CN108894872B - 一种直列多缸发动机及其相继增压排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，包括：用于与直列多缸发动机的所有气缸均相连的排气管，排气管设有至少两个排气口；与排气口一一对应连接的涡轮增压器，涡轮增压器包括第一涡轮增压器和第二涡轮增压器，第一涡轮增压器与其对应的排气口之间设有用于控制气路通断的相继增压阀，第二涡轮增压器与其对应的排气口之间的气路常开。相比于现有技术，该相继增压排气系统的管路简单，结构紧凑，且可保证排气压力的稳定性。在本发明的一个优选实施例中，该相继增压排气系统的排气管可进行水冷，本发明还公开了一种包括上述相继增压排气系统的直列多缸发动机。

Description

一种直列多缸发动机及其相继增压排气系统
技术领域
本发明涉及涡轮增压发动机技术领域，更具体地说，涉及一种直列多缸发动机的相继增压排气系统。此外，本发明还涉及一种包括上述相继增压排气系统的直列多缸发动机。
背景技术
相继增压系统可以解决发动机与增压器的匹配矛盾，提高发动机的低工况性能。
相继增压系统通常包括两台或两台以上的增压器，多个增压器分别与多组气缸的各排气总管相连，每组气缸中各缸对应的排气歧管均与该组气缸对应的排气总管相连通，各组气缸对应的各排气总管通过切换阀切换工作。当发动机在低速低负荷的工况下运行时，仅投入单个或适应数量的部分增压器进行工作，随着发动机转速和负荷的增大，相继投入更多的增压器工作，当发动机在高速高负荷的工况下运行时，则使所有增压器同时工作，以保证发动机的高工况性能。
由于相继增压系统的管路比较复杂，因此，多用于V型多缸发动机中。V型多缸发动机的气缸位于发动机的两侧，因此，可在发动机的两侧布置各增压器，以使各增压器的管路具有足够的布置空间。而对于直列多缸发动机，发动机的气缸位于发动机的同一侧，也即，发动机在一侧排气，这就决定了设计相继增压系统时，所有的增压器均需要排布在发动机的排气侧，增大了各增压器的管路布置难度，使相继增压系统的管路更为复杂。
因此，当将现有的相继增压系统应用于直列多缸发动机时，通常需要将各排气总管拖的很长、或者需采用较长的连通管使相邻排气总管相连、或者使排气总管外翻弯折，气体流动损失大；而且，更重要的是，由于各组排气总管对应连接不同的气缸，因此，在多组排气总管之间通过切换阀来切换各增压器时，在切换阀打开或关闭时，两组排气总管中的废气汇合或分离，气体产生冲击波动，容易造成进入增压器的废气的压力不稳定。
综上所述，如何提供一种管路简单且排气压力稳定的直列多缸发动机的相继增压排气系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，该相继增压排气系统的管路简单，且排气压力稳定。
本发明的另一目的是提供一种包括上述相继增压排气系统的直列多缸发动机，该直列多缸发动机可实现相继增压。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，包括：
用于与直列多缸发动机的所有气缸均相连的排气管，所述排气管设有至少两个排气口；
与所述排气口一一对应连接的涡轮增压器，所述涡轮增压器包括第一涡轮增压器和第二涡轮增压器，所述第一涡轮增压器与其对应的所述排气口之间设有用于控制气路通断的相继增压阀，所述第二涡轮增压器与其对应的所述排气口之间的气路常开。
优选地，所述排气管包括第一管壁和第二管壁，所述第一管壁形成气路通道，所述第二管壁环设于所述第一管壁的外周，且所述第一管壁和所述第二管壁之间形成用于冷却所述气路通道内的废气的水路通道。
优选地，所述排气管包括至少两段相拼接的分段排气管，拼接后各所述分段排气管的所述气路通道和所述水路通道分别对应连通。
优选地，各所述分段排气管的所述第一管壁和所述第二管壁在拼接处相连，以使各所述分段排气管的所述水路通道各自封闭。
