CN202768132U - 一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，包括排气歧管，排气歧管内设有隔板，隔板将排气歧管的流道分为小流道和大流道，排气歧管上设有第一入口、第二入口、第三入口及第四入口；排气歧管上设有第一出口和第二出口，第一出口与小流道相连，第二出口与大流道相连；小流道与第一出口之间设有小流道出口腔，大流道与第二出口之间设有大流道出口腔；大流道出口腔内设有控制大流道与第二出口的连通与断开的第三阀门；隔板的两端上分别安装有控制第四入口与大流道的连通与断开的第二阀门和控制第一入口与大流道的连通与断开的第一阀门，既可满足高工况对排气歧管流通能力的要求，又在发动机全工况下保持较高的能量传递效率。

Description

一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管

技术领域

本实用新型涉及一种双层流道可变排气歧管，具体地说是一种通过三个阀门的开闭来改变气流的流动状态、内部流道被分成内外两部分的带三个阀门的双层流道可变排气歧管，属于内燃机技术领域。

背景技术

世界各国的发动机制造商都在追求高效率低污染的技术，近年来，随着科学技术的发展，不断有新的技术和理念被应用于发动机行业，使得发动机集中了材料、化学、电子、测试及机械加工等领域的最新成果，极大地提高了发动机性能。交通运输业不断追求高效低成本，加上能源日益紧缺和环保法规要求越来越严格，要求发动机有更高的经济性和排放性，发动机行业面临巨大的挑战。

在发动机进排气机构方面的新技术中，通常有可调进气门技术、多气门技术及涡轮增压技术等。其中涡轮增压技术是将发动机排出的废气导入涡轮，使废气能量转换为增压器压气机所需的扭矩，压气机使发动机进气密度和流量增加，这样，相同结构的发动机就能够输出更大的功率，增加了发动机的平均有效压力。涡轮增压技术是提高发动机各项性能的有效方法之一，不但在柴油机上越来越普及，而且在汽油机上也开始有应用。

随着涡轮增压技术的发展，脉冲增压技术已经广泛地被研究，尤其在中低增压度的发动机上，脉冲增压技术的效果更为明显。为了配合脉冲增压技术的应用，需要对增压发动机排气系统进行必要的改动，于是出现了各种各样的脉冲排气歧管，这些排气歧管应用能使涡轮充分利用排气脉冲能量。排气歧管的结构对涡轮废气能量利用率有重要影响。但是目前大多数排气歧管都是按某个发动机的工况点来设计的，对于非设计点工况，这些排气歧管对能量的传递效率和流通能力就会降低；最后使得排气歧管的设计采取折中方案，这样对于发动机大部分工况来说，排气歧管都不在最佳点上工作，造成了有限的发动机排气能量的浪费。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对目前涡轮增压发动机的排气歧管不能满足不同工况下涡轮增压器进气能量的要求，提供一种既可满足发动机对流通能力的要求，又能高效地传递发动机排气能量的带三个阀门的双层流道可变排气歧管装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，包括排气歧管，所述排气歧管内设有隔板，所述隔板将排气歧管的流道分为小流道和大流道，所述排气歧管上设有四个废气入口：第一入口、第二入口、第三入口及第四入口；

所述排气歧管上设有第一出口和第二出口，第一出口与小流道相连，第二出口与大流道相连；

小流道与第一出口之间设有小流道出口腔，大流道与第二出口之间设有大流道出口腔；所述大流道出口腔内设有控制大流道与第二出口的连通与断开的第三阀门；

所述隔板的两端上分别安装有控制第四入口与大流道的连通与断开的第二阀门和控制第一入口与大流道的连通与断开的第一阀门。

以下是本实用新型对上述方案的进一步改进：

第一入口、第二入口和第三入口及第四入口的横截面面积相同，在排气歧管上均匀分布。

进一步改进：所述小流道位于排气歧管的外侧，所述大流道位于排气歧管的内侧，小流道和大流道在垂直于气流方向的截面积之比为0.25~1，小流道和大流道的容积之比为0.3~1.1。

进一步改进：

所述排气歧管上，第一入口通过90°的第一弧形通道与小流道及大流道相连，第四入口通过90°的第二弧形通道与小流道及大流道相连，第二入口和第三入口通过直管与大流道相连。

