CN110374732A - 车辆排气管系统和设置有该系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车辆排气管系统，其中车辆包括发动机，所述排气管系统包括：连接部，所述连接部与所述车辆的排气口相连接；自由排气管路，可选择地与所述连接部连通，并且所述自由排气管路的气压小于发动机自由排气阶段的气压；强制排气管路，可选择地与所述连接部连通，所述强制排气管路中的气压小于所述自由排气管路中的气压，其中，在车辆发动机的作功冲程末，所述连接部与所述自由排气管路连通；在自由排气阶段末期，所述连接部与所述强制排气管路连通。通过本发明的车辆排气管系统不但减少了发动机膨胀功的损失，而且还能够减少机械功的损失。
Description
技术领域
本发明涉及排气系统领域，特别涉及一种车辆排气管系统和设置有该系统的车辆。
背景技术
四冲程发动机的换气过程由废气的排出和新气的进入两个过程组成。换气过程的完善程度是决定发动机性能指标的一个重要因素。因此，世界各国近些年来在完善进排气过程上作了很多的研究，使发动机的性能有了很大的提高。
发动机的排气过程分为三段，即自由排气段、强制排气段和惯性排气段。从排气口开启到下止点止这段称作自由排气段；从下止点到上止点这段排气称作强制排气；强制排气段接近终了时在上止点附近，废气尚有一定的流动能量，可利用气流的惯性进一步排除废气，这时的排气称作惯性排气段。
然而，现有的发动机排气管在排气过程中由于提前排气引起的膨胀功的减少，这种膨胀功的损失影响了发动机的工作效率。因此，需要一种能够改善发动机膨胀功损失的排气管系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种车辆排气管系统，该系统改善了发动机的性能，提高了发动机的工作效率。
为了实现上述目的，本申请提供一种车辆排气系统，其中车辆包括发动机，所述排气管系统包括：连接部，所述连接部与所述车辆的排气口相连接；自由排气管路，可选择地与所述连接部连通，并且所述自由排气管路的气压小于发动机自由排气阶段的气压；强制排气管路，可选择地与所述连接部连通，所述强制排气管路中的气压小于所述自由排气管路中的气压，其中，在车辆发动机的作功冲程末，所述连接部与所述自由排气管路连通；在自由排气阶段末期，所述连接部与所述强制排气管路连通。
进一步地，排气管系统还包括电磁滑阀，所述电磁滑阀设置在所述连接部的下游，并且通过所述电磁滑阀的阀瓣的移动，所述连接部可选择地与所述自由排气管路和所述强制排气管路连通。
进一步地，排气管系统还包括储气罐和用于调节所述储气罐的气压的节气阀，其中，所述储气罐与所述自由排气管路连通。
进一步地，排气管系统还包括喷水系统，所述喷水系统用于对进入所述自由排气管路中的气体进行喷水。
进一步地，排气管系统还包括设置在所述喷水系统下游的储汽罐和用于调节所述储汽罐的气压的节汽阀，所述储汽罐)与所述自由排气管路连通。
进一步地，排气管系统还包括连接在所述储气罐下游的气动马达、增压涡轮和三元催化器和消声装置。
进一步地，排气管系统还包括连接在所述储汽罐下游的汽动马达、增压涡轮和三元催化器和消声装置。
进一步地，强制排气管路设置在所述电磁滑阀和所述三元催化器和消声装置之间。
进一步地，排气管系统包括多个自由排气管路和多个强制排气管路，其中，所述多个自由排气管路中的每一个均连接于所述储气罐，所述多个强制排气管路相互连通。
根据本发明的另一方面，提供一种车辆，该车辆包括发动机，其中，所述发动机的排气口上连接有上述的车辆排气管系统。
通过本发明的车辆排气管系统不但减少了发动机膨胀功的损失，而且还能够减少机械功的损失。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请第一优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图；
图2示出了根据本申请第二优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图；
图3示出了根据本申请第三优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图；
图4示出了根据本申请第四优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图；
