CN101956598A - 一种排气歧管及使用此排气歧管的排气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种排气歧管及使用此排气歧管的排气系统，所述排气歧管包括：各排气支管、第一前端腔室、第二前端腔室；预催化器载体、与第一前端腔室连通的第一后端腔室、与第二前端腔室连通的第二后端腔室、及排气前管；第一前端腔室与第二前端腔室的气流通过预催化器载体后，分别通过对应的第一后端腔室与第二后端腔室到达排气前管。本发明由于各缸排出的废气经过第一前端腔室和第二前端腔室后直接进入预催化器载体，废气到达催化器载体距离缩短；而后再分别通过第一后端腔室和第二后端腔室分别到达排气前管，类似于4-2-2-1的模式，延长了排气歧管中独立排气的长度，各气缸之间气流的互相干扰程度显著降低，提高了发动机的低速性能。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机排气系统，更具体的说，涉及一种排气歧管及使用此排气歧管的排气系统。
背景技术
随着环境保护意识的加强，汽车的内燃机排气后对汽车尾气的处理也日益重视。汽车的排气系统包括有与内燃机的各个气缸连通的排气歧管及后续的排气催化系统。对于四缸发动机来说，有四个气道，排气歧管相应的也设有四个排气支管与四个气道相连接。
现有的排气歧管主要有两种结构形式：
一种是与各个气缸连通的排气歧管直接汇总连接到催化器，对于四缸发动机来说，即4-1形式。这种排气歧管使得催化器能够快速起燃，有良好的排放效果，但是其排气歧管过短，且由于四缸发动机每个气缸的点火时间不同，各个排气支管出来的气流相互干涉，不利于汽油机低端充气效率，特别是不能发挥VVT发动机低端扭矩的潜力。
另一种是各个气缸连通的排气歧管先根据点火顺序两两汇总，由于气缸的点火顺序为第一气缸→第三气缸→第四气缸→第二气缸，对应的第一排气支管与第四排气支管汇入一个气腔，第二排气支管与第三排气支管汇入另一个气腔，两个气腔连接催化器，直接在催化器后汇合，类似于4-2-1形式。但由于排气歧管的截面过大，长度较短，第一排气支管与第四排气支管中的气流与第二排气支管与第三排气支管中的气流会在经过催化器后互相干涉，也不能有效提升低速性能。
综上所述，这两种传统形式的排气歧管已经不能满足发动机对高性能和低排放的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种使发动机的低速性能更好的排气歧管及使用此排气歧管的排气系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种排气歧管，包括：分别与各个气缸连通的第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管；分别与第一排气支管、第四排气支管连通的第一前端腔室；分别与第二排气支管、第三排气支管连通的第二前端腔室；其中，所述的排气歧管还包括：预催化器载体、与第一前端腔室连通的第一后端腔室、与第二前端腔室连通的第二后端腔室、及排气前管；所述的第一前端腔室与第二前端腔室的气流通过预催化器载体后，分别通过对应的第一后端腔室与第二后端腔室到达排气前管。
所述的第一前端腔室与第二前端腔室为由前端锥隔板隔开的锥形的前端腔室形成的两个半锥腔室。由前端锥隔板隔开前端腔室形成第一前端腔室与第二前端腔室，加工更为方便。
所述的第一后端腔室与第二后端腔室为由后端锥隔板隔开的锥形的后端腔室形成的两个半锥腔室。由前端锥隔板隔开前端腔室形成第一前端腔室与第二前端腔室，由后端锥隔板隔开前端腔室形成第一后端腔室与第二后端腔室，形成了两个紧密靠在一起却相互独立的催化器系统，不仅各气缸之间的气流互相干扰程度降低，而且散热面积有效地降低，能有效地利用起动过程中排气能量对催化器进行预热，使得汽油发动机催化器快速起燃。
所述的前端锥隔板与后端锥隔板设置在同一平面内。这样的设计能够更好的保证第一前端腔室内的废气流过预催化器载体后，仅流入第一后端腔室；而第二前端腔室内的废气流过预催化器载体后，仅流入第二后端腔室，使得各气缸之间的气流互相干扰程度进一步降低。
