发动机系统的制作方法
【专利摘要】一种发动机系统，能够在启动初期利用在燃烧室中燃烧后的尾气对进气进行加热，从而能在发动机启动初期提高进气温度、加快暖机速度并降低污染物的排放。所述发动机系统包括中冷器，该中冷器具有中冷器本体、空气进入口、空气排出口、尾气进入口及尾气排出口，在中冷器本体的内部设置有多条空气流动管道和多条尾气流动管道，各条空气流动管道及各条尾气流动管道分别平行贴合设置，在位于催化器的尾气流动方向上游侧的第一管道的中途分岔形成有尾气分岔管，在位于催化器的尾气流动方向下游侧的第二管道的、靠所述催化器一侧的第一位置处，设置有尾气回流管，在第二管道的、比第一位置更远离催化器一侧的第二位置处设置有尾气排放管。
【专利说明】
发动机系统
技术领域
[0001] 本发明设及一种发动机系统，特别地设及具有中冷器的发动机系统。
【背景技术】
[0002] 中冷器一般只设置在安装有满轮增压的车辆中，因为中冷器实际上是满轮增压的 配套件，其作用在于提高发动机的换气效率。对于增压发动机来说，中冷器是增压系统的重 要组成部件，无论是机械增压发动机还是满轮增压发动机，都需要在增压器与发动机进气 歧管之间安装中冷器。
[0003] 满轮增压的发动机比普通发动机拥有更大的动力的原因之一就是其换气效率比 一般发动机的自然进气更高。当空气进入满轮增压后，其溫度会大幅升高，密度变低，而中 冷器正是起到冷却空气的作用，高溫空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。如果缺少中 冷器而使增压后的高溫空气直接进入发动机，则会因空气溫度过高导致发动机损坏甚至死 火的现象。
[0004] 由于发动机排出的废气的溫度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的溫度。 而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，运必然也会导致空气溫度的升高，从而影响发动 机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气溫度。有数据表明，在相同的 空燃比条件下，增压空气的溫度每下降10°c，发动机功率就能提高3%~5%。 阳0化]如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容 易导致发动机燃烧溫度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NOx的含量，造 成空气污染。因此，设置中冷器也是为了降低进气溫度，W消除增压后的空气升溫造成的不 利影响。
[0006] 但是，在发动机刚启动时，由于满轮增压不起作用，因此，进入发动机及燃烧室的 空气溫度较低，此时，现有的中冷器也起不到降低进气溫度的作用。同时，发动机刚启动时 进气溫度较低会使暖机速度变慢，催化剂达到活性溫度的时间较长，而使得尾气中没有完 全燃烧的NOx的含量增加，从而造成空气污染。
[0007] 因而，如何能够在发动机启动初期提高进气溫度、加快暖机速度并降低污染物的 排放便成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008] 本发明未解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种发动机系统，该发动机能 够在启动初期利用在燃烧室中燃烧后的尾气对进气进行加热，从而能在发动机启动初期提 高进气溫度、加快暖机速度并降低污染物的排放。
[0009] 本发明第一方面的发动机系统，包括：满轮增压器，该满轮增压器用于进入上述发 动机系统的空气进行满轮增压；中冷器，该中冷器具有中冷器本体、上述空气进入口和空 气排出口，在上述中冷器本体内部设置有多条将上述空气进入口与空气排出口连通的空气 流动管道，并设置有用于对满轮增压后进入上述中冷器本体的上述空气流动管道的空气进 行冷却的散热片；发动机本体，在该发动机本体的燃烧室内使空气与燃料混合燃烧；W及 催化器，该催化器中具有催化剂，用于对在上述燃烧室内燃烧后的燃烧空气进行催化处理， 其特征是，上述中冷器还包括尾气进入口及尾气排出口，在上述中冷器本体的内部设置有 多条将上述尾气进入口与上述尾气排出口连通的尾气流动管道，各条空气流动管道及各条 尾气流动管道分别平行贴合设置，或者是，各条尾气流动管道与各条空气流动管道在横向 上交叉贴合设置，在位于上述催化器的尾气流动方向上游侧的第一管道的中途分岔形成有 尾气分岔管，在位于上述催化器的尾气流动方向下游侧的第二管道的、靠上述催化器一侧 的第一位置处，设置有尾气回流管，该尾气回流管的一端与上述第二管道的第一位置连接， 另一端与上述中冷器的上述尾气进入口连接，上述尾气分岔管的一端与上述连接管连接， 另一端与上述尾气回流管连接，在上述尾气管的、比上述第一位置更远离上述催化器一侧 的第二位置处设置有尾气排放管，该尾气排放管的一端与上述中冷器的上述尾气排出口连 接，另一端与上述第二管道的第二位置连接。
