排气系统及包括其的发动机、汽车的制作方法
【专利摘要】本发明涉及涡轮增压发动机排气系统及包括其的发动机、汽车，其涡轮增压器设置在发动机的排气侧并且连接到所述发动机的排气歧管的出口，在所述涡轮增压器的涡端出口连接有三元催化器，所述涡轮增压器位于所述发动机的排气歧管的上方。在根据本发明的如上方面的排气系统、发动机和汽车有利地实现了结构简单、紧凑的应用于增压发动机的排气系统设计，能够有效地改善排放处理性能。
【专利说明】排气系统及包括其的发动机、汽车
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废气涡轮发动机的制造【技术领域】；更具体地说，本发明涉及一种涡轮 增压发动机排气系统，并进一步涉及包括其的发动机、汽车。
【背景技术】
[0002] 汽车排放废气中含各种有害气体。为了抑制这些有害气体的产生，促使汽车生产 厂家改进产品以降低这些有害气体的产生源头，国家制定了相关的汽车排放标准。目前国 家第四阶段和今后的第五阶段排放要求对发动机的排放控制提出了更高的要求。
[0003] 三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排 出的各种有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车 尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强有害气体的活性，促使其进行一定的 氧化和还原化学反应并变成无害气体，使汽车尾气得以净化。为了提高废气后处理的能力， 改善催化剂起燃的性能，通常要求使用更大尺寸的三元催化器，同时三元催化器要更靠近 发动机排气歧管，在冷启动阶段获得更高的排气温度。
[0004] 在现有技术的增压发动机中，涡轮增压器布置在发动机的排气侧，连接排气歧管 出口，而三元催化器则并排连接到增压器涡端的出口，净化从增压器涡端出口排出的废气。 这种设置造成了三元催化器和增压器的布置空间干涉，影响二者的布局。为了满足紧凑的 空间限制，二者的尺寸和位置设置都不得不做出妥协，使得不能实现最优的涡轮增压和排 气净化性能。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有优化的涡轮增压及排气净化性能的涡 轮增压发动机排气系统，并且进一步提供包括这种排气系统的发动机、汽车。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种涡轮增压发动机排气系统， 其涡轮增压器设置在发动机的排气侧并且连接到所述发动机的排气歧管的出口，在所述涡 轮增压器的涡端出口连接有三元催化器，其中，所述涡轮增压器位于所述发动机的排气歧 管的上方。通过如此设置，在保证整车排气管的最小离地间隙的情况下能够获取尽可能大 的三兀催化器体积，有利于废气的净化。
[0007] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述发动机的整个排气系统的固有频率高于 所述发动机的共振点。
[0008] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述三元催化器的载体入口靠近所述涡轮增 压器的涡端出口。
[0009] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述排气歧管的出口朝上并且通过连接法兰 由螺柱与所述增压器连接。
[0010] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述排气歧管通过螺栓与所述发动机的缸盖 连接。 toon] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述增压器的涡端出口和所述三元催化器通 过法兰由螺柱连接。
[0012] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述增压器通过增压器支架支撑，所述增压器 支架的上支撑点固定在所述排气歧管的出口法兰上，下支撑点固定在所述发动机的缸体 上。
[0013] 可选地，在如前所述的排气系统中，所述三元催化器由三元催化器支架支撑，所述 三元催化器的下端支撑在所述发动机的缸体上。
[0014] 进一步地，本发明的第二方面提供了一种涡轮增压发动机，所述发动机具有如前 述第一方面中任一项所述的排气系统。
[0015] 更进一步地，本发明的第三方面提供了一种汽车，所述汽车包括如前述第二方面 所述的发动机。
