CN112601878B - 排气歧管附加冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种排气歧管附加冷却系统，所述排气歧管附加冷却系统包括具有气缸盖法兰的气缸盖、排气歧管和催化器，其中，所述排气歧管利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰上且利用其第二端部连接到所述催化器上，使得在所述气缸盖法兰上的所述气缸盖的输入开口和所述气缸盖的输出开口连接到发动机中央冷却系统上，并且具有所述排气歧管的带有所述排气歧管的至少一个冷却通道的包套的排气歧管利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰上，使得连接到所述排气歧管的冷却通道上的排气歧管输入开口和排气歧管输出开口连接到气缸盖输入开口和气缸盖输出开口上。

Description

排气歧管附加冷却系统
技术领域
本发明涉及一种在气缸盖与催化器之间的排气歧管的附加冷却系统，以便避免利用燃料进行内部冷却并因此降低燃料消耗以及排放。
背景技术
大多数机动车的一个整体组成部分是活塞式内燃机，所述活塞式内燃机通过如下方式实现驱动装置的功能：活塞式内燃机将燃料的一部分内能转化为动能和热。这通过在气缸中的燃料燃烧所致的气体膨胀来达到。在燃料燃烧时产生排气，必须将所述排气从气缸向外部排出。排气系统用于此。所述排气系统将排气经由排气门排出到排气歧管中，排气经由所述排气歧管输送到催化器中，在所述催化器中，有害物质通过氧化还原反应转化为毒性较小的有害物质。为了确保催化器的正确的功能，所述催化器的温度、因此还有流入的排气的温度不允许太高，这在当今的内燃机中由于通过燃料燃烧生成的大量废热而成为很大问题。
在较老的车辆型号中，催化器距发动机有较远的距离、大多在车辆底盘的中部区域中，由此，利用长的排气歧管实现对于催化器的正确的功能所必需的排气冷却。而在一些车辆型号中这从构造的角度而言不能实现，因此催化器设置在发动机舱中，即，在紧挨内燃机的附近。
在目前的现有技术中为了排气冷却而使用在发动机中循环的冷却液，从而排气歧管的一部分集成在气缸盖中并因此与发动机共享冷却系统。这种解决方案无法达到所需的效果，因此，使用利用燃料进行的内部冷却作为附加冷却，在此在发动机负载较大时将较富含燃料的混合物喷入到气缸中，其中，多余的燃料份额不用于驱动，而是用于在离开气缸之后冷却排气，这又是效果不佳的，在车辆运行方面不经济且在努力降低排放方面是不利的并且与法律限制相悖。
在专利文献US4638632中描述了一种排气歧管和排气的冷却系统，其中，通过外部空气的循环这样进行冷却：围绕排气歧管有管套，其中由于所述管套的空气动力学而使空气进入到在所述排气歧管与所述管套之间的空间中。效果直接取决于车辆速度，在车辆停止时效果即为零。
在专利文献US5788547中描述了一种在水运工具中利用水对排气歧管和排气进行冷却的系统，其中，利用泵从水面(水运工具在所述水面上运动)取水并使水围绕排气歧管循环。显然，这种解决方案在汽车中的应用是不可行的。
在专利文献US6141958中描述了一种在沿着车辆侧部铺设的排气装置中进行排气冷却的系统。这种解决方案仅作为对客舱和乘员的一种保护以防从排气装置发出的热，并且比起有效的冷却结构，不如说是作为防护结构起作用。
在专利文献US20120198841中是一种借助于在外部的冷却系统中流动的液体来对流过排气歧管的排气进行冷却的系统。这种系统可以连接到发动机的冷却系统上，但是凭借直接连接到冷却器上的外部管路，这从构造的角度而言是要求非常高的、昂贵且复杂的。此外，管路的在该专利文献中描述的被冷却的部分目前通常集成在气缸盖中并通过发动机冷却系统来冷却。
