多缸内燃机的排气系统的制作方法

日期:2019-06-26 06:48:52

专利名称:多缸内燃机的排气系统的制作方法
技术领域
本发明总的涉及多缸内燃机的排气系统,该排气系统具有用来净化来自发动机的废气的催化转化器。并尤其涉及具有主催化转化器和辅助催化转化器的这种类型的排气系统,其中,当类似于在发动机刚刚冷起动之后的条件下,主催化转化器不充分触发,而废气被引导到容易触发的辅助催化转化器。
背景技术
通常,在内燃机供能的机动车辆中,发动机的排气系统被布置在车辆的地板之下,并且在该排气系统中安装有催化转化器。如果催化转化器布置在该系统的相对下游位置,则催化转化器需要很长时间来被加热到充分程度,以用于它的废气净化操作,尤其是在发动机刚刚冷起动之后。也就是说,在很长时间内,催化转化器不能够呈现出它正常的废气净化作用。然而,如果为了解决上述缺陷而将催化转化器布置在系统的相对上游位置,即,靠近发动机的位置,那么就趋于产生另一个缺陷,即,由于发动机的热冲击以及来自发动机的被高度加热的废气,催化转化器的耐久性会降低。
为了解决上述缺陷,已经提出的各种措施,其中一个措施在日本公开的专利申请(Tokkaihei)5-321644中公开。在这个措施中,一条主通道从发动机的排气歧管延伸到主催化转化器。其中安装有辅助催化转化器的旁通通道从主通道的上游部分延伸到主通道的下游部分。切换阀布置在主通道的上游部分,以便选择性地打开和关闭主通道和旁通通道,而控制器连接到该切换阀上。在工作中,在发动机刚刚冷起动之后,控制器控制切换阀,以将来自发动机的废气引入到旁通通道中。
在这个措施中,由于辅助催化转化器位于排气系统的相对上游位置,可以预计到辅助催化转化器会更早触发,这可以诱使排气系统更早地进行废气净化工作。

发明内容
在上述专利申请公开文本的措施中,旁通通道的气体入口位于排气歧管的支管汇合位置的下游。即,从发动机的所有气缸的废气路径相连接的汇合部分的下游的一部分起,主通道和旁通通道平行延伸。从而,即使辅助催化转化器可以比主催化转化器处于更上游的位置,也不能缩短从每个气缸的排气口到辅助催化转化器的距离,由此,实际上在发动机的冷起动过程中,不能有效地执行更早的废气净化工作。
由于旁通通道从排气歧管的下游位置分支出来,具有显著热容量的排气歧管导致引入旁通通道中的废气的温度下降,这就阻碍了辅助催化转化器更早的废气净化工作。
此外,由于现代的排气歧管被设计并构造成避免或至少最小化排气干涉,则难于缩短从旁通通道入口到辅助催化转化器的距离。即,在用于直列四缸发动机的排气歧管的情况下,目前采用所谓的4-2-1连接形式,其中用于#1和#4气缸的支管形成一个单元,而用于#2和#3气缸的支管形成另一单元,这两个单元在歧管的出口部分结合。如容易知道的,在这种类型的排气歧管中,难于减小总长度。上述4-2-1连接形式趋于使歧管具有复杂的结构,这就增加了歧管的热容量。
因此,本发明的目的是提供一种多缸内燃机的排气系统,该系统不存在上述缺陷。
根据本发明的第一方面,提供了一种多缸内燃机的排气系统,该排气系统包括分别连接到发动机的各气缸的多条上游主排气通道;连接到主排气通道上的下游主排气通道;安装在下游主排气通道中的主催化转化器;分别从上游主排气通道伸出的多条上游旁通排气通道;每条上游旁通排气通道的横截面积小于相应的主排气通道的横截面积;连接到上游旁通排气通道上的下游旁通排气通道;下游旁通排气通道的下游端在主催化转化器的上游的位置处连接到下游主排气通道;安装在下游旁通排气通道中的辅助催化转化器;以及气流切换阀,在采取给定工作位置时,该气流切换阀能够迫使来自发动机各气缸的废气流向上游旁通排气通道。
根据本发明的第二方面,提供了一种直列四缸发动机的排气系统,该系统包括从发动机的第一、第二、第三和第四气缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排气通道,其中第一和第四气缸是点火顺序不是相继的气缸,而第二和第三气缸是点火顺序不是相继的气缸;通过将第一和第四上游主排气通道的下游端相连接而提供的第一中间主排气通道;通过将第二和第三上游主排气通道的下游端相连接而提供的第二中间主排气通道;通过将第一和第二中间主排气通道的下游端相连接而提供的下游主排气通道;安装在下游主排气通道中的主催化转化器;分别从第一和第二上游主排气通道的上游部分伸出的第一和第二上游旁通排气通道;分别从第三和第四上游主排气通道的上游部分伸出的第三和第四上游旁通排气通道;通过第一和第二上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第一中间旁通排气通道;通过第三和第四上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第二中间旁通排气通道;通过将第一和第二中间旁通排气通道的下游端相连接而提供的下游旁通排气通道,该下游旁通排气通道的下游端在主催化转化器的上游的位置处连接到下游主排气通道;以及安装在下游旁通排气通道中的辅助催化转化器。
