CN217813655U - 一种分层集成排气歧管及发动机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分层集成排气歧管及发动机系统，涉及发动机技术领域，所述分层集成排气歧管包括上层排气歧管和下层排气歧管，上层排气歧管包括多个第一排气支管，各第一排气支管的一端分别用于与各气缸上的第一排气口连通，各第一排气支管的另一端汇聚于第一出气口，第一出气口用于连接到涡轮增压器的涡轮的出气端，下层排气歧管包括多个第二排气支管，各第二排气支管的一端分别用于与各气缸上的第二排气口连通，各第二排气支管的另一端汇聚于第二出气口，第二出气口用于连接到涡轮的进气端。本实用新型的分层集成排气歧管，能够提高发动机的热效率。

Description

一种分层集成排气歧管及发动机系统

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种分层集成排气歧管及发动机系统。

背景技术

随着环保意识的增强以及国内外排放要求的越来越严格，各大发动机厂商都以提高发动机热效率，降低排放为目标。发动机燃烧室产生的高温气体通过排气歧管排出，排气歧管的结构设计对发动机的性能具有重大影响。现有集成排气歧管将各个气缸的排气汇到一个出气口排出，气缸内残余废气较多，缸内温度较高，在废气排出的过程中和在排气门处造成较大的热量损失，发动机的热效率往往比较低。

实用新型内容

本实用新型旨解决现有集成排气歧管无法有效排出发动机气缸内残余废气，发动机热效率低的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样的：

一种分层集成排气歧管，包括上层排气歧管和下层排气歧管，所述上层排气歧管包括多个第一排气支管，各所述第一排气支管的一端分别用于与各气缸上的第一排气口连通，各所述第一排气支管的另一端汇聚于第一出气口，所述第一出气口用于连接到涡轮增压器的涡轮的出气端，所述下层排气歧管包括多个第二排气支管，各所述第二排气支管的一端分别用于与各所述气缸上的第二排气口连通，各所述第二排气支管的另一端汇聚于第二出气口，所述第二出气口用于连接到所述涡轮的进气端。

本实用新型所述的分层集成排气歧管，以应用到四气门多缸发动机上为例，每个气缸包括两个排气口，分别为第一排气口和第二排气口，各缸的第二排气口经第二排气支管汇聚于第二出气口，第二出气口连通道涡轮的进气端，这部分废气能够推动涡轮增压器的涡轮做功，加压后再进入气缸内部，增加发动机的做功能力，保证能量利用率；在此基础上，各气缸的第一排气口经第一排气支管汇聚于第一出气口，第一出气口连通到涡轮的出气端，上层排气歧管内废气不用进入涡轮推动其做功，排气背压降低，各气缸内的废气能够有效地排出，减少缸内残余废气，降低缸内温度，有利于缸内燃烧，减少热量损失，增加EGR(再循环废气)，提高发动机的热效率。

可选地，所述第一出气口的横截面积大于所述第一排气支管远离所述第一出气口一端的横截面积。

可选地，所述第一出气口的横截面积与所述第一排气支管远离所述第一出气口一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

可选地，所述第二出气口的横截面积大于所述第二排气支管远离所述第二出气口一端的横截面积。

可选地，所述第二出气口的横截面积与所述第二排气支管远离所述第二出气口一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

可选地，该分层集成排气歧管还包括第一排气门和第二排气门，所述第一排气门设于所述第一排气支管与所述第一排气口的连接处，所述第二排气门设于述第二排气支管与所述第二排气口的连接处，所述第二排气门的升程大于所述第一排气门的升程。

本实用新型的另一目的是提供一种发动机系统，包括气缸和上述的分层集成排气歧管，所述分层集成排气歧管的第一排气支管与所述气缸的第一排气口连通，所述分层集成排气歧管的第二排气支管与所述气缸的第二排气口连通。所述发动机系统相较于现有技术所具有的优势与上述分层集成排气歧管相同，在此不再重复说明。

可选地，该发动机系统还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮和压缩机，所述分层集成排气歧管的第一出气口经管路与所述压缩机的进气端连通，所述压缩机的出气端与所述气缸上的进气口连通，所述分层集成排气歧管的第二出气口经所述涡轮连接到所述压缩机的进气端。

