一种发动机进排气系统的制作方法

本发明属于发动机技术领域，涉及一种发动机进排气系统。

背景技术：

发动机进排气系统包括进气系统、排气系统、涡轮增压系统、废气再循环系统等。

发动机废气中，平均每15千克空气，消耗1千克汽油，排出200克左右一氧化碳，8克左右碳氢化合物等有害废气，三元催化器对废气进行处理时，因废气流速较快、三元催化器积尘等原因，无法较好的对废气中的有害物质进行还原，此一弊端，是现有燃油发动机普遍的问题。

现有汽车的涡流增压装置结构复杂，通过两个蜗轮分别带动进气叶轮和废气叶轮的结构，存在制造成本高、制造精度高、维护成本高、损伤概率大等缺陷。

废气中存在大量的热能，直接排放危害大气，也不利于节能环保和资源利用。

介于现有技术诸多缺陷，本申请旨在解决如下问题：废气余热再利用、废气处理、实时进气增压、废气助力增压、优化进排气系统的结构等。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种发动机进排气系统，本发明所要解决的技术问题是如何对废气进行燃烧，以减小废气中可燃烧有害物质。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种发动机进排气系统，发动机包括主进气管和主排气管，其特征在于，本进排气系统包括圆形的第一缸体和圆形的第二缸体，所述第一缸体和第二缸体的侧壁上均具有一扇形的缺口，所述第一缸体的缺口边缘和第二缸体的缺口边缘相连，使第一缸体的内腔和第二缸体的内腔相通；所述第一缸体内转动连接有第一转轴，所述第二缸体内转动连接有第二转轴，所述第一转轴上周向均匀分布有若干挡片一，所述第二转轴上周向均匀分布有与挡片一一一对应的挡片二，两个相邻的所述挡片一和两个相邻的挡片二能够在第一转轴和第二转轴之间形成密闭的废气燃烧室，主排气管连接第一缸体和第二缸体一侧的周壁，所述主排气管的出气方向位于第一转轴和第二转轴之间，所述第一缸体和第二缸体另一侧的周壁上连接有排气中间管，所述主排气管的出气方向正对排气中间管的进气方向，所述排气中间管连接一末段排气管；每相邻两个挡片一之间设置有高压电极一，每相邻两个挡片二之间设置有高压电极二；所述第一转轴和第二转轴旋转过程中，外端相距最近的高压电极一和高压电极二能够形成击穿电火花。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述第二缸体上还连接有与排气中间管同侧的进气中间管，所述进气中间管与排气中间管分别位于第二转轴的两侧，所述进气中间管连接一末段进气管；所述主进气管与第二缸体相连，且与主排气管同侧，所述主排气管和主进气管分别位于第二转轴的两侧。

在上述的一种发动机进排气系统中，本进排气系统还包括一进气增压装置，所述进气增压装置包括一与发动机外壳固定相连的增压壳体，所述增压壳体中转动连接有一增压轴，所述增压轴上固定连接有位于增压壳体内的排气蜗轮，所述排气蜗轮包括若干叶片一，本增压装置还包括一隔板，所述隔板位于增压壳体内，且包裹在排气蜗轮之外，所述隔板将增压壳体分隔为隔板内的排气腔和隔板外的进气腔，所述隔板的内壁与各叶片一的外端固定相连，所述隔板的外壁均匀连接有若干叶片二，所述叶片二的倾斜方向与叶片一的倾斜方向相反；所述排气中间管与排气腔相通，所述末段排气管与排气腔相通；所述进气中间管与进气腔相通，所述末段进气管与进气腔相通。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述第一转轴上固定设置有同步齿轮一，所述第二转轴上固定设置有与同步齿轮一啮合的同步齿轮二；所述同步齿轮一和同步齿轮二尺寸相同。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述挡片一的外端转动连接有滚柱一，所述挡片二的外端转动连接有滚柱二，所述滚柱二的外壁上固定设置有一密封条，所述密封条上具有与滚柱一的外壁适配的密封部。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述滚柱二内插设有一销轴，所述销轴与滚柱二之间连接有一扭簧；所述扭簧驱使密封条离开缺口时与滚柱一抵靠，并使密封部与滚柱一的外壁配合。

