用于汽车内燃机的排气系统的制作方法

本发明涉及一种用于汽车内燃机的排气系统。排气系统包括左排气管以及右排气管，该左排气管连接至或将连接至汽车内燃机的左汽缸群组，该右排气管连接至或将连接至汽车内燃机的右汽缸组。

背景技术：

在us5,144,799中描述了一种用于汽车内燃机的双排气系统。通过x形配置的管道交叉部，左右排气管彼此连接。管道交叉部的分支管道相对于分支管道中的每一者大致成45°角并且相对于彼此成大致90°角联接。管道交叉部被设置用于混合和均衡左右两个排气管道内的压力。

us2011/0000201a1公开了根据主权利要求的第一部分的此类排气系统。所述排气系统被限定为具有左右排气管，其中的每一者包括限定管入口的分支结构和直接或间接通向大气的至少一个排气出口以及互连出口。所述互连出口通过连接管线将所述左右排气管互连。在两个连接管线的连接点处，旁路管线分叉，其可连接至排气清洁装置或催化转化器或消音器或消声器。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，特别是提供一种用于汽车内燃机的改进型排气系统，特别是提供如下一种排气系统：在降噪方面得到改进同时排气系统不会损害发动机功率。

该目的是由主权利要求1的特征来解决。

根据本发明，提供了一种用于汽车内燃机的排气系统，该排气系统包括左排气管以及右排气管，该左排气管连接至或将连接至汽车内燃机的左汽缸群组，该右排气管连接至或将连接至汽车内燃机的右汽缸组。左右排气管中的每一者在相应的汽缸组下游包括分支结构，该分支结构限定了从相应的左右气缸组接收排气的管入口。另外，每个分支结构包括至少一个排气出口，优选地直接和/或间接通向大气的两个排气出口。特别地，一个排气出口通向大气，并且仅仅连接至激发至大气且不经过排气操纵装置的管线或管道。排气操纵装置可为排气净化装置、排气清洁装置和/或排气消音装置。如果在大气与排气出口之间插入排气操纵装置，那么应被视为间接通向大气。

另外，左右排气管的每个分支结构限定了将所述左右排气管互连的互连出口，使得来自相应的左右排气管的排气流的一部分离开分支结构以便与分叉的相应的其它排气流互连和合并。根据本发明，所述互连出口通过所述互连出口下游的公共排气清洁和/或消音装置彼此互连，使得分叉并且经由所述互连出口形成的排气在所述公共排气清洁和/或消音装置内合并。分叉的排气流的所述合并直到所述分叉的排气流将进入所述公共排气清洁和/或消音装置才会实现，所述共同的排气清洁和/或消音装置优选地可为消声器和/或催化转化器。第一排气管和第二排气管作为中段消声器在中段排气操纵装置内部部分地(取决于分支比)合并。根据本发明，可忽略现有排气系统中所提出的公共旁路管线。相反，已表明：来自左右排气管的排气流在相应的分支结构处分叉之后在所述中段排气操纵装置内部立即混合改进了排气系统的消音和清洁效果。所述公共排气清洁和/或消音装置可被实现为被设计成消除不希望的频率以便改进车厢舒适性然而不会特别地引起排气系统的运动排气的公共消声器。中段消声器可被设计成提供亥姆霍兹谐振器的功能。所述排气清洁和/或消音装置可在装置的壳体内提供膨胀，使得气压峰值平滑化。

根据本发明的进一步发展，所述公共排气清洁和/或消音装置包括至少一个防排气的、优选气密的壳体和/或特别是形成在所述气密壳体中的左右互连入口。互连管道或线路连接至所述互连入口。另外或替代地，所述公共排气清洁和/或消音装置包括将公共排气清洁和/或消音装置重连至相应的左右排气管、特别是连接至所述相应的分支结构的左回流出口和右回流出口。如上文所提及，公共排气清洁和/或消音装置可在内部至少配备有两个内部交叉管道，其将相应的左右互连入口与公共排气清洁和/或消音装置的右左回流出口互连，并且特别是形成管道交叉部，优选地形成为x形交叉部。

