CN105156183A - 一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，包括四个排气歧管、第一汇合歧管、第二汇合歧管、一个排气总管和一个三效催化器，三效催化器设置于两个汇合歧管的中部，三效催化器将每个汇合歧管均分割为上下两部分；三效催化器内设置有至少一块竖直隔板，竖直隔板能将三效催化器竖向分割为第一气体腔室和第二气体腔室；第一气体腔室与第一汇合歧管的上下两部分均相连通，第二气体腔室与第二汇合歧管的上下两部分均相连通。采用上述结构后，能提高汽油机压缩比，提高热效率，减小排气系统占用空间，适合小排量发动机空间布置；能提高三效催化器内触媒的温度，减少冷启动时排放较高的问题。还能减少排气干涉，降低排气背压。

Description

一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统

技术领域

本发明涉及一种发动机进排气系统，特别是一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统。

背景技术

汽油机提高压缩比，将能够提高热效率，提高动力性和燃油经济性，但必然会引起爆震，爆震发生的主要原因之一是残留气体。目前，减少残留气体的主要方法便是采用四缸汽油机4-2-1排气系统。所谓四缸汽油机4-2-1排气系统，即主要由四个气缸、四根排气歧管、两根汇合歧管和一根排气总管组成，一个气缸对应一根排气歧管，两个排气歧管的底部汇合成一根汇合歧管，两根汇合歧管的底部汇合成一根排气总管。

如图1所示，即为4-2-1排气管相对4-1排气管排气管中的废气路径比较图，其中，图1-1为4-1排气管的废气路径图，图1-2为4-2-1排气管的废气路径图，序号1-4分别对应4个气缸。从图1中可以看出，如果排气路径短，当第3个气缸的排气门打开后，排出的高压排气压力波到达已完成排气冲程、即将开始吸气冲程的第1个气缸，这样一来，已经排出的气体就会再次被吸入燃烧室，使高温的残留气体增多。另外，排气管短时，高压波可在短时间内到达其他气缸，这种不利影响会从低转速持续至高转速。

而在4-2-1的长路径排气系统中，高压波到达其他气缸所需时间较长，这种不利影响仅在极低速时存在，可在几乎全部速域范围减少残留气体。另外，为了提高实用速域的扭矩，通常需要配置超过600mm的长排气管，虽然采用如图2所示的圈型排气管可节省空间，但是对于小型车而言，安装发动机的空间还是不够。

另外，图2中的4-2-1排气系统还有一个最大的难题：到达三效催化器中催化器触媒的距离过长，使排气温度降低，无法尽快激活催化器触媒。

综上所述，目前的4-2-1排气系统存在如下技术问题：

1.排气管长度较长，占用空间较大，不利于小排量汽车发动机使用；

2.到达三效催化器中催化器触媒的距离过长，三效催化器中催化器触媒温度较低；

3.双催化器4-2-1排气系统会增加发动机横向尺寸，且双催化器的成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，该高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统能够提高汽油机压缩比，提高热效率，减小排气系统占用空间，适合小排量发动机空间布置；能够提高三效催化器内触媒的温度，减少冷启动时排放较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，包括四个排气歧管、两个汇合歧管、一个排气总管和一个三效催化器，所述三效催化器设置于两个汇合歧管的中部，三效催化器将每个汇合歧管均分割为上下两部分；三效催化器内设置有至少一块竖直隔板，竖直隔板能将三效催化器竖向分割为两个气体腔室，分别为第一气体腔室和第二气体腔室；两个所述汇合歧管分别为第一汇合歧管和第二汇合歧管；所述第一气体腔室与第一汇合歧管的上下两部分均相连通，第二气体腔室与第二汇合歧管的上下两部分均相连通。

所述三效催化器包括催化器和设置于催化器两端的两个碗型结构；两个碗型结构内各设置有一块竖直隔板，两块竖直隔板与催化器的组合，将三效催化器竖向分割为第一气体腔室和第二气体腔室；其中，第一气体腔室与第一汇合歧管的上下两部分均相连通，第二气体腔室与第二汇合歧管的上下两部分均相连通。

