阅读说明：本技术 一种增加发动机排气压力的方法及系统 (Method and system for increasing exhaust pressure of engine ) 是由 杨洲 于 2018-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种增加发动机排气压力的方法及系统,用于带有涡轮增压器的发动机,发动机的排气歧管与涡轮增压器的涡轮机之间有发动机的排气流道,排气流道内设置有可以转动的导向门,当导向门在无转动的初始位置时,其内侧面朝向排气流道的内壁；利用一个空气喷射机构,从排气流道外往位于排气流道内的导向门的内侧面喷射压缩空气,驱动导向门旋转,增大导向门与排气流道内壁之间的夹角,改变发动机的排气气流在排气流道内的流动方向与速度,减小排气流道的过流面积,增加发动机的排气压力。本发明的系统结构紧凑,占用空间小,可以安置在涡轮机的上游,充分发挥涡轮增压器的作用,减小涡轮延迟,增加废气循环,减少发动机尾气排放,提高发动机制动功率。(The invention provides a method and a system for increasing the exhaust pressure of an engine, which are used for the engine with a turbocharger, wherein an exhaust runner of the engine is arranged between an exhaust manifold of the engine and a turbine of the turbocharger, a rotatable guide door is arranged in the exhaust runner, and the inner side surface of the guide door faces the inner wall of the exhaust runner when the guide door is at the initial position without rotation; the compressed air is sprayed from the outside of the exhaust flow passage to the inner side surface of the guide door positioned in the exhaust flow passage by using an air spraying mechanism, the guide door is driven to rotate, the included angle between the guide door and the inner wall of the exhaust flow passage is increased, the flowing direction and the flowing speed of the exhaust airflow of the engine in the exhaust flow passage are changed, the flow area of the exhaust flow passage is reduced, and the exhaust pressure of the engine is increased. The system of the invention has compact structure and small occupied space, can be arranged at the upstream of the turbine, fully plays the role of the turbocharger, reduces the delay of the turbine, increases the exhaust gas circulation, reduces the exhaust emission of the engine and improves the braking power of the engine.)

一种增加发动机排气压力的方法及系统

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种增加发动机排气压力的方法及系统。

背景技术

已有技术中，增加发动机排气压力被广泛地用于发动机的排放处理(废弃再循环)和发动机制动等领域。发动机制动运作与常规点火运作的主要区别是制动时不喷油也不燃烧，将产生动力的发动机暂时转换为吸收能量的空气压缩机。制动期间除了常规的进、排气门在进、排气冲程期间开启之外，发动机制动器在发动机活塞压缩冲程期间将排气门再次打开，允许被压缩气体(制动时为空气)被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀(做工)冲程返回到发动机的活塞，而是通过发动机的排气及散热系统释放掉。最终的结果是有效的发动机制动，减缓车辆的速度。

发动机制动的功率和载荷随转速的增加而升高，实际使用中发动机大都运行在中、低转速，如何在不增加制动载荷(不超载)的前提下，提高中、低转速的发动机制动功率是当务之急。传统的做法是联合制动，在压缩释放的基础上增加排气背压制动(缸外制动)，比如增加排气蝶阀，提高发动机的排气压力。联合制动的确可以提高中、低转速的制动功率，减小制动载荷，消除制动噪音。但目前几乎所有背压控制装置(如排气蝶阀)都由于其机构庞大，无法安装在涡轮增压器的涡轮机的上游(由于会产生涡轮延迟的副作用)。安装在涡轮下游排气尾管上的背压控制装置大大降低甚至完全关闭排气气流，导致涡轮增压机不工作，降低甚至消除了进气压力和气流及相应的冷却作用，使排气温度提高，导致发动机的某些部件，如喷油嘴过热。

