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CN109184882B - 一种增压发动机排气歧管 - Google Patents

一种增压发动机排气歧管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增压发动机排气歧管，该排气歧管第一排气歧管下部和第二排气歧管下部之间存在第一收敛部，并在第一收敛部的下方合并为第一合并部；第三排气歧管下部和第四排气歧管下部之间存在第二收敛部，并在第二收敛部的下方合并为第二合并部；第一合并部与第二合并部延伸到第三收敛部，并在第三收敛部的下方合并为第三合并部；第三合并部下方的排气总管通过出口法兰与增压器连通。本发明应用于4缸、发火顺序为1‑3‑4‑2的增压汽油发动机上，排气流速和排气压力波峰值高，扫气充分，降低了相邻发火顺序的两缸之间的排气干扰，缸内废气质量明显减少，燃烧状态得到了显著改善，低速全负荷点火角可提前2～4°CA。

Description

一种增压发动机排气歧管
技术领域
本发明涉及一种发动机排气歧管，更具体来讲，本发明涉及发动机排气歧管的新型改进方案，其中的排气歧管用于一种直列四缸增压发动机。
背景技术
传统直列4缸发动机采用四合一排气歧管缸间排气存在相互干扰，比如第一缸排气会影响相邻的第三缸的排气过程，导致第三缸内废气质量增加，导致尤其是低速全负荷及附近工况燃烧恶化，或者导致爆震燃烧，必须通过燃料加浓或者推迟点火角等措施予以控制，影响发动机动力性和经济性。在排气能量利用方面，通过优化设计管长，降低能量损失，以及通过可变结构来调整排气动能，改善增压器性能，进而改善发动机性能方面未见相关专利文献提及。发明专利“内燃机排气歧管”(专利号200410097981.2)提供一种改进的排气歧管，其既能使气缸的排气道实现等长，又能缩短气缸排气道的长度，还能降低自身的压力损失。发明专利“发动机的带有催化器的排气管结构”(专利号201480002389.1)和实用新型专利“一种发动机排气管结构”(专利号201120497128.5)公开的结构主要围绕提高设置于发动机附近的催化转化器的性能。上述专利主要针对提高自然吸气发动机的排气流通能力和加快催化器的起燃速度，提升尾气净化能力，对于增压发动机，利用排气压力波改善扫气，缩短排气管长度增加排气能量，改善燃烧，增加动力性方面并未涉及。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种增压发动机排气歧管，该排气歧管在降低相邻发火顺序的两缸之间的排气干扰的同时能够提高排气压力波峰值，从而使扫气更加充分。
为了解决上述技术问题，本发明的增压发动机排气歧管包括第一、第二、第三、第四排气歧管，A入口法兰，B入口法兰，出口法兰，排气总管；第一排气歧管和第二排气歧管通过A入口法兰连接到缸盖并分别与发动机气缸的第一缸和第二缸排气道出口连通；第三排气歧管和第四排气歧管通过B入口法兰连接到缸盖并分别与发动机气缸的第三缸、第四缸排气道出口连通；第一排气歧管下部和第二排气歧管下部之间存在第一收敛部，在第一收敛部的下方第一排气歧管和第二排气歧管合并为第一合并部，第三排气歧管下部和第四排气歧管下部之间存在第二收敛部，在第二收敛部的下方第三排气歧管和第四排气歧管合并为第二合并部；第一合并部与第二合并部延伸到靠近第三收敛部；在第三收敛部的下方第一合并部与第二合并部合并为第三合并部；第三合并部的下方部位为排气总管，排气总管通过出口法兰与增压器连通。
所述的第一、第二、第三、第四排气歧管是流通面积逐渐缩小的渐缩管。
所述的第一、第二、第三、第四排气歧管的流通截面形状由最初的圆形渐变为方形。