所述的排气前管包括前排气前管和后排气前管，所述的前排气前管由排气前管隔板隔开，分别形成与第一后端腔室连通的第一前排气前管及与第二后端腔室连通的第二前排气前管。这样的设计可以进一步降低四缸的气流之间的干扰程度。
为了加工更为方便，同时能更好的保证第一后端腔室仅与第一前排气前管连通，第二后端腔室仅与第二前排气前管连通，所述的后端锥隔板与排气前管隔板为一个整体，其设置在后端腔室内的部分为后端锥隔板，其设置在前排气前管内的部分为排气前管隔板。
所述的排气歧管还包括用于安装氧传感器的氧传感器座，所述的氧传感器座设置在第一前端腔室与第二前端腔室之间，所述的前端锥隔板对应于氧传感器的位置处设置有缺口。通过缺口部分流向相对腔室的废气与设在切掉部分中的氧传感器接触并穿过该氧传感器，使得氧传感器能有效地检测从各缸排气口排出废气的氧浓度。在第一前端腔室与第二前端腔室之间安装氧传感器，并在排前端锥隔板7上设置缺口以保证氧传感器的安装测量，使得不必为每个被分隔的腔室设置氧传感器，降低了制造成本。
所述的排气歧管还包括用于安装后氧传感器的后氧传感器座，所述的后氧传感器座设置在第一前排气前管与第二前排气前管之间，所述的排气前管隔板对应于后氧传感器的位置处设置有缺口。通过缺口部分流向相对腔室的废气与设在切掉部分中的氧传感器接触并穿过该氧传感器，使得氧传感器能有效地检测从各缸排气口排出废气的氧浓度。在第一前排气前管与第二前排气前管之间安装氧传感器，并在排气前管隔板12上设置缺口以保证氧传感器的安装测量，使得不必为每个被分隔的腔室设置氧传感器，降低了制造成本。通过前氧传感器与后氧传感器的结合，能够满足OBD测试要求。
一种排气系统，包括与各气缸连接的排气歧管，所述的排气歧管包括：分别与各个气缸连通的第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管；分别与第一排气支管、第四排气支管连通的第一前端腔室；分别与第二排气支管、第三排气支管连通的第二前端腔室；其中，所述的排气歧管还包括：预催化器、与第一前端腔室连通的第一后端腔室、与第二前端腔室连通的第二后端腔室、及排气前管；所述的第一前端腔室与第二前端腔室的气流通过预催化器后，分别通过对应的第一后端腔室与第二后端腔室到达排气前管。
本发明由于使各缸排出的废气在经过第一前端腔室和第二前端腔室后直接进入预催化器载体，废气到达催化器载体距离缩短；而后再分别通过第一后端腔室和第二后端腔室分别到达排气前管，类似于4-2-2-1的模式，能够有效地延长排气歧管中独立排气的长度，各气缸之间气流的互相干扰程度显著降低，不会影响发动机的转速，提高了发动机的低速性能，达到发动机高性能和低排放的要求。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的各气缸的排气支管的示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例中各腔室的结构示意图。
图中：1：第一排气支管；2：第二排气支管；3：第三排气支管；4：第四排气支管；5：前氧传感器座；6：第一前端锥腔室；7：前端锥隔板；8：第二前端锥腔室；9：预催化器载体；10：第一后端锥腔室；11：第二后端锥腔室；12：后端锥隔板；13：第一前排气前管；14：第二前排气前管；15：排气前管隔板；16：后氧传感器座；17：后排气前管；18：连接法兰。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明实施例中以四缸发动机的排气系统为例进行说明。如图1中所示，从左侧依次为第一排气支管1、第二排气支管2、第三排气支管3和第四排气支管4，分别对应发动机第一缸、第二缸、第三缸和第四缸。发动机点火按第一缸、第三缸、第四缸、第二缸和第一缸的顺序进行顺序点火。
所述的排气系统中的排气歧管主要包括：分别与各个气缸连通的第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管、呈纺锤状的预催化器、与预催化器连接的排气前管及后续的排气系统。预催化器的中部为预催化器载体，其前端及后端分别为两个锥形腔室，其前端的前端腔室内由前端锥隔板隔开形成两个半锥腔室，分别为第一前端腔室与第二前端腔室；其后端的后端腔体内由后端锥隔板隔开形成两个半锥腔室，分别为第一后端腔室与第二后端腔室。