根据本发明的第三方面,提供了一种直列四缸内燃机的排气系统,该系统包括从发动机的第一、第二、第三和第四气缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排气通道,第一、第四气缸是点火顺序不相继的气缸,而第二和第三气缸是点火顺序不相继的气缸;通过将第一和第四上游排气通道的下游端相连接而提供的第一中间主排气通道;通过将第二和第三主排气通道的下游端相连接而提供的第二中间主排气通道;通过将第一和第二中间主排气通道的下游端相连接而提供的下游主排气通道;安装在下游主排气通道中的主催化转化器;分别从第一和第二上游主排气通道的上游部分延伸的第一和第二上游旁通排气通道;分别从第三和第四上游主排气通道的上游部分延伸的第三和第四上游旁通排气通道;通过将第一和第二上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第一中间旁通排气通道;通过将第三和第四上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第二中间旁通排气通道;通过将第一和第二中间旁通排气通道的下游端相连接而提供的下游旁通排气通道,该下游旁通排气通道的下游端连接在主催化转化器的上游的位置处连接到下游主排气通道上;安装在下游旁通排气通道内的辅助催化转化器;以及分别安装在第一、第二、第三和第四上游主排气通道内的切换阀。


本发明的其他目的和优点将从下面参照附图给出的描述中变得容易理解,图中图1是示出本发明第一实施例的排气系统的概念图;图2是第一实施例的排气系统的侧视图;图3是在第一实施例中采用的排气歧管的底视图;图4是在第一实施例中采用的排气歧管的俯视图;图5是阀单元及其附近部分的放大截面图;图6是阀单元的前视图;图7是同步触发构成阀单元的两个切换阀的连杆机构的视图;图8是在本发明第二实施例的排气系统中采用的阀单元的截面图;图9是在本发明第三实施例的排气系统中采用的阀单元的截面图;图10是在本发明第四实施例的排气系统中采用的阀单元的截面图;图11是在本发明第五实施例的排气系统中采用的阀单元的截面图;图12是类似于图1的视图,但是示出了本发明第六实施例的排气系统;图13是本发明第七实施例的排气系统的主要部分的截面图,其中辅助催化转化器直接连接到发动机的气缸盖上;以及图14是示出本发明第七实施例的排气系统的概念图。
具体实施例方式
下面,将参照附图详细描述本发明的各种实施例。
为了便于理解,各种方向上的术语,如右、左、上、下、向右等用在下面的描述中。但是,这些术语仅相对于示出相应的部件或部分的附图来理解。
参照图1,图1示出了本发明第一实施例的排气系统100的概念图。在这个实施例中,采用直列四缸内燃机来实施本发明。
四个气缸1,即#1、#2、#3、#4排列在发动机的机体中。从每个气缸1,伸出上游主排气通道2。
应该指出的是,上游主排气通道2是从发动机的排气气门(未示出)向下游部件延伸的通道,在该下游部件处,设置了具有其他上游主排气通道2的后面提到的汇合部分(junction portion)。
如图所示,来自点火顺序并不相继的气缸#1和#4的上游主排气通道2由第一中间主排气通道3A相连接,而来自点火顺序并不相继的气缸#2和#3的上游主排气通道2由第二中间主排气通道3B相连接。
在每个连接部分中,安装了切换阀4A或4B。如下面将详细描述的,切换阀4A和4B由单独一个致动器控制。
即,当发动机处于刚刚冷起动之后的条件下时,切换阀4A和4B由致动器控制而采取它们的关闭位置,阻挡每个主排气通道2和相应的中间主排气通道3A或3B之间的流体连通,同时,阻挡相连接的两个上游主排放路径之间的流体连通。
如下面详细描述的,两个切换阀4A和4B构成阀单元5A(见2和5)。
如从图1中所看到的,从阀单元5伸出的第一和第二中间主排气通道3A和3B在汇合部分6处连接,并且下游主排气通道7从汇合部分6向下游延伸。
