CN106762194A - 一种自然吸气发动机的排气通道 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自然吸气发动机的排气通道，包含：设置在所述自然吸气发动机内部气缸缸盖上的各个排气通道，所述各个排气通道互相独立无连接；所述任意一个排气通道设有弯管部分与流道部分，所述弯管部分各处截面积相等；所述流道部分为各处等截面结构或渐扩管结构；所述各个排气通道各自设有的排气出口，所述各个排气出口与外接排气通道段连接；所述通过调节外接排气通道段长度来确定缸盖内排气通道至所述自然吸气发动机催化器之间的总长。本发明具有给所述自然吸气发动机带来燃油经济性好兼有降低废气残余量的优点。

Description

一种自然吸气发动机的排气通道
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，特别涉及一种自然吸气发动机集成的各缸独立的排气通道。
背景技术
缸盖集成排气歧管是现有量产或预研增压发动机趋势之一。
缸盖集成排气歧管最主要的优点改善燃油经济性。在新欧洲行驶循环（简称NEDC循环）及未来的新标准，缸盖集成排气歧管有两个不同的方面会给燃油经济性带来好处。一是集成排气歧管加速热机从而使摩擦功损失降低。二是集成排气歧管加速催化器启燃，大大减少了为催化器启燃而消耗的额外燃油，原因相比传统的非集成排气歧管，排气门和催化器之间的连接长度减小，结构紧凑。不仅是对NEDC循环而言，在实际使用情况中，在经济性方面对于客户满意度也很有帮助。集成排气歧管能使空气过量系数维持在1的范围，代替为保护零部件多喷燃油加浓降排气温度的状况。
缸盖集成排气歧管的结构特点之一是紧凑，排气通道短，增压器涡轮机利用其特点，把排气能量转化成动能。然而，对于自然吸气发动机，如果采用过短的排气通道，由于废气残余量高的原因，会恶化自然吸气发动机性能。目前市场上的自然吸气带集成排气歧管的自然吸气发动机都有这一缺陷。
发明内容
本发明目的是提供一种自然吸气发动机的排气通道，实现使自然吸气发动机具有燃油经济性优点，并且降低废气残余量的目的。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种自然吸气发动机的排气通道，包含：设置在所述自然吸气发动机气缸缸盖内部的各个排气通道，所述各个排气通道互相独立无连接；所述任意一个排气通道设有弯管部分与流道部，所述弯管部分各处截面积相等；所述流道部分为各处等截面结构或渐扩管结构；所述各个排气通道各自设有排气出口，所述各个排气出口通过外接排气通道段与所述自然吸气发动机的催化器连接；所述通过调节外接排气通道段长度来确定缸盖内排气通道至所述自然吸气发动机催化器之间的总长。
优选地，所述各个气体管道的排气出口的水平间距的范围为2.5mm≤A≤12mm，A代表水平间距；所述各个气体管道的排气出口的垂直间距的范围为2.5mm≤B≤12mm，B代表垂直间距。
优选地，所述各个气体管道的排气出口的面积范围为0.75ADv≤S≤1.25ADv，S代表单个排气出口的面积，ADv为根据座圈的理论直径∅Dv计算的面积，单位为mm²。
优选地，所述自然吸气发动机的排气通道进一步包含：
所述自然吸气发动机气缸缸盖内部设有上冷却水套与下冷却水套；
第一冷却水道，其两端分别与所述缸盖设有的上冷却水套与下冷却水套连接；所述第一冷却水道位于各个气体管道的排气出口的水平间距的中垂线上；
第二冷却水道，其两端分别与所述缸盖设有的左冷却水套与右冷却水套连接，其位于各个气体管道的排气出口的垂直间距的中垂线上；所述第一冷却水道与所述第二冷却水道相互垂直。
优选地，所述外接排气通道段进一步包含：若干支路管，各支路管与其各自对应的一个排气出口连接；等直径管，其一端与各个支路管交汇，所述等直径管另一端与所述自然吸气发动机的催化器连接。
优选地，在三缸或四缸的自然吸气发动机中，所有排气通道在同一层等间距间隔排列。
优选地，在四缸的自然吸气发动机中，四个排气通道两两一组分别位于上下两层，同一层的两个排气通道等间距间隔排列。
优选地，所述排气通道适用于三缸或四缸的自然吸气发动机。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明通过将自然吸气发动机的各个气缸的各个独立排气通道与冷却水道集成于自然吸气发动机的气缸缸盖上，并且通过调节外接的排气管道长度，使其具有降低废气残余量的优点。
附图说明
图1为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的各缸独立的排气通道轴视图；
图2为本发明一种自然吸气发动机的排气通道各缸独立的排气通道侧视图；
图3为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的第二实施例的排气通道轴视图；