根据本发明的进一步发展，所述公共排气清洁和/或消音装置包括封闭的、不透气或防排气的壳体，其被构造有至少两个互连入口和至少两个回流出口用于将壳体与特别是在相应的分支结构处的左右排气管互连和重连。

根据本发明的优选实施例，左右排气管的相应分支结构由相应的排气操纵装置形成分别作为左右排气清洁和/或消音装置、特别是作为催化剂或消声器。

根据本发明的优选实施例，所述左右分支结构各自另外包括重连入口，其特别将所述公共排气清洁和/或消音装置与相关分支结构重连，使得来自左排气管的相应互连出口的排气的主要部分被传导至与右排气管的分支结构相关联的相应重连入口，且反之亦然。因此，所述公共排气清洁和/或消音装置被设计成在左右排气管之间交换分叉的排气的主要部分。主要部分可被认为来自左排气管的50％以上的排气被引导至右排气管，且反之亦然。

根据本发明的进一步发展，所述排气清洁和/或消音装置包括消声器和/或一个或多个内部管道交叉部或互连管道的一般内部结构，该内部管道交叉部或互连管道连接至互连装置入口并且因此连接至分支结构的相应互连出口。特别地，所述管道交叉部被配置成x形配置。特别地，所述管道交叉部被设计成使得来自相应分支结构的一个互连出口的排气的脉动流在所述管道交叉部内冲击另一个脉动流，使得所述脉动流经由分支结构的相关重连出口推动彼此至所述另一个排气管。因此，到达公共排气清洁和/或消音装置的右管互连入口的脉动排气流帮助左管互连入口的脉动排气流，且反之亦然，使得每个管的排气流引发彼此。

根据本发明的优选实施例，在所述分支结构处从相应的左右排气管道经由互连出口分散或分叉的所有排气完全进入所述公共排气清洁和/或消音装置。特别地，装置的相应回流出口重连至分支结构的相应重连入口。

根据本发明的优选实施例，所述公共排气清洁和/或消音装置包括管道交叉部，并且包括两个输入管道、两个输出管道以及具有最小(局部最小)垂直横截面面积和最小(局部最小)水平横截面面积的交叉管道结构，其中横截面面积中的一者、特别是垂直横截面面积大于相应另一横截面面积。另外，特别是横截面面积中的一者、特别是水平横截面面积小于优选地连续管道横截面和/或另一个横截面面积、特别是垂直横截面面积的两倍。优选地，垂直横截面面积是每个管道的横截面面积、特别是连续管道横截面的尺寸的0.8倍至1.2倍。优选地，垂直横截面面积是管道、特别是输入管道中的一者或两者和/或输出管道中的一者或两者的横截面面积的尺寸的0.6倍至1.0倍、更优选地大约0.8倍。优选地，垂直横截面面积小于水平横截面面积。所述交叉管道结构被设计成使用来自一个排气管的压力脉冲的能量来加速来自相反排气管的排气。该功能应该称为推挽效应。另外，交叉管道结构优化了流动特性，因为一个排气流引起另一个排气流，且反之亦然。已表明，这两个事实显著地提高了发动机性能。

根据本发明的优选实施例，所述排气清洁和/或消音装置包含交叉管道结构，其提供流量扩张使得进入管道交叉点的排气的正压至少部分地转化为在所述相应的互连出口的相应互连入口的方向上向后指向的负压。

根据本发明的优选实施例，提供互连管用于将所述分支结构的互连出口联接至公共排气清洁和/或消音装置。所述互连管道被设置有关闭装置，以便激活和停用所述公共排气清洁和/或消音装置的功能。

根据本发明的进一步发展，左右重连管道将公共排气清洁和/或消音装置的相应右左重连出口与分支结构的相应重连入口连接。

附图说明

在从属权利要求中描述了另外的实施例、特征和技术方面。在附图中示出了本发明的优选实施例的进一步细节，其中：

图1是根据一般结构的排气系统的示意平面图；

图2是本发明的另一个更具体实施例的示意平面图；

图3是根据本发明、特别是图2的排气系统的实现的透视图；

图4是中段合并排气子组件内的管道结构的示意剖视图；

图5是本发明的另一个更具体实施例的示意平面图。

具体实施方式

在图1中，总体是以附图标记1提供用于汽车内燃机(未示出)的排气系统。排气系统1包括两个排气管，即，左排气管3和右排气管5。应该注意的是，表述“左”和“右”可指示排气系统和/或内燃机的安装位置，然而，甚至定向在垂直方向或另一个方向上的两个汽缸组也可被视为左右汽缸组以便区分两个分开的汽缸组和排气管3、5。