在下游主排气通道7中,安装了主催化转化器8,该主催化转化器8包括三元催化剂8和HC(碳氢化合物)捕捉催化剂。这个主催化转化器8布置在车辆地板之下并具有足够的容量。
从而,四个上游主排气通道2、两个中间主排气通道3A和3B、下游主排气通道7和主催化转化器8构成主排气通道结构,在发动机正常工作条件下,来自发动机的废气可以通过该主排气通道结构排出。即,在这种正常工作条件下,限定了排气系统的4-2-1连接型式的通道结构,从而,借助于排放动态效果(exhaust dynamic effect),增加了气缸的进气效率。
如从图1所示,从每个上游主排气通道2的支管部分12,延伸出上游旁通排气通道11。
要指出的是,支管部分12设置在通道2中尽可能上游处。更详细的说,支管部分12应至少设置在上游到上游主排气通道2整个长度的1/2点处的范围内。
每个上游旁通排气通道11的截面面积充分小于相应的上游主排气通道的横截面积。
如图所示,来自气缸#1和#2的主排气通道2的上游旁通排气通道11在汇合部分13处结合,而第一中间旁通排气通道14A从汇合部分13向下游延伸。类似地,来自气缸#3和#4的主排气通道2的上游旁通排气通道11在汇合部分13处结合,而第二中间旁通排气通道14B从汇合部分13向下游延伸。每个旁通排气通道11做得尽可能短。
如图所示,两个中间旁通排气通道14A和14B在汇合部分15处结合,而下游旁通排气通道16从汇合部分15向下游延伸。下游旁通排气通道16在主催化转化器8的上游位置处引向下游主排气通道7上设置的汇合部分17,如图所示。
在下游旁通排气通道16中,安装有辅助催化转化器18,该辅助催化转化器18包括三元催化剂。辅助催化转化器18布置在旁通排气通道中尽可能上游处。换句话说,支管部分12和汇合部分15之间的每个旁通排气通道的长度应该做得尽可能短。
如果需要的话,四个上游旁通排气通道11可以在辅助催化转化器18的正好上游的位置处连接,而不需要上述两个中间旁通排气通道14A和14B的辅助。然而,当考虑每个支管部分12和辅助催化转化器18之间固定定位,在本发明中,上述4-2-1结合类型的通道结构是优选的。即,在这种类型中,实际使用的通道的整个长度可以缩短,因此,所使用的管道可以具有减小的热容量,并且,可以具有减小的对大气的热辐射面积。
如图1所示,辅助催化转化器18包括第一催化剂部分18a和第二催化剂部分18b,它们一前一后布置。在这两个部分18a和18b之间,限定了一个特定的间隙19,EGR(即,废气再循环部分)通道20的入口部分暴露于该间隙。虽然在附图中未示出,这个EGR通道20的出口部分通过EGR控制阀暴露于发动机的进气系统的一部分。即,在发动机工作过程中,部分废气从该间隙19被提取并引导到进气系统中。
要指出的是,辅助催化转化器18与主催化转化器8相比具有较小的容量,并是这样一种类型,即,即使在相对冷的条件下,它也可以呈现出充分的触发。
在工作中,当发动机处于刚刚冷起动之后的条件时,即,当来自发动机的废气的温度不充分高时,致动器(未示出)导致两个切换阀4A和4B处于关闭位置,由此阻挡主排气通道。在这种条件下,来自发动机的废气从支管部分12完全引导到上游旁通排气通道11,并然后通过两个中间旁通排气通道14A和14B引导到辅助催化转化器18。
由于辅助催化转化器18位于排气系统的上游侧,即,靠近气缸#1、#2、#3和#4,并具有较小的容量,因此该催化转化器18被快速加热并从而被快速触发,由此可以很早开始辅助催化转化器18的充分排气净化工作。
在这种条件下,由于每个切换阀4A或4B隔离该对上游主排气通道2,抑制或至少最小化了不期望的废气温度降低,而废气温度降低会由废气通过切换阀4A或4B在该对上游主排放路径2中往复运动造成。这就促进了辅助催化转化器18的快速触发。
此外,在这种条件下,由于引导到EGR通道20内的废气是已经被辅助催化转化器18的第一催化剂部分18a净化或洁净后的气体,尤其是,保护EGR通道20的EGR气体控制阀免受固态沉积物和污染物的影响。
而由于发动机的连续工作,来自发动机的废气呈现出充分高的温度,致动器导致两个切换阀4A和4B采取打开位置,由此建立主排气通道的开放条件。
由此,来自发动机的废气主要被引导到四个上游主排气通道2,并通过该对中间主排气通道3A和3B引导到主催化转化器8中。由于每个上游旁通排气通道11的横截面积小于相应的上游主排气通道2的横截面积,并且由于在旁通排气系统中存在辅助催化转化器18,几乎所有来自发动机的废气被强制流到主排气系统中。从而,在这种情况下,辅助催化转化器18不会出现热退化。此外,由于旁通排气通道以较小程度打开,因此在高速和高负载工作条件下,发动机产生大量废气时,允许一部分废气进入旁通排气通道中。这防止了背压造成的气缸进气效率降低。
