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歧管

阅读:916发布:2020-05-11

IPRDB可以提供歧管专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于内燃机的歧管系统1,其包括作为收集歧管的壳体2。所述壳体设有两个入口20,21以及一个出口24,用以将内燃机的两个出口流体连接到一个排气系统。本发明还包括位于所述壳体2上用以连接到一个双层壳体内气隙隔热歧管31,32的最多两个连接口22,23。排气系统被修改使得同时提供一个模组系统,通过排气噪音使得内燃机的排气系统在其多个重要的转速区间内被优化。为此目的,本发明还包括至少一个单独的内气隙隔热歧管31,32,其包括一个连接口38i、一个入口36i以及一个出口37i,该单独的内气隙隔热歧管通过出口37i连接到壳体2上;以及至少一个单独的外气隙隔热歧管30,33,其包括一个入口36a以及一个出口37a,该单独的外气隙隔热歧管通过出口37a连接到内气隙隔热歧管31,32的连接口38i上。所有的气隙隔热歧管30-33都完全由金属薄片制成且包括单独的单片式或者多片式的内壳层34i,34a以及单独的单片式或者多片式的外壳层35i,35a。所有的内气隙隔热歧管31,32结构或者几何学地相同,且所有的外气隙隔热歧管30,33结构或者几何学地相同,其中内气隙隔热歧管31,32与外气隙隔热歧管30,33结构或者几何学地不同。,下面是歧管专利的具体信息内容。

1.一种用于内燃机的歧管系统(1),其包括:

a)作为收集歧管的壳体(2),所述壳体设有两个入口(20,21)以及一个出口(24),用以将内燃机的两个出口流体连接到一个排气系统;以及b)位于所述壳体(2)上用以连接到一个双层壳体内气隙隔热歧管(31,32)的最多两个连接口(22,23);

其特征在于,

c)至少一个单独的内气隙隔热歧管(31,32),其包括一个连接口(38i)、一个入口(36i)以及一个出口(37i),该单独的内气隙隔热歧管通过出口(37i)连接到壳体(2)上;

d)至少一个单独的外气隙隔热歧管(30,33),其包括一个入口(36a)以及一个出口(37a),该单独的外气隙隔热歧管通过出口(37a)连接到内气隙隔热歧管(31,32)的连接口(38i)上;以及e)所有的气隙隔热歧管(30-33)都完全由金属薄片制成且包括单独的单片式或者多片式的内壳层(34i,34a)以及单独的单片式或者多片式的外壳层(35i,35a);以及f)所有的内气隙隔热歧管(31,32)结构或者几何学地相同,且所有的外气隙隔热歧管(30,33)结构或者几何学地相同,g)其中内气隙隔热歧管(31,32)与外气隙隔热歧管(30,33)结构或者几何学地不同。

2.如权利要求1所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)上两个入口(20,21)中的其中一个与出口(24)之间的距离(A2)介于30毫米与300毫米之间,或者介于50毫米与120毫米之间。

3.如权利要求1或2所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)内的两个入口(20,21)彼此进行流体以及声学交换。

4.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:所述壳体(2)被设置为单件式的铸件。

5.如权利要求4所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)内的两个入口(20,21)被一个管壁(27)隔开以及由该管壁(27)形成了两个流道(25,26),其中,这两个流道(25,26)在管壁(27)的端部流入出口(24),这两个流道(25,26)通过一个漏口进行流体以及声学交换,所述漏口以开口(51)或者穿孔的形式位于管壁(27)上且位于出口(24)的上游。

6.如权利要求5所述的歧管系统(1),其特征在于:所述开口(51)或者穿孔具有位于4平方毫米与500平方毫米之间的整体截面积。

7.如权利要求1至3项中任意一项所述的歧管系统(1),其特征在于:所述壳体(2)完全是由金属薄片形成以作为双层部,所述壳体(2)形成了由单片式或者多片式外壳体(28)与单片式或者多片式内壳体(29)间隔的气隙。

