CN108071469B - 排气歧管 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆发动机的排气歧管，其可包括多个管件、管夹、花键式收集器以及降液管。多个管件中的每个管件操作地配置成在近侧部分处联接于对应的发动机腔室。管夹操作地配置成使得从对应发动机腔室的每个排出的废气流与多个管件中的相关联管件对准。花键式收集器在花键式收集器入口处接纳管件的出口端部。降液管可在小直径出口部分处粘附于花键式收集器。该降液管包括第一氧传感器，该第一氧传感器操作地配置成与设置在下游催化转换器中的第二氧传感器和ECM通信，以调节用于车辆发动机的空气和燃料。

Description

排气歧管

技术领域

本发明涉及一种用于车辆发动机的排气歧管。

背景技术

在此所提供的背景描述是为了一般地呈现本发明的环境的目的。当前署名的发明人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为是本发明的现有技术。

发动机燃烧空气和燃料的混合物，以产生驱动扭矩并且推进车辆。更确切地说，空气通过节流阀抽吸到发动机中。由一个或多个燃料喷射器提供的燃料与空气混合以形成空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在发动机的一个或多个汽缸内燃烧以产生扭矩。发动机控制模块(ECM)控制由发动机输出的扭矩。

排气歧管是燃烧发动机的排气系统的部件并且具有内部管件系统，该内部管件系统将来自发动机汽缸的废气传输通过催化剂并且最终传输至消音器。排气歧管实现许多目的，包括将废气归集或收集至共同的废气出口。为此，此种排气歧管通常经由法兰直接地安装到发动机或汽缸盖上。因此，排气歧管包括收集器和流道以及第三管，在此，流道在一个端部上直接地附连于发动机的汽缸盖并且在相对端部处会聚在收集器处。收集器用于混合来自排气系统的气体。从收集器开始，废气通过催化转换器运动离开排气管并且然后离开消音器。

如图所示，由于空气/燃料混合物燃烧产生的废气从汽缸盖排放至排气系统。一个或多个氧传感器测量废气中的氧并且相应地输出信号。ECM基于氧传感器的输出选择性地调节空气/燃料混合物的空气和/或燃料。例如，ECM可调节空气/燃料混合物以产生一定化学计量的空气/燃料混合物(例如，14.7:1)。因此，有益地是，使得氧传感器精确地读取废气的空气/燃料混合物。精确读取允许ECM能正确地调节汽缸中的空气燃料混合物，以使得发动机在最佳性能下操作。

由ECM对空气/燃料混合物的调节也改变所产生废气的组分。例如，与在燃烧一定化学计量空气/燃料混合物时产生的废气相比，贫燃空气/燃料混合物(例如，高于14.7:1)的燃烧产生较热的废气。与通过燃烧一定计量混合物产生的废气相比，由于贫燃空气/燃料混合物的燃烧产生的废气还可包括较高浓度的氮氧化物(NOx)。与通过燃烧一定计量混合物产生的废气相比，富燃空气/燃料混合物(例如，低于14.7:1)产生具有较高浓度碳氧化物的较冷废气。

因此，需要一种优化的排气歧管系统，该排气歧管系统将优化的空气燃料混合物提供给车辆发动机。

发明内容

用于车辆发动机的排气歧管可包括多个管件、管夹、花键式收集器以及降液管。多个管件中的每个管件操作地配置成在近侧部分处联接于对应的发动机腔室。管夹操作地配置成使得从对应的发动机腔室排出的废气流与多个管件中的相关联管件对准。花键式收集器可在花键式收集器入口处接纳管件的出口端部。降液管可在小直径出口部分处粘附于花键式收集器。降液管可包括第一氧传感器，该第一氧传感器操作地配置成与设置在下游催化转换器中的第二氧传感器和ECM通信，从而为车辆发动机调节空气和燃料。

