CN103958848A - 用于来自多缸燃式发动机的排气的排气歧管 - Google Patents

用于来自多缸燃式发动机的排气的排气歧管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于接收来自多缸燃式发动机(1)的排气的歧管。所述歧管包括公共管(4)、第一支管(3a-c)、以及至少一个第二支管(3b-d)，所述第一支管适于接收来自第一气缸(2a-c)的排气并且将其经由第一出口孔(3a1-3c1)导入公共管(4)，所述第二支管适于接收来自第二气缸(2b-d)的排气并且将所述排气经由第二出口孔(3b1-3d1)导入公共管(4)，所述第二出口孔相对于公共管(4)中排气流动的预期方向定位在第一出口孔下游。所述歧管配置有伸入公共管(4)的引导元件(7)，从而减小靠近第二出口孔(3b1-3d1)处的排气流横截面。引导元件(7)具有贯穿引导元件延伸的至少一个孔(7c)，所述至少一个孔的尺寸设置成使得公共管(4)中排气的到达引导面(7a)的那部分穿过所述孔(7c)。本发明还涉及一种配置有这种歧管的燃式发动机。

Description

用于来自多缸燃式发动机的排气的排气歧管
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种用于接收来自多缸燃式发动机的排气的歧管。本发明还涉及一种配置有这种歧管的燃式发动机。
背景技术
来自多缸燃式发动机的排气通常在歧管中被接收。歧管包括接收来自发动机气缸的排气的支管和接收来自各支管的排气的公共管。当气缸的排气阀打开时，排气开始以高压流出进入支管，所述高压与在燃烧冲程刚好结束后在气缸中的排气压力充分相关。在排气阀打开的余下时间中，支管中的排气压力将会降低并且与活塞将排气从气缸推入支管中做的功充分相关。气缸的排气阀通常在整个排气冲程中打开，也就是在四冲程发动机的工作循环的大部分时候打开。在多缸燃式发动机中，各个气缸的排气阀的打开时间通常重叠。在这种情况下，排气同时从两个或者更多个气缸中导入歧管。
将排气同时从两个或者更多个气缸中导出到共同的歧管中并不简单。当气缸的排气阀打开时，排气以高压从气缸导出到所连接的支管和公共管。如果排气在同一时间从另一个气缸以较低的压力导出到另一个支管中，那么明显存在的风险在于，处于较高压力的排气可能向下汇入处于较低压力的支管。因此，后者支管中的压力将会上升，必须通过增加由气缸活塞泵送的功来驱使排气排出。泵送功的量增加导致发动机燃料消耗增加。对歧管内的排气流的干扰可以称为交叉泄漏。
抑制这种干扰的一种已知手段是配置具有收缩件的公共管，所述收缩件处于靠近从支管进入公共管的出口处，从而提高排气的速度并且降低靠近从支管进入公共管的出口处的排气静压力。降低的排气静压力使得排气以较低的压力从支管导出到公共管中成为可能。然而，配置具有收缩件的公共管带来的缺点在于，增加公共管中排气流动损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于接收来自燃式发动机的排气的歧管，从而使得基本上消除称为交叉泄漏的排气流干扰类型的风险，而同时公共管中的排气流动损失能够保持在低水平。
所述目的通过在背景技术中提及类型的歧管实现，歧管具有在权利要求1的特征部分中指示出的特征。采用引导元件是减小公共管中的靠近第二支管出口孔的排气流横截面的简单方法。因而，公共管中的排气在靠近从第二支管进入公共管的出口孔处获得提高的速度和降低的静压力。这意味着，即使在当第二气缸的排气阀已打开时第一气缸的排气阀打开的情况下，排气从公共管被向下引入第二支管的风险也基本上完全消除。因此，在这种情况下，不需要第二气缸中的活塞做任何额外的泵送功以驱动排气从气缸排出到第二支管和公共管中。引导元件包括边缘部，排气与引导元件的接触在边缘部停止。减压涡流不可避免地存在于边缘部下游。因此，引导元件配置有孔，以使得排气的一部分能够穿过到达引导元件的下风侧。因此，引导元件的下风侧的负压减小，继而减压涡流的量度减小，并且从而公共管中的排气在流过引导元件时的损失减小。引导元件可以配置有一个以上的孔。