所述的第一收敛部的收敛角a1和第二收敛部的收敛角a2小于20°。
所述的第一排气歧管在第一收敛部底端处的流通面积与A入口法兰处的流通面积的比值范围为0.85～1.0；其他排气歧管与第一排气歧管相同。
所述的第三收敛部的收敛角a3小于15°。
所述的第一合并部在第三收敛部底端与顶端处的流通面积的比值范围为0.70～0.95，第二合并部与第一合并部相同。
所述的第一、第二、第三、第四排气歧管对应的长度分别为a、b、c、d；第一合并部和第二合并部对应的长度分别为e、f；第三合并部与排气总管的长度之和为g；b+e+g＝c+f+g、a+e+g＝d+f+g，排气通道总长度L＝b+e+g＝250～370mm。
进一步，本发明还包括导向隔板，容积控制蝶阀；导向隔板位于排气总管内，将排气总管内部空间分割为低流量通道和辅助通道，容积控制蝶阀安装在辅助通道内，低流量时容积控制蝶阀关闭，排气流量逐渐增大时逐步打开容积控制蝶阀至辅助通道全开。
所述排气通道对应于第三合并部与排气总管部位的前侧管壁向前倾斜，倾角a5为20～25°，且排气通道对应于第三收敛部部位的后侧管壁呈向后凸起的圆弧形过渡区；导向隔板的长度为30～45mm，倾角a4为20～35°；容积控制蝶阀为方形蝶阀，旋转角度范围为0～110°，可调最大流通面积为第一排气歧管排气道出口面积。
发明效果
本发明涉及的排气歧管应用于4缸、发火顺序为1-3-4-2的增压汽油发动机上，该排气歧管在各缸排气管之间增加了收敛部，缩小了流通面积，形成了喷嘴效果，排气流速更高，排气压力波峰值更高，扫气时，进气压力和排气压力波之间的压差更大，扫气更加充分，由于排气歧管的排列方式为1、2缸和3、4缸首先分别合并，加之排气惯性增加，降低了相邻发火顺序的两缸之间的排气干扰，缸内废气质量明显减少，燃烧状态显著改善，低速全负荷点火角可提前2～4℃A。优化后的排气管长度变短，减少了散热，部分负荷涡轮入口温度提高5℃～15℃，增加了排气能量。同时，在排气歧管末端增加了导向隔板和控制流通面积的蝶阀，导向隔板和蝶阀配合使用，用于控制排气流动性，为增压器提供足够的能量，改善其低负荷响应性，进气压力与传统结构相比有所提升，增强了发动机低速动力性。排气流量小时，蝶阀关闭，排气从导向隔板上方低流量通道内排出，由于“喷嘴”效应，使得排气动能比传统结构的排气歧管更高，增压器响应性改善，进气压力有所提升，发动机低端扭矩增加2～7Nm。本发明还可应用于集成式排气歧管。
附图说明
图1是本发明的所述的排气歧管整体结构示意图。
图2是图1的C-C向剖视图。
图3是所述的排气歧管结构正向视图。
图4是所述的排气歧管结构对应的排气压力波曲线示意图。
图5是所述的排气管长度计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方案。
如图1所示，本发明的增压发动机排气歧管，包括第一、第二、第三、第四排气歧管1、2、3、4，A入口法兰51，B入口法兰52，出口法兰6，导向隔板7，容积控制蝶阀11，排气总管15。第一排气歧管1和第二排气歧管2通过A入口法兰51连接到缸盖并分别与发动机气缸的第一缸和第二缸排气道出口连通。第三排气歧管3和第四排气歧管4通过B入口法兰52连接到缸盖并分别与发动机气缸的第三缸、第四缸排气道出口连通；A入口法兰51和B入口法兰52形状取决于排气道出口形状。第一、第二、第三、第四排气歧管1、2、3、4是流通面积逐渐缩小的渐缩管，流通截面形状由最初的圆形渐变为方形，其长度经过计算优化，能够减少表面积，降低散热损失。第一排气歧管1下部和第二排气歧管2下部之间存在第一收敛部10，在第一收敛部10的下方第一排气歧管1和第二排气歧管2合并为第一合并部12，第三排气歧管3下部和第四排气歧管4下部之间存在第二收敛部9，在第二收敛部9的下第三排气歧管3和第四排气歧管4合并为第二合并部13，最大可能降低了缸间排气相互干扰。