CN1732330A - 排气歧管 - Google Patents

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Abstract

一种与用于容纳催化剂(2)的催化剂容器(3)连接的排气歧管(4)，其包括：多个支管(6a，6b，6c，6d)，分别与发动机的排气口(E1，E2，E3，E4)连通；将多个支管聚集在一起废气收集部分(7)的；以及隔板(8)，用来分隔废气收集部分(7)的内部。隔板(8)具有在催化剂(2)一侧的端面部分(8A)外的切口(9)。

Description

排气歧管
技术领域
本发明涉及一种一体形成有催化剂的排气歧管，具体地说涉及一种与具有倾角的催化剂容器连接的排气歧管结构。
背景技术
已经提出了各种一体形成有催化剂的排气歧管，用于防止从发动机的每个排气口排出的废气发生干涉，从而改善发动机输出功率以及有效地净化废气。
例如，日本已公开专利申请No.2001-164937(第[0014]至[0019]段和图1-7)披露了一种一体形成有催化剂的排气歧管，它包括多个与发动机的相应排气口连通的支管、将多个支管结合成一体的废气收集部分、与废气收集部分连接的催化剂容器以及容纳在催化剂容器中的催化剂，其中在废气收集部分内设有一分隔壁，从而将废气收集部分的内部分成两个腔室，并且分别与在排气过程顺序方面不连续的气缸排气口连接的支管被聚集在一起并且与每个腔室连通。
日本已公开专利申请No.2000-110555(第[0007]至[0011]段和图1-4)披露了一种一体形成有催化剂的排气歧管，它在将废气收集部分的内部分成两个腔室的分隔壁的排气下游端边缘和催化剂之间具有一间隙，从而间隙面积不大于设置在分隔壁的排气下游端边缘处的排气通道横截面面积的预定比例，以便防止废气发生干涉。
打算将这些一体形成有催化剂的排气歧管用在这种类型中，其中废气收集部分与催化剂容器线性连接。
但是，废气收集部分由于例如发动机布置的问题而往往与具有倾角的催化剂容器连接。
在如图6所示的一体形成有催化剂的排气歧管101中，排气歧管104与用于容纳催化剂102并具有倾角催化剂容器103连接。该排气歧管104由以下部件构成，即，多个分别通过排气口凸缘105与发动机的相应排气口连接的支管106，将多个支管106聚集在一起的废气收集部分107以及用于将废气收集部分107的内部分开的隔板108。
因为废气按照相对于催化剂102偏向的方式流动并且总是在多个气流通道102a的一定区域中撞击催化剂102，所以这种一体形成有催化剂的排气歧管101具有例如催化剂102劣化以及平稳废气排放扰动的缺点。
另外，这种一体形成有催化剂的排气歧管101的缺点在于，由隔板108分成的每个腔室设有O2传感器，由此导致制造成本增大。
发明内容
鉴于上面的情况，本发明设法提供这样一种一体形成有催化剂的排气歧管，其中排气歧管与具有倾角的催化剂容器连接，并且它能够防止由于偏向的废气流而导致的催化剂劣化以及废气滞留的问题。
本发明还设法提供了一种能够降低制造成本的一体形成有催化剂的排气歧管。
在包括有由隔板分隔的废气收集部分的一体形成有催化剂的排气歧管中，废气间歇地流进废气收集部分，从而在已经流进废气的腔室和没有流进废气的相对腔室之间产生压力差。因此，申请人提出通过利用由于在这些腔室之间的压力差而导致的从一个腔室流向另一个腔室的废气来分散气流以防止大量气体一次流进催化剂中。
根据本发明一个方面，提供一种排气歧管，它与用于容纳催化剂并具有倾角的催化剂容器连接，该排气歧管包括：与相应的发动机排气口连通的多个支管；将多个支管聚集在一起的废气收集部分；以及用来分隔废气收集部分的内部的隔板，其中将隔板在朝着催化剂定位的端面部分处切掉。
根据该排气歧管，在朝着催化剂定位的隔壁的端面部分处形成切口，这使得已经流进由隔板分隔成的每个腔室的部分废气通过该切口流入相对的腔室中，并且随后流向催化剂。这能够减轻废气流在催化剂的某个区域的聚集，并且防止了由于偏向的废气流而导致的催化剂劣化和废气的滞留。