发明内容
发明目的部分地通过排气歧管附加冷却系统来实现。优点表现在于，所述排气歧管附加冷却系统包括具有气缸盖法兰的气缸盖、排气歧管和催化器，其中，所述排气歧管利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰上且利用其第二端部连接到所述催化器上，所述排气歧管附加冷却系统的特征在于，所述气缸盖法兰具有所述气缸盖的至少一个连接到发动机中央冷却系统上的输入开口和所述气缸盖的连接到发动机排气系统上的排气开口，其中，所述排气歧管包括所述排气歧管的包套，所述包套具有所述排气歧管的至少一个冷却通道，其中，所述排气歧管的第一端部具有所述排气歧管的至少一个连接到所述排气歧管的冷却通道上的输入开口、所述排气歧管的至少一个连接到所述排气歧管的冷却通道上的输出开口和所述排气歧管的至少一个排气开口，其中，所述排气歧管利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰上，使得所述排气歧管的输入开口连接到所述气缸盖的输入开口上，所述排气歧管的输出开口连接到所述气缸盖的输出开口上，并且所述排气歧管的排气开口连接到所述气缸盖的排气开口上。借此确保冷却液流通直至催化器，由此，排气对于所述催化器的可靠且有效的运行而言被足够地冷却。
有利地采用：所述气缸盖法兰经由密封件连接到所述排气歧管的第一端部，使得所述气缸盖法兰贴靠到所述密封件上，所述密封件包括所述密封件的至少一个输入开口、所述密封件的至少一个输出开口和所述密封件的至少一个排气开口，并且同时所述排气歧管利用其第一端部贴靠到所述密封件上，使得所述气缸盖的输入开口贴靠到所述密封件的输入开口上，所述气缸盖的输出开口贴靠到所述密封件的输出开口上，所述气缸盖的排气开口贴靠到所述密封件的排气开口上，并且同时所述密封件的输入开口贴靠到所述排气歧管的输入开口(18)上、所述密封件的输出开口贴靠到所述排气歧管的输出开口上并且所述密封件的排气开口贴靠到所述排气歧管的排气开口上。借此确保在所述气缸盖法兰与所述排气歧管之间的连接是密封的，由此，冷却液在从所述气缸盖流动到所述排气歧管中时不在所述气缸盖与所述排气歧管的连接位置处流出。
有利地采用：所述气缸盖法兰包括所述气缸盖的四个输入开口和所述气缸盖的两个输出开口，所述密封件包括所述密封件的四个输入开口和所述密封件的两个输出开口，以及所述排气歧管包括所述排气歧管的四个输入开口和所述排气歧管的两个输出开口。
附图说明
借助于使用附图进行描述的实施例来进一步阐述本发明的呈现，图中：
图1示出排气通过排气歧管从气缸盖到催化器的通路的示图，无附加的排气歧管冷却结构，
图2示出排气通过排气歧管从气缸盖到催化器的通路的示图，带有排气歧管附加冷却系统，
图3示出排气歧管附加冷却系统的气缸盖和法兰的等轴视图，
图4示出排气歧管附加冷却系统的密封件的示图，
图5示出排气歧管附加冷却系统的侧视图的剖视图和冷却液的流动方向的示图，
图6示出排气歧管附加冷却系统的平面图的剖视图和冷却液的流动方向的示图，
图7示出排气歧管附加冷却系统的无气缸盖的等轴视图和冷却液的流动方向的示图，
图8示出排气歧管附加冷却系统的排气歧管的包套与密封件的接触面的示图，
图9示出排气歧管的包套的等轴视图，
图10以侧视图示出冷却液的输入位置和输出位置和冷却液的轨迹的示意图，
图11以俯视图示出冷却液在气缸盖中和围绕排气歧管的轨迹的示意图。
具体实施方式
在第一实施例中有机动车，所述机动车利用燃料和空气的混合物在发动机气缸中的燃烧用于转化为机械能。在所述混合物的燃烧时形成排气。这些排气通过发动机的排气系统排出到催化器3，在所述催化器中有害物质转化为毒性较小的物质，见图1。
