專利名稱：內(nèi)燃機排氣歧管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的排氣歧管，更具體來講，本發(fā)明涉及排氣歧管的改進方案，其中的排氣歧管用于將直列氣缸的排氣道匯集到一條通道中。
背景技術：
特開平10-317953號日本專利文件公開了一種排氣歧管，這種排氣歧管被應用在V-8型發(fā)動機中各個缸排的排氣系統(tǒng)中。排氣歧管包括一根直線集流管和四根支管，支管被連接到各個氣缸的排氣口上。四根支管被布置成相互平行，且與集流管相連接，因而使各支管的上周邊沿集流管圓形橫截面頂部處的一條切線排列成一線。另外，每條支管匯集到集流管中的匯流角都等于或小于67.5°。

發(fā)明內(nèi)容
但是，由于支管的長度基本上是相等的，所以，對于各個氣缸而言，從氣缸排氣口到集流管出口之間的排氣道長度就會成為互不相同的。舉例來講，在現(xiàn)有技術中，距離集流管出口最遠的那一氣缸的排氣道會成為最長的管路，而距離集流管出口最近的那一氣缸的排氣道則最短。如果各排氣道的長度存在很大的差異，則就會在排氣脈動上疊加一個聲頻振動，其頻率與排氣脈動的頻率略有差異。這將會使排氣的聲響品質(zhì)惡化，而品質(zhì)惡化的排氣聽起來會顯得很嘈雜。另外，由于支管相對于集流管的匯流角相對較大，所以廢氣的流動方向在集流管中會發(fā)生很大的改變，因而使排氣道的壓降增大，進而影響發(fā)動機的功率輸出。另外，從利于催化轉(zhuǎn)化器快速激活的角度考慮，最好使排氣歧管的總長度能盡可能地短。
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的排氣歧管，其既能使氣缸的排氣道實現(xiàn)等長，又能縮短氣缸排氣道的長度，還能降低自身的壓力損失。
本發(fā)明的一個方面在于提供一種排氣歧管，其與內(nèi)燃機的至少三個直列氣缸的排氣口相連接。排氣歧管包括一主排氣管，其從氣缸中位于最前方的氣缸沿氣缸的直線排列方向在內(nèi)燃機的后方延伸；以及多條次排氣管，它們從除最前方氣缸之外的其它氣缸延伸向主排氣管。次排氣管以這樣的形式匯集到主排氣管中，以使得次排氣管的下游端部分別在多個位置點處扭繞到主排氣管的中心軸線中，其中的位置點位于主排氣管的中心軸線上。
從下文參照附圖所作的描述，可清楚地認識到本發(fā)明其它的目的和特征。


圖1是從內(nèi)燃機的上方位置對根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的排氣歧管所作的俯視圖；圖2是從發(fā)動機的側(cè)面位置對排氣歧管所作的仰視圖；圖3是排氣歧管的側(cè)視圖；圖4是排氣歧管的軸測圖；圖5是一個與圖1相對應的三維效果圖，該視圖利用細實線表示排氣歧管的表面；圖6是一個與圖3相對應的三維效果圖，其利用細實線表示排氣歧管的表面；圖7中的三維效果圖與圖3相對應，該三維圖利用細實線表示排氣歧管的表面；圖8中的原理圖用于說明有關排氣歧管長度的概念；圖9是簡化的排氣歧管結(jié)構(gòu)圖；圖10是沿圖9中的箭頭X方向所作的投影圖；圖11中的圖線表示了扭轉(zhuǎn)角θ、匯流角α、以及管長均等程度之間的關系；圖12是從內(nèi)燃機的上方位置對根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管所作的俯視圖；
圖13是圖12所示排氣歧管的仰視圖；圖14是從內(nèi)燃機的后方對圖12所示排氣歧管所作的側(cè)視圖；圖15是從內(nèi)燃機的前方對圖12所示排氣歧管所作的側(cè)視圖；圖16是從內(nèi)燃機的側(cè)向?qū)D12所示排氣歧管所作的正視圖；圖17是從內(nèi)燃機的下后方、沿斜向?qū)D12所示排氣歧管所作的軸測圖；圖18中的分解圖表示出了一中間管和一第五缸支管，并表示了圖12所示排氣歧管的第一缸支管和第三缸支管，其中，該視圖中略去了出口管；圖19中的分解視圖除了表示出圖12所示排氣歧管的第一缸支管和第三缸支管之外，還表示了中間管，其中，該視圖中進一步去掉了第五缸支管；圖20中的分解視圖表示出圖12所示排氣歧管的第一缸支管和第三缸支管，其中，中間管已被從該視圖中去掉，圖21和圖22分別是中間管112進口部分112a和出口部分112b的軸測圖，如圖21所示，在中間管112橢圓形進口部分112a的中間部位處焊接了一分隔板121，從而將進口部分112a分隔成一個θ形部分，這一部分是由兩個D形的開孔組成的；圖21中的軸測圖表示了圖12所示中間管的進口部分；圖22中的軸測圖表示了圖12所示中間管的出口部分；圖23中的軸測圖表示了圖12所示出口管的進口部分；圖24中的軸測圖表示了中間管與出口管組裝到一起時的狀態(tài)；圖25中的剖面圖表示了由中間管和出口管構(gòu)成的集流部分；圖26是圖12所示安裝法蘭的軸測圖；圖27是第一缸支管的軸測圖；圖28是第三缸支管的軸測圖；圖29是第五缸支管的軸測圖；圖30是一簡化的結(jié)構(gòu)視圖，表示了第二實施方式的排氣歧管；圖31中的投影視圖用于說明各支管之間的位置關系；