早在1983年，美国专利4,395,884就披露了在涡轮增压器的涡轮机的上游采用一个分流阀，将进入两个涡轮机入口通道的排气气流合并到一个涡轮机入口通道，改变排气气流的方向和速度，增加涡轮转速，提高进、排气压力和发动机的制动功率。但由于涡轮机上游的空间有限，分流阀的机构复杂、体积大和控制难等而无法成为产品。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增加发动机排气压力的方法及系统，用于解决现有技术中发动机背压控制装置的机构复杂、成本高、体积大、控制难，以及背压控制装置导致涡轮增压机不工作，发动机在高转速时排气温度太高、燃油喷嘴嘴尖容易过热等技术问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种增加发动机排气压力的方法，用于带有涡轮增压器的发动机，所述发动机的排气歧管与涡轮增压器的涡轮机之间有排气流道，其特征在于，利用一个空气喷射机构，从排气流道外往位于排气流道内的一扇可以转动的导向门喷射压缩空气，驱动导向门在排气流道内转动，改变发动机的排气气流在排气流道内的流动方向和速度，减小排气流道的过流面积，增加导向门上游排气流道内的排气压力。

优选的，所述的排气流道包括涡轮增压器的涡轮机的入口通道，所述的导向门位于涡轮增压器的涡轮机的入口通道内，导向门的铰链安置在排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口的连接处，导向门可以围绕所述的铰链在涡轮机的入口通道内转动，当导向门在无转动的初始位置时，导向门的内侧面朝向排气流道的内壁，所述的压缩空气喷射在导向门的内侧面上。

优选的，所述空气喷射机构往排气流道内的导向门的内侧面喷射压缩空气的位置在排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口的连接处。

优选的，所述的涡轮增压器的涡轮机有两个入口通道，每个涡轮机的入口通道内均设置有一扇导向门。

优选的，所述的涡轮机两个入口通道内的两扇导向门可以分开地独立转动转动或者连在一起同时转动。

优选的，所述空气喷射机构包动力源和控制阀，所述的动力源包括空压机或储气罐，空压机或储气罐产生所述的压缩空气，所述的控制阀控制压缩空气的喷射时间和流量。

本发明还提供一种增加发动机排气压力的系统，用于带有涡轮增压器的发动机，所述发动机的排气歧管与涡轮增压器的涡轮机之间有排气流道，其特征在于：所述增加发动机排气压力的系统包括一扇导向门和一个空气喷射机构，所述的导向门转动式地设置在排气流道内，当导向门在无转动的初始位置时，导向门的内侧面朝向排气流道的内壁，所述的空气喷射机构从排气流道外往位于排气流道内的导向门的内侧面喷射压缩空气，驱动导向门旋转，增大导向门与所述的排气流道内壁之间的夹角，改变发动机的排气气流在排气流道内的流动方向，减小排气流道的过流面积，增加导向门上游排气流道内的排气压力。

优选的，所述的导向门的内侧面可以是不同的形状，包括平面、折面、凹面、组合面或其它曲面。

优选的，所述的排气流道包括涡轮增压器的涡轮机的入口通道，所述的导向门位于涡轮机的入口通道内，导向门的铰链安置在排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口的连接处，导向门围绕铰链在涡轮机的入口通道内转动。

优选的，所述的空气喷射机构包括在排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口通道之间安置的供气板，供气板上面设置有铰链槽，导向门的铰链安置在所述的铰链槽内。

优选的，所述空气喷射机构包动力源和控制阀，所述的动力源包括空压机或储气罐，空压机或储气罐产生所述的压缩空气，所述的控制阀控制压缩空气的喷射时间和流量。

优选的，所述的空气喷射机构包括接头、出气管或喷嘴，所述的接头、出气管或喷嘴位于排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口的连接处。

优选的，所述的涡轮增压器的涡轮机有两个入口通道，每个涡轮机的入口通道内均设置有一扇导向门。

优选的，所述的涡轮机两个入口通道内的两扇导向门可以分开地独立转动或者连在一起同时转动。

如上所述，本发明的增加发动机排气压力方法及系统，具有以下有益效果：不需要活塞气缸机构，而是通过空气喷射机构驱动导向门，改变排气气流的方向与流速，提高涡轮增压器的运转速度，增加发动机的排气压力。

附图说明

图1是本发明的增加发动机排气压力系统的一个总体结构示意图。

图2是本发明的增加发动机排气压力系统的一个局部剖面图，示意了导向门在无转动的初始位置(未驱动)的状态。

图3是本发明的增加发动机排气压力系统的一个局部剖面图，示意了导向门转动后(被驱动)的状态。

图4是本发明的增加发动机排气压力系统的一种涡轮机入口通道与导向门位置的示意图。

图5是本发明的增加发动机排气压力系统的供气板的示意图。

元件标号说明

12 进气歧管

13 进气分流节点

14 总进气管

210 涡轮增压器

222 轴

218，228 压缩机，涡轮机

240 排气尾管

22 排气歧管

23 排气歧管的汇合处

24 排气流道

25 连接处(接头端面)

