排气管道的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种排气管道。该排气管道包括：进气管、排气管以及布置在所述进气管与所述排气管之间的弯管部分。所述弯管部分包括进气弯管和排气弯管，其中，中央弯曲部分限定了进气弯管和排气弯管的中间部分，且所述进气弯管和所述排气弯管各自占据由所述弯管部分所占据的整个弯曲角度的50％。在弯曲面内，所述中央弯曲部分的直径小于所述进气弯管和所述排气弯管的直径。此外，所述弯管部分的弯曲半径R沿着所述弯管部分变化，从而所述进气弯管的弯曲半径大于所述排气弯管的弯曲半径。
【专利说明】排气管道
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用在例如机动车辆的内燃机排气系统中的排气管道。
【背景技术】
[0002]公知的是，用于例如机动车辆的内燃机的排气系统的端管(end pipe)应该较长，以便有利于地对低频噪声进行衰减。由于车辆内的空间有限，从而管道是弯曲的。例如，管道有可能是弯曲的，并且管道的一部分可集成在消音器内，而管道的其余部分可能布置在消音器外部。还公知的是，管径较小的管道可提高低频噪声衰减效果，但是会提高管道内的流速。然而，弯曲的管道以及管道内较快的流速会引发流动噪音。因此，在现有技术的系统中，会增大管道在弯管处的横截面以降低流速。然而，这对低频噪音的衰减有不利的影响。在其他一些系统中，在管网中插入分隔板来降低被分隔的管道的直径。然而，这样的系统制造起来较为困难，而且，湿润表面有所增加，并引入了新的边角，从而不利于降低潜在的压损和/或不利于降低流动噪声。从其他的一些现有技术中可知，管道弯管处的压损与流动噪声之间存在一定的关系。管道弯管处的R/D比选择为至少1.5或以上，可优化压损和流动噪音。其中，R为弯管半径，D为管道的直径。例如，在DE 102009 000 090中，管道弯管具有恒定的弯管半径R，其横截面为椭圆形，且弯曲面中的减小的直径D的R/D比为3以上。管道在垂直于弯曲面的平面内的直径可略微增加，以部分地补偿其它横截面的减小。然而，要获得较大的R/D比，需要减小管道的直径或增大弯管半径。前者会带来较高的流动噪声，后者不允许制造尖锐的弯管，从而导致不能紧凑地布置弯曲管道。
[0003]DE 10 2009 000 090或其他现有技术中的排气管道也存在缺点。具体而言，现有技术中的排气系统通常不会考虑进入弯管或流出弯管的流动的差异。因此，排气管道仍有改善的空间。而且，仍需要有一种在压损和流动噪音方面都具有最佳弯管结构的排气管。
【发明内容】
[0004]根据本发明，提供一种排气管道，该排气管道包括进气管、排气管以及布置在所述进气管与所述排气管之间的弯管部分。所述弯管部分包括进气弯管和排气弯管，其中，中央弯曲部分是进气弯管和排气弯管的中间部分，且所述进气弯管和所述排气弯管分别覆盖所述弯管部分所覆盖的整个弯曲角度的50%。其中，在弯曲面内测得的所述弯管部分的最小直径设置在所述中央弯曲部分内。此外，所述弯管部分的弯曲半径沿着所述弯管部分发生变化，从而所述进气弯管的弯曲半径大于所述排气弯管的弯曲半径。
[0005]通过减小排气管的至少在中央弯曲部分中的在弯曲面内的直径，对于低频噪音衰减和流动噪音能够实现有利的效果。弯管部分的直径较小还可减小高阶模式的传播，从而降低高频范围的流动噪音。通过减小一部分弯管部分、特别是仅减小中央弯曲部分的直径，可在局部获得良好的效果。然而，可防止产生弯管部分内流速整体提高的负面效应。弯管部分的在弯曲面内的较小管道直径可通过增加排气管在其他方向、例如垂直于弯曲面内的径向方向的横向方向上的延伸来全部或部分地加以补偿。
[0006]此外，将排气弯管的弯曲半径设置成小于进气弯管的弯曲半径，考虑到了流体，优选为诸如尾气的气体进入弯管和离开弯管时的不同流动行为。进气弯管和排气弯管的不同弯曲半径对已进行一定程度转动的流动的分离特性有一定影响。具体而言，在U型转动中，流体在弯曲过程中和弯曲后的区域内的流动分离会显著增加排气管道内的流动噪音。由于进气弯管的弯曲半径较大，流体将以更加平稳的方式被引导和重新导向到弯管部分的进气弯管内。具有较大弯曲半径的平滑进气弯管防止过早的流动分离或推迟了流动分离。排气弯管的较小弯曲半径使弯管部分在排气弯管中呈现较尖锐转弯。这样，流体流动在弯管部分和排气管内的重新导向就更加尖锐，从而可局限在弯管的更局部的区段内。在尖锐的排气弯管中，也可通过调整横截面形状来抑制流动分离。
[0007]在所述中央弯曲部分内，较小的直径以及中央弯曲部分的弯管部分的横截面形状的调整，使得可调整流体，使其最佳地进入到排气弯管的最尖锐部分。
