CN1429313A - 排气脉冲控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种排气脉冲控制装置(10)，用于在发动机中增加排气集管体积，包括进气口(11)、排气口(12)和中间容纳区(13)排气脉冲获取和膨胀区(14)位于进气口与中间区之间，混合区(17)位于中间区与排气口之间。获取和膨胀区可以由两级组成，第一级使废气体积相对迅速地增加。

Description

排气脉冲控制装置
本发明涉及一种发动机排气脉冲控制装置，尤其是涉及能够控制发动机排出气体的膨胀而提高发动机效率的发动机排气控制装置。
在内燃机中，从发动机效率和燃料清洁燃烧的方面来看，非常希望能有效排出或更换内燃机废气，以减少有害发动机排放。
专利说明书WO98/23854披露了一种用于使内燃机效率最优化的设备。该设备包括固定的或可移动的装置，可以对流向发动机汽缸或流经排气管的气流的速度和压力进行修改，用于排出发动机的废气。
当这种设备安装在排气管或系统中时，其目的是在第一自动排气级之后使废气的速度朝着游离空气增加，从而产生更大的空间，获得更高的发动机换气效率。
在较早的专利说明书中披露了本设备的多个实施例，但该设备似乎成为一种限制发动机废气流动的障碍，并产生气体湍流，并不具有预期的功能。
我的同时待审澳大利亚专利申请PQ2456披露了一种发动机排气控制装置，可以增加发动机中的排气集管空间，相对WO98/23854中披露的技术是一种改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型排气脉冲控制装置，可以替代在我的同时待审专利申请中披露的装置。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种排气脉冲控制装置，用于在发动机中增加排气集管空间，该装置包括：进气口；与进气口相邻的排气脉冲获取和膨胀区；中间容纳区，获取和膨胀区与中间区的一端相邻；与中间区另一端相邻的排气口；位于中间区与排气口之间的混合区。
中间区最好在其全部长度上具有恒定的截面积。排气脉冲通过进气口进入装置，空气脉冲通过排气口进入装置，排气脉冲与空气脉冲在中间区的范围内相互作用。
中间区的长度可以由发动机的特性确定。
进气口和排气口最好是进气管和排气管。最好是排气管的直径大于进气管的直径，并且中间区的直径大于进气管和排气管的直径。
获取和膨胀区增加了从进气口流向排气口的气体体积。这种体积的增加最好分两级。在第一级中，废气体积的增加相对较快，并且当排气脉冲从进气口出来并前进至中间区时允许排气脉冲膨胀。第一级相对于进气口形成相对小的角度。这个相对小的角度小于在第二级中形成的相对于进气口的角度。
第一级最好相对进气口纵轴的角度在40°至50°之间延伸，而在第二级最好在60°至80°的角度之间延伸。最好第一级在45°的角度延伸，而第二级在60°的角度延伸。
当排气脉冲从进气口进入获取和膨胀区的第一级时，其体积迅速膨胀。进一步且迅速的膨胀在第二级中发生。这导致在第二级中排气脉冲中的边界层膨胀，但排气脉冲的中心部分不发生可感知的膨胀。这使脉冲在中间区传播过程中冲量保持不变。
混合区的存在是为了产生回压，用于从发动机向本发明的装置安装的位置进行有效换气。
混合区在相对进气口纵轴一定的角度延伸，此角度最好在40°至50°之间，45°最优选。
附图说明
下面将结合附图通过实例对本发明进行说明，其中：
图1显示了本发明的装置的纵向剖视图；
图2显示了图1中装置进气口端的详细视图；
图3显示了图1中装置排气口端的详细视图；
图4是功率测试结果图表；
图5是转矩测试结果图表；
图6是功率和转矩测试结果图表。
具体实施方式
图1、图2和图3显示了排气脉冲控制装置10，装置10具有进气管11和排气管12。排气管12的直径大于进气管11。进气管11耦合至发动机并从发动机接收废气出口脉冲，而排气管12将废气引导至位于废气管末端的废气排出口。
装置10具有中间区13，在进气管11与排气管12之间延伸。排气脉冲获取和膨胀区域14位于进气管11与中间区13之间。区域14具有第一级15，相对进气管11的纵轴形成45°角。区域14具有紧接在第一级15后的第二级16，第二级16相对进气管11的纵轴形成60°角。第一级15和第二级16用于通过膨胀产生负压，和控制排气脉冲，并从发动机到装置安装的位置进行更有效的换气。
混合区17位于排气管12与中间区13之间。混合区17相对排气管12的纵轴形成45°角。混合区17用于将流出的废气压力脉冲与流入的空气脉冲相混合。中间区13的长度“I”由发动机的规格决定。
本发明的装置可以使发动机的功率增加，因为它能在排气脉冲之间产生低压。本装置可以使发动机中的燃料更充分地燃烧，并使发动机可以对废气进行更好的换气。
排气脉冲控制装置10从内燃机排气系统中生成的正压产生负压。本装置通过改善发动机的换气性能而提高发动机效率。
进行了一系列测试，证明该装置可以改善安装在车辆上的发动机的运转性能。一组测试是在发动机排气系统中未安装所述装置10的情况下进行的，另一组相同测试是在车辆发动机中安装了装置10的情况下进行的。除了本发明的装置10之外，测试中所用发动机和车辆在其他方面都是相同的。
测试是在计算机化框架测功计上进行的。包括气压修正和进入发动机的冷空气感应在内的测试参数被补偿到15℃。车辆设计得全油门加速度为50英尺/秒。这使车辆通过指定的每分钟转数(RPM)范围加速，在测试过程中以每秒20次的频率绘出功率和转矩的曲线。
计算机化的功率损耗程序解释转矩读数，以恒定的加速度获得牵引力显示。
覆盖的编程RPM范围受到功率/转矩差别的影响。
图6的曲线显示了排挡到2000至5000RPM的第三和第四号排挡中车辆的两次测试运转(其中一个未安装装置10，一个安装了本发明的装置10)的功率和转矩标绘图。沿曲线图底部的刻度表示车辆速度，单位为千米/时(kph)。沿曲线图左手侧的刻度代表功率，单位为千瓦(kw)。沿曲线图右手侧的刻度代表转矩或牵引力，单位为牛顿(N)。
两条从大约68kph和3000N开始并基本水平延伸的迹线是四号车辆转矩的标绘图，从2000RPM开始，至5000RPM结束，其中上面的标绘图代表安装了装置10的车辆，而下面的标绘图代表未安装装置10的车辆。
两条从大约54kph和3700N开始并基本水平延伸的迹线是上述标绘图的类似标绘图，但是用的是三号排挡中车辆，从2000RPM开始，至5000RPM结束，其中最上面的标绘图代表安装了装置10的车辆，而最下面的标绘图代表未安装进行测试的装置10的车辆。
功率迹线也是用两对来表示。一对使用三号排挡中车辆的功率迹线从车辆速度在大约45kph开始，并以一定倾斜角穿过曲线图，并终止在大约124kph的车辆速度。其中最上面的标绘图代表安装了装置10的车辆，而最下面的标绘图代表未安装进行测试的装置10的车辆。