如上面所描述的,主排气通道系统是4-2-1结合类型结构的形式,从而,可以借助于排放动态效果提高气缸的进气效率。
虽然旁通排气通道系统以上述方式布置而没有将避免排气干涉考虑在内,但是,由于所使用的每个上游旁通排气通道11具有充分小的横截面积,由于相应气缸的连通而不可避免地诱发的排气干涉可以被减小到非常小的程度。如果上游旁通排气通道11的横截面积做得大于预定的高程度,由于排气干涉,会出现进气效率的显著降低。但是,如果横截面积做得小于预定的低程度,则在切换阀4A和4B保持在它们关闭位置时,废气量过分减少,并因此旁通排气系统可以实际工作的工作范围过分减小。
因此,实际上,上游旁通排气通道的横截面积具有根据发动机的排量变化的一个范围。试验已经表明当发动机具有2000cc的排量时,利用内径在5mm到15mm范围内的上游旁通排气通道11的旁通排气系统,可以获得充分的性能。
如果EGR系统在切换阀4A和4B打开位置下进行工作,用于再循环的废气从辅助催化转化器18提取。在这种EGR工作下,如果流入下游主排气通道7内的一部分废气在下游旁通排气通道16内回流,通道16内的废气被强迫流过催化转化器18的第二催化剂部分18b,由此用于EGR系统的废气不受污染,因此,保护EGR系统,尤其是EGR气体控制阀免受固态沉积物和污染物的影响。在下游旁通排气通道16内回流的废气流速相对低,因此,废气可以在第二催化剂部分18b内停留足够长时间。从而,第二催化剂部分18b可以具有比第一催化剂部分18a小或短的尺寸或长度。
下面,将参照附图2对第一实施例的排气系统100进行详细解释。
在附图中,由附图标记31标识的是内燃机,该内燃机包括机体32和安装在机体32上的气缸盖33。发动机31横向地安装在机动车辆的发动机室内。在附图中,发动机31的右侧面向车辆的后方,因此,下面描述中右侧将称为后侧。
排气歧管34安装到气缸盖33的后侧上,该气缸盖在其中限定了上述四个上游主排气通道2。在排气歧管34的后端,安装了阀单元5A,该阀单元5A配备有两个切换阀4A和4B。从阀单元5A向下游延伸的是构成上述下游主排气通道7的前排气管35。前排气管35的上游部分在其中具有两个平行通道,这两个平行通道构成上述中间主排气通道3A和3B。主催化转化器8在平行通道3A和3B的下游位置处安装到前排气管35上。
如图2所示,辅助催化转化器18及其相关部件11、14A、14B、16和20布置在从发动机31的气缸盖33向后延伸的主排气系统之下。辅助催化转化器18设置在前排气管35之前的发动机室内。从而,在相关的机动车辆运行条件下,辅助催化转化器18被车辆运行时产生的气流有效冷却,由此可以抑制这个催化转化器18的过热。
如图所示,每个上游旁通排气通道11在支管部分12处从相应的上游主排气通道2以在二者之间限定一个锐角的方式分支出来,这使在切换阀4A和4B采取它们的关闭位置时,气流平顺从主通道2流向旁通通道。要指出的是,两个旁通排气通道11的下游部分结合而构成第一中间旁通排气通道14A,另两个旁通排气通道11的下游部分结合而构成第二中间旁通排气通道14B。
将从附图的图3和图4中更清楚地理解第一实施例的排气系统100的结构。
图3示出排气歧管34的底视图,而图4示出排气歧管34的俯视图。
从这些图中可以看出,排气歧管34包括四个支管41、42、43和44,它们分别构成上游主排气通道2;两个安装凸缘45和46,这两个安装凸缘45和46固定到发动机的气缸盖上,并具有开口(无附图标记),支管41、42、43和44的上游端分别暴露于该开口;以及四个旁通管11,这四个旁通管从相应的支管41、42、43和44的上游部分(12)伸出,以分别构成上游旁通排气通道11。
如图所示,从来自气缸#1和#2的支管41和42延伸的两个旁通管11在它们的下游部分结合,以构成结合的通道部分,该结合的通道部分对应于第一中间旁通通道14A,从来自气缸#3和#4的支管43和44伸出的另两个旁通管11在它们的下游部分结合,以构成另一个结合的通道部分,该另一个结合的通道部分对应于第二中间旁通通道14B。
这两个结合的通道部分14A和14B具有安装凸缘47,该安装凸缘47具有开口(无附图标记),通道部分14A和14B的下游端暴露于该开口。虽然在这些图中没有示出,但是上述辅助催化转化器18的入口部分固定到安装凸缘47上。