还可设有用于车辆发动机的排气歧管，该排气歧管包括第一管件、第二管件、第三管件和第四管件以及管夹、花键式收集器和降液管。第一管件、第二管件、第三管件和第四管件各自操作地配置成在针对每个管件的近侧部分处联接于对应的发动机腔室。管夹也可操作地配置成使得从对应发动机腔室的每个排出的废气流与相关联管件对准。花键式收集器可在花键式收集器入口处接纳管件的出口端部。降液管可在小直径出口部分处粘附于花键式收集器。降液管可包括第一氧传感器，该第一氧传感器操作地配置成与设置在下游催化转换器中的第二氧传感器和ECM通信，从而为车辆发动机调节空气和燃料。

附图说明

图1是具有设置在发动机的每侧上的根据本发明多个实施例的排气歧管的发动机的等轴视图。

图2是根据本发明多个实施例的排气歧管的第一侧视图。

图3是根据本发明多个实施例的排气歧管的仰视图。

图4是根据本发明多个实施例的排气歧管的第二侧视图。

具体实施方式

这里描述本发明的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，且其它实施例能采取各种和替代的形式。附图并不一定是成比例的；一些特征会被放大或缩小以示出特定部件的细节。因此，这里公开的特定结构和功能细节并不被解释为限制，而是仅仅作为教示本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。本领域普通技术人员会理解的是，参照任何一个附图说明和描述的各种特征能与在一个或多个其它附图中说明的特征相组合，以产生并未明确说明或描述的实施例。所说明特征的组合提供针对典型应用的代表性实施例。然而，结合本发明教示的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式会是期望的。

在图3中示出的根据本发明的管状排气歧管1可螺接于V-8汽车式内燃机3的每侧，以在发动机的每侧上收集通过四个排气端口(未示出)排出的废气。歧管1连接于排气管5的上游端部并且将废气排放到其中，以使得这些废气可向下游流至催化转换器7，该催化转换器进而将经处理气体排放到导管9中，该导管将这些经处理气体运送至声音衰减消音器(未示出)并且在由发动机3供能的汽车或其它车辆的后部处排出。

如图1、2和3中所观察到地，歧管1基本上相对于纵向中间平面对称，且具有相对中等长度的管状总管或管件11、13、15、17。管件11、13、15和17较佳地是圆形横截面的商业上可获得的管道系统，这些管件在管道系统中具有略微弯曲部，以便于管路内废气的高速率，同时维持最佳的可能流动。管路或管件11、13、15、17定形状为所示出的配置，或者其它合适的配置，这些配置允许管状管件11、13、15、17能维持相同的长度。低碳钢、较佳地是不锈钢和耐热材料是期望的，以便于制造并且在施加于汽车排气系统上的严苛条件下赋予相当高的耐久性。

多个管件120(第一管件11、第二管件13、第三管件15以及第四管件17)中的每个管件是单独的导管用以使得废气离开发动机3的四个单独汽缸，并且借助发动机每侧上的至少一个管夹26、28连接于发动机并且与它们的排气端口流体紧密连通。图1-4所示的管夹18可以是一件式构件，其定形状为接纳管路的端部。参照图4，管夹法兰20限定中心开口22，该中心开口定形状成使得管件11、13、15、17在废气流离开发动机汽缸时与该废气流对准。为了使得管件120(第一管件11、第二管件13、第三管件15以及第四管件17)与离开发动机的废气流对准，管夹法兰20以及它们的相关联中心开口22如图所示成角度，以维持第一管件11、第二管件13、第三管件15以及第四管件17相对于离开对应发动机腔室72’、72”、73”’、74””的废气流的对准。成角度管夹法兰42、44、46、48通过保持与废气流对准来促进离开每个汽缸的废气流24的高速率。因此，废气流24不会在离开每个汽缸之后马上经历显著的湍流。