四缸发动机中，第一缸、第四缸，及第二缸、第三缸之间点火间隔较长，因此先使第一、四缸对应的第一排气支管1、第一排气支管4汇合在一起，第二、三缸对应的第一排气支管2、第一排气支管3汇合在一起。第一、四缸的废气通过第一排气支管、第四排气支管连通汇合后进入前端腔室的第一前端腔室，第二、三缸的废气通过第二排气支管、第三排气支管连通汇合后进入前端腔室的第二前端腔室。每个气缸对应的排气支管的长度需相互一致，具体长度及内径视布置空间及需达到的性能的目标而定。
从第一前端腔室、第二前端腔室中流出的气体直接到达预催化器载体后，分别流入第一后端腔室、第二后端腔室到达排气前管。其中，第一后端腔室与第一前端腔室对应连通，第二后端腔室与第二前端腔室对应连通。为了更好的实现第一前端腔室内的废气流过预催化器载体9后，仅流入第一后端腔室；而第二前端腔室内的废气流过预催化器载体9后，仅流入第二后端腔室；需要保证前端锥隔板7和后端锥隔板12在同一平面内。
为了更好的保证四缸的气流之间不互相干扰，所述的排气前管分为了前排气前管和后排气前管，所述的前排气前管由排气前管隔板隔开，从图2中可以看出，分别形成了与第一后端腔室连通的第一前排气前管及与第二后端腔室连通的第二前排气前管。
为了加工更为方便，同时能更好的保证第一后端腔室仅与第一前排气前管连通，第二后端腔室仅与第二前排气前管连通，所述的后端锥隔板与排气前管隔板可以为一个整体，其设置在后端腔室内的部分为后端锥隔板，其设置在前排气前管内的部分为排气前管隔板。
排气系统还需要对气体通过氧传感器进行检测。氧传感器可以通过氧传感器底座固定到排气歧管上。本实施例中，排气歧管还可包括用于安装前氧传感器的前氧传感器座，前氧传感器座设置在第一前端腔室与第二前端腔室之间，在前氧传感器座5所处位置处，前端锥隔板7被切除一缺口来保证氧传感器的安装，该切口与氧传感器之间的缝隙可保证少量气体在顺序排气压力作用下在第一前端锥腔室6和第二前端锥腔室8之间流动，满足氧传感器检测四缸废气氧浓度的需要，但不会对两边的流动造成大的影响。通过缺口部分流向相对腔室的废气与设在切掉部分中的氧传感器接触并穿过该氧传感器，使得氧传感器能有效地检测从各缸排气口排出废气的氧浓度。在第一前端腔室与第二前端腔室之间安装氧传感器，并在排前端锥隔板7上设置缺口以保证氧传感器的安装测量，使得不必为每个被分隔的腔室设置氧传感器，降低了制造成本。
为了满足OBD测试要求，排气歧管在第一前排气前管与第二前排气前管之间还可设置用于安装后氧传感器的后氧传感器座，在后氧传感器座16所处位置处，排气前管隔板12被切除一缺口来保证后氧传感器的安装布置，该切口与后氧传感器之间的缝隙可保证少量气体在顺序排气压力作用下在第一前排气前管13和第二前排气前管14之间流动，保证后氧传感器能够检测到流经第一前排气前管13和第二前排气前管14的氧浓度，但不会对两边的流动造成大的影响。通过缺口部分流向相对腔室的废气与设在切掉部分中的氧传感器接触并穿过该氧传感器，使得氧传感器能有效地检测从各缸排气口排出废气的氧浓度。通过前氧传感器与后氧传感器的结合，能够满足OBD测试要求。在第一前排气前管与第二前排气前管之间安装氧传感器，并在排气前管隔板12上设置缺口以保证氧传感器的安装测量，可以用一个氧传感器检测两个腔室，使得不必为每个被分隔的腔室设置氧传感器，相对于每个腔室分别发置氧传感器的做法来说，降低了标定成本。
通过本实施例所述的排气系统进行排气时，从发动机第一缸、第二缸、第三缸和第四缸中排出的废气，依据点火顺序，分别沿第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管进入到其对应的第一前端腔室或第二前端腔室中：第一排气支管和第四排气支管的废气进入第一前端腔室，流过预催化器载体后，进入第一后端腔室、第一前排气前管、及后排气前管，再进入后续的排气系统(图中未示出)；对应的，第三排气支管和第二排气支管的废气进入第二前端腔室，流过预催化器载体后，进入第二后端腔室、第二前排气前管、及后排气前管，再进入后续的排气系统(图中未示出)。这两股气流分别经过各自相对应的载体、后端锥腔体和排气前管，然后在后续排气系统(未示出)中汇合。虽然在排气前管与后续排气系统处存在截面积的变化，从第一前排气前管出来的废气产生压力波一部分继续向排气系统后端传播，一部分沿第一前排气前管向上游传播；同时产生的低压膨胀波沿第一前排气前管向上游传播。但由于本发明实施例中的以上设计能够有效地延长排气歧管中独立排气的长度，因此气缸间气流干涉的影响是非常小的，不会影响发动机的转速，提高了发动机的低速性能。