第一合并部12与第二合并部13延伸到靠近第三收敛部8，其主要用于减小流通面积，增加气体流速，增加流动惯性；在第三收敛部8的下方第一合并部12与第二合并部13合并为第三合并部14，第三收敛部8的主要作用为流体导向，与第三合并部14联合作用，防止排气干扰，增加气体流速，调整排气压力波形，增加流动惯性。第三合并部14的下方部位为排气总管15，排气总管15通过出口法兰6与增压器连通；出口法兰6的形状与增压器入口形状相应。导向隔板7位于排气总管15内，用于将排气总管15内部空间分割为低流量通道16和辅助通道17，同时还用于气流导向，引导气流以合适的角度进入增压器；容积控制蝶阀11安装在辅助通道17内，用于调整排气流通面积，控制排气流速，低流量时容积控制蝶阀11关闭，此时容积控制蝶阀11旋转角度为0°，排气流量逐渐增大时逐步打开容积控制蝶阀11至辅助通道17全开。
所述第一收敛部10对应的收敛角为a1，第二收敛部9对应的收敛角为a2，第三收敛部8的收敛角为a3，导向隔板7对应的倾斜角为a4，排气通道总长度为L，导向隔板7的长度为L1。
图4中，a为传统结构对应的排气压力波曲线，b本发明对应的排气压力波曲线，Peak1为传统结构对应的排气压力峰值，Peak2为本发明对应的排气压力峰值，P1为传统结构对应的进气压力曲线，P2为本发明对应的进气压力曲线，DP1为传统结构对应的进气过程中进气压力和排气压力差值，DP2为本发明对应的进气过程中进气压力和排气压力差值。
图5中，第一、第二、第三、第四排气歧管1、2、3、4对应的长度分别为a、b、c、d；第一合并部12和第二合并部13对应的长度分别为e、f；第三合并部14与排气总管的长度之和为g。
实施例：
如图1、图2以及图3所示，为了降低缸间排气相互干扰，改善扫气，满足该要求的设计方案中，第一排气歧管1与第二排气歧管2、第三排气歧管3与第四排气歧管4先分别合并，分别形成第一合并部12和第二合并部13，由于发火顺序的原因，最大程度的降低了缸间干扰。第一收敛部10的收敛角a1和第二收敛部9的收敛角a2小于20°，收敛后的流通面积与原始流动面积比值范围为0.85～1.0(即第一排气歧管1在第一收敛部10底端处的流通面积与A入口法兰51处的流通面积的比值范围为0.85～1.0；其他排气歧管与第一排气歧管1相同)；第三收敛部8的收敛角a3小于15°，收敛后的流通面积与原始流动面积比值范围为0.70～0.95(即第一合并部12在第三收敛部8底端与顶端处的流通面积的比值范围为0.70～0.95，第二合并部13与第一合并部12相同)；第三合并部14内气流速度明显增加，流动惯性增加，降低了缸间排气干扰。排气通道对应于第三合并部14与排气总管15部位的前侧管壁18向前倾斜，倾角a5为20～25°，且排气通道对应于第三收敛部8部位的后侧管壁19呈向后凸起的圆弧形过渡区；在第三合并部14下游的排气总管15内存在导向隔板7，其长度L1为30～45mm，倾角a3为20～35°，形成的低流量通道与容积控制蝶阀11配合使用，改变排气流通面积，容积控制蝶阀11旋转角度范围为0～110°，可调最大流通面积为第一缸排气道出口面积；在低负荷时其出口排气压力波明显增高，如图4所示，本发明排气歧管对应的排气压力波b峰值压力Peak2明显高于传统排气歧管曲线a对应的峰值压力Peak1，在进气过程中扫气压差DP2明显高于传统排气歧管的排气压差DP1，因此扫气更充分，燃烧得以改善；
