用於內燃機的排氣歧管的製作方法

2023-05-02 22:35:31

專利名稱：用於內燃機的排氣歧管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的排氣歧管，該排氣歧管用於具有直列的四個氣缸的內燃機，例如直列式四缸內燃機和V型八缸內燃機。
背景技術：
在直列式四缸內燃機中，優選是使從四個發動機氣缸中排出的排氣以所謂的4-2-1的形式合併成一股氣流，以便表面排氣之間的幹擾。已經提出了用於直列式四缸內燃機的排氣歧管，其中，與四個發動機氣缸相連的上遊四個分支與具有一對通道的下遊排氣管相連。這四個分支在相應下遊端部分處連接，以便形成兩對分支。一對通道由布置在下遊排氣管內的間壁分開。各通道與在兩個分支內的通道相連。排氣管的下遊部分通過擴壓器與催化轉化器相連。通常，為了監測從所有發動機氣缸中排出的排氣，單個空氣-燃料比傳感器(氧傳感器或區域空氣＝燃料比傳感器)布置在排氣系統中，以便通過形成於排氣管周向壁中的安裝孔以及形成於間壁一側的切口而沿寬度方向凸出到該對排氣管通道中，該寬度方向垂直於排氣管的軸向方向，即垂直於從排氣管的上遊側流向下遊側的排氣流的方向。
美國專利No.6012315(對應於日本專利申請首次公開No.9-323119)公開了一種具有間壁的排氣管。該排氣管有用於氧傳感器的安裝孔。該間壁形成有與該安裝孔配合的切口，以便安裝氧傳感器。
日本專利申請首次公開No.2001-82140公開了一種在排氣管中的間壁。該間壁有多個孔，用於使排氣管內的、由間壁彼此分開的通道之間流體連通。
發明概述不過，在上述現有技術中，空氣-燃料比傳感器沿寬度方向布置在間壁的一側。對於該結構，排氣管的各對通道的、與間壁的一側相對應的那一側的位置比通道的相對側更靠近空氣-燃料比傳感器。來自兩個分支中的一個的排氣流入通道的一側，且與空氣-燃料比傳感器接觸的量大於從兩個分支中的另一個流入該通道的相對側的排氣與空氣-燃料比傳感器接觸的量。即，由兩個發動機氣缸中的、與這兩個分支中的一個相連的一個氣缸排出的排氣與空氣-燃料比傳感器接觸的量大於由兩個發動機氣缸中的、與這兩個分支中的另一個相連的另一個氣缸排出的排氣與空氣-燃料比傳感器接觸的量。因此，空氣-燃料比傳感器並不能準確測量從發動機氣缸排出的排氣的總體部分。這將降低由空氣-燃料比傳感器對排氣進行的測量的精確性。
該問題並不能由上述現有技術中的後一種方案來解決，該方案公開了間壁具有多個孔。
本發明的一個目的是提供一種用於直列式四缸內燃機的改進排氣歧管，它能夠防止在利用空氣-燃料比傳感器對經過排氣歧管的排氣進行測量時精確性降低。
在本發明的一個方面，提供了一種排氣歧管，該排氣歧管與具有四個發動機氣缸的內燃機相連接，該排氣歧管包括四個分支，分別用於從四個發動機氣缸中排出排氣；下遊排氣管，該下遊排氣管與這四個分支相連；間壁，該間壁將下遊排氣管中的排氣通路分成第一通道和第二通道，該第一通道和第二通道各自有半圓形截面，該間壁有切口，該切口形成於該間壁的寬度方向上的一側上，該寬度方向垂直於下遊排氣管的軸向方向；所述各第一和第二通道分別與四個分支中的兩個連接，這兩個分支與四個發動機氣缸中點火順序不連續的兩個相連，四個分支中的兩個分別與各第一和第二通道的半圓形截面的第一和第二四分之一圓形區域連通；空氣-燃料比傳感器，該空氣-燃料比傳感器安裝在下遊排氣管上，以便通過間壁的切口而伸入到第一和第二通道內；
連通部分，該連通部分形成於間壁內，並使第一和第二通道彼此流體連通，該連通部分有位於間壁的一側的第一部分和位於間壁的相對側的第二部分，該第一部分相對於第二部分位於下遊側。
附圖的簡要說明

圖1是本發明第一實施例的排氣歧管的側視圖。
圖2是圖1中所述的排氣歧管的透視圖。
圖3是第一實施例的排氣歧管沿排氣歧管的軸向的局部剖視圖，表示了布置在排氣歧管的下遊排氣管內的間壁。
