CN209523797U - 发动机排气管、发动机以及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种发动机排气管、发动机以及车辆，发动机排气管包括排气主管(1)、排气支管(2)、调节阀(3)、涡轮(4)以及发电装置(5)，调节阀(3)设置在排气主管(1)内，排气支管(2)旁接于排气主管(1)，排气支管(2)的进气端与排气主管(1)连通，且排气支管(2)的进气端位于排气主管(1)的进气端与调节阀(3)之间，涡轮(4)可转动地安装在排气支管(2)内，涡轮(4)与发电装置(5)连接，以使发电装置(5)将涡轮(4)的机械能转化为电能。这样，当调节阀关闭时，气体流入排气支管并带动涡轮转动，从而将气体的能量通过发电装置转化为电能，实现排气制动过程中负压能量的有效收集和利用。

Description

发动机排气管、发动机以及车辆

技术领域

本公开涉及发动机制造技术领域，具体地，涉及一种发动机排气管、使用该发动机排气管的发动机、以及使用该发动机的车辆。

背景技术

行车制动(刹车)是车辆最重要的功能之一，为了提高行车制动的效果，降低蹄片(碟片)磨损及蹄片连续制动过热导致的行车安全风险，在大型柴油机车辆上，在采用主制动器的同时，通常还附加有排气制动控制，两者一主一副配合使用，从而达到减慢车速的目的。

在排气制动的过程中，排气管内的调节阀关闭，堵住排气歧管，使排气歧管内的压力升高，此时，喷油嘴将停止喷油，发动机活塞压缩排气歧管内的高压空气，不断消耗车辆行驶的动能，从而利用排气歧管内的负压达到减慢车速的目的。在排气制动时，调节阀并不是完全关闭的，也就是说，排气歧管并不是完全地被堵住的，调节阀的开度很小，以允许少量高压气体通过，从而避免排气歧管完全被堵住而导致发动机熄火，该少量高压气体直接排至大气中，导致了负压能量的浪费。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种发动机排气管、使用该发动机排气管的发动机、以及使用该发动机的车辆，该发动机排气管能够有效地收集和利用排气制动过程中产生的负压能量，避免能量的浪费。

为了实现上述目的，本公开提供一种发动机排气管，包括排气主管、排气支管、调节阀、涡轮以及发电装置，所述调节阀设置在所述排气主管内，所述排气支管旁接于所述排气主管，所述排气支管的进气端与所述排气主管连通，且所述排气支管的进气端位于所述排气主管的进气端与所述调节阀之间，所述涡轮可转动地安装在所述排气支管内，所述涡轮与所述发电装置连接，以使所述发电装置将所述涡轮的机械能转化为电能。

可选地，所述排气支管的横截面面积小于所述排气主管的横截面面积。

可选地，所述排气支管的横截面面积沿气体流动方向逐渐减小。

可选地，所述排气支管的出气端与所述排气主管连通，且所述排气支管的出气端位于所述调节阀与所述排气主管的出气端之间。

可选地，所述涡轮包括涡轮轴和设置在所述涡轮轴上的多个叶片，所述多个叶片沿所述涡轮轴的周向间隔设置，所述发电装置包括输入轴，所述涡轮轴的一端与所述输入轴连接。

可选地，所述排气支管内形成有用于容纳所述涡轮的涡轮腔，所述涡轮腔向外凸出于所述排气支管。

可选地，所述发电装置还包括壳体、以及设置在所述壳体内的转子和定子，所述转子固定在所述输入轴远离所述涡轮的一端上，所述定子设置在所述转子的外侧，所述定子上饶设有线圈。

可选地，所述调节阀为蝶阀，所述调节阀包括圆盘形碟板和用于控制所述圆盘形碟板转动的阀杆，当所述调节阀关闭时，所述圆盘形碟板的外周面与所述排气主管的内壁贴合，所述阀杆用于与调节阀操纵装置连接。

通过上述技术方案，与现有技术中将排气制动过程产生的高压气体直接排空的技术方案相比，在本公开中，由于排气支管与排气主管连通，调节阀在排气制动时是可以完全关闭的，从而通过排气支管来导通高压气体，这样，一方面可以防止发动机在排气制动时熄火，另一方面，由于排气支管中设置有涡轮，且涡轮与发电装置连接，当气体在排气支管中流动时，气体可以带动涡轮转动，以使涡轮将气体流动时产生的能量转化为机械能传递给发电装置，进而产生电能，实现排气制动过程中负压能量的有效收集和利用，避免能量的浪费。

根据本公开的另一个方面，提供一种发电机，包括上述的发动机排气管。

根据本公开的再一个方面，提供一种车辆，包括上述的发动机。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式提供的发动机排气管的半剖式立体结构示意图；