[0008]在排气弯管内可以选择一种或多种弯曲半径择，以使排气弯管内的流动方向基本对应于中央弯曲部分的已处于下游端或其紧后面的排气管内的流动方向。
[0009]进气弯管和排气弯管可具有一个或多个不同的弯曲半径。弯管部分的弯曲半径可沿着弯管部分变化。弯管部分可包括具有恒定弯曲半径的区段。优选地，排气弯管的局部弯曲半径小于进气弯管的局部弯曲半径。
[0010]根据本发明的排气管道的几何参数沿着排气管道的长度而变化。至少在中央弯曲部分的一部分内，或沿着该中央弯曲部分，将这些几何参数选择为沿着排气管道的弯管部分变化。优选的是，排气管道或其弯管部分的几何参数分别发生局部的变化。由于排气管道的几何形状进行了局部的调整，从而根据本发明的排气管道在降低排气管道内的低频噪音衰减、压力损失以及流动噪音方面得到了优化。由于局部化，从而在某些区段具有极值或不期望的值，但是排气管道的整体性能得到了优化。可通过单独优化的在整个弯曲范围内保持为恒定的特征来进一步提升排气管道的弯曲部的整体性能。具体而言，在根据本发明的排气管道中，通过不对称地选择几何参数，特别是使排气弯管内的弯曲半径不同于进气弯管内的弯曲半径，而考虑了进气弯管和排气弯管中的不同流动特性。
[0011]优选地，根据本发明的排气管道设置在消音器内，或设置在排气系统中对排气系统的整体流动噪音有显著影响的位置处。更加优选的是，根据本发明的排气管道，特别是其弯管部分，优化为排气系统中的端管。在排气系统的热端，例如在歧管内，在紧接着发动机的管道内，或者在催化转换器之前的管道内产生的管道部件内的流动噪音在下游排气部件中得以充分抑制，从而不会导致从排气系统的开口端发出的噪音。因此，不会将热端管道设计成使得降低流动噪音。然而，在消音器或者可能还在消音器紧上游的第一管道内，在排气系统的更加靠近其开口端的冷端，诸如端管处，产生的流动噪音通常不能在余下的下游排气部件中得到充分的衰减。这样就不会导致从排气系统的开口端发出的噪音。因此，在布置在消音器紧上游或紧下游、或至少部分布置在消音器内部的弯曲管道(例如在端管)内，流动噪音及对其的抑制需要通过合适地选择弯曲管道的构造并根据本发明来加以考虑。
[0012]优选地，排气系统内的端管布置在消音器之后，但是也可部分地或全部地布置在消音器内。
[0013]根据本发明的排气管道优选弯曲超过90度，更加优选地，弯曲程度在约160度和200度之间。这样，优选的是，排气管道大致形成为U型，其中将(正好为)U型的转弯限定为形成180度弯曲。优选的是，进气管道和排气管道为直管。优选的是，进气管道和排气管道为具有圆形横截面的管。
[0014]本文中使用的术语“弯曲面”指的是弯管部分所处的平面。弯管部分的弯曲半径也位于弯曲面内。一般而言，弯曲面将弯管部分分为两个半部。优选地，进气管或排气管，或者进气管和排气管二者也位于弯曲面内。在这些实施方式中，弯曲面将排气管道分为两个半部。每一半部于是包括半个进气管，半个弯管部分和半个排气管。优选地，弯曲面是弯管部分的对称面，更加优选的，是排气管或排气管的一些部分的对称面。该弯曲面无需是扁平的或平的面。在不偏离本发明的范围内，根据本发明的弯管部分或整个排气管道无需位于平的平面内，也无需位于都位于相同的平面内。特别是在排气系统中，管道需要布置成配合在有限的空间中，或者将其布置在其他设备之间，从而实施为或者有利的是排气管或其部件的取向不可能是正好平直的。仅举例来说，根据本发明可采用或设置倾斜的进气管或排气管(相对于弯管部分倾斜，或偏离弯曲面)，或者不位于平的弯曲面内的扭曲弯管部分。在根据本发明的优选实施方式中，弯曲面是平的平面。这有利于弯管部分或整个排气管道的制造。
[0015]这里使用的术语“中心线”指的是沿着排气管道延伸、优选位于排气管道中心的线。中心线限定了位于弯管部分的内弯曲曲线和外弯曲曲线之间，以及进气管和排气管的内周线与外周线之间的一半距离的参考线。在弯管部分中，中心线、内弯曲曲线和外弯曲曲线位于弯曲面内。如果整个排气管道都位于弯曲面内，则进气管和排气管的中心线，以及进气管和排气管的内周和外周都位于该弯曲面内，且相对于该弯曲面进行测度。中心线也是用于根据本发明的排气管道内的弯管部分的局部弯曲半径的参考线(中心线与局部弯曲半径相切)。
[0016]在具有圆形横截面的排气管道内，排气管道限定了 U形转弯，中心线也限定了 U形转弯，其弯曲半径为(Ri+Ro)/2。其中，Ri为U形转弯的内弯曲半径，Ro为U形转弯的外弯曲半径。
[0017]在提及半径或直径时，除非另有明确说明有不同含义或明显指代不同的对象，这些术语始终表示相对于弯曲面。因此，排气管道的横截面指的是排气管道的垂直于且与中心线相交的横截面。弯曲半径是从圆的中心到其圆周测得的，其中圆周与中心线相切。