为了实现催化器3的要求的效果，需要在气缸中燃烧燃料和空气的理想的混合物，由此只有有害物质而没有燃料到达排气系统中，并且流通的排气的温度在确定的值之下。为了催化器3的正确的功能，排气的理想温度在400℃的值左右波动。
这通过如下方式达到：从气缸盖1通向催化器3的排气歧管2还连接到发动机的冷却系统上，由此利用冷却系统的所有潜能，排气因此被充分冷却且不必利用燃料进行内部冷却，由此降低燃料消耗以及排气排放，见图2。
在气缸盖1上存在一个气缸盖法兰16。在该气缸盖法兰16上有气缸盖的五个螺纹孔11、气缸盖的四个输入开口9、气缸盖的两个输出开口10和气缸盖的排气开口12，见图3。在气缸盖法兰16上必须相应地存在气缸盖的至少一个输入开口9、气缸盖的至少一个输出开口10和气缸盖的至少一个排气开口12。在气缸盖法兰16上安装有密封件4。在该密封件4上有密封件的五个螺纹孔13、密封件的四个输入开口7、密封件的两个输出开口8和密封件的排气开口14，见图4。在这个密封件上必须有密封件的至少一个输入开口7、密封件的至少一个输出开口8和密封件的至少一个排气开口14。排气歧管2利用其第一端部连接到密封件4，见图5、图6和图7。排气歧管2的组成部分是排气歧管的包套6，排气歧管的冷却通道17位于所述包套下。这个排气歧管2可以例如制造为铝铸件。在排气歧管2的第一端部上还有排气歧管的五个螺纹孔15、排气歧管的排气开口21、排气歧管的四个接到排气歧管的冷却通道17上的输入开口18和排气歧管的四个接到排气歧管的冷却通道17上的输出开口19，见图8和图9。在排气歧管2上必须相应地有排气歧管的至少一个输入开口18、排气歧管的至少一个输出开口19和排气歧管的至少一个排气开口21。冷却液流动通过排气歧管的冷却通道17，见图5和图6，所述冷却液进一步冷却流过的排气。催化器3位于排气歧管2的第二端部上，所述催化器连接到排气歧管2的第二端部。
排气在燃料混合物燃烧之后从气缸经由门流出到在气缸盖1中的排气通道5中。排气从排气通道5经由气缸盖的排气开口12、密封件的排气开口14和排气歧管的排气开口21到达排气歧管2中。排气歧管2将排气继续输送到催化器中，在所述催化器中发生化学反应。排气在催化器3之前被冷却到需要的不降低催化器3效果的温度。排气歧管的在排气歧管的包套6中的被冷却液流通的冷却通道17用于所述冷却。
从功能的角度而言，排气歧管的包套6形成气缸盖的组成部分，由此确保冷却液的持续的通流。来自气缸盖的铺设在排气通道5下方的冷却通道20的冷却液在气缸盖法兰16的下部的侧向区域中(见图10和图11)穿过气缸盖的输入开口7、密封件的输入开口7和排气歧管的输入开口18流入到排气歧管的冷却通道17中。冷却液在排气歧管的这些冷却通道17中流通直至催化器3。所述冷却液在催化器3处进行180°的转向并在排气歧管的冷却通道17中沿朝向气缸盖法兰16上部的方向继续流动。冷却液穿过排气歧管的输出开口19、密封件的输出开口8和气缸盖的输出开口10流入到气缸盖1中，在所述气缸盖中，所述冷却液接到气缸盖的在排气通道5上方的冷却通道20上。
由于这种实施方案，排气歧管2与气缸盖1从冷却液流动的角度而言构成一个功能单元。冷却液在流过气缸盖的冷却通道20和排气歧管的冷却通道17时准确地仿形排气通道5和排气歧管2直至催化器的轮廓。排气歧管的在排气歧管的包套6下方的冷却通道17以及冷却液在所述冷却通道中流动的方向符合目的地连接到气缸盖1的水回路和气缸盖的冷却通道20上，由此，完善原有的对在气缸盖1中的排气通道5进行冷却的原理，其中，使用连通孔用于从气缸盖的冷却通道20的下部到气缸盖的冷却通道20的上部中的涌流。由于气缸盖1的紧凑性，以前必须穿过气缸盖1的上部来钻通钻孔，由此产生开口，冷却液会通过所述开口从气缸盖1向外流出。以前必须在后续的装配过程中附加地将这个开口堵住。在本解决方案中，所述连通钻孔失去其作用，因此所述连通钻孔不是根据本解决方案的气缸盖1的构造的组成部分。