图2是本公开示例性实施方式提供的发电装置和涡轮的半剖式立体结构示意图。

附图标记说明

1 排气主管 2 排气支管

3 调节阀 31 圆盘形碟板

32 阀杆 4 涡轮

41 涡轮轴 42 叶片

5 发电装置 51 输入轴

52 壳体 53 转子

54 定子 6 涡轮腔

7 调节阀操纵装置

A 气体流动方向

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相应结构轮廓的内外。

如图1至图2所示，本公开提供一种发动机排气管，该发动机排气管的进气端用于与发动机排气歧管的出气端相连，该发动机排气管包括排气主管1、排气支管2、调节阀3、涡轮4以及发电装置5，调节阀3设置在排气主管1内，排气支管2旁接于排气主管1，排气支管2的进气端与排气主管1连通，且排气支管2的进气端位于排气主管1的进气端与调节阀3之间，当车辆处于排气制动工况时，调节阀3完全关闭，以使发动机排出的气体无法从排气主管1的进气端流向排气主管1的出气端，此时，高压气体从排气主管1通过排气支管2的进气端流入排气支管2内；当车辆未处于排气制动工况时，调节阀3完全打开，气体在排气主管1和排气支管2内流动。上述涡轮4可转动地安装在排气支管2内，涡轮4与发电装置5连接，当气体在排气支管2中流动时，涡轮4在气流和气压的作用下转动，将气体流动时产生的能量转化为机械能传递给发电装置5，以使发电装置5将涡轮4转动的机械能转化为电能，该电能可以储存在车辆的蓄电池或动力电池中，或直接向车辆上的用电设备供电。

通过上述技术方案，与现有技术中将排气制动过程产生的高压气体直接排空的技术方案相比，在本公开中，由于排气支管2与排气主管1连通，调节阀3在排气制动时是可以完全关闭的，从而通过排气支管2来导通高压气体，这样，一方面可以防止发动机在排气制动时熄火，另一方面，由于排气支管2中设置有涡轮4，且涡轮4与发电装置5连接，当气体在排气支管2中流动时，气体可以带动涡轮4转动，以使涡轮4将气体流动时产生的能量转化为机械能传递给发电装置5，进而产生电能，实现排气制动过程中负压能量的有效收集和利用，避免能量的浪费。

进一步地，为了使排气主管1能够在车辆处于非排气制动状态时起到主要的通流作用，在本公开提供的一种实施方式中，排气支管2的横截面面积小于排气主管1的横截面面积。由于排气支管2中布置有涡轮4，当车辆处于非排气制动状态时，若大量气体通过排气支管2排出会使发动机的排气阻力增加，影响发动机的正常工作，因此，使排气支管2的横截面面积小于排气主管1的横截面面积，可以使大部分的气体通过排气主管1排出，减少排气支管2中的气体流量，从而降低发动机的排气阻力，减小涡轮4对发动机排气的影响。

进一步地，排气支管2的横截面面积沿气体流动方向A逐渐减小，即，排气支管2的横截面面积从排气支管2的进气端到排气支管2的出气端逐渐减小，由于气体的流速和压力与排气支管2的横截面面积成反比，排气支管2的横截面面积越小，气体的流速和压力越大，因此，使气支管的横截面面积沿气体流动方向A逐渐减小，可以使气体的流速和压力逐渐增大，从而增加涡轮4的切向压力，提高涡轮4的转速，这样，能够进一步地提高气体能量的利用率，提高发电装置5的发电效率。

此外，如图1所示，在本公开提供的一种实施方式中，排气支管2的出气端与排气主管1连通，且排气支管2的出气端位于调节阀3与排气主管1的出气端之间，换言之，排气支管2排出的气体通过排气主管1的出气端排出，由于排气主管1的出气端处通常设置有消声器，使排气支管2中的气体通过排气主管1排出，可以降低噪音的产生，提高车辆的NVH性能。在其他实施方式中，排气支管2的出气端也可以直接与大气连通，将气体直接排到大气中。

如图1和图2所示，回到涡轮4，为了使涡轮4转动，在本公开提供的一种示例性实施方式中，涡轮4可以包括涡轮轴41和设置在涡轮轴41上的多个叶片42，多个叶片42沿涡轮轴41的周向间隔设置，叶片42可以焊接在涡轮轴41上，或者与涡轮轴41一体成型制造，涡轮轴41的两端可以通过轴承安装在排气支管2上，从而使涡轮轴41可转动地安装在排气支管2内。发电装置5包括输入轴51，发电装置5位于排气支管2的外侧，涡轮轴41的一端与输入轴51连接，以使涡轮轴41与输入轴51可以同步转动，从而将涡轮4转动的机械能通过输入轴51输入发电装置5，使发电装置5将该机械能转化为电能。涡轮轴41可以与输入轴51通过焊接的方式固定，以确保涡轮轴41能够与输入轴51同步转动。