[0018]这里采用术语“中线”来指限定了进气管与排气管在弯曲角度基本大于O度处、优选大于90度小于180度处的中分线的线。在180度弯曲的情况下，中线为位于进气管中心线以及排气管中心线正中间且与它们平行的线。在管道为圆管的情况下，进气管和排气管的中心线是管道的相应的旋转轴线。在整体对称的排气管道中，中线将弯管部分分为进气弯管和排气弯管。进气弯管以及排气弯管则是镜面对称的管道部分，且进气弯管和排气弯管各自覆盖弯管部分弯曲角度的50%。在整体对称的U形转弯的情况下，进气弯管以及排气弯管分别覆盖90度的弯曲角度。在根据本发明的排气管道中采用术语“中轴线”来指将进气弯管和排气弯管分隔开使其分别覆盖排气管道的整个弯曲角度的50%的轴线。然而，在排气管道不对称的情况下，中轴线平行于中线，但是会偏移，通常是向着排气管的方向偏置。
[0019]第一次达到弯曲角度的50%处即为进气弯管的下游端。由于进气弯管和排气弯管具有不同的弯曲半径，并且弯曲半径有可能发生局部的改变，从而弯曲角度有可能发生变化，变成对应于小于50%的弯曲角度的值(例如在180度的弯曲中，变为稍大于90度)。然而，弯曲角度的这样的局部变化在排气弯管的更下游部分中得到补偿，从而排气弯管所覆盖的整个弯曲角度覆盖了整个弯曲角度的50%。
[0020]弯管部分为排气管道的一部分，在该部分处管道开始和/或终止弯曲。在U形转弯中，弯管部分可由排气管道的由直线分隔线分开从进气管和排气管分开的部分来限定。该分隔线位于弯曲面内，且设置成与排气管的中线或中轴线垂直，并且垂直于排气管道的中心线(在非U形转弯的情况下存在两条分隔线，分别针对进气弯管和排气弯管。这两条分隔线仅与中心线垂直)。分隔线定位在排气管道在相应的过渡部位开始弯曲，或结束弯曲，或者开始和结束弯曲的位置处。与排气管的设置在下游的排气侧的过渡部位相比，如果排气管进气侧的过渡部位设置在更上游处，则分隔线位于进气侧的过渡部位处(反之亦反)。在排气管道的排气侧，与相应的过渡部位相比，分隔线则与排气管道相交在更下游的位置处，即，在排气弯管内，弯曲在更上游处已达到期望的弯曲角度(因此，反之亦反)。
[0021]如果进气弯管和排气弯管都不包括直接设置在相应进气管或排气管之间的基本为平直的平直段，则分隔线位于两个过渡部位处。
[0022]中央弯曲部分限定了弯管部分的位于进气弯管和排气弯管之间的过渡部分。中央弯曲部分延伸到进气弯管和排气弯管内至进气弯管和排气弯管的弯曲角度的约50%，优选地至进气弯管和排气弯管的弯曲角度的约40%。如果中央弯曲部分包括平直段，则优选的是，该中央弯曲部分延伸到进气弯管和排气弯管内至包括平直段的进气弯管和排气弯管的弯曲角度的约50%。在180度弯曲的情况下，进气弯管以及排气弯管分别覆盖90度的弯曲角度。然而，由于根据本发明弯管部分是非对称的，从而中央弯曲部分在进气弯管内的长度与中央弯曲部分在排气弯管内的长度无需是相同的。进气弯管的总长度可大于排气弯管的总长度，这样，在测度距离时，中央弯曲部分向进气弯管内的延伸程度要大于向排气弯管内的延伸程度。
[0023]中央弯曲部分的平直段具有有限的长度，而且是弯管部分的包含进气弯管和排气弯管的一部分。优选的是，中央弯曲部分的平直段最多覆盖中央弯曲部分的20%到30%的长度，更加优选为覆盖最多10%的长度。该平直段可全部设置在进气弯管内或全部设置在排气弯管内，优选完全设置在排气弯管内。
[0024]根据本发明的排气管道的一个方面，所述弯管部分弯曲约160度和200度。弯曲角度在约160度到约200度之间的弯管部分大致形成为U形转弯。优选地，在U形转弯中，即在弯曲了 180度的部分弯曲中，进气管和排气管布置成相互平行。在弯管部分呈U形转弯或大体呈U形转弯的情况下，有利于排气管道形成非常狭窄的布局。也可设置两个以上的一系列根据本发明的排气管道。该系列布局形成非常紧凑的排气管道结构，特别是机动车辆的排气系统端管。
[0025]在根据本发明的排气管道的优选实施方式中，最小的弯曲半径设置在弯管部分的整个弯曲角度的约50%到约85%之间，优选地，设置在弯曲角度的约50%到约75%之间，或者设置在弯曲角度的约55%到约70%之间。弯曲角度的百分比数量分别从弯管部分的入口处或从弯管部分的上游端开始测量的。在U形转弯(180度弯曲)形式的弯曲部中，这基本对应于最小的弯曲半径，其设置在约90度和约150度之间，更加优选地，设置在约90度和约135度之间，例如设置在U形转弯的约100度和130度之间。弯曲角度的度数也是从弯管部分的上游端开始计量的。在弯管部分的上游端，角度为O度，在弯管部分的下游端，角度为弯曲的最大角度，例如在U形转弯的情况下为180度。通过向着排气弯管，即相对于中线或中轴线向着弯管部分的更下游区段移置最小弯曲半径，可考虑进气弯管与排气弯管之间的流动特性的差异。