一种能降低发动机尾气温度的管结构和发动机组件的制作方法

本实用新型属于内燃机工程应用技术领域，具体涉及一种能降低发动机尾气温度的管结构。

背景技术：

现有传统柴油机是由油气混合气燃烧产生的高温高压气体对外做功的，产生比较高的排气温度，在非道路国四阶段为了满足排放法规要求引入了DPF微粒捕集器，DPF再生过程中需要后喷使得排气温度更高，达到650℃。如此高的排气温度如果不采取保护措施会存在一定的安全隐患，尤其在一些作业机械上的发动机，例如农用机械在作业过程中发动机高温尾气的排放可能会引起周围农作物的燃烧，造成经济损失。因此控制发动机高温尾气的排放温度是我们必须解决的一个技术问题。

高温排气在排气管中流动过程当中如果仅靠自然风冷却排气管壁面来降低尾气排放温度并不能达到安全防护范围，尤其对于农用机械其作业过程中行驶速度很低使得空气与排气管对流换热量更低，尾气排放温度更达不到安全范围，所以我们需要对发动机尾管所排放的废气进行主动降温。可用的方法一般有：一可用冷却液对排气管进行循环冷却，二可对排气管表面进行优化设计加强排气管壁面与空气的对流换热，比如带散热翅片的设计等。但是以上两种降温措施成本高昂，制造维护比较困难，可靠性比较低，因此需要考虑到工程设计的实用性。

由于现有技术中的发动机存在排气温度过高、现有的降温措施成本高昂，制造维护比较困难，可靠性比较低等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种能降低发动机尾气温度的管结构和发动机组件。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的发动机存在排气温度过高、而现有的降温措施成本高昂的缺陷，从而提供一种能降低发动机尾气温度的管结构和发动机组件。

本实用新型提供一种能降低发动机尾气温度的管结构，其包括：

缩放喷管，所述缩放喷管包括第一入口端，所述第一入口端能连接在发动机的废气排放尾管上、以从所述废气排放尾管中吸入发动机的排放尾气，且所述缩放喷管还包括与所述第一入口端相连的渐缩段；

旁通管，所述旁通管包括第二入口端和第二出口端，所述第二入口端能够吸入常温空气、所述第二出口端能够连接在所述缩放喷管的所述渐缩段上，以将常温空气通入所述渐缩段中而与排放尾气进行混合。

优选地，

所述渐缩段包括管径最小的喉部，所述渐缩段的管径从所述第一入口端至所述喉部的方向为逐渐减小，且所述旁通管的所述第二出口端连接在所述喉部的位置处。

优选地，

所述旁通管的管径从所述第二入口端至所述第二出口端的方向为逐渐减小、而形成渐缩喷管。

优选地，

所述缩放喷管还包括与所述渐缩段的所述喉部相连通的扩张段，所述扩张段的气流下游端形成为所述缩放喷管的第一出口端。

优选地，

所述扩张段的管径从所述喉部至所述第一出口端方向为逐渐增大。

优选地，

所述扩张段的长度比所述渐缩段的长度长。

优选地，

定义所述扩张段的长度为L1，所述渐缩段的长度为L2，且有L1≤150％*L2。

优选地，

所述渐缩段的锥角为11°，和/或，所述扩张段的锥角为11°，和/或，当所述旁通管为渐缩喷管时，所述旁通管的锥角为11°。

优选地，

所述旁通管的中轴线与所述缩放喷管的中轴线之间成60°-120°的夹角；和/或，所述旁通管与所述渐缩段相接部位的拐角为非圆滑过渡结构。

本实用新型还提供一种发动机组件，其包括发动机和前任一项所述的能降低发动机尾气温度的管结构，且所述发动机包括废气排放尾管，所述能降低发动机尾气温度的管结构连接在所述废气排放尾管上。