两块所述竖直隔板同轴设置。

所述竖直隔板的材料为耐高温的SUS441。

所述竖直隔板的厚度为1.5~2mm。

本发明采用上述结构后，具有如下有益技术效果：

1.4-2-1排气系统，能解决爆震问题，提高汽油机压缩比，提高热效率，改善燃油经济性，提高动力性。

2.三效催化器设置于两个汇合歧管的中部，使得三效催化器距离发动机排气口近，不会使催化器触媒的温度降低，使触媒温度高。

3.上述竖直隔板的设置，能将三效催化器或两端碗型结构沿发动机纵向一分为二，用三效催化器取代汇合歧管的部分长度，发动机排出的废气排出时被竖直隔板分割成两部分，这样既缩短了排气系统总长度，减小排气管占用空间，尤其适合小排量汽车发动机空间布置，且节约成本。另外，相对传统无隔板结构，排气压力波的反射路径大大延长，且由于催化器载体本身有一定阻力，更不利于排气压力波的干涉，设置竖直隔板后，能减少排气干涉，降低排气背压。

附图说明

图1显示了4-2-1排气管相对4-1排气管中的废气路径比较图，其中，图1-1为4-1排气管的废气路径图，图1-2为4-2-1排气管的废气路径图；

图2显示了现有技术中圈型排气管的结构示意图；

图3显示了本发明一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统的结构示意图；

图4显示了实施例1中竖直隔板设置的结构示意图；

图5显示了现有技术中无竖直隔板时，压力波传播示意图；

图6显示了本发明中增加竖直隔板后，压力波传播示意图；

图7显示了实施例2中竖直隔板设置的结构示意图。

其中有：1.第一排气歧管；2.第二排气歧管；3.第三排气歧管；4.第四排气歧管；5.第一汇合歧管；6.第二汇合歧管；7.三效催化器；71.上碗型结构；72.催化器；73.下碗型结构；71.第一气体腔室；75.第二气体腔室；8.排气总管；9.第一竖直隔板；10.第二竖直隔板；11.第三竖直隔板。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图3所示，一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，包括四个排气歧管、两个汇合歧管、一个排气总管8和一个三效催化器7。也即为4-2-1排气系统，这样将能解决爆震问题，提高汽油机压缩比，提高热效率，改善燃油经济性，提高动力性。

四个排气歧管分别与四个气缸相连接，四个排气歧管分别为第一排气歧管1、第二排气歧管2、第三排气歧管3和第四排气歧管4。

两个汇合歧管分别为第一汇合歧管5和第二汇合歧管6。如图3所示，第一排气歧管1和第四排气歧管4的底部交汇入第一汇合歧管5，第二排气歧管2和第三排气歧管的底部交汇入第二汇合歧管6。第一汇合歧管5和第二汇合歧管6的底部交汇入排气总管8。

上述三效催化器7设置于两个汇合歧管的中部，三效催化器7将每个汇合歧管均分割为上下两部分。这样，将能使得三效催化器7距离发动机排气口近，不会使催化器触媒的温度降低，使触媒温度高，减少冷启动时排放较高的问题。

三效催化器7包括催化器72和设置于催化器72两端的两个碗型结构。两个碗型结构分别为上碗型结构71和下碗型结构73。

三效催化器7内设置有至少一块竖直隔板，竖直隔板的设置方式，有如下两种优选实施例。

实施例1

如图4所示，上碗型结构71内设置有第一竖直隔板9，第一竖直隔板9的一端焊接在上碗型结构71上，第一竖直隔板9的另一端与催化器72紧密接触，两者之间无间隙。

下碗型结构73内设置有第二竖直隔板10，第二竖直隔板10优选与第一竖直隔板9同轴设置，第二竖直隔板10的一端焊接在下碗型结构73上，第二竖直隔板10的另一端与催化器72紧密接触，两者之间无间隙。