[0016] 在根据本发明的如上方面的排气系统、发动机和汽车中，在整车排气管离地间隙 一定并且增压器和排气歧管的布置空间有限的条件下，有利地实现了一种结构简单、紧凑 的应用于增压发动机的排气系统设计。这种设计使得三元催化器不必沿高度方向下移就能 提供足够的增压器布置空间同时保证了整车排气管的最小离地间隙，在有限的发动机排气 侧分别布置了排气歧管、增压器、三元催化器，并且在可选的情况下还能够安装增压器支架 以及三元催化器支架等。同时，布置后的结构满足整个排气系统的固有频率高于发动机相 关共振点，结构强度满足排气歧管、增压器支架和三元催化器支架的材料性能要求。三元催 化器的载体入口尽可能靠近增压器排气出气口，能够有效地帮助催化剂的起燃，改善排放 处理性能；另外，本旭有的整个设计方案降低了从自然吸气到增压发动机的设计升级工作 的难度和风险，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 参照附图，本发明的公开内容将变得更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明 的目的，而并非意在限制本发明的保护范围。图中： 图1示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机排气系统的一种实施方式的简图； 图2和3示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机排气系统中增压器的气流的流 通方式；以及 图4示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机的排气系统的增压器支架和三元 催化器支架的固定点和支撑方式。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】；可以理解，在附图和说明书中相 同的附图标记用于表示相同的技术特征。
[0019] 图1示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机排气系统的一种实施方式的 简图。在图中，附图标记1表不发动机缸体的缸盖，2表不排气歧管，3表不润轮增压器，4表 示增压器支架，5表示增压器和三元催化器的连接法兰，6表示三元催化器，7表示三元催化 器支架，8表示排气歧管和增压器的连接法兰，9表示连接螺栓。
[0020] 如图所示，涡轮增压发动机的排气歧管2 (的排气道）通过若干个螺栓9连接至发 动机的缸盖1，并且排气歧管2的汇合出口连接至涡轮增压器3,即，涡轮增压器3设置在发 动机的排气侧并且连接到排气歧管2的出口。排气歧管2延伸自缸盖1之后其出口朝上， 使得涡轮增压器位于发动机排气歧管的上方，给三元催化器6的安装预留了充足的空间。 排气歧管2的出口可以通过连接法兰5由螺柱与增压器3连接。由于抬升了增压器3的高 度，可以使得增压器3在高度方向上的位置可以高于缸盖1。涡轮增压器3的涡端出口和三 元催化器6之间也通过连接法兰8由螺柱连接；三元催化器的载体入口可以尽量靠近涡轮 增压器的涡端出口以帮助催化剂的起燃、改善排放处理性能。可以了解，此处可以根据具体 的情况选取螺柱的数量以及法兰的具体形状，而不必拘泥于图示的个数和形状。
[0021] 为了提高涡轮增压器3和三元催化器6的安装稳定性，本实施方式还设置有用于 支撑涡轮增压器3的增压器支架4和用于支撑三元催化器6的三元催化器支架7,使得布 置后的结构满足整个排气系统的固有频率高于发动机相关共振点、同时结构强度满足排气 歧管、增压器支架和三元催化器支架的材料性能要求。在具体的实施方式中，增压器支架4 和三元催化器支架7可以选用刚性的金属材料等，并如图所示制成条状或其它形状。增压 器支架4可以在上下端各有一个支撑点；如图所示，在本实施方式中，增压器支架4的上支 撑点由一个螺栓固定在排气歧管2的出口法兰(连接排气歧管2和涡轮增压器3的连接法 兰5之一)上，下支点也可以由两个固定点分别支撑在缸体上(见图4)。图中的三元催化器 6下部由三元催化器支架7和缸体的连接提供支撑(见图4)。可以了解，在其它的可选实施 方式中，也可以用其它方式固定增压器支架4和三元催化器支架7。
[0022] 图2和3示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机排气系统中增压器的气流 的流通方式。