如从图3和4可以理解到的,在排气歧管34的四个支管41、42、43和44的下游部分处,提供了两个相结合的安装凸缘48A和48B。
如从图3中可以看出的,安装凸缘48A具有两个开口,支管41和44分别连接到这两个开口上,而另一个安装凸缘48B具有两个开口,另外的支管42和43分别连接到这两个开口上。如果需要的话,取代使用两个安装凸缘48A和48B,可以使用单独一个安装凸缘。在这种情况下,安装凸缘具有四个隔离的开口,四个支管41、42、43和44分别以上述方式连接到该开口上。
参照图5和6,图中示出可操作地连接到两个安装凸缘48A和48B上的阀单元5A的细节。
如从图5可以看出的,阀单元5A包括壳体51,该壳体51具有四个开口,它们是第一对开口52和55以及第二对开口53和54。在壳体51与两个安装凸缘48A和48B连接时,安装凸缘48A的两个开口连接到该对开口52和55上,另一安装凸缘48B的两个开口连接到另一对开口53和54上。
如从图5可以看出的以及上面已经提到的,从阀单元5A,延伸出前排气管35,该排气管35在其上游部分具有两个平行的通道3A和3B(它们是上面提到的第一和第二中间主排气通道3A和3B),这两个平行的通道3A和3B由轴向延伸的分隔壁59分开。两个平行通道3A和3B中的一个与该对开口52和55连通,而平行通道3A和3B中的另一个与另一对开口53和54连通。
在该对开口52和55后面,可枢转地布置第一切换阀4A,该切换阀包括枢转轴56,该枢转轴由后面提到的致动器致动,该切换阀还包括与枢转轴56成一体的阀体托架57和配装到阀体托架57上的扁平矩形阀体58。类似地,在另一对开口53和54后面,可枢转地布置第二切换阀4B,该切换阀4B也包括由致动器致动的枢转轴56、与枢转轴56成一体的阀体托架57以及配装到阀体托架57上的扁平矩形阀体58。
从而,第一切换阀4A作用为选择性地同时打开和关闭该对开口52和55,而第二切换阀4B作用为选择性地同时打开和关闭另一对开口53和54。即,第一切换阀4A功能为选择性打开和关闭一组气缸#1和#4与一个通道3A之间的连通,而第二切换阀4B功能为选择性地打开和关闭另一组气缸#2和#3与另一通道3B之间的连通,如从附图中可以理解到的。
当第一切换阀4A采取关闭位置,该对开口52和55之间的连通也被阻挡,因此用于气缸#1的主排气通道2和用于气缸#4的主排气通道2之间的连通被阻挡。而当第二切换阀4B采取关闭位置时,该对开口53和54之间的连通也被阻挡,因此,用于气缸#2的主排气通道2和用于气缸#3的主排气通道2之间的连通被阻挡。
当第一和第二切换阀4A和4B都打开时,来自气缸#1和#4的废气被导引到第一中间主排气通道3A,并且同时,来自气缸#2和#3的废气被导引到第二中间主排气通道3B。
如下面将详细描述的,由单独一个致动器致动的连杆机构布置在第一和第二切换阀4A和4B的相应枢转轴56之间,从而这两个阀4A和4B可以同步地采取它们的打开和关闭位置。
图7示出由单独一个致动器64致动的连杆机构的细节。连杆机构包括固定到第一切换阀4A的枢转轴56上的第一连接板61A、固定到第二切换阀4B的枢转轴56上的第二连接板61B、一端可枢转地连接到第一连接板61A上而另一端可枢转地连接到第二连接板61B上的拉杆62、以及固定到第一切换阀4A的枢转轴56上的第三连接板63。如图所示,第一和第二连接板61A和61B布置成在二者之间限定90度的角度。致动器64可以是真空动力型的或电磁型的,具有一个通过拉杆65连接到第三连接板63上的输出元件。当致动器64被供能时,致动器的输出元件推动拉杆65。由此,第一切换阀4A的枢转轴56在图7中的顺时针方向转动,并且同时,第二切换阀4B的枢转轴56沿逆时针方向转动,从而,第一和第二切换阀4A和4B采取它们的关闭位置。
参照图8,图8示出安装在本发明第二实施例的排气系统200中的阀单元5B。为了容易理解这个实施例,该视图以一些图视矛盾示意性示出。
在这个实施例200中采用的阀单元5B具有两个蝶形阀,用作相应的切换阀4A和4B。
每个蝶形阀70包括枢转轴71,该枢转轴71布置在相应的通道3A和3B的上游端部处。每个枢转轴71具有两个扁平阀体71a和72b,它们从该处向外径向延伸。如图所示,扁平阀体72a和72b相对于枢转轴71的轴线稍微偏移。
分隔壁73在每个通道3A或3B的上游端部沿轴向延伸到靠近相应的枢转轴71的位置处,从而上游端部分成两个通道52A和55A(或53A和54A),这两个通道分别汇入开口52和55(或开口53和54)中。
