CN101699043B - 四冲程发动机的排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种四冲程发动机的排气系统，其中催化器设置在排气管内，所述排气管设置有谐振器，在沿着废气流动方向的上游和下游处，彼此以一定间隔距离地设置两个催化器，所述两个催化器设置在所述谐振器的上游和下游。本发明是为了提高在排气管内设置催化器的发动机的输出，并促进催化器的升温。

Description

四冲程发动机的排气系统
本申请是申请日为2007年12月20日，申请号为200710159954.7，发明名称为“四冲程发动机的排气系统”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于四冲程发动机的排气系统，其中用谐振器来提高发动机输出。
背景技术
为了通过催化转换器(下面简称“催化器”)来净化发动机废气，必须将催化器升温到所谓的活性温度。
为了通过催化器在发动机起动后马上就能净化废气，所以要在发动机排气口附近设置催化器，以使催化器温度尽快升高到活性温度。
专利文献1公开了一种四冲程发动机的排气系统，其中催化器设置在发动机附近，如上文所述。专利文献1公开的排气系统是摩托车排气系统。其包括从四冲程发动机到车辆后部延伸的排气管、连接到排气管后端的消音器、和设置在排气管中部的催化器。
同时，发动机排气管被构造成通过利用排气管中废气的压力波传播所产生的排气脉动来提高发动机输出。在这种情况下，排气管的长度对发动机在低速到中速运行中的输出有很大影响。这是因为从发动机在排气管的排气口向下游传递的压力波(下文简称为“正压力波”)反射到排气管的下游开口端，并且以负压力波返回排气口，该返回的正时根据排气管的长度改变。因此，对于每个发动机，排气管的长度被设为最优长度。
【专利文献1】
JP-A-Sho 53-118619
发明内容
在专利文献1中催化器设在发动机排气口的附近，从而相对较高温度的废气流入到催化器中。因此，催化器温度能在发动机起动后很短时间内升高到活性温度。
然而，在这种传统的排气系统中，排气管中从排气口向下游传递的正压力波在到达排气管下游端之前会反射到催化器上，并以反射波(正压力波)返回。因此，在排气系统中，排气管下游端的主要位置是催化器位置，从而排气管的实质长度变短了。
如果像这种情况一样排气管的实质长度变短，那么反射波就会以不恰当的正时返回到排气口。因此，在专利文献1公开的排气系统中，存在的一个问题是尽管催化器已经快速地升温了，发动机的输出在低速到中速运转中仍会降低。
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的就是提供一种用于四冲程发动机的排气系统，其能够改善发动机输出，其中催化器设置在排气管中的方式使得可以便于催化器升温。
为了实现上述目的，本发明的技术方案1提供了一种用于四冲程发动机的排气系统，排气管设置有催化器，其中所述排气管设置有谐振器，在沿着废气流动方向的上游和下游处，彼此以一定间隔距离地设置两个催化器，所述两个催化器设置在所述谐振器的上游和下游。
根据技术方案2的本发明提供了根据技术方案1的用于发动机的排气系统，其中谐振器设置在催化器下游。
根据技术方案3的本发明提供了根据技术方案1的用于发动机的排气系统，其中谐振器设置在催化器上游。
根据技术方案4的本发明提供了根据技术方案1的用于发动机的排气系统，其中用于引入新鲜空气的二次空气通道连接到排气管上。
根据技术方案5的本发明提供了根据技术方案4的用于发动机的排气系统，其中二次空气通道连接到排气管的谐振器上游的部分上。
根据技术方案6的本发明提供了根据技术方案5的用于发动机的排气系统，其中二次空气通道连接到排气管的催化器和谐振器之间的部分上。