进一步改进：

第一出口与第二出口的横截面面积之比为0.25~1。

进一步改进：小流道出口腔位于小流道的中间位置且垂直于小流道，大流道出口腔位于大流道的中间位置且垂直于大流道。

进一步改进：所述隔板的两端呈弧形，并分别延伸穿过第一弧形通道和第二弧形通道到达第一入口和第四入口的附近。

进一步改进：在大流道出口腔的内侧壁面上设有第三转轴，第三阀门与第三转轴连接并可围绕第三转轴旋转，第三阀门的极限位置分别为大流道出口腔的内侧壁面和隔板。

进一步改进：所述隔板上靠近第一入口的端部位置安装有第一转轴，第一阀门与第一转轴转动连接，第一阀门的一个极限位置为大流道靠近第一入口的第一内侧壁，第一阀门的另一个极限位置为第一阀门平行于第一内侧壁时的位置。

进一步改进：

所述隔板上靠近第四入口的另一端端部位置安装有第二转轴，第二阀门与第二转轴转动连接，第二阀门的一个极限位置为大流道靠近第四入口的第二内侧壁，第二阀门的另一个极限位置为第二阀门平行于第二内侧壁时的位置，第二阀门控制第四入口与大流道的连通与断开。

进一步改进：所述隔板上在靠近第二入口和第三入口的位置分别设有通孔，通孔使得小流道和大流道相互连通。

进一步改进：所述小流道和大流道垂直于流向截面的轮廓线均由两个半圆和两条直线相间连接而组成。

当发动机处于高工况时，第一阀门、第二阀门及第三阀门全部打开。此时，第一阀门位于与第一内侧壁平行的极限位置，第二阀门位于与第二内侧壁平行的极限位置，第三阀门位于大流道出口腔的内侧壁上的极限位置。从第一入口和第四入口进入的发动机废气经过第一弧形通道和第二弧形通道后进入小流道和大流道，从第二入口和第三入口进入的发动机废气经过直管后进入大流道；排气歧管内的气流通过通孔可以在小流道和大流道之间流动。小流道和大流道内的气流分别从第一出口和第二出口流出而进入下游的相应双流道涡轮。

这样在三个阀门全部打开时，可满足发动机处于高工况时对排气歧管流通能力的要求。

当发动机处于低工况状态时，从发动机排出的废气量有限，这就要求尽可能地利用废气的能量。所以三个阀门全部处于关闭状态。

此时，第一阀门位于与第一内侧壁接触的极限位置，第一阀门隔断第一入口与大流道的连通；第二阀门位于与第二内侧壁接触的极限位置，第二阀门隔断第四入口与大流道的连通；第三阀门位于与隔板接触的极限位置，第三阀门隔断大流道与第二出口的连通。

此时，从第一入口和第四入口进入的发动机废气经过第一弧形通道和第二弧形通道后进入小流道，从第二入口和第三入口进入的发动机废气经过直管后进入大流道。大流道内的气流通过通孔流入小流道，和从第一入口和第四入口进入的气流汇合；之后，从第一出口流出而进入下游的相应双流道涡轮。

三个阀门全部处于关闭状态，使气流经过小流道和大流道，汇合而从第一出口流出，使废气能量集中，减少了流动损失，保证了气流在第一出口处有较高的能量密度，高效地传递了发动机废气能量，满足了发动机低工况时对流动效率的要求。

另一种改进：隔板截面呈直条状，隔板的两端分别位于第一弧形通道和第二弧形通道远离第一入口和第四入口的尾部。

进一步改进：第一阀门安装在第一弧形通道内远离第一入口的尾部处，大流道的第一内侧壁上安装有第一转轴，第一阀门与第一转轴连接并可围绕第一转轴旋转；

第一阀门的一个极限位置为第一内侧壁，第一阀门的另一个极限位置为隔板。

进一步改进：第二阀门安装在第二弧形通道内远离第四入口的尾部处，大流道的第二内侧壁上安装有第二转轴，第二阀门与第二转轴连接并可围绕第二转轴旋转；

第二阀门的一个极限位置为第二内侧壁，第二阀门的另一个极限位置为隔板。

这样，从第一入口和第四入口进入的发动机废气在经过第一弧形通道和第二弧形通道后，气流发生分离而分别进入小流道和大流道或偏转进入小流道，第一入口和第四入口入口条件对气流的分离或偏转影响较小，有利于减小气流流动损失。