在上述的一种发动机进排气系统中，相邻挡片一的内端之间平滑过渡，相邻挡片二的内端之间平滑过渡，所述挡片一和挡片二均为陶瓷材质制成，所述挡片一和挡片二的表面镀有金属层。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述金属层为铁或铜。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述主进气管上具有一外凸的回流凹口，所述回流凹口的开口朝向主进气管的入口方向。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述高压电极一的电极端和高压电极二的电极端之间的最小距离为0.5mm～0.8mm之间。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述高压电极一的电极端和高压电极二的电极端之间的击穿电压为15000v～20000v之间。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述挡片一和挡片二的数量均为6个，所述高压电极一与相邻挡片一之间夹角分别为20°和40°，所述高压电极二均分相邻挡片二之间的夹角。

在上述的一种发动机进排气系统中，所述第一缸体的内壁和第二缸体的内壁上均镀有隔热层。

在废气燃烧室密闭的瞬间，高压电极一和高压电极二处于最接近位置，此时为点火时刻。

工作原理如下：

进气：空气通过进气格栅依次进入末段进气管、进气腔、进气中间管、主进气管和发动机的各进气岐管，然后进入发动机与燃油配比燃烧；

排气：废气由发动机各排气岐管排出后，依次进入主排气管、排气中间管、排气腔和末段排气管，然后经过三元催化器排出；

工作过程和进排气控制：废气经主排气管进入第一缸体和第二缸体内，推动第一缸体和第二缸体内的挡片一和挡片二旋转，第一转轴和第二转轴反向旋转，在某一瞬间，挡片一、挡片二、第一缸体和第二缸体四者之间形成密闭的废气燃烧室，新鲜空气被挡片二逐流至废气燃烧室，废气被挤入废气燃烧室，经过高压电极一和高压电极二击穿废气与空气的混合气体，并对其进行点火，将废气中残留的一氧化碳和氮氢化合物进行燃烧，由于发动机正常运行情况下，废气的温度可达800℃左右，在遇明可将部分有害物质进行氧化燃烧；废气由排气中间管排出后，进入进气增压装置中的排气腔，驱动排气蜗轮旋转，排气蜗轮直接带动叶片二旋转，对由末段进气管进入进气腔的新鲜空气进行增压促进，废气余热可在第二缸体内对进入的新鲜空气进行预热，使其进入主进气管之前的温度可达400℃左右，间接的节约了燃料进量，可通过燃油进量调校，使装备有本进排气系统的发动机进行燃油缩减控制；

废气驱动第一转轴和第二转轴进行旋转，既使没有进气增压装置，也能够对新鲜空气的进气量进行促增；

挡片一和挡片二上的镀铜或镀铁能够与被氧气氧化，特别是挡片二，其氧化后形成铜铁的氧化物，废气可部分进入挡片一与第一缸体形成的若干密闭腔室内，能够在高温下被一氧化碳还原，如此反复，可形成一定效果的一氧化碳吸附碳化作用。

第二转轴旋转，可携带部分废气进入进入主进气管，进行废气再入发动机，进行碳化，特别是在发动机低速时，燃油燃烧不充分，第二转轴转速较慢，进入主进气管的废气较多，进行二次燃烧的废气较多，以便更好的利用废气。

高压电极一和高压电极二处于运动状态，且受气流冲击，不会形成积碳。

在废气燃烧室内，氧气有废气进行燃烧，形成冲击力，对挡片一和挡片二进行驱动，从而使废气排气负压增大，有助于排气速度和排气效率的提升，第二转轴转速也得到提升，有助于新鲜空气的进气量的增加，有助于第一缸体和第二缸体内的温度的升高，从而使进气预热、废气氧化更有利；在发动机怠速或低速情况下，燃烧热量更多，使废气循环速度更快，进气压力增大，有利于提高发动机的动力、节约发动机燃油消耗比例、提升发动机的整体性能。

回流凹口能够增大相邻挡片二之间的空气压力，增大废气燃烧室的氧气占比。

密封条的设置，能够提高废气燃烧室燃烧时的瞬间冲击力，从而增快第一转轴和第二转轴的转速。

传统蜗轮增压器采用双蜗轮和连轴的结构，本进气增压装置采用单蜗轮，双叶片的方式，排气蜗轮与增压壳体之间的密封无需较高要求，废气流向与空气流向垂直，且废气腔被进气腔包裹，如果密封效果较差，废气也不容易进入废气腔，相比之下，空气比较容易进入废气腔，空气进入废气腔对发动机的影响不大，能够被垂直的废气气流带走，相比而言，比传统蜗轮增压器的结构简单很多，而且制造工艺和制造要求低很多，维护成本和更换成本低很多。