进一步地，为了便于涡轮4的布置，排气支管2内形成有用于容纳涡轮4的涡轮腔6，涡轮腔6向外凸出于排气支管2。由于涡轮4包括涡轮轴41和沿涡轮轴41的径向延伸的叶片42，设置涡轮腔6，并使涡轮腔6向外凸出于排气支管2一方面可以更加便于叶片42的布置，防止叶片42与排气支管2发生机械干涉，另一方面可以允许选用尺寸更大的叶片42，从而提高涡轮4的转速和能量的转化效率。

如图2所示，回到发电装置5，发电装置5可以通过多种实施方式实现机械能到电能的转化，在本公开提供的一种实施方式中，发电装置5为永磁式发电装置5，具体地，发电装置5还包括壳体52、以及设置在壳体52内的转子53和定子54，转子53固定在输入轴51远离涡轮4的一端上，定子54设置在转子53的外侧，定子上饶设有线圈。这里，转子53可以为永磁式转子，以产生磁场。基于电磁感应定律，当转子53转动时，定子54与转子53发生相对运动，定子54上饶设的线圈在转子产生的磁场中切割磁力线，产生感应电流和感应电动势，进而产生能够对外输出的电能，该电能可以经过电压调节器(未示出)调节电压后，直接向车辆上的用电设备供电，或者储存在蓄电池或动力电池中，从而实现排气制动过程中能量的转化，避免能量的浪费。

另外，在本公开提供的一种实施方式中，上述调节阀3为蝶阀，调节阀3包括圆盘形碟板31和用于控制该圆盘形碟板31转动的阀杆32，当调节阀3关闭时，圆盘形碟板31的外周面与排气主管1的内壁贴合，阀杆32用于与调节阀操纵装置7连接。这样，当调节阀3关闭时，即圆盘形碟板31与排气主管1的轴线垂直时，圆盘形碟板31能完全截断排气主管1中的气体，使气体在排气支管2中流动，从而提高气体利用率，进而提高发电效率。调节阀操纵装置7用于驱动阀杆32旋转，从而使阀杆32带动圆盘形碟板31旋转，实现调节阀3的打开和关闭。

根据本公开的另一个方面，提供一种发动机，包括上述的发动机排气管。

根据本公开的再一个方面，提供一种车辆，包括上述的发动机。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种发动机排气管，其特征在于，包括排气主管(1)、排气支管(2)、调节阀(3)、涡轮(4)以及发电装置(5)，所述调节阀(3)设置在所述排气主管(1)内，所述排气支管(2)旁接于所述排气主管(1)，所述排气支管(2)的进气端与所述排气主管(1)连通，且所述排气支管(2)的进气端位于所述排气主管(1)的进气端与所述调节阀(3)之间，所述涡轮(4)可转动地安装在所述排气支管(2)内，所述涡轮(4)与所述发电装置(5)连接，以使所述发电装置(5)将所述涡轮(4)的机械能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的发动机排气管，其特征在于，所述排气支管(2)的横截面面积小于所述排气主管(1)的横截面面积。

3.根据权利要求1所述的发动机排气管，其特征在于，所述排气支管(2)的横截面面积沿气体流动方向(A)逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的发动机排气管，其特征在于，所述排气支管(2)的出气端与所述排气主管(1)连通，且所述排气支管(2)的出气端位于所述调节阀(3)与所述排气主管(1)的出气端之间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的发动机排气管，其特征在于，所述涡轮(4)包括涡轮轴(41)和设置在所述涡轮轴(41)上的多个叶片(42)，所述多个叶片(42)沿所述涡轮轴(41)的周向间隔设置，所述发电装置(5)包括输入轴(51)，所述涡轮轴(41)的一端与所述输入轴(51)连接。

6.根据权利要求5所述的发动机排气管，其特征在于，所述排气支管(2)内形成有用于容纳所述涡轮(4)的涡轮腔(6)，所述涡轮腔(6)向外凸出于所述排气支管(2)。

7.根据权利要求5所述的发动机排气管，其特征在于，所述发电装置(5)还包括壳体(52)、以及设置在所述壳体(52)内的转子(53)和定子(54)，所述转子(53)固定在所述输入轴(51)远离所述涡轮(4)的一端上，所述定子(54)设置在所述转子(53)的外侧，所述定子(54)上饶设有线圈。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的发动机排气管，其特征在于，所述调节阀(3)为蝶阀，所述调节阀(3)包括圆盘形碟板(31)和用于控制所述圆盘形碟板(31)转动的阀杆(32)，当所述调节阀(3)关闭时，所述圆盘形碟板(31)的外周面与所述排气主管(1)的内壁贴合，所述阀杆(32)用于与调节阀操纵装置(7)连接。

9.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的发动机排气管。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的发动机。