[0010] 本发明第二方面的发动机系统是在本发明第一方面的发动机系统的基础上，其特 征是，在各上述空气流动管道与各上述尾气流动管道之间设置有用于使在上述空气流动管 道中流动的空气与在上述尾气流动管道中流动的尾气进行热交换的热交换壁。
[0011] 本发明第=方面的发动机系统是在本发明第二方面的发动机系统的基础上，其特 征是，在上述尾气分岔管、上述尾气回流管及上述尾气排放管上分别设置有第一累、第二 累、第=累。
[0012] 本发明第四方面的发动机系统是在本发明第=方面的发动机系统的基础上，其特 征是，上述第一管道是连接管，该连接管与上述催化器的一端连接，上述第二管道是尾气 管，该尾气管与上述催化器的另一端连接。
[0013] 本发明第五方面的发动机系统是在本发明第四方面的发动机系统的基础上，其特 征是，在上述尾气管的上述第一位置与上述第二位置之间设置有单向阀，该单向阀允许尾 气从上述尾气管的第一位置向第二位置的方向移动，而阻止尾气从上述尾气管的第二位置 向第一位置的方向移动。
[0014] 本发明第六方面的发动机系统是在本发明第五方面的发动机系统的基础上，其特 征是，在用于将上述中冷器与上述发动机本体连接的进气管（I巧上设置有用于对进气溫 度进行检测的进气溫度传感器。
[0015] 本发明第屯方面的发动机系统是在本发明第六方面的发动机系统的基础上，其特 征是，在上述进气溫度为最佳进气溫度W上时，关闭上述第一累、第二累及第=累，在上述 进气溫度没有到达最佳进气溫度、且催化剂溫度没有到达活性溫度时，关闭上述第一累，打 开上述第二累及第=累，在上述进气溫度没有到达最佳进气溫度、且催化剂溫度为活性溫 度W上时，打开上述第一累、第二累及第=累。
[0016] 根据本发明的发动机系统，由于本发明的发动机系统中所使用的中冷器不仅能够 起到常规的中冷器的作用、即对满轮增压后进入上述中冷器本体的空气流动管道的空气进 行冷却，而且在发动机启动初期运样的进气溫度较低的情况下，能够利用燃烧空气（或尾 气）中的余热，在中冷器本体的内部进行热交换，因此，能够使空气进气溫度更早地达到最 佳进气溫度，进而能够加快暖机速度，减少污染物的排放。
【附图说明】
[0017] 图1是表示在发动机系统中使用的通常的中冷器的结构的示意图。
[0018] 图2是表示在本发明实施方式的发动机系统中使用的中冷器的结构的示意图。
[0019] 图3是图2所示的中冷器的沿A - A线剖切的横剖视图。
[0020] 图4是表示本发明实施方式的发动机系统的整体结构图。
[0021] 图5是表示本发明实施方式的发动机系统的工作流程图。
[0022] 图6是表示在本发明实施方式的发动机系统中使用的中冷器的变形例的结构的 示意图。
【具体实施方式】
[0023] W下，参照附图，对本发明实施方式的发动机系统10进行详细说明。
[0024] 首先，对本发明实施方式的发动机系统10中所使用的中冷器100的结构进行说 明。图1是表示通常的中冷器100'的结构的示意图，图2是表示本发明的发动机系统10 中所使用的中冷器100的结构的示意图，图3是图2所示的中冷器的沿A - A线剖切的横 剖视图。 阳0巧]如图1所示，通常的中冷器100'包括中冷器本体110'和设置在中冷器本体110' 的两端的空气进入口 120A'及空气排出口 120B'。在上述中冷器本体110'的内部设置有多 条空气流动管道112'、112'、……、112' W及位于各空气流动管道112'、112'、……、112' 间的散热片iir、m'、……
[0026] 如图2所示，本发明的中冷器100包括中冷器本体110和设置在中冷器本体110 两端的空气进入口 120A、空气排出口 120B、尾气进入口 130A及尾气排出口 130B。
[0027] 更具体来说，在中冷器本体110的一端设置有空气进入口 120A和尾气进入口 130A，在中冷器本体110的另一端设置有空气排出口 120B和尾气排出口 130B。
