本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机领域，特别是一种控制发动机排气气流的方法和装置。
背景技术
已有技术中，车辆发动机的应用已有悠久的历史，发动机的排气气流的控制广为人知。举例来说，在柴油发动机中普遍使用的涡轮增压器，包括可变涡轮增压器，利用发动机排放的气体驱动涡轮增压器的涡轮，涡轮带动与之同轴相连的压缩机，将空气压入进气歧管和汽缸。涡轮增压器可以通过废气门或可变涡片控制排气气流和压力。还有排气背压装置，如排气蝶阀，可以将整个排气流道（排气管）部分关闭或完全密封，减小或截断排气气流，提高发动机的排气压力。
发动机排气气流或气压的控制有着广泛的应用。在发动机点火运作时，为了减少排放，需要废气再循环（egr），也就是将发动机燃烧排放的废气的一部分返回到发动机的汽缸内。废气再循环的实现要求排气压力高于进气气压或缸压，需要对发动机排气气流或气压的控制。在发动机制动运作时，提高排气压力将有助于增加制动功率，减少制动载荷。
现有的发动机排气气流或压力控制技术有其缺点或局限性。比如说涡轮增压器的废气门，一般只在发动机高转速时工作。可变涡轮增压器成本昂贵，可靠性差。其它可控的排气背压装置，如沃尔沃的背压调节器（epr），机构复杂，成本高，体积大。一般通用的排气蝶阀，只能安装在涡轮增压器的下游，蝶阀关闭时完全取消了涡轮增压器的功能，发动机失去了进气增压，导致排气温度过高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种控制发动机排气气流的方法，所述的方法要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、发动机在高转速时排气温度太高、燃油喷嘴嘴尖过热的技术问题。
本发明的这种控制发动机排气气流的方法，包括：利用一个流体喷射机构，向发动机排气歧管下游的排气流道内喷射流体,利用所喷射的流体在排气流道内形成屏障，利用所述的屏障阻碍排气流道内的排气气流、或者减缓排气流道内的排气气流速度，从而提高屏障上游的发动机排气压力,所述的流体喷射机构包括喷嘴，所述的流体通过所述的喷嘴喷射。
进一步的，喷嘴所喷射流体的流动方向与排气流道内的排气气流的流动方向垂直、或者接近垂直、或者成钝角。
进一步的，利用喷嘴将流体以一个平面形状喷射，平面内的流体形成一个流体门帘，利用所述的流体门帘覆盖排气流道的部分或者全部横截面。
或者，利用喷嘴将流体以一个锥面形状喷射，流体在锥面上的流线方向和排气流道内的排气气流的流动方向的夹角呈钝角。
进一步的，所述的喷嘴设置在排气流道的局部周边地区或整个周边上。
进一步的，所喷射的流体包括液体和气体，所述的液体包括水，所述的气体包括空气。
进一步的，所述的发动机包括涡轮增压器和排气歧管，所述的涡轮增压器包括两个排气进口，所述的排气歧管包括两个出口，涡轮增压器的排气进口各自与一个排气歧管的出口相通，形成两个独立的排气流道，利用流体喷射机构的喷嘴向其中一个排气流道内喷射流体并形成屏障，利用所述的屏障改变该排气流道内的排气气流的流量或者速度。
本发明还提供了一种实现上述控制发动机排气气流的方法的装置，所述的装置包括一个流体喷射机构，其中，所述的流体喷射机构包括喷嘴。
进一步的，所述的喷嘴包括具有扁平形状的喷头，所述的具有扁平形状的喷头包括一个以上数目的圆孔或扁槽，所述的圆孔或扁槽设置在单个或两个以上的层面上。
进一步的，所述的圆孔或扁槽的数量和大小由喷射流体的流量、速度和距离决定。
进一步的，所述的发动机包括涡轮增压器，所述的涡轮增压器的排气进口与发动机排气歧管的出口相通，所述的排气流道位于涡轮增压器与发动机排气歧管之间。
进一步的，所述的发动机包括涡轮增压器和排气歧管，所述的涡轮增压器包括两个排气进口，所述的排气歧管包括两个出口，涡轮增压器的排气进口各自与一个排气歧管的出口相通，形成两个独立的排气流道，所述的喷嘴只向其中一个排气流道内喷射流体。
进一步的，所述的流体喷射机构还包动力源和控制阀，所述的动力源包括泵或压缩机，所述的泵或压缩机产生带有预定压力的、用于喷射的流体，所述的控制阀控制喷射流体的时间和流量。