圖32中的投影視圖用于說明各改型支管之間的位置關系；圖33A和圖33B中的原理圖用于說明一容積部分的功能，其中的容積部分被設置在排氣歧管的集流部分處；圖34中的原理圖表示了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的排氣歧管的集流部分；以及圖35中的剖面圖表示了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的排氣歧管的集流部分，該集流部分是由一中間管和一出口管構(gòu)成的。
具體實施例方式
下面將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機排氣歧管的幾種實施方式展開討論。
參見圖1到圖7，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管1的第一實施方式，該排氣歧管用于將V型6缸發(fā)動機(V-6發(fā)動機)一個缸排的所有排氣道都匯集到同一條通道中。排氣歧管1被布置成將#1、#3、#5三個氣缸的三條排氣道匯集到同一條通道中，其中，上述的三條排氣道被設置在V-6發(fā)動機一個缸排的缸蓋3上，而所述通道則與催化轉(zhuǎn)化器2相連接。圖1是從V-6發(fā)動機的上方位置對排氣歧管1所作的俯視圖。圖2是從V-6發(fā)動機的側(cè)旁位置對排氣歧管1所作的仰視圖。圖3是從V-6發(fā)動機后方對排氣歧管1所作的側(cè)視圖。圖4是從V-6發(fā)動機的后上方沿斜向?qū)ε艢馄绻?所作的軸測圖。圖5到圖7中的三維效果圖利用細實線表示了排氣歧管1的表面，這些視圖與圖1到圖3相對應。
排氣歧管1包括一主排氣管11，其沿直列氣缸#1、#3、#5的缸列方向、從第一缸#1的排氣口向后延伸；一第三缸分支部分(支管)12，其對應于一次排氣管，其與第三缸#3的排氣口相連接；一第五缸分支部分(支管)13，其對應于與第五缸#5的排氣口相連接的次排氣管；以及一安裝法蘭14，其用于將排氣歧管1與缸蓋3的側(cè)面連接起來。
主排氣管11的上游端與安裝法蘭14相連接，主排氣管11的下游端如圖5到圖7所示那樣與一催化轉(zhuǎn)化器安裝法蘭15相連接。與安裝法蘭14相連接的上游端部分11a被彎曲成L形。包括該端部11a的主排氣管11隨后延伸向催化轉(zhuǎn)化器2，從而以直線的形式基本上按照最短的距離將第一缸#1與催化轉(zhuǎn)化器2連接起來。更具體來講，由于催化轉(zhuǎn)化器2所處位置低于缸蓋3的位置，所以，主排氣管11如圖2所示那樣延伸向斜下方。盡管為第一實施方式繪制的視圖將主排氣管11表示為這樣如圖1所示那樣，在從縱向中間部分到下游側(cè)的區(qū)域內(nèi)，主排氣管11向內(nèi)側(cè)略微地彎曲，但這樣的向內(nèi)彎曲被限制在所需的最小程度上。
第三缸分支部分12的上游端與安裝法蘭14連接起來，其下游端在第一集流部分21處與第一排氣管11連接起來。第三缸分支部分12近乎于被制成C形或U形。第三缸分支部分12的上游部分12a是彎曲的，從而可延伸向第一排氣管11的上游以及上方。此外，第三缸分支部分12從與第一排氣管11交叉的位置處進一步地向下彎曲，由此延伸向主排氣管11的下游側(cè)。另外，第三缸分支部分12的下游部分12b螺旋地環(huán)繞著主排氣管11的外周面，并沿斜向匯集到主排氣管11上。也就是說，第三缸分支部分12被制成這樣的形狀其旋繞到主排氣管11的中心部分中去。
第五缸分支部分13的上游端被連接到安裝法蘭14上，其下游端在一第二集流部分22處連接到主排氣管11上，其中的第二集流部分22位于第一集流部分21的下游側(cè)。第五缸分支部分13也近乎于被制成C形或U形，該形狀與第三缸分支部分12的形狀類似。第五缸分支部分13的上游部分13a也被彎曲成延伸向主排氣管11的上游側(cè)和上側(cè)。更具體來講，上游部分13a向延伸方向彎曲的程度大于第三缸分支部分12的上游部分12a的彎曲程度，以便于使向上游延伸的方向以及向上方延伸的方向具有很大的改變。此外，第五缸分支部分13也從與主排氣管11相交叉的位置處向下進一步地彎曲，由此延伸向主排氣管11的下游側(cè)。另外，第五缸分支部分13的下游部分13b螺旋地環(huán)繞著主排氣管11的外周面，并沿斜向匯集到主排氣管11上。也就是說，與第三缸分支部分12的形成方式類似，第五缸分支部分13也被制成這樣的形狀其旋繞到主排氣管11的中心部分中去。
在主排氣管11與第三缸分支部分12之間的第一集流部分21處，第三缸分支部分12下游端的中心軸線與主排氣管11的中心軸線傾斜地相交。類似地，在主排氣管11與第五缸分支部分13之間的第二集流部分22處，第三缸分支部分13下游端的中心軸線與主排氣管11的中心軸線傾斜地相交。也就是說，第三缸分支部分12和第五缸分支部分13沿著主排氣管11中廢氣流動的方向從斜向匯集到主排氣管11中。在第一實施方式的視圖中，兩分支部分中心軸線相對于主排氣管11中心軸線的匯流角被表達為小于或等于30°度的角度α。匯流角α的定義被表示在圖9中。
第五缸分支部分13的管線長度大于第三缸分支部分12的長度，且第五缸分支部分13旋繞著主排氣管11外周面的轉(zhuǎn)角范圍大于第三缸分支部分12的對應轉(zhuǎn)角。下面將參見圖9和圖10對這些轉(zhuǎn)角范圍進行討論。
圖9是排氣歧管1簡化的結(jié)構(gòu)圖。如上文討論的那樣，作為次排氣管的第三缸分支部分12和第五缸分支部分13被制成旋繞著主排氣管11的軸線。盡管主排氣管11的上游部分11a被制成L形，但其包括第一、第二集流部分21、22的那一部分則近乎于直線形狀。在本文中，主排氣管11這一部分的中心軸線被定義為基準中心軸線L。
