专利名称：发动机排气背压检测装置及微粒捕集再生控制系统、方法
技术领域：
本发明涉柴油发动机排放控制领域，具体涉及一种发动机排气背压检测装置及应用该装置的柴油发动机微粒捕集再生控制系统、方法。
背景技术：
柴油发动机是货运车辆动力源的主要类型，由于其具有良好的动力性和经济性， 近年来，也逐渐开始应用于大、中型轿车。众所周知，限制柴油发动机发展的主要因素是排放的问题。柴油发动机的主要排放物是微粒，通常是汽油发动机的30倍以上，由于柴油发动机排放的微粒对人体的危害很大，因此柴油发动机的排放问题引起了世界各国政府的普遍关注，并纷纷制定了严格的排放标准。为了满足世界各国政府制定的柴油发动机排放标准的要求，人们普遍采用了机内或机外净化技术来降低柴油发动机的微粒排放量，其中机内净化技术主要有优化燃油喷射系统、改善燃油品质和多气门技术等，机外净化技术主要有加装氧化催化器、静电分离技术、等离子体净化技术和微粒捕集技术等。随着对柴油发动机排放的要求越来越严格，仅靠机内净化技术已不能满足更高的排放标准要求，必须同时采取机外净化技术。目前，在我国为满足国IV排放标准所采用的技术中，一种称之为废气再循环(EGR)的技术越来越受到人们的青睐。这项技术通过将废气导入发动机的进气管中参与燃烧，同时利用设置在发动机排气管上的微粒捕集器(DPF) 过滤超过标准的微粒，从而降低有害气体氮氧化物的排放。但是，当DPF中捕集的微粒越来越多时，发动机的排气背压也会随之升高，排气背压升高会导致油耗增加、功率下降，严重时会影响发动机某些部件的寿命。因此废气再循环技术中必须设置微粒捕集器(DPF)主动再生的控制装置，根据压差传感器监测到的排气背压向排气管中喷入柴油进行燃烧，将DPF 中收集到的碳微粒转化成二氧化碳排出。然而在实际应用中却发现，由于压差传感器只能监测压差，不能确定微粒捕集器 (DPF)主动再生的时间，因此，安装有DPF的柴油发动机会存在如下隐患(1)如果微粒的成分中硫化物等的含量过高，由于硫化物不会参与燃烧，因此会导致再生不完全，使排气背压持续升高，从而影响发动机的动力性，并容易出现排放气体温度过高而损坏发动机的现象；(2)再生时间控制不当，容易导致DPF内部温度过高，损坏DPF部件。有鉴于此，亟待针对现有的柴油发动机微粒捕集再生的控制装置进行优化设计， 以有效地控制柴油发动机微粒捕集主动再生的时间，提高发动机和DPF部件的使用寿命。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种发动机排气背压检测装置， 用于在发动机微粒捕集再生的控制系统中检测发动机的排气背压，以有效地控制柴油发动机微粒捕集主动再生的时间，提高发动机和DPF部件的使用寿命。在此基础上，本发明还提供一种应用该检测装置的柴油发动机微粒捕集再生控制系统、方法。 本发明提供的发动机排气背压检测装置，包括套筒状的壳体、具有轴向通孔的顶
盖、顶杆和弹性部件，所述壳体的一侧开口为进气口，所述进气口处的壳体内壁上设有环状
凸台；所述顶盖密封固定在所述壳体的另一侧的开口上；所述顶杆的上端自所述顶盖上的
所述轴向通孔中穿出，所述顶杆的下端具有与所述环状凸台相抵或者分离的底盘；所述弹
性部件置于所述底盘和所述顶盖之间；且所述壳体的外壁上设有排气孔，所述排气孔与所
述底盘之间轴向尺寸大于所述底盘的厚度。 优选地，所述排气孔具体为多个，且位于同一水平面上。优选地，所述底盘的下部呈上大下小的圆台状，所述环状凸台的顶面与所述底盘的圆台状外圆周面部相适配。优选地，所述壳体和顶盖为一体加工成形。本发明提供的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，包括如前所述的发动机排气背压检测装置；还包括控制电路板，所述壳体固定在柴油发动机的排气管上，且所述进气口与所述排气管的内腔相通；所述控制电路板具有一个双位开关和一个控制器，所述顶杆在发动机排气背压的作用下沿所述壳体的轴线伸出或缩回，并驱动所述双位开关的拨杆接通或断开第一触点或第二触点，所述控制器在所述第一触点接通时向发动机EDU单元输出微粒捕集再生的控制信号，所述控制器在所述第二触点接通时输出报警信号。优选地，还包括控制所述拨杆复位的复位扭簧，所述复位扭簧的两端分别与所述拨杆和汽车底盘固定。优选地，所述顶杆的顶端设有滚轮，所述滚轮在所述复位扭簧的作用下与所述拨杆相抵。