CN104806337B - 排气歧管、排气系统以及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种排气歧管，所述排气歧管具有若干气道和用于将这些气道汇合在一起的总管，所述总管的端面与涡轮增压器的端面相匹配，在所述总管内设置有隔板，并且所述隔板具有与所述总管的管壁相连的第一连接部和第二连接部，其中在所述第一连接部的末端处设置有朝向所述总管的管壁内侧延伸的第一凹槽，并且所述第一凹槽在所述总管的管壁内侧的部分沿着所述总管的周向延伸。本发明还涉及设置有该排气歧管的排气系统以及配置有该排气系统的发动机。采用本发明的排气歧管可以有效防止排气歧管内部的隔板开裂，进而可以显著提高发动机的安全性能及耐久性。
Description
技术领域
本发明属于发动机领域，涉及一种排气歧管、设置有该排气歧管的排气系统以及配置有该排气系统的发动机。
背景技术
随着汽车行业的不断发展，涡轮增压发动机由于其能量转换效率高(功率高、扭矩大)及节能环保等优势而具有广阔的市场运用前景，其主要借助于涡轮增压器来增加输出功率和扭矩。已知的是，涡轮增压发动机的排气歧管由若干气道和用于将这些气道汇合在一起的总管组成，总管的另一端与涡轮增压器相连。然而，总管内部的隔板以及隔板与总管管壁相连的部分常常由于热应力而发生疲劳开裂，轻者会造成排气歧管漏气，重者会因开裂落下的金属碎屑吸入涡轮增压器而使涡轮增压器的叶片损坏直至整个涡轮增压器失效；此外，如果漏气量过大，也会引起机舱内起火。
目前常用的排气歧管具有如图1所示的带S形隔板25的总管20。从图中可以看出，S曲线的弧度部分可吸收隔板25和总管20的管壁交会处(容易开裂的区域)的热应力。虽然这种结构方式可部分消除热应力裂纹的产生，但是它需要隔板25有足够的吸收热应力变形的长度，即排气歧管的管口直径必须足够大，这对发动机低速性能造成一定的负面影响。另外一种排气歧管具有如图2所示的带矩形槽的总管30。通过在与涡轮增压器接触的法兰面上加工出用于去热应力的矩形槽结构，满足了隔板35由于热应力而产生伸缩的热应变需要。但是这种结构方式要求法兰面尺寸必须足够大，而且专用的特种材料热密封环存在结构和工艺复杂，材料性能要求高而导致成本高昂(价格比一般的密封垫片贵10倍以上)、设计验证周期长以及供应商资源稀缺等问题，使得这项技术方案的运用范围受到了极大的限制。
因此，如何在不增加排气歧管尺寸的情况下设计一种能够防止总管内部的隔板发生开裂的排气歧管是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种排气歧管、设置有该排气歧管的排气系统以及配置有该排气系统的发动机，从而能够改善排气歧管内部的隔板由于热应力而开裂等问题。
为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种排气歧管，所述排气歧管具有若干气道和用于将这些气道汇合在一起的总管，所述总管的端面与涡轮增压器的端面相匹配，在所述总管内设置有隔板，并且所述隔板具有与所述总管的管壁相连的第一连接部和第二连接部，其中在所述第一连接部的末端处设置有朝向所述总管的管壁内侧延伸的第一凹槽，并且所述第一凹槽在所述总管的管壁内侧的部分沿着所述总管的周向延伸。
在上述的排气歧管中，优选地，在所述第二连接部的末端处设置有朝向所述总管的管壁内侧延伸的第二凹槽，并且所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的部分沿着所述总管的周向延伸。
在上述的排气歧管中，优选地，所述隔板沿所述总管的轴线对称设置。
在上述的排气歧管中，优选地，所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的深度在3mm-100mm范围之间。
在上述的排气歧管中，优选地，所述第一凹槽在所述总管的管壁内侧的部分与所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的部分保持连通。
在上述的排气歧管中，优选地，所述隔板具有S形或一字形的横截面。
在上述的排气歧管中，优选地，所述排气歧管是通过铸造而制成的。
在上述的排气歧管中，优选地，所述第一凹槽与所述第二凹槽的结构相同。
一种排气系统，所述排气系统设置有上述的排气歧管。
一种发动机，所述发动机配置有上述的排气系统，并且所述发动机是涡轮增压发动机。
本发明的技术方案与现有设计方案相比，通过在排气歧管的隔板末端处设置用于去除热应力的凹槽，不仅可以有效吸收隔板因高温热变形而产生的热应力，而且能够消除排气歧管因隔板热应力变形而造成的开裂、漏气的风险，进一步提高了发动机工作的可靠性和安全性。
附图说明
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中：
图1是现有技术的排气歧管中具有S形隔板的总管的局部立体视图。
图2是现有技术的排气歧管中具有矩形槽的隔板的总管的局部立体视图。
图3是本发明的排气歧管的一个实施例的立体视图。
图4是本发明的排气歧管的局部立体视图。
图5是图4的排气歧管的一个实施例中的总管的局部俯视图。
图6是图4的排气歧管的一个实施例中的总管的A-A截面视图。