圖10是從發(fā)動機的前側(cè)對基準中心軸線L所作的投影圖，更具體來講，該視圖是沿圖9中箭頭X的方向所作的視圖。在該投影圖上，用標號#1D、#3D、#5D分別代表第一缸排氣道的延伸方向，主排氣管11的端部11a沿該方向從基準中心軸線L延伸向安裝法蘭14；第三缸排氣道的延伸方向，該方向即為第三缸分支部分12下游端集流部分的軸線方向；以及第五缸排氣道延伸方向#5D，該方向即為第五缸分支部分13下游端集流部分的軸線方向。從第一缸排氣道延伸方向#1到第三缸排氣道延伸方向#3的扭轉(zhuǎn)角θ1不同于從第一缸排氣道延伸方向#1到第五缸排氣道延伸方向#5的扭轉(zhuǎn)角θ2，如圖10所示，扭轉(zhuǎn)角θ2大于扭轉(zhuǎn)角θ1。這些扭轉(zhuǎn)角θ1、θ2分別對應于第一、第二分支部分12、13相對于主排氣管11的扭轉(zhuǎn)角。
由于扭轉(zhuǎn)角θ1與θ2之間存在差值，所以第三缸分支部分12與第五缸分支部分13在主排氣管11外周面上的連接位置之間存在一定的轉(zhuǎn)角偏差。因而，即使匯流角α被設定為小于30°，第三缸分支部分12與第五缸分支部分13之間也不存在任何位置干涉。換言之，使第一、第二集流部分21和22在主排氣管11縱向上相互靠近的方案成為了可能。根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管1的這種結(jié)構(gòu)具有這樣的優(yōu)點能縮短排氣歧管1的總長度，并使各個氣缸的排氣管長度達到相等。
優(yōu)選地是，扭轉(zhuǎn)角θ1被設定在90°到180°的范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)角θ2被設定為大于θ1的角度，以避免與缸蓋3發(fā)生干涉，并能確保第三缸分支部分12具有足夠的長度。更具體來講，在第一實施方式中，扭轉(zhuǎn)角θ1被設定在150°到170°的范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)角θ2則被設定在170°到190°的范圍內(nèi)。
下面將參見圖8介紹排氣歧管1管長的概念，其中的排氣歧管1被設置成將三個汽缸的三條排氣管線匯集到同一管線中。如圖8所示，假定排氣歧管1是由長度為a到e的多條管體構(gòu)成的。另外，假定催化轉(zhuǎn)化器2的外殼內(nèi)、位于催化器上游位置的那一空間部分對應于圖8中的長度f，且該長度是通向催化轉(zhuǎn)化器的總管長的一部分。對于距離催化轉(zhuǎn)化器2最遠的第一缸#1而言，其排氣管管長為a+d+e+f。如評價與三個氣缸#1、#3、#5相連的催化轉(zhuǎn)化器2的溫升特性，則需要考慮三個氣缸#1、#3、#5的排氣道總長。也就是說，所有排氣道的總長為a+b+c+d+e+f。從快速活化催化轉(zhuǎn)化器2的角度考慮，最好能盡可能地縮短上述的總長。第一實施方式的排氣歧管1是按照如下的假定條件而設計出的其適于用在總排量為2500cc到3000cc的內(nèi)燃機上。對于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，可將排氣歧管1的總長度設定在900mm之內(nèi)，從而在發(fā)動機起動后能快速地升高催化轉(zhuǎn)化器2的溫度。
從第一缸#1的排氣口到第二集流部分22的第一缸管長為a+d，從第三缸#3排氣口到第二集流部分22的第三缸管長為b+d，從第五缸#5排氣口到第二集流部分22的第五缸管長為c。對于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，可將最大管長與最小管長之間的差值縮小到50mm或更小。因而，能使第一、第三以及第五氣缸#1、#3和#5的管長實現(xiàn)充分地相等，以改善排氣聲的聲學品質(zhì)。
采用根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的排氣歧管1，可通過充分地縮短排氣歧管2的總管長而改善催化轉(zhuǎn)化器2的溫升特性。與此同時，還通過對各個氣缸的管長執(zhí)行均等化而改善了排氣歧管1的排氣聲響。另外，排氣歧管1允許將匯流角α設定得小一些，因而可降低排氣歧管1的氣流阻力，進而可提高發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)過程中的充氣容積效率，并改善了發(fā)動機中速運轉(zhuǎn)過程中的排氣干擾。
從降低排氣歧管氣流阻力的角度考慮，通常優(yōu)選地是滿足條件R/D≥1.1，其中，D是排氣道的直徑，R是排氣道彎曲部分的曲率半徑。由于根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管1并不帶有曲率非常小的彎曲部分，所以，根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管1很容易滿足上述的條件R/D≥1.1。