图5示出了根据本申请的滑阀结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、第一连接部；20、第一电磁滑阀；30、第一自由排气管路；40、第一强制排气管路；50、储气罐；50’、储汽罐；60、节气阀；60’、节汽阀；70、气动马达；70’、汽动马达；80、增压涡轮；90、冷凝器；100、三元催化器和消声装置；110、第一喷水管路；120、储水箱；130、喷水嘴；200、喷水嘴；210、第二连接部；220、第二电磁滑阀；230、第二自由排气管路；240、第二强制排气管路；250、第二喷水管路；2001、冷却油道；2003、滑座；2005、阀瓣壳体；2007、阀瓣主体。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供一种车辆排气系统，其中车辆包括发动机，所述排气管系统包括：连接部，滑阀机构，排气管路分隔板，自由排气管，强制排气管。所述连接部与所述车辆的排气口相连接；所述滑阀机构，位于所述连接部与所述排气管路分隔板之间，所述排气管路分隔板位于两排气管路的上游，是使原截面为圆形的一根排气管分开成两个截面为圆形的分隔板，被分开的两排气管与所述分隔板上游呈一平面状，与所述滑阀机构连接，并与阀瓣有密切的接触面，良好的润滑和对气体有良好的密封性。在作功冲程末阀瓣位于强制排气管入口处，封闭该口，当排气时，自由排气阶段的超临界状态时的排气进入自由排气管，在亚临界状态时阀瓣运行到自由排气入口，封闭该口，使强制排气阶段的排气排入强制排气管。发动机每运行一个工作循环，阀瓣往复运行一次。自由排气管路，可选择地与所述连接部连通，并且所述自由排气管路的气压小于发动机自由排气阶段的气压；强制排气管路，可选择地与所述连接部连通，所述强制排气管路中的气压小于所述自由排气管路中的气压，其中，在车辆发动机的作功冲程末，所述连接部与所述自由排气管路连通；在自由排气阶段末期，所述连接部与所述强制排气管路连通。
根据本发明的车辆排气系统，通过设置自由排气管路和强制排气管路，能够减少发动机自由排气阶段中膨胀功的损失，并减少活塞上行排出废气的机械功，从而提高发动机的工作效率。
图1示出了根据本申请第一优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图。
如图1所示，车辆排气管系统设置有自由排气管路和强制排气管路。具体地，该图示出了单缸发动机的情况。根据本发明，车辆排气管系统设置有第一连接部10，用于与发动机的排气口相连接。具体地，该连接部10可以为法兰等任何能够与发动机排气口相连接的部件。
该排气管系统还设置有第一自由排气管路30和第一强制排气管路。在车辆发动机的作功冲程末，第一自由排气管路30可选择地与第一连接部10相连通，在自由排气阶段末期，第一强制排气管路40可选择地与第一连接部10相连通。并且，第一自由排气管路30中的气压适当小于发动机自由排气阶段的气压，第一强制排气管路40中的气压小于第一自由排气管路30中的气压。
并且，在第一连接部10与第一自由排气管路30和第一强制排气管路40之间设置有第一电磁滑阀20，通过对该第一电磁滑阀20的控制，使其阀瓣移动，以选择性地连通第一自由排气管路30同时封闭第一强制排气管路40，或者选择性地连通第一强制排气管路40而封闭第一自由排气管路30。
第一自由排气管路30中连接有储气罐50和用于调节储气罐50的气压的节气阀60。该节气阀60可以与控制装置连接，控制装置中设置有气压的最佳值，该气压值可以在自由排气阶段中减少膨胀功的损失，又不会在强制排气阶段增加机械功。
在做功冲程末，电磁驱动器控制第一电磁滑阀20运行到第一强制排气管路40入口处，堵住该口，第一连接部10与第一自由排气管路30相连通，此时，通过控制装置的控制，与第一自由排气管路30连通的储气罐50中气压适当低于发动机自由排气阶段的气压，因此，通过第一连接部10从排气口排出的气体要克服第一自由排气管路30中的气压(该气压比现有技术的排气管中的气压要高)，因此，排气口排出的废气会在受到阻力的状态下排入该第一自由排气管路30，从而膨胀功的损失得到减少。
自由排气阶段排气气压高于第一自由排气管路30内的气压，并且第一自由排气管路30内的气压是通过控制装置进行控制的，当第一自由排气管路30内的气压过高，控制装置会控制节气阀60打开释放一部分气体，从而获得合适的气压，因此本申请的第一自由排气管路30中的气压高于现有技术中排气管中的气压，从而，相比于现有技术，从排气口排出的废气会在受阻的状态下排入一部分，从而损失的膨胀功减少了。并且，这一部分废气经由第一自由排气管路30进入储气罐50，在自由排气阶段末，由于排气气压降低，通过设置适当的时间使第一电磁滑阀20在电磁驱动的作用下，使得第一电磁滑阀20的阀瓣从第一强制排气管路40运行到第一自由排气管路30的入口，这样第一自由排气管路30的入口被关闭，第一强制排气管路40的入口被打开，使得第一连接部10可选择地与第一强制排气管路40连通，从而自由排气阶段末期与强制排气阶段的废气，先后进入第一强制排气管路40。由于第一强制排气管路40内未排入自由排气阶段的废气，因此，该第一强制排气管路40中的气压较低，发动机的排气背压较小，从而，减少了发动机气缸活塞上行废气的机械功。