根据技术方案7的本发明提供了根据技术方案1的用于发动机的排气系统，其中设置两催化器，且用于引入新鲜空气的二次空气通道连接到排气管上。
根据技术方案8的本发明提供了根据技术方案7的用于发动机的排气系统，其中二次空气通道连接到排气管的谐振器上游的部分上。
根据技术方案9的本发明提供了根据技术方案8的用于发动机的排气系统，其中两个催化器之一布置在谐振器以及排气管的与二次空气通道连接部分的上游，另一催化器设置在谐振器以及排气管的与二次空气通道连接部分的下游。
根据本发明，在排气管内朝着发动机排气口传递的反射波和负压力波可以在指定转速范围内被谐振器减小。因此，设置了催化器的排气管的实质长度可以由于有谐振器而变得更长。
因此，本发明可以提供一种用于四冲程发动机的排气系统，其适于在发动机起动后短时间内实现催化器升温到活性温度，并改善发动机在中低速范围内的输出。此外，废气可以被两个催化器充分净化。因此，本发明可以给发动机提供排气系统，其可以在发动机起动后立即充分净化废气。而且，通过两催化器之间的谐振器可以减小反射波和负压力波。
根据本发明的技术方案2，从排气管下游端朝着发动机返回的负压力波可以被谐振器减小。
根据本发明的技术方案3，催化器上反射的负压力波可以被谐振器减小。
根据本发明的技术方案4，通过二次空气可以促进催化器的氧化反应，从而提高废气的净化效率。
当二次空气顺畅地流入到排气管内时，二次空气可以更方便地吸入到排气管中。另一方面，当废气流过谐振器时，废气流量可能受到谐振器影响。根据本发明的技术方案5，二次空气通道连接到排气管上废气流量不会受谐振器干扰的部分上，即，排气管上废气可以顺畅流动的部分上，从而二次空气可以有效地吸入到排气管中。
根据本发明的技术方案6，吸入到排气管中的二次空气可以被排气管内朝着发动机行进的负压力波送到位于上游的催化器处。因此，根据本发明，可以促进位于二次空气通道所连部分上游的催化器处的氧化反应。
根据本发明的技术方案7，废气可以被两个催化器充分净化。同样，可以通过二次空气促进催化器的氧化反应，从而提高各催化器处的废气净化效率。
因此，根据本发明可以更有效地净化废气。
当废气顺畅地流道排气管中时，二次空气可以更容易地吸入到排气管中。另一方面，废气流量在流过谐振器时不会受到谐振器的影响。根据本发明的技术方案8，二次空气通道连接到排气管上废气流量不会受到谐振器干扰的部分上，即，排气管上废气可以顺畅流动的部分上，从而二次空气可以有效地吸入到排气管中。因此，根据本发明，废气可以被两个催化器充分净化，且可以供应充足的二次空气。因此，废气可以更充分且更有效地进行净化。
根据本发明的技术方案9，通过在两催化器之间的谐振器可以消除不必要的废气脉冲，且二次空气可以充分供应到两催化器之间的部分上。因此，废气可以更充分且更有效地进行净化，同时提高发动机输出。
附图说明
图1是根据本发明的四冲程发动机排气系统的侧视图。
图2是根据本发明的四冲程发动机排气系统的平面图。
图3是从车辆右侧看去的谐振器侧视图。
图4是图3中线IV-IV处的剖面图。
图5是谐振器的垂直剖面图。
图6是根据本发明的四冲程发动机排气系统的构造图。
图7是表示发动机转速、输出和转矩的关系图。
图8是另一实施例的构造图。
图9是另一实施例的构造图。
图10是另一实施例的构造图。
图11是另一实施例的构造图。
附图标记说明
2：发动机
1：排气系统
4：排气管
5：上游催化器
6：下游催化器
7：消音器
26：二次空气进气管
61：催化器
具体实施方式
下面具体参考图1至7介绍根据本发明的用于四冲程发动机的排气系统的实施例。这里，是对本发明应用在摩托车排气系统的情况进行说明的。
图1是根据本发明的四冲程发动机排气系统的侧视图，图2是其平面图。图3是从车辆右侧看去的谐振器侧视图。图4是图3中线IV-IV处的剖面图。图5是谐振器的垂直剖面图，也是图4中线V-V处的剖面图。图6是根据本发明的四冲程发动机排气系统的构造图。图7是表示发动机转速、输出和转矩的关系图。