根据本发明的实施例，引导元件伸入公共管中，从而使得排气流横截面减小约10-40％。流动横截面的这种减小可以显著提高排气的速度并且将排气静压力降低到基本上消除交叉泄漏风险的程度，并且不会在排气流通过引导元件时对排气流造成过多阻力。引导元件有利地定位，从而主要减小在公共管的定位有第二支管出口孔的那一侧的排气流横截面。引导元件有利地相对于公共管中排气流动方向定位在进入公共管的出口孔的基本上紧邻上游处。因而，公共管内的排气将在由引导元件伸入公共管的长度限定的距离处流过第二支管出口孔。又一个结果是，来自第二支管的排气能够在引导元件下游区域导入公共管。这种引导元件也倾向于防止来自第二支管的排气在公共管中沿不期望的方向移动。
根据本发明的另一个优选实施例，引导元件包括适于与排气在公共管中流动的那部分相遇的第一引导面，所述第一引导面具有斜面，从而使得第一引导面使靠近第二出口孔处的排气流横截面逐渐减小。流动横截面的这种逐渐减小意味着流动减小区域中的排气流动损失能够保持在低水平。所述孔的横截面可以占据第一引导面的5-15％。借助这种孔，排气到达引导元件的相对小的那部分将会穿过引导元件到达引导元件下风侧，但是在大部分情况下足以减小在引导元件下游出现的排气涡流。穿过所述孔的排气流还使得排气涡流移动远离引导元件。这种合适的移动将会导致涡流处于涡流至少部分遮盖第二支管出口孔的位置，因此进一步减小排气从公共管向下汇入第二支管的风险。
根据本发明的另一个优选实施例，引导元件包括适于在排气从第二支管被导入公共管时引导排气的第二引导面，所述第二引导面具有基本上平行于离开第二支管的排气的流动方向的斜面。第二支管有利地在靠近进入公共管的第二支管出口孔处具有特定曲率，以使得离开第二支管的排气沿与公共管中排气流动的预期方向至少部分相同的方向被引导。当第二气缸的排气阀打开时，排气以高速状态从第二支管流出到公共管中，并且引导元件的第二引导面引导排气沿期望的方向进入公共管。因此，第二引导面基本上防止排气在公共管中沿不正确的方向流动并且进入定位在上游的支管。在这种情况下，第二引导面与孔的延伸线形成特定角度，以使得基本上没有来自第二气缸的排气穿过孔。因而，在引导元件上的孔不会与在公共管中沿不正确方向的任何排气相遇。
根据本发明的另一个优选实施例，引导元件具有基本上恒定的壁厚，在这种情况下，第一和第二引导面是基本上平行的。这种引导元件可以有利地具有相对简单的结构。引导元件的壁厚可以薄于支管和公共管的壁厚。第二支管可以采用伸入公共管的管状部的形式。在加工歧管的过程中，这种管状部可以穿过公共管中的孔插入伸入公共管中合适区段的位置，并且借助焊接或者一些其它紧固方式将支管和公共管连接在一起。替代地，引导元件可以采用借助合适的紧固方式紧固在公共管中的单独单元的形式。这种单独引导元件可以配置有独立成型的第一和第二引导面。
根据本发明的另一个优选实施例，歧管包括将来自三个气缸排气引导到公共管中的至少三个支管。燃式发动机连接到公共管的气缸越多，防止两个气缸的排气阀的打开时间相互重叠就变得越困难。在接收来自四个气缸的排气的歧管的情况下，基本上不可能防止各个气缸的排气阀的打开时间相互重叠。
附图说明
本发明优选的实施例通过结合附图以示例的方式在下面进行描述，其中：
图1示出了接收来自四气缸燃式发动机的排气的歧管；
图2示出了在公共管和歧管的支管之间的连接部分以及
图3是图2中平面A-A的公共管的截面图。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有四个气缸2a-d的燃式发动机1。来自发动机气缸的排气在歧管中被接收。歧管包括四个支管3a-d，每个支管接收来自四个气缸中的一个的排气。歧管包括接收来自各支管的排气的公共管4。公共管4通入排气管5中，所述排气管可以将排气导入涡轮单元中的涡轮机。来自发动机各个气缸2a-d的排气流由至少一个排气阀控制，所述排气阀设置成能够在关闭和打开状态之间移动。每个气缸2a-d通常配置有两个排气阀以促进来自气缸的排气流。
