本發(fā)明涉及scr熱管理技術(shù)，具體涉及一種用于發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)的排氣節(jié)流裝置及一種具有這種排氣節(jié)流裝置的發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以尿素為還原劑的scr技術(shù)作為控制車用柴油機尾氣排放的重要手段，在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其對改善由柴油汽車尾氣造成的大氣污染發(fā)揮著重要作用。

由于釩基催化劑具有抗硫性強、活性溫度范圍寬、經(jīng)濟性等特點，因而其普遍應(yīng)用于柴油機的尾氣nox凈化。scr催化劑的溫度是影響排放的關(guān)鍵因素，雖然釩基催化劑活性溫度范圍寬，但在排氣溫度過低情況下釩基催化劑活性會變得很差，使得低溫情況下催化劑轉(zhuǎn)化效率低，這進(jìn)而會導(dǎo)致發(fā)動機在運行過程中由于排溫過低而出現(xiàn)排放惡化的問題。

因而，存在對現(xiàn)有技術(shù)中scr熱管理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是至少解決上述缺陷與不足之一，該目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一方面，本發(fā)明提供了一種用于發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)的排氣節(jié)流裝置，所述排氣節(jié)流裝置設(shè)置于scr后處理裝置前端的排氣管，并且所述排氣節(jié)流裝置包括：

支撐在所述排氣管內(nèi)部的中心軸；

多個扇葉軸，所述多個扇葉軸分別沿徑向方向從外側(cè)穿透所述排氣管并以可轉(zhuǎn)動的方式插置在所述中心軸內(nèi)；

多個扇葉，每個扇葉分別固定地設(shè)置在對應(yīng)的所述扇葉軸上；以及

設(shè)置在所述排氣管外部的扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)與所述多個扇葉軸聯(lián)接并且能夠根據(jù)發(fā)動機控制單元的指令來控制所述扇葉軸的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)所述扇葉的開度。

進(jìn)一步地，所述扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括套設(shè)于所述排氣管外部的環(huán)形齒圈，所述環(huán)形齒圈與安裝在電機的電機軸上的齒輪嚙合并且能夠在所述電機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，所述環(huán)形齒圈的內(nèi)周面上開設(shè)有多個凹槽，每個所述凹槽內(nèi)接納有一個撥叉構(gòu)件，每個所述撥叉構(gòu)件與相應(yīng)的所述扇葉軸聯(lián)接并且能夠帶動所述扇葉軸。

進(jìn)一步地，所述撥叉構(gòu)件包括撥叉、與所述撥叉的一端固定連接的撥叉銷以及與所述撥叉的另一端固定連接的預(yù)加載的板簧。

進(jìn)一步地，所述撥叉銷以相對于所述扇葉軸不可轉(zhuǎn)動的方式插置在所述扇葉軸的中心接納孔中，在所述環(huán)形齒圈未被驅(qū)動的情況下，所述板簧與所述凹槽的第一壁面相抵靠，并且所述撥叉的與所述板簧相反的一側(cè)與所述凹槽的第二壁面相抵靠，所述第二壁面與所述第一壁面相對。

進(jìn)一步地，所述環(huán)形齒圈的內(nèi)周面上沿圓周方向等角度間隔地開設(shè)有六個凹槽，并且所述排氣節(jié)流裝置包括六個扇葉。

進(jìn)一步地，所述排氣節(jié)流裝置還包括固定在所述排氣管外部的多個限位構(gòu)件，所述多個限位構(gòu)件設(shè)置在所述環(huán)形齒圈的兩側(cè)，以防止所述環(huán)形齒圈沿所述排氣管的延伸方向竄動。

進(jìn)一步地，所述排氣節(jié)流裝置還包括預(yù)加載的彈性回復(fù)構(gòu)件，所述彈性回復(fù)構(gòu)件設(shè)置在所述環(huán)形齒圈的內(nèi)周面與所述排氣管的外壁之間，使得所述環(huán)形齒圈未被驅(qū)動時回復(fù)至其初始位置。