8.如权利要求7所述的歧管系统(1),其特征在于:连接口(22,23)处的内壳体(29)在内气隙隔热歧管(31,32)的出口(37i)处与内气隙隔热歧管(31,32)的内壳层(34i)相配合,并以连接间隙(52)的形式形成了位于内壳体(29)与内壳层(34i)之间的漏口,漏口具有0.4毫米与1.2毫米之间的平均宽度。

9.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:外气隙隔热歧管(30,33)不具有连接口且具有弧形的外形。

10.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)只具有一个连接口(22)。

11.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)把所述出口连接到涡轮增压器的一个壳体,并为此目的形成有位于发动机缸体与涡轮增压器之间的承载结构。

12.一种系统,包括如前述任意一项权利要求所述的歧管系统(1)以及一个内燃机。

1.一种用于内燃机的歧管系统(1),其包括:

a)作为收集歧管的壳体(2),所述壳体设有两个入口(20,21)以及一个出口(24),用以将内燃机的两个出口流体连接到一个排气系统;以及b)位于所述壳体(2)上用以连接到一个双层壳体内气隙隔热歧管(31,32)的最多两个连接口(22,23);

其特征在于,

c)至少一个单独的内气隙隔热歧管(31,32),其包括一个连接口(38i)、一个入口(36i)以及一个出口(37i),该单独的内气隙隔热歧管通过出口(37i)连接到壳体(2)上;

d)至少一个单独的外气隙隔热歧管(30,33),其包括一个入口(36a)以及一个出口(37a),该单独的外气隙隔热歧管通过出口(37a)连接到内气隙隔热歧管(31,32)的连接口(38i)上;以及e)所有的气隙隔热歧管(30-33)都完全由金属薄片制成且包括单独的单片式或者多片式的内壳层(34i,34a)以及单独的单片式或者多片式的外壳层(35i,35a);以及f)所有的内气隙隔热歧管(31,32)几何学地相同,且所有的外气隙隔热歧管(30,33)几何学地相同,g)其中内气隙隔热歧管(31,32)与外气隙隔热歧管(30,33)结构或者几何学地不同。

2.如权利要求1所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)上两个入口(20,21)中的其中一个与出口(24)之间的距离(A2)介于30毫米与300毫米之间,或者介于50毫米与120毫米之间。

3.如权利要求1或2所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)内的两个入口(20,21)彼此进行流体以及声学交换。

4.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:所述壳体(2)被设置为单件式的铸件。

5.如权利要求4所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)内的两个入口(20,21)被一个管壁(27)隔开以及由该管壁(27)形成了两个流道(25,26),其中,这两个流道(25,26)在管壁(27)的端部流入出口(24),这两个流道(25,26)通过一个漏口进行流体以及声学交换,所述漏口以开口(51)或者穿孔的形式位于管壁(27)上且位于出口(24)的上游。

6.如权利要求5所述的歧管系统(1),其特征在于:所述开口(51)或者穿孔具有位于4平方毫米与500平方毫米之间的整体截面积。

7.如权利要求1至3项中任意一项所述的歧管系统(1),其特征在于:所述壳体(2)完全是由金属薄片形成以作为双层部,所述壳体(2)形成了由单片式或者多片式外壳体(28)与单片式或者多片式内壳体(29)间隔的气隙。

8.如权利要求7所述的歧管系统(1),其特征在于:连接口(22,23)处的内壳体(29)在内气隙隔热歧管(31,32)的出口(37i)处与内气隙隔热歧管(31,32)的内壳层(34i)相配合,并以连接间隙(52)的形式形成了位于内壳体(29)与内壳层(34i)之间的漏口,漏口具有0.4毫米与1.2毫米之间的平均宽度。

9.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:外气隙隔热歧管(30,33)不具有连接口且具有弧形的外形。

10.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)只具有一个连接口(22)。

11.如前述任一权利要求所述的歧管系统(1),其特征在于:壳体(2)把所述出口连接到涡轮增压器的一个壳体,并为此目的形成有位于发动机缸体与涡轮增压器之间的承载结构。