根据本发明，上述的排气歧管可在在隔板的切掉部分处设有传感器。
根据该排气歧管，因为在隔板的切掉部分中设有例如O2传感器的传感器，所以不必为每个腔室设置传感器，由此降低了制造成本。通过隔板的切掉部分流向相对的腔室的废气与设在切掉部分中的传感器接触并且穿过该传感器。因此，传感器有效地检测出从各排气口排出的废气的状态(氧浓度等)。
附图说明
图1说明了其上采用了根据本发明排气歧管的第一实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管，其中(a)为该一体形成有催化剂的排气歧管的剖视图，而(b)为隔板的透视图。
图2为沿着图1(a)的A-A线剖开的剖视图。
图3说明了其上采用了根据本发明排气歧管的第二实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管，其中(a)为该一体形成有催化剂的排气歧管的剖视图，而(b)为隔板的透视图。
图4说明了其上采用了根据本发明的排气歧管的第三实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管，其中(a)为该一体形成有催化剂的排气歧管的剖视图，而(b)为隔板的透视图。
图5说明了在采用根据本发明的排气歧管时对废气进行的流速分析，其中(a)为用在该试验中的排气歧管的局部分解透视图，(b)为用来说明气体通道面积的废气收集部分的横截面，并且(c)显示出在用于分别从排气口排出的废气在催化剂中央处的流速分布。
图6为传统的一体形成有催化剂的排气歧管的剖视图，其中排气歧管与用于容纳催化剂并具有倾角的催化剂腔室连接。
具体实施方式
下面将参照这些附图对本发明第一实施方案进行说明。
首先，将参照图1和2对采用了本发明排气歧管的第一实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管进行说明。
根据该实施方案的排气歧管涉及一种直列式四缸发动机的排气系统。
如图1(a)所示，一体形成有催化剂的歧管1包括其中容纳有催化剂2的催化剂容器3和与具有倾角的催化剂3连接的排气歧管4。
催化剂2将包含在从发动机的每个排气口E1、E2、E3和E4排出的废气中的有害成分转变成无害成分。催化剂2将用于清除CO、HC和NOx的三元催化剂承载在以蜂窝横截面形式并且由陶瓷或耐热钢箔构成的具有大量气流通道的整体铸造的载体的表面上。
催化剂容器3用来容纳催化剂2并且与具有倾角的排气歧管4连接。
排气歧管4包括多个通过排气口凸缘5与发动机的相应排气口E1、E2、E3和E4连通的支管6a、6b、6c和6d、将多个支管6a、6b、6c和6d聚集在一起的废气收集部分7和将废气收集部分7的内部隔开的隔板8。
所示出的四缸发动机被如此形成，即，在这些气缸按照从图1(a)的左侧依次被称为第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸时，按照第一气缸、第三气缸、第四气缸、第二气缸和第一气缸的顺序进行点火。
如图2所示，废气收集部分7被隔板8分成两个腔室，即，第一腔室7A和第二腔室7B。支管6a和6d与第一腔室7A连通，并且支管6b和6c与第二腔室7B连通。
对隔板8进行切割，以在朝着催化剂2定位的端面部分8A的一侧处形成一切口9。第一腔室7A和第二腔室7B通过切口9相互连通。
参考标号10表示用于检测在废气中的氧含量并且进行空气/燃油比例的反馈控制的O2传感器。ECU(未示出)根据O2传感器的检测值进行控制，以便在空气/燃油比例变小(过量的O2)时增大燃油喷射量，并且在空气/燃油比例变大(缺氧)时降低燃油喷射量。
O2传感器10的探针部分位于在隔板8的切口部分处，从而能够有效地检测出从每个排气口排出的废气的氧浓度。
