分离式排气系统、分离式排气系统的控制方法、发动机与流程

1.本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种分离式排气系统、分离式排气系统的控制方法、发动机。


背景技术：

2.涡轮增压发动机利用排气能量实现较高的功率输出，但涡轮增压发动机在一定转速范围内，由于排气压力升高且高于进气压力，会对发动机的排气和扫气都产生不利的影响，泵气损失要高于自然吸气发动机，由此产生的较高的残余废气容易引起爆震。同时，涡轮增压器会消耗掉一部分热量，在冷启动过程中会影响三元催化器的快速起燃，导致排放不达标。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种分离式排气系统、分离式排气系统的控制方法、发动机，以解决现有技术中涡轮增压发动机排放不达标的问题。
4.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种分离式排气系统，包括：进气管路；气缸，气缸的进口端与进气管路连通设置，气缸的出口端设置有增压管路和非增压管路，增压管路的出口端与涡轮机的进口端连通设置，非增压管路的出口端与三元催化器连通设置；排气通道，排气通道与涡轮机的出口端和三元催化器的出口端连通设置。
5.进一步地，增压管路设置有第一控制阀。
6.进一步地，增压管路还设置有第一排气歧管，第一排气歧管位于第一控制阀与涡轮机之间。
7.进一步地，非增压管路设置有第二控制阀。
8.进一步地，非增压管路设置有第二排气歧管，第二排气歧管位于第二控制阀与三元催化器之间。
9.进一步地，气缸为多个，多个气缸并排设置，各气缸的出口端均设置有增压管路和非增压管路，各增压管路的出口端在第一排气管路的进口端处汇集，第一排气管路的出口端与涡轮机的进口端连通设置，各非增压管路的出口端在第二排气管路的进口端处汇集，第二排气管路的出口端与三元催化器的进口端连通设置。
10.进一步地，气缸与进气管路之间设置有进气中冷器，进气中冷器与进气管路之间设置有压气机。
11.根据本发明的另一方面，提供了一种分离式排气系统的控制方法，方法用于控制上述的分离式排气系统，方法包括：获取发动机的工作状态，工作状态包括冷启动工作状态；在工作状态为冷启动工作状态时，生成第一控制策略，第一控制策略包括减小增压管路的第一控制阀的开度、增大非增压管路的第二控制阀的开度。
12.可选地，方法还包括：获取涡轮机的前段排气压力；判断前段排气压力是否满足预设条件；如果是，生成第二控制策略，第二控制策略用于增大非增压管路的第二控制阀的开
度。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种发动机，包括分离式排气系统，分离式排气系统为上述的分离式排气系统。
14.应用本发明的技术方案，通过在气缸的出口端设置增压管路和非增压管路，增压管路的废气会经过涡轮机排出，非增压管路的废气会绕过涡轮机，直接连通到三元催化器，较高的排气温度会有利于冷启动阶段三元催化器的快速起燃，有效改善排放，并减小了泵气损失，有利于气缸内废气的排空，提升了发动机的整体性能和效率。
附图说明
15.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1示出了根据本发明的分离式排气系统的实施例的结构示意图；
17.图2示出了根据本发明的分离式排气系统的控制方法的第一实施例的流程示意图；
18.图3示出了根据本发明的分离式排气系统的控制方法的第二实施例的流程示意图；
19.图4示出了根据本发明的分离式排气系统的控制方法的计算机终端的结构框图。
20.其中，上述附图包括以下附图标记：
21.1、进气管路；2、气缸；3、增压管路；4、非增压管路；5、涡轮机；6、三元催化器；7、排气通道；8、第一控制阀；9、第一排气歧管；10、第二控制阀；11、第二排气歧管；12、进气中冷器；13、压气机；14、第一排气管路；15、第二排气管路。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示
例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
26.结合图1所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种分离式排气系统。