该车辆排气管系统的第一自由排气管路30的储气罐50的下游还设置有气动马达70和增压涡轮80。在做功冲程末，通过第一自由排气管路30进入储气罐50的废气具有较高的气压，该高压气体通过节气阀60驱动气动马达70运转，从而辅助发动机工作。并且，由于从储气罐50排出的气体仍具有较高的气压，因此，可以利用所排出的废气的高压驱动增压涡轮80，从而对发动机进行增压。
在第一自由排气管路30的末端连接有三元催化器和消声装置100，以达到对排出的废气的处理。
并且，在第一自由排气管路30的末端，第一强制排气管路40与其连接，并且连接在第一电磁滑阀20和三元催化器和消声装置100之间，从而无论是从第一自由排气管路30排出的气体还是从第一强制排气管路40排出的气体均能通过三元催化器和消声装置100处理而排出大气环境中。
上述实施例中，第一电磁滑阀20的动作以及节气阀60的开闭均由控制装置进行控制。并且，第一电磁滑阀20的运行规律与排气口同步。并且，控制装置通过控制节气阀60的开闭使得储气罐50内的气压达到适当的数值，该储气罐50中设定了发动机在该转速时应有的气压，如果超高该气压，控制装置控制节气阀60释放一部分气体。通过这种设置能够减少自由排气阶段膨胀功的损失。
图2示出了根据本申请第二优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图。除了第二优选实施例中多设置有喷水系统和冷凝器90并且用储汽罐50’、节汽阀60’、汽动马达70’分别替换了第一优选实施例中的储气罐50、节气阀60和气动马达70之外，第二优选实施例与第一优选实施例结构基本相同。
该喷水系统设置在第一自由排气管路30中，其包括储水箱120、与储水箱120相连接的第一喷水管路110以及与第一喷水管路110相连接的喷水嘴130。冷凝器90设置在气动马达70和增压涡轮80的下游。
当第一连接部10与第一自由排气管路30连通时，从排气口排出的废气进入第一自由排气管路30，感应到废气的流入，喷水嘴130打开，向流入的废气喷水。由于在自由排气阶段流入的废气具有较高的温度，因此，通过喷水嘴130时，这些高温高压的气体被汽化，体积增加，这些被汽化的废气水蒸气进入到储汽罐50’中。
该实施例中，在做功冲程末，电磁驱动器控制第一电磁滑阀20运行到第一强制排气管路40入口处，堵住该口，第一连接部10与第一自由排气管路30相连通，感应到废气的流入，喷水嘴130打开，向流入的废气喷水。此时，通过控制装置的控制，与第一自由排气管路30连通的储汽罐50’中气压适当低于发动机自由排气阶段的气压，因此，通过第一连接部10从排气口排出的气体要克服第一自由排气管路30中的气压(该气压比现有技术的排气管中的气压要高)，因此，排气口排出的被汽化的废气会在受到阻力的状态下排入该第一自由排气管路30，从而膨胀功的损失得到减少。并且，由于自由排气阶段的气压高于第一自由排气管路30内的气压，因此，会排入一部分被汽化的废气到储汽罐50’中。在自由排气阶段末，由于排气气压降低，通过设置适当的时间使第一电磁滑阀20在电磁驱动的作用下，使得第一电磁滑阀20的阀瓣从第一强制排气管路40运行到第一自由排气管路30的入口，这样第一自由排气管路30的入口被关闭，第一强制排气管路40的入口被打开，使得第一连接部10可选择地与第一强制排气管路40连通，从而自由排气阶段末期与强制排气阶段的废气，先后进入第一强制排气管路40。在第一电磁滑阀20将废气选择性地与第一强制排气管路40相连通时，设置在第一自由排气管路30中的喷水嘴130停止喷水。由于第一强制排气管路40内未排入自由排气阶段的废气，因此，该第一强制排气管路40中的气压较低，发动机的排气背压较小，从而，减少了发动机气缸活塞上行废气的机械功。
如图2所示，经过喷水嘴130的高压汽体进入储汽罐50’，并经过节汽阀60’驱动汽动马达70’运转，辅助发动机工作，由于该第一自由排气管路30中的气体仍具有较高的气压，可以再驱动增压涡轮80，然后经冷凝器90使水和废气分离，水经水管滴下，废气经过三元催化器和消声装置100处理排入大气中。