[0023] 在图2中，附图标记31表示涡轮增压器3的压端，32表示涡轮增压器3的涡端，箭 头A表示未增压的新鲜空气的气流方向，箭头B表示经增压器压缩以后的新鲜空气的气流 方向，C表示通过增压器的废气流方向。所属领域的技术人员可以了解，来自发动机的排气 歧管的排气在涡端推动涡轮旋转后形成排气流C，涡轮则带动压端的压轮旋转使得未增压 的新鲜空气流A从压端进入后被压缩，压缩后的气流B从增压器压端出口排出。
[0024] 在图3中，附图标记D表示排气歧管2排出的废气。从图中可以看出，来自排气歧 管2的废气流D从增压器3的涡端进入，并且在推动涡轮增压器3涡端的涡轮后排出气流 C。可见，图3更详细地示出了排气系统的具体排气流出的方式以及增压器在这种排气方式 下如何对新鲜空气进行增压。发动机燃烧后的废气流D由发动机缸盖的排气道分别进入排 气歧管2的排气通道。排气歧管的排气通道汇合以后，废气流动从水平方向根据排气歧管 2的走向朝上排出，进入增压器3。当废气流D推动增压器3的涡轮以后，废气由右侧渥壳 端排出气流C，通过增压器3和三元催化器6的连接法兰并排到三元催化器6内；未增压器 的新鲜空气流A由增压器3的压端的入口进入，增压后的新鲜空气流B由增压器3的压轮 出气端从下排出。
[0025] 图4示意性地示出了根据本发明的涡轮增压发动机的排气系统的增压器支架和 三元催化器支架的固定点和支撑方式。从图中能够更清楚地看出涡轮增压器3设置在排气 歧管2甚至整个缸体的上方，使得三元催化器6具有更充分的布置空间，能够满足日益提高 的汽车和发动机排放要求。增压器支架4的上端41固定在连接法兰5上，下端42固定在 缸体上，支撑方式为螺栓连接支撑。三元催化器支架7下端的固定点在缸体上，支撑方式也 为螺栓连接支撑。增压器支架4和三元催化器支架7对整个排气系统起到支撑作用，能够 减小整个系统对排气歧管2和缸盖连接面的作用力。
[0026] 显而易见，本领域的普通技术人员可以用本发明的发动机排气系统布置出紧凑实 用的涡轮增压发动机。
[0027] 如前根据附图对本发明的优选实施方式进行的描述仅是示例性和说明性的；所属 领域的技术人员在本文的教示下也能够对本发明的优选实施方式进行等同或类似形式的 变通或改型，这些变通或改型也将落入由本发明的权利要求书所覆盖的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种涡轮增压发动机排气系统，其涡轮增压器设置在发动机的排气侧并且连接到 所述发动机的排气歧管的出口，在所述涡轮增压器的涡端出口连接有三元催化器， 其特征在于，所述涡轮增压器位于所述发动机的排气歧管的上方。
2. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述发动机的整个排气系统的固有频率高于 所述发动机的共振点。
3. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述三元催化器的载体入口靠近所述涡轮增 压器的涡端出口。
4. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述排气歧管的出口朝上并且通过连接法兰 由螺柱与所述增压器连接。
5. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述排气歧管通过螺栓与所述发动机的缸盖 连接。
6. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述增压器的涡端出口和所述三元催化器通 过法兰由螺柱连接。
7. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述增压器通过增压器支架支撑，所述增压 器支架的上支撑点固定在所述排气歧管的出口法兰上，下支撑点固定在所述发动机的缸体 上。
8. 如权利要求1所述的排气系统，其中，所述三元催化器由三元催化器支架支撑，所述 三元催化器的下端支撑在所述发动机的缸体上。
9. 一种涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机具有如前述权利要求1至8中任一项 所述的排气系统。
10. -种汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求9所述的发动机。
【文档编号】F01N13/08GK104100345SQ201310117002
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月7日 优先权日:2013年4月7日
【发明者】王勇, 晁鑫, 尹建民 申请人:上海通用汽车有限公司, 泛亚汽车技术中心有限公司