图4为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的第三实施例的排气通道轴视图；
图5为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的第一实施例的四缸排气出口正视图；
图6为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的第二实施例的四缸排气出口正视图；
图7为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的第四实施例的各缸独立的排气通道轴视图；
图8为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的冷却水道正视图；
图9为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的冷却水道俯视图；
图10为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的结构示意图；
图11为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的进口剖视图；
图12为本发明一种自然吸气发动机的排气通道的外接排气通道结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
本发明所述上方、下方、左方、右方皆以图1为准。
本发明适用于四缸和三缸自然吸气发动机。以具有四缸的自然吸气发动机为例，如图1所示，一种自然吸气发动机的排气通道，包含：第一缸C1的第一排气通道12，第二缸C2的第二排气通道22，第三缸C3的第三排气通道32，第四缸C4的第四排气通道42，所述各个排气通道之间相互独立无连接。
如图1和图3所示，对于四缸自然吸气发动机，根据所述缸盖内部设有的上、下层冷却水套以及缸盖上设有的气门机构结构，以及各个排气通道的中后端结构限制，所述第一排气通道12、第二排气通道42和第三排气通道22、第四排气通道32可以具有多种布置方法。
第一种可以上下平行排列布置；
如图1所示，所述第一排气通道12和第二排气通道42分别对应位于所述第三排气通道22与第四排气通道32上方，且各个排气通道之间相互平行。
如图3所示，所述第三排气通道22与第四排气通道32分别对应位于所述第一排气通道12和第二排气通道42上方，且各个排气通道之间相互平行。
第二种可以平行等间距间隔排列布置；
如图4所示，所述第三排气通道22与第四排气通道32依次间隔位于所述第一排气通道12和第二排气通道42之间，且各个所述排气通道相互平行。
如图7所示，对于三缸自然吸气发动机，其需要将各个排气通道等间距平行间隔排列布置。
如图5所示，所述第一排气通道12与第二排气通道42和第三排气通道22、第四排气通道32分别设有排气出口；所述各个排气出口之间的水平间距A与竖直间距B由所述自然吸气发动机的温度、应力与疲劳安全系数等综合因数决定，进而决定了上述间隔空隙中是否需要安装冷却水道。所述第一排气通道12的第一排气出口11与所述第二排气通道42的第二排气出口41之间的水平间隔距离A或所述第三排气通道22的第三排气出口21与第四排气通道32的第四排气出口31之间的水平间隔距离A的范围为2.5mm≤A≤12mm。所述第一排气出口11与第三排气出口21之间的竖直间隔距离B或所述第二排气出口41与第四排气出口31之间的竖直间隔距离B的范围为2.5mm≤B≤12mm。
如图11所示，所述各个排气出口面积范围为0.75ADv≤S≤1.25ADv，S代表单个排气出口的面积，ADv为座圈61根据其理论直径∅Dv计算的面积，面积单位为mm²。
如图8和图9所示，为防止所述自然吸气发动机热过载，需要在靠近所述各个排气出口处的排气通道之间设置第一冷却水道51与第二冷却水道52。所述各个冷却水道和位于各自冷却水道两边对应的排气通道之间的距离等间距布置。即所述第一冷却水道51位于所述第二排气41与第一排气出口11以及第四排气出口31与第三排气出口21之间的水平间距A的中垂线上。所述第二冷却水道52位于所述第二排气出口41与第四排气出口31及第一排气出口11与第三排气出口21之间的垂直间距B的中垂线上。
所述第一冷却水道51的两端分别与上层冷却水套和下层冷却水套连接。所述第二冷却水道52的两端分别与左冷却水套和右冷却水套连接。所述上层冷却水套、下层冷却水套、左冷却水套和右冷却水套均设置在所述缸盖62上。所述第一冷却水道51和第二冷却水道52是通过加工工艺或者铸造工艺制成。