具体而言，在流动分离方面起到好的效果，从而在排气弯管内的流动特性与流动噪音方面实现了好的效果。此外，通过使排气弯管的弯曲半径较小，可在弯管部分的下游部形成尖锐的弯曲。优选地，最小弯曲半径局限在弯管部分的一个区段内，优选局限在中线的下游区段内，更加优选地位于中轴线的下游，以及中央弯曲部分的上游端和下游端。通过仅仅在局部区段形成最小的弯曲半径，从而可有效利用较小的局部弯曲半径，却不会产生在扩展的管道部分都采用较小弯曲半径的缺点，例如流动分离以及与之相关的流动噪音。沿着弯管部分的几乎整个横向延伸部(相对于弯曲面的横向)可采用较小的直径，这样弯管部分就基本呈椭圆形。也可仅仅部分地在横向上采用较小的直径。
[0026]根据本发明的排气管道的另一方面，弯管部分的最大横截面设置在中央弯曲部分内。具有最大横截面的区段可对应于整个中央弯曲部分。有利的是，具有最大横截面的区段仅对应于中央弯曲部分的一部分。优选的是，具有最大横截面的区段大体上与排气管道的具有最小直径的区段重合。优选地，通过横向(垂直于弯曲面内的径向)增大弯管部分形成较大的横截面。
[0027]优选地，最大横截面是相对于整个弯管部分的横截面而言的，更有利的是相对于整个排气管道的横截面而言的。通过在弯管部分形成较大或最大的横截面，可降低流速、流动分离和流动噪音。因为所形成的较小直径通常使得流速增加，流动噪音增强，从而在弯管部分形成较大的横截面可降低排气管道直径较小的不利影响。
[0028]根据本发明的排气管道的另一方面，排气弯管的中央弯曲部分的R/d比小于1.5，例如小于或等于I。这里，d为在弯曲面内测得的排气管道的直径。在R/d比较小的情况下，可形成较小的弯曲半径，从而可构成尖锐的弯曲，从而制成紧凑的排气系统。
[0029]此外，弯曲面内较小的直径可抑制流动分离。如果在弯管部分中，优选地排气弯管或在中央弯曲部分内形成这两个特性，这是最理想的。优选仅在相应弯管部分的一部分内形成较小的R/d比。因此，弯管部分的其他部分可优化为具有其他的弯曲特性，从而弯管部分可具有整体的最优性能。小于1.5的R/d比可以增大至高达包括中央弯曲部分的排气弯管的弯曲角度的60 %，优选高达弯曲角度的40 %。在一些实施方式中，中央弯曲部分的高达50%的范围具有小于1.5的R/d比。在一些实施方式中，排气弯管的中央弯曲部分的几乎整个长度内的R/d比小于1.5，例如在排气弯管的中央弯曲部分的弯曲角度的80%到100%的范围内R/d比小于1.5。
[0030]有利的是，在排气弯管的较小区段内，或者仅在中央弯曲部分内使得R/d为I或小于I。优选的是，仅仅在排气弯管的中央弯曲部分内使R/d比小于I。例如，在排气弯管的中央弯曲部分的弯曲角度的约I %到30 %的范围内，优选在5 %到20 %的范围内，将排气弯管的中央弯曲部分的R/d值设置成I或小于I。
[0031]优选的是，进气弯管的平均R/d比大于排气弯管的平均R/d比。
[0032]从现有技术公知的是，在压损和流动噪音方面，与R/d比小于I的弯曲情形相比，R/d比为1.5以上的弯曲更为有利。然而，由于根据本发明的排气管道的结构，并且如上所述，发现弯管部分的局部区域的R/d比可小于1.5，或者甚至是小于I。由于在局部设置了极值或认为是不利的值，从而与现有技术中的排气管道中的弯曲相比，可优化和改进排气管道的整体特性。
[0033]根据本发明的排气管道的一个方面，该弯管部分相对于弯曲面是对称的。作为弯管部分的对称面的弯曲面可使沿着弯管部分流动方向的、或优选地在整个排气管道内的液体的流动具有一定的规则性。有利的是，弯曲面为包括弯管部分以及进气管和排气管在内的排气管道的对称面。对称布置也使得能从例如两个彼此镜像对称的两个半壳分别加工成弯管部分或排气管道。可例如通过焊接或机械锁定将这两个半壳固定在一起形成排气管道。
[0034]根据本发明的排气管道的另一方面，进气弯管和排气弯管的沿着弯曲面测量的位于进气管和排气管之间的内弯曲曲线和外弯曲曲线并不是相对于中线或中轴线彼此轴对称的。这里，进气弯管的内弯曲曲线与排气弯管的内弯曲曲线不是轴对称的，且进气弯管的外曲线与排气弯管的外曲线也不是轴对称的。
[0035]在弯管部分的长度范围内，局部地改变诸如弯曲半径、直径或横截面等的管道参数和尺寸，使得进气弯管和排气弯管至少在弯曲面内测量时具有不同的内弯曲曲线和外弯曲曲线。将弯管部分的较小或最小弯曲半径设置在弯管部分的下游侧或在排气弯管的中央弯曲部分内，可使进气弯管的内弯曲曲线和外弯曲曲线比排气弯管的内弯曲曲线和外弯曲曲线更加平面和规则。