进一步改进：所述小流道和大流道垂直于流向截面的轮廓线改为由圆弧曲线和直线过渡连接而组成。

这样可以减小气流与流道接触面积，有利于气流在小流道和大流道内的流动。

本实用新型采用上述方案，将传统的排气歧管流道分为并行的双层流道，通过三个阀门改变双层流道的流道状态。克服了传统排气歧管只针对某个工况设计而不能满足其他工况的要求的缺点，既可满足高工况对排气歧管流通能力的要求，又在发动机全工况下保持较高的能量传递效率。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管在阀门全部打开时的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管在阀门全部打开时的剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管在阀门全部打开时的垂直于气流方向的剖面示意图；

图4为本实用新型实施例1中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管在阀门全部关闭时的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管的结构示意图；

图6为本实用新型实施例2中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管的剖面结构示意图；

图7为本实用新型实施例3中的带三个阀门的双层流道可变排气歧管的垂直于气流方向的剖面示意图。

图中：1-排气歧管；2-小流道；3-大流道；4-第一弧形通道；5-第一转轴；6-第一阀门；7-第一入口；8-第一内侧壁；9-隔板；10-第二入口；11-第三入口；12-第二内侧壁；13-第四入口；14-第二阀门；15-第二转轴；16-第二弧形通道；17-第三转轴；18-第二出口；19-第一出口；20-小流道出口腔；21-大流道出口腔；22-第三阀门；23-通孔。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2及图3所示，一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，包括排气歧管1，所述排气歧管1内设有隔板9，所述隔板9将排气歧管1的流道分为小流道2和大流道3，所述小流道2位于排气歧管1的外侧，所述大流道3位于排气歧管1的内侧，小流道2和大流道3在垂直于气流方向的截面积之比为0.25~1，小流道2和大流道3的容积之比0.3~1.1。

所述排气歧管1上设有横截面面积相同、均匀分布的四个废气第一入口7、第二入口10、第三入口11及第四入口13；

所述排气歧管1上，第一入口7通过90°的第一弧形通道4与小流道2及大流道3相连，第四入口13通过90°的第二弧形通道16与小流道2及大流道3相连，第二入口10和第三入口11通过直管与大流道3相连；

所述排气歧管1上设有第一出口19和第二出口18，第一出口19与小流道2相连，第二出口18与大流道3相连，第一出口19与第二出口18的横截面面积之比为0.25~1；

所述排气歧管1上，小流道2与第一出口19之间设有小流道出口腔20，大流道3与第二出口18之间设有大流道出口腔21，小流道出口腔20位于小流道2的中间位置且垂直于小流道2，大流道出口腔21位于大流道3的中间位置且垂直于大流道3。

所述大流道出口腔21内设有控制大流道3与第二出口18的连通与断开的第三阀门22，在大流道出口腔21的内侧壁面上设有第三转轴17，第三阀门22与第三转轴17连接并可围绕第三转轴17旋转，第三阀门22的极限位置分别为大流道出口腔21的内侧壁面和隔板9。

所述隔板9的两端呈弧形，并分别延伸穿过第一弧形通道4和第二弧形通道16到达第一入口7和第四入口13的附近。

所述隔板9上靠近第一入口7的端部位置安装有第一转轴5，第一转轴5上设有可旋转的第一阀门6，第一阀门6的一个极限位置为大流道3靠近第一入口7的第一内侧壁8，第一阀门6的另一个极限位置为第一阀门6平行于第一内侧壁8时的位置，第一阀门6控制第一入口7与大流道3的连通与断开。

所述隔板9上靠近第四入口13的另一端端部位置安装有第二转轴15，第二转轴15上设有可旋转第二阀门14，第二阀门14的一个极限位置为大流道3靠近第四入口13的第二内侧壁12，第二阀门14的另一个极限位置为第二阀门14平行于第二内侧壁12时的位置，第二阀门14控制第四入口13与大流道3的连通与断开。