优选地，所述排气管的一端设有与所述水路通道连通的入水口，另一端设有与所述水路通道连通的出水口，各所述分段排气管的所述第二管壁分别设有与各自的水路通道对应连通的法兰孔，相邻两个所述分段排气管的所述法兰孔通过水循环连接管连通。
优选地，所述第二管壁设有若干个用于满足加工需求的清砂孔，当加工完成后，所述清砂孔密封。
优选地，所述相继增压阀包括：
阀体，所述阀体的两端分别与所述第一涡轮增压器和其对应的所述排气口相连；
可活动地设于所述阀体内、用于控制所述阀体通断的阀门挡板；
与所述阀门挡板相连、用于驱动所述阀门挡板开闭的执行器。
优选地，第二涡轮增压器与其对应的所述排气口通过连接弯头相连。
一种直列多缸发动机，包括排气系统，所述排气系统为上述任意一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，所述相继增压排气系统的排气管与所述直列多缸发动机的所有气缸均相连。
本发明提供的相继增压排气系统，可以使直列多缸发动机的所有气缸共用排气管，也即，通过排气管将直列多缸发动机的所有气缸排出的废气相连通，使各缸排出的废气在排气管中汇聚，排气管的内部相当于一个稳压腔，使各气缸排出的废气在排气管中汇合稳定后从排气口排入涡轮增压器中；第一涡轮增压器与其对应的排气口之间设有相继增压阀，第二涡轮增压器与其对应的排气口的气路为常开状态，因此，可以保证始终具有参与工作的涡轮增压器，而且可通过各第一涡轮增压器对应的相继增压阀的开闭实现第一涡轮增压器工作状态的切换，从而实现相继增压。
相比于现有技术，该相继增压排气系统避免采用多组排气管分别与多个涡轮增压器相连，且避免了多组排气管通过切换阀切换涡轮增压器的工作状态时排气压力的不稳定和流动损失大的问题，因此，该相继增压排气系统的管路简单，结构紧凑，且保证了排气压力的稳定性。
本发明提供的直列多缸发动机，包括上述相继增压排气系统，该直列多缸发动机可实现相继增压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的相继增压排气系统具体实施例的结构示意图；
图2为图1中位于左端的分段排气管的结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为图1中位于中间的分段排气管的结构示意图；
图5为图4的剖视图；
图6为图1中位于右端的分段排气管的结构示意图；
图7为图6的剖视图；
图8为图1中相继增压阀的结构示意图；
图9为图1中水循环连接管的结构示意图；
图10为图1中连接弯头的结构示意图；
图11为图1中涡轮增压器的结构示意图。
图1至图11中的附图标记分别如下：
1为排气管、11为分段排气管、12为排气口、13为进气口、14为第一管壁、15为第二管壁、151为法兰孔、152为清砂孔、16为气路通道、17为水路通道、171为入水口、172为出水口、2为涡轮增压器、21为第一涡轮增压器、22为第二涡轮增压器、23为涡轮进气口、3为相继增压阀、31为阀体、32为阀门挡板、33为执行器、4为水循环连接管、5为连接弯头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，该相继增压排气系统的管路简单，结构紧凑，且排气压力稳定。本发明的另一核心是提供一种包括上述相继增压排气系统的直列多缸发动机，该直列多缸发动机可实现相继增压。
请参考图1-图11，图1为本发明所提供的相继增压排气系统具体实施例的结构示意图；图2为图1中位于左端的分段排气管的结构示意图；图3为图2的剖视图；图4为图1中位于中间的分段排气管的结构示意图；图5为图4的剖视图；图6为图1中位于右端的分段排气管的结构示意图；图7为图6的剖视图；图8为相继增压阀的结构示意图；图9为水循环连接管的结构示意图；图10为连接弯头的结构示意图；图11为涡轮增压器的结构示意图。