优选地，所述顶杆由上、下两段螺接而成。本发明提供的柴油发动机微粒捕集再生的控制方法，该方法采用如前所述的发动机排气背压检测装置检测当前发动机排气背压；若所述当前发动机排气背压无法驱动所述顶杆伸出，则控制电路板不发出任何控制信号；若所述当前发动机排气背压驱动所述顶杆伸出并使所述排气管的内腔与所述排气孔相通，则控制电路板向发动机的EDU单元输出微粒捕集再生一段时间的控制信号，并在所述底盘的底面高于所述排气孔时，每隔一小时重复发出微粒捕集再生一段时间的控制信号；若所述当前发动机排气背压驱动所述顶杆与所述顶盖接触，则控制电路板输出报警信号。本发明提供的发动机排气背压检测装置，置于套筒状的壳体内的顶杆下端设有一个底盘，封住壳体一侧的进气口，另一侧开口由顶盖封闭，顶杆的上端穿出顶盖，壳体上设有排气孔，排气背压经排气孔作用在底盘的底面上，使顶杆伸出至第一、第二两个工作位。 该装置为实现再生控制信号和报警信号的输出提供了可靠的保障，能够有效地控制柴油发动机微粒捕集主动再生的时间，提高了发动机和DPF部件的使用寿命。在本发明提供的发动机排气背压检测装置一种优选的技术方案中，底盘的下部呈上大下小的圆台状，环状凸台的顶面与所述底盘的圆台状外圆周面部相适配。如此设计，一方面增强了底盘对进气口的密封性能，另一方面也可以对底盘的移动起到导向作用，避免底盘在受到发动机排气背压冲击时倾斜而产生卡滞现象。本发明提供的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，包括上述检测装置和控制电路板，控制电路板根据检测装置输出的两种工作位分别输出再生控制信号或报警信号， 能够有效地控制柴油发动机微粒捕集主动再生的时间，提高了发动机和DPF部件的使用寿命。本发明提供的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统另一种优选的技术方案中，所述顶杆由上、下两段螺接而成，通过转动上段或下段，即可针对顶杆的伸出长度进行微调， 以适应接触第一、第二触点A、B。
图1是具体实施方式
中所述的发动机排气背压检测装置外形示意图；图2是图1中所示的A-A剖面图；图3是具体实施方式
中所述的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统结构示意图。图中排气背压检测装置1、控制电路板2 ；壳体10、进气口 11、排气孔13、环状凸台14、顶盖20、手柄21，复位扭簧22、顶杆 30、滚轮31、底盘32、弹性部件40、排气管50。
具体实施例方式本发明的核心是提供一种发动机排气背压检测装置，以检测发动机的排气背压， 应用该检测装置的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统及方法，能够有效地控制柴油发动机微粒捕集再生的时间，从而达到提高发动机和DPF部件使用寿命目的。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。本实施例中，以发动机的排气背压检测装置竖直设置为例加以说明。应当理解，本发明所提供的技术方案同样适用于将发动机的排气背压检测装置水平设置或者倾斜设置， 只须将控制电路板与发动机的排气背压检测装置中的顶杆端部对应布置即可，在此对发动机的排气背压检测装置的水平设置或者倾斜设置不再赘述。请参见图1和图2，其中，图1是具体实施方式
中所述柴油发动机的排气背压检测装置外形示意图，图2是图1中所示的A-A剖面图。如图所示，该发动机排气背压检测装置包括套筒状的壳体10以及顶盖20、顶杆30 和弹性部件40。壳体10的下端开口为进气口 11，上端开口处设有内螺纹，顶盖20螺装在壳体10 的上端开口上将壳体10的上端开口密封；实际上，顶杆30与底盘32可以分别加工再通过螺接的方式组合而成，也可以一体加工成形。顶盖20具有一垂直设置的轴向通孔，该轴向通孔与顶杆10同轴设置。顶杆30的下端固定设有与进气口处的环状凸台14相抵或者分离的底盘，该底盘32可与壳体10的内径相同或者不同，只要能够实现对于进气口 11的开启或关闭即可。顶杆30的上端自下而上从顶盖20上的轴向通孔中穿出。底盘32的顶面和顶盖20的底面设置有弹性部件40，以产生的弹力使底盘32紧压在壳体10的进气口 11上，自上而下将进气口 11封闭。具体地，弹性部件40采用如图所示的弹簧，设置壳体10内并套装在顶杆30上，其上、下两端分别与底盘32的顶面和顶盖20 的底面相抵。