在这些图中，附图标记1指代根据该实施例的摩托车排气系统。如图6所示，该排气系统被构造成具有上游端连接到发动机2的排气口3的排气管4、沿着排气管4中的排气气流方向相互间以一定距离设置在上下游的上游催化器5和下游催化器6、连接到排气管4下游端的消音器7、连接到排气管4中部的谐振器8等等。根据该实施例的排气系统1被设成使下文所述的消音器7位于车辆的右侧。
发动机2是一四冲程发动机，安装在车体架(未示出)上，使得气缸12位于曲轴箱11上。排气口3设在气缸12的前方。具有节流阀13和空气滤清器14的进气系统15连接到气缸12的后面。发动机2的燃油通过喷射器(未示出)喷射到进气通道内。发动机2的燃油供应系统不限于使用喷射器的系统，而可以是使用化油器的装置。
如图1和2所示，排气管4设成使三个管21至23、以及催化器壳体24、25都焊接到一起。具体地，排气管4被构造成，第一管21用于将发动机2的排气口3排出的废气引入到上游催化器5的壳体24中，第二管22用于将壳体24和下游催化器6的壳体25可连通地连接在一起，第三管23从下游催化器6的下游端向后伸出。第二管22的下游端、下游催化器6的壳体25和第三管23容纳在消音器7内。
第一管21从排气口3延伸到发动机2前方的曲轴箱11下侧的部分，其下端在曲轴箱11下方的部分弯成指向车辆后部。焊接到第一管21的下游端的壳体24位于曲轴箱11下方。
壳体24被构造成垂直分成两部分。上半部分24a和下半部分24b支撑着上游催化器5。根据该实施例的壳体24和上游催化器5设置在曲轴箱11下方，从而形成为垂直厚度小于水平宽度，以使最小离地间隙较大。
在上游催化器5中使用普通的催化器，其中陶瓷载体承载着催化金属。
将二次空气抽取到排气通道中的二次空气进气管26连接到壳体24内上游催化器5附近。该二次空气进气管26焊接到壳体24的侧部，指向车辆左侧以突出到车辆左侧，并被弯成使其末端指向车辆前方。
如图6所示，二次空气进气管26的末端经由空气软管27和簧片阀28连接到空气滤清器14。当排气管4内侧处于负压时簧片阀28打开，从而二次空气(新鲜空气)从空气滤清器14中吸入到排气管4内。同样，如图2所示，二次空气进气管26末端通过撑杆29支撑在壳体24内。
如图1所示，第二管22在长度方向上的中部处弯曲，使其下游端指向车辆后上方。下文介绍的谐振器8安装在弯曲部的下游部分附近的下部上。同样，安装O2传感器(未示出)的安装件30设置在第二管22的安装谐振器8的部分的下游处的上部上。
下游催化器6的壳体24焊接到第二管22的下游端上，通过直径方向分成的两个半部分来支撑下游催化器6。下游催化器6采用与上游催化器5相同类型的催化器。
第三管23的下游端穿过消音器7的分隔板31，并焊接到该分隔板31上。
消音器7是所谓的逆向式消音器(reversal type muffler)，被构造成分隔板31限定出前膨胀室32和后膨胀室33，这些膨胀室用来抑制废气噪音。
如图3至5所示，谐振器8被构造成具有连通管41，其一端焊接到第二管22上，谐振器主体42焊接到连通管41的另一端上。连通管41弯成使另一端部指向车辆后上方。
如图5所示，谐振器主体42构造成具有圆柱部分42a、第一盖部分42b和第二盖部分42c，第一盖部分42b用来盖住圆柱部分42a的一端，连通通道41的另一端穿过该端，第二盖部分42c用来盖住圆柱部分42a的另一端。谐振器主体42内部形成有一定空间。如图1和2所示，根据该实施例的谐振器8安装在第二管22上，使得谐振器主体42平行于第二管22延伸。谐振器主体42和第二管22通过车辆左右侧的连接件43和44来连接到一起。
谐振器主体42被构造成在发动机2的转速被指定为中低转速工作范围时减小排气管4内的排气脉冲。