密封元件74固定到每个通道3A或3B的内壁上。如图所示,当切换阀4A或4B采取它的关闭位置时,两个扁平的阀体72a和72b分别靠近两个通道52A和55A(或53A和54A)的下游端。在这种情况下,每个阀体72a或72b与相应的密封元件74相接触。
即,当第一切换阀4A采取关闭位置时,该对开口52和55中的每一个与通道3A之间的连通被阻挡,同时,该对开口52和55之间的连通也被阻挡。类似地,当第二切换阀4B采取关闭位置时,该对开口53和54中每一个与另一通道3B之间的连通被阻止,且同时,该对开口53和54之间的连通也被阻挡。虽然在图中没有示出,由致动器致动的连杆机构与两个枢转轴71相结合,以便同步致动该枢转轴。
参照图9,图9示出阀单元5C,该阀单元5C安装在本发明第三实施例的排气系统300中。而且,为了容易理解这个实施例,该视图以一些图视矛盾示意性示出。
在这个实施例中采用的阀单元5C基本上与上述实施例200中的阀单元5B相同,除了在第三实施例300中,没有对应于分隔壁73的装置,并且在第三实施例300中,两个扁平阀体72a和72b从枢转轴71径向向外延伸。从而,在这个实施例300中,即使在每个切换阀4A或4B采取如图所示的关闭位置时,该对开口52和55(或53和54)之间的流体连通也得以保持,而不像上述第一和第二实施例100和200中的情况那样。
参照图10,图10示出了安装在本发明第四实施例的排气系统400中的阀单元5D。同样,为了容易理解,该视图以一些图视矛盾示意性示出。
在这个实施例400中采用的阀单元5D只有一个蝶形阀80,这个蝶形阀80起到切换阀4A和4B二者的功能,用来控制四个上游主排气通道2和两个中间主排气通道3A和3B之间的流体连通。
蝶形阀80包括枢转轴81,该枢转轴81布置在两个中间主排气通道3A和3B的上游部分处。在所示的实施例中,枢转轴81由轴向延伸的分隔壁59可转动地支撑。枢转轴81具有两个扁平阀体82a和82b,它们从枢转轴径向向外延伸。然而,实际上,扁平阀体82a和82b相对于枢转轴81的轴线稍微偏移,如图所示。
密封元件84固定到通道3A和3B的内壁上。如图所示,当蝶形阀80采取其关闭位置时,两个扁平阀体82a和82b的外侧端与密封元件84相接触。当在箭头的方向上转动蝶形阀80时,蝶形阀80采取其打开位置。
如从附图中可以理解到的,当蝶形阀80采取其关闭位置时,该对开口52和55(或开口53和54)与第一或第二中间主排气通道3A或3B之间的流体连通被阻挡,同时,保持该对开口52和55之间的连通,也就是说,保持用于气缸#1和#4的两个上游主排气通道2之间的连通。而当蝶形阀80转动到打开位置时,该对开口52和55(或53和54)与第一或第二中间主排气通道3A或3B之间的流体连通被建立。
参照图11,图11示出了在本发明第五实施例的排气系统500中采用的阀单元5E。类似于图8到图10的上述附图,为了容易理解,这个实施例的视图也以一些图视矛盾示意性示出。
在这个实施例500中采用的阀单元5E具有两个滑动门型阀90,作为切换阀4A和4B。每个滑动门型阀90包括一个扁平的滑动门91,该滑动门布置在成对的开口52、55、53和54之后,以便在垂直于中间主排气通道3A和3B的轴线的方向上滑动。
参照图12,图12示出本发明第六实施例的排气系统600。
如这个图所示,这个实施例的排气系统600类似于上述第一实施例的排气系统100。从而,只有与第一实施例100不同的部件或部分将在下面得以详细描述。
在第六实施例600中,切换阀4安装在每个上游主排气通道2中。每个切换阀4布置在相应的通道2内尽可能上游处,以便相应的上游旁通排气通道11可以在发动机冷起动之后获得更高温度的废气。实际上,排气歧管34的四个支管41、42、43和44(或2)(见图3和4)具有相当高的热容量,因此,如果从支管的入口端到相应的切换阀4限定的每个支管41、42、43和44的长度较大,则引入相应旁通排气通道11的废气经历显著的温度降低,这对于辅助催化转化器18来说是不理想的。
参照图13和14,图中示意性示出本发明第七实施例的排气系统700。在这个实施例700中,辅助催化转化器18直接连接到发动机31的气缸盖33上以便缩短四个旁通排气通道11的长度。如图所示,在这种情况下,四个旁通排气通道11限定在气缸盖33内,并且每个旁通排气通道11从相应的排气口100分支出来,而该排气口构成上游主排气通道2的一部分。