壳体10固定在汽车的排气管50上，并且进气口 11与排气管50的内腔相通。壳体10下部的外壁上设有一个排气孔13，排气孔13与底盘32之间轴向尺寸大于底盘32的厚度，也就是说，在底盘32与环形凸台14上表面相抵时，排气孔13与进气孔11之间非导通。工作过程中，底盘32可在发动机排气背压的作用下上升，当底盘32的底面高于排气孔 13时，通过排气孔13泄压。本实施例中，壳体10上仅设有一个排气孔13 (请参见图1)，但是，为了加快泄压的速度，可以在环绕壳体10外壁的同一水平面上开设多个排气孔13。为了提高底盘32对壳体10进气口 11的密封性能，可针对壳体10进气口 11处作进一步的优化。请参见图1，底盘32的下部呈上大下小的圆台状，壳体10下端的进气口 11 处的内壁上设有环状凸台14，环状凸台14的顶面与底盘32下部的的圆台状外圆周面部相适配。如此设计，一方面增强了底盘32对进气口 11的密封性能，另一方面也可以对底盘32 向上移动起到导向的作用，避免底盘32在受到发动机排气背压冲击时倾斜，而产生卡滞现象。在上述发动机的排气背压检测装置的基础上，本发明还提供了一种具有该检测装置的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，如图3所示，图3示出了柴油发动机微粒捕集再生的控制系统结构示意图，该柴油发动机微粒捕集再生的控制系统包括具有上述结构的发动机的排气背压检测装置1和固定设置在汽车底盘上的控制电路板2。再结合图1、图2所示，壳体10固定在柴油发动机的排气管50上并且壳体10的进气口 11与排气管50的内腔相通，这样，排气管50中的排气背压通过进气口 11作用在底盘 32的底面上。控制电路板2具有一个双位开关和一个控制器，双位开关具有一个拨杆21和间隔设置的第一、第二触点A、B。顶杆30在发动机排气背压的作用下沿壳体10的轴线向上伸出或向下收回，并驱动拨杆21接通或断开第一触点A或第二触点B。此处定义，接通第一触点A时顶杆的位置为第一工作位，接通第二触点B时顶杆的位置为第二工作位。其中，第二触点B高于第一触点A。也就是说，当顶杆30上升至一定高度时，推动拨杆21接通第一触点A，当顶杆30继续上升时，拨杆21越过第一触点A (断开第一触点A)，顶杆30推动拨杆 21接通第二触点B，在第二工作位状态下，底盘32可与顶盖20相抵，以进行可靠定位。控制器在第一触点A接通时向发动机EDU单元输出微粒捕集再生一段时间的控制信号，并在底盘32的底面高于排气孔13时，每隔一小时重复发出微粒捕集再生一段时间的控制信号， 控制器在第二触点B接通时输出报警信号，报警器L点亮，通知操作人员微粒捕集器(DPF) 需要清理。柴油发动机微粒捕集再生的控制系统中还设有控制拨杆21复位的复位扭簧22， 该复位扭簧22的两端分别与拨杆21和汽车底盘固定。当拨杆21在顶杆30推动下沿铰点 01向上转动与第一触点接触时，复位扭簧22被拉伸，使拨杆21具有向下转动复位的趋势， 一旦发动机的排气背压下降，拨杆21在复位扭簧22的作用下向下转动至初始位置，于是， 拨杆与第一触点A断开。为了减小顶杆30顶端与拨杆21下表面之间的摩擦，顶杆30的顶端设有滚轮31， 滚轮31在复位扭簧22的作用下始终与拨杆21的下表面相抵。由于零部件在机械加工过程中误差是在所难免的，因此，顶杆在加工过程中也会出现长度误差，另外，各零部件在组装过程中也难免会出现装配误差。基于加工误差和装配误差，很可能会出现在第一工作位或第二工作位时，顶杆的顶端不能与第一触点A或第二触点B接触，从而无法产生相应的控制信号。为了解决上述问题，本方案的顶杆30可由上、 下两段螺接而成，这样就可以通过转动上段或下段，对顶杆30的长度进行微调，以适应接触第一、第二触点A、B，实现可靠的接触。本发明还提供了一种柴油发动机微粒捕集再生的控制方法，该方法采用前述的发动机排气背压检测装置检测当前发动机排气背压，若当前发动机排气背压较低，无法驱动顶杆伸出，则控制电路板不发出任何控制信号；若当前发动机排气背压较高，驱动顶杆伸出至第一工作位时(此时排气管的内腔与壳体上的排气孔相通)，则控制电路板向发动机的 EDU单元输出微粒捕集再生一段时间的控制信号，例如再生5分钟，5分钟过后，控制电路板会检测第一触点是否闭合，如果第一触点仍处于闭合状态，则重复发出微粒捕集再生一段时间的控制信号；若当前发动机排气背压驱动顶杆与顶盖接触，即顶杆伸出至第二工作位， 则说明排气背压太大，微粒捕集器(DPF)需要清理，于是控制电路板输出报警信号，提示操作者清理微粒捕集器(DPF)。