圖4是沿圖3的線4-4的剖視圖。
圖5A和5B是從發動機氣缸排出並流入下遊排氣管中的排氣流的解釋圖。
圖6A是在間壁沒有狹槽的情況下，經過下遊排氣管並與催化轉化器接觸的排氣流的解釋圖。
圖6B是類似於圖6A的解釋圖，但是表示了當間壁有狹槽時的排氣流。
圖7是類似於圖3的視圖，但是表示了本發明第二實施例的排氣歧管的間壁。
優選實施例的詳細說明下面將參考圖1至6B介紹本發明第一實施例的排氣歧管。在該實施例中，排氣歧管用於汽車的直列式四缸內燃機中。如圖1所示，排氣歧管2有與氣缸蓋1的一側連接的上遊端以及與催化轉化器3連接的下遊端。排氣歧管2構成為使在上遊側的四個通道合併成在下遊側的兩個通道。
如圖2所示，排氣歧管2包括上遊的四個分支5、6、7和8以及與上遊的四個分支5至8相連的下遊排氣管9。上遊的四個分支5至8有通過凸緣4與氣缸蓋1相連的上遊端以及連接在一起並與下遊排氣管9的上遊端相連的下遊端。上遊的四個分支5、6、7和8分別與發動機氣缸#1、#2、#3和#4流體連通。間壁10布置在下遊排氣管9中，並在該下遊排氣管的整個軸向長度上沿下遊排氣管的軸向延伸。間壁10將在大致圓形截面的下遊排氣管9內的排氣通路分成一對通道11和12，每個通道有半圓形截面。間壁10為包含下遊排氣管9的中心軸的板的形式。下遊排氣管9具有下遊端部分，凸緣13安裝在該下遊端部分上。凸緣13與催化轉化器3的擴壓器14的進口凸緣15相連接。
其中，在下遊排氣管9中的各通道11和12通過四個分支5至8中的、與四個發動機氣缸#1至#4中具有不連續點火順序的兩個氣缸連接的兩個分支而與四個發動機氣缸#1至#4中的這兩個氣缸連通。換句話說，通道11和12與四個發動機氣缸#1至#4中點火順序不順序排列的兩個氣缸連通。在本實施例中，四個發動機氣缸#1至#4的點火順序如下#1-#3-#4-#2。通道11通過分支5和8與具有非連續點火順序的發動機氣缸#1和#4連通，該分支5和8與分別發動機氣缸#1和#4連接。從發動機氣缸#1和#4排出的排氣分別排入分支5和8中。經過分支5和8的兩股排氣流在通道11中連接在一起。另一方面，通道12通過分支6和7與具有非連續點火順序的發動機氣缸#2和#3連通，該分支6和7與分別發動機氣缸#2和#3連接。從發動機氣缸#2和#3排出的排氣分別排入分支6和7中。經過分支6和7的兩股排氣流在通道12中連接在一起。在通道11內的排氣流和在通道12內的排氣流在催化轉化器3的進口側(即在擴壓器14側)合併成一股排氣流。
空氣-燃料比傳感器16安裝在下遊排氣管9的相對下遊部分，並通過形成有間壁10中的切口18而沿間壁10布置成局部凸出到兩個通道11和12中。特別是，間壁10有切口18，該切口18形成於間壁10的、沿垂直於下遊排氣管9的軸向方向的寬度方向的一側。空氣-燃料比傳感器16沿寬度方向布置在間壁10的一側。在圖2中，空氣-燃料比傳感器16布置在間壁10的左側。空氣-燃料比傳感器16通過安裝孔17從下遊排氣管9的外周表面插入，並通過間壁10的切口18而局部凸出到通道11和12中。因此，空氣-燃料比傳感器16暴露在各通道11和12的排氣中，並檢測在通道11和12中的排氣的空氣-燃料比。
下面將參考圖3和4更詳細地介紹在排氣管9下遊的間壁10。如圖3所示，間壁10在下遊排氣管9的整個軸向長度上延伸。間壁10包括使通道11和12彼此流體連通的連通部分。該連通部分布置成使得在各通道11和12中沿間壁10的相對側沿寬度方向流動的排氣朝著沿寬度方向布置在間壁10的一側的空氣-燃料比傳感器16偏轉。在該實施例中，連通部分為布置在空氣-燃料比傳感器16上遊側的傾斜狹槽21的形式。狹槽21沿間壁10的寬度方向延伸，即沿圖3中的左右方向延伸，並相對於下遊排氣管9的軸向方向(即圖3中的上下方向)傾斜。特別是，狹槽21的一端21A位於間壁10的、沿寬度方向的一側，而另一端21B位於間壁10的、沿寬度方向的另一側。換句話說，一端21A位於空氣-燃料比傳感器16側。一端21A相對於另一端21B位於下遊側。在本實施例中，狹槽21沿垂直於間壁10寬度方向的方向上有均勻寬度。狹槽21可以合適變化成使寬度在上遊側和下遊側之間不同，以便調節壓力分配。而且，狹槽21可以為多個狹槽的形式。