本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明不需要在发动机的排气流道内设置任何金属阀体或实体障碍，而是通过流体喷射机构喷射的流体，在排气流道内形成流体屏障，阻碍或减缓所述的排气流道内的排气气流，提高屏障上游的发动机排气压力，改善发动机的废气再循环，减少发动机的排放，增加发动机的制动功率。
附图说明
图1是可应用本发明的带排气蝶阀系统的常规四冲程发动机（单缸）的示意图。
图2是本发明的控制发动机排气气流的方法的一个总体示意图。
图3是本发明的控制发动机排气气流的方法的第一个实施例的示意图。
图4是本发明的控制发动机排气气流的方法的第二个实施例的示意图。
图5是本发明的控制发动机排气气流的方法的第三个实施例的示意图。
图6是本发明的控制发动机排气气流的方法的第四个实施例的示意图。
具体实施方式
图1是一种常规的带排气蝶阀系统128的四冲程发动机100的示意图。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100的一个汽缸35。发动机100的活塞33在汽缸35内做上下往复的周期运动。四冲程发动机100的每一个运动周期包括进气冲程、压缩冲程、膨胀（或做工）冲程和排气冲程。在进气冲程中，图1中的发动机活塞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）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进气冲程，开始一个新的周期，如此往复循环。当然，除了常规的进、排气运动之外，还可以有辅助气门运动，比如，内废气再循环（iegr）需要在进气冲程期间再次打开排气门。
现有的发动机大都配置有图1所示的涡轮增压器20，以提高发动机的动力和效率。从发动机汽缸35内排出的废气从排气歧管22进入排气流道（排气管）24，驱动涡轮26，带动与之同轴27的压缩机28一同转动，提高进气管12内的进气压力。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14冷却，然后由进气歧管18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。
发动机制动运作与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压机。最简单的发动机制动是缸外制动，就是采用发动机的排压控制机构，如蝶阀系统128，关闭发动机的排气管，将排气气流截断，使得排气背压增高，发动机在排气冲程期间活塞33向上运动的阻力增大，产生发动机制动。蝶阀的关闭由压缩空气产生。空气140由空压机141压缩升压后经过导气管143和147以及控制阀145给驱动蝶阀的汽缸148供气。缸外制动（如蝶阀制动）的优点是简单易行，但缺点是制动性能较差，排气温度较高。
更复杂和更有效的一种发动机制动是缸内制动。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，在发动机活塞压缩冲程接近结束时排气门再次打开，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。缸内制动（如压缩释放型制动）的优点是制动性能较好，但其结构和实施比较复杂，制动载荷较高，噪音很大。
制动性能（特别在中低转速）最好的发动机制动是所谓的联合制动，也就是同时使用缸内制动和缸外制动。联合制动的制动性提高，制动载荷降低，没有噪音。但是排气温度进一步提高，导致发动机的某些部件，如喷油嘴过热。解决上述过热问题的有效方法是采用可变的排气背压控制装置，但由此带来的附加问题是成本增加、空间增加和复杂的控制等。