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.发动机排气背压检测装置，其特征在于包括套筒状的壳体，其一侧开口为进气口，所述进气口处的壳体内壁上设有环状凸台； 具有轴向通孔的顶盖，密封固定在所述壳体的另一侧的开口上； 顶杆，其上端自所述顶盖上的所述轴向通孔中穿出，所述顶杆的下端具有与所述环状凸台相抵或者分离的底盘；和弹性部件，置于所述底盘和所述顶盖之间；且所述壳体的外壁上设有排气孔，所述排气孔与所述底盘之间轴向尺寸大于所述底盘的厚度。
2.根据权利要求1所述的发动机排气背压检测装置，其特征在于，所述排气孔具体为多个，且位于同一水平面上。
3.根据权利要求2所述的发动机排气背压检测装置，其特征在于，所述底盘的下部呈上大下小的圆台状，所述环状凸台的顶面与所述底盘的圆台状外圆周面部相适配。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机排气背压检测装置，其特征在于，所述壳体和顶盖为一体加工成形。
5.柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的发动机排气背压检测装置；还包括控制电路板，所述壳体固定在柴油发动机的排气管上，且所述进气口与所述排气管的内腔相通；所述控制电路板具有一个双位开关和一个控制器，所述顶杆在发动机排气背压的作用下沿所述壳体的轴线伸出或缩回，并驱动所述双位开关的拨杆接通或断开第一触点或第二触点，所述控制器在所述第一触点接通时向发动机EDU单元输出微粒捕集再生的控制信号，所述控制器在所述第二触点接通时输出报警信号。
6.根据权利要求5所述的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，其特征在于，还包括控制所述拨杆复位的复位扭簧，所述复位扭簧的两端分别与所述拨杆和汽车底盘固定。
7.根据权利要求6所述的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，其特征在于，所述顶杆的顶端设有滚轮，所述滚轮在所述复位扭簧的作用下与所述拨杆相抵。
8.根据权利要求5所述的柴油发动机微粒捕集再生的控制系统，其特征在于，所述顶杆由上、下两段螺接而成。
9.柴油发动机微粒捕集再生的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的发动机排气背压检测装置检测当前发动机排气背压； 若所述当前发动机排气背压无法驱动所述顶杆伸出，则控制电路板不发出任何控制信号；若所述当前发动机排气背压驱动所述顶杆伸出并使所述排气管的内腔与所述排气孔相通，则控制电路板向发动机的EDU单元输出微粒捕集再生一段时间的控制信号，并在所述底盘的底面高于所述排气孔时，每隔一小时重复发出微粒捕集再生一段时间的控制信号；若所述当前发动机排气背压驱动所述顶杆与所述顶盖接触，则控制电路板输出报警信号。
全文摘要
本发明公开一种发动机排气背压检测装置，其套筒状的壳体的一侧开口为进气口，进气口处的壳体内壁上设有环状凸台；其具有轴向通孔的顶盖密封固定在壳体的另一侧的开口上；顶杆的上端自轴向通孔中穿出，顶杆的下端具有与环状凸台相抵或者分离的底盘；弹性部件置于底盘和顶盖之间；且壳体的外壁上设有排气孔，排气孔与底盘之间轴向尺寸大于底盘的厚度。在此基础上，本发明还提供应用该装置的柴油发动机微粒捕集再生控制系统、方法，通过排气背压的作用使顶杆伸缩，从而使控制电路板输出微粒捕集再生控制信号或报警信号，有效地控制柴油发动机微粒捕集主动再生的时间，提高了发动机和DPF部件的使用寿命。
文档编号G01M15/10GK102156048SQ20111009988
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者佟德辉, 孙少军, 赵金光, 邓玉龙 申请人:潍柴动力股份有限公司