圖11表示了第三缸分支部分12和第五缸分支部分13的扭轉(zhuǎn)角θ1和θ2、匯流角α以及管長均等程度之間的關系，其中，管長均等程度涉及第一、第三以及第五氣缸#1、#3和#5的排氣管管長之間的差值。本文中，扭轉(zhuǎn)角θ1和θ2被標為扭轉(zhuǎn)角θ。如圖11所示，隨著扭轉(zhuǎn)角θ的增大，管長之間的差值接近于零，該差值隨著扭轉(zhuǎn)角θ的減小而增大。從使管長達到相等的角度考慮，應當為扭轉(zhuǎn)角θ確定一個下限值θa。在另一方面，在第三缸分支部分12與第五缸分支部分13的管長相等的情況下，匯流角α存在隨扭轉(zhuǎn)角θ增大而增大的趨勢?？紤]到匯流角α的因素，應當為扭轉(zhuǎn)角θ設定一個上限值θb。為了滿足匯流角α和管長均等程度的要求，扭轉(zhuǎn)角θ1和θ2應當被限定在從θa到θb的范圍內(nèi)。
參見圖12到圖17，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管101，該排氣歧管101用于將V-6發(fā)動機一個缸排的所有排氣口都匯集起來。更具體來講，位于V-6發(fā)動機一個缸排的缸蓋103上的三個排氣口(分別屬于三個氣缸#1、#3和#5)被匯集到與催化轉(zhuǎn)化器(圖中未示出)的同一條通道中。圖12是從V-6發(fā)動機的上方對排氣歧管101所作的俯視圖。圖13是從V-6發(fā)動機的下方對排氣歧管101所作的仰視圖。圖14是從V-6發(fā)動機的后方對排氣歧管101所作的側(cè)視圖。圖15是從V-6發(fā)動機的前方對排氣歧管101所作的側(cè)視圖。圖16是從V-6發(fā)動機的側(cè)面對排氣歧管101所作的正視圖。圖17是從V-6發(fā)動機的上方、沿斜向?qū)ε艢馄绻?所作的軸測圖。
排氣歧管101包括一條主排氣管(主排氣道)和兩條次排氣管(次排氣道)。主排氣管從第一缸#1的排氣口沿著三個氣缸#1、#3和#5的排列方向向發(fā)動機的后側(cè)延伸。其中的一條次排氣管從第三缸#3的排氣口延伸向主排氣管，并連接到主排氣管上。另一條次排氣管從第五缸#5的排氣口延伸向主排氣管且連接到主排氣管的下游部分，其中的下游部分是指相對于第三缸#3次排氣管的連接部分而言位于下游處。
更具體來講，主排氣管是由第一缸支管111、一中間管112以及一出口管113構(gòu)成的，其中的第一缸支管111被連接到第一缸#1的排氣口上，中間管112構(gòu)成了一個第一容積部分，出口管113形成了一個第二容積部分，且?guī)в幸环ㄌm件114。第三缸#3的次排氣管是由連接到第三缸#3排氣口上的第三缸支管115構(gòu)成的。為第五缸#5設置的次排氣管是由與第五缸#5排氣口相連接的第五缸支管116構(gòu)成的。出口管113的法蘭114與一段帶有催化轉(zhuǎn)化器的管體相連接。
在各條支管111、115和116的上游端上焊接一安裝法蘭117，用于將排氣歧管101與缸蓋2的側(cè)面連接起來。圖26中的軸測圖只表示了安裝法蘭117。如圖26所示，安裝法蘭117是一塊平板，其帶有三個橢圓開孔18，這三個開孔是為各個氣缸#1、#3和#5的排氣口而設置的，在橢圓開孔18之間制有兩個減重孔20，安裝法蘭117上還制有多個小孔19，可將多個螺栓插入到這些小孔19中并旋緊，以便于將安裝法蘭117固定到缸蓋102上。三個橢圓開孔18的長軸方向為發(fā)動機的前后方向，而減重孔19的長軸方向則是發(fā)動機的垂直方向。支管111、115和116的上游端分別插入到三個開孔18中，并分別固定地焊接到安裝法蘭117上。
由第一支管111、中間管112以及出口管113組成的主排氣管的上游端是彎曲的，從而形成了一個L形結(jié)構(gòu)，然后，主排氣管從第一缸#1的排氣口延伸向與催化轉(zhuǎn)化器的前管相連接的法蘭114，其基本上沿直線延伸，以便于具有最短的距離。更具體來講，由于所述前管延伸到車輛的地板的下方，所以如圖16所示那樣第一排氣管2延伸向斜下方。盡管從第二實施方式的視圖可看出由于受到車輛上其它部件位置關系的限制，使出口管113如圖12和圖17所示那樣在從縱向中間部分到下游側(cè)的區(qū)域內(nèi)向內(nèi)側(cè)略微地彎曲，但這樣的向內(nèi)彎曲被限制在所需的最小程度上。
第一缸支管111、第三缸支管115以及第五缸支管116都被制成具有特定彎曲部分和特殊橫截面的預定形狀，這些支管是利用液壓成型等工藝對金屬管執(zhí)行機加工而制成的。第一缸支管111的上游端從安裝法蘭117突伸出而斜伸向后方。圖27中的軸測圖只表示了第一缸支管111。第一缸支管111的上游端111d被連接到安裝法蘭117上，其橫截面與開孔118相對應為橢圓形。支管111的下游端111b的橫截面為D字形。
中間管112被制成一短段筒體，其直徑從上游側(cè)向下游側(cè)逐漸減小，且其進口部分112a是橢圓形，出口部分112b是D字形。第一缸支管111的下游端111b沿直線方向連接到中間管112的進口部分112a上，并焊接到進口部分112a上，具體而言，如果從缸蓋2的上方進行觀察，則下游端111b是連接在進口部分112a靠近缸蓋2的一側(cè)上。出口管113被制成筒形，該筒體具有一個橢圓的進口部分113a和一個圓形的出口，該出口連接到前管連接法蘭114上，筒體的橫截面從壓扁的圓形(橢圓)逐漸變?yōu)閳A形。中間管112的出口部分112b沿直線方向連接并焊接到出口管113的進口部分113a上，具體而言，如果從缸蓋2的上方進行觀察，則出口部分112b連接在靠近缸蓋2的一側(cè)上。中間管112出口部分112b的端部被連接到出口管113進口部分113a上，該端部的橫截面被制成D字形。