本发明提供一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，包括用于与直列多缸发动机的所有气缸均相连的排气管1和至少两个涡轮增压器2，排气管1的一侧设有若干个用于与直列多缸发动机的各气缸分别一一对应相连的进气口13，进气口13的具体数量可以根据其适配的直列多缸发动机的缸数做适应性调整。排气管1的另一侧设有与涡轮增压器2数量一致的排气口12，涡轮增压器2与排气口12一一对应连接，当然，排气口12不限于仅设置在侧部，也可以设置在排气管1的端部，只要与涡轮增压器2对应相连即可。
需要说明的是，本发明中的涡轮增压器2的类型有两种，包括第一涡轮增压器21和第二涡轮增压器22，第一涡轮增压器21与其对应的排气口12之间设有用于控制气路通断的相继增压阀3，第二涡轮增压器22与其对应的排气口12之间的气路常开。
也就是说，第二涡轮增压器22始终参与工作，第一涡轮增压器21通过相继增压阀3的开闭选择性地相继投入运行，以随着发动机的转速和负荷的增大，改变第一涡轮增压器21的工作状态，实现相继增压。
本发明对第一涡轮增压器21的具体数量以及第二涡轮增压器22的具体数量不做限定，两者均至少为一个，且两者的数量之和与排气口12的数量相等。第一涡轮增压器21和第二涡轮增压器22的具体数量根据带有相继增压系统的具体设计需要来确定。
具体地，将该相继增压排气系统应用于直列多缸发动机后，当发动机处于低工况时，将所有相继增压阀3关闭，仅使第二涡轮增压器22参与工作，这时，排气管1中的全部废气都将进入第二涡轮增压器22，相继增压系统处于单个或少量适用数量个第二涡轮增压器22工作的模式。
当发动机处于中等工况时，开启一个或多个适用数量的相继增压阀3，使一个或多个适应数量的第一涡轮增压器21投入工作，这时，排气管1中的废气不仅排入第二涡轮增压器22，还排入已打开相继增压阀3的对应的第一涡轮增压器21，相继增压系统处于全部第二涡轮增压器22和适用数量的第一涡轮增压器21共同工作的模式。
当发动机处于高工况时，将全部相继增压阀3均打开，使所有第一涡轮增压器21均投入工作，这时，相继增压系统处于全部第二涡轮增压器22和全部第一涡轮增压器21同时工作的模式。
考虑到进气口13与气缸连接的方便性，优选地，进气口13设有连接法兰。
可以看出的是，本发明提供的相继增压排气系统，可以使直列多缸发动机的所有气缸共用排气管1，也即，通过排气管1将直列多缸发动机的所有气缸排出的废气相连通，使各缸排出的废气在排气管1中汇聚，排气管1的内部相当于一个稳压腔，使各气缸排出的废气在排气管1中汇合稳定后从排气口12排入涡轮增压器2中；第一涡轮增压器21与其对应的排气口12之间设有相继增压阀3，第二涡轮增压器22与其对应的排气口12的气路为常开状态，因此，可以保证始终具有参与工作的涡轮增压器2，而且可通过各第一涡轮增压器21对应的相继增压阀3的开闭实现第一涡轮增压器21工作状态的切换，从而实现相继增压。
相比于现有技术，该相继增压排气系统避免采用多组排气管1分别与多个涡轮增压器2相连，且避免了多组排气管1通过切换阀切换涡轮增压器2的工作状态时排气压力的不稳定，因此，该相继增压排气系统的管路简单，结构紧凑，且保证了排气压力的稳定性。
考虑到从发动机气缸排出的废气的冷却问题，在上述实施例的基础之上，排气管1包括第一管壁14和第二管壁15，第一管壁14形成气路通道16，第二管壁15环设于第一管壁14的外周，且第一管壁14和第二管壁15之间形成用于冷却气路通道16内的废气的水路通道17。
也就是说，本实施例中的排气管1为水冷式排气管1，包括气路通道16和水路通道17，水路通道17环绕于气路通道16的外周设置，以便于对气路通道16内的废气进行冷却。
可以理解的是，第二管壁15即为排气管1的外壁。考虑到排气管1与气缸的固定问题，优选地，在第一管壁14的侧壁上设置若干个螺纹安装孔，螺纹安装孔沿第一管壁14的轴向均匀分布。