每个管件11、13、15、17的端部和管夹法兰20之间的焊接部124(在图4中示意地示出)使得连接部流体紧密。管夹加强件33围绕每个管夹法兰20形成，并且可限定多个孔34，这些孔操作地配置成接纳紧固件(未示出)来用于将管夹26、28安装于发动机3。带螺纹紧固件可通过限定在每个管夹26、28中的孔34延伸到发动机缸体30中。管夹加强件33适合于经由多个紧固件(未示出)联接于发动机缸体30。管夹加强件33可提供用于螺栓头部或螺母的承载表面，由此可实现合适的夹持负载，以提供管夹18与发动机3的紧密持久连接部。

例如图1中所观察到地，管夹内表面32可基本上处于与发动机面的平面相对应的共同平面中，且该管夹螺接抵靠于该发动机面。多个管件120以及第二和第三管件中侧向弯曲部40的固有弹性使得多个管件120能类似于弹簧起作用，由此允许当车辆运动时并且当管件接纳排气脉冲时管件进行弹性运动。

在图1-4中示作第一管件11、第二管件13、第三管件15以及第四管件17的多个管件120各自具有出口端部36，该出口端部粘附于花键式收集器38。这四个出口端部36在花键式收集器38处终止在基本上共同的平面中。例如图1和3中最佳观察到地，四个出口端部36彼此实际或基本上接触地聚束在一起，其中，出口端部36可相对于歧管的发动机侧设置在花键式收集器38内侧。应理解的是，四个管件的入口端部横截面也可基于相应管件的圆形横截面成形，并且然后当管件11、13、15、17遇到花键式收集器38时，可以但并非必须形成为具有丰满圆角的基本上方形横截面。

现参照图1和4，第二和第三管件(中间管件)采取类似的(镜像的)第一形式，而第一和第四管件11、17采取类似的(镜像的)第二形式。应理解的是，通过采取前述布置，第一、第二、第三以及第四管件11、13、15、17设置成使得第一、第二、第三以及第四管件11、13、15、17基本上具有相同长度。维持基本上相等长度的管件提供这样一种排气歧管系统，该排气歧管系统以相等的速度同时将废气输送至收集器，由此一旦废气到达收集器就从四个汽缸的每个产生等同的废气混合物。此种理想的混合物提供精确的流体介质，在该精确的流体介质下，排气系统1中的第一和第二氧传感器96、98(在图2和3中示出)可收集数据。

再次参照图1和4，当粘附于发动机3时，第二和第三管件13、15沿侧向方向远离发动机朝向侧向弯曲部40延伸。从侧向弯曲部40开始，中间管件(第二和第三管件13、15)然后沿向上垂直方向朝向花键式收集器38延伸。第二和第三管件13、15朝向侧向弯曲部40(图1)的侧向延伸允许第二和第三管件13、15能在侧向弯曲部40处与发动机隔开，以使得第一和第四管件(外部管件)11、17可朝向花键式收集器38且在该花键式收集器下方从第一和第四汽缸72’、72””延伸。因此，当第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17在花键式收集器38处结合时，第一和第四管件(外部管件)11、17的出口端部36相对于第二和第三管件(中间管件)13、15靠近发动机3。如图所示，第二和第三管件13、15由于侧向弯曲部40可以是相当喇叭形的。如图所示，侧向弯曲部40允许第二和第三管件13、15也能实现与第一和第四管件11、17的长度基本上类似或相等的长度，该第一和第四管件连接于进一步远离花键式收集器38设置的第一和第四汽缸72’、72””。

虽然本发明的一个方面设想具有基本上相等长度的第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17，但本发明的第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17包括相对较小的直径和布置以促进废气在排气歧管组件1内的高速率流动。因此，为了维持高的废气速率并且维持废气的快速流动，第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17仅仅实施渐进弯曲部并且沿着第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17的每个的整个长度实施相对较小的内直径。通过维持相对较小的内部管件直径，废气(在从每个腔室排出的情形下)维持快速速率和低压力。因此，在发动机的每个汽缸腔室内实现期望的真空效应，其中，废气由于独特的排气歧管配置基本上从每个汽缸排出并且快速地朝向收集器移动。