與此相反，第三缸支管115被制成C形或U形的彎管狀。更具體來講，與安裝法蘭117相連接的上游部分115a相對于發(fā)動機從安裝法蘭117向前上方斜向伸出。第三缸支管115的中間部分115b橫交過第一缸支管111，并向下彎曲，從而盤繞著第一缸支管111的外周面。隨后，第三缸支管115又向后彎曲而延伸向下游方向。第三缸支管115的下游端115C位于第一缸支管111下游端部111b的側(cè)旁。下游端部115c沿直線連接到中間管112的進口部分112a上，并焊接到此處，具體而言，如果從缸蓋2的上方進行觀察，則下游端部連接在遠離缸蓋2的一側(cè)上。也就是說，作為次排氣管的第三缸支管115從第三缸#3的排氣口延伸出，并扭繞到第一缸支管111的中心中，且與作為主排氣管的第一缸支管111上的、遠離發(fā)動機的那一側(cè)面匯集到一起。此處，第三缸支管115的管長被設定為與第一缸支管111的管長相等。圖28中的軸測圖只表示了第三缸支管115。第三缸支管115的上游端115d與安裝法蘭117相連接，該上游端的橫截面與開孔118相對應，為橢圓形，第五缸支管115下游端115c的橫截面為D形。
圖20中的分解視圖表示出了第一缸支管111和第三缸支管115，但去掉了中間管。圖21和22中的軸測圖分別表示了中間管112的進口部分112a和出口部分112b。如圖21所示，在中間管112橢圓進口部分112a的中心部分焊接了一塊分隔板121，從而將進口部分112a分隔成由兩個D形開孔組成的θ形部分。第一缸支管111的下游端111b被插入到進口部分112a的一個D形開孔中，并焊接到這一開孔中。另外，第三缸支管115的下游端115b被插入到進口部分112a的另一個D形開孔中，并焊接到該開孔中。進口部分112a一端處的外周面被制成一個接合部分112c，并使該接合部分112c的直徑相比于進口部分112a上其余部分的直徑按照臺階的形式增大。利用這樣的結(jié)構(gòu)設計，可將下游端111b和115b與接合部分112c的內(nèi)表面接合起來，從而在軸向上實現(xiàn)了定位。
第五缸支管116也被制成C形或U形的彎管形狀。更具體來講，與安裝法蘭117相連接的上游部分116a相對于發(fā)動機從安裝法蘭117向前上方斜向延伸。第五缸支管116的中間部分116b與中間管112交叉，并向下彎向下游方向，以環(huán)繞中間管112的外周扭繞。然后，第五缸支管116向下彎折并朝向下游方向。第五缸支管116的下游端部116c位于與中間管112下游端部112b并排的位置。下游端116c沿直線連接并焊接到出口管113的進口部分113a上，具體而言，如從缸蓋2的上方進行觀察，下游端116c連接在遠離缸蓋2的一側(cè)。也就是說，作為次排氣管的第五缸支管116從第五缸#5的排氣口延伸出，并扭繞到中間管112的中心中，且與作為次排氣管的中間管112的、遠離發(fā)動機的那一側(cè)面匯集到一起。此處，第五缸支管116被彎成比第三缸支管115更大地向前上方突伸。因而，第五缸支管116的管長被設置成大于第三缸支管115的管長。更具體來講，第五缸支管116的管長比第三缸支管115的管長大一定長度，該長度差即為中間管112的管長。這樣的設計能使第一、第三、第五氣缸#1、#3、#5的排氣道長度基本上實現(xiàn)均等，其中，每一氣缸的排氣道長度都是指從氣缸排氣口到前管連接法蘭114之間的長度。從改善排氣聲聲響品質(zhì)的角度考慮，優(yōu)選地是最小管長與最大管長之間的差值應當小于或等于50mm。因而，第二實施方式的排氣歧管101能滿足這一要求，從而能有利地改善排氣聲的聲響品質(zhì)。圖29中的軸測圖只表示出了第五缸支管116。第五缸支管116的上游端116d被連接到安裝法蘭117上，該上游端116d的橫截面形狀與開孔118相對應，也為橢圓形，第五缸支管116下游端116c的橫截面為D形。
圖18中的分解圖除了表示了第一缸支管111和第三缸支管115之外，還表示出了中間管112和第五缸支管116，但出口管113被從該視圖中去掉。圖19中的分解圖表示出了中間管112以及第一缸支管111和第三缸支管115，但從該視圖中進一步地去掉了第五缸支管116。
另外，圖23中的軸測圖表示了出口管113的進口部分113a，圖24中的軸測圖表示了中間管112與出口管113組裝到一起時的狀態(tài)。如圖22所示，在出口管113橢圓形進口部分113a的中間部分處焊接有一塊分隔板122，該分隔板的位置偏離橢圓形進口部分113a的中央，從而將進口部分113a分隔成一個θ形的部分，這一部分是由兩個D形的開孔組成的。中間管112的下游端112b被插入到進口部分112a較大的D形開孔中，并焊接到此處。另外，第五缸支管116的下游端部116b被焊接到進口部分112a較小的D形開孔中，且焊接到此處。進口部分113a一端處的外周面被制成一個接合部分113c，以使該接合部分112c的直徑相比于進口部分113a上跟隨部分的直徑以臺階的形式增大。利用這樣的結(jié)構(gòu)設計，可將下游端112b和116b與接合部分113c的內(nèi)表面接合起來，從而在軸向上實現(xiàn)了定位。從圖24可清楚地看出，出口管113橢圓形的進口部分113a被設計成這樣其短軸方向的尺寸大致上等于中間管112進口部分112的短軸尺寸，且橢圓進口部分113a的長軸尺寸大于中間管112進口部分112的對應尺寸。
