专利名称：与气缸盖整体形成的排气歧管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机，所述发动机装备与气缸盖整体形 成的排气歧管，更具体地，本发明涉及一种发动机，其中其排气效率 得到改善。
背景技术：
概括地说，排气歧管作为分离部件进行开发，并且装配至 发动机，但是它能够影响发动机的总体性能和耐久性。排气歧管不仅需要与周围的部件保持间隙，从而不会过度 地使周围的部件变热；而且需要空间以将其收容在发动机舱中。此外，布置在排气歧管下游的催化转化器需要靠近发动机 安装，从而由热量激化(activated)。因此，排气歧管和发动机必须紧 凑。例如，随着气缸数量的增加，存在如下问题在直列式 (in-line)四缸发动机中，作为发动机重要特征的低速扭矩通过排气脉 动阻力而减小。图6是显示通常的四缸发动机及其排气冲程的示意图表。
如图6左边的示意图中所示，发动机包括第一气缸#1、第
二气缸#2、第三气缸#3以及第四气缸#4。此外，各个气缸的进气侧和
排气侧连接至涡轮增压器600和605。如图6右边的表中所示，膨胀冲程被顺序操作，例如第一
气缸#1〉第三气缸#3〉第四气缸#4>第二气缸#2。因此，如表中所示，一个间隔(EVO-EVC)与另一个间隔EVO-EVC重叠，在所述一个间 隔中排气阀在第一气缸#1中打开，在所述另一个间隔中排气阀在第二 气缸#2中打开。因此，排气阀在第一气缸#1中打开，直到排气阀在第二气 缸#2中关闭，并且在这个时刻存在如下问题由于从第一气缸#1排放 的废气的高排气压力，第二气缸#2的残余气体并未有效地排空。本背景技术部分中公开的信息仅仅用于增强对本发明通常 背景的理解，其不应该作为该信息形成本领域技术人员已知现有技术 的承认或者任何形式的暗示。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种与气缸盖整体形成的排气歧 管，可以包括至少一个单排气出口，所述单排气出口使得至少两个气 缸的通道结合并且排放从彼此不接近的所述至少两个气缸排放的废 气，其中打开周期彼此不重叠，在所述打开周期中，所述至少两个气 缸的排气阀是打开的。通道可以包括连接至第一气缸的第一排气通道，从第一气 缸排放的废气通过所述第一排气通道，以及连接至不接近第一气缸的 第四气缸的第四排气通道，从第四气缸排放的废气通过所述第四排气 通道，其中第一排气通道和第四排气通道结合在一起以形成第一单排 气出口，并且第一气缸和第四气缸的排气阀的打开周期彼此不重叠。通道可以包括连接至第二气缸的第二排气通道，从第二气 缸排放的废气通过所述第二排气通道，以及连接至第三气缸的第三排 气通道，从第三气缸排放的废气通过所述第三排气通道，并且其中第 二气缸和第三气缸的排气阀的打开周期彼此不重叠，并且其中第一气 缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸顺序布置。第二排气通道可以具有第二排气出口，并且第三排气通道 具有第三排气出口 。单排气出口以及第二和第三排气出口可以形成排 气组装部分。水套可以形成在排气歧管中，并且布置为接近第一、第二、 第三和第四排气通道。水套可以延伸至在第一排气通道和第四排气通
5道之间形成的备用空间，并且水套可以接近第二和第三排气通道，所 述备用空间布置在单排气出口之前。双涡旋(twin scroll)双涡轮增压器可以安装在排气组装部
分上。所述双涡轮增压器可以包括同轴连接至一个轴的第一涡旋和第 二涡旋，其中第一涡旋与单排气出口联通，第二涡旋与第二或第三排 气出口联通。第二排气通道和第三排气通道可以结合在一起以形成第二 单排气出口 。第一单排气出口和第二单排气出口可以形成排气组装部 分。双涡旋双涡轮增压器可以安装在排气组装部分上，其中所述双涡 轮增压器包括同轴连接至一个轴的第一涡旋和第二涡旋，其中第一涡 旋与第一单排气出口联通，且第二涡旋与第二单排气出口联通。排气歧管可以与气缸盖整体形成，并且可以进一步包括形 成在排气歧管中的第二和第三排气出口 ，用来排放从彼此接近的两个 气缸排放的废气。本发明的方法和装置具有的其它特征和优点将从附图和下 面的具体实施方式