根据该实施例的谐振器8位于上游催化器5和下游催化器6之间，从而可以减小位于上游催化器5和下游催化器6之间的第二管22内的负压力波和反射波(正压力波)。
随着第一管21内从发动机2的排气口3向下游传递的正压力波穿过上游催化器5进入第二管22，生成负压力波。随着第二管22内向下游传递的正压力波在下游催化器6上反射，生成反射波。
因此，根据该实施例的发动机2的排气系统1，在排气管4内朝着发动机2的排气口3传递的负压力波和反射波可以通过谐振器8减小。因此，排气管4的实质长度可以通过设置谐振器8而增加，其中排气管4由于设置上游催化器5而略小。
因此，对于该实施例，相对较高温度的废气流入上游催化器5，从而上游催化器5在发动机起动之后的很短时间内立即被加热到活性温度。同样，发动机2在中低速范围内的输出可以被增加。
如图7所示，发动机2包括根据该实施例的排气系统1，在中低速操作范围内的指定转速下可以升高输出和转矩，从而消除了所谓的转矩下降。在图7中，实线表示使用根据该实施例的排气系统1时输出和转矩的变化，虚线表示从根据该实施例的排气系统1中除去谐振器8的情况下输出和转矩的变化。从图7中可以了解到，如果安装谐振器8，当发动机转速在转速(A)和转速(B)之间时输出和转矩变得更高。
在根据该实施例的发动机2的排气系统1中，该排气系统1具有两个催化器，从而这两个催化器可以在发动机起动之后立即充分净化废气。
在根据该实施例的发动机2的排气系统1中，二次空气进气管26安装在排气管4上，从而新鲜空气从二次空气进气管26的二次空气通道中吸入到排气通道中。从而，可以促进在下游催化器6中的氧化反应，因此提高在下游催化器6中的废气净化率。
根据该实施例的二次空气进气管26连接到谐振器8的上游的排气管4的一部分上。当废气顺畅地流入排气管4时可以更容易地将二次空气吸入到排气管4中。另一方面，当废气穿过谐振器8时，谐振器8可以扰动废气流。也就是说，根据该实施例，二次空气进气管26连接到排气管4上废气流量不会受到谐振器8干扰的位置上，换句话说，排气管4上废气可以顺利流过的部分上，从而二次空气可以有效地吸入到排气管4内。流过上游催化器5下游侧的废气与流过上游催化器5上游侧的废气相比，流动较快，从而根据该实施例，更多的二次空气可以吸入到排气管4中。
在根据该实施例的发动机2的排气系统1中，二次空气进气管26连接到排气管4在上游催化器5和谐振器8之间的部分上。从而，吸入到排气管4的二次空气可以通过排气管内向发动机2行进的负压力波而送到上游催化器5。因此，根据该实施例，促进了位于二次空气进气管26所连部分上游的上游催化器5处的氧化反应，从而可以更有效地净化废气。
如上文所述，在根据该实施例的废气系统1中，两催化器5和6之一(上游催化器5)设置在谐振器8以及排气管4的与二次空气进气管连接部分的上游，另一催化器(下游催化器6)设置在谐振器8以及排气管4的与二次空气进气管连接部分的下游。因此，根据该实施例，通过设置在两催化器5和6之间的谐振器8可以消除不必要的废气脉冲，且二次空气可以充分供应给两催化器5和6之间的部分。因此，可以更充分地和更有效地净化废气同时提高发动机2的输出。
根据本发明的四冲程发动机排气系统可以如图8至11所示进行构造。
图8至11示出了其它实施例的结构。在这些图中，与图1至7所述部件相同或等效的部件使用相应的附图标记和符号，对其不再进行详细说明。
在图8所示的排气管4中，罩住第二管22的外圆筒51焊接到上游催化器5和下游催化器6之间的部分上，该部分是一双管结构。在该实施例中，谐振器8被构造成利用具有环形截面的空间52，其形成在外圆筒51和第二管22之间。在谐振器8和排气通道之间的连通开口53设置在排气管4上二次空气进气管26所连部分的下游。即，图8所示的排气系统1实际具有和图1至7所示的排气系统1相同的构造。如图8所示构造的谐振器8也能得到和图1至7实施例相同的效果。