每个排气管3、5首先分别在左右分支结构中。每个分支结构可被标示为实现排气操纵功能的排气子组件13、15、排气清洁器或消音器、消声器。相应的(第一)排气子组件13、15包括管入口13.1、15.1、两个排气出口13.2、13.3、15.2、15.3和互连出口13.4、15.4以及重连入口13.5、15.5。第一排气子组件13、15将相应排气流分开在排气管3、5中，使得排气流的一部分经由互连出口13.4；15.4引导，而排气流的另一部分被引导至相应出口13.2；13.3；15.2；15.3。

相应的排气出口13.2、15.2直接通向大气(由箭头a指示)。第二个左右排气出口13.3、15.3经由第二个左右排气子组件23、25间接通向大气a，该第二个左右排气子组件23、25优选是排气清洁器或消音器。相应的排气子组件形成有入口23.1、25.1以及出口23.2和25.2。

互连出口13.4和15.4经由左互连管道27和右互连管道31与公共排气清洁和/或消音装置联接，使得经由互连出口13.4；15.4分叉的左右排气流在所述公共排气清洁和/或消音装置内合并。所述合并直到两个分叉的排气流已经进入所述公共排气清洁和/或消音装置才会实现。所述公共排气清洁和/或消音装置优选地是消声器和/或催化转化器，并且在下文中将被命名为中段合并排气子组件39。如所提及，所述中段合并排气组件39可被设计为消声器、排气清洁器或消音器，并且具有左分支入口39.1和右分支入口39.2以及左分支出口39.3和右分支出口39.4。所述分支出口39.3和39.4与相应的左右(第一)排气子组件的重连入口13.2、15.2联接。

经由相应的互连出口13.4、15.4分叉至互连结构中的排气管3、5的排气的一部分在互连管道27、31内通向布置成使排气流停止流至和允许流至中段合并排气子组件39的关闭装置43、45。根据内燃机的操作模式和/或排气系统1的操作的控制调整或控制程序，可通过操作相应的关闭装置43、45的电子控制系统(未示出)来控制关闭装置43、45。

接收相应的左管3和右管5的气流的一部分的中段合并排气子组件39处理排气流并且经由相应的回流出口39.3、39.4将排气流传导至延伸至(第一)排气子组件13、15的重连入口13.5、15.5的重连管道51、53。

通过该配置，即使由(第一)排气子组件13、15从左排气管3和右排气管5偏离的排气流在被合并时且在重新进入左排气管3和右排气管5的公共气体流中之前也会被中段合并排气子组件39的清洁功能和/或消音功能处理。

特别地，通过中段合并排气子组件39实现气体交换，使得来自左管3的排气的主要部分被引导至右(第一)排气子组件15的重连入口，反之亦然。通过这种布置，具有连接点的公共旁路管线是不必要的。所有排气将通过相应的(第一)右排气子组件13和左排气组子件15。

通过集成中段合并子组件39的这种布置，出人意料地发现其改进了噪音发展，且另一方面对发动机功率产生了积极的影响。

参考图2，径向示出中段合并排气子组件39的具体结构。为了更好地理解附图的描述，在图2中，相同的附图标记用于标识根据图1的排气系统1的类似或相同的元件或构件。

根据图2的中段合并排气子组件39(即，消声器和/或催化剂)包括被布置成x形配置的管道交叉部。中段合并子组件39包括延伸至内部公共交叉点67的两个输入管道63、65和延伸至重连管道51、53的两个输出管道73、75。与经由公共旁路管线的简单混合相比，中段合并排气子组件39的x配置具有高级功能。子组件39提供从右管5传导至左管3中的大量排气的交换，且反之亦然。x配置使用来自一个排气管3的压力脉冲的流动能量来加速来自相对的排气管5的气体流(“推挽效应”)。