圖25中的剖視圖表示了中間管112與出口管之間的匯集部分。如圖25所示，由第三缸支管115構(gòu)成的次排氣管與由第一缸支管111、中間管112、以及出口管113構(gòu)成的主排氣管在中間管112的進口部分112a處匯集到一起。中間管112的內(nèi)部空間是一第一容積部分131，該容積部分的空間足以衰減排氣聲音中除基階頻率成分之外的其它頻率組分。換言之，第一缸支管111的排氣通道與第三缸支管115的通道匯集到由中間管112構(gòu)成的第一容積部分131中。此處，位于第一缸支管111下游部分111b的中心軸線L1與位于第三缸支管115下游部分115c的中心軸線L3被設定為相互平行。因而，它們之間的匯流角基本上為0°。另外，將一個區(qū)域的長度確定為合適的數(shù)值，以便于使從第一、第三缸支管111和115流出的廢氣流不會在第一容積部分131中產(chǎn)生渦流，其中，所述的區(qū)域是指第一缸支管111的下游部分111b與第三缸支管115下游部分115c的中心軸線L3保持平行的區(qū)域。作為第一容積部分131的中間管112的通道橫截面積被設定為遠大于第一、第二支管111和115各自的通道橫截面積。
由第五缸支管116構(gòu)成的次排氣管與由第一缸支管111、中間管112、以及出口管113構(gòu)成的主排氣管在出口管113的進口部分113a處匯集到一起。出口管113上游部分的內(nèi)部空間是一第二容積部分132，其空間足以衰減排氣聲音中除基階頻率成分之外的其它頻率組分。換言之，在由出口管113構(gòu)成的第二容積部分132中，中間管112的通道與第五缸支管116的通道匯集到到一起。此處，位于中間管112下游部分112b的中心軸線L4與位于第五缸支管116下游部分116c的中心軸線L5被設定為相互平行。因而，它們之間的匯流角基本上為0°。另外，將一個區(qū)域的長度確定為合適的數(shù)值，以使得從中間管112和第五缸支管116流出的廢氣不會在第二容積部分132中產(chǎn)生渦流，其中，所述的區(qū)域是指中間管112的下游部分112b與第五缸支管116下游部分116c保持平行的區(qū)域。作為第二容積部分132的出口管113的通道橫截面積被設定為遠大于中間管112和第五缸支管116各自的通道橫截面積。出口管113的通道橫截面積從進口部分113a向下游部位逐漸減小。第二容積部分132被限定為圖25中直線LS上游的上游側(cè)部分，其容積大于位于第二容積部分132上游位置的第一容積部分的容積。
圖30表示了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管101的排氣道結(jié)構(gòu)模型。如上文討論的那樣，由第一缸支管111、中間管112、以及出口管113構(gòu)成的主排氣管作為一個整體、沿直線方向從第一缸#1向后延伸。第三缸支管115、第五缸支管116扭繞著主排氣管。第三缸支管115和第五缸支管116相對于主排氣管的匯流角α基本上為0°。
如采用根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管101，則由于第三缸支管115和第五缸支管116被設置成盤繞著主排氣管的外周面，所以能使各排氣道的管長基本上實現(xiàn)均等，從而能改善排氣聲的聲響品質(zhì)，其中，各排氣道的長度是從各個氣缸#1、#3、#5的排氣口到前管連接法蘭114之間的范圍。具體而言，由于在第三缸支管115與主排氣管的匯流部分處、以及第五缸支管116與主排氣管的匯流部分處設置了第一、第二容積部分131和132，所以，通過抑制第一、第二容積部分131和132中的復雜流，可抑制除基階頻率組分之外其它頻率組分的增強，并能改善排氣時的聲響品質(zhì)。另外，由于容積部分被分成第一容積部分131和第二容積部分132，所以，排氣歧管101避免了要增加空間的需求。
由于排氣歧管101被設計成能將兩根平行的管體插入到中間管112和出口管113的進口部分112a和113a中，所以能將各個匯集部分的匯流角α設定為0°。這樣的設計能將通道的壓力損失減到最小，從而可提高發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)時的充氣容積效率。
另外，排氣歧管101的中間管112和出口管115被制為不同的獨立部件，可利用焊接方法將各支管111、115、116連接成一個整體。這樣的設計能簡化各個部件的制造，并便于組裝。更具體來講，支管111、115、以及116的端部以及中間管112被插入到中間管112和出口管113的開孔中，然后再焊接到這些位置處。因而，改善了執(zhí)行焊接操作時的可操作性。
下面將對根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管101的組裝過程進行描述。事先已將排氣歧管101的各個部件加工成各自的形狀。另外，分隔板121和122已事先被分別焊接到中間管112和出口管113中。第一缸支管的上游端111d和第三缸支管115的上游端115d被插入到安裝法蘭117的開孔118中，并焊接到安裝法蘭117上。在此過程中，兩下游端111b和115c被布置成相互平行，且下游端111b和115c的下游末梢部在圖20所示的直線上對齊。隨后，如圖19所示那樣，兩下游端111b和115c的下游末梢部被插入到中間管112的進口部分112a中，并焊接到中間管112中。隨后，將第五缸支管116的上游端116d固定地焊接到安裝法蘭117上。在此過程中，中間管112的出口部分112b與第五缸支管116的下游端116c被布置成并肩地平行，且中間管112和第五缸支管116的下游端與圖18所示的直線平齊。而后，將中間管112和第五缸支管116的下游端插入到出口管113的進口部分113a中，并焊接到出口管113上。在執(zhí)行這些步驟的前提下，就可制出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣歧管101。
