置、控制器和旁通支路，所述压气机的出气口连接所述发动机的进气口，所述发动机的出气口连接所述涡轮的进气口，所述涡轮的排气口连接所述后处理装置的进气口；
21.所述旁通支路的进气端连接所述发动机的出气口，所述旁通支路的出气端连接后处理装置的进气口；
22.所述旁通支路中设置有旁通阀；
23.所述控制器用于控制所述旁通阀的开度，以调节所述涡轮增压柴油机的排气温度。
24.作为一种可能的实施方式，还包括：温度测量装置；
25.所述温度测量装置用于测量所述涡轮增压柴油机的排气温度；
26.所述控制器用于根据所述排气温度控制所述旁通阀的开度，所述排气温度越低所述旁通阀的开度越大。
27.作为一种可能的实施方式，所述温度测量装置位于所述发动机的出气口。
28.通过上述技术方案可知，本技术具有以下有益效果：
29.本技术实施例提供了一种排气温度的控制系统，所述排气温度的控制系统应用于涡轮增压柴油机，所述涡轮增压柴油机包括压气机、发动机、涡轮和后处理装置，所述压气机的出气口连接发动机的进气口，所述发动机的出气口连接所述涡轮的进气口，所述涡轮的排气口连接所述后处理装置的进气口，所述控制系统包括：控制器和旁通支路；所述旁通支路的进气端连接所述发动机的出气口，所述旁通支路的出气端连接后处理装置的进气口；所述旁通支路中设置有旁通阀；所述控制器用于控制所述旁通阀的开度，以调节所述涡轮增压柴油机的排气温度。
30.由上可知，本技术实施例提供的排气温度的控制系统，通过将涡轮上游高温气缸排气引入后处理装置入口，直接提升了后处理装置入口排气温度。同时由于从涡轮的上游引出了排气，使得涡轮的转速降低，从而使得压气机的转速也降低，进而降低了了涡轮增压柴油机中的空气流量，从而间接提升了后处理装置入口气温。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。
32.图1为本技术实施例提供的一种涡轮增压柴油机的结构图；
33.图2为本技术实施例提供的一种排气温度的控制系统的示意图；
34.图3为本技术实施例提供的一种排气温度的控制系统的结构图；
35.图4为本技术实施例提供的一种后喷油量和后处理装置入口温度的曲线图；
36.图5为本技术实施例提供的一种涡轮增压柴油机的示意图。
具体实施方式
37.为了帮助更好地理解本技术实施例提供的方案，在介绍本技术实施例提供的方法之前，先介绍本技术实施例方案的应用的场景。
38.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种涡轮增压柴油机的结构图。
39.如图1所示，涡轮增压柴油机中包括涡轮增压器1000和发动机200。涡轮增压器1000由压气机100和涡轮300组成，两者通过刚性轴连接。压气机100将进气压缩后输出给发动机200的气缸，发动机200的气缸输出高温高压的排气给涡轮300，高温高压的排气推动涡轮300叶轮旋转产生机械功。涡轮300通过连接的刚性轴带动压气机100旋转，压气机100压缩进气给发动机200。
40.涡轮增压柴油机低负荷运行时，发动机的气缸内喷油量较少而空气流量过剩。这导致发动机的排气温度较低。低温排气在流经涡轮增压器做功后，排气内能转化为涡轮机械功，这导致涡轮出口即后处理装置入口处的排气温度相比气缸出口排气温度进一步降低。过低的排气温度不满足后处理装置对排气进行处理的工作温度需求。这使得后处理装置无法对排气进行较好的处理，从而使得涡轮增压柴油机的排气不符合规定的排放限值。
41.为了升高后处理装置入口处的排气温度，可以增加发动机气缸内后喷油量的方式提升气缸出口排气温度，从而间接提升后处理入口温度。然而，这种方式对后处理入口温度的提升效果有限，并且显著增加柴油机油耗。这是因为，一方面，当后喷油量增加时，气缸出口排气温度上升。但是上升的排温大部分转化成了涡轮的机械功，只有少部分提升了后处理入口排气温度。另一方面，涡轮机械功增加导致柴油机空气流量增加。多余的空气在气缸内吸收热量，反而削弱了气缸出口排气温度的上升幅度，阻碍了后处理入口处排气温度上升。因此，后喷燃油产生的热量被涡轮机械功和多余的空气量稀释了。此外，空气流量增加导致涡轮入口处压力上升，即气缸排气背压上升，从而导致柴油机的泵气损失增加、油耗上升。