在图4中，示出了中段合并排气子组件39(消声器)的更详细结构。交叉点67具有弯曲的内壁结构，其特征在于具有两个最小横截面面积，即，水平横截面面积77和垂直横截面面积79。横截面面积77、79被设计成具有特定的关系，特别是水平横截面面积77可小于垂直横截面面积79。垂直横截面79的大小可为管道63、65、73、75中的每一者的连续横截面面积p的至少两倍。水平横截面面积77的横截面可大于相应管道63、65、73、75的连续部分，特别是大于管道63、65、73、75的横截面的1.2倍。所述消声器39的结构实现了交叉点67处的压力膨胀。另外，特别是实现了针对特定频率的声音衰减改进。

排气在交叉点67处混合，其中来自右管5的主要排气被引导至左排气3的管道中，且反之亦然。另外，具有多缸布局作为四缸结构的内燃机具有预定点火顺序，并且因此具有排气阀的准确打开顺序。特别地，对于具有六个汽缸(即，放置在左发动机侧上的左汽缸组i、ii、iii和右发动机侧上的汽缸iv、v、vi)的四缸发动机，点火顺序由i-vi-ii-iv-iii-v建立。由于其四冲程过程，每个活塞进行两次转动以完成一个发动机循环。相应的两个排气阀的两次点火或打开之间的顺序由120°曲柄转动确定。因此，在对发动机侧上的汽缸点火之后，接着对相对发动机侧上的汽缸点火。由于发动机的左右侧分别与左排气管3和右排气管5连接，所以在子组件13、15内分叉的排气最早在具有特定的x形结构的中段合并消声器39内汇合在一起。根据图2和4中所示的结构，在x配置处发生至少两个重要功能。

第一功能是压力脉冲效应和其反射。由于体积膨胀(管道结构的横截面被扩大，特别是加倍)，来自一个排气管分支3的正压脉冲被部分地转化为在两个输入管道63、65上返回的负压脉冲。该反射性负压脉冲撞击连续120°延迟的正压脉冲。因此，排气系统1中的泵送损失大幅降低，这对动力发动机的发展产生了积极影响(推挽效应)。

其次，要考虑被称为排气流效应的功能。特别地，在高操作参数(全负载)下，来自相应的排气分支管3、5的排气在交叉点67处被分开，从而在相应的相对排气管道中产生负压，这被称为喷射器效应。这两种现象分别由交叉点67内的箭头i和ii指示。

在图3中，示出了根据本发明的排气系统1的实现，特别是用于实现子组件、管道、交叉点等(包括其壳体)的具体结构。中段合并子组件39的详细结构被子组件39的壳体隐藏。

图5示出了根据本发明的排气系统1的另一实现，该排气系统非常类似于图2中所说明的排气系统，但是包括一些另外的或替代的细节。具体地，图5包括关于左第一排气子组件13和右第一排气子组件15的更多细节。因此，在图5中也使用与图2中使用附图标记相同的附图标记来标识相同或类似的部件。对于如图5中所说明的排气系统1的总体描述，参考上面关于图1和图2的描述。

可看出，第一左排气子组件13和右排气子组件15、第二左排气子组件23和右排气子组件25以及图5中所示的实施例的中段合并子组件39全部实现为消声器或消音器。在此类实施例中，附加的催化剂可例如布置在管入口13.1、15.1的上游。

相应的左排气管(3)或右排气管(5)的管入口管道43、45延伸进入并穿过相应的左排气子组件13和右排气子组件15，并且作为相应的左互连管道27或右互连管道31离开左排气子组件13或右排气子组件15。将管入口管道43、45连接至相应的左互连管道31或右互连管道27的通道在第一排气子组件13、15内包括弯曲部分13.6、15.6。来自管入口管道43、45的排气经由第一穿孔区p1，p2被引导至相应的排气子组件13或15中。相应的第一穿孔区p1，p2的穿孔的面积优选地小于形成管入口管道43、45和互连管道27、31的管的连续横截面面积。因此，当关闭装置43、45被打开时，来自发动机的大部分排气将通过相应的互连管道朝向中段合并子组件39。然而，当关闭装置43、45关闭时，通过管入口13.1、13.5进入第一排气组件13、15的任何排气将通过第一穿孔区p1、p2从管入口管道43、45排出。