盡管在上文表示和描述的本發(fā)明第二實施方式中，在中間管112的進口部分112a和出口管113的進口部分113a中設置了分隔板131和132，但也可取消兩隔板。例如，通過將兩管體端部上相鄰的孔口周緣焊接起來，可將兩個端部連接成一起，由此可取消分隔板121和122。
盡管在上文表示和描述的本發(fā)明第二實施方式中，第一缸支管111的下游端111b、第三缸支管115的下游端115c、以及第五缸支管116的下游端116c如圖31的投影圖所示那樣排列在一條直線上，但也可如圖32的投影圖所示那樣分別位于三角形的三個頂點上。利用各支管111、115和116的這種改型結(jié)構(gòu)，就可以使第五缸支管116在中間管112外周面上的扭繞具有更大的扭轉(zhuǎn)角，并能在中間管112的下方將第五缸支管116與出口管113匯集起來。這樣的結(jié)構(gòu)設計具有能進一步提高排氣歧管剛性的優(yōu)點，該排氣歧管是通過焊接而組裝到一起的。
下文將參照圖33A和33B對位于排氣歧管集流部分的容積部分的作用進行討論。如圖33A所示，如果三個氣缸的三條排氣管201、202和203匯集到同一條排氣管204中，則即使三條排氣管201、202、203的長度相等，也存在這樣的趨勢排氣聲音中除了具有基階頻率之外，還產(chǎn)生了其它的頻率組分。更具體來講，如圖33A中左側(cè)的波形圖所示，各個氣缸的壓力脈動依次地輸入。因而，如圖33A中右側(cè)波形圖所示那樣，在輸出側(cè)，由基階頻率產(chǎn)生了壓力波峰。如果排氣道的匯集部分處不帶有容積部分，則氣體在匯集部分的流動復雜性就會增強，且會使各個氣缸的排氣長度之間出現(xiàn)差異。因而，峰值的強度就會發(fā)生變化，且增加了除基階頻率組分之外的其它頻率組分，對基階頻率組分的衰減作用也增強了。這將導致排氣聲的聲學品質(zhì)惡化。
與此相反，如圖33B所示，如果在排氣道中設置了容積部分205，則就能減小各缸排氣道長度之間的差異，因而使輸出波形為基階波，該波形上，各波峰的強度成為相等的。這將減少除基階頻率組分之外的其它頻率組分。在圖33B中，盡管三條排氣管201、202、203匯集到同一容積部分中，但第二實施方式的排氣歧管101被設計成這樣三條排氣道依次地匯集起來，并設置了多個容積部分。這樣的結(jié)構(gòu)設計允許將各個容積部分的尺寸制得小一些，同時也能充分地保證其中所能獲得的優(yōu)點。因此，這樣就能防止排氣歧管的總體尺寸變得很大。
下文將參見圖34對根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的排氣歧管進行描述。排氣歧管的第三實施方式被設計成這樣使得第一缸支管111與第三缸支管115的匯流角α大于0°，且在匯集部分處形成一個容積部分131。另外，容積部分131包括一第一膨大部分141，其被設置在第三缸支管的外側(cè)面處，且位于匯集部分；以及一第二膨大部分142，其位于第一膨大部分141的相反一側(cè)，從而面對著第三缸支管115的通道。從降低通道壓力損失的角度考慮，優(yōu)選地是匯流角α被設定為小于或等于30°。第三實施方式的其它構(gòu)造與第二實施方式基本上類似。
下面將參照圖35對根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的排氣歧管101進行討論。如圖35所示，除了在出口管113上安裝了一個用于檢測廢氣中空/燃比的空/燃比傳感器133之外，第四實施方式與第二實施方式基本上相同，其中，設置空/燃比傳感器133是為了對第二容積部分132內(nèi)廢氣的空/燃比進行檢測。所采用的空/燃比傳感器通常是氧傳感器。
本申請基于2003年12月1日提交的第2003-400990號日本專利申請、以及在2004年3月11日提交的第2004-68273、2004-68274、2004-68275和2004-68276號日本專利申請。這些日本專利申請的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本申請中作為參考資料。