在图9所示的发动机2的排气系统1中，谐振器8连接到上游催化器5上游的排气管4的一部分上。根据该实施例，谐振器8可以减小由于从上游催化器5上发动机2排气口3向下游行进的正压力波的反射作用产生的反射波，从而排气管4的实质长度由于有谐振器8而可以更长。因此，该实施例也可以得到和图1至7所示的排气系统1相同的效果。
在图10所示的发动机2的排气系统1中，催化器61设置在排气管4的中部，谐振器8连接到催化器61下游的排气管4部分上。在图1至7所示实施例中介绍的用作上游催化器5和下游催化器6的催化器也可用作催化器61。同样，二次空气进气管26连接到排气管4的上游端或者发动机2的排气口3，从而二次空气被吸入到61上游的排气通道内。
在该实施例中谐振器8设置在催化器61的下游，从而从排气管4下游端朝着发动机2返回的负压力波可以被谐振器8减小。从而，由于有谐振器8而可以将排气管4的实质长度做得更长。另外，二次空气进气管26连接到谐振器8不会干扰废气流动的位置上，从而二次空气可以被有效地吸入到排气通道中。
因此，该实施例也可以获得和图1至7所示排气系统1相同的效果。
在图11所示的发动机2的排气系统1中，一个催化器61设置在排气管4的中部，谐振器8连接到催化器61上游排气管4的部分上。在图1至7所示实施例中介绍的用作上游催化器5和下游催化器6的催化器也可用作催化器61。同样，二次空气进气管26连接到排气管4的上游端或者发动机2的排气口3，从而二次空气被吸入到催化器61上游的排气通道内。
在该实施例中谐振器8设置在催化器61的上游，从而反射到催化器61上的负压力波可以被谐振器8减小。从而，由于有谐振器8而可以将排气管4的实质长度做得更长。另外，二次空气进气管26连接到谐振器8不会干扰废气流动的位置上，从而二次空气可以被有效地吸入到排气通道中。因此，该实施例也可以获得和图1至7所示排气系统1相同的效果。

Claims (9)

1.一种用于四冲程发动机的排气系统，其中催化器设置在排气管内，
其中，所述排气管的中部连接有谐振器，在沿着废气流动方向的上游和下游处，彼此以一定间隔距离地设置两个催化器，所述两个催化器设置在所述谐振器的上游和下游，
所述谐振器减小在所述排气管内朝着发动机的排气口传递的负压力波和反射波，其中，随着从发动机的排气口向下游传递的正压力波穿过上游催化器而生成所述负压力波，随着向下游传递的正压力波在下游催化器上反射而生成所述反射波，
所述排气管上的、二次空气进气管所连部分的下游设置有位于所述谐振器和排气通道之间的连通部件，所述二次空气进气管用于将二次空气抽取到排气通道中。
2.根据权利要求1的用于发动机的排气系统，
其中，所述谐振器设置在所述催化器下游。
3.根据权利要求1的用于发动机的排气系统，
其中，所述谐振器设置在所述催化器上游。
4.根据权利要求1的用于发动机的排气系统，
其中，用于引入新鲜空气的二次空气通道连接到所述排气管上。
5.根据权利要求4的用于发动机的排气系统，
其中，所述二次空气通道连接到所述排气管的位于所述谐振器上游的部分上。
6.根据权利要求5的用于发动机的排气系统，
其中，所述二次空气通道连接到所述排气管的位于所述催化器和所述谐振器之间的部分上。
7.根据权利要求1的用于发动机的排气系统，
其中设置两个催化器，且用于引入新鲜空气的二次空气通道连接到所述排气管上。
8.根据权利要求7的用于发动机的排气系统，
其中，所述二次空气通道连接到所述排气管的位于所述谐振器上游的部分上。
9.根据权利要求8的用于发动机的排气系统，
其中所述两个催化器中的一个布置在所述谐振器以及所述排气管的与所述二次空气通道连接部分的上游，另一个催化器设置在所述谐振器以及所述排气管的与所述二次空气通道连接部分的下游。
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