[0036]根据本发明的排气管道的另一方面，进气弯管包括沿着所述进气弯管的外周延伸的脊状突起。该脊状突起设置在弯曲面内，向着弯曲面的两侧延伸一小段距离，并且可相对于弯曲面对称。脊状突起提供了用于使流体流入弯管部分中的扩展空间。优选地，脊状突起跟随进气弯管，且有利的是，其开始于进气弯管的上游端处，并延伸到中央弯曲部分内。优选的是，该脊状突起不延伸到进气弯管的下游端。
[0037]根据本发明的排气管道的另一方面，所述排气弯管包括沿着所述排气弯管的中央弯曲部分的内周延伸的凹部。该凹部设置在弯曲面内，向着弯曲面的两侧延伸一定距离，且可相对于弯曲面对称。排气弯管内的凹部影响着流动特性，特别的，其可抑制排气弯管内的流体发生流动分离。优选地，至少在排气弯管的第一半部中设置该凹部。该凹部可至少部分的设置在进气弯管的中央弯曲部分内，邻近中轴线，也可进一步延伸到排气弯管内。优选地，该凹部不延伸到排气弯管的最下游端处。优选地，该凹部至少在流动方向上具有平滑的结构，以便降低流动阻力。优选地，该凹部设计成在弯管部分内在凹部的周围形成大体上的层流，优选地使流动分离和循环最小化。
[0038]弯管部分或还有排气管道可还设有突起或凹部，或者这二者。优选地，这样的突起或凹部沿着纵向方向或流动方向设置在弯管部分内。优选地，这样的凹部或突起设置成相对于流动方向对称。
[0039]根据本发明的排气管道的另一实施方式，排气弯管的外弯曲曲线基本上是排气管的外周线在排气弯管的下游区域中的延长线。其中，外弯曲曲线和外轴线优选地均在弯曲面内测量。如果排气弯管的外弯曲曲线基本上是排气管的外周线的延长线，那么至少在排气弯管的下游区域中，排气弯管和排气管的直径和流向可以变得类似或相同。由于在排气管和排气弯管的下游区域中的更长的基本相同的流向，排气弯管形成尖锐的转弯，优选地已经位于中央弯曲部分内。在尖锐的转弯之后，流向有利地基本对应于在布置于排气弯管的下游的排气管中的流向。优选地，排气管是直管，使得排气弯管的下游区域的外弯曲曲线也描绘了基本笔直的线。
[0040]根据本发明的排气管道的另一实施方式，所述排气弯管的外弯曲曲线在所述排气管的外周线上、优选在排气弯管的下游区域内沿径向延伸。在这些实施方式中，弯管部分指的是排气弯管的相对于具有恒定弯曲半径的对称弯管的突出曲线。优选的是，外弯曲曲线在排气管的外周线上的径向延展小于中心轴线或中心线与排气管外周之间距离的80%，更加优选地，小于该距离的40%。
[0041]根据本发明的排气管道的另一方面，所述中央弯曲部分包括平直段。所述中央弯曲部分内的平直段为进气弯管和排气弯管的设计与布置带来灵活性，特别是对于具有较大弯曲角度、例如弯曲成U形转弯的弯管而言更是如此。中央弯曲部分中的平直段还可使已通过进气弯管且还未进入排气弯管的流动在一定程度上稳定，或预先准备好。
[0042]根据本发明的排气管道的另一方面，在所述进气管、所述弯管部分以及所述排气管中的至少一个之间，横截面的尺寸变化。优选地，所述排气管的横截面的尺寸沿着所述排气管的长度变化。优选地，横截面的尺寸在弯管部分与进气管和排气管之间变化。优选地，进气管和排气管的横截面的尺寸相同。然而，进气管与排气管之间的横截面的尺寸可变化。优选地，进气管与排气管的尺寸在最大20%的范围内变化，例如在5 %到20 %的范围内变化。横截面的尺寸可在排气管的各个部分之间也可在弯管部分、进气管内和排气管内变化。优选地，弯管部分的横截面的尺寸沿着弯管部分的长度变化。
[0043]根据本发明的排气管道可例如用于优选为机动车辆的发动机的排气系统。排气系统至少一个包括根据本发的排气管道。优选地，根据本发明的排气管道布置在消音器中，或者布置在排气系统的对排气系统的整体流动噪音有显著影响的位置处。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]以下将参照附图示出的实施方式详细描述本发明，附图中:
[0045]图1示出了在弯管部分处直径减小，且具有恒定弯曲半径的排气管；
[0046]图2示出了根据本发明的排气管的实施方式；
[0047]图3示出了图2的排气管沿着线500剖切的视图；
[0048]图4为根据本发明的排气管道的实施方式的示意图，其中，进气弯管和排气弯管的弯曲半径相等；
[0049]图5和图6示出了排气弯管(图5)和进气弯管(图6)的横截面的轮廓线；
[0050]图7示出了弯曲135度的排气管道的实施方式；
[0051]图8示出了呈180度U形转弯的排气管道的实施方式的若干弯曲参数的曲线。
【具体实施方式】
