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CN109296435B - 一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，排气总管由四个排气歧管间隔排列组成，四个排气歧管的进口连通形成排气总管进口，排气总管进口与催化器载体连接过渡的一段为排气总管进口连接过渡段，排气总管进口连接过渡段的轴线与催化器载体的轴线在一条直线上，排气总管进口连接过渡段的内壁上有两个前后对称设置的沿排气总管进口连接过渡段径向向内凸起的凸起结构，第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管的径向截面均为腰圆形；本结构可以使得有限的排气热量充分得到充分的利用，能够增加排气的扰动能量，提高流速，从而实现对催化器的快速预热，催化器起燃时间缩短20％，NEDC循环工况下THC排放量下降30％。

Description

一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构
技术领域
本发明属于汽车零部件领域，涉及一种汽油机用排气歧管，具体设计一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构。
背景技术
目前汽油发动机上普遍采用的排气歧管结构主要有：
每个气缸的排气歧管分别独立，经过相对较长的距离后全部汇合。这种结构排气歧管的优点是消除汽油机各个气缸之间的排气干扰，可以提升汽油机低速扭矩的性能，缺点是气缸内的排气需要经过一段距离才能达到三元催化器，不利于汽油机冷态启动时催化器的快速起燃；
按照汽油机发火顺序，将非临近发火的气缸的排气歧管连接在一起，然后再全部汇合到总出口。以4缸发动机为例，如果发火顺序为1-3-4-2，则将气缸1和气缸4的排气歧管连接在一起，将气缸2和气缸3的排气歧管连接在一起，然后再汇合至排气总出口。这种结构排气歧管同样可以消除气缸间的排气干扰，缺点同样是不利于催化器的快速起燃。
每个气缸经过一个较短的排气歧管汇总到一个总的排气容积腔体内，再与三元催化器连接。这种排气歧管结构的优点是有利于三元催化器的快速起燃，缺点是存在各缸间的排气干扰。
汽油机在冷态启动中的THC排放物很难降低。这是因为汽油机在刚刚启动的时候，为了让汽油机能够成功的点火，在汽油机启动初期需要喷入几倍甚至十倍当量空燃比的燃油，汽油机启动的前几个工作循环，燃烧很不稳定，而此时汽油机缸内温度很低，更加加重了THC 排放物的产出。三元催化器可以高效的转化汽油机产生的THC排放物，但是需要两个前提： 1.汽油机缸内的油气混合为当量空燃比；2.三元催化器达到一定的温度。但是在汽油机启动初期，上述两个提高三元催化器效率的条件都很难满足。
针对汽油机冷态启动初期燃烧后排气温度较低这一关键点，一汽提出一种特殊的排气歧管结构：各个排气歧管与排气总管布置上更为接近，通过优化，找到使得排气与管壁热量交换最少的尺寸与结构，同时，为了使三元催化器的温度迅速上升，在排气总管处设计一种特殊结构，使得发动机排气在进入三元催化器前的流速迅速升高，通过这种设计，可以缩短三元催化器起燃时间，降低最终排出的THC排放物。
发明内容
本发明提供了一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构。采用的技术手段是合理设计排气歧管形状，通过配合燃油喷射，点火时刻，控制排气的分布和流动，减少排气与管壁的热交换，降低热损失，使三元催化器尽快起燃，进而可以高效地将THC排放物转化掉。
为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，包括排气总管和催化器载体，排气总管由第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管依次间隔排列组成，其特征在于，以靠近催化器载体的一端为排气歧管的末端，第一排气歧管末端的第一排气歧管进口、第二排气歧管末端的第二排气歧管进口、第三排气歧管的第三排气歧管进口和第四排气歧管末端的第四排气歧管进口连通，在排气总管的末端形成排气总管的排气总管出口，排气总管出口与催化器载体连接过渡的一段为排气总管出口连接过渡段，排气总管出口连接过渡段的轴线与催化器载体的轴线在一条直线上，排气总管出口连接过渡段的内壁上有两个前后对称设置的沿排气总管出口连接过渡段径向向内凸起的凸起结构，第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面均为腰圆形。
进一步的技术方案包括：
凸起结构沿排气总管出口连接过渡段轴向的高度为38～42mm，凸起结构沿排气总管出口连接过渡段径向的宽度为28～33mm，催化器载体的直径为110～120mm。
所述的第一排气歧管进口的中心线与第二排气歧管进口的中心线之间的夹角50°～60°，第三排气歧管进口的中心线与第四排气歧管进口的中心线之间的夹角为80°～90°。
第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面的腰圆形的尺寸完全相同，腰圆形的两个半圆弧的直径均为15～20mm，连接两个半圆弧端点的两个平行线的长度均为28～35mm。
第一排气歧管前端的第一排气歧管出口、第二排气歧管前端的第二排气歧管出口、第三排气歧管前端的第三排气歧管出口和第四排气歧管前端的第四排气歧管出口通过一个连接法兰固定在一起，以便于和发动机气缸固定连接。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明提供的一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，通过优化，确定热损失最低、各缸间排气干扰最小的排气歧管参数和结构，可以使得有限的排气热量充分得到充分的利用。在排气总管入口处，优化设计一处凸起结构，增加排气的扰动能量，提高流速，从而实现对催化器的快速预热。催化器起燃时间缩短20％，NEDC循环工况下THC排放量下降 30％。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构的结构示意图；
图2为本发明所述的一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构的侧视图；
图3为本发明所述的一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构的俯视图；
图中：1.排气总管进口，2.凸起结构，3.催化器载体，4.连接法兰，5.第一排气歧管进口， 6.第二排气歧管进口，7.第三排气歧管进口，8.第四排气歧管进口，9.排气总管进口连接过渡段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明提供了一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，包括排气总管和催化器载体3，排气总管由第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管依次间隔排列组成，以靠近催化器载体3的一端为排气歧管的末端，第一排气歧管末端的第一排气歧管进口5、第二排气歧管末端的第二排气歧管进口6、第三排气歧管的第三排气歧管进口7和第四排气歧管末端的第四排气歧管进口8连通，在排气总管的末端形成排气总管的排气总管出口1，排气总管出口1与催化器载体3连接过渡的一段为排气总管出口连接过渡段9，排气总管出口连接过渡段9的轴线与催化器载体3的轴线在一条直线上，排气总管出口连接过渡段 9的内壁上有两个前后对称设置的沿排气总管出口连接过渡段9径向向内凸起的凸起结构2，第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面均为腰圆形。
下面通过两个实施例对本发明的结构做进一步的说明：
实施例1
第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面的腰圆形的半圆弧的直径为19mm，腰圆形的连接两个半圆弧端点的两个平行线的长度为31mm，第一排气歧管进口5的中心线与第二排气歧管进口6的中心线之间的夹角为55°，第三排气歧管进口 7的中心线与第四排气管进口8的中心线之间的夹角为85°，凸起结构2沿排气总管进口连接过渡段9轴向的高度为40mm，凸起结构2沿排气总管进口连接过渡段9径向的宽度为31mm，催化器载体3的直径为115mm。该实施例经过试验验证，与原机排气歧管相比，NEDC循环工况下THC排放量下降30％。
实施例2
第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面的腰圆形的半圆弧的直径为16mm，腰圆形的连接两个半圆弧端点的两个平行线的长度为29mm，第一排气歧管进口5的中心线与第二排气歧管进口6的中心线之间的夹角为52°，第三排气歧管进口 7的中心线与第四排气歧管进口8的中心线之间的夹角为82°，凸起结构2沿排气总管进口连接过渡段9轴向的高度为39mm，凸起结构2沿排气总管进口连接过渡段9径向的宽度为 29mm，催化器载体3的直径为112mm。该实施例经过试验验证，与原机排气歧管相比，NEDC 循环工况下THC排放量下降28％。