互连管道15.1、15.3(排气通过该互连管道从中段合并子组件39引导通过相应的左分支出口39.3或右分支出口39.4)被引导通过管道，该管道经由相应的重连入口13.5、15.5和其相应的排气出口13.2、15.2穿过相应的左第一排气子组件13或右第一排气子组件15，而不会让任何排气从重连管道51、53返回至第一排气子组件13、15中。然而，例如可在重连管道51、53的弯曲部13.7、15.7处设置重连穿孔区(未示出)，该弯曲部引导通过相应的左第一排气子组件13或右第一排气子组件15以使排气从重连管道51、53进入第一排气子组件13、15。

左第一排气子组件13或右第一排气子组件15的第二排气出口13.3、15.3通向相应的左第二排气子组件25或右第二排气子组件23，该第二排气子组件被实现为消声器并且包括用于实现第二排气子组件23、25的消声或消音功能的另一个穿孔区p7、p8。通向第二排气子组件23、25的相应的排气管道具有布置在第一排气子组件13、15内的进气开口13.8、15.8。来自第一左排气子组件13或右排气子组件15内的排气(例如，已经通过第一穿孔区p1、p2从左入口管道43或右入口管道45排出的此类排气)可通过进气开口13.8、15.8供给第二排气子组件23、25。在重连穿孔区(未示出)设置在重连管道51、53的弯曲部13.7、15.7中的情况下，替代地可将进出左第一排气子组件13或右第一排气子组件15的排气通过重连穿孔区供给进出重连管道51、53。

在图5中所示的实施例中，中段合并子组件39包括两个输入管道63、65与两个输出管道73、75之间的交叉管道结构。交叉管道结构具有由交叉输入管道63、65和输出管道73、75的几何形状限定的最小垂直横截面面积79和最小水平横截面面积77。优选地，垂直横截面面积小于水平横截面面积。横截面面积77、79被设计成具有特定的关系，特别是水平横截面面积77可大于垂直横截面面积79。水平横截面77的大小可为管道63、65、73、75中的每一者的连续横截面面积的至少两倍。垂直横截面面积79的横截面可大于相应的管63、65、73、75的连续部分。特别地，垂直横截面面积79的大小大约为管道63、65、73、75的横截面面积的0.8倍。

图5的中段消声器39具有四个穿孔区p3、p4、p5、p6。中段合并子组件或消声器39内的穿孔区p3、p4、p5和p6允许气体从相应的左互连管道27或右互连管道31内部膨胀至中段合并子组件(39)的内部-壳体。每个输入管道63、65在相应输入管道63、65的弯曲部的起点之前包括穿孔区p3、p4。每个输出管道73、75包括穿孔p5、p6，该穿孔p5、p6布置在交叉点67的下游并且优选地布置在相应的左输出管道73或右输出管道75的弯曲部分的下游。中段合并子组件39的输入管道63、65和输出管道73、75的穿孔区p3、p4、p5和p6允许排气在中段合并子组件39的防排气、优选地气密壳体内从排气管道内部流至其外部。

在图5中所示的实施例中，左输入管道63和左输出管道73被塑形以形成180°弯管。在图5的实施例中，右输入管道65和右输出管道75弯曲以实现180°弯管。左右180°弯管在它们的相应弯曲顶点处连接以优选地以镜像对称的方式实现交叉点67。通过该交叉管道结构实现的x形交叉点67改进了从左管入口管道43至右重连管道53的排气交换以及互补地从右管入口管道45至左重连管道51的排气交换的排气交换。

以上描述、附图和权利要求中公开的特征对于在本发明的不同实施例中单独地以任何组合实现本发明可能是重要的。

附图标记列表

1排气系统

3、5排气管

13、15排气子组件

23、25第二排气子组件

13.1、23.1、15.1、25.1管入口

13.2、13.3、23.2、15.2、15.3、25.2排气出口

13.4、15.4回流出口

13.5、15.5重连入口

27、31互连管道

39中段合并排气子组件

39.1、39.2分支入口

39.3、39.4分支出口

43、45关闭装置

51、53重连管道

63、65输入管道

67交叉点

73、75输出管道

77水平横截面面积

79垂直横截面面积