[0052]图1示出了排气管沿着其中间弯曲面的剖切图，该排气管具有圆形进气管1、圆形或椭圆形的弯管部分3以及圆形排气管2。该排气管道包括180度U形转弯，并且相对于中线300，即相对于排气管道的进气和排气侧呈镜面对称。排气管道的中心线4表示沿着管道的中心轴线。中心轴线4与排气管道的外周线110和内周线112等距间隔开，该外周线110和内周线112分别对应于弯管部分2的外弯曲曲线和内弯曲曲线。在进气管I和排气管2中，中心线4对应于管道的旋转轴线。进气管I和排气管2为具有相同直径D的直管。弯管部分3在弯曲面(对应于附图平面)内的直径d小于进气管I和排气管2的直径D。因此，在进气管I和弯管部分3以及在弯管部分3和排气管2之间形成位于线100和200之间的锥形过渡部分13、14。弯管部分3被分为进气弯管30以及排气弯管31，它们也相对于中线300对称。进气弯管30从线200或从过渡部分13的下游端延伸到中线300。排气弯管31分别从中线300延伸到线200，或延伸到过渡部分14的上游端。进气弯管和排气弯管均覆盖180度弯曲角度中的90度。弯管部分3的弯曲半径R是恒定的，且其长度分别等于进气管和排气管的“半径”。该“半径”对应于中线300与中心线4之间的距离21。
[0053]图1的右手侧示出了图1的排气管的弯管部分沿着线100剖切的视图。该弯管部分沿着弯管部分具有恒定的椭圆形横截面。为了补偿弯管部分直径的减小，增大了弯管部分在垂直于弯曲面的方向上的横向延展度，使其在横向上稍微超出了进气管和排气管的直径D。
[0054]图2示出了排气管道沿着其中间弯曲面的剖切视图。该排气管道包括平直的进气管1、排气管2以及布置在进气管1、排气管2之间的弯管部分3。进气管1、排气管2平行布置，从而该排气管呈180度的U形转弯。分隔线500将弯管部分3与进气管I和排气管2分隔开。分隔线500垂直于中线300 (以及中间轴线350，如下所示)，且在排气管道开始弯曲的位置和排气管道结束弯曲的位置处与排气管道交叉。
[0055]弯管部分3并不是相对于中线300对称的。中线300指的是进气管I和排气管2之间的中心线，其距进气管I和排气管2是等距的。因此，弯管部分由中心轴线350而不是中线300分为进气弯管30和排气弯管31。如果由中心轴线350分开，则进气弯管30和排气弯管31各自覆盖整个弯曲角度的90度，在弯曲角度大于或小于180度弯曲角的弯管情况下，这就对应于弯管的弯曲角度的50%。中心轴线350平行于中线300，但是向弯管部分3的外侧偏移。进气弯管30从分隔线500，S卩，从进气管I的下游端延伸到中心轴线350。排气弯管31从中心轴线350延伸到分隔线500，即，延伸到排气管2的上游端。箭头10示出了流动方向。
[0056]进气管I和排气管2具有相等的直径D。进气弯管30和排气弯管31的直径在各个弯管部分的长度上变化，分别为61、60和62。最小的直径60位于弯管部分的中央弯曲部分32处，正处于中心轴线350上。中央弯曲部分32从中心轴线350开始向上游和下游侧延伸，分别延伸到进气弯管30内和排气弯管31内，优选延伸至相应弯管的50%处。最小的弯曲半径40设置在排气弯管31内，在从中心轴线350测量时，例如在排气弯管的弯曲角度约20 %到60 %的范围内，又例如在排气弯管的弯曲角度的30 %到45 %的范围内。
[0057]排气弯管31形成比进气弯管30更尖锐的转弯。流体沿着入流方向流入到进气弯管内。流体较为均匀地流过进气弯管30，然后以更加急剧的方式朝向相反的排气流动方向流入排气弯管31。由于一般来说，排气弯管31的弯曲半径小于进气弯管30的弯曲半径，从而在已处于排气弯管31的下游段靠近分隔线500处的排气管2中，流动方向将对应于直线流动方向。这样，在排气弯管31的所述下游段中，流动分离程度较低，或者不出现流动分离，从而不会产生流动噪声，或者流动噪声不会增大。
[0058]由于进气弯管30和排气弯管31是非对称设置的，从而相对于中心轴线350而言，相应的内弯曲曲线312、313以及相应的外弯曲曲线310、311也是非对称的。
[0059]优选的是，弯管部分3相对于弯曲面是对称的，在本实施方式中，该弯曲面对应于附图平面。而且进气管1、排气管2也位于该弯曲面内，并优选分别相对于该弯曲面是对称的。
[0060]在中央弯曲部分32和排气弯管31内可以看到设置在弯管部分3内侧处的凹部321。在弯管部分的设有该凹部的区段内，弯管部分在弯曲面600内的直径较小，但是直径在弯管部分3的更靠横向的区域内增大。凹部321至少在流动方向上是由光滑的壁部形成的，从而可抑制流动分离。
[0061]图3示出例如图2的具有圆形进气管和圆形排气管的排气管道的弯管部分3沿着分隔线500剖切的视图。进气弯管30的最上游端具有进气管I的圆形横截面。排气弯管31的最下游端具有排气管2的圆形横截面。弯管部分的横向扩展(垂直于弯曲面600)，形成一直到对应于图2的中间线300稍上游处的位置的连续扩大部314。再下游处，该横向扩展在中央弯曲部分32内保持基本不变，直到排气弯管31达到排气管的水平线315为止。排气弯管31然后急剧地转弯，与此同时横向扩展连续地减小至排气管的横向扩展的程度。弯管部分的横截面可大致呈椭圆形，然而也可如图6所示的那样设置凹部321或突起。弯管部分3相对于由线600所表示的弯曲面是对称的。