如图14所示,四个旁通排气通道11在它们的下游端连接,并直接连接到辅助催化转化器18的入口上。在这种情况下,在发动机31冷起动之后,可以将更高温度的废气引入到催化转化器18内。
虽然在上面的描述中,本发明是针对直列四缸内燃机31加以描述的,但是,本发明可以广泛地应用于各种类型的多缸内燃机上,包括直列型和V型。
2004年6月8日提交的日本专利申请2004-169394和2004年7月13日提交的2004-205357的全部内容合并于此作为参考。
虽然上面已经参照本发明的实施例描述了本发明,但是本发明不局限于上面描述的这些实施例。鉴于上面的描述,本领域技术人员可以对这些实施例进行各种修改和变动。
权利要求
1.一种多缸内燃机的排气系统,包括分别连接到发动机的气缸上的多条上游主排气通道;连接到上游主排气通道上的下游主排气通道;安装在下游主排气通道内的主催化转化器;分别从上游主排气通道延伸的多条上游旁通排气通道,每个上游旁通排气通道的横截面积小于相应的上游主排气通道的横截面积;连接到上游旁通排气通道上的下游旁通排气通道,下游旁通排气通道的下游端在主催化转化器的上游位置处连接到下游主排气通道上;安装在下游旁通排气通道内的辅助催化转化器;以及气流切换阀,在采取给定工作位置时,该气流切换阀能够迫使来自发动机气缸的废气流向上游旁通排气通道。
2.如权利要求1所述的排气系统,其中,上游旁通排气通道分别从上游主排气通道的上游部分延伸出来。
3.如权利要求1所述的排气系统,其中,下游主排气通道是通过将上游主排气通道连接到一起而提供的。
4.如权利要求1所述的排气系统,其中,下游旁通排气通道是通过将上游旁通排气通道连接到一起而提供的。
5.如权利要求1所述的排气系统,其中,气流切换装置布置成选择性打开和关闭包括上游主排气通道和下游主排气通道的主排气通道路径。
6.如权利要求5所述的排气系统,其中,气流切换装置包括切换阀,该切换阀分别可操纵地安装在上游主排气通道内。
7.如权利要求1所述的排气系统,其中,两个上游主排气通道在它们的下游端结合,以构成中间主排气通道,该中间主排气通道的下游端连接到下游主排气通道的上游端,并且,所述两个上游主排气通道是从点火顺序不相继的气缸延伸出来的上游主排气通道。
8.如权利要求5所述的排气系统,其中,气流切换装置包括一个切换阀,该切换阀可操纵地安装在两个上游主排气通道的下游端连接在一起的部分内,这两个上游主排气通道是从点火顺序不相继的气缸延伸出来的上游主排气通道。
9.如权利要求8所述的排气系统,其中,切换阀布置成在切换阀采取阻挡切换阀上游的上游区与切换阀下游的下游区之间的流体连通的关闭位置时,打开两个上游主排气通道之间的流体连通。
10.如权利要求8所述的排气系统,其中,切换阀布置成在切换阀采取阻挡切换阀上游的上游区与切换阀下游的下游区之间的流体连通的关闭位置时,阻挡两个上游主排气通道之间的流体连通。
11.如权利要求10所述的排气系统,其中,切换阀包括枢转的扁平阀体,该阀体布置成同步且有选择地打开和关闭多个相互邻近的开口,而上游主排气通道的下游端连接到所述开口上。
12.如权利要求10所述的排气系统,其中,切换阀包括蝶形阀,该蝶形阀包括枢转轴和从枢转轴径向向外延伸的两个扁平阀体,该蝶形阀布置成同步且有选择地打开和关闭多个相互邻近的开口,而上游主排气通道的下游端连接到所述开口上;所述两个上游主排气通道是从点火顺序不相继的气缸延伸出来的上游主排气通道。
13.如权利要求1所述的排气系统,还包括第一中间主排气通道,该第一中间主排气通道布置在两个上游主排气通道的下游端的汇合部分与下游主排气通道的上游端之间,两个上游主排气通道是从点火顺序不相继的气缸延伸出来的上游主排气通道;以及第二中间主排气通道,该第二中间主排气通道布置在另两个上游主排气通道的下游端的汇合部分与下游主排气通道的上游端之间,所述另两个上游主排气通道是从点火顺序不相继的气缸延伸出来的上游主排气通道。
14.如权利要求1所述的排气系统,其中,每个上游主排气通道包括限定在发动机的气缸盖内的排气口,而每个上游旁通排气通道通过气缸盖延伸,以连接到排气口上。
15.如权利要求1所述的排气系统,其中,上游主排气通道包括排气歧管的支管,且上游旁通排气通道具有分别暴露于排气歧管的各支管的上游部分。
16.如权利要求1所述的排气系统,其中,每个上游旁通排气通道从相应的上游主排气通道以在二者之间限定锐角的方式分支出来,由此使从主排气通道到旁通排气通道的废气流更平顺。
17.如权利要求1所述的排气系统,其中,每个上游旁通排气通道的横截面积小于相应的上游旁通排气通道的横截面积,由此减小在气缸彼此连通情况下会发生的排气干涉。