進(jìn)一步地，所述排氣節(jié)流裝置還包括設(shè)置在所述扇葉軸的伸出端與所述排氣管的內(nèi)周面之間的密封圈。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)，所述發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)包括設(shè)置于發(fā)動機的排氣管上的scr后處理裝置以及設(shè)置在所述發(fā)動機與所述scr后處理裝置之間的排氣節(jié)流裝置，所述排氣節(jié)流裝置為上述的用于發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)的排氣節(jié)流裝置。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述發(fā)動機與所述排氣節(jié)流裝置之間的兩位三通閥，所述兩位三通閥能夠根據(jù)發(fā)動機控制單元的指令信號將來自發(fā)動機的排氣選擇性地通入所述scr后處理裝置或旁通到大氣中。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)低負(fù)荷工況時，通過調(diào)小扇葉開度，提高了排氣背壓，進(jìn)而提高了排氣溫度：排氣背壓在一定范圍內(nèi)變化時，對排氣溫度影響較為明顯，由于低負(fù)荷工況下空燃比很高，對燃油消耗量影響較小，在尿素噴射量不變的情況下，能夠有效提高低負(fù)荷工況下scr催化劑的轉(zhuǎn)化效率，對于越來越苛刻的排放法規(guī)具有積極作用；

(2)扇葉開度調(diào)小時，尾氣的流通面積減少，改變了尾氣的流動方向，提高了尾氣流動速度，改善了尾氣與尿素的混合：扇葉在一定范圍內(nèi)開度減小時，流經(jīng)扇葉的廢氣流速有所增加，廢氣成旋渦狀流入scr后處理裝置，scr載體前端速度均勻性有所提高，混合后的尿素粒徑有所降低，有利于尿素的混合；

(3)通過安裝二位三通閥將不需要處理的尾氣旁通到大氣中，能夠防止scr催化劑溫度下降過快：將不需要處理的尾氣旁通到大氣中，防止scr催化劑溫度下降過快，在不噴尿素時，此時廢氣的溫度低且nox含量可以忽略不計，但若將其通入scr后處理裝置中，會使scr催化劑表面的溫度降低加快，當(dāng)負(fù)荷上升時溫度上升慢，影響轉(zhuǎn)化效率。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1示意性地示出了本發(fā)明實施方式的發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)；

圖2示意性地示出了本發(fā)明實施方式的用于發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)的排氣節(jié)流裝置的主視圖；

圖3示意性地示出了本發(fā)明實施方式的排氣節(jié)流裝置的俯視立體圖；

圖4示意性地示出了本發(fā)明實施方式的排氣節(jié)流裝置的環(huán)形齒圈的主視圖；

圖5示意性地示出了介于排氣節(jié)流裝置的環(huán)形齒圈與排氣管之間的彈性回復(fù)構(gòu)件的后視圖；

圖6示意性地示出了本發(fā)明實施方式的排氣節(jié)流裝置的分解立體圖，其中為了清楚起見，未示出電機及安裝在電機的電機軸上的齒輪。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

現(xiàn)在將參照圖1至圖6描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)的排氣節(jié)流裝置及具有這種排氣節(jié)流裝置的發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)。

如圖1所示，該發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)包括設(shè)置于發(fā)動機的排氣管1上的scr后處理裝置以及設(shè)置在發(fā)動機與scr后處理裝置之間的排氣節(jié)流裝置100。另外，該發(fā)動機scr熱管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在發(fā)動機與排氣節(jié)流裝置之間的兩位三通閥v，兩位三通閥v能夠根據(jù)發(fā)動機控制單元(ecu)的指令信號將來自發(fā)動機的排氣選擇性地通入scr后處理裝置或旁通到大氣中。排氣節(jié)流裝置100例如安裝在scr后處理裝置前端排氣管的直管段，例如距離scr后處理裝置入口300mm左右。