[0062]这样流体将相当平稳地流入到弯管部分的进气弯管内，但是准备用于排气弯管以及其中的更加尖锐的弯管。因此，可防止发生流动分离，特别是可防止过早的流动分离，或者可推迟流动分离。
[0063]图4为根据本发明的实施方式的示意图，该实施方式的进气弯管30具有弯曲半径41，其排气弯管31具有弯曲半径42。排气弯管的该半径42对应于最小的弯曲半径。分隔线500仍然表示进气管1、排气管2与弯管部分3之间的过渡。分隔线500还是设置成垂直于中心线4，并在排气管道开始弯曲处与排气管道的入口部分交叉。由于在排气弯管31内设有平直部35 (以下将加以描述)，从而在分隔线500与排气管的出口部分交叉处，排气弯管已完全弯曲。
[0064]进气弯管30的弯曲半径41对应于进气管I的中心线4(圆形管道的旋转轴线)与中心轴线350之间的距离。弯管部分3包括平直部34，其设置在中央弯曲部分32内，邻近进气弯管30。平直部34形成排气弯管31的一部分。排气弯管31包括区段36，其具有排气弯管半径42，该弯曲半径42小于进气弯管30的弯曲半径41。排气弯管31还包括基本平直的平直部35，其设置成邻近弯曲部36，并位于分隔线500的紧上游，即，在上游方向邻近排气管2。
[0065]图4的实施方式被实施为通过中心轴线350将进气弯管与排气弯管分隔开。然而，也可采用具有进气弯管半径41和排气弯管半径42的实施方式，其中进气弯管和排气弯管由中线300分隔开，且该中间线300不像中心轴线350那样向着排气管的排气侧偏移。
[0066]图5和图6示出了例如图2所示的实施方式沿着排气弯管31和进气弯管30剖切的横截面外轮廓图。该横截面是沿着垂直于中心线4的平面剖切的，该平面从附图平面开始延伸并延伸到附图平面内。
[0067]图5的横截面示出了位于中央弯曲部分下游区域内的排气管的外形。尽管管形基本为椭圆形，但是内弯曲曲线313包括凹部321。该凹部321有一半朝向中心线的方向延伸，或径向向内延伸。该凹部321还向相对于弯曲面600的横向方向的两侧延伸。沿着排气管的一定长度，在排气弯管的中央弯曲部分内，排气弯管的直径303可为排气弯管的横向扩展304的一半，如图5所示。
[0068]图6的横截面示出了位于进气弯管的上游区域内的排气管的外形。外弯曲曲线310包括突起320。该突起320可类似于脊状物那样沿着管道从进气管的基本上游端部处分别向着中线或中性轴线的方向延伸。脊状物320也朝着相对于弯曲面600的横向方向延伸。
[0069]图5和图6的横截面相对于弯曲面600是对称的。
[0070]图7示出了一种排气管道，其在进气管I和排气管2之间设有弯曲135度角的弯管部分3。进气弯管30和排气弯管31由中心轴线350分隔开，该中心轴线350平行于中线300，但是仍然向着排气管的下游区域偏移。分隔线550表示弯管部分的起始和终止。进气弯管30的弯曲半径41大于排气弯管的弯曲半径42。在中线300的下游设有凹部321。
[0071]图8示出了优选呈U转弯的排气管道的一种实施方式的诸如弯曲半径R、直径d、横截面S以及R/d比的弯曲参数，该实施方式例如为图2所示的实施方式。所有的参数是在弯曲面内测得的，并且可能在弯曲面外侧的弯管部分内变化。沿着底部轴线7示出了弯管部分从0%的弯曲角度到100 %的弯曲角度的值，即，从进气弯管的入口到排气弯管的出口之间的值。所绘的曲线利用进气管在弯管部分开始之前的各个值d0 (直径)、SO (横截面)、RO(半径)进行了绘制或归一化。曲线5表示横截面，曲线6表示弯管部分在弯曲面内的直径。弯曲面内的最小直径60大致与最大横截面50处于弯管部分的同一位置。这是理想的，因为小直径和大直径有利于消减低频噪音和流动噪音。最小直径60和最大横截面50大致处于弯曲角度的50%处。与最大横截面相比，最小直径60是与弯曲角度的50%左右更加相关的局部值。最大的横截面延伸至位于弯曲的一半即50%处附近，并在弯曲角度的20 %至30 %范围内延伸。最大横截面50或其中心设置在弯曲的50 %的位置之前的几个百分比处，即在弯曲的50%的上游，例如在45 %附近。直径6的曲线和横截面5的曲线相对于50%处的弯曲的中心是不对称的。横截面相对于50%，即在进气弯管内，增加得较快，在排气弯管内，然后例如仅在弯曲角度60 %之后才开始减小。直径6在进气弯管内、50 %之前迅速较小，在排气弯管中在50%的弯曲角度后即开始减小。