本实用新型提供的一种能降低发动机尾气温度的管结构和发动机组件具有如下有益效果：

本实用新型通过在发动机的废气排放尾管上连接缩放喷管，并在缩放喷管的渐缩段上连接旁通管，能够通过旁通管从外部通入常温的冷空气、使其在缩放喷管中而与排放尾气形成混合，由于旁通管是连接到渐缩段上，尾气通过渐缩段后压力逐渐降低，在截面积最小处降为最低，能够形成一定真空将常温冷空气由旁通管吸入缩放喷管中与高温的排气混合，保证常温冷空气能够被有效地吸入，这样便能够有效降低发动机的尾气排放温度，并且本申请采用了渐缩段的结构形式，不用采用额外的动力源便能够使得常温冷空气被顺利地吸入渐缩段中而形成混合和降温的作用，解决了现有的降温措施成本高昂，制造维护比较困难，可靠性比较低的问题，使得降温措施成本大为降低，制造维护简单方便，且可靠性能高。通过本实用新型，可以降低发动机尾气排放温度，避免引燃或高温烫伤发动机尾管附近的物体。经过模拟计算发动机尾气排放温度可降低20％-30％，此结构制作简单，成本低廉，安装及维护方便，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的能降低发动机尾气温度的管结构的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、缩放喷管；11、第一入口端；12、渐缩段；13、喉部；14、扩张段；15、第一出口端；2、废气排放尾管；3、旁通管；31、第二入口端；32、第二出口端。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供一种能降低发动机尾气温度的管结构，其包括：

缩放喷管1，所述缩放喷管1包括第一入口端11，所述第一入口端11能连接在发动机的废气排放尾管2上、以从所述废气排放尾管2中吸入发动机的排放尾气，且所述缩放喷管1还包括与所述第一入口端11相连的渐缩段12；

旁通管3，所述旁通管3包括第二入口端31和第二出口端32，所述第二入口端31能够吸入常温空气、所述第二出口端32连接在所述缩放喷管1的所述渐缩段12上，以将常温空气通入所述渐缩段12中而与排放尾气进行混合。

本实用新型通过在发动机的废气排放尾管上连接缩放喷管，并在缩放喷管的渐缩段上连接旁通管，能够通过旁通管从外部通入常温的冷空气、使其在缩放喷管中而与排放尾气形成混合，由于旁通管是连接到渐缩段上，尾气通过渐缩段后压力逐渐降低，在截面积最小处降为最低，能够形成一定真空将常温冷空气由旁通管吸入缩放喷管中与高温的排气混合，保证常温冷空气能够被有效地吸入，这样便能够有效降低发动机的尾气排放温度，并且本申请采用了渐缩段的结构形式，不用采用额外的动力源便能够使得常温冷空气被顺利地吸入渐缩段中而形成混合和降温的作用，解决了现有的降温措施成本高昂，制造维护比较困难，可靠性比较低的问题，使得降温措施成本大为降低，制造维护简单方便，且可靠性能高。通过本实用新型，可以降低发动机尾气排放温度，避免引燃或高温烫伤发动机尾管附近的物体。经过模拟计算发动机尾气排放温度可降低20％-30％，此结构制作简单，成本低廉，安装及维护方便，可靠性高。

本实用新型提供了一种截面变化的管结构，其基本原理就是利用管结构的变化使得高温高速的排气流过此管结构时产生压降，在截面最小附近区域产生一定的真空度，然后冷空气被吸入该管结构里与高温排气混合进而降低排气温度。

废气排放尾管2和第一入口端11的直径设计尺寸相同具体数值根据发动机尾管确定，废气排放尾管2的长度没有特殊要求(根据发动机的整体布置取定，在这里只是为了方便说明排气尾管和管结构的连接关系，废气排放尾管2和缩放喷管1的连接采用焊接连接即可)。