具体安装方法为：先将第一竖直隔板9和第二竖直隔板10，分别焊接在上碗型结构71及下碗型结构73内，然后封装催化器72，使催化器72与第一竖直隔板9和第二竖直隔板10相接触的部位无间隙。

如图4所示，上述第一竖直隔板9、第二竖直隔板10与催化器72的组合，将三效催化器7竖向分割为第一气体腔室74和第二气体腔室75；其中，第一气体腔室74与第一汇合歧管5的上下两部分均相连通，第二气体腔室75与第二汇合歧管6的上下两部分均相连通。

上述竖直隔板的设置，能将三效催化器7或两端碗型结构沿发动机纵向一分为二，用三效催化器7取代汇合歧管的部分长度，发动机排出的废气排出时被竖直隔板分割成两部分，这样既缩短了排气系统总长度，减小排气管占用空间，尤其适合小排量汽车发动机空间布置，且节约成本。

另外，如图5所示，为现有技术中无竖直隔板时，压力波传播示意图，图中箭头表示了压力波的反射路径。从图5中可以看出，排气压力波的反射路径短，且由于催化器载体本身有一定阻力，更不利于排气压力波的干涉。

如图6所示，显示了本发明中增加竖直隔板后，压力波传播示意图，图中箭头表示了压力波的反射路径。从图6中可以看出，排气时，发动机1缸排出的废气需先经过催化器，再返回3缸，排气路径长，阻力大，干涉小，相对传统无隔板结构，排气压力波的反射路径大大延长，设置竖直隔板后，能减少排气干涉，降低排气背压。

进一步，竖直隔板的材料优选为耐高温的SUS44，抗氧化性好，热膨胀系数小，价格低廉，竖直隔板的厚度优选为1.5~2mm，这样既能满足强度要求，又节省材料。

实施2

实施2与实施例1基本相同，不同点在于，所示竖直隔板仅有1块，如图7所示，三效催化器7内设置有一块第三竖直隔板11，该第三竖直隔板11的一端焊接在上碗型结构71上，第三竖直隔板11的另一端焊接在下碗型结构73上。第三竖直隔板11将三效催化器7竖向分割为两个气体腔室，分别为第一气体腔室74和第二气体腔室75；第一气体腔室74与第一汇合歧管5的上下两部分均相连通，第二气体腔室75与第二汇合歧管6的上下两部分均相连通。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，包括四个排气歧管、两个汇合歧管、一个排气总管和一个三效催化器，其特征在于：所述三效催化器设置于两个汇合歧管的中部，三效催化器将每个汇合歧管均分割为上下两部分；三效催化器内设置有至少一块竖直隔板，竖直隔板能将三效催化器竖向分割为两个气体腔室，分别为第一气体腔室和第二气体腔室；两个所述汇合歧管分别为第一汇合歧管和第二汇合歧管；所述第一气体腔室与第一汇合歧管的上下两部分均相连通，第二气体腔室与第二汇合歧管的上下两部分均相连通。

2.根据权利要求1所述的高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，其特征在于：所述三效催化器包括催化器和设置于催化器两端的两个碗型结构；两个碗型结构内各设置有一块竖直隔板，两块竖直隔板与催化器的组合，将三效催化器竖向分割为第一气体腔室和第二气体腔室；其中，第一气体腔室与第一汇合歧管的上下两部分均相连通，第二气体腔室与第二汇合歧管的上下两部分均相连通。

3.根据权利要求2所述的高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，其特征在于：两块所述竖直隔板同轴设置。

4.根据权利要求1或2所述的高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，其特征在于：所述竖直隔板的材料为耐高温的SUS441。

5.根据权利要求4所述的高压缩比四缸汽油机催化器紧耦合式排气系统，其特征在于：所述竖直隔板的厚度为1.5~2mm。