一种多缸内燃机废气冷却装置的制作方法

本实用新型涉及内燃机，特别涉及内燃机的排气系统。

背景技术：

为保护环境，内燃机的排放限值要求越来越严，使得内燃机排气系统需要后处理，而废气温度，对后处理的效率影响巨大。而目前的内燃机高负荷下的排气温度，不能满足后处理所需温度的需要。

随着内燃机涡轮增压度越来越高，内燃机气缸所排废气温度也越来越高，因而对内燃机排气系统的材料要求也越来越高，甚至超出了目前排气系统使用材料的要求，如涡轮增压汽油机，气缸所排废气的最高温度远高于涡轮增压器涡轮所能正常运行的温度。

冷却内燃机所排全部废气温度，所需废气冷却器的安装空间大、生产成本高。并且，冷却内燃机所排全部废气温度，内燃机的低负荷运行或起动时，所有废气将被冷却，降低了后处理的效率和废气能量的利用，使内燃机的排放和经济性变差。因此，冷却内燃机所排全部废气温度的方案，基本无实用价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多缸内燃机废气冷却装置，其运用于内燃机上，能够大幅减小废气冷却器的容积，在内燃机上较易布置，降低废气冷却器的成本。只有部分废气流经废气冷却器，使总的废气压力损失降到较低水平，可降低内燃机的排气背压，改善内燃机的燃油耗；同时能够降低内燃机高速大负荷所排部分废气温度、降低废气进入排气系统的平均温度，大幅提高排气系统的使用周期和降低内燃机的排放。其优化方案可以是，根据内燃机负荷变化、调节流经废气冷却器的流量，即调节内燃机排气系统的平均废气温度，大幅改善冷态、低负荷的后处理效率或涡轮增压系统效率，内燃机的全负荷性能（如燃油耗、排放等）得到突破性的提高。

本实用新型公开了内燃机领域内的一种多缸内燃机废气冷却装置，包括废气冷却器，废气直通管，排气系统，其特征在于：所述废气冷却器、废气直通管的进口与所述内燃机缸盖排气装置的相应出口相连，所述废气直通管的出口与所述排气系统的进口相连，所述排气系统的出口与大气相通，所述废气冷却器的出口与废气直通管的相应部位相连或与所述排气系统的进口相连。

与现有技术相比，其工作时，本实用新型的有益效果是：部分废气流经废气冷却器，大幅减少废气冷却器的容积，方便废气冷却器在内燃机上的布置，降低废气冷却器的成本，提高性价比。只有部分废气流经废气冷却器，能够使总的废气压力损失降到较低水平，从而降低内燃机的排气背压，改善内燃机的燃油耗；同时能够降低内燃机高速大负荷所排部分废气温度、从而降低内燃机进入排气系统的最高平均废气温度，大幅提高排气系统的使用周期并降低内燃机的排放。

作为本实用新型的优化，所述废气冷却器或废气直通管或内燃机缸盖排气装置设有流量调节装置，能根据内燃机负荷变化，调节流经废气冷却器的废气流量，从而大幅改善冷态、低负荷的后处理效率和提高涡轮增压系统效率，最终内燃机的全负荷性能（如燃油耗、排放等）得到突破性的提高。

作为本实用新型的进一步改进之一，所述内燃机是每缸设有一个或多个排气门的多缸四冲程内燃机（内燃机一般每缸设有一个或两个排气道），所述内燃机缸盖排气装置由每缸的排气道、排气管组成，所述排气管的进口与每缸排气道的出口相连，所述排气系统由后处理、消声器组成，所述废气冷却器、废气直通管的进口均与所述排气管的出口相连，所述废气冷却器、废气直通管的出口均与后处理的进口相连，后处理的出口与消声器的进口相连，消声器的出口与大气相通。其优化方案之一，所述废气直通管的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。流量调节阀调节了流经废气直通管的废气流量，即调节了流经废气冷却器的废气流量。其优化方案之二，所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。 两个优化方案均可流经废气冷却器的废气量，从而调节进入排气系统的平均温度；优化方案之二中，可调节的流经废气冷却器的废气流量可调节为零，可以大幅改善内燃机低速、起动的排放和经济性。