所述隔板9上在靠近第二入口10和第三入口11的位置分别设有通孔23，通孔23使得小流道2和大流道3相互连通。

所述小流道2和大流道3垂直于流向截面的轮廓线均由两个半圆和两条直线相间连接而组成。

当发动机处于高工况时，第一阀门6、第二阀门14及第三阀门22全部打开。此时，第一阀门6位于与第一内侧壁8平行的极限位置，第二阀门14位于与第二内侧壁12平行的极限位置，第三阀门22位于大流道出口腔21的内侧壁上的极限位置。从第一入口7和第四入口13进入的发动机废气经过第一弧形通道4和第二弧形通道16后进入小流道2和大流道3，从第二入口10和第三入口11进入的发动机废气经过直管后进入大流道3；排气歧管1内的气流通过通孔23可以在小流道2和大流道3之间流动。小流道2和大流道3内的气流分别从第一出口19和第二出口18流出而进入下游的相应双流道涡轮。

这样在三个阀门全部打开时，可满足发动机处于高工况时对排气歧管流通能力的要求。

如图4所示，当发动机处于低工况状态时，从发动机排出的废气量有限，这就要求尽可能地利用废气的能量。所以三个阀门全部处于关闭状态。

此时，第一阀门6位于与第一内侧壁8接触的极限位置，第一阀门6隔断第一入口7与大流道3的连通；第二阀门14位于与第二内侧壁12接触的极限位置，第二阀门14隔断第四入口13与大流道3的连通；第三阀门22位于与隔板9接触的极限位置，第三阀门22隔断大流道3与第二出口18的连通。

此时，从第一入口7和第四入口13进入的发动机废气经过第一弧形通道4和第二弧形通道16后进入小流道2，从第二入口10和第三入口11进入的发动机废气经过直管后进入大流道3。大流道3内的气流通过通孔23流入小流道2，和从第一入口7和第四入口13进入的气流汇合；之后，从第一出口19流出而进入下游的相应双流道涡轮。

三个阀门全部处于关闭状态，使气流经过小流道2和大流道3，汇合而从第一出口19流出，使废气能量集中，减少了流动损失，保证了气流在第一出口19处有较高的能量密度，高效地传递了发动机废气能量，满足了发动机低工况时对流动效率的要求。

实施例2，如图5和图6所示，此实施例是在实施例1的基础上作如下改动：

将所述隔板9长度从两端向中间缩短，直到隔板9的两端分别位于第一弧形通道4和第二弧形通道16远离第一入口7和第四入口13的尾部，使隔板9截面呈直条状。

在所述第一弧形通道4内远离第一入口7的尾部处设有可旋转第一阀门6，大流道3的第一内侧壁8上安装有第一转轴5，第一阀门6与第一转轴5连接并可围绕第一转轴5旋转；

第一阀门6的一个极限位置为第一内侧壁8，第一阀门6的另一个极限位置为隔板9，第一阀门6控制第一入口7与大流道3的连通与断开。

在所述第二弧形通道16内远离第四入口13的尾部处设有可旋转第二阀门14，大流道3的第二内侧壁12上安装有第二转轴15，第二阀门14与第二转轴15连接并可围绕第二转轴15旋转；

第二阀门14的一个极限位置为第二内侧壁12，第二阀门14的另一个极限位置为隔板9，第二阀门14控制第四入口13与大流道3的连通与断开。

这样，从第一入口7和第四入口13进入的发动机废气在经过第一弧形通道4和第二弧形通道16后，气流发生分离而分别进入小流道2和大流道3或偏转进入小流道2，第一入口7和第四入口13入口条件对气流的分离或偏转影响较小，有利于减小气流流动损失。

实施例3，如图7所示，此实施例是在实施例1和实施例2的基础上，将所述小流道2和大流道3垂直于流向截面的轮廓线改为由圆弧曲线和直线过渡连接而组成。这样可以减小气流与流道接触面积，有利于气流在小流道2和大流道3内的流动。

现在我们已经按照相关的国家专利法对实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本实用新型的精神和范围内的。

Claims (16)

1.一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，包括排气歧管（1），所述排气歧管（1）内设有隔板（9），所述隔板（9）将排气歧管（1）的流道分为小流道（2）和大流道（3）；其特征在于：

所述排气歧管（1）上设有四个废气入口：第一入口（7）、第二入口（10）、第三入口（11）及第四入口（13）；

所述排气歧管（1）上设有第一出口（19）和第二出口（18），第一出口（19）与小流道（2）相连，第二出口（18）与大流道（3）相连；

小流道（2）与第一出口（19）之间设有小流道出口腔（20），大流道（3）与第二出口（18）之间设有大流道出口腔（21）；所述大流道出口腔（21）内设有控制大流道（3）与第二出口（18）的连通与断开的第三阀门（22）；