并且，在第一自由排气管路30的末端，第一强制排气管路40与其连接，并且连接在第一电磁滑阀20和三元催化器和消声装置100之间，从而无论是从第一自由排气管路30排出的气体还是从第一强制排气管路40排出的气体均能通过三元催化器和消声装置100处理而排入大气中。
该实施例中的控制系统应与发动机综合的电脑控制系统通信连接，相互配合运行。
图3示出了根据本申请第三优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图。该实施例中示出了两套车辆排气管系统，可以用于双缸发动机，每套车辆排气管系统均与各自的排气口相连接，并且，两套车辆排气管系统中的自由排气管路相互连通，强制排气管路相互连通。
如图所示，该实施例中除了设置有一套与第一优选实施例基本相似的车辆排气管系统(图3中所示的处于上部的部件)外，还设置有第二套车辆排气管系统(图3所示的处于下部的部件)。为了避免重复，图3中与图1中第一优选实施例相同的部分不再描述。
相比于图1所示的第一优选实施例，图3所示的实施例增加了一套车辆排气管系统(如图3所示的下部排气管系统)，即，第二车辆排气管系统。
第二车辆排气管系统设置有第二连接部210，第二电磁滑阀220连接在第二连接部210上，第二自由排气管路230和第二强制排气管路240可选择地与第二电磁滑阀220连接。第二自由排气管路230和第二强制排气管路240以及第二电磁滑阀220的结构分别与第一优选实施例中的第一自由排气管路30、第一强制排气管路40以及第一电磁滑阀20相同。并且，第二自由排气管路230与储气罐50连通，第二强制排气管路240与第一强制排气管路40连通。
通过对该第二电磁滑阀220的控制，使其阀瓣移动，以选择性地连通第二自由排气管路230同时封闭第二强制排气管路240，或者选择性地连通第二强制排气管路240而封闭第二自由排气管路230。
在车辆发动机的作功冲程末，第二自由排气管路230可选择地与第二连接部210相连通，在自由排气阶段末期，第二强制排气管路240可选择地与第二连接部210相连通。并且，第二自由排气管路230中的气压适当小于发动机自由排气阶段的气压，第二强制排气管路240中的气压小于第二自由排气管路230中的气压。
由于第二自由排气管路230与储气罐50连通，第二强制排气管路240与第一强制排气管路40连通，从而进入第二自由排气管路230和第二强制排气管路240的废气可以分别经由第一自由排气管路30和第一强制排气管路40排出。之后的操作如图1所描述的那样，因此，在此不再赘述。
图4示出了根据本申请第四优选实施例的车辆排气管系统的结构示意图。该实施例中示出了两套车辆排气管系统，可以用于双缸发动机，每套车辆排气管系统均与各自的排气口相连接，并且，两套车辆排气管系统中的自由排气管路相互连通，强制排气管路相互连通。
如图所示，该实施例中除了设置有一套与第二优选实施例基本相似的车辆排气管系统(图4中所示的处于上部的部件)外，还设置有第二套车辆排气管系统(图4所示的处于下部的部件)。为了避免重复，图4中与图2中第二优选实施例相同的部分不再描述。
相比于图2所示的第二优选实施例，图4所示的实施例增加了一套车辆排气管系统(如图4所示的下部排气管系统)，即，第二车辆排气管系统。
第二车辆排气管系统设置有第二连接部210，第二电磁滑阀220连接在第二连接部210上，第二自由排气管路230和第二强制排气管路240可选择地与第二电磁滑阀220连接。第二自由排气管路230和第二强制排气管路240以及第二电磁滑阀220的结构分别与第二优选实施例中的第一自由排气管路30、第一强制排气管路40以及第一电磁滑阀20相同。并且，第二自由排气管路230与储气罐50连通，第二强制排气管路240与第一强制排气管路40连通。该第二车辆排气管系统还设置有第二喷水嘴200以及与储水箱120相连的第二喷水管路250。
通过对该第二电磁滑阀220的控制，使其阀瓣移动，以选择性地连通第二自由排气管路230同时封闭第二强制排气管路240，或者选择性地连通第二强制排气管路240而封闭第二自由排气管路230。
在车辆发动机的作功冲程末，第二自由排气管路230可选择地与第二连接部210相连通，在自由排气阶段末期，第二强制排气管路240可选择地与第二连接部210相连通。并且，第二自由排气管路230中的气压适当小于发动机自由排气阶段的气压，第二强制排气管路240中的气压小于第二自由排气管路230中的气压。当第二自由排气管路230中有废气流入时，第二喷水嘴200打开，以向流入第二自由排气管路230的废气喷水，之后，被汽化的废气流入储汽罐50’。
由于第二自由排气管路230与储汽罐50’连通，第二强制排气管路240与第一强制排气管路40连通，从而进入第二自由排气管路230和第二强制排气管路240的废气可以分别经由第一自由排气管路30和第一强制排气管路40排出。之后的操作如图2所描述的那样，因此，在此不再赘述。