可选地，该发动机系统还包括催化器，所述催化器设于所述涡轮的出气端。

可选地，该发动机系统还包括中冷器，所述中冷器设于所述压缩机的进气端和/或所述压缩机的出气端。

附图说明

图1为本实用新型实施例的分层集成排气歧管与气缸的安装结构示意图；

图2为本实用新型实施例的分层集成排气歧管的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的分层集成排气歧管另一视角的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的发动机系统的原理图。

附图标记说明：

1、第一排气支管；2、第二排气支管；3、第一出气口；4、第二出气口；5、第一排气门；6、第二排气门；7、气缸；71、第一排气口；72、第二排气口；73、进气口；81、涡轮；82、压缩机；9、催化器；10、中冷器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本实用新型的限制。

这里，常见的汽车发动机一般是三缸、四缸，其中每个气缸有4个气门，两个进气口，两个排气口。现有将发动机各气缸排气口通过排气歧管汇聚到一个出气口，并排出至涡轮增压器的涡轮的进气端，推动涡轮做功，经压缩之后再回到气缸上的进气口，虽然一定程度上实现了能源的循环利用，但是由于所有的废气都是从一个出气口排出，且要推动涡轮做功，背压大，不能有效将缸内废气排出，缸内残余的废气较多，不利于缸内燃烧，热效率低。

需要说明的是，图4中的虚线表示上层排气歧管，箭头表示气体流动方向。

如图1-4所示，本实用新型实施例的一种分层集成排气歧管，包括上层排气歧管和下层排气歧管，所述上层排气歧管包括多个第一排气支管1，各所述第一排气支管1的一端分别用于与各气缸7上的第一排气口71连通，各所述第一排气支管1的另一端汇聚于第一出气口3，所述第一出气口3用于连接到涡轮增压器的涡轮81的出气端，所述下层排气歧管包括多个第二排气支管2，各所述第二排气支管2的一端分别用于与各所述气缸7上的第二排气口72连通，各所述第二排气支管2的另一端汇聚于第二出气口4，所述第二出气口4用于连接到所述涡轮81的进气端。

在本实施例中，所述分层集成排气歧管可用于三缸四气门发动机或四缸四气门发动机上。以三缸为例，所述第一排气支管1设有三根，所述第二排气支管2也设有三根，分别与三个气缸7上的三个第一排气口71、三个第二排气口72连接，各第一排气支管1及第二排气支管2的走向可根据布置需要灵活设计。

这里，将每个气缸的气缸7上的第一排气口71通过上层排气歧管汇聚于第一出气口3，每个气缸7上的第二排气口72通过下层排气歧管汇聚于第二出气口4，使得各缸内的废气能够从第一排气口71、第二排气口72排出。第一排气口71排出的气体到涡轮81的出气端，未经过涡轮81，不用推动涡轮做功，排气背压低，排气效率高，能将缸内残余的废气全部排出，降低缸内温度，有利于缸内燃料燃烧，减少热量损失，增加EGR，使得发动机热效率高达40％以上；第二排气口72排出的那部分气体从涡轮增压器的涡轮81进气端进入，推动涡轮81做功后并从涡轮81出气端排出，与第一排气口71排出的气体一起被涡轮增压器的压缩机压缩，再次从气缸7上的进气口73进入气缸内部，循环利用，同时增加了进气压，提高了发动机的做功能力。

相较于气缸上所有排气口均通过一层集成排气歧管连接的，本实用新型上层排气歧管与下层排气歧管独立设置，分开排气，上层排气歧管、下层排气歧管分别位于两个不同的面内，排气支管(包括第一排气支管与第二排气支管)有更大的优化空间，排气支管的横截面积与走向设计更加灵活。

上层排气歧管与下层排气歧管内的流量分开计算，其每层排气歧管内的流量计算可根据以下公式：

其中，d_v表示排气支管靠近气缸一端的管径，ρ表示空气密度，z表示气缸上的排气口数，ΔP表示排气歧管两端的压差。本实用新型分层集成排气歧管中，每层排气歧管只与气缸上的一个排气口连接，故Z取1；现有不分层的，气缸上的两个排气口通过一层集成排气歧管连接在一起，这种情况下Z取2。