高压电极一和高压电极二的结构与传统发动机的火花塞两电极结构类似，只是介于本进排气系统结构特殊，为了避免点火失灵，同时也避免运动过程中的高压电极一和高压电极二相互干扰，采用比目前市场上火花塞更高的击穿电压，以克服可能存在的正时误差和齿轮啮合传动过程中的啮合间隙带来的误差。

第二缸体与挡片二之间的密封要求较高，在滚柱二上设置密封条，能够提高空气纯度。

本进排气系统也可以免除进气增压装置，直接采用第二转轴和挡片二形成的增压结构，使进气量得到提升。

进一步的，所述隔板的两侧端面与增压壳体之间通过轴承相连。

增压轴悬空设置，一方面增大排气空间，使排气更加顺畅，另一方面，可以优化隔板与增压壳体之间的密封效果，通过密闭性较好的防水轴承，将隔板与增压壳体内壁之间相连，实现了排气蜗轮的固定，也实现了密封，使结构更加简单可靠。

采用本蜗轮增压方式，可以消除传统蜗轮增压器，通过废气带动蜗轮旋转的强制性，传统蜗轮增压器在启动过程中，废气必须带动所在蜗轮旋转，因为其废气流动方向为相切蜗轮的方向，而本蜗轮增压器，则采用直接通过的方式，较强气流则可以带动叶片一旋转，较小排气气流则对叶片一的作用力不大，废气依然可以顺畅流过，而近气方面，则可以再设置一根选择性导通的进气岐管与本蜗轮增压器的进气管并联的方式，实现优点的综合。

作为另一种选择，所述隔板的外壁上固定设置有一十字轴，所述增压壳体的内壁上设置有与十字轴配合的滑槽，所述十字轴的每个轴头的端部均滚动连接有滑轮。

也就是说，增压轴可以采用悬空的方式，也可以在腾出排气通道的前提下，与增压壳体采用转动连接方式相连。

附图说明

图1是本进排气系统的整体结构示意图。

图2是图1的剖视图。

图3是图2中局部a的放大图。

图4是滚柱二的结构示意图。

图5是直接采用挡片二进行进气增压时的结构示意图。

图中，11、主进气管；12、进气中间管；13、末段进气管；21、主排气管；22、排气中间管；23、末段排气管；3、第一缸体；31、第一转轴；32、挡片一；33、高压电极一；34、同步齿轮一；35、滚柱一；4、第二缸体；41、第二转轴；42、挡片二；43、高压电极二；44、同步齿轮二；45、滚柱二；46、密封条；47、密封部；48、销轴；49、扭簧；5、废气燃烧室；61、增压壳体；62、增压轴；63、排气蜗轮；64、叶片一；65、隔板；66、排气腔；67、进气腔；68、叶片二；7、回流凹口；8、隔热层。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，发动机包括主进气管11和主排气管21，本进排气系统包括圆形的第一缸体3和圆形的第二缸体4，第一缸体3和第二缸体4的侧壁上均具有一扇形的缺口，第一缸体3的缺口边缘和第二缸体4的缺口边缘相连，使第一缸体3的内腔和第二缸体4的内腔相通；第一缸体3内转动连接有第一转轴31，第二缸体4内转动连接有第二转轴41，第一转轴31上周向均匀分布有若干挡片一32，第二转轴41上周向均匀分布有与挡片一32一一对应的挡片二42，两个相邻的挡片一32和两个相邻的挡片二42能够在第一转轴31和第二转轴41之间形成密闭的废气燃烧室5，主排气管21连接第一缸体3和第二缸体4一侧的周壁，主排气管21的出气方向位于第一转轴31和第二转轴41之间，第一缸体3和第二缸体4另一侧的周壁上连接有排气中间管22，主排气管21的出气方向正对排气中间管22的进气方向，排气中间管连接一末段排气管23；每相邻两个挡片一32之间设置有高压电极一33，没相邻两个挡片二42之间设置有高压电极二43；第一转轴31和第二转轴41旋转过程中，外端相距最近的高压电极一33和高压电极二43能够形成击穿电火花。