因为在所示的示例中采用单个O2传感器来进行空气/燃油比例的回馈控制，所以例如用曲轴转角传感器(未示出)和凸轮传感器(未示出)来区分出当前正在燃烧的气缸，并且进行适当的控制以便增大或减小相对于特定气缸的燃油喷射量。气缸的区分不限于采用曲轴转角传感器和凸轮传感器的以上示例，也可以采用任意已知的其它方法。
下面将考虑废气的流动来描述如上所述构成的一体形成有催化剂的排气歧管1的操作。
根据该实施方案的发动机，按照第一气缸、第三气缸、第四气缸、第二气缸和第一气缸的顺序进行点火。为此，在燃烧室内的燃烧气体以从第一排气口E1、第三排气口E3、第四排气口E4、第二排气口E2和第一排气口E1的顺序排出。从第一排气口E1排出的废气流流到排气歧管4的支管6a，并且通过废气收集部分7的第一腔室7A流入催化剂2。接着，从第三排气口E3排出的废气流流到排气歧管4的支管6c，并且通过废气收集部分7的第二腔室7B流入催化剂2。从第四排气口E4排出的废气流流到排气歧管4的支管6d，并且通过废气收集部分7的第一腔室7A流入催化剂2。另外，从第二排出口E2排出的废气流流到排气歧管4的支管6b，并且通过废气收集部分7的第二腔室7B流入催化剂2。
在该情况中，从支管6a、6d通过第一腔室7A流入催化剂2的部分废气流通过隔板8的切口9流到第二腔室7B，然后进入催化剂2。类似地，从支管6b、6c通过第二腔室7B流入催化剂2的部分废气流通过隔板8的切口9流向第一腔室7A，然后流入催化剂2。
如上所述，根据该实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管，在朝着催化剂2定位的隔板8的端面部分8A的一侧处形成切口9，这使得流入由隔板8分隔成的腔室7A、7B中的部分废气通过切口9流入相对的腔室7B、7A，然后流向催化剂2。因此，即使在排气歧管4与具有倾角的催化剂容器3连接的情况下，也可以减小从每个腔室7A、7B流进催化剂2中的废气流仅在催化剂2的大量气流通道的某个区域处的浓度，由此防止了由于偏向的废气流而导致的催化剂2的另化以及废气的滞留。
另外，因为O2传感器10设置在隔板8的切掉部分中，所以不必为每个腔室7A、7B设置O2传感器10，由此降低了该一体形成有催化剂的排气歧管1的制造成本。
通过隔板8的切口9流向相对腔室7A、7B的废气量与切口9的打开面积成比例地增大。同时，增加切口9的开口面积会引起从其排气过程的顺序为连续的排气口E1、E2、E3和E4流过切口9的废气的干扰。
为此，优选的是例如通过考虑排气歧管4相对于催化剂容器3的安装角度，即从废气收集部分7流出的废气相对于催化剂2的角度来设定切口9的适当的开口面积。
接下来将参照图3对本发明第二实施方案进行说明。与前面参照第一实施方案说明的那些类似的部件由相同的参考标号表示，并且将省略对其的详细说明。
如该图所示，根据该实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管11具有与根据第一实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管1基本上相同的结构。但是，将隔板8部分切除，以在隔板8的端面部分8A的两侧处形成切口9。
根据该一体形成有催化剂的排气歧管11，因为隔板8在端面部分8A的两侧处设有切口9，所以可以使朝着催化剂2的偏向废气流更加均匀地分布。
通过切口9、9流向相对腔室的废气的数量与这些切口9、9的总开口面积成比例地增加。同时，增大这些切口9、9的总开口面积会造成从其排气过程顺序是连续的排气口E1、E2、E3和E4通过切口9、9流出的废气干涉。
为此，优选的是例如通过考虑到排气歧管4相对于催化剂容器3的安装角度，即从废气收集部分7流出的废气相对于催化剂2的角度来设定切口9、9的适当的开口面积。
接着，将参照图4对本发明的第三实施方案进行说明。与前面参照第一实施方案说明的那些类似的部件由相同的参考标号表示，并且将省略对其的详细说明。