26 排气流道内壁

27 排气流道的过流面积

28 涡轮机入口通道

29 涡轮叶片

30 发动机

33 发动机活塞

35 发动机气缸

40 空气喷射机构

41 空压机

43 导气管

45 控制阀

47 出气管

48 喷嘴

49 压缩空气

51 螺母

53 供气接头

60 导向门

61，63 导向门内侧面，外侧面

62 导向门铰链

71 垫片一

72 垫片一上的供气孔/槽

74 供气板

75 供气板上的供气孔/槽

76 供气板上的铰链槽

77 供气板上的排气孔/槽

78 垫片二

79 垫片二上的供气孔/槽

100 发动机制动器

120 中冷器

140、400 空气

200 进气门

300 排气门

500 发动机喷油器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1是本发明的增加发动机排气压力系统的一个总体结构示意图。一般的发动机都有多个汽缸，比如商用车上的发动机为直列六缸的柴油发动机。但为了简明起见，图1只显示了发动机30中的一个汽缸35。活塞33在汽缸35内做上下往复的周期运动。四冲程的发动机30每一个运动周期包括人们熟知的进气冲程、压缩冲程、膨胀(或做工)冲程和排气冲程。在进气冲程中，活塞33在汽缸35内从上止点往进气下止点运动，发动机的进气门200打开，将空气引入发动机的汽缸35。接下来是压缩冲程，活塞33从进气下止点往压缩上止点运动，发动机的进气门200和排气门300都处于关闭状态，汽缸35内的空气被压缩，在活塞33抵达压缩上止点附近时，燃油(如柴油)经喷油器500喷入缸内与被压缩的空气混合、压燃并在接下来的膨胀(或做工)冲程内继续燃烧，产生气体膨胀，将活塞33从压缩上止点往膨胀下止点驱动做工。最后是发动机30的排气冲程，活塞33从膨胀下止点往排气上止点运动，发动机的排气门300打开，将燃烧后的气体从汽缸35内排出到排气歧管22。排气冲程完成后回到上述进气冲程，开始一个新的周期，如此往复循环。

现有的发动机大都配置有图1所示的涡轮增压器210，以提高发动机的动力和效率。本实施例中涡轮增压器210包括通过轴222相连的涡轮机228和压缩机218，来自发动机各气缸35的排气歧管22在合流处23与排气流道(排气管)24相连，排气流道24从排气歧管下游一直通到涡轮机228内的涡轮叶片29(参加图2)。从汽缸35内排出的气体(制动时为空气)从排气歧管22在合流处23汇入排气流道24形成排气气流，驱动涡轮机228，带动与之同轴222的压缩机218一同转动，压缩从发动机进气入口通道进入的空气140，提高总进气管14内的进气压力。总进气管14经进气分流节点13分成所需的多根进气歧管12，每根进气歧管12与气缸35的一进气门200相连。由于压缩后的空气的温度增高，降低发动机的效率，所以被压缩的空气进入发动机的汽缸35之前，经过中冷器120冷却，然后经进气分流节点13分开，通过进气歧管12和进气门200进入汽缸35。此外，现有的发动机一般每一缸都配有四个气门，两个进气门，两个排气门，图1中显示的单个进气门200和单个排气门300只是示意作用。

图1中，在排气门300上面象征式地设有发动机制动器100，用来在发动机30的压缩上止点附近使发动机的排气门300打开，发动机压缩冲程期间在气缸35内被压缩的气体释放到排气歧管22内，在排气歧管的汇合处23形成排气气流进入排气流道24。本实施例中发动机制动器100可以是压缩释放型、泄气型或其它形式的发动机制动器。本实施例中排气流道24穿过排气歧管的出口与涡轮增压器的涡轮机的入口的连接处25(25也标示为排气歧管22的出口端面和涡轮机228的入口端面，参见图2至图4)通向涡轮叶片29。排气气流在驱动涡轮叶片29之后从排气尾管240流出(图1)。