为了进一步实现维持排气歧管组件内高废气速率和快速废气流动的目的，本发明还实施针对第一、第二、第三和第四管件的每个的对准进入区域，在此，每个管件11、13、15、17的近侧部分50与来自每个汽缸的废气流54对准。如前所示，每个管件11、13、15、17的近侧部分50焊接到对应的管夹法兰20中。如图所示，管夹法兰20成角度并且与出自每个汽缸的废气流对准，以使得维持出自每个汽缸72’、72”、72”’、72””的废气的快速废气速率和快速流动。

如图4中所示，每个管件11、13、15、17的近侧部分50逐渐地弯曲，且具有相对较长的中间部分52。第二和第三管件的出口部分56(图3中示出)紧跟在侧向弯曲部40之后，以流入到花键式收集器38中。向上倾斜的笔直近侧部分50(在发动机和管夹法兰处)充分地彼此隔开，以提供工具通达和用于管件组装或维护的间隙。

返回参照图1和4，每个管件11、13、15、17的出口端部36接纳在花键式收集器38的中空内部并且排空到该中空内部中。花键式收集器38具有大直径入口部分62、花键式中间部分64以及小直径出口部分66，该小直径出口部分可在端部67处焊接于衬套70。还应理解的是，与传统的收集器相比，花键式收集器38从入口部分62至出口部分66相对较长(约8英寸)。相对较长配置操作地配置成允许废气流124组合，以在低压力下维持高速率。

衬套70(图2和3)处于如下位置中：在该位置，花键式收集器38可焊接于降液管13。此外，如图所示，收集器38的大直径入口部分62可定形成弯曲部段77(图1-3)，例如在图1-3中最佳地观察到地是，这些弯曲部段紧密匹配于管件端部11、13、15、17的半圆形外部分。花键式收集器38的大直径入口部分62由焊接部77归集，一直围绕收集器38延伸至相应的管路端部36。焊接部77刚性地结合四个管件11、13、15、17和收集器38，且由此产生容纳花键式收集器38的强固气密歧管基部，且来自所有四个汽缸72’、72”、72”’、72””的废气输送至该强固气密歧管基部并且废气从中流向催化转换和声音衰减系统。附加地，第一、第二、第三和第四管件11、13、15、17的天然弹性提供足够的弹性，以适应歧管不同部分的相对位置诸如例如在该歧管螺接于发动机时可能发生的略微偏移。

本发明的所制造金属排气歧管1相对于通常用于汽车内燃机的传统铸铁歧管具有显著的改进。在传统的歧管中，来自四个排气端口的每个的废气会直接地流入到共同腔室中。通过将单独的管件11、13、15和17在一定程度上转向各个汽缸，这些管件的使用为设计工程师提供改进发动机性能和效率的方式。管件的光滑微弯的壁减小湍流并且改进气体流动。相对于铸铁歧管的重量节约可轻易达到每个歧管节约50％至65％或更高。例如，用于特定应用的歧管1重约5磅，而对应的铸铁歧管重约12磅。与显著的车辆重量减轻相结合的改进流动效率使得歧管1能对于发动机操作经济性和燃料节约做出重要贡献。附加地，比铸铁歧管轻得多的歧管1具有少得多的散热器，并且尤其是在发动机起动时，允许更多的发动机热量到达催化转换器7，由此改进催化转换系统的效率和有效性。之前已提及了歧管1的机械特征。此种设计是精巧且简单的、坚固且耐用的、仅仅占据小空间且由此限定小包络部，从而提供可接近性以易于安装，并且接受在实际的发动机和车辆操作以及组装时遭受的显著负载，而不会导致材料故障。