[0028] 如图3所示，在上述中冷器本体110的内部设置有多条将空气进入口 120A与空气 排出口 120B连通的空气流动管道112、112、……、112和多条将尾气进入口 130A与尾气排 出口 130B连通的尾气流动管道113、113、......、113。各条空气流动管道112、112、......、 112及各条尾气流动管道113、113、……、113分别平行贴合设置，在各空气流动管道112、 112、……、112与各尾气流动管道113、113、……、113之间设置有用于使在空气流动管 道112中流动的空气与在尾气流动管道113中流动的尾气进行热交换的热交换壁114、 114、……、114。也就是说，一根空气流动管道112、一根尾气流动管道113及一个热交换 壁114构成一条空气一尾气热交换路径。在各空气一尾气热交换路径之间设置有散热片 111，该散热片111主要用于对满轮增压后进入上述中冷器本体110 (的空气流动管道112、 112、……、112)的空气进行冷却。
[0029] 图4是表示本发明实施方式的发动机系统10的整体结构图。
[0030] 如图4所示，发动机系统10包括空气管道AP、满轮增压器TUR、空气进入管AIP、上 述中冷器100、进气管IP、发动机本体E、燃烧空气排出管A0P、催化器200、尾气管WAP。
[0031] 满轮增压器TUR的空气侧满轮的进气口与空气管道AP连接，出气口与空气进入管 AIP的一端连接。外部空气从车体外部经由空气管道AP进入满轮增压器TUR的空气侧满 轮，并从该空气侧满轮的出气口经由空气进入管AIP进入上述中冷器100。
[0032] 上述中冷器100的空气进入口 120A与空气进入管AIP的另一端连接，空气排出口 120B经由进气管IP与发动机本体E连接。进入中冷器后的空气进入发动机本体E，在发动 机本体E的燃烧室内发生燃烧后产生的燃烧空气经由燃烧空气排出管AOP进入满轮增压器 TUR的尾气侧满轮的进气口，然后从出气口经由连接管P进入催化器200。在催化器200中 通过=元催化剂进行催化后的尾气经由尾气管WAP排出到大气中。
[0033] 在尾气管WAP的靠催化器200 -侧的第一位置处设置有尾气回流管WRP，该尾气 回流管WRP的一端与尾气管WAP的第一位置连接，另一端与上述中冷器100的尾气进入口 130A连接。在尾气管WAP的、比上述第一位置更远离催化器200 -侧的第二位置处设置有 尾气排放管WDP，该尾气排放管WDP的一端与上述中冷器100的尾气排出口 130B连接，另一 端与尾气管WAP的第二位置连接。
[0034] 在连接满轮增压器TUR的尾气侧满轮与催化器200的连接管P的中途分岔形成有 尾气分岔管WBP，该尾气分岔管WBP的一端与连接管P连接，另一端与尾气回流管WRP的中 途连接。
[0035] 在上述尾气分岔管WBP、尾气回流管WRP及尾气排放管WDP上分别设置有第一累 A、第二累B及第S累C。在尾气管WAP的第一位置与第二位置间设置有单向阀CV，该单向 阀CV允许尾气从尾气管WAP的第一位置向第二位置的方向移动，而阻止尾气从尾气管WAP 的第二位置向第一位置的方向移动。另外，在进气管IP的中途设置有用于对进气溫度进行 检测的进气溫度传感器S。
[0036] 接着，参照图5,对发动机系统10的第一累A、第二累B及第S累C的控制流程进 行说明。图5是表示本发明实施方式的发动机系统10的工作流程图。
[0037] 如图5所示，在车辆刚启动（步骤SlOO)后，控制器（未图示）收集进气溫度传感 器S的信号（步骤S200)。
[0038] 接着，对由进气溫度传感器S检测出的进气溫度T进行判断（S300)，在步骤S300 中判断为进气溫度T > 40°C时，将第一累A、第二累B、第=累C均关闭（步骤S310)，此时 可W认为进气溫度接近或达到最佳进气溫度（最佳进气溫度为40°C~50°C )。另外，如果 进气溫度T过高，则中冷器100通过其中的散热片111对在空气流动管道112中流动的空 气进行冷却，在运种情况下，上述中冷器100起到通常的中冷器的作用。
[0039] 如果步骤S300中判断为进气溫度T < 40°C时，对催化器200中的催化剂是否达到 活性溫度进行判断（步骤S400)。
[0040] 由于催化剂的活性溫度为350°C，因此，在步骤S400中判断为催化剂溫度> 350°C 时，将第一累A、第二累B、第=累C均打开（步骤S410)。
[0041] 如果步骤S400中判断为催化剂溫度< 350°C，则将第一累A、第S累C打开，而关 闭第二累B (步骤S420)。
[0042] 在进行上述步骤S310、步骤S410及步骤S420时，进行发动机停机判断（步骤 S500)。