作为本实用新型的进一步改进之二，所述内燃机是每缸设有一个或两个排气道的多缸四冲程涡轮增压内燃机，所述内燃机缸盖排气装置由每缸的排气道、排气管组成，所述排气管的进口与每缸排气道的出口相连，所述排气系统由涡轮增压器的涡轮机、后处理、消声器组成，所述废气冷却器、废气直通管的进口均与排气管的出口相连，所述废气冷却器、废气直通管的出口均与涡轮机的进口相连，涡轮机的出口与后处理的进口相连，后处理的出口与消声器的进口相连，消声器的出口与大气相通。其优化方案之一，所述废气直通管的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。其优化方案之二，所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。

作为本实用新型的进一步改进之三，所述内燃机是每缸设有两个排气道的多缸四冲程内燃机，所述内燃机缸盖排气装置是每缸的排气道，所述排气系统由后处理、消声器组成，所述排气道分为两组，分别是第一、第二组排气道，其中至少有一个气缸的两个排气道是在不同的组；所述废气直通管的进口与第一组排气道的出口相连，所述废气冷却器的进口与第二组排气道的出口相连，所述废气直通管的出口与后处理的进口相连，后处理的出口与消声器的进口相连，消声器的出口与大气相通，所述废气冷却器的出口与所述后处理的进口相连或与废气直通管的相应进口相连；其中至少有一个气缸的两个排气道是在不同的组，可以使所述气缸的冷、热废气在相同的时刻实现混合，减小废气在排气系统的温差；其优化方案是每个气缸的两个排气道是在不同的组。其另一优化方案，废气冷却器或\和所述排气道的相应位置设有流量调节装置，在调节废气流经废气冷却器的同时，改善内燃机的经济性和降低内燃机的所有工况排放。

作为本实用新型的进一步改进之四，所述内燃机是每缸设有两个排气道的多缸四冲程涡轮增压内燃机，所述内燃机缸盖排气装置是每缸的排气道，所述排气系统由涡轮增压器的涡轮机、后处理、消声器组成，所述排气道分为两组，分别是第一、第二组排气道，其中至少有一个气缸的两个排气道是在不同的组；所述废气直通管的进口与第一组排气道的出口相连，所述废气冷却器的进口与第二组排气道的出口相连，所述废气直通管的出口与所述涡轮机的进口相连，涡轮机的出口与后处理的进口相连，后处理的出口与消声器的进口相连，消声器的出口与大气相通，所述废气冷却器的出口与所述涡轮机的进口相连或与废气直通管的相应进口相连；其中至少有一个气缸的两个排气道是在不同的组，所述气缸的废气基本同时流出气缸，可以使所述气缸的冷、热废气在相同的时刻实现混合，减小废气在排气系统的温差，其优化方案是每个气缸的两个排气道是在不同的组。其另一优化方案，废气冷却器或\和所述排气道的相应位置设有流量调节装置，在调节废气流经废气冷却器的同时，改善内燃机的经济性和降低内燃机的所有工况排放。所述两个优化方案的叠加，具体进一步优化方案如下。

进一步优化方案之一，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气冷却器的出口与所述涡轮机的进口相连；所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。

进一步优化方案之二，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气冷却器的出口与废气直通管所连第一缸排气道的进口相连；所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。

进一步优化方案之三，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气直通管还有另一进口，所述废气冷却器的出口与废气直通管的另一进口相连；所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀。