27.具体地，分离式排气系统包括进气管路1、气缸2和排气通道7，气缸2的进口端与进气管路1连通设置，气缸2的出口端设置有增压管路3和非增压管路4，增压管路3的出口端与涡轮机5的进口端连通设置，非增压管路4的出口端与三元催化器6连通设置，排气通道7与涡轮机5的出口端和三元催化器6的出口端连通设置。
28.应用本发明的技术方案，通过在气缸2的出口端设置增压管路3和非增压管路4，增压管路3的废气会经过涡轮机排出，非增压管路4的废气会绕过涡轮机，直接连通到三元催化器6，较高的排气温度会有利于冷启动阶段三元催化器的快速起燃，有效改善排放，并减小了泵气损失，有利于气缸2内废气的排空，提升了发动机的整体性能和效率。
29.进一步地，增压管路3设置有第一控制阀8。通过第一控制阀8调节增压管路3的排气流量，并且第一控制阀8可主动控制，具体地，第一控制阀8的阀门开度根据测得的增压管路3的压力和温度来调整。其中，增压管路3还设置有第一排气歧管9，第一排气歧管9位于第一控制阀8与涡轮机5之间。利用第一排气歧管9将增压管路3的废气经涡轮机5排出到排气通道7。
30.进一步地，非增压管路4设置有第二控制阀10。通过第二控制阀10调节非增压管路4的排气流量，并且第二控制阀10可主动控制，具体地，第二控制阀10的阀门开度根据测得的非增压管路4的压力和温度来调整。其中，非增压管路4设置有第二排气歧管11，第二排气歧管11位于第二控制阀10与三元催化器6之间。利用第二排气歧管11将非增压管路4的废气经三元催化器6排出到排气通道7。这样设置使得一部分废气不经过涡轮机5直接通到三元催化器6上，可以有效降低涡轮机5前的排气压力，减小泵气损失，更有利于气缸2排空残余废气，降低爆震倾向，同时在冷启动阶段将废气直接通到三元催化器6可以促进三元催化器6的快速起燃，从而起到优化排放的效果。
31.进一步地，气缸2为多个，多个气缸2并排设置，各气缸2的出口端均设置有增压管路3和非增压管路4，各增压管路3的出口端在第一排气管路14的进口端处汇集，第一排气管路14的出口端与涡轮机5的进口端连通设置，各非增压管路4的出口端在第二排气管路15的进口端处汇集，第二排气管路15的出口端与三元催化器6的进口端连通设置。在本实施例中，气缸2为四个，每个气缸2均设置有一条增压管路3和一条非增压管路4，总共四条增压管路3和四条非增压管路4，四条增压管路3内的废气均由第一排气歧管9排出，并且从四条增压管路3内排出的废气会在第一排气管路14的进口端处汇集，再通过第一排气管路14排出到涡轮机5，由涡轮机5排出到排气通道7。四条非增压管路4内的废气则由第二排气歧管11排出，并且从四条非增压管路4内排出的废气会在第二排气管路15的进口端处汇集，再通过第二排气管路15排出到三元催化器6，由三元催化器6排出到排气通道7。这样设置使得废气从排气门开始分成两个通路(增压管路3和非增压管路4)，并且增压管路3内的废气由第一排气歧管9排出至第一排气管路14，非增压管路4内的废气由第二排气歧管11排出至第二排气管路15，有效减少了第一排气管路14和第二排气管路15的内部压力，有利于形成正压差，减小泵气损失，并且有利于气缸2内废气的排空，进而提升发动机的整体性能和效率。
32.进一步地，气缸2与进气管路1之间设置有进气中冷器12。通过设置进气中冷器12有利于降低增压后的高温空气温度，以降低发动机的热负荷，防止因空气温度过高出现发动机爆震甚至损伤熄火的现象，并提高了进气量，有利于提高涡轮增压发动机的换气效率。
33.进一步地，进气中冷器12与进气管路1之间设置有压气机13。通过压气机13给空气做功以提高空气压力，有利于提高增压器的总效率，提高涡轮增压发动机的可靠性。在本实施例中，压气机13可采用离心式压气机或轴流式压气机。
34.根据本技术的另一个具体实施例，提供了一种分离式排气系统的控制方法，方法用于控制上述实施例中的分离式排气系统，如图2所示，方法包括以下步骤：
35.步骤s101，获取发动机的工作状态，工作状态包括冷启动工作状态；
36.步骤s102，在工作状态为冷启动工作状态时，生成第一控制策略，第一控制策略包括减小增压管路3的第一控制阀8的开度、增大非增压管路4的第二控制阀10的开度。
37.在本实施例中，在发动机处于冷启动工作状态的情况下，由于此时发动机对扭矩需求低，故只开启小幅度的第一控制阀8，打开连接各个气缸2的第二控制阀10，并增大第二控制阀10的开度让大部分废气从非增压管路4通过，一方面可以促进三元催化器6的快速起燃，改善排放，同时也会促进气缸2快速排空，降低残余废气水平，改善燃烧。
38.如图3所示，方法还包括以下步骤：
39.步骤s201，获取涡轮机5的前段排气压力；