42.由上可知，增加后喷燃油量提升后处理入口排气温度的方式效率低下，后喷油量产生的大部分热量转化成了涡轮功并被增加的空气吸收，并且增加的空气量导致柴油机泵气损失增加。为满足后处理入口温度需求，需要浪费大量的燃油。
43.为了解决上述的技术问题，本技术实施例提供了一种排气温度的控制系统，通过在将涡轮上游高温气缸排气引入后处理装置入口，直接提升了后处理装置入口排气温度。
44.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
45.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种排气温度的控制系统的示意图。
46.如图2所示，本技术实施例提供的排气温度的控制系统2000应用于涡轮增压柴油
机，涡轮增压柴油机包括压气机100、发动机200、涡轮300和后处理装置400。其中，压气机100的出气口连接发动机200的进气口，发动机200的出气口连接涡轮300的进气口，涡轮300的排气口连接后处理装置400的进气口，控制系统2000包括：控制器600和旁通支路500；
47.旁通支路500的进气端连接发动机200的出气口，旁通支路500的出气端连接后处理装置400的进气口；
48.旁通支路500中设置有旁通阀501；
49.控制器600用于控制旁通阀501的开度，以调节涡轮增压柴油机的排气温度。
50.需要说明的是，发动机的排气为高温高压的气体，但发动机的排气经过涡轮后，排气的热能一部分转换为了涡轮的机械能，这导致涡轮出口的排气温度将小于涡轮入口的排气温度。本技术实施例提供的排气温度的控制系统，通过旁通支路将发动机的排气直接引至后处理装置的入口。将高温高压的发动机排气直接与后处理装置入口的气体混合，从而可以达到提高后处理装置入口气温的目的。
51.还需要说明的是，由于本技术的旁通支路从涡轮的上游引出了发动机的排气，因此这将使得通过涡轮的气体较少，从而使得涡轮的转速降低。而涡轮和压气机是通过刚性轴连接的，涡轮转速降低时，压气机的转速也会降低，这使得压气机送入发动机中的空气流量减少。发动机中的空气流量减少，将使得发动机的排气温度上升，如此可以进一步使得后处理装置入口气温上升。
52.下面将结合附图对本技术实施例提供的排气温度的控制系统进行具体介绍。
53.参见图3，该图为本技术实施了了提供的一种排气温度的控制系统的结构图。
54.如图3所示，本技术实施例提供的排气温度的控制系统包括，直径为d的旁通支路，旁通支路的两端连接直径为d的涡轮支路。旁通支路中设有阀门(旁通阀)。该阀门可以由一个电机驱动，作为一个示例，该电机可以为步进电机。该电机受到控制器的控制，从而控制器可以通过该电机控制旁通阀的开度。
55.作为一个示例，控制器可以控制旁通阀的开启角度γ。步进电机控制精度可以为
±
0.5
°
。具体地，控制器可以通过旋转旁通阀角度控制排气有效流通面积，进而控制排气流量。旁通阀的开启角度范围为0
°
—90
°
。其中，0
°
表示阀门处于全关状态，90
°
表示阀门处于最大开启状态，此时阀门的有效流通面积与排气管横截面积相同。不同角度下旁通阀的有效流通面积计算公式如下：
[0056][0057]
其中，a为旁通阀有效流通面积，π为圆周率，d为排气支路管径，γ为旁通阀的开启角度。
[0058]
需要说明的是，本技术实施例提供的排气温度的控制系统还可以包括温度测量装置。控制器可以根据温度测量装置测量的涡轮增压柴油机的排气温度，控制旁通阀的开度。涡轮增压柴油机的排气温度可以为发动机的排气排入空气前在管道内任意一处的温度。例如，涡轮增压柴油机的排气温度可以为发动机的排气温度，此时温度测量装置位于发动机的出气口。涡轮增压柴油机的排气温度还可以为后处理装置的进气温度，此时温度测量装置位于后处理装置的进气口。
[0059]
应该理解，当涡轮增压柴油机的排气温度越低，本技术实施例中旁通阀的开启角
度越大，旁通支路的有效流通面积越大。在实际的应用中，当涡轮增压柴油机的排气温度低于第一排气温度阈值时，本技术实施例中的控制器开启打开旁通阀。此时，如果排气温度继续降低，控制器将继续增加旁通阀的开度，从而使得排气温度上升。当排气温度大于第二排气温度阈值后，控制器将关闭旁通阀。本技术实施例中的第一排气温度阈值和第二排气温度阈值可以为同一个温度。作为另一种可能的实施方式，为了避免旁通阀的反复开闭，本技术实施例中的第一排气温度阈值可以小于第二排气温度阈值。