12.一种系统,包括如前述任意一项权利要求所述的歧管系统(1)以及一个内燃机。

说明书全文

歧管

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于内燃机的歧管系统,其包括设计为用于收集歧管的壳体。该壳体设有两个入口以及一个出口,用以将内燃机的两个出口与排气系统流体连通。壳体上设有最多两个连接口,用以连接双壳内气隙隔热歧管。
[0002] 术语“气隙隔热歧管”用以描述具有内壳体和外壳体的气隙隔热歧管,其可以被作为一个单独的元件被独立安装。这种单独的气隙隔热歧管总是仅位于发动机侧的出口且与发动机侧的若干出口相结合,且并不形成收集歧管。
[0003] 形成为收集歧管且在排气方向上与壳体相连的气隙隔热歧管被描述为内气隙隔热歧管。这些在排气方向上连接于相应内气隙隔热歧管的气隙隔热歧管被描述为外气隙隔热歧管。
[0004] 入口、出口或者连接口是指管子或者壳体的相应端部。所述相应端部通过进一步的连接元件,例如法兰或者焊接材料,与其他结构件相连接。

背景技术

[0005] 欧洲专利EP1914401A2揭示了一种已知的用于内燃机的壳体,该壳体配置为具有若干排气导管的收集歧管。壳体的一端设有能够与内燃机的出口相连接的排气入口,另一端与具有排气出口的收集装置相连接。一根第一排气导管在内燃机的出口至收集装置之间是铸造成型的。在这个收集装置的两侧还连接有另一收集歧管,使得发动机的两个出口合并起来。这两个收集歧管形成为气隙隔热歧管。
[0006] 德国专利DE10144015 A1揭示了与此相同的且具有三个收集歧管的排气导管,其中中心部位由双层壁形成,气隙隔热收集壳体是由金属薄片制成。
[0007] 德国专利DE3925802A1揭示了用以将内燃机的六个出口连接到排气系统的铸件,作为六个歧管管线的适配器。
[0008] 根据德国专利DE10301395A1,用双层壳体作为收集歧管也是已知的,其中设有对应内燃机四个出口的四个连接口。
[0009] 德国专利DE102011106242 A1揭示了由单个歧管形成的系统,每一歧管在内燃机的出口数量中被彼此插入。
[0010] 德国专利102014103804 A1揭示了内部与外部相同的气隙隔热歧管。