如圖4所示，下遊排氣管9具有基本圓形的截面。間壁10布置在下遊排氣管9中，以便包含下遊排氣管9的中心軸線。間壁10將下遊排氣管9內的排氣通路分成各自有基本半圓形截面的通道11和12。與具有不連續點火順序的發動機氣缸#1和#4相連的兩個分支5和8的下遊端與下遊排氣管9的上遊端相連，以便分別與四分之一圓形區域A和B連通，這兩個四分之一圓形區域A和B配合形成半圓形截面的通道11。因此，四分之一圓形區域A和B分別通過分支5和8與發動機氣缸#1和#4流體連通。同樣，與具有不連續點火順序的發動機氣缸#2和#3相連的兩個分支6和7的下遊端與下遊排氣管9的上遊端相連，以便分別與四分之一圓形區域C和D連通，這兩個四分之一圓形區域C和B配合形成半圓形截面的通道12。區域A和B以及區域C和D分別由圖4中所示的假想邊界面M分開。區域C和D通過分支6和7與發動機氣缸#2和#3流體連通。空氣-燃料比傳感器16布置在區域B和D一側，發動機氣缸#4和#3的排氣引入該區域B和D內。通過該結構，由發動機氣缸#1和#2排出並流入區域A和C內的排氣與空氣-燃料比傳感器16接觸的量比由發動機氣缸#4和#3排出並流入區域B和D內的排氣與該空氣-燃料比傳感器16接觸的量更少。狹槽21的一端21A位於沿寬度方向在區域B和D之間延伸的間壁10部分的中間處附近。狹槽21的另一端21B位於沿寬度方向在區域A和C之間延伸的間壁10其餘部分的中間處或外側。特別是，狹槽21的另一端21B可以布置在該間壁10其餘部分的中部和該間壁10的、與下遊排氣管9的內表面相連的外周邊緣之間。因此，狹槽21在一端21A開口於區域B和D，而在另一端21B開口於區域A和C。
參考圖5A和5B，圖中解釋了由發動機氣缸#1排出到下遊排氣管9的通道11中，然後通過狹槽21流入通道12中的排氣流。圖5A表示了從發動機氣缸#1排出並流入通道11中的排氣流。圖5B表示了通過狹槽21從通道11流入通道12中的排氣流。當由發動機氣缸#1排出的排氣通過分支5流入通道11中時，該排氣流入通道11的區域A。這時，通道12的壓力低於通道11，這是因為由發動機氣缸#2排出的排氣剛剛經過通道12。由於通道12的低壓，經過通道11的區域A的一部分排氣通過狹槽21流入通道12中，如圖5B所示。當經過狹槽21時，一部分排氣沿狹槽21的傾斜周邊流動，然後，該部分排氣進入通道12，並以分散狀態流向空氣-燃料比傳感器16，如圖5B所示。
另一方面，當來自發動機氣缸#1的排氣流入通道11的區域A中時，狹槽21形成某些低壓部分。因為狹槽21傾斜成使狹槽21的下遊側更靠近空氣-燃料比傳感器16，即在下遊側的低壓部分比上遊側更多地朝著空氣-燃料比傳感器16偏移，因此，流入區域A的排氣流以分散狀態轉向靠近空氣-燃料比傳感器16布置的區域B，如圖5A所示。因此，由發動機氣缸#1排出並與空氣-燃料比傳感器16接觸的排氣量增加。因此，空氣-燃料比傳感器16可以更加準確地檢測由發動機氣缸#1排出的排氣。