40.步骤s202，判断前段排气压力是否满足预设条件；
41.在该步骤中，预设条件设置为涡轮机5的前段排气压力偏大，具体地，当根据涡轮机5的前段排气压力超过预设值时，判定涡轮机5的前段排气压力偏大，该预设值经实际应用场景设置。
42.步骤s203，如果是，生成第二控制策略，第二控制策略用于增大非增压管路4的第二控制阀10的开度。
43.在本实施例中，当增压管路3的涡轮机5前段排气压力偏大时会导致影响气缸2内废气排空和进气，此时通过增大非增压管路4的第二控制阀10的开启程度，从而让更多的废气可以从非增压管路4排走。
44.在本技术的另一个示例性实施例中，当发动机在高转速工作时，此时增压管路3的涡轮机5前端排气压力很高，为了保证气缸2内的废气尽可能排空，也需要适当增大非增压管路4的第二控制阀10的开度，降低第一排气管路14的压力和废气残余，提升第二排气管路15的流通能力。
45.在本技术的另一个示例性实施例中，当发动机在一定转速范围内时，则需同时打开增压管路3的第一控制阀8和非增压管路4的第二控制阀10，当输送到增压管路3的涡轮机5的排气能量不足时，则减小非增压管路4的第二控制阀10的开启程度，保证更多的排气能量可以提供给涡轮机5。当发动机各气缸2存在排气干扰时，可以适当调整第一控制阀8和第二控制阀10的打开程度，具体地，在减小增压管路3的第一控制阀8的开度的同时增大非增压管路4的第二控制阀10的开度，以减小排气干扰对于发动机性能的影响。
46.该方法实施例可以在车辆中包含存储器和处理器的电子设备或者类似的运算装置中执行。如图4所示为根据本技术的分离式排气系统的控制方法的计算机终端的结构框图。以运行在车辆的电子设备上为例，车辆的电子设备可以包括一个或多个处理器102(处
理器可以包括但不限于中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)、数字信号处理(dsp)芯片、微处理器(mcu)、可编程逻辑器件(fpga)、神经网络处理器(npu)、张量处理器(tpu)、人工智能(ai)类型处理器等的处理装置)和用于存储数据的存储器104。可选地，上述汽车的电子装置还可以包括用于通信功能的传输设备106、输入输出设备108以及显示器110。本领域普通技术人员可以理解，图4所示的结构仅为示意，其并不对上述车辆的电子装置的结构造成限定。例如，车辆的电子装置还可包括比上述结构描述更多或者更少的组件，或者具有与上述结构描述不同的配置。
47.存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的信息处理方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的信息处理方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
48.传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(network interface controller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置可以为射频(radio frequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
49.显示器110可以例如触摸屏式的液晶显示器(lcd)和触摸显示器(也被称为“触摸屏”或“触摸显示屏”)。该液晶显示器可使得用户能够与移动终端的用户界面进行交互。在一些实施例中，上述移动终端具有图形用户界面(gui)，用户可以通过触摸触敏表面上的手指接触和/或手势来与gui进行人机交互，此处的人机交互功能可选的包括如下交互：创建网页、绘图、文字处理、制作电子文档、游戏、视频会议、即时通信、收发电子邮件、通话界面、播放数字视频、播放数字音乐和/或网络浏览等、用于执行上述人机交互功能的可执行指令被配置/存储在一个或多个处理器可执行的计算机程序产品或可读存储介质中。
50.根据本技术的另一个具体实施例，提供了一种发动机，包括分离式排气系统，分离式排气系统为上述实施例中的分离式排气系统。由于发动机采用了上述实施例中的分离式排气系统，在传统涡轮增压发动机的基础上将排气线路分为增压管路3和非增压管路4，经过增压管路3的废气从气缸2排出后直接通过涡轮机5排出，经过非增压管路4的废气直接连接到三元催化器6上游管路，绕过增压器排出。并且，在每条增压管路3和非增压管路4上安装有可以主动控制的阀门，以此来调节每条增压管路3及非增压管路4内废气的流量，从而改善了发动机的燃烧爆震倾向，降低了排放。