[0043] 在判断为发动机没有停机动作时（即步骤S500中判断为"否"的情况下），再次收 集进气溫度传感器S的信号（返回步骤S200)。
[0044] 如果判断为发动机具有停机动作（即步骤S500中判断为"是"的情况下），则停止 发动机，并结束整个流程（步骤S600)。
[0045]
[0046] 在发动机刚启动时，进气溫度T较低（低于40°C )，且催化剂尚未达到活性溫度 (低于350°C )。此时，空气从中冷器100的空气进入口 120A进入中冷器本体110,接着在 发动机本体E的燃烧室内发生燃烧后，燃烧空气从满轮增压器TUR的尾气侧满轮进入连接 管P。此时，由于催化剂尚未达到活性溫度，因此，关闭第一累A，优先利用高溫的燃烧空气 对催化器200中的催化剂进行加热，使其尽快达到活性溫度。接着，打开第二累B和第=累 C，利用第二累B对流过催化器200的尾气进行抽吸，并使该尾气经由尾气回流管WRP从中 冷器100的尾气进入口 130A进入中冷器本体110。如图3所示，利用热交换壁114使在空 气流动管道112中流动的空气与在尾气流动管道113中流动的尾气进行热交换，从而提高 进入发动机的空气的进气溫度。从中冷器100的尾气排出口 130B流出的尾气经由尾气排 放管WDP进入尾气管WAP，然后排放到大气中。
[0047] 如果是进气溫度T较低（低于40°C )、但催化剂已达到活性溫度的情况下，打开第 一累A、第二累B及第=累C，运样，位于催化器200前的高溫的燃烧空气被优先用于在中冷 器本体110中与空气进行热交换，来提高进气溫度。
[0048] 另外，在进气溫度T已达到最佳进气溫度时，关闭第一累A、第二累B及第=累C， 此时，中冷器110起到通常的中冷器的作用，而尾气不会从中冷器100的尾气进入口 130A 进入中冷器本体110。
[0049] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实 施方式的限制。熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的 方面上来说，本发明不局限于运里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可W在 不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的本总体发明概念的精神或范围的前提下作 出各种修改。
[0050] 例如，在本发明中，如图2和图3所示，在中冷器本体110的一端设置有空气进入 口 120A和尾气进入口 130A，在中冷器本体110的另一端设置有空气排出口 120B和尾气排 出口 130B，在中冷器本体110的内部具有双层结构，在各空气流动管道112、112、……、112 与各尾气流动管道113、113、……、113平行贴合设置，且在两者之间设置有用于使在空气 流动管道112中流动的空气与在尾气流动管道113中流动的尾气进行热交换的热交换壁 114、114、......、114。但是，本发明不局限于此，例如，也可W如图6所示，在各条空气流动 管道112、112、......、112的后方设置多条尾气流动管道113、113、......、113,并使各条尾 气流动管道113、113、……、113与各条空气流动管道112、112、……、112在横向上交叉 贴合设置。空气如常规的中冷器运样沿纵向（例如，图6中的上下方向）在空气流动管道 112、112、……、112中流动，而尾气沿横向（例如，图6中的左右方向）在位于空气流动管 道112、112、......、112后方的尾气流动管道113、113、......、113中横向流动，从而能在不 对现有的中冷器的结构作较大改变的同时，实现利用尾气对进气进行加热的效果。
[0051] 另外，在本发明中，对尾气分岔管WBP分岔形成在连接满轮增压器TUR的尾气侧满 轮与催化器200的连接管P的中途的情况进行了说明，但本发明不局限于此，尾气分岔管只 要分岔形成在位于催化器200的尾气流动方向上游侧的第一管道的中途即可。
[0052] 另外，在本发明中，对尾气回流管WRP及尾气排放管WDP设置在与催化器200连接 的尾气管WAP的第一位置和第二位置的情况进行了说明，但本发明不局限于此，尾气回流 管及尾气排放管只要设置在位于催化器200的尾气流动方向下游侧的第二管道的中途即 可。此外，尾气回流管及尾气排放管也可W不形成在同一根管道上，只要尾气排放管形成在 尾气回流管更远离所述催化器200的位置、即尾气流动方向下游侧即可，此时，即便是两根 不同的管道，也相当于本发明的第二管道。