当排气阀打开时，处于高压的初始排气流从气缸2a-d经由各自的支管3a-d导入公共管4。在排气阀打开的余下时间中，排气以较低压力被驱使进入支管3a-d。当活塞推动排气离开气缸进入支管时，这个较低压力基本上由活塞在气缸2a-d内的移动限定。当歧管接收来自四个气缸2a-d的排气时，基本上不可能防止各个气缸的排气阀的打开时间相互重叠。因而，在特定情况下，歧管接收来自一个以上气缸的排气。
在两个气缸的排气阀同时打开的情况下，两个气缸各自的排气流可以互相影响，特别是在来自两个气缸的排气流以明显不同的压力导入歧管的情况下。这发生在一个气缸的排气阀已经打开时另一个气缸的排气阀打开的情况下。在这种情况下，处于较高压力的排气将向下流入以较低压力导出排气的支管中。因此，支管中的压力将会升高，必需由相应气缸内的活塞增加泵送的功以便驱使排气排出。这种增加的泵送功将导致更高的发动机燃料消耗量。为了防止歧管中排气流的这种可以被称为交叉泄漏的干扰，引导元件7被配置在每个连接区域中，支管3b-d在所述每个连接区域中具有引导排气排出到公共管4中的出口孔3b1-3d1。
图2更详细地示出了连接区域，支管3c在所述连接区域中引导排气排出到公共管4中。引导元件7相对于公共管中排气流动的预期方向定位在进入公共管的出口孔3c1的基本上紧邻上游处。引导元件具有平滑的边缘部7d，所述边缘部伸入公共管中一段距离以使得公共管中靠近连接区域的排气流横截面减小。公共管的流动横截面被导致的减小可以为10-40％。引导元件例如可以减小流动横截面的30％。引导元件这样定位以便主要减小在公共管中定位有支管出口孔3c1的那一侧的排气流横截面。引导元件具有适于与公共管内的排气流相遇的第一引导面7a。第一引导面与公共管中的排气流动方向成角度，这使得排气在与引导元件相遇时受到相对缓和的方向改变。因此，引导元件减小在公共管和支管之间的连接区域的流动横截面。因此，公共管中的排气在连接区域中获得提高的流速和降低的静压力，这减小了排气向下流入支管的倾向。
引导元件7具有用于将排气从支管3c导入公共管4的第二引导面7b。支管在支管出口孔3c1上游具有曲率，使得被引导穿过所述支管出口孔的排气具有与公共管中排气的主流动方向至少部分相对应的流动方向。所述第二引导面基本上保持排气流动方向在进入公共管后一段距离中的连续性。引导元件采用具有基本上恒定壁厚的相对薄壁元件的形式。因此，第一引导面7a与第二引导面7b平行。在这种情况下，引导元件采用构成支管3c的管的端部的形式。替代地，可采用以合适的方式紧固在公共管和支管之间的连接区域中的单独单元的形式。
引导元件7具有贯穿引导元件通过的孔7c，所述孔的尺寸设置成使得排气的流动通过公共管的一小部分穿过所述孔。图3是图2中平面A-A的横截面图。在这个例子中，孔是圆形的并且基本上定位在第一引导面7a的中心。孔的横截面占第一引导面的5-15％，优选地占10％。在这个例子中，孔作为短流动管道与公共管中的排气流动主方向基本上平行地延伸。替代地，所述孔可以有一部分与第一引导面7a和第二引导面7b基本上成直角。
在当气缸2c的排气阀已经打开时气缸2a、2b中任意一个的排气阀打开的情况下，结果是来自两个气缸的排气流瞬间进入歧管。来自气缸2a、2b的流体在支管3c上游的位置以高压导出到公共管4中。当公共管中的排气到达具有支管的连接区域时，排气流的一部分与使排气流横截面减小的第一引导面7a相遇，结果是排气流在连接区域获得提高的速度和降低的静压力。当排气离开引导面7时，排气涡流8在边缘部7d的紧邻下游区域中形成。公共管中的排气流的一小部分穿过引导元件中的孔7c。穿过所述孔的这种排气流在引导元件下风侧将压力升高，因此减小排气涡流的量度并且因此减小公共管中的排气流动损失。在同一时间，穿过所述孔的排气流使得排气涡流8远离引导元件向下游移动一段距离，到达基本上定位在进入公共管的支管出口孔3c1上方的位置，并且具体地定位在出口孔下游部分上方的来自公共管的排气可能向下汇入支管的风险最大的位置。因而，当排气涡流处于这种位置时，排气涡流非常有效地防止公共管中的排气流被向下引入支管。
相反地，如果在上游的气缸2a、2b中任意一个的排气阀打开的同时气缸2c的排气阀打开，那么处于高压的排气将从气缸2c中流出并且经由支管3c到达公共管4。引导元件的第二引导面7c将会在公共管中沿预期方向引导公共管中的排气，防止排气在公共管中沿错误方向流动。