该结构整体是一缩放喷管，与其不同的是在喉管部位或低压区有一个开口，在开口部位接上一个渐缩喷管，渐缩喷管作为常温空气入口；缩放喷管的渐缩段和渐扩段的管长除特殊要求一般不同，短的一侧作为发动机尾气入口测，长的一端作为混合气出口侧。通过本实用新型，可以降低发动机尾气排放温度，避免引燃或高温烫伤发动机尾管附近的物体。经过模拟计算发动机尾气排放温度可降低20％-30％，此结构制作简单，成本低廉，安装及维护方便，可靠性高。

优选地，

所述渐缩段12包括管径最小的喉部13，所述渐缩段12的管径从所述第一入口端11至所述喉部13的方向为逐渐减小，且所述旁通管3的所述第二出口端32连接在所述喉部13的位置处。通过将旁通管的第二出口端连接在喉部的位置处，由于喉部为渐缩段中压力最小的部位，因此这样的结构形式能够使得旁通管的第二出口端连接在压力最小的部位，能够形成尽可能最大的压差(或真空度)，以从旁通管的第二入口端处将常温冷空气吸入，从而最大程度地实现对发动机尾气的降温冷却效果，结构可靠性更高。

优选地，从第一入口端11开始前半段为一个渐缩段，中间有一个截面积最小为A的过渡区域，此处连接渐缩段用来流入冷空气，后半段至混合气出口为渐扩段或扩张段。

优选地，

所述旁通管3的管径从所述第二入口端31至所述第二出口端32的方向为逐渐减小、而形成渐缩喷管。通过将旁通管的管径设置为从第二入口端至第二出口端的方向为逐渐减小的渐缩喷管，能够使得通过该渐缩喷管的降压作用使得外界的常温冷空气从旁通管进入缩放喷管中，使其压力尽可能地降至与渐缩段中相接位置处的尾气压力相等的压力，从而使得二者在发生混合时不会产生较大的压差而形成压力损失，减小能量损失，提高能源利用效率。

优选地，

所述缩放喷管1还包括与所述渐缩段12的所述喉部13相连通的扩张段14，所述扩张段14的气流下游端形成为所述缩放喷管1的第一出口端15。通过将缩放喷管还包括扩张段的结构形式，能够对气流起到减速增压的作用，使得在渐缩段中吸入进来的常温冷空气与排放尾气在扩张段中进行混合作用，速度降低混合的更为充分，降温冷却效果更好，并且使得混合后的气体压力增大到常温大气压的压力再排出至管外，这样能够减小其与外界空气混合时产生压差而形成的压力损失，在进一步提高冷却降温效果的同时还进一步地提高能效。

优选地，

所述扩张段14的管径从所述喉部13至所述第一出口端15的方向为逐渐增大。这是本实用新型的缩放喷管的扩张段的优选结构形式，即为渐扩喷管，这样能够对气体进行逐渐增压减速的作用，进一步充分地增进了尾气与常温冷空气之间的混合程度，提高了冷却降温效果，并且进一步地减小了压力突增而造成的压力损失，提高能效值。

优选地，

所述扩张段14的长度比所述渐缩段12的长度长。将扩张段的长度设置为比渐缩段的长，能够进一步地增大尾气与常温冷空气之间在扩张段的混合充分程度，提高对尾气的冷却和降温效果。

优选地，

定义所述扩张段14的长度为L1，所述渐缩段12的长度为L2，且有L1≤150％*L2。这是本实用新型的扩张段与渐缩段长度之间的优选关系数值，即扩张段比渐缩段长但不会长太多，能够在保证提高对尾气的冷却降温效果的同时，还能防止因为扩张段太长而造成混合气流压损，并且在混合气体压力增高到常规大气压后就理应排出至管外了，以减小压力和能量的损失，并且这样还能减小管长，降低成本。