所述隔板（9）的两端上分别安装有控制第四入口（13）与大流道（3）的连通与断开的第二阀门（14）和控制第一入口（7）与大流道（3）的连通与断开的第一阀门（6）。

2.根据权利要求1所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：第一入口（7）、第二入口（10）和第三入口（11）及第四入口（13）的横截面面积相同，在排气歧管（1）上均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述小流道（2）位于排气歧管（1）的外侧，所述大流道（3）位于排气歧管（1）的内侧，小流道（2）和大流道（3）在垂直于气流方向的截面积之比为0.25~1，小流道（2）和大流道（3）的容积之比0.3~1.1。

4.根据权利要求3所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述排气歧管（1）上，第一入口（7）通过90°的第一弧形通道（4）与小流道（2）及大流道（3）相连，第四入口（13）通过90°的第二弧形通道（16）与小流道（2）及大流道（3）相连，第二入口（10）和第三入口（11）通过直管与大流道（3）相连。

5.根据权利要求4所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

第一出口（19）与第二出口（18）的横截面面积之比为0.25~1。

6.根据权利要求5所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

小流道出口腔（20）位于小流道（2）的中间位置且垂直于小流道（2），大流道出口腔（21）位于大流道（3）的中间位置且垂直于大流道（3）。

7.根据权利要求6所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述隔板（9）的两端呈弧形，并分别延伸穿过第一弧形通道（4）和第二弧形通道（16）到达第一入口（7）和第四入口（13）的附近。

8.根据权利要求7所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

在大流道出口腔（21）的内侧壁面上设有第三转轴（17），第三阀门（22）与第三转轴（17）连接并可围绕第三转轴（17）旋转，第三阀门（22）的极限位置分别为大流道出口腔（21）的内侧壁面和隔板（9）。

9.根据权利要求8所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述隔板（9）上靠近第一入口（7）的端部位置安装有第一转轴（5），第一阀门（6）与第一转轴（5）转动连接，第一阀门（6）的一个极限位置为大流道（3）靠近第一入口（7）的第一内侧壁（8），第一阀门（6）的另一个极限位置为第一阀门（6）平行于第一内侧壁（8）时的位置。

10.根据权利要求9所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述隔板（9）上靠近第四入口（13）的另一端端部位置安装有第二转轴（15），第二阀门（14）与第二转轴（15）转动连接，第二阀门（14）的一个极限位置为大流道（3）靠近第四入口（13）的第二内侧壁（12），第二阀门（14）的另一个极限位置为第二阀门（14）平行于第二内侧壁（12）时的位置，第二阀门（14）控制第四入口（13）与大流道（3）的连通与断开。

11.根据权利要求10所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述隔板（9）上在靠近第二入口（10）和第三入口（11）的位置分别设有通孔（23），通孔（23）使得小流道（2）和大流道（3）相互连通。

12.根据权利要求11所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述小流道（2）和大流道（3）垂直于流向截面的轮廓线均由两个半圆和两条直线相间连接而组成。

13.根据权利要求6所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：隔板（9）截面呈直条状，隔板（9）的两端分别位于第一弧形通道（4）和第二弧形通道（16）远离第一入口（7）和第四入口（13）的尾部。

14.根据权利要求13所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

第一阀门（6）安装在第一弧形通道（4）内远离第一入口（7）的尾部处，大流道（3）的第一内侧壁（8）上安装有第一转轴（5），第一阀门（6）与第一转轴（5）连接并可围绕第一转轴（5）旋转；

第一阀门（6）的一个极限位置为第一内侧壁（8），第一阀门（6）的另一个极限位置为隔板（9）。

15.根据权利要求14所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

第二阀门（14）安装在第二弧形通道（16）内远离第四入口（13）的尾部处，大流道（3）的第二内侧壁（12）上安装有第二转轴（15），第二阀门（14）与第二转轴（15）连接并可围绕第二转轴（15）旋转；

第二阀门（14）的一个极限位置为第二内侧壁（12），第二阀门（14）的另一个极限位置为隔板（9）。

16.根据权利要求15所述的一种带三个阀门的双层流道可变排气歧管，其特征在于：

所述小流道（2）和大流道（3）垂直于流向截面的轮廓线由圆弧曲线和直线过渡连接而组成。

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