考虑到排气管1的工艺难度、加工成本及振动等因素，在上述实施例的基础之上，排气管1包括至少两段相拼接的分段排气管11，相邻的分段排气管11的气路通道16和水路通道17分别对应连通。
也就是说，本实施例中的排气管1为分体结构，由至少两段分段排气管11相互拼接而成，为了保证排气管1整体的气路通道16的顺畅性及水路通道17的顺畅性，拼接后各分段排气管11的气路通道16和水路通道17应分别对应连通。
对于具有八个进气口13和三个排气口12的排气管1来说，在一个具体实施例中，分段排气管11的数量为三个，位于两端的分段排气管11的一端封闭、另一端开口且开口处设有法兰，两端之间的分段排气管11的两端均开口且开口处设有法兰，也即，相邻两个分段排气管11通过法兰拼接。
本实施例对相邻两个分段排气管11的具体拼接方式不做限定。
本实施例对相拼接的各分段排气管11的具体数量及长度尺寸不做限定，优选地，各分段排气管11的长度相等。
考虑到相邻两段分段排气管11相拼接的方便性问题，在上述实施例的基础之上，各分段排气管11的第一管壁14和第二管壁15在拼接处相连，以使各分段排气管11的水路通道17各自封闭。
也就是说，各分段排气管11的第一管壁14和第二管壁15在拼接处相连，以形成封闭的腔体，使各分段排气管11的水路通道17相互独立。也即，各分段排气管11的气路通道16在拼接处是连通的，各分段排气管11的水路通道17在拼接处是各自封闭的，这方便气路通道16与水路通道17在拼接处的完全隔离，方便相邻分段排气管11在拼接处的连接，同时，也增加了结构强度及稳定性。
优选地，各分段排气管11在拼接处设有法兰，法兰的凸缘沿径向向内延伸至第一管壁14，也即，法兰孔151的径向尺寸与气路通道16的径向尺寸一致，法兰的凸缘沿径向向外凸出第二管壁15的外周部。
考虑到各分段排气管11的水路通道17的连通方式，在上述实施例的基础之上，排气管1的一端设有与水路通道17连通的入水口171，另一端设有与水路通道17连通的出水口172，各分段排气管11的第二管壁15分别设有与各自的水路通道17对应连通的法兰孔151，相邻两个分段排气管11的法兰孔151通过水循环连接管4连通。
优选地，水循环连接管4为U形连接管，U形连接管的两端分别设有与第二管壁15上的法兰孔151对应的连接法兰，连接法兰与法兰孔151对应连接。
可以理解的是，水循环连接管4的数量根据分段排气管11的数量来确定。
考虑到加工需求，在上述实施例的基础之上，第二管壁15设有若干个用于满足加工需求的清砂孔152，当加工完成后，清砂孔152密封。
优选地，排气管1通过铸造工艺制成，由于铸造工艺要求，需要在第二管壁15开设若干个清砂孔152。在加工完成后，优选通过塞堵及密封胶密封清砂孔152，以免水路通道17漏水。
需要说明的是，本实施例对清砂孔152的具体数量及设置位置不做限定，设计者可以根据实际工艺需求来设定。
考虑到相继增压阀3的具体结构，在上述实施例的基础之上，相继增压阀3包括阀体31、阀门挡板32和执行器33，阀体31的两端分别与第一涡轮增压器21和其对应的排气口12相连；阀门挡板32可活动的设于阀体31内，用于控制阀体31的开闭；执行器33与阀门挡板32相连，用于驱动阀门挡板32动作。
当执行器33驱动阀门挡板32打开时，第一涡轮增压器21与其对应的排气口12连通，当执行器33驱动阀门挡板32关闭时，第一涡轮增压器21与其对应的排气口12断开，从而可通过阀门挡板32的开闭来切换第一涡轮增压器21的状态，使第一涡轮增压器21投入工作或断开其工作状态。
优选地，阀体31的两端分别设有法兰，第一涡轮增压器21的涡轮进气口23以及与第一涡轮增压器21对应的排气口12均设有法兰，也即，阀体31的一端通过法兰与第一涡轮增压器21的涡轮进气口23相连，另一端通过法兰与排气口12相连。
优选地，执行器33与用于控制执行器33动作的控制器相连，以使执行器33根据控制器下发的控制指令动作，从而驱动阀门挡板32打开或关闭。