可选地，所述第一出气口3的横截面积大于所述第一排气支管1远离所述第一出气口3一端的横截面积。

在本实施例中，记第一排气支管1与气缸7上的第一排气口71连接的一端为第一排气支管1的进气端，第一出气口3的横截面尺寸大于所述第一排气支管1进气端的横截面尺寸，是因为有多个第一排气支管1，各第一排气支管1的进气端分别与各个气缸7上的第一排气口71连接，也即多个第一排气口71排出的废气最终汇聚，并从第一出气口3排出，所以第一出气口3的截面尺寸应该大于单个第一排气支管1进气端的截面尺寸，确保排气的流畅性。

可选地，所述第一出气口3的横截面积与所述第一排气支管1远离所述第一出气口3一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

在本实施例中，第一出气口3的横截面积与第一排气支管1进气端的横截面积的比值对发动机的性能有重要影响，要求在1.1-1.9较为合适，这个比值过大，也即第一出气口3的横截面积过大，排气动能比较小，不利于缸内废气排出；相反地，比值过小，则会致使排气不顺畅。其中，第一出气口3的横截面积在420-750mm²之间。

可选地，所述第二出气口4的横截面积大于所述第二排气支管2远离所述第二出气口4一端的横截面积。

在本实施例中，记第二排气支管2与气缸7上的第二排气口72连接的一端为第二排气支管2的进气端，所述第二出气口4的横截面尺寸大于所述第二排气支管2进气端的横截面尺寸，是因为有多个第二排气支管2，各第二排气支管2的进气端分别与各个气缸7上的第二排气口72连接，也即多个第二排气口72排出的废气最终汇聚，并从第二出气口4排出，所以第二出气口4的截面尺寸应该大于单个第二排气支管2进气端的截面尺寸，确保排气的流畅性。

可选地，所述第二出气口4的横截面积与所述第二排气支管2远离所述第二出气口4一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

在本实施例中，第一出气口3的横截面积与第一排气支管1进气端的横截面积的比值对发动机的性能有重要影响，要求在1.1-1.9较为合适，这个比值过大，也即第一出气口3的横截面积过大，排气动能比较小，不利于推动涡轮增压器的涡轮81做功；相反地，比值过小，则会致使排气不顺畅。其中，第二出气口4的横截面积在420-750mm²之间。

这里，需要说明的是，下层排气歧管的第二出气口4的横截面积与第二排气支管2进气端横截面积的比值与上层排气歧管的第一出气口3的横截面积与第一排气支管1进气端横截面积的比值没有关联性，二者可相同，可不同。

如图1-3所示，可选地，该分层集成排气歧管还包括第一排气门5和第二排气门6，所述第一排气门5设于所述第一排气支管1与所述第一排气口71的连接处，所述第二排气门6设于述第二排气支管2与所述第二排气口72的连接处，所述第二排气门6的升程大于所述第一排气门5的升程。

在本实施例中，第一排气门5用于控制气缸内废气从第一排气口71排出，第一排气门5的升程也即开度，用于控制从第一排气口71排出的废气量的多少。

从第二出气口4排出的废气要推动涡轮增压机的涡轮81做功，这就要求第二排气门6的开度要大一些，第二排气支管2排出的废气量多，在此前提下，再尽可能降低第一排气支管1内的排气背压，一般地，从第二出气口4排出的废气体积占到75％左右，从第一出气口3排出的废气体积占比在25％左右，减少或完全排出缸内残余废气，改善气缸内的燃烧状况，使最佳热效率工况向大负荷转移，进而使用更大比例的EGR率，最终实现更高的发动机热效率。

如图4所示，本实用新型另一实施例提供一种发动机系统，包括气缸7和上述的分层集成排气歧管，所述分层集成排气歧管的第一排气支管1与所述气缸7的第一排气口71连通，所述分层集成排气歧管的第二排气支管2与所述气缸7的第二排气口72连通。本实施例所述发动机系统相较于现有技术所具有的优势与上述分层集成排气歧管相同，不再赘述。

如图4所示，可选地，该发动机系统还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括同轴设置的涡轮81和压缩机82，所述分层集成排气歧管的第一出气口3经管路与所述压缩机82的进气端连通，所述压缩机82的出气端与所述气缸7上的进气口73连通，所述分层集成排气歧管的第二出气口4经所述涡轮81连接到所述压缩机82的进气端。