即使在气缸2c的排气阀打开时气缸2a、2b中任意一个的排气阀已经打开的情况下，引导元件也防止来自气缸2c的排气到达支管3a、3b上游。当排气沿着第二引导面7b沿明显不同于穿过孔7c的流动方向的方向以高速流动时，在这种情况下也基本上没有排气流通过孔。
本发明不限于上面所描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由地变化。例如，引导元件的形状可以变化，也可以改变设置在引导元件上孔的数量、孔的形状和位置。通过支管连接到公共管的气缸的数量也可以变化，最简单的形式是发动机可以仅具有连接到公共管上的两个气缸。例如，V8发动机通常具有两个公共管，每个公共管在发动机的对应侧连接到对应的气缸组。在这样的构造中，每个公共管适于构造成如上述实施方式中所述的样子。

Claims (11)

1.一种用于接收来自多缸燃式发动机(1)的排气的歧管，所述歧管包括公共管(4)、第一支管(3a-c)、以及至少一个第二支管(3b-d)，第一支管适于接收来自第一气缸(2a-c)的排气并且将其经由第一出口孔(3a1-3c1)导入公共管(4)，第二支管适于接收来自第二气缸(2b-d)的排气并且将其经由第二出口孔(3b1-3d1)导入公共管(4)，所述第二出口孔相对于公共管(4)中排气流动的预期方向定位在第一出口孔下游，公共管(4)在其中靠近第二出口孔(3b1-3d1)处具有减小的排气流横截面，其特征在于，所述歧管配置有引导元件(7)，引导元件包括第一引导面(7a)，第一引导面具有伸入公共管(4)中的平滑的边缘部(7d)，从而减小靠近第二出口孔(3b1-3d1)的排气流横截面，以使得排气的一部分遇到引导面(7a)，而排气的余下部分在没有遇到引导面(7a)的情况下被引导穿过引导元件(7)，引导元件(7)具有贯穿引导元件延伸的至少一个孔(7c)，所述至少一个孔的尺寸设置成使得公共管(4)中排气的遇到引导面(7a)的那部分穿过所述孔(7c)。
2.如权利要求1所述的歧管，其特征在于，第一引导面(7a)伸入公共管中，导致公共管中的排气流横截面减小约10-40％。
3.如权利要求1或2所述的歧管，其特征在于，引导元件(7)这样定位以便主要减小公共管(4)中定位有第二出口孔(3b1-3d1)的那一侧的排气流横截面。
4.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，第一引导面(7a)具有斜面，从而使得第一引导面使靠近第二出口孔(3b1-3d1)的排气流横截面沿流动方向逐渐减小。
5.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，所述孔(7c)的横截面占据第一引导面(7a)的5-15％。
6.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，引导元件(7)包括第二引导面(7b)，所述第二引导面适于引导从第二出口孔(3b1-3d1)导入公共管(4)中的排气，并且具有基本上平行于离开第二支管(3b-3d)的排气流动方向的斜面。
7.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，引导元件(7)具有基本上恒定的壁厚。
8.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，引导元件(7)采用第二支管(3b-d)的管状部的形式，所述管状部伸入公共管(4)。
9.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，引导元件(7)采用单独单元的形式，所述单独单元紧固在公共管(4)内侧。
10.如前面任一权利要求所述的歧管，其特征在于，所述歧管包括将来自三个气缸的排气引入公共管(4)的至少三个支管。
11.燃式发动机，其特征在于，所述燃式发动机配置有如前面任一权利要求所述的歧管。
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