18.一种直列四缸内燃机的排气系统,包括从发动机的第一、第二、第三和第四气缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排气通道,其中第一和第四气缸是点火顺序不是相继的气缸,而第二和第三气缸是点火顺序不是相继的气缸;通过将第一和第四上游主排气通道的下游端相连接而提供的第一中间主排气通道;通过将第二和第三上游主排气通道的下游端相连接而提供的第二中间主排气通道;通过将第一和第二中间主排气通道的下游端相连接而提供的下游主排气通道;安装在下游主排气通道中的主催化转化器;分别从第一和第二上游主排气通道的上游部分延伸出的第一和第二上游旁通排气通道;分别从第三和第四上游主排气通道的上游部分延伸出的第三和第四上游旁通排气通道;通过将第一和第二上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第一中间旁通排气通道;通过将第三和第四上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第二中间旁通排气通道;通过将第一和第二中间旁通排气通道的下游端相连接而提供的下游旁通排气通道,该下游旁通排气通道的下游端在主催化转化器的上游的位置处连接到下游主排气通道;以及安装在下游旁通排气通道中的辅助催化转化器。
19.如权利要求18所述的排气系统,还包括第一切换阀,该第一切换阀可选择地打开和关闭每个第一和第四上游主排气通道与第一中间主排气通道之间的流体连通;以及第二切换阀,该第二切换阀可选择地打开和关闭每个第二和第三上游主排气通道与第二中间主排气通道之间的流体连通。
20.如权利要求15所述的排气系统,其中,第一和第二切换阀一体地安装在阀单元中。
21.如权利要求20所述的排气系统,其中,废气再循环系统的入口暴露于辅助催化转化器的内部,由此将在辅助催化转化器中流动的气流引入到废气再循环系统中。
22.一种直列四缸内燃机的排气系统,包括从发动机的第一、第二、第三和第四气缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排气通道,其中第一和第四气缸是点火顺序不是相继的气缸,而第二和第三气缸是点火顺序不是相继的气缸;通过将第一和第四上游主排气通道的下游端相连接而提供的第一中间主排气通道;通过将第二和第三上游主排气通道的下游端相连接而提供的第二中间主排气通道;通过将第一和第二中间主排气通道的下游端相连接而提供的下游主排气通道;安装在下游主排气通道中的主催化转化器;分别从第一和第二上游主排气通道的上游部分延伸出的第一和第二上游旁通排气通道;分别从第三和第四上游主排气通道的上游部分延伸出的第三和第四上游旁通排气通道;通过将第一和第二上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第一中间旁通排气通道;通过将第三和第四上游旁通排气通道的下游端相连接而提供的第二中间旁通排气通道;通过将第一和第二中间旁通排气通道的下游端相连接而提供的下游旁通排气通道,该下游旁通排气通道的下游端在主催化转化器的上游的位置处连接到下游主排气通道;安装在下游旁通排气通道中的辅助催化转化器;以及分别安装在第一、第二、第三和第四上游主排气通道内的切换阀。
23.如权利要求22所述的排气系统,其中,废气再循环系统的入口暴露于辅助催化转化器的内部,由此将在辅助催化转化器中流动的气流引入到废气再循环系统中。
全文摘要
多个上游主排气通道从发动机的气缸延伸出来。下游主排气通道连接到上游主排气通道上。主催化转化器安装在下游主排气通道内。多个上游旁通排气通道从上游主排气通道中伸出。每个上游旁通排气通道的横截面积小于相应的上游主排气通道的。下游旁通排气通道连接到上游旁通排气通道上,且其下游端在主催化转化器上游的位置处连接到下游主排气通道上。辅助催化转化器安装在下游旁通排气通道中。提供了气流切换装置,在采取给定工作位置时,该装置能够迫使来自发动机气缸的废气流向上游旁通排气通道。
文档编号F01N3/28GK1721664SQ20051007557
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月8日
发明者李先基, 井上尊雄, 西泽公良, 三石俊一 申请人:日产自动车株式会社


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