在本实施例中，涡轮叶轮与压缩机叶轮同轴设置，二者通过连接轴连接，从第二出气口4排出的气体推动涡轮叶轮做功，进而带动压缩机叶轮转动，第二出气口4排出的气体经涡轮81后与第一出气口3排出的气体一起被送到压缩机，气体经压缩后再从气缸7上的进气口73进入气缸，实现资源的循环利用。

这里，涡轮81一侧可设置旁通阀，从第二出气口4排出的气体有部分推动涡轮81做功，有部分直接从旁通阀到达压缩机82的进气端。

如图4所示，可选地，该发动机系统还包括催化器9，所述催化器9设于所述涡轮81的出气端。

在本实施例中，第一出气口3和第二出气口4排出的废气中含有有害物质，在涡轮81出气端设置催化器9，通过催化器9将废气净化之后，再送入压缩机82压缩，之后进入气缸循环利用。

如图4所示，可选地，该发动机系统还包括中冷器10，所述中冷器10设于所述压缩机82的进气端和/或所述压缩机82的出气端。

在本实施例中，所述中冷器10用于降低涡轮增压器增压后的高温气体的温度，降低发动机的热负荷，提高进气量，提高发动机的功率。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分层集成排气歧管，其特征在于，包括上层排气歧管和下层排气歧管，所述上层排气歧管包括多个第一排气支管(1)，各所述第一排气支管(1)的一端分别用于与各气缸(7)上的第一排气口(71)连通，各所述第一排气支管(1)的另一端汇聚于第一出气口(3)，所述第一出气口(3)用于连接到涡轮增压器的涡轮(81)的出气端，所述下层排气歧管包括多个第二排气支管(2)，各所述第二排气支管(2)的一端分别用于与各所述气缸(7)上的第二排气口(72)连通，各所述第二排气支管(2)的另一端汇聚于第二出气口(4)，所述第二出气口(4)用于连接到所述涡轮(81)的进气端。

2.根据权利要求1所述的分层集成排气歧管，其特征在于，所述第一出气口(3)的横截面积大于所述第一排气支管(1)远离所述第一出气口(3)一端的横截面积。

3.根据权利要求2所述的分层集成排气歧管，其特征在于，所述第一出气口(3)的横截面积与所述第一排气支管(1)远离所述第一出气口(3)一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

4.根据权利要求1所述的分层集成排气歧管，其特征在于，所述第二出气口(4)的横截面积大于所述第二排气支管(2)远离所述第二出气口(4)一端的横截面积。

5.根据权利要求4所述的分层集成排气歧管，其特征在于，所述第二出气口(4)的横截面积与所述第二排气支管(2)远离所述第二出气口(4)一端的横截面积的比值范围在1.1-1.9。

6.根据权利要求1所述的分层集成排气歧管，其特征在于，还包括第一排气门(5)和第二排气门(6)，所述第一排气门(5)设于所述第一排气支管(1)与所述第一排气口(71)的连接处，所述第二排气门(6)设于述第二排气支管(2)与所述第二排气口(72)的连接处，所述第二排气门(6)的升程大于所述第一排气门(5)的升程。

7.一种发动机系统，其特征在于，包括气缸(7)和如权利要求1-6任一项所述的分层集成排气歧管，所述分层集成排气歧管的第一排气支管(1)与所述气缸(7)的第一排气口(71)连通，所述分层集成排气歧管的第二排气支管(2)与所述气缸(7)的第二排气口(72)连通。

8.根据权利要求7所述的发动机系统，其特征在于，还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮(81)和压缩机(82)，所述分层集成排气歧管的第一出气口(3)经管路与所述压缩机(82)的进气端连通，所述压缩机(82)的出气端与所述气缸(7)上的进气口(73)连通，所述分层集成排气歧管的第二出气口(4)经所述涡轮(81)连接到所述压缩机(82)的进气端。

9.根据权利要求8所述的发动机系统，其特征在于，还包括催化器(9)，所述催化器(9)设于所述涡轮(81)的出气端。

10.根据权利要求9所述的发动机系统，其特征在于，还包括中冷器(10)，所述中冷器(10)设于所述压缩机(82)的进气端和/或所述压缩机(82)的出气端。

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