[0072]曲线4表示弯管部分的局部弯曲半径。一般而言，排气弯管比进气弯管的弯曲半径小。具体地，最小的弯曲半径40偏向排气弯管，S卩，处在大于50%的区域内，例如在约弯曲角度55 %到65 %的区域内。进气弯管中的较大弯曲半径设置在弯曲角度的约5 %到35 %之间。
[0073]图中还示出了根据本发明的弯管部分的实施方式的R/d比的曲线8。曲线8大体上跟随着弯曲半径的曲线4。即，与排气弯管相比，进气弯管的平均R/d比较大。在进气弯管中，R/d比大于1.5，局部位置甚至还达到12。排气弯管的其他延展区段的R/d比小于1.5，甚至为I或小于1，局部位置约为0.5。R/d比小于1.5的截面从弯曲角度的大约53%延伸至大约75%。R/d比小于I的部分全部位于排气弯管的中央弯曲部分内，即，从弯曲角度的约55 %到约70 %的范围内。
[0074]弯曲半径4或还有直径6与R/d比8的表现最显著不同发生在中央弯曲部分。在弯曲角度的约30%到60%之间可见的弯曲半径4以及R/d比8的表现的显著不同。具体而言，在约40%的区域内，弯曲半径已经减小到其位于约60%处的最小值40，而R/d比直到弯曲角度的50%仍然大于1.5。因此，直径在弯曲半径达到最小值之前就达到最小值，使得弯曲半径的曲线4与R/d比的曲线8的斜率不同。
【权利要求】
1.一种排气管道，该排气管道包括进气管、排气管以及布置在所述进气管与所述排气管之间的弯管部分， 所述弯管部分包括进气弯管和排气弯管，其中，中央弯曲部分是所述进气弯管和所述排气弯管的中间部分，并且所述进气弯管和所述排气弯管各自占据由所述弯管部分所占据的整个弯曲角度的50%， 其中，在弯曲面内测得的所述弯管部分的最小直径位于所述中央弯曲部分内，而且 其中，所述弯管部分的弯曲半径沿着所述弯管部分而变化，使得所述进气弯管的弯曲半径大于所述排气弯管的弯曲半径。
2.根据权利要求1所述的排气管道，其中，所述弯管部分弯曲约为160度到200度。
3.根据权利要求1或2所述的排气管道，其中，最小弯曲半径位于所述弯管部分的整个弯曲角度的约50%到约85%之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述弯管部分的最大横截面位于所述中央弯曲部分内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，包括所述中央弯曲部分的所述排气弯管的R/d比小于1.5，例如小于或等于1，其中d为在所述弯曲面内测得的所述排气管道的直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述弯管部分相对于所述弯曲面是对称的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述进气弯管以及所述排气弯管的沿着所述弯曲面测得的内弯曲曲线以及外弯曲曲线相对于所述进气管和所述排气管之间的中线或中心轴线并不是彼此轴对称的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述进气弯管包括沿着所述进气弯管的外周延伸的脊状突起。
9.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述排气弯管包括沿着所述中央弯曲部分的内周延伸的凹部。
10.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述排气弯管的外弯曲曲线大体上是所述排气管的外周线在所述排气弯管的下游区域内的延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述中央弯曲部分包括平直段。
12.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，所述排气弯管的外弯曲曲线在所述排气管的外周线上沿径向延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的排气管道，其中，在所述进气管、所述弯管部分以及所述排气管中的至少一个之间，横截面的尺寸变化。
14.一种包括根据权利要求1至13中任一项所述排气管道的排气系统。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的排气管道在内燃机的排气系统中的使用。
【文档编号】F01N13/08GK104420962SQ201410446121
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】F·多格, E·昂塞纳, K·韦尔戈特, M·维泽纳 申请人:斯坎比亚控股塞浦路斯有限公司