工业可利用性
上述排气歧管附加冷却系统可在所有的具有内燃机的需要对排气进行附加冷却的交通工具中使用。
附图标记列表
1-气缸盖
2-排气歧管
3-催化器
4-密封件
5-排气通道
6-排气歧管的包套
7-密封件的输入开口
8-密封件的输出开口
9-气缸盖的输入开口
10-气缸盖的输出开口
11-气缸盖的螺纹孔
12-气缸盖的排气开口
13-密封件的螺纹孔
14-密封件的排气开口
15-排气歧管的螺纹孔
16-气缸盖法兰
17-排气歧管的冷却通道
18-排气歧管的输入开口
19-排气歧管的输出开口
20-气缸盖的冷却通道
21-排气歧管的排气开口

Claims (3)

1.排气歧管附加冷却系统，所述排气歧管附加冷却系统包括具有气缸盖法兰(16)的气缸盖(1)、排气歧管(2)和催化器(3)，其中，所述排气歧管(2)利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰(16)上且利用其第二端部连接到所述催化器(3)上，其特征在于，所述气缸盖法兰(16)包括所述气缸盖的至少一个连接到发动机中央冷却系统上的输入开口(9)、所述气缸盖的至少一个连接到所述发动机中央冷却系统上的输出开口(10)和所述气缸盖的连接到发动机排气系统上的排气开口(12)，其中，所述排气歧管(2)具有所述排气歧管的包套(6)，所述包套具有所述排气歧管的至少一个冷却通道(17)，其中，所述排气歧管(2)的第一端部具有所述排气歧管的至少一个连接到所述排气歧管的冷却通道(17)上的输入开口(18)、所述排气歧管的至少一个连接到所述排气歧管的冷却通道(17)上的输出开口(19)和所述排气歧管的至少一个排气开口(21)，其中，所述排气歧管(2)利用其第一端部连接到所述气缸盖法兰(16)上，使得所述排气歧管的输入开口(18)连接到所述气缸盖的输入开口(9)上，所述排气歧管的输出开口(19)连接到所述气缸盖的输出开口(10)上，并且所述排气歧管的排气开口(21)连接到所述气缸盖的排气开口(12)上。
2.根据权利要求1所述的排气歧管附加冷却系统，其特征在于，所述气缸盖法兰(16)经由密封件(4)连接到所述排气歧管(2)的第一端部，使得所述气缸盖法兰(16)贴靠在所述密封件(4)上，所述密封件包括所述密封件的至少一个输入开口(7)、所述密封件的至少一个输出开口(8)和所述密封件的至少一个排气开口(14)，并且同时所述排气歧管(2)利用其第一端部贴靠到所述密封件(4)上，使得所述气缸盖的输入开口(9)贴靠到所述密封件的输入开口(7)上，所述气缸盖的输出开口(10)贴靠到所述密封件的输出开口(8)上，所述气缸盖的排气开口(12)贴靠到所述密封件的排气开口(14) 上，并且同时所述密封件的输入开口(7)贴靠到所述排气歧管的输入开口(18)上，所述密封件的输出开口(8)贴靠到所述排气歧管的输出开口(19)上，且所述密封件的排气开口(23)贴靠到所述排气歧管的排气开口(21)上。
3.根据权利要求1或2所述的排气歧管附加冷却系统，其特征在于，所述气缸盖法兰(16)包括所述气缸盖的四个输入开口(9)和所述气缸盖的两个输出开口(10)，密封件(4)包括所述密封件的四个输入开口(7)和所述密封件的两个输出开口(8)，以及所述排气歧管(2)包括所述排气歧管的四个输入开口(18)和所述排气歧管的两个输出开口(19)。
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