优选地，

所述渐缩段12的锥角为11°，和/或，所述扩张段14的锥角为11°，和/或，当所述旁通管3为渐缩喷管时，所述旁通管3的锥角为11°。这是本实用新型的渐缩段、扩张段以及旁通管的优选锥角角度，锥角即为扩张管或收缩管的母线与其轴线之间的夹角，将渐缩段12的锥角设置为11°能够在保证气体缓慢的逐渐降压，防止快速降压而无法实现且防止气流倒流，将扩张段14的锥角设置为11°能够保证混合气流逐级升压且缓慢充分地混合，实现气体的顺利升压和混合的作用，旁通管3的锥角为11°能够实现对常温冷空气的逐渐降压过程，使其能与废气进行无压差的顺利混合，防止压损产生，并且保证气体缓慢的逐渐降压，防止快速降压而无法实现且防止气流倒流。

优选地，

所述旁通管3的中轴线与所述缩放喷管1的中轴线之间成60°-120°的夹角。优选所述旁通管3的中轴线与所述缩放喷管1的中轴线之间相互垂直，成90°的夹角；和/或，所述旁通管3与所述渐缩段12相接部位的拐角为非圆滑过渡结构。旁通管3的中轴线与所述缩放喷管1的中轴线之间成60°-120°的夹角能够使得旁通的常温冷空气能够与尾气流动方向之间形成多个不同的夹角而进行混合，能够实现混合和对尾气降温冷却的效果，优选将两管之间垂直的方式进行混合，这样能够减少能量损失，提高混合效果；渐缩喷管(旁通管3)与渐缩段12相接部位无圆滑过渡连接有利于气流在直角连接处形成涡流加强气流运动促进冷空气与高温排气的混合，进而有利于混合气的温度降低。

优选地，第一入口端11的直径根据尾管直径确定，截面积A的直径大小可根据压降大小计算确定，渐扩喷管的长度由混合气混合程度或温降要求和压力升高的要求综合确定，渐缩喷管和渐扩喷管的锥角设计为11°，渐缩喷管与缩放喷管1未采用圆角和倒角的过渡连接方式，采用无圆滑过渡的连接方式。

高温高压的排气经废气排放尾管2进入到缩放喷管1中，先由第一入口端11进入到渐缩喷管段排气压力降低，在截面积最小处降为最低，形成一定真空将冷空气由旁通管3(渐缩喷管)进入缩放喷管1中与高温的排气混合，渐缩喷管与缩放喷管1无圆滑过渡连接有利于气流在直角连接处形成涡流加强气流运动促进冷空气与高温排气的混合，进而有利于混合气的温度降低，开始混合的气体流经渐扩喷管段由混合气出口(第一出口端15)排入环境大气，排气与冷空气在渐扩喷管段中进一步混合充分。混合气经过渐扩喷管段压力增加，这样就减小了整个缩放喷管1中气体的压降，从发动机整体看增加缩放喷管5，排气背压的增加在合理范围不会影响发动机整机性能。

本实用新型还提供一种发动机组件，其包括发动机和前任一项所述的能降低发动机尾气温度的管结构，且所述发动机包括废气排放尾管2，所述能降低发动机尾气温度的管结构连接在所述废气排放尾管2上。

本实用新型能够形成一定真空将常温冷空气由旁通管吸入缩放喷管中与高温的排气混合，保证常温冷空气能够被有效地吸入，这样便能够有效降低发动机的尾气排放温度，并且本申请采用了渐缩段的结构形式，不用采用额外的动力源便能够使得常温冷空气被顺利地吸入渐缩段中而形成混合和降温的作用，解决了现有的降温措施成本高昂，制造维护比较困难，可靠性比较低的问题，使得降温措施成本大为降低，制造维护简单方便，且可靠性能高。通过本实用新型，可以降低发动机尾气排放温度，避免引燃或高温烫伤发动机尾管附近的物体。经过模拟计算发动机尾气排放温度可降低20％-30％，此结构制作简单，成本低廉，安装及维护方便，可靠性高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。