图7是图4的排气歧管的一个实施例中的总管的B-B截面视图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的排气歧管、排气系统以及发动机的组成结构、特点及优点，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将它们理解为对本发明形成任何的限制。此外，在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
请参阅图3，本发明的排气歧管包括若干气道1和用于将这些气道1汇合在一起的总管2，该总管2的端面3(又称法兰面)与涡轮增压器4的端面(未示出)相匹配，其中该排气歧管可通过诸如铸造等方式制成。
同时结合图4、图5和图6可见，在排气歧管的总管2内部设置有隔板5，以将该总管2分隔成两个部分，并且该隔板5具有与总管2的管壁相连的第一连接部6和第二连接部7，其中在第一连接部6的末端处(靠近总管2的端面3)设置有朝向总管2的管壁内侧延伸的第一凹槽8，并且该第一凹槽8在总管2的管壁内侧的部分沿着总管的管壁的周向延伸；在第二连接部7的末端处(靠近总管2的端面3)可以设置有朝向总管2的管壁内侧延伸的第二凹槽9，并且该第二凹槽9在总管2的管壁内侧的部分沿着总管2的管壁的周向延伸。可以理解的是，在排气歧管工作时，隔板5的热聚效应远大于总管2的管壁，但其热应力变形却被总管2的管壁约束限制，通过在靠近第一连接部6和第二连接部7处向总管2的管壁内侧潜挖出的具有热应力缓冲功能的凹槽8、9，能够有效地避免隔板5因热应力聚集而造成的疲劳开裂。
在本较佳的实施例中，为了均匀地消除隔板5两侧聚集的热应力，第一凹槽8和第二凹槽9可以设计成结构相同，例如第一凹槽8在第一连接部6处的横截面以及第二凹槽9在第二连接部7处的横截面呈Z字形，如图6所示，并且其在总管2的管壁内侧的深度优选在3mm-100mm范围之间。可以想象，第一凹槽8在总管2的管壁内侧的部分与第二凹槽9在总管2的管壁内侧的部分可以设置成保持连通或部分连通，甚至二者沿着总管2的管壁的周向不保持连通也是允许的，如图4和图7所示。此外，为适宜不同的实际情况，第一凹槽8与第二凹槽9也可构造成大小不一的形状，或者选择只在隔板5的第一连接部6和第二连接部7的其中一个连接部处设置凹槽也是可行的。
本领域的普通技术人员应当认识到，为了使流过总管2的气体均匀分布，隔板5可以设置成沿总管2的轴线对称设置，从而使排气歧管的总管2被分隔成两个基本相等的空间。在如图5所示的优选实施例中可以清楚地看到，出于简化工艺的目的，隔板5设计成在总管2的径向方向上具有一字形的横截面。在此情形下，在上述实施例中分别位于隔板2的第一连接部6与第二连接部7的第一凹槽8与第二凹槽9可以沿排气歧管的总管2的周向对称布置。当然，该隔板5也可设计成在总管2的径向方向上具有总体上S形的横截面，以便借助于S形的弧度部分更好地吸收热应力。
综上所述，本发明的排气歧管不仅能有效解决排气歧管内部的隔板因热应力而容易疲劳开裂的技术问题，而且在保证了高工艺性和可靠性的同时还无需更改现有排气歧管的总管开口以及法兰面的尺寸。因此建议在排气系统中设置该排气歧管，并且在发动机中、尤其是涡轮增压发动机中推广应用设置有该排气歧管的排气系统，以获得上述优势。
以上列举的具体实施例详细阐明了本发明的排气歧管、设置有该排气歧管的排气系统以及配置有该排气系统的发动机，本个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种排气歧管，所述排气歧管具有若干气道和用于将这些气道汇合在一起的总管，所述总管的端面与涡轮增压器的端面相匹配，其特征在于，在所述总管内设置有隔板，并且所述隔板具有与所述总管的管壁相连的第一连接部和第二连接部，其中在所述第一连接部的末端处设置有朝向所述总管的管壁内侧延伸的第一凹槽，并且所述第一凹槽在所述总管的管壁内侧的部分沿着所述总管的周向延伸，在所述第二连接部的末端处设置有朝向所述总管的管壁内侧延伸的第二凹槽，并且所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的部分沿着所述总管的周向延伸，所述第一凹槽在所述总管的管壁内侧的部分与所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的部分保持连通。
2.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于，所述隔板沿所述总管的轴线对称设置。
3.根据权利要求1或2所述的排气歧管，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述总管的管壁内侧的深度在3mm-100mm范围之间。
4.根据权利要求1或2所述的排气歧管，其特征在于，所述隔板具有S形或一字形的横截面。
5.根据权利要求1或2所述的排气歧管，其特征在于，所述排气歧管是通过铸造而制成的。
6.根据权利要求1或2所述的排气歧管，其特征在于，所述第一凹槽与所述第二凹槽的结构相同。
7.一种排气系统，其特征在于，所述排气系统设置有根据权利要求1-6中任一项所述的排气歧管。
8.一种发动机，其特征在于，所述发动机配置有根据权利要求7所述的排气系统，并且所述发动机是涡轮增压发动机。
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