虽然上文描述了示例性实施例，但并不旨在这些实施例描述由权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语，且应理解的是，能做出各种改变，而不会偏离本发明的精神和范围。如之前所描述地，各个实施例的特征能组合以形成本发明的并未明确描述或说明的又一些实施例。虽然已将各个实施例描述为关于一个或多个期望特征、提供优于其它实施例或现有技术实施方式的优点或者是较佳的，但本领域普通技术人员会认识到地是，可省略一个或多个特征或特性以实现期望的总体系统属性，这取决于特定的应用和实施方式。这些属性能包括但不限于成本、耐久性、寿命周期成本、可市售性、外管、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于组装性等等。这样，关于一个或多个特征描述为比其它实施例或现有技术实施方式较为不理想的实施例并非落在本发明的范围以外并且对于特定应用会是理想的。

Claims (8)

1.一种用于车辆发动机的排气歧管，其包括：

第一管件、第二管件、第三管件和第四管件，每个管件各自具有近侧部分并且各自操作地配置成在所述近侧部分处联接于对应的发动机腔室；

管夹，所述管夹具有与多个成角度管夹法兰整合的管夹加强件，所述多个成角度管夹法兰中的每个成角度管夹法兰操作地配置成将所述第一管件、所述第二管件、所述第三管件以及所述第四管件的每个管件的对应近侧部分支撑并对准到对应的废气流，所述第一管件、第二管件、第三管件以及第四管件的每个的近侧部分位于所述车辆发动机的外部；

花键式收集器，所述花键式收集器操作地配置成在花键式收集器入口处接收所述第一管件、所述第二管件、所述第三管件以及所述第四管件的每个的出口端部，所述花键式收集器位于所述第一管件、第二管件、第三管件以及第四管件的每个的近侧部分的下游；以及

降液管，所述降液管在小直径出口部分处粘附于所述花键式收集器，且所述降液管具有第一氧传感器，所述第一氧传感器操作地配置成与第二氧传感器通信；

其中每个成角度管夹法兰相对于管夹加强件倾斜地成角度。

2.根据权利要求1所述的排气歧管，其中，所述管夹由至少两个构件形成。

3.根据权利要求1所述的排气歧管，其中，所述多个成角度管夹法兰和所述管夹加强件形成为一个整体构件。

4.根据权利要求1所述的排气歧管，其中，所述第一管件、所述第二管件、所述第三管件以及所述第四管件基本上具有相同的长度。

5.根据权利要求4所述的排气歧管，其中，所述第二和第三管件各自限定侧向弯曲部，以使得所述第一和第四管件的一部分能在所述花键式收集器附近设置在所述发动机以及所述第二和第三管件之间。

6.根据权利要求4所述的排气歧管，其中，所述第一管件、所述第二管件、所述第三管件以及所述第四管件各自实施多个渐进弯曲部。

7.根据权利要求6所述的排气歧管，其中，所述第一氧传感器粘附于所述降液管的壁。

8.一种用于车辆发动机的排气歧管，其包括

多个管件，所述多个管件中的每个管件操作地配置成在近侧部分处联接于对应的发动机腔室；

管夹，所述管夹操作地配置成通过多个成角度管夹法兰支撑并使得所述多个管件中的每个管件的近侧部分与从所述对应的发动机腔室的每个排出的废气流对准，所述多个管件中的每个管件的近侧部分位于所述车辆发动机的外部，所述多个成角度管夹法兰设置在所述车辆发动机的外部，并且与管夹加强件整合且倾斜地设置在管夹加强件上；

花键式收集器，所述花键式收集器操作地配置成在花键式收集器入口处接收所述多个管件的每个的出口端部；以及

降液管，所述降液管在小直径出口部分处粘附于所述花键式收集器，且所述降液管具有第一氧传感器，所述第一氧传感器操作地配置成与设置在下游催化转换器中的第二氧传感器通信；

其中每个成角度管夹法兰相对于管夹加强件倾斜地成角度。

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