一对相同的功率标绘图用来代表在三号排挡中进行的测试。这两条迹线从车辆速度在大约68kph开始，并以一定倾斜角穿过曲线图，并终止在大约166kph的车辆速度。其中最上面的标绘图代表安装了装置10的车辆，而最下面的标绘图代表未安装进行测试的装置10的车辆。
本发明的装置10获得的功率和转矩相对未安装这种装置的车辆所获得的功率和转矩具有改进。
功率
-在第三排挡中百分比从2.8％增加至5.4％
-在第四排挡中百分比从3.0％增加至9.7％
牵引力(转矩)
-在第三排挡中百分比从2.6％增加至4.6％
-在第四排挡中百分比从3.7％增加至9.5％
功率输出
-百分比从3.9％增加至38.3％
转矩效力
-百分比从3％增加至13.5％
达到的最高峰值功率-驾驶时高达125kw，超过基线峰值功率116.2kw。
下面的表格概括了图6中的标绘图所示结果。
功率增加为：
速度                    第三排挡              第四排挡
60kph                   5.3％
70kph                   5.0％                 8.3％
80kph                   5.4％                 9.7％
90kph                   2.8％                 6.9％
100kph                  3.8％                 6.1％
110kph                  3.0％                 4.0％
120kph                  3.9％                 4.7％
130kph                  4.9％
140kph                  4.2％
150kph                  3.9％
160kph                  4.8％
牵引力增加为：
速度                    第三排挡              第四排挡
60kph                   4.6％
70kph                   4.6％                 8.3％
80kph                   4.5％                 9.5％
90kph                   2.6％                 5.6％
100kph                  2.7％                 5.9％
110kph                   2.7％                   4.4％
120kph                   3.6％                   3.7％
130kph                                           3.9％
140kph                                           4.0％
150kph                                           4.0％
160kph                                           4.6％
图4和图5中所示的功率/转矩输出标绘图是采用下述测试步骤获得的。
车辆安装至完全计算机化的框架测功计上，测试参数在气压修正和冷空气感应被补偿到15℃的情况下进行校验。
通过使车辆在设定的RPM水平下运转获得功率输出，打开至全油门并保持在特定的RPM状态下。对功率输出/转矩输出进行记录。测试在大约2000、3000、4000和5000RPM状态下进行。
图4和图5的标绘图代表了获得的结果。词语“基线”指未安装本发明的装置10的发动机，而图注“EPU w/stock后置系统”指安装了本发明的装置10的相同发动机。
下面是图4和图5中的标绘图所示结果的概括。
平均增加提高。
功率输出
@2000RPM    3.9％
@3000RPM    23.5％
@4000RPM    38.3％
@5000RPM    11.3％
转矩
@2000RPM    3.0％
@3000RPM    7.3％
@4000RPM    6.1％
@5000RPM    13.5％
本发明的装置另外还可以提高功率和转矩，使发动机的运转具有更高的燃油效率，并减少有害气体排放。

Claims (10)

1.一种排气脉冲控制装置，用于在发动机中增加排气集管的空间，包括：进气口；与进气口相邻的排气脉冲获取和膨胀区；中间容纳区，获取和膨胀区与中间区的一端相邻；与中间区另一端相邻的排气口；及位于中间区与排气口之间的混合区。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述中间区在其全部长度上具有恒定的横截面积。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，其中所述进气口和排气口分别为进气管和排气管。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中所述排气管的直径大于所述进气管的直径。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，其中所述获取和膨胀区域由两级组成，第一级可以使废气体积相对迅速地增加。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述第一级相对装置纵轴形成角度，该角度小于由第二级形成的角度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中所述第一级相对纵轴形成的角度在40°至50°之间，所述第二级相对纵轴形成的角度在60°至80°之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，其中所述第一级相对纵轴形成的角度为45°，所述第二级相对纵轴形成的角度为60°。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，其中所述混合区相对排气口纵轴形成的角度在40°至50°之间。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，其中所述混合区相对排气口纵轴形成的角度为45°。
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