[0060]
本技术实施例中，发动机的出气口通过第一涡轮管道连接涡轮的进气口，旁通支路的进气端与第一涡轮管道的夹角为α。α为排气取气角。取气角越小，排气支路对涡轮支路的气流影响越小，但是相同管径下取气流量越小。涡轮的排气口通过第二涡轮管道连接后处理装置的进气口，旁通支路的排气端与第二涡轮管道的夹角为β。β为排气角，排气角越小，排气支路对涡轮支路的气流影响越小，但是两路气体的混合均匀度越差。在实际的应用中，综合考虑取气量和对涡轮支路的气流干扰程度，α可以介于30
°‑
60
°
之间，综合流通能力和对涡轮旁通支路气流的干扰程度，β可以介于30
°
—50
°
之间。
[0061]
为达到较好的排气温度控制，本技术实施例所提供的排气温度的控制系统可以和发动机气缸后喷油的方法综合使用。如图4所示，曲线t1为后喷油量和后处理装置入口温度的理想曲线。曲线t2为打开旁通阀后，后喷油量和后处理装置入口温度的曲线。曲线t3为关闭旁通阀后，后喷油量和后处理装置入口温度的曲线。通过提升排气支路的流量，可以使得t3向t1方向迁移；满足后处理排气温度需求时的后喷油量需求逐步下降，比如由图4中a点下降到b点。
[0062]
综上所述，本技术实施例提供的排气温度的控制系统，通过将涡轮上游高温气缸排气引入后处理装置入口，直接提升了后处理装置入口排气温度。同时由于从涡轮的上游引出了排气，使得涡轮的转速降低，从而使得压气机的转速也降低，进而降低了了涡轮增压柴油机中的空气流量，从而间接提升了后处理装置入口气温。
[0063]
根据上述实施例提供的排气温度的控制系统，本技术实施例还提供了一种涡轮增压柴油机。
[0064]
参见图5，该图为本技术实施例提供的一种涡轮增压柴油机的示意图。
[0065]
如图5所示，本技术实施例提供的涡轮增压柴油机，包括：压气机100、发动机200、涡轮300、后处理装置400、控制器600和旁通支路500，发动机200的出气口连接涡轮300的进气口，涡轮300的排气口连接后处理装置400的进气口；
[0066]
旁通支路500的进气端连接发动机200的出气口，旁通支路500的出气端连接后处理装置400的进气口，旁通支路500中设置有旁通阀501。控制器600用于控制旁通阀501的开度，以调节涡轮增压柴油机的排气温度。
[0067]
作为一种可能的实施方式，本技术实施例提供的涡轮增压柴油机还包括：温度测量装置；温度测量装置用于测量涡轮增压柴油机的排气温度；控制器用于根据排气温度控制旁通阀的开度，排气温度越低旁通阀的开度越大。作为一种可能的实施方式，温度测量装置可以位于发动机的出气口，或后处理装置的进气口。
[0068]
由此可知，本技术实施例提供的涡轮增压柴油机，通过将涡轮上游高温气缸排气引入后处理装置入口，直接提升了后处理装置入口排气温度。同时由于从涡轮的上游引出了排气，使得涡轮的转速降低，从而使得压气机的转速也降低，进而降低了了涡轮增压柴油
机中的空气流量，从而间接提升了后处理装置入口气温。
[0069]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0070]
需要说明的是，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。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
[0071]
还需要说明的是，在本文中，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0072]
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技术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技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术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。