如图10所示，对于所述各个排气通道的布置设计，沿所述排气通道的中心线的截面积是极其重要的设计参数。通道可以被分割为弯管部分8和流道部分9。在弯管部分8，其截面面积保持不变，否则会导致气流分离以及气流流量系数下降，因为如果截面积变化，会引起气流流速变化，导致气流局部速度梯度增大，从而导致气流流动分离，引起扰流，流动阻力增加，其气流流量系数减小。流道部分9可以设计成等截面或类似扩散器结构。其中等截面结构可以充分利用排气压力波提高发动机低端扭矩，即通过加大等截面压力波传回速度提高发动机低端扭矩。对于扩散器结构，截面面积逐步增加，以此动能被转换成压力能量，流量系数大大增加；即由于扩散器等同于渐扩管，所述渐扩管和等直径管相比，在渐扩管末端，气流速度减小，其静压增大，故渐扩管两端的静压差较小，所以在相同的压差下，其渐扩管的流量较大，故渐扩管流量系数较高。
如图12所示，上述各个排气出口与外接排气通道段71连接；即所述第一排气出口至第四排气出口11~41分别对应与所述外接排气通道段71中的各个支路管独立连接。
所述第二排气出口41与第一排气出口11与所述外接排气通道段71中的两个支路管在经C长度后交汇呈一路等直径管，所述等直径管与所述自然吸气发动机的催化器连接。第三排气出口21和第四排气出口31和前面所述类似。
所述外接排气通道段71可以通过其设有的等直径管的长度尺寸D与其设有的四个支路管的长度C和来调整所述各个排气通道的长度，从而满足所述自然吸气发动机的性能需求。
所述外接排气通道段71的等直径管的长度尺寸D与四个支路渐扩管的长度C是根据所述自然吸气发动机的性能模拟计算得出的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，包含：
设置在所述自然吸气发动机内部各个气缸缸盖上的各个排气通道，所述各个排气通道互相独立无连接；
所述任意一个排气通道设有弯管部分（8）与流道部分（9），所述弯管部分（8）各处截面积相等；所述流道部分（9）为各处等截面结构或渐扩管结构；
所述各个排气通道各自设有排气出口， 所述各个排气出口通过外接排气通道段（71）与所述自然吸气发动机的催化器连接；通过调节所述外接排气通道段（71）的长度来确定缸盖内排气通道至所述自然吸气发动机催化器之间的总长。
2.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
所述各个气体管道的排气出口的水平间距的范围为2.5mm≤A≤12mm，A代表水平间距；所述各个气体管道的排气出口的垂直间距的范围为2.5mm≤B≤12mm，B代表垂直间距。
3.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
所述各个气体管道的排气出口的面积范围为0.75ADv≤S≤1.25ADv，S代表单个排气出口的面积，ADv为根据座圈的理论直径∅Dv计算的面积，面积单位为mm²。
4.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
所述自然吸气发动机的排气通道进一步包含：
所述自然吸气发动机气缸缸盖内部分别设有上、下、左与右冷却水套；
第一冷却水道（51），其两端分别和缸盖设有的上冷却水套与下冷却水套连接；所述第一冷却水道（51）位于各个气体管道的排气出口的水平间距的中垂线上；
第二冷却水道（52），其两端分别和缸盖设有的左冷却水套与右冷却水套连接，其位于各个气体管道的排气出口的垂直间距的中垂线上；所述第一冷却水道（51）与所述第二冷却水道（52）相互垂直。
5.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
所述外接排气通道段（71）进一步包含：若干支路管，各支路管与其各自对应的一个排气出口连接；
等直径管，其一端与各个支路管交汇，所述等直径管另一端与所述自然吸气发动机的催化器连接。
6.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
在三缸或四缸的自然吸气发动机中，所有排气通道在同一层等间距间隔排列。
7.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
在四缸的自然吸气发动机中，四个排气通道两两一组分别位于上下两层，同一层的两个排气通道等间距间隔排列。
8.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，
所述排气通道适用于三缸或四缸的自然吸气发动机。
9.如权利要求1所述一种自然吸气发动机的排气通道，其特征在于，所述四缸的自然吸气发动机包含：第一缸（C1）的第一排气通道（12），第二缸（C2）的第二排气通道（22），第三缸（C3）的第三排气通道（32），第四缸（C4）的第四排气通道（42）；所述第一排气通道（12）和第二排气通道（42）分别对应位于所述第三排气通道（22）与第四排气通道（32）上方，或所述第三排气通道（22）与第四排气通道（32）分别对应位于所述第一排气通道（12）和第二排气通道（42）上方；所述各个排气通道之间相互平行。
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