图2是本发明的控制发动机排气气流的方法的一个总体示意图。图中显示的是直列六缸的发动机100，不需要图1中的排气蝶阀系统，增加了流体喷射机构40，包括喷嘴48。喷嘴48向发动机排气歧管22下游的排气流道（排气管）24内喷射流体，所喷射的流体在排气流道24内形成一种屏障，阻碍或减缓发动机排气气流240，提高屏障上游（包括排气歧管22内）的发动机排气压力。喷射流体由动力源41产生，根据流体400的不同（可以是液体或气体），动力源41可以是泵或压缩机，用来产生带有预定压力的、用于喷射的流体。具有预定压力的流体由导流管43和47引向喷嘴48，并通过控制阀45控制喷射时间和流量。喷射流体中的液体包括水，喷射流体中的气体包括空气。
实施例1:
本发明的控制发动机排气气流的方法和装置的第一个实施例可以通过图3来进一步说明。本实施例的图3中所示意的流体喷射机构40的喷嘴48有一个扁平状的喷头49，位于排气流道24周边的一侧（图3中的右侧）。扁平状的喷头49含有单个或多个圆孔或扁槽，圆孔或扁槽的数量和大小由喷射流体的流量、速度和距离决定，圆孔或扁槽在喷头上的排列可以是单排（层）或多排（层）。喷射的流体形状为平面410或420，形成流体门帘，覆盖整个排气流道24的横截面（也可以覆盖排气流道24的横截面的一部分），阻碍或减缓发动机排气气流240。其中的一种实施方式是喷射流体的流动方向410与排气流道24内的排气气流的流动方向240基本垂直（横穿）；另一种实施方式是喷射流体的流动方向420与排气流道24内的排气气流的流动方向240的夹角为钝角（逆流）。
实施例2:
本发明的控制发动机排气气流的方法和装置的第二个实施例可以通过图4来进一步说明。本实施例的图4中所示意的流体喷射机构40的喷嘴48有一个圆台状的喷头49，位于排气流道24周边的一侧（图4中的右侧）。圆柱状的喷头49含有单个或多个圆孔，圆孔的数量和大小由喷射流体的流量、速度和距离决定。喷射的流体形状为锥面430，覆盖整个排气流道24的横截面（也可以覆盖排气流道24的横截面的一部分），阻碍或减缓发动机排气气流240。喷射流体的流动方向430与排气流道24内的排气气流的流动方向240的夹角为钝角（逆流）。
实施例3:
本发明的控制发动机排气气流的方法和装置的第三个实施例可以通过图5来进一步说明。本实施例的图5中所示意的流体喷射机构40的喷嘴48有一个环状的喷头49，位于排气流道24的整个（3600）周边。环状的喷头49含有单个或多个圆孔或扁槽，圆孔或扁槽的数量和大小由喷射流体的流量、速度和距离决定，圆孔或扁槽在喷头上面的排列可以是单个、单层或多层。喷射的流体形状为锥面440，阻碍或减缓发动机排气气流240。喷射流体的流动方向440与排气流道24内的排气气流的流动方向240的夹角为钝角（逆流）。
实施例4:
本发明的控制发动机排气气流的方法和装置的第四个实施例可以通过图6来进一步说明。本实施例的图6中所示意的流体喷射机构40的喷嘴48的喷头49位于涡轮增压器20的排气进口241的一侧（图6中的右侧）。这里的涡轮增压器20有两个排气进口241和242，与发动机排气歧管的两个出口相通，形成两个分开的排气流道。流体喷射机构40的喷嘴48向两个分开的排气流道中的一个排气流道内喷射流体400并形成一种屏障450，阻碍或减缓进入所述的单个排气流道和与之相通的涡轮增压器排气进口241的排气气流.
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。举例来说，这里的控制发动机排气气流的方法和装置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；可以用于两冲程的发动机，也可以用于四冲程的发动机。
此外，本发明的流体喷射机构所喷射的流体可以是不同的物质，除了水和空气之外，还可以是尿素，氮气，氩气等等。喷射的方式、时间和流量可以调节。
还有，这里的流体喷射机构的组成、形状、安装和调控等都可以不同。喷嘴的形状除了扁平状、圆台状和环状之外，也可以取其它形状。
此外，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。
还有，流体的喷射方向除了垂直和钝角之外，也可以是锐角。
因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由权利要求来决定。