图2至图5显明，本发明的增加发动机排气压力系统的导向门60转动式地设置在排气流道24内(注意到涡轮机228的入口通道28为排气流道的一部分)。当导向门60在无转动的初始位置(转角为零)时，导向门60的内侧面61朝向排气流道的内壁26。这里所示意的导向门60的转动通过铰链62得到。导向门铰链62安置在供气板74的铰链槽76里面(见图5)。涡轮机两个入口通道28内的两扇导向门60可以相互独立地转动或者连在一起同时转动(图4)。

本发明的增加发动机排气压力系统还包括空气喷射机构40，它包括空压机41，导气管43和出气管47，导气管43和出气管47之间设有控制阀45，在出气管的端部可设喷嘴48或者接头53(喷嘴也可以安装在接头内)，出气管47由螺母51固紧在接头53上面。空压机41将空气400压缩，压缩后的空气由导气管43、控制阀45和出气管47引向喷嘴48。当然，压缩空气也可以来自储气罐(车辆上面一般都装有储气罐)。本发明可以根据车载压缩空气的可用量、制动功率的需求和制动载荷的限制等，通过控制阀45控制空气的喷射时间和流量。此外，空气喷射机构40还可以包括一个单向阀机构，允许压缩空气从空气喷射机构喷出，但阻止排气流道24内的排气气流进入空气喷射机构。

本发明的工作过程如下。当发动机需要增加发动机排气压力时，控制阀45打开，出气管47从排气流道外，通过供气接头53、垫片一71上的供气孔/槽72、供气板74上的供气孔/槽75和垫片二78上的供气孔/槽79往位于排气流道内的导向门60的内侧面61喷射压缩空气(参加图3)，驱动导向门60旋转，增大导向门60与排气流道内壁26之间的夹角，改变发动机的排气气流在排气流道内的流动方向，减小排气流道24的过流面积27，增加导向门60上游排气流道24内的排气压力。与此同时，由于涡轮增压器210的旋转速度增大，发动机的进气压力和进气气流也会加大，更加有效地提高发动机的制动功率。

当导向门60与排气流道内壁26之间的夹角增大时，导向门的外侧面63承受排气气流的冲击。内侧面61上面压缩空气的作用力与外侧面63上排气气流的作用力相互平衡，决定导向门60的转角和排气流道24的过流面积27。本发明可以根据不同的发动机工况(如转速)，通过控制阀45调节压缩空气的喷射时间和流量，控制导向门60的转角和排气流道24的过流面积27，实现涡轮转速和发动机进、排气压力的调整，改善发动机制动的性能。显而易见，本发明不但不影响而且可以改进涡轮增压机210的运转，减小涡轮延迟，增加进气压力和气流以及随之而来的冷却作用，不会提高排气温度和喷油嘴的温度。

此外，由于导向门60的内、外侧面61、63承受的压力趋于平衡，导向门60的厚度可以很小，比如0.5～1.5mm，优选1.0mm。这样，整个导向门不但轻巧，占用的空间也很小，可以很容易地安置在涡轮机的上游。

上述说明包含了很多具体的实施方式，这不应该被视为对本发明范围的限制，而是作为代表本发明的一些具体例证，许多其他演变都有可能从中产生。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。举例来说，这里的增加发动机排气压力的方法可以用于不同的发动机，包括顶置凸轮发动机和推杆发动机；可以用于单气门发动机，亦可以用于两个以上气门的多气门发动机；不但可以用于发动机的制动运作，也可以用于发动机的点火运作，如减小涡轮延迟，增加废气再循环等。

还有，这里的空气喷射机构的组成、形状、安装和调控等都可以不同。比如说，出气管端部的喷嘴的形状可以是扁平状、圆台状、圆孔和环状等。

此外，出气管端部的喷嘴或接头可以通过不同的方式安置在不同的位置。

还有，空气喷射机构喷射的压缩空气的时间、流量和方向可以根据发动机运转的要求，比如制动功率的要求、制动载荷的限制和压缩空气的来源等，进行调节。

此外，导向门的内侧面可以取不同的形状，除了平面之外，还可以是折面(两个或两个以上平面的组合)、凹面、组合面或其它曲面。导向门的安装位置和方式也可以不同。

还有，这里的排气流道的横截面除了方形、圆形，还可以是其它形状。