部分中变得明朗，或者说将在附图和下面的具体实 施方式部分中进行更加具体地说明，所述附图合并于此，与所述具体 实施方式部分一起用于解释本发明的特定原理。
图1是具有根据本发明的与气缸盖整体形成的排气歧管的
例示性发动机的示意图。图2是沿图1的线II-II的图1的发动机的截面视图。
图3是显示根据本发明的例示性排气冲程和例示性排气压
力的表。图4是根据本发明布置在排气侧的例示性双涡旋涡轮增压 器的截面视图。图5是显示根据本发明例示性实施方案的双涡旋涡轮增压 器的效能的表。图6是显示传统的四缸发动机及其排气冲程的示意图表。
具体实施例方式现在将具体参考本发明的各种实施方案，其例子在附图中 说明并且在下面进行描述。当结合例示性实施方案对本发明进行描述 吋，应该理解的是当前的描述并不用于将本发明限制在那些例示性实 施方案中。相反地，本发明意在不但覆盖所述例示性实施方案，还覆 盖可能包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种选 择形式、修改形式、等价形式以及其它实施方案。图1是根据本发明的与气缸盖整体形成的例示性排气歧管
的示意图，且图2是根据图i的线n-n的截面视图。应该意识到，排
气歧管可以与气缸盖一体形成。如图1中所示，第一气缸#1、第二气缸#2、第三气缸#3以 及第四气缸糾顺序布置在气缸盖100a中。同样，排气歧管100b与气缸盖100a整体形成，且第一排 气通道111、第二排气通道112、第三排气通道113以及第四排气通道 114形成在歧管100b中。而且，应该意识到，排气歧管可以与气缸盖 一体形成。如图所示，第一排气通道111与第一气缸#1联通，且第二 排气通道112与第二气缸#2联通。同样，第三排气通道113与第三气 缸#3联通，第四排气通道114与第四气缸#4联通。如图1的下部所示，第一排气通道111和第四排气通道114 在第二和第三气缸#2和#3的中间部分中组合在一起，以形成单排气出 口 121。第二排气出口 122和第三排气出口 123顺序布置为接近单排气 出口 121的下部。单排气出口 121、第二排气出口 122和第三排气出口 123
构成单排气组装部分。形成第二排气通道112以在第二排气出口 122和第二气缸 #2之间联通，且形成第三排气通道113以在第三排气出口 123和第三 气缸#3之间联通。同样，水套124形成在第一、第二、第三和第四排 气通道lll、 112、 113和114以及单排气组装部分的单排气出口 121、 第二排气出口 122和第三排气出口 123的周围。水套124通过形成在与气缸盖100a整体形成的歧管100b
7之内的内部冷却剂通道而形成，且水套124的冷却剂冷却通过第一、
第二、第三和第四排气通道111、 112、 113和114以及单排气组装部 分的单排气出口 121、第二排气出口 122和第三排气出口 123的废气。图2是根据图1的线II-II的截面视图。如图2中所示，备用空间形成在歧管中第一排气通道111 和第四排气通道114之间，直到第一排气通道111和第四排气通道114 结合在一起。水套124形成在备用空间中。在本发明的各种实施方案中， 水套124可以朝向由第一、第二、第三和第四排气通道111、 112、 113 和114包围的空间中心而延伸。因此，第一排气通道111和第四排气通道114与水套124 之间的邻接区域增加，从而废气被有效地冷却，并且由废气的脉动产 生的噪音和振动减小。在类似的方式中，第二和第三排气通道112和113以及水 套124之间的邻接区域也增加，从而通过的废气的温度有效地降低， 并且由废气的脉动产生的噪音和振动减小。在本发明的各种实施方案中，当涡轮增压器连接至单排气 组装部分的单排气出口 121、第二排气出口 122和第三排气出口 123 时，脉动减小，废气的温度降低，从而能够改善涡轮增压器的耐久性 和性能。图3是显示根据本发明例示性实施方案的排气冲程和排气 压力的表。参考图3，第一气缸#1顺序执行排气、进气、压縮和膨胀 冲程，且第四气缸#4根据第一气缸#1顺序执行压縮、膨胀、排气和进 气冲程。同样，第二气缸#2根据第一气缸#1顺序执行进气、压縮、 膨胀和排气冲程，且第三气缸#3根据第一气缸#1顺序执行膨胀、排气、 进气和压縮冲程。如第一气缸#1和第四气缸#4中所示，当第一气缸#1处于 排气间隔(EVO-EVC)时，第四气缸#4处于压縮冲程，且当第一气缸 #1处于进气冲程时，第四气缸#4处于膨胀冲程。