從發動機氣缸#2排出到下遊排氣管9的通道12中，然後通過狹槽21流入通道11中的排氣流相對於從發動機氣缸#1排出到通道11中的上述排氣流對稱。由發動機氣缸#2排出的排氣通過分支6流入通道12中。這時，通道12為低壓，這是因為由發動機氣缸#1排出的排氣剛剛經過通道12。因此，經過通道12的區域C的一部分排氣通過狹槽21流入通道11中。由於傾斜狹槽21的結構，該部分排氣以分散狀態流向空氣-燃料比傳感器16。另一方面，因為狹槽21形成低壓部分，因此，流入區域C的排氣流以分散狀態轉向靠近空氣-燃料比傳感器16布置的區域D。而且，一部分由發動機氣缸#4排出到通道11的區域B中的排氣通過狹槽21而偏轉至通道12中。一部分由發動機氣缸#3排出到通道12的區域D中的排氣通過狹槽21而分散至通道11中。
參考圖6A和6B，圖中表示了流向催化轉化器3並衝擊在陶瓷單片電路載體3A上的排氣流。圖6A表示了當使用沒有狹槽21的間壁10時產生的排氣流。圖6B表示了當使用有狹槽21的間壁10時產生的排氣流。如圖6A的上部所示，因為間壁10沒有形成狹槽21，由發動機氣缸#1和#4排出的排氣只通過通道11。如圖6A的底部所示，排氣通過擴壓器14從通道11流向催化轉化器3，並在布置於通道11側部的擴壓器14部分處進行擴壓。然後，排氣只衝擊到載體3A的進口部分的一部分上。這將對載體3A有不利影響，從而在該載體3A中形成裂紋。相反，當間壁10有狹槽21時，如圖6B的上部所示，排出到通道11中的排氣的一部分通過狹槽21流入通道12中。如圖6B的底部所示，通過通道11和12的排氣流通過擴壓器14流向催化轉化器3。排氣在擴壓器14中均勻擴壓，並衝擊到載體3A的整個進口部分上。
如上述解釋所述，本發明的排氣歧管2可以防止由四個氣缸#1至#4排出的排氣幹涉。而且，流入下遊排氣管9中的排氣可以通過單個空氣-燃料比傳感器16更準確地檢測流入下遊排氣管9的排氣。特別是，當在間壁10中形成傾斜狹槽21時，從遠離空氣-燃料比傳感器16的分支5和6流出的排氣將產生流向空氣-燃料比傳感器16的偏轉。這可以增加通過空氣-燃料比傳感器16檢測在下遊排氣管9中的排氣時的精度。而且，排氣可以較廣地從下遊排氣管9向催化轉化器3擴壓。這防止排氣只衝擊在催化轉化器3的進口部分的一部分上因此，本發明的排氣歧管2擴壓使排氣均勻衝擊在催化轉化器3的載體3A的較寬區域上。
下面將參考圖7介紹本發明排氣歧管2的第二實施例。該第二實施例與第一實施例的區別在於間壁有多個孔。如圖7所示，三個孔形成於間壁110中，並作為由於在通道11和12之間流體連通的連通部分。在本實施例中，三個孔22、23和24有相同直徑。三個孔22、23和24沿相對於下遊排氣管9的軸向方向和間壁110的寬度方向傾斜的線布置。在孔22和24之間的中間孔布置成橫過邊界面M。孔22位於中間孔23的下遊側，並在間壁110沿寬度方向的、布置有空氣-燃料比傳感器16的一側。孔22位於間壁110的、在區域B和D之間延伸的部分的中間處。孔22開口於兩個區域B和D。孔24布置在中間孔23的上遊側，並在間壁110的、沿寬度方向的相對側。孔24位於間壁110的、在區域A和C之間延伸的部分的中間處。孔24開口於兩個區域A和C。這些孔22、23和24布置成與第一實施例的間壁10的狹槽21具有基本等效的作用。
本發明對用作連通部分作用的多個孔並沒有限制。孔的直徑可以通過考慮壓力分布而設置成彼此不同。而且，孔的數目也並不限制為本實施例的三個。更多的孔可以布置在多個線上。第二實施例的排氣歧管可以起到與第一實施例相同的效果。
本申請基於申請日為2002年12月24日的在先日本專利申請No.2002-372510。因此，該日本專利申請No.2002-372510的整個內容被本文參引。
儘管上面已經參考本發明的特定實施例介紹了本發明，但是本發明並不局限於上述實施例。本領域技術人員根據上述教導可以清楚上述實施例的變化和改變。本發明的範圍將參考下面的權利要求確定。
權利要求