当然，根据需要还可以设置多个自由排气管路和多个强制排气管路，例如，三个或四个自由排气管路和多个强制排气管路。并且，这些自由排气管路均连接于储气罐或储汽罐，强制排气管路相互连通。并且这些自由排气管路和强制排气管路可以根据设计空间自由弯曲。
图5示出了根据本申请的滑阀的结构示意图。
在使用过程中，电磁滑阀需要经受高温气体的侵蚀，因此，为了保证电磁滑阀能够顺畅工作，根据本申请的滑阀结构设置有冷却油道2001，该冷却油道2001供冷却液体经过以为电磁滑阀进行降温。
并且，滑阀还设置有滑座2003以及能够在滑座2003上移动的阀瓣。该阀瓣壳体2005为中空的，其四周镶装有硬合金，并且该中空部分填充有钠，从而形成阀瓣主体2007。
根据本申请的滑瓣结构能够在高温高压环境下工作，并且具有良好的耐磨性、耐热性以及良好的导热性，并且在高温高压下仍能保持良好的硬度与强度，并且高温下不会发生氧化腐蚀等，从而进一步保证了车辆排气管系统的工作稳定性。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车辆排气管系统，所述车辆包括发动机，其特征在于，所述排气管系统包括：
连接部(10)，所述连接部(10)与所述车辆的排气口相连接；
自由排气管路(30)，可选择地与所述连接部(10)连通，并且所述自由排气管路(30)的气压小于发动机自由排气阶段的气压；
强制排气管路(40)，可选择地与所述连接部(10)连通，所述强制排气管路(40)中的气压小于所述自由排气管路(30)中的气压，其中，在车辆发动机的作功冲程末，所述连接部(10)与所述自由排气管路(30)连通；在自由排气阶段末期，所述连接部(10)与所述强制排气管路(40)连通。
2.根据权利要求1所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括电磁滑阀(20)，所述电磁滑阀(20)设置在所述连接部(10)的下游，并且通过所述电磁滑阀(20)的阀瓣的移动，所述连接部(10)可选择地与所述自由排气管路(30)和所述强制排气管路(40)连通。
3.根据权利要求2所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括储气罐(50)和用于调节所述储气罐(50)的气压的节气阀(60)，其中，所述储气罐(50)与所述自由排气管路(30)连通。
4.根据权利要求2所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括喷水系统，所述喷水系统用于对进入所述自由排气管路(30)中的气体进行喷水。
5.根据权利要求4所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括设置在所述喷水系统下游的储汽罐(50’)和用于调节所述储汽罐(50’)的气压的节汽阀(60’)，所述储汽罐(50’)与所述自由排气管路(30)连通。
6.根据权利要求3所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括连接在所述储气罐(50)下游的气动马达(70)、增压涡轮(80)和三元催化器和消声装置(100)。
7.根据权利要求5所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统还包括连接在所述储汽罐(50’)下游的汽动马达(70’)、增压涡轮(80)和三元催化器和消声装置(100)。
8.根据权利要求6或7所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述强制排气管路(40)设置在所述电磁滑阀(20)和所述三元催化器和消声装置(100)之间。
9.根据权利要求1所述的车辆排气管系统，其特征在于，所述排气管系统包括多个自由排气管路(30、230)和多个强制排气管路(40、240)，其中，所述多个自由排气管路(30、230)中的每一个均连接于所述储气罐(50)，所述多个强制排气管路(40、240)相互连通。
10.一种车辆，所述车辆包括发动机，其特征在于，所述发动机的排气口上连接有根据权利要求1至9中任一项所述的车辆排气管系统。
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2019
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