更加具体地，当第一气缸#1处于进气冲程时，第四气缸#4 处于膨胀冲程，排气阀在膨胀冲程的最后部分打开。因此，不存在第
一气缸#]和第四气缸#4的排气阀同时打开的重叠周期。如图1中所示，根据本发明的例示性实施方案，第一和第 四气缸#1和#4的排气通道111和114结合在一起以形成单排气出口 121，且各个阀不重叠，使得第一和第四气缸#1和#4中的残余气体减 少。同样，第一和第四气缸#1和#4的废气并不互相干涉，从而 使得低/中RPM时扭矩并不减小。特别地，在发动机在高负载低RPM 下操作并且进气压力均匀的情况下，由于排气压力变得较低，残余气 体的净化效能增加。同时、第二气缸#2和第三气缸#3分别使用排气通道112和 113，从而几乎不与其发生排气干涉。然而，在本发明的各种实施方案 中，与第二和第三气缸#2和#3联通的第二和第三排气通道112和113 可以结合在一起以形成单排气出口 。如图3中所示，由于排气阀打开的周期不重叠，总体排气 压力得到分配，且排气压力的高点降低，使得排气脉动减小。图4是根据本发明例示性实施方案的布置在排气侧的双涡 旋涡轮增压器的截面视图。参考图4，双涡旋涡轮增压器包括双涡旋400，所述双涡旋 包括第一涡旋和第二涡旋、涡轮机叶轮405、涡轮机壳体410以及压缩 机叶轮420，且双涡旋400通过废气而旋转，从而压縮机叶轮420将入 口空气注入发动机的气缸内。参考图l和图4，第一涡旋能够连接至单排气出口 121，且 第二涡旋能够连接至第二和第三排气通道122和123。如上面所述，废 气的排气脉动能量传递至入口空气，从而改善排气效率和进气效率。在如上面所述的与第二和第三气缸#2和#3联通的第二和 第三排气通道112和113结合在一起以形成单排气出口的各种实施方 案中，第一涡旋能够连接至单排气出口 121，所述单排气出口 121连接 至第一和第四排气通道111和114，且第二涡旋能够连接至单排气出口， 所述单排气出口连接至第二和第三排气通道122和123。
在通常的单涡轮增压器中，当第一气缸的排气冲程正在完 成的时候，第三气缸的排气冲程开始，且所述排气冲程重叠，从而排 气侧的压力增大，且排气效率变差。然而，在各种实施方案中，在排气冲程的过程中，为了不
增加由排气脉动产生的其它气缸的排气压力，可以使用双涡旋涡轮增 压器。图5是显示根据本发明例示性实施方案的双涡旋涡轮增压 器的效能的表。如图5中所示，当单涡轮增压器和双涡轮增压器比较的时 候，在1500rpm处，单涡轮增压器的压縮比是1.25，而双涡轮增压器 的压縮比是1.37。同样，在1750rpm处，单涡轮增压器的压縮比是1.45，而 双涡轮增压器的压縮比是1.64。如上面所述，与单涡轮增压器比较，双涡轮增压器更有效 率地使用在排气阀打开时产生的废气脉动能量，从而改善入口空气的 压縮比。因此，发动机的输出和燃烧效率得到改善。为了方便解释和在所附权利要求中精确限定，术语"下"、 "内"等用于参考图中显示的这些特征的位置描述例示性实施方案的 特征。前面对本发明具体例示性实施方案的描述是出于说明和描 述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发 明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都 是可能的。选择例示性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定 原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用 本发明的各种例示性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明 的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