1.一種排氣歧管，它與具有四個發動機氣缸的內燃機相連接，該排氣歧管包括四個分支(5、6、7、8)，用於分別從四個發動機氣缸(#1、#2、#3、#4)中排出排氣；下遊排氣管(9)，該下遊排氣管與這四個分支相連接；間壁(10；110)，該間壁將下遊排氣管(9)中的排氣通路分成第一通道(11)和第二通道(12)，該第一通道和第二通道各自具有半圓形截面，所述間壁(10；110)具有切口(18)，該切口形成於該間壁的寬度方向上的一側上，該寬度方向垂直於下遊排氣管(9)的軸向方向；所述第一和第二通道(11、12)中的每一個都與四個分支(5、6、7、8)中的兩個連接，該兩個分支與四個發動機氣缸(#1、#2、#3、#4)中點火順序不連續的兩個相連接，四個分支(5、6、7、8)中的兩個分別與各第一和第二通道(11、12)的半圓形截面中的第一和第二四分之一圓形區域(A、B；C、D)連通；空氣-燃料比傳感器(16)，該空氣-燃料比傳感器安裝在下遊排氣管(9)上，以便通過間壁(10；110)的切口(18)伸入到第一和第二通道(11、12)內；連通部分(21；22、23、24)，該連通部分形成於間壁(10；110)內，並使第一和第二通道(11、12)彼此流體連通，該連通部分(21；22、23、24)具有位於所述間壁的一側上的第一部分(21A；22)和位於間壁(10；110)的相對側上的第二部分(21B；24)，該第一部分(21A；22)相對於第二部分(21B；24)位於下遊側。
2.根據權利要求1所述的排氣歧管，其中所述連通部分包括狹槽(21)，該狹槽在所述間壁(10)的寬度方向上延伸，並相對於所述下遊排氣管(9)的軸向方向傾斜。
3.根據權利要求2所述的排氣歧管，其中所述狹槽(21)在與所述間壁(10)的寬度方向垂直的方向上具有基本均勻的寬度。
4.根據權利要求1所述的排氣歧管，其中所述連通部分包括多個孔(22、23、24)，這些孔包括位於所述間壁(10)的一側上並相對於其餘孔(23、24)位於下遊側上的孔(22)。
5.根據權利要求4所述的排氣歧管，其中該多個孔(22、23、24)有基本相同的直徑。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的排氣歧管，其中各第一和第二通道(11、12)的第一四分之一圓形區域(A、C)位於所述間壁(10；110)的相對側上，所述連通部分的第二部分(21B；24)開口於該第一四分之一圓形區域(A、C)。
7.根據權利要求6所述的排氣歧管，其中各第一和和第二通道(11、12)的第二四分之一圓形區域(B、D)位於所述間壁(10；110)的一側上，連通部分的第一部分(21A；22)開口於該第二四分之一圓形區域(B、D)。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的排氣歧管，其中間壁(10；110)在下遊排氣管(9)的整個軸向長度上延伸。
全文摘要
一種排氣歧管，用於四缸內燃機，該排氣歧管包括四個分支；下遊排氣管，該下遊排氣管與這四個分支相連接；以及間壁，該間壁將下遊排氣管中的排氣通路分成第一通道和第二通道，該第一通道和第二通道各自有半圓形截面。各第一和第二通道與四個分支中的兩個連接，這兩個分支與四個發動機氣缸中點火順序不連續的兩個相連，並分別與各第一和第二通道的半圓形截面的第一和第二四分之一圓形區域連通。安裝在下遊排氣管上的空氣－燃料比傳感器通過切口而伸入到兩個通道內，該切口形成於間壁的、沿寬度方向的一側上，該寬度方向垂直於下遊排氣管的軸向方向。形成於間壁內的連通部分使通道彼此流體連通。該連通部分具有分別位於間壁的一側上和相對側上的第一部分和第二部分。該第一部分位於第二部分的下遊。
文檔編號F01N3/28GK1510256SQ200310123750
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月24日 優先權日2002年12月24日
發明者川水清身, 山田仁 申請人:日產自動車株式會社