Claims (2)

1.一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，包括排气总管和催化器载体(3)，排气总管由第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管依次间隔排列组成，其特征在于，以靠近催化器载体(3)的一端为排气歧管的末端，第一排气歧管末端的第一排气歧管进口(5)、第二排气歧管末端的第二排气歧管进口(6)、第三排气歧管的第三排气歧管进口(7)和第四排气歧管末端的第四排气歧管进口(8)连通，在排气总管的末端形成排气总管的排气总管出口(1)，排气总管出口(1)与催化器载体(3)连接过渡的一段为排气总管出口连接过渡段(9)，排气总管出口连接过渡段(9)的轴线与催化器载体(3)的轴线在一条直线上，排气总管出口连接过渡段(9)的内壁上有两个前后对称设置的沿排气总管出口连接过渡段(9)径向向内凸起的凸起结构(2)，第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面均为腰圆形；
凸起结构(2)沿排气总管出口连接过渡段(9)轴向的高度为38～42mm，凸起结构(2)沿排气总管出口连接过渡段(9)径向的宽度为28～33mm，催化器载体(3)的直径为110～120mm；
所述的第一排气歧管进口(5)的中心线与第二排气歧管进口(6)的中心线之间的夹角50°～60°，第三排气歧管进口(7)的中心线与第四排气歧管进口(8)的中心线之间的夹角为80°～90°；
第一排气歧管、第二排气歧管、第三排气歧管和第四排气歧管的径向截面的腰圆形的尺寸完全相同，腰圆形的两个半圆弧的直径均为15～20mm，连接两个半圆弧端点的两个平行线的长度均为28～35mm。
2.根据权利要求1所述的一种改善发动机冷态启动排放的排气歧管结构，其特征在于，第一排气歧管前端的第一排气歧管出口、第二排气歧管前端的第二排气歧管出口、第三排气歧管前端的第三排气歧管出口和第四排气歧管前端的第四排气歧管出口通过一个连接法兰(4)固定在一起，以便于和发动机气缸固定连接。
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