考虑到第二涡轮增压器22与其对应的排气口12的具体连接方式，在上述实施例的基础之上，第二涡轮增压器22与其对应的排气口12通过连接弯头5相连。
也就是说，当第二涡轮增压器22的涡轮进气口23与其对应的排气口12偏心时，可通过连接弯头5实现两者的连接。本实施例对连接弯头5的具体角度不做限定，只要能够满足第二涡轮增压器22与其对应的排气口12的连接即可。
具体地，连接弯头5的一端通过法兰与第二涡轮增压器22的涡轮进气口23相连，连接弯头5的另一端通过法兰与排气口12相连。
除了上述相继增压排气系统，本发明还提供一种包括上述实施例公开的相继增压排气系统的直列多缸发动机，相继增压排气系统的排气管1与直列多缸发动机的所有气缸均相连，该直列多缸发动机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的直列多缸发动机及其相继增压排气系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种直列多缸发动机的相继增压排气系统，其特征在于，包括：
用于与直列多缸发动机的所有气缸均相连的排气管(1)，所述排气管(1)设有至少两个排气口(12)；
与所述排气口(12)一一对应连接的涡轮增压器(2)，所述涡轮增压器(2)包括第一涡轮增压器(21)和第二涡轮增压器(22)，所述第一涡轮增压器(21)与其对应的所述排气口(12)之间设有用于控制气路通断的相继增压阀(3)，所述第二涡轮增压器(22)与其对应的所述排气口(12)之间的气路常开；
所述第一涡轮增压器(21)的数目为多个，且所述第一涡轮增压器(21)的数目与所述相继增压阀(3)的数目对应；
所述排气管(1)包括第一管壁(14)和第二管壁(15)，所述第一管壁(14)形成气路通道(16)，所述第二管壁(15)环设于所述第一管壁(14)的外周，且所述第一管壁(14)和所述第二管壁(15)之间形成用于冷却所述气路通道(16)内的废气的水路通道(17)；
所述排气管(1)包括至少两段相拼接的分段排气管(11)，拼接后各所述分段排气管(11)的所述气路通道(16)和所述水路通道(17)分别对应连通；
各所述分段排气管(11)的所述第一管壁(14)和所述第二管壁(15)在拼接处相连，以使各所述分段排气管(11)的所述水路通道(17)各自封闭；
所述排气管(1)的一端设有与所述水路通道(17)连通的入水口(171)，另一端设有与所述水路通道(17)连通的出水口(172)，各所述分段排气管(11)的所述第二管壁(15)分别设有与各自的水路通道(17)对应连通的法兰孔(151)，相邻两个所述分段排气管(11)的所述法兰孔(151)通过水循环连接管(4)连通。
2.根据权利要求1所述的相继增压排气系统，其特征在于，所述第二管壁(15)设有若干个用于满足加工需求的清砂孔(152)，当加工完成后，所述清砂孔(152)密封。
3.根据权利要求1或2所述的相继增压排气系统，其特征在于，所述相继增压阀(3)包括：
阀体(31)，所述阀体(31)的两端分别与所述第一涡轮增压器(21)和其对应的所述排气口(12)相连；
可活动地设于所述阀体(31)内、用于控制所述阀体(31)通断的阀门挡板(32)；
与所述阀门挡板(32)相连、用于驱动所述阀门挡板(32)开闭的执行器(33)。
4.根据权利要求3所述的相继增压排气系统，其特征在于，第二涡轮增压器(22)与其对应的所述排气口(12)通过连接弯头(5)相连。
5.一种直列多缸发动机，包括排气系统，其特征在于，所述排气系统为权利要求1-4任一项所述的直列多缸发动机的相继增压排气系统，所述相继增压排气系统的排气管(1)与所述直列多缸发动机的所有气缸均相连。
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