如图5所示，为了缩短管长，减少散热，最大可能的利用排气能量做功，满足该要求的设计方案中，管长经过了优化设计，长度b+e+g＝c+f+g、a+e+g＝d+f+g，排气通道总长度L＝b+e+g＝250～370mm。
如上所述，由于管长优化，排气能量利用更加充分，再有在低负荷时，采用低流量通道，排气动能增加，使得增压器性能在低流量时得以提升，如图4所示，进气压力P2大于P1，使得发动机低速扭矩提升2～7Nm。

Claims (6)

1.一种增压发动机排气歧管，包括第一排气歧管(1)、第二排气歧管(2)、第三排气歧管(3)、第四排气歧管(4)，A入口法兰(51)，B入口法兰(52)，出口法兰(6)，排气总管(15)，导向隔板(7)，容积控制蝶阀(11)；第一排气歧管(1)和第二排气歧管(2)通过A入口法兰(51)连接到缸盖并分别与发动机气缸的第一缸和第二缸排气道出口连通；第三排气歧管(3)和第四排气歧管(4)通过B入口法兰(52)连接到缸盖并分别与发动机气缸的第三缸、第四缸排气道出口连通；其特征在于第一排气歧管(1)下部和第二排气歧管(2)下部之间存在第一收敛部(10)，在第一收敛部(10)的下方第一排气歧管(1)和第二排气歧管(2)合并为第一合并部(12)，第三排气歧管(3)下部和第四排气歧管(4)下部之间存在第二收敛部(9)，在第二收敛部(9)的下方第三排气歧管(3)和第四排气歧管(4)合并为第二合并部(13)；第一合并部(12)与第二合并部(13)延伸到靠近第三收敛部(8)；在第三收敛部(8)的下方第一合并部(12)与第二合并部(13)合并为第三合并部(14)；第三合并部(14)的下方部位为排气总管(15)，排气总管(15)通过出口法兰(6)与增压器连通；导向隔板(7)位于排气总管(15)内，将排气总管(15)内部空间分割为低流量通道(16)和辅助通道(17)，容积控制蝶阀(11)安装在辅助通道(17)内，低流量时容积控制蝶阀(11)关闭，排气流量逐渐增大时逐步打开容积控制蝶阀(11)至辅助通道(17)全开；排气通道对应于第三合并部(14)与排气总管(15)部位的前侧管壁(18)向前倾斜，倾角a5为20～25°，且排气通道对应于第三收敛部(8)部位的后侧管壁(19)呈向后凸起的圆弧形过渡区；导向隔板(7)的长度为30～45mm，倾角a4为20～35°；容积控制蝶阀(11)为方形蝶阀，旋转角度范围为0～110°，可调最大流通面积为第一排气歧管(1)排气道出口面积。
2.根据权利要求1所述的增压发动机排气歧管，其特征在于所述的第一排气歧管(1)、第二排气歧管(2)、第三排气歧管(3)、第四排气歧管(4)是流通面积逐渐缩小的渐缩管。
3.根据权利要求2所述的增压发动机排气歧管，其特征在于所述的第一排气歧管(1)、第二排气歧管(2)、第三排气歧管(3)、第四排气歧管(4)的流通截面形状由最初的圆形渐变为方形。
4.根据权利要求1所述的增压发动机排气歧管，其特征在于所述的第一排气歧管(1)在第一收敛部(10)底端处的流通面积与A入口法兰(51)处的流通面积的比值范围为0.85～1.0。
5.根据权利要求1所述的增压发动机排气歧管，其特征在于所述的第一合并部(12)在第三收敛部(8)底端与顶端处的流通面积的比值范围为0.70～0.95。
6.根据权利要求1所述的增压发动机排气歧管，其特征在于所述的第一排气歧管(1)、第二排气歧管(2)、第三排气歧管(3)、第四排气歧管(4)对应的长度分别为a、b、c、d；第一合并部(12)和第二合并部(13)对应的长度分别为e、f；第三合并部(14)与排气总管(15)的长度之和为g；b+e+g＝c+f+g、a+e+g＝d+f+g，排气通道总长度L＝b+e+g＝250～370mm。
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