第二缸体4上还连接有与排气中间管22同侧的进气中间管12，进气中间管12与排气中间管22分别位于第二转轴41的两侧，进气中间管12连接一末段进气管13；主进气管11与第二缸体4相连，且与主排气管21同侧，主排气管21和主进气管11分别位于第二转轴41的两侧。

本进排气系统还包括一进气增压装置，进气增压装置包括一与发动机外壳固定相连的增压壳体61，增压壳体61中转动连接有一增压轴62，增压轴62上固定连接有位于增压壳体61内的排气蜗轮63，排气蜗轮63包括若干叶片一64，本增压装置还包括一隔板65，隔板65位于增压壳体61内，且包裹在排气蜗轮63之外，隔板65将增压壳体61分隔为隔板65内的排气腔66和隔板65外的进气腔67，隔板65的内壁与各叶片一64的外端固定相连，隔板65的外壁均匀连接有若干叶片二68，叶片二68的倾斜方向与叶片一64的倾斜方向相反；排气中间管22与排气腔66相通，末段排气管23与排气腔66相通；进气中间管12与进气腔67相通，末段进气管13与进气腔67相通。

第一转轴31上固定设置有同步齿轮一34，第二转轴41上固定设置有与同步齿轮一34啮合的同步齿轮二44；同步齿轮一34和同步齿轮二44尺寸相同。

如图2、图3和图4所示，挡片一32的外端转动连接有滚柱一35，挡片二42的外端转动连接有滚柱二45，滚柱二45的外壁上固定设置有一密封条46，密封条46上具有与滚柱一35的外壁适配的密封部47；滚柱二45内插设有一销轴48，销轴48与滚柱二45之间连接有一扭簧49；扭簧49驱使密封条46离开缺口时与滚柱一35抵靠，并使密封部47与滚柱一35的外壁配合。

相邻挡片一32的内端之间平滑过渡，相邻挡片二42的内端之间平滑过渡，挡片一32和挡片二42均为陶瓷材质制成，挡片一32和挡片二42的表面镀有金属层；金属层为铁或铜。

如图1和图2所示，主进气管11上具有一外凸的回流凹口7，回流凹口7的开口朝向主进气管11的入口方向。

高压电极一33的电极端和高压电极二43的电极端之间的最小距离为0.5mm～0.8mm之间；高压电极一33的电极端和高压电极二43的电极端之间的击穿电压为15000v～20000v之间。

挡片一32和挡片二42的数量均为6个，高压电极一33与相邻挡片一32之间夹角分别为20°和40°，高压电极二43均分相邻挡片二42之间的夹角；第一缸体3的内壁和第二缸体4的内壁上均镀有隔热层8。

工作原理如下：

进气实线箭头表示进气路径：如图1和图2所示，空气通过进气格栅依次进入末段进气管13、进气腔67、进气中间管12、主进气管11和发动机的各进气岐管，然后进入发动机与燃油配比燃烧；

排气虚线箭头表示排气路径：如图1和图2所示，废气由发动机各排气岐管排出后，依次进入主排气管21、排气中间管22、排气腔66和末段排气管23，然后经过三元催化器排出；

工作过程和进排气控制：废气经主排气管21进入第一缸体3和第二缸体4内，推动第一缸体3和第二缸体4内的挡片一32和挡片二42旋转，第一转轴31和第二转轴41反向旋转，在某一瞬间，挡片一32、挡片二42、第一缸体3和第二缸体4四者之间形成密闭的废气燃烧室5，新鲜空气被挡片二42逐流至废气燃烧室5，废气被挤入废气燃烧室5，经过高压电极一33和高压电极二43击穿废气与空气的混合气体，并对其进行点火，将废气中残留的一氧化碳和氮氢化合物进行燃烧，由于发动机正常运行情况下，废气的温度可达800℃左右，在遇明可将部分有害物质进行氧化燃烧；废气由排气中间管22排出后，进入进气增压装置中的排气腔66，驱动排气蜗轮63旋转，排气蜗轮63直接带动叶片二68旋转，对由末段进气管13进入进气腔67的新鲜空气进行增压促进，废气余热可在第二缸体4内对进入的新鲜空气进行预热，使其进入主进气管11之前的温度可达400℃左右，间接的节约了燃料进量，可通过燃油进量调校，使装备有本进排气系统的发动机进行燃油缩减控制；