进一步优化方案之四，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气冷却器的出口与所述涡轮机的进口相连；所述第二组排气道的进口设有流量调节装置，所述流量调节装置是可变气门正时的排气门。当然，本实用新型也包括，第二组只有一个排气道的进口设有流量调节装置，只是流经废气冷却器的废气调节量减小。 本优化方案的进一步优化方案，所述废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀，可减小可变气门正时排气门的调节范围，即减小可变气门正时排气门的复杂性。

优化方案之五，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气直通管还有另一进口，所述废气冷却器的出口与废气直通管的另一进口相连；所述第二组排气道的进口设有流量调节装置，所述流量调节装置是可变气门正时的排气门。

优化方案之六，所述每缸的一个排气道是第一组的排气道，每缸的另一个排气道是第二组的排气道；所述废气直通管还有另一进口，所述废气冷却器的出口与废气直通管的另一进口相连；所述第一组排气道的进口设有流量调节装置，所述流量调节装置是电动排气门。

作为本实用新型的再一种优化方案，所述内燃机是涡轮增压内燃机，所述涡轮增压器的涡轮机是可变截面涡轮机。由于本实用新型可使废气进入涡轮机的平均温度降低，从而使所述涡轮增压器机的涡轮机是可变截面涡轮机成为可能（可变截面涡轮机，所能承受的废气温度较通常涡轮机低），可变截面涡轮机可进一步提高涡轮增压内燃机的动力。

本实用新型可变气门正时的排气门、电动排气门，是内燃机的现有技术；本实用新型的可变截面涡轮机也是内燃机的现有技术。 所有现有技术，均可直接使用。

上述所有技术方案均适用于所有内燃机，如：点燃式（如汽油机）、压燃式（如柴油机）多缸内燃机，四冲程、两冲程多缸内燃机，三缸、四缸等多缸内燃机。

附图说明

为说明简洁，本实用新型实施例均以三缸四冲程汽油机为例。

图1 本实用新型一种三缸四冲程汽油机废气冷却装置示意图。

图2 本实用新型一种三缸四冲程汽油机废气冷却装置优化方案之一示意图。

图3 本实用新型一种三缸四冲程汽油机废气冷却装置优化方案之二示意图。

图4 本实用新型一种三缸四冲程涡轮增压汽油机废气冷却装置示意图。

图5 本实用新型另一种三缸四冲程涡轮增压汽油机废气冷却装置示意图。

图6 本实用新型一种三缸四冲程涡轮增压汽油机废气冷却装置优化方案之一示意图。

图7 本实用新型一种三缸四冲程涡轮增压汽油机废气冷却装置优化方案之二示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1，为一种三缸四冲程汽油机废气冷却装置。包括：废气冷却器10，废气直通管20，由3个排气道1-P、2-P、3-P和排气管30组成的缸盖排气装置，由后处理40、消声器50组成的排气系统。排气管30的3个进口与3个排气道1-P、2-P、3-P的出口相连，废气冷却器10、废气直通管20的进口均与所述排气管30的出口相连，废气冷却器10、废气直通管20的出口均与后处理40的进口相连，后处理40的出口与消声器50的进口相连，消声器50的出口与大气相通。

本实施例工作时，3个气缸由3个排气道排出的废气经排气管30，一部分流经废气冷却器10、另一部分流经废气直通管20,汇总于后处理40的进口，经消声器50排入大气。只有部分废气流经废气冷却器10，使总的废气压力损失降到较低水平，降低汽油机的排气背压，改善汽油机的燃油耗；降低汽油机高速大负荷所排部分废气、从而降低废气进入后处理10的最高平均温度，大幅提高后处理10的使用周期；同时，部分废气流经废气冷却器，大幅减少废气冷却器40的容积，在大幅降低废气冷却器的成本同时，方便废气冷却器40在汽油机的布置，使用性价比高。

本实施例优化方案之一，如图2。所述废气直通管20的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀60。因为3个气缸经3个排气道排出的总的废气量是不变的，流量调节阀60调节了流经废气直通管的废气流量，即调节了流经废气冷却器的废气流量。当然，流量调节阀60也可设置在废气直通管20的其它相应部位，如进口。