发明内容

[0011] 本发明的目的是进一步开发一种排气系统,使得用一种模组系统,同时横跨内燃机的多个重要转速范围内,通过排气噪音来优化排气系统。每一发动机平均有四至六个出口,其根据系统的模组设计可以被单独的组装,从而使得排气系统的几何尤其适于声学。
[0012] 本发明是这样解决上述问题的:至少设有一个单独的内气隙隔热歧管,其包括一个连接口、一个入口以及一个出口,该单独的内气隙隔热歧管通过出口连接到壳体上;以及设有至少一个单独的外气隙隔热歧管,其包括一个入口以及一个出口,该单独的外气隙隔热歧管通过出口连接到内气隙隔热歧管的连接口上。所有的气隙隔热歧管都完全由金属薄片制成且包括单独的单片式或者多片式的内壳层以及单独的单片式或者多片式的外壳层。所有的内气隙隔热歧管结构或者几何学地相同,且所有的外气隙隔热歧管结构或者几何学地相同,其中内气隙隔热歧管与外气隙隔热歧管结构或者几何学地不同。
[0013] 具有它自己的内壳层以及它自己的外壳层的气隙隔热歧管被描述为单独的气隙隔热歧管。与此相反,具有共同外壳层或者内壳层的一些歧管根据本发明不被描述为单独的。
[0014] 由于内、外歧管之间不同的几何结构,在气隙隔热歧管中产生了优越的共振表现。尤其是发现了垂直于流动方向的反射面对共振表现产生不利影响,这也是为什么外气隙隔热歧管在它的几何结构上从入口到出口被折弯的原因。所述几何结构与内气隙隔热歧管的几何结构相偏离。
[0015] 内气隙隔热歧管通过它的出口直接连接到收集歧管,并通过连接口与外气隙隔热歧管的出口实现连接。最终,单独的气隙隔热歧管以及两个气隙隔热歧管都能够从两侧连接到收集歧管上。用于四缸内燃机且具有两个金属薄片歧管的歧管系统能够通过两个额外相同的金属薄片歧管最终形成用于六缸内燃机的歧管系统。用于连通排气、入口以及出口的连接口形成在内壳层上。
[0016] 不同的几何结构具有特别优异的影响,如果壳体上两个入口中的其中一个与出口之间的距离A2介于30毫米与300毫米之间,或者介于50毫米与120毫米之间。优越的声学受到相关频率及/或在此应用中非常不同序列谐波的影响。相关频率的波长及/或它们的谐波与所要求的距离之间的对应关系是相关的。现在虽然还不能通过严格的数学或物理推论来确定距离与谐波之间的关系,但是已经可以通过多种以及某种程度上复杂系列的实验来确定它的优点。
[0017] 由于连接到收集歧管的气隙隔热歧管相较于连接到壳体的气隙隔热歧管具有不同的几何结构,在出口与收集管之间取得了声学,其听上去比传统的歧管系统更和谐,尤其是对六缸内联发动机。这种改进当位于两个入口中的其中一个与出口之间的距离A2是一定尺寸的情况下尤其有利,取决于歧管系统的不同模型,距离A2介于50毫米与120毫米之间。在具有小尺寸设计优势的更短距离的情况下,已经证实距离的轻微变换会影响声音特性。
另一方面,距离的增大会产生较好的声音特性。
[0018] 这样的歧管系统尤其适用于卡车柴油发动机或者固定式柴油发动机,其中在靠近收集歧管的地方设有涡轮增压器。作为中央以及承载部分的壳体构成了足够的静力,用于连接涡轮增压器与发动机壳体上的出口。