权利要求
1、一种与气缸盖整体形成的排气歧管，包括至少一个单排气出口，所述单排气出口使得至少两个气缸的通道结合并且排放从彼此不接近的所述至少两个气缸排放的废气，其中打开周期彼此不重叠，在所述打开周期中，所述至少两个气缸的排气阀是打开的。
2、 根据权利要求l所述的排气歧管，其中通道包括 连接至第一气缸的第一排气通道，从第一气缸排放的废气通过所述第一排气通道；以及连接至不接近第一气缸的第四气缸的第四排气通道，从第四气缸 排放的废气通过所述第四排气通道，其中第一排气通道和第四排气通道结合在一起以形成第一单排气 出口，并且第一气缸和第四气缸的排气阀的打开周期彼此不重叠。
3、 根据权利要求2所述的排气歧管，进一步包括连接至第二气缸的第二排气通道，从第二气缸排放的废气通过所述第二排气通道；以及连接至第三气缸的第三排气通道，从第三气缸排放的废气通过所述第三排气通道，并且其中第二气缸和第三气缸的排气阀的打开周期彼此不重叠，并且 其中第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸顺序布置。
4、 根据权利要求3所述的排气歧管，其中第二排气通道具有第二 排气出口 ，并且第三排气通道具有第三排气出口 。
5、 根据权利要求4所述的排气歧管，其中单排气出口以及第二和 第三排气出口形成排气组装部分。
6、 根据权利要求4所述的排气歧管，其中水套形成在排气歧管中，并且布置为接近第一、第二、第三和第四排气通道。
7、 根据权利要求6所述的排气歧管，其中水套延伸至在第一排气 通道和第四排气通道之间形成的备用空间，并且水套接近第二和第三 排气通道，所述备用空间布置在单排气出口之前。
8、 根据权利要求5所述的排气歧管，其中双涡旋双涡轮增压器安 装在排气组装部分上。
9、 根据权利要求8所述的排气歧管，其中双涡轮增压器包括 同轴连接至一个轴的第一涡旋和第二涡旋，其中第一涡旋与单排气出口联通，且第二涡旋与第二或第三排气 出口联通。
10、 根据权利要求3所述的排气歧管，其中第二排气通道和第三 排气通道结合在一起以形成第二单排气出口 。
11、 根据权利要求10所述的排气歧管，其中第一单排气出口和第 二单排气出口形成排气组装部分。
12、 根据权利要求ll所述的排气歧管，其中双涡旋双涡轮增压器 安装在排气组装部分上。
13、 根据权利要求12所述的排气歧管，其中双涡轮增压器包括 同轴连接至一个轴的第一涡旋和第二涡旋，其中第一涡旋与第一单排气出口联通，且第二涡旋与第二单排气 出口联通。
14、 根据权利要求1所述的排气歧管，其中用于排放从彼此接近 的两个气缸排放的废气的第二和第三排气出口形成在排气歧管中。
15、 一种发动机，包括根据权利要求l所述的排气歧管。
16、 一种客车，包括根据权利要求15所述的发动机。
全文摘要
一种发动机，包括与气缸盖整体形成的排气歧管。该发动机可以包括排气歧管，所述排气歧管具有至少一个单排气出口，用于排放从彼此不接近的至少两个气缸排放的废气，其中所述至少两个气缸之间的排气阀打开的周期彼此不重叠。排气歧管与气缸盖整体形成，从而能够减少成本。同样，水套形成在排气歧管的排气通道之间，从而能够改善受热负载影响的涡轮增压器的耐久性。同样，双涡旋涡轮增压器直接连接至歧管的排气出口，从而能够有效地改善入口空气的压缩比。此外，彼此之间产生脉动干涉的排气通道分离布置，且不产生脉动干涉的排气通道结合在一起以形成单通道，从而低rpm的扭矩得到改善并且残余气体被有效净化。
文档编号F01N13/10GK101550886SQ20081018074
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年4月1日
发明者元荣辰, 孔镇国, 孙晋郁, 李升秦 申请人:现代自动车株式会社