由于使各缸排出的废气在经过第一前端腔室和第二前端腔室后直接进入预催化器载体，废气到达催化器载体的距离缩短；而后从催化器中再分别通过第一后端腔室和第二后端腔室分别到达排气前管，类似于4-2-2-1的模式，各个气缸之间的气流的互相干扰的程度显著降低，从流动角度看，相当于两个独立的催化器系统，极大提高双VVT发动机低端充气效率，使2000～2500rpm的扭矩与4000～4500rpm的扭矩水平相当，这样将汽油发动机3000rpm以前扭矩提升8％左右。而从空间布置看，这个两个系统紧密靠在一起，散热面积有效地降低，能有效地利用起动过程中排气能量对催化器进行预热，使得汽油发动机催化器快速起燃，达到发动机高性能和低排放的要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步洋细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。比如第一前端腔室与第二前端腔室可以通过前端锥隔板隔开前端腔室的方法形成，也可以为两个互相独立形成的腔室等；同样的，第一后端腔室与第二后端腔室、及第一前排气前管与第二前排气前管都可以为互相独立形成的腔室。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种排气歧管，包括：分别与各个气缸连通的第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管；分别与第一排气支管、第四排气支管连通的第一前端腔室；分别与第二排气支管、第三排气支管连通的第二前端腔室；其特征在于，所述的排气歧管还包括：预催化器、与第一前端腔室连通的第一后端腔室、与第二前端腔室连通的第二后端腔室、及排气前管；所述的第一前端腔室与第二前端腔室的气流通过预催化器后，分别通过对应的第一后端腔室与第二后端腔室到达排气前管。
2.如权利要求1所述的排气歧管，其特征在于，所述的第一前端腔室与第二前端腔室为由前端锥隔板隔开的锥形的前端腔室形成的两个半锥腔室。
3.如权利要求2所述的排气歧管，其特征在于，所述的第一后端腔室与第二后端腔室为由后端锥隔板隔开的锥形的后端腔室形成的两个半锥腔室。
4.如权利要求3所述的排气歧管，其特征在于，所述的前端锥隔板与后端锥隔板设置在同一平面内。
5.如权利要求3所述的排气歧管，其特征在于，所述的排气前管包括前排气前管和后排气前管，所述的前排气前管由排气前管隔板隔开，分别形成与第一后端腔室连通的第一前排气前管及与第二后端腔室连通的第二前排气前管。
6.如权利要求4所述的排气歧管，其特征在于，所述的后端锥隔板与排气前管隔板为一个整体，其设置在后端腔室内的部分为后端锥隔板，其设置在前排气前管内的部分为排气前管隔板。
7.如权利要求3所述的排气歧管，其特征在于，所述的排气歧管还包括用于安装氧传感器的氧传感器座，所述的氧传感器座设置在第一前端腔室与第二前端腔室之间，所述的前端锥隔板对应于氧传感器的位置处设置有缺口。
8.如权利要求4所述的排气歧管，其特征在于，所述的排气歧管还包括用于安装后氧传感器的后氧传感器座，所述的后氧传感器座设置在第一前排气前管与第二前排气前管之间，所述的排气前管隔板对应于后氧传感器的位置处设置有缺口。
9.一种排气系统，包括与各气缸连接的排气歧管，所述的排气歧管包括：分别与各个气缸连通的第一排气支管、第二排气支管、第三排气支管及第四排气支管；分别与第一排气支管、第四排气支管连通的第一前端腔室；分别与第二排气支管、第三排气支管连通的第二前端腔室；其特征在于，所述的排气歧管还包括：预催化器、与第一前端腔室连通的第一后端腔室、与第二前端腔室连通的第二后端腔室、及排气前管；所述的第一前端腔室与第二前端腔室的气流通过预催化器后，分别通过对应的第一后端腔室与第二后端腔室到达排气前管。
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