本实施例优化方案之二，如图3。废气冷却器10的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀60。当然，流量调节阀60也可设置在废气冷却器10的其它相应部位，如进口。

内燃机的具体运行工况时，二个优化方案均可流经废气冷却器的废气量，从而调节进入内燃机进入排气系统的平均温度；优化方案之二可调节的流经废气冷却器的废气流量可调节为零，大幅改善内燃机低速、起动的排放和经济性。

实施例2

如图4，为三缸四冲程涡轮增压汽油机废气冷却装置，每缸设有两个排气门。包括：废气冷却器10，废气直通管20，由6个排气道1-1-P、1-2-P、2-1-P、2-2-P、3-1-P、3-2-P组成的缸盖排气装置，由3个排气道1-1-P、2-1-P、3-1-P组成第一组排气道，由另外3个排气道1-2-P、2-2-P、3-3-P组成第二组排气道，由涡轮增压器的涡轮机70、后处理40、消声器50组成的排气系统。废气直通管20的3个进口与第一组3个排气道1-1-P、2-1-P、3-1-P的出口相连，废气冷却器10的3个进口与第二组排气道1-2-P、2-2-P、3-3-P的出口相连，废气冷却器10的出口、废气直通管20的出口均与涡轮机70的进口相连，涡轮机70的出口与后处理40的进口相连，后处理40的出口与消声器50的进口相连，消声器50的出口与大气相通。

本实施例工作时，每个气缸只有部分废气流经废气冷却器10，使总的废气压力损失降到较低水平，降低汽油机的排气背压，改善汽油机的燃油耗；降低汽油机高速大负荷所排部分废气、从而降低废气进入涡轮70的最高平均废气温度，大幅提高涡轮机70、后处理40的使用周期；同时，部分废气流经废气冷却器10，大幅减少废气冷却器10的容积，在大幅降低废气冷却器的成本同时，方便废气冷却器10在汽油机的布置，使用性价比高；3个气缸的排出的废气，一部废气分经第一组排气道1-1-P、2-1-P、3-1-P、经废气直通管20，另一部分废气分经第二组排气道1-2-P、2-2-P、3-3-P、经废气冷却器10，汇总于涡轮机70的进口，再经后处理40、消声器50排入大气。每个气缸的一部分废气由一个排气道经废气冷却器直接进入排气系统、每个气缸的另一部分经废气直通管进入排气系统，两部分废气基本可在同时进入排气系统的同时，进行相互混合，最终使废气在排气系统的温差较小，进一步提高排气系统的使用周期和后处理的效率。

本实施例变更方案，如图5。所述废气直通管20还有另一进口，所述废气冷却器10的出口与废气直通管20的另一进口相连。此变更方案可以使高温废气和低温废气混合更均匀。

本实施例进一步优化方案之一，如图6。所述与废气冷却器10的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀60。废气冷却器10的出口设有流量调节阀60，调节内燃机排气系统的平均废气温度，改善内燃机的经济性和降低内燃机的所有工况排放。

本实施例优化方案之二，如图7。所述第二组每个排气道的进口设有流量调节装置，所述流量调节装置是可变气门正时的排气门，分别是可变气门正时排气门M1-2、M2-2、M3-2。可变气门正时排气门M1-2、M2-2、M3-2，同样可调节流经废气冷却器10的废气流量，即调节内燃机排气系统的平均废气温度，改善内燃机的经济性和降低内燃机的所有工况排放。本优化方案的进一步优化方案，所述与废气冷却器的出口设有流量调节装置，所述流量调节装置是流量调节阀，可减小可变气门正时排气门的调节范围，即减小可变气门正时排气门的复杂性。

本实施例优化方案之三，所述涡轮增压器的涡轮机70是可变涡轮截面涡轮机，可变截面涡轮机可进一步提高涡轮增压内燃机的动力。