如该图所示，根据该实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管21具有与根据第一实施方案的一体形成有催化剂的排气歧管1相同的结构。但是，隔板8在O2传感器10的相对侧面处设有切口9，并且在朝着催化剂2定位的隔板8的端面部分8A和催化剂2的上表面之间形成有间隙12。
另外，在与O2传感器10的探头部分对应的位置处设有凹槽13。该O2传感器10的探头部分呈与隔板8的凹槽13一致的圆柱体形状。
根据该一体形成有催化剂的排气歧管21，因为在隔板8的一侧处设有切口9并且在隔板8的端面部分8A和催化剂2的上端之间形成有间隙12，所以可以使朝着催化剂2的偏向废气流更加均匀地分布。
通过切口9和间隙12流向相对腔室的废气的数量与切口9和间隙12的开口面积成比例地增加。同时，增大这些切口9和间隙12的开口面积会造成从其排气过程顺序是连续的排气口E1、E2、E3和E4通过切口9和间隙12流出的废气发生干涉。
为此，优选的是例如通过考虑排气歧管4相对于催化剂容器3的安装角度，即从废气收集部分7流出的废气相对于催化剂2的角度来设定切口9和间隙12的适当的开口面积。
分析试验
利用根据本发明的排气歧管进行试验，以便分析出从每个排气口排除的废气如何流向催化剂。
图5说明了采用根据本发明的排气歧管对废气进行的流速分析，其中(a)为用在该试验中的排气歧管的局部分解透视图，(b)为用来说明气体通道面积的废气收集部分的横截面，而(c)显示出在用于分别从排气口排出的废气在催化剂中央处的流速分布。
在采用直列式四缸发动机并将发动机速度保持在3000rpm的条件下进行分析试验。进行该分析试验，以测量出在废气从每个排气口E1、E2、E3和E4流出时在催化剂2的中央部分(线A-A)处的废气流速。
在图中所示的一体形成有催化剂的排气歧管被如此地构成，即，隔板8在朝着催化剂定位的端面部分的一侧处设有切口9，并且O2传感器10位于在切口9部分中。在隔板8的端面部分和催化剂2的上表面之间也形成有间隙(未示出)。
这里，切口9的面积被设定为在废气收集部分7的下端处的一个气体通道面积PA或另一个气体通道面积PA的18％(通过从废气收集部分7的下端的横截面面积中减去隔壁8的端面部分的横截面面积所获得的面积的一半)。当包括O2传感器10的横截面面积时，切口部分的开口面积变为气体通道面积的15％。
参照图5(c)，可以理解的是，从每个排气口E1、E2、E3和E4排出的部分废气通过切口9流向相对腔室，并随后流入催化剂2。
因此，可以将流过每个腔室的部分废气分配给相对的腔室，从而防止了由于偏向的废气流而导致的催化剂2劣化和废气滞留。
虽然已经参照其特定实施方案对本发明进行了详细说明，但是对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离权利要求的范围的情况下可作出各种改变和改进。
例如，上述一体形成有催化剂的排气歧管1、11、21已经被描述呈用在四缸发动机中的4-2-1排气系统。但是，它也可以应用于用在六缸发动机的6-2-1排气系统。
另外，可以任意改变设在隔板8中的切口9的位置、数量、开口面积和/或形成在朝着催化剂2定位的隔板8的端面部分8A和催化剂2的上端之间的间隙12的面积等。例如，可以在隔板8的中央处或者在端面部分8A的中央外设置切口9。

Claims (2)

1.一种与用于容纳催化剂并具有倾角的催化剂容器连接的排气歧管，其包括：
与发动机的相应排气口连通的多个支管；
将多个支管聚集在一起的废气收集部分；以及
分隔废气收集部分的内部的隔板，
其中，所述隔板在朝着催化剂定位的端面部分处被切掉。
2.如权利要求1所述的排气歧管，其特征在于，在隔板的切掉部分处设有一传感器。
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