如图5所示，废气驱动第一转轴31和第二转轴41进行旋转，既使没有进气增压装置，也能够对新鲜空气的进气量进行促增；

挡片一32和挡片二42上的镀铜或镀铁能够与被氧气氧化，特别是挡片二42，其氧化后形成铜铁的氧化物，废气可部分进入挡片一32与第一缸体3形成的若干密闭腔室内，能够在高温下被一氧化碳还原，如此反复，可形成一定效果的一氧化碳吸附碳化作用。

第二转轴41旋转，可携带部分废气进入进入主进气管11，进行废气再入发动机，进行碳化，特别是在发动机低速时，燃油燃烧不充分，第二转轴41转速较慢，进入主进气管11的废气较多，进行二次燃烧的废气较多，以便更好的利用废气。

高压电极一33和高压电极二43处于运动状态，且受气流冲击，不会形成积碳。

在废气燃烧室5内，氧气有废气进行燃烧，形成冲击力，对挡片一32和挡片二42进行驱动，从而使废气排气负压增大，有助于排气速度和排气效率的提升，第二转轴41转速也得到提升，有助于新鲜空气的进气量的增加，有助于第一缸体3和第二缸体4内的温度的升高，从而使进气预热、废气氧化更有利；在发动机怠速或低速情况下，燃烧热量更多，使废气循环速度更快，进气压力增大，有利于提高发动机的动力、节约发动机燃油消耗比例、提升发动机的整体性能。

回流凹口7能够增大相邻挡片二42之间的空气压力，增大废气燃烧室5的氧气占比。

密封条46的设置，能够提高废气燃烧室5燃烧时的瞬间冲击力，从而增快第一转轴31和第二转轴41的转速。

传统蜗轮增压器采用双蜗轮和连轴的结构，本进气增压装置采用单蜗轮，双叶片的方式，排气蜗轮63与增压壳体61之间的密封无需较高要求，废气流向与空气流向垂直，且废气腔被进气腔67包裹，如果密封效果较差，废气也不容易进入废气腔，相比之下，空气比较容易进入废气腔，空气进入废气腔对发动机的影响不大，能够被垂直的废气气流带走，相比而言，比传统蜗轮增压器的结构简单很多，而且制造工艺和制造要求低很多，维护成本和更换成本低很多。

高压电极一33和高压电极二43的结构与传统发动机的火花塞两电极结构类似，只是介于本进排气系统结构特殊，为了避免点火失灵，同时也避免运动过程中的高压电极一33和高压电极二43相互干扰，采用比目前市场上火花塞更高的击穿电压，以克服可能存在的正时误差和齿轮啮合传动过程中的啮合间隙带来的误差。

第二缸体4与挡片二42之间的密封要求较高，在滚柱二45上设置密封条46，能够提高空气纯度。

本进排气系统也可以免除进气增压装置，直接采用第二转轴41和挡片二42形成的增压结构，使进气量得到提升。

进一步的，隔板65的两侧端面与增压壳体61之间通过轴承相连。

增压轴62悬空设置，一方面增大排气空间，使排气更加顺畅，另一方面，可以优化隔板65与增压壳体61之间的密封效果，通过密闭性较好的防水轴承，将隔板65与增压壳体61内壁之间相连，实现了排气蜗轮63的固定，也实现了密封，使结构更加简单可靠。

采用本蜗轮增压方式，可以消除传统蜗轮增压器，通过废气带动蜗轮旋转的强制性，传统蜗轮增压器在启动过程中，废气必须带动所在蜗轮旋转，因为其废气流动方向为相切蜗轮的方向，而本蜗轮增压器，则采用直接通过的方式，较强气流则可以带动叶片一64旋转，较小排气气流则对叶片一64的作用力不大，废气依然可以顺畅流过，而近气方面，则可以再设置一根选择性导通的进气岐管与本蜗轮增压器的进气管并联的方式，实现优点的综合。

作为另一种选择，隔板65的外壁上固定设置有一十字轴，增压壳体61的内壁上设置有与十字轴配合的滑槽，十字轴的每个轴头的端部均滚动连接有滑轮。

也就是说，增压轴62可以采用悬空的方式，也可以在腾出排气通道的前提下，与增压壳体61采用转动连接方式相连。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。