具體地，在發(fā)動機渦輪后端和scr后處理裝置(也稱之為“scr催化消聲器”)的前端排氣管引出一支管，并在支管引出處安裝一個二位三通閥v、例如二位三通電磁閥，通過發(fā)動機控制單元發(fā)出的指令信號來控制二位三通閥v。在scr催化劑溫度低于尿素起噴溫度的前提下，當(dāng)scr催化劑溫度高于發(fā)動機排氣溫度時，發(fā)動機控制單元控制二位三通閥v實現(xiàn)b路關(guān)閉、a路打開，從而將來自發(fā)動機的排氣旁通到大氣中，隨著scr催化劑溫度的不斷降低，當(dāng)scr催化劑溫度低于發(fā)動機排氣溫度時，發(fā)動機控制單元控制二位三通閥v實現(xiàn)b路打開、a路關(guān)閉，從而將來自發(fā)動機的排氣通入scr后處理裝置，使得來自發(fā)動機的排氣對scr催化劑起到保溫作用；當(dāng)scr催化劑溫度高于尿素起噴溫度時，則發(fā)動機控制單元控制二位三通閥v持續(xù)保持b路打開、a路關(guān)閉，使排氣正常地進(jìn)入scr后處理裝置，如圖1所示。其中，scr后處理裝置的載體前端和后端的排氣溫度分別借助溫度傳感器s1和溫度傳感器s2測得，如圖1所示。然后，通過建立數(shù)學(xué)模型，找出scr催化劑溫度與scr后處理裝置載體前端和后端的排氣溫度之間的關(guān)系，從而得到scr催化劑的溫度。

通過安裝二位三通閥將不需要處理的尾氣旁通到大氣中，能夠防止scr催化劑溫度下降過快：在scr催化劑溫度低于尿素起噴溫度情況下，來自發(fā)動機的排氣通過a路旁通到大氣中，此時scr催化劑溫度不斷降低，當(dāng)scr催化劑溫度低于發(fā)動機尾氣溫度時，來自發(fā)動機的排氣通過b路通入scr后處理裝置中，加熱scr催化劑，從而對scr催化劑起到保溫作用。

如圖2至圖6所示，排氣節(jié)流裝置100設(shè)置于scr后處理裝置前端的排氣管1，并且包括支撐在排氣管1內(nèi)部的中心軸2、多個扇葉軸3、多個扇葉4以及設(shè)置在排氣管1外部的扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)5，如圖2及圖6所示。多個扇葉軸3分別沿徑向方向從外側(cè)穿透排氣管1(例如以氣密的方式穿透排氣管)并以可轉(zhuǎn)動的方式插置在中心軸2內(nèi)。每個扇葉4分別固定地設(shè)置在對應(yīng)的扇葉軸3上。扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)5與多個扇葉軸3聯(lián)接并且能夠根據(jù)發(fā)動機控制單元的指令來控制扇葉軸3的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)扇葉4的開度。中心軸2例如由三根支柱支撐在發(fā)動機的排氣管1的中央處。

另外，扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)5包括套設(shè)于排氣管1外部的環(huán)形齒圈51。特別地，環(huán)形齒圈51與環(huán)形件51’是一體成型的以形成整體的環(huán)形齒圈，或者環(huán)形齒圈51與環(huán)形件51’分別成型后再組裝在一起，如圖6所示。環(huán)形齒圈51與安裝在電機e的電機軸es上的齒輪g嚙合并且能夠在電機e的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，環(huán)形齒圈51的內(nèi)周面上開設(shè)有多個凹槽10、例如六個凹槽，每個凹槽510內(nèi)接納有一個撥叉構(gòu)件52，每個撥叉構(gòu)件52與相應(yīng)的扇葉軸3聯(lián)接并且能夠帶動扇葉軸3。例如，總共提供六個撥叉構(gòu)件、六個扇葉軸以及六個扇葉。