[0019] 当距离是根据排气的声波而标注尺寸时,本发明尤其有效。它的波长是根据n*A2或者1/n*A2来计算的,其中n代表不是零的自然数;A2是以上描述的两个入口中的一个与出口之间的距离;L是声音的平均物理波长,其通过排气中声音的扩展速度C [m/s = 米/秒]与波的频率f [ 1/s = 赫兹]的商来计算,即L=C/f。在700ºC 的排气温度和300 赫兹的频率下,得到一个大约为750毫米的波长L。带有300赫兹的这信号就产生了,例如,通过六缸发动机在3000 rpm[ 转/每分钟] 的情况下。此低频信号可以在1/10波长L的距离下被加重,例如在壳体中的A2距离为75 毫米。
[0020] 如果壳体内的两个入口彼此在流体以及声学交换时,本发明对声学也是有效的。其进一步提高了和谐,因为动平衡可以在壳体内发生。
[0021] 这因此也是有利的:将收集歧管或者壳体设置为单片式的铸件。就关心收集歧管的声学来说,铸件的振动表现相较于金属薄片部件具有明显优势。
[0022] 此外,如果壳体内的两个入口被一个管壁隔开以及由该管壁形成两个流道时,本发明对铸件壳体是有效的。其中,这两个流道在管壁的端部流入出口,这两个流道通过位于管壁上且位于出口上游的一个以开孔或者穿孔形式的漏口进行流体以及声学交换。如此设置,不具有任何声学与流体动态交互以及不具有串扰的绝对群组分离的特性与不具有群组分离以及具有完整声学和流体动态交互的特征相耦合,其中流体动态交互位于靠近流道的这两个歧管区域之间。位于管壁上的所述开孔或者穿孔降低了流体动态交互,但是同时声学交互保持大部分完整。声学交互的程度在两个入口中的一个与出口之间的距离上以及转速上都是变化的,因为根据作为限定泄漏点的开孔的大小,转速提高,交互降低。
[0023] 本发明有特别的重要性,当收集歧管是由低合金灰口铸铁制成的时候,其碳含量至少为1.00重量百分比以及其他每一种添加合金的平均重量百分比不超过50.00。如灰口铸铁这样的公知材料具有较好的声学振动特性。
[0024] 如果开孔或者穿孔具有位于4平方毫米与500平方毫米之间的整体截面积,本发明也是有效的。为了优越的共振表现,漏口取决于相应管的截面积。
[0025] 可选地,这也是有利的:当作为双层部的壳体完全是由金属薄片形成,以及气隙隔热是由单片式或者多片式的外壳体与单片式或者多片式的内壳体形成。金属薄片的声学缺点可以通过特殊形状的外壳体进行补偿。同时,壳体也能够通过折叠壳层形成单片式,或者通过上壳层与下壳层形成多片式。
[0026] 在采用金属薄片壳体的情况下,这也是有利的:连接口处的内壳体在内气隙隔热歧管的出口处与内气隙隔热歧管的内壳层相配合,并以连接间隙的形式形成了位于内壳体与内壳层之间的漏口,漏口具有0.4毫米与1.2毫米之间的平均宽度。
[0027] 这也是有利的:外气隙隔热歧管不具有连接口且具有弧形的外形。这避免了与流动方向垂直延伸的反射面。
[0028] 此外,它可以是有利的,当内气隙隔热歧管通过例如焊接、钎焊或者粘胶等结合技术与收集歧管相连接时。特别地,对于由灰口铸铁制成的收集歧管而言,焊接连接提供了非常简单且经济的制作方法。为了实现灵活组装,通过设置管接螺母、V形带夹、法兰连接或者夹紧件,将气隙隔热歧管与收集歧管连接也同样是有利的。
[0029] 此外,当壳体仅具有将两个气隙隔热歧管直接或者间接连接起来的一个连接口时,本发明也是有利的。对于特别的应用,这种非对称式的设计相比于对称式的设计具有声学益处。
[0030] 最后,这也是有利的,当壳体连接所述出口到涡轮增压器的一个壳体,并为此目的形成有位于发动机缸体与涡轮增压器之间的承载结构时。