【主权项】
1. 一种发动机系统，包括： 涡轮增压器（TUR)，该涡轮增压器（TUR)用于进入所述发动机系统的空气进行涡轮增 压； 中冷器（100)，该中冷器（100)具有中冷器本体（110)、所述空气进入口（120A)和空气 排出口（120B)，在所述中冷器本体（110)内部设置有多条将所述空气进入口（120A)与空气 排出口（120B)连通的空气流动管道（112、112、……、112)，并设置有用于对涡轮增压后进 入所述中冷器本体（110)的所述空气流动管道（112、112、……、112)的空气进行冷却的散 热片（111、111、……、111); 发动机本体（E)，在该发动机本体（E)的燃烧室内使空气与燃料混合燃烧；以及 催化器（200)，该催化器（200)中具有催化剂，用于对在所述燃烧室内燃烧后的燃烧空 气进行催化处理， 其特征在于， 所述中冷器（100)还包括尾气进入口（130A)及尾气排出口（130B)，在所述中冷器本体 (110)的内部设置有多条将所述尾气进入口（130A)与所述尾气排出口（130B)连通的尾气 流动管道（113、113、……、113)， 各条空气流动管道（112、112、……、112)及各条尾气流动管道（113、113、……、113) 分别平行贴合设置，或者是，各条尾气流动管道（113、113、……、113)与各条空气流动管道 (112、112、……、112)在横向上交叉贴合设置， 在位于所述催化器（200)的尾气流动方向上游侧的第一管道的中途分岔形成有尾气 分岔管（WBP)， 在位于所述催化器（200)的尾气流动方向下游侧的第二管道的、靠所述催化器（200) 一侧的第一位置处，设置有尾气回流管（WRP)，该尾气回流管（WRP)的一端与所述第二管道 的第一位置连接，另一端与所述中冷器（100)的所述尾气进入口（130A)连接，所述尾气分 岔管（WBP)的一端与所述连接管（P)连接，另一端与所述尾气回流管（WRP)连接， 在所述第二管道的、比所述第一位置更远离所述催化器（200) -侧的第二位置处设置 有尾气排放管（WDP)，该尾气排放管（WDP)的一端与所述中冷器（100)的所述尾气排出口 (130B)连接，另一端与所述第二管道的第二位置连接。2. 如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于， 在各所述空气流动管道（112、112、……、112)与各所述尾气流动管道（113、113、……、 113)之间设置有用于使在所述空气流动管道（112)中流动的空气与在所述尾气流动管道 (113)中流动的尾气进行热交换的热交换壁（114、114、……、114)。3. 如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于， 在所述尾气分岔管（WBP)、所述尾气回流管（WRP)及所述尾气排放管（WDP)上分别设置 有第一栗（A)、第二栗（B)、第三栗（C)。4. 如权利要求3所述的发动机系统，其特征在于， 所述第一管道是连接管（P)，该连接管（P)与所述催化器（200)的一端连接， 所述第二管道是尾气管（WAP)，该尾气管（WAP)与所述催化器（200)的另一端连接。5. 如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于， 在所述尾气管（WAP)的所述第一位置与所述第二位置之间设置有单向阀（CV)，该单向 阀（CV)允许尾气从所述尾气管（WAP)的第一位置向第二位置的方向移动，而阻止尾气从所 述尾气管（WAP)的第二位置向第一位置的方向移动。6. 如权利要求5所述的发动机系统，其特征在于， 在用于将所述中冷器（100)与所述发动机本体（E)连接的进气管（IP)上设置有用于 对进气温度（T)进行检测的进气温度传感器（S)。7. 如权利要求6所述的发动机系统，其特征在于， 在所述进气温度（T)为最佳进气温度以上时，关闭所述第一栗（A)、第二栗（B)及第三 栗（C)， 在所述进气温度（T)没有到达最佳进气温度、且催化剂温度没有到达活性温度时，关 闭所述第一栗（A)，打开所述第二栗（B)及第三栗（C)， 在所述进气温度（T)没有到达最佳进气温度、且催化剂温度为活性温度以上时，打开 所述第一栗（A)、第二栗（B)及第三栗（C)。
【文档编号】F02B29/04GK106032783SQ201510108817
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】胥刘智
【申请人】日立汽车系统(苏州）有限公司