51.根据本技术的另一个具体实施例，提供了一种车辆，包括发动机，发动机为上述实施例中的发动机。由于车辆采用了上述实施例中的发动机，发动机的燃烧爆震倾向得到改善，且发动机的排放效果好，故也降低了车辆的排放，提升了车辆性能。
52.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
53.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
54.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分离式排气系统，其特征在于，包括：进气管路(1)；气缸(2)，所述气缸(2)的进口端与所述进气管路(1)连通设置，所述气缸(2)的出口端设置有增压管路(3)和非增压管路(4)，所述增压管路(3)的出口端与涡轮机(5)的进口端连通设置，所述非增压管路(4)的出口端与三元催化器(6)连通设置；排气通道(7)，所述排气通道(7)与所述涡轮机(5)的出口端和所述三元催化器(6)的出口端连通设置。2.根据权利要求1所述的分离式排气系统，其特征在于，所述增压管路(3)设置有第一控制阀(8)。3.根据权利要求2所述的分离式排气系统，其特征在于，所述增压管路(3)还设置有第一排气歧管(9)，所述第一排气歧管(9)位于所述第一控制阀(8)与所述涡轮机(5)之间。4.根据权利要求1所述的分离式排气系统，其特征在于，所述非增压管路(4)设置有第二控制阀(10)。5.根据权利要求4所述的分离式排气系统，其特征在于，所述非增压管路(4)设置有第二排气歧管(11)，所述第二排气歧管(11)位于所述第二控制阀(10)与所述三元催化器(6)之间。6.根据权利要求1-5中任一项所述的分离式排气系统，其特征在于，所述气缸(2)为多个，多个所述气缸(2)并排设置，各所述气缸(2)的出口端均设置有所述增压管路(3)和所述非增压管路(4)，各所述增压管路(3)的出口端在第一排气管路(14)的进口端处汇集，所述第一排气管路(14)的出口端与所述涡轮机(5)的进口端连通设置，各所述非增压管路(4)的出口端在第二排气管路(15)的进口端处汇集，所述第二排气管路(15)的出口端与所述三元催化器(6)的进口端连通设置。7.根据权利要求1所述的分离式排气系统，其特征在于，所述气缸(2)与所述进气管路(1)之间设置有进气中冷器(12)，所述进气中冷器(12)与所述进气管路(1)之间设置有压气机(13)。8.一种分离式排气系统的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制权利要求1-7中所述的分离式排气系统，所述方法包括：获取发动机的工作状态，所述工作状态包括冷启动工作状态；在所述工作状态为所述冷启动工作状态时，生成第一控制策略，所述第一控制策略包括减小所述增压管路(3)的第一控制阀(8)的开度、增大所述非增压管路(4)的第二控制阀(10)的开度。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述涡轮机(5)的前段排气压力；判断所述前段排气压力是否满足预设条件；如果是，生成第二控制策略，所述第二控制策略用于增大所述非增压管路(4)的第二控制阀(10)的开度。10.一种发动机，其特征在于，包括分离式排气系统，所述分离式排气系统为权利要求1-7中任一项所述的分离式排气系统。

技术总结
本发明提供了一种分离式排气系统、分离式排气系统的控制方法、发动机，分离式排气系统包括：进气管路；气缸，气缸的进口端与进气管路连通设置，气缸的出口端设置有增压管路和非增压管路，增压管路的出口端与涡轮机的进口端连通设置，非增压管路的出口端与三元催化器连通设置；排气通道，排气通道与涡轮机的出口端和三元催化器的出口端连通设置。应用本发明的技术方案，通过在气缸的出口端设置增压管路和非增压管路，增压管路的废气会经过涡轮机排出，非增压管路的废气会绕过涡轮机，直接连通到三元催化器，较高的排气温度会有利于冷启动阶段三元催化器的快速起燃，有效改善排放，并减小了泵气损失，有利于气缸内废气的排空。有利于气缸内废气的排空。有利于气缸内废气的排空。


技术研发人员：肖宏宇 王占峰 韩令海 宫艳峰 李金成
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/5/23