附图说明

[0031] 本发明其它的优势以及细节,在权利要求和说明书中加以说明且在附图中示出。附图中:
图1a是壳体的剖视图,其中收集歧管的流道交互作用;
图1b是图1a中收集歧管的侧面视图;
图2是歧管系统的剖视图,其中收集歧管的流道与两个内气隙隔热歧管以及两个外气隙隔热歧管交互作用;
图3是歧管系统的剖视图,其中收集歧管的流道与一个内气隙隔热歧管以及一个外气隙隔热歧管交互作用;
图4是由金属薄片制成的双层收集歧管的示意图;
图5是收集歧管与气隙隔热歧管之间的法兰连接的剖视图;
图6是通过收集歧管内嵌入件对收集歧管与气隙隔热歧管进行连接的剖视图;
图7a是两侧带有V形带夹的收集歧管的示意图;
图7b是收集歧管与气隙隔热歧管之间的V形带夹的剖视图;
图8a是从上面观察的收集歧管内入口与出口之间距离的示意图;
图8b是从侧面观察的收集歧管内入口与出口之间距离的示意图。

具体实施方式

[0032] 根据所有图示的实施方式,壳体2包括用以与内燃机的出口(未图示)相连的两个入口20,21以及用以与每一气隙隔热歧管30-31相连的一到两个连接口22,23。在具有内部和外部汽缸的内燃机的缸序范围内, “内”气隙隔热歧管31,32在任何情况下都被设置在壳体2 和外气隙隔热歧管30,31之间;“外”气隙隔热歧管30,33被设置在壳体2的相对侧且位于相应的内气隙隔热歧管31,32上。
[0033] 图1a显示了形成有收集歧管的壳体2的剖视图,其中收集歧管具有交互作用的流道25,26。所述壳体2是由灰口铸铁制成,其除了包括用以与内燃机的出口(未图示)相连的两个入口20,21外,还包括均用以与内气隙隔热歧管31,32相连的两个连接口22,23。请参图1b所示,自所述两个入口20,21,相互并行且部分地被一个管壁27隔开的两个流道25,26在壳体2的内部延伸,直到壳体2的出口24。为了提高收集歧管2的声学特征,两个流道25,26通过形成在管壁27上且作为漏口的开口51实现相互交叉,即允许所谓的串扰。
[0034] 在图2 中所示的歧管系统1 的实施方式中,壳体2是非对称设计。但是,正如在图1a 和图1b 的实施方式中,壳体2设有用以各自与内气隙隔热歧管31,32相连的两个连接口
23以及两个入口20,21。外气隙隔热歧管30,33通过它的出口37a与相应内气隙隔热歧管31,
32的连接口38i相连。内气隙隔热歧管31,32的几何形状相同,都呈具有三个开口36i,37i,
38i的T形。外气隙隔热歧管30,33的几何形状相同,都呈仅具有两个开口36a,37a的弧形。
[0035] 自所述壳体2的两个入口20,21,两个流道25,26在壳体2的内部延伸直到壳体2的出口24。这里也同样,两个流道25,26在交互作用上部分地被一个管壁27隔开。请详细参图8a 和图8b,如箭头所示的两个流道25,26的平均长度对应距离A2。距离A2位于各自的入口
20,21与出口24之间。在图示的实施方式中,距离A2相差1.6 的因数。
[0036] 图3 显示了用于直列4缸内燃机的歧管系统1的壳体2。所述壳体2仅具有用于T形几何结构的内气隙隔热歧管31的一个连接口22。圆弧形的外气隙隔热歧管30与这个内气隙隔热歧管31相连。在此壳体2中,没有设置用以降低两个流道25,26交互作用的管壁27。
[0037] 图4显示了一个作为收集歧管的气隙隔热壳体2。所述壳体2具有一个外壳体28以及与外壳体28整合在一起的两个内壳体29。
[0038] 所述壳体2作为一个承载部件将发动机缸体的出口(未图示)与涡轮增压器的壳体(未图示)相连接。在两侧,内气隙隔热歧管(未图示)与壳体2相连,但是不具有任何承载以及静态相关的功能。
[0039] 所有的气隙隔热歧管30包括一个内壳层34i,34a以及围绕内壳层34i,34a的外壳层35i,35a。至少在各自的入口36i,36a,各自的内壳层34i,34a与各自的外壳层35i,35a连接在一起,奔向其中一个流动方向。
[0040] 相互连接的内气隙隔热歧管31,32的内壳层34i与内壳体29的插入式连接形成了一个连接间隙52,其通常产生漏口。连接间隙52的宽度53是变化的,例如根据内壳体29的直径位于0.4毫米与1.2毫米之间。通过所述漏口,也在图示的实施方式中使得两个内壳体29之间的串扰成为可能。各自内气隙隔热歧管31-32通过外壳层35i与壳体2的连接实现与各自的壳体2的密封。壳体2与各自气隙隔热歧管31,32的外壳层之间的连接优选的采用焊接。可选地,根据图5-7b所示,还可以采用诸如法兰7、或者内嵌入件8、或者V形带夹6等连接方式。
[0041] 图示实施方式中的内、外气隙隔热歧管30-33是由金属薄片制成的。气隙隔热歧管展示了优越的共振表现。由于内、外气隙隔热歧管30-33的不同形状,振动表现与共振表现变得和谐,因此改善了内燃机在特殊工作点上的声学特点。
[0042] 在图8a 和图8b 中,位于各自的入口20,21与出口24之间的距离A2也取决于入口20,21的各自直径De与出口24的直径Da的尺寸比。对于内燃机最重要的操作点的最佳声学适应,尤其关于最重要负载区域的关键转速,距离A2、直径比De,Da以及气隙隔热歧管30-33 的相同形状因此是相关的。
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