另外，撥叉構(gòu)件52包括撥叉521、與撥叉521的一端固定連接的撥叉銷522以及與撥叉521的另一端固定連接的預(yù)加載的板簧523。撥叉銷522以相對于扇葉軸3不可轉(zhuǎn)動的方式插置在扇葉軸3的中心接納孔中，例如，撥叉銷522和扇葉軸3的中心接納孔呈形狀互補的多邊形形狀，例如四邊形。在環(huán)形齒圈51未被驅(qū)動的情況下，板簧523與凹槽510的第一壁面511相抵靠，撥叉521的與板簧523相反的一側(cè)與凹槽510的第二壁面512相抵靠，第二壁面512與第一壁面511相對。例如，在環(huán)形齒圈51被安裝在電機e的電機軸es上的齒輪g驅(qū)動的情況下，環(huán)形齒圈51的轉(zhuǎn)動使得凹槽510內(nèi)的板簧523被壓縮，這進(jìn)而使得撥叉521轉(zhuǎn)動并且因此使得撥叉銷522轉(zhuǎn)動，從而帶動與撥叉銷522以不可相對轉(zhuǎn)動的方式聯(lián)接的扇葉軸3轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動扇葉4轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)扇葉4的開度。

另外，排氣節(jié)流裝置100還包括固定在排氣管1外部的多個限位構(gòu)件53，多個限位構(gòu)件53設(shè)置(例如，固定)在環(huán)形齒圈51的兩側(cè)，以防止環(huán)形齒圈51沿排氣管1的延伸方向竄動。

另外，排氣節(jié)流裝置100還包括預(yù)加載的彈性回復(fù)構(gòu)件54，彈性回復(fù)構(gòu)件54設(shè)置在環(huán)形齒圈51的內(nèi)周面與排氣管1的外壁之間，使得環(huán)形齒圈51未被驅(qū)動時回復(fù)至其初始位置。在電機e斷電的情況下，彈性回復(fù)構(gòu)件54使扇葉4自動轉(zhuǎn)動至全開位置。彈性回復(fù)構(gòu)件54例如為環(huán)形彈簧。

另外，排氣節(jié)流裝置100還包括設(shè)置在扇葉軸3的伸出端與排氣管1的內(nèi)周面之間的密封圈(未示出)。在廢氣的擠壓下，密封圈貼在排氣管內(nèi)側(cè)，起到密封作用。

在scr催化劑溫度高于scr催化劑起燃溫度(在催化劑理論轉(zhuǎn)化效率曲線中，轉(zhuǎn)化效率為50％時對應(yīng)的溫度)時，定義此時扇葉4的開度為全開，使得扇葉4順著氣流方向而不產(chǎn)生阻力；當(dāng)scr催化劑溫度低于scr催化劑起燃溫度時，發(fā)動機控制單元根據(jù)標(biāo)定好的轉(zhuǎn)速排氣溫度map通過扇葉開度調(diào)節(jié)機構(gòu)5實時調(diào)節(jié)扇葉4的開度，當(dāng)scr催化劑溫度達(dá)到scr催化劑起燃溫度后，電機e斷電，環(huán)形齒圈51在彈性回復(fù)構(gòu)件54的作用下恢復(fù)到原來位置，從而帶動扇葉4全開。

當(dāng)scr催化劑溫度低于scr催化劑起燃溫度時，通過改變扇葉4的開度降低尾氣的流通面積，提高發(fā)動機的排氣背壓，從而提高發(fā)動機排氣溫度，提高低負(fù)荷下發(fā)動機排氣背壓，影響發(fā)動機掃氣，使氣缸進(jìn)氣量減少，燃燒變差，原機排放降低，燃油消耗量會有所增加，而燃油消耗量的增加會使噴油持續(xù)期延長，排氣溫度升高，當(dāng)溫度高于scr催化劑起燃溫度時，扇葉恢復(fù)到全開狀態(tài)，對尾氣流動不產(chǎn)生阻力。通過試驗證明，由于低負(fù)荷工況下空燃比很高，在背壓增加不是很大的情況下，進(jìn)氣量的減少對燃油消耗量影響很小，而此時scr催化劑溫度會有明顯的提高。

通過模擬計算，扇葉開度在一定范圍內(nèi)減小時，流經(jīng)扇葉的廢氣流速有所增加，廢氣成旋渦狀流入scr后處理裝置，有利于尿素混合。通過試驗并觀察速度矢量圖可以看出，scr載體前端混合氣速度有所提高，由于擾流作用混合后的尿素粒徑有所降低，說明在一定范圍內(nèi)減小扇葉開度有利于尿素混合，降低結(jié)晶風(fēng)險。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。