盡管上文已參照特定的實施方式對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不僅限于上述的實施方式。本領域技術人員在上文內(nèi)容的啟示下可對上述實施方式作多種改型和變動。例如，本發(fā)明并不僅限于V-6發(fā)動機的排氣歧管，也適于應用到V-8發(fā)動機缸排上安裝的排氣歧管或直列四缸發(fā)動機的排氣歧管。另外，根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管的制造方法并不僅限于上文討論的制造方法，也可利用其它方法來制造根據(jù)本發(fā)明的排氣歧管，其它的方法例如是對彎管進行焊接或進行鑄造。本發(fā)明的保護范圍應當由后附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種排氣歧管，其與內(nèi)燃機的至少三個直列氣缸的排氣口相連接，該排氣歧管包括主排氣管，其從位于最前方的氣缸沿氣缸的直線排列方向向內(nèi)燃機的后方延伸；以及多條次排氣管，它們從除最前方氣缸之外的其它氣缸延伸向主排氣管，次排氣管以這樣的形式匯集到主排氣管上，從而使得次排氣管的下游端部分別在中心軸線上的多個位置點處扭繞到主排氣管的該中心軸線中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于次排氣管的下游端部相對于主排氣管的中心軸線以這樣的匯流角匯集到主排氣管中，以便于沿主排氣管的延伸方向進行延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管的中心軸線與各條次排氣管端部的中心軸線之間的匯流角小于30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管從最前方的氣缸向后向下延伸，次排氣管在主排氣管的上方從其它氣缸向上延伸并延伸到主排氣管的上游側(cè)，然后，次排氣管向下方彎曲，且到主排氣管的下游側(cè)，并校正到主排氣管中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于在與主排氣管的中心軸線垂直的投影平面內(nèi)，與次排氣管相連接的氣缸距離連接著主排氣管的最前方氣缸越遠，則扭轉(zhuǎn)角就越大，其中的扭轉(zhuǎn)角是由兩條直線限定的，其中一條直線連接著次排氣管上游端和中心軸線，另一條直線連接著次排氣管的下游端和中心軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣歧管，其特征在于該排氣歧管被用作與V型六缸發(fā)動機的一個缸排相連接的排氣歧管，其中，與缸排的中間氣缸相連接的次排氣管的扭轉(zhuǎn)角在90°到180°的范圍內(nèi)，與缸排的最后方氣缸相連接的次排氣管的扭轉(zhuǎn)角大于與中間氣缸相連接的次排氣管的扭轉(zhuǎn)角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管的中心軸線與次排氣管的中心軸線在一匯集點處的匯流角大體上為0°，其中，匯集點位于主排氣管與每個次排氣管之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管的下游端部與次排氣管的下游端部被匯集到一起，且相互平行地設置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣歧管，其特征在于在從發(fā)動機前側(cè)所作的投影圖上，主排氣管與兩條次排氣管的下游端部被布置成一列。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣歧管，其特征在于在從發(fā)動機前側(cè)所作的投影圖上，主排氣管與兩條次排氣管的下游端部被布置在三角形的三個頂點上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于次排氣管從各個氣缸延伸向發(fā)動機的前側(cè)，然后再彎向發(fā)動機的后側(cè)，且匯集到主排氣管中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的排氣歧管，其特征在于次排氣管的上游端從一安裝法蘭突伸向斜前方。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管的上游端部從一安裝法蘭突伸向斜后方。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主、次排氣管的長度基本上是相等的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管是由支管、連接在支管下游端部的至少一條中間管、以及連接在中間管下游端的出口管構(gòu)成的，每一條次排氣管都是由支管構(gòu)成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的排氣歧管，其特征在于兩支管的下游端部被插入到中間管的進口部分中，它們被布置成相互平行，中間管的下游端部與支管的下游端部相互平行地設置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的排氣歧管，其特征在于被插入到中間管的進口部分中的支管的下游端部被制成D型截面，中間管的進口部分的橫截面被制成橢圓形。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的排氣歧管，其特征在于一分隔板固定在中間管的進口部分中，從而將進口部分制成字母θ形，被插入到進口部分中的兩支管的端部截面被制成D形。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的排氣歧管，其特征在于中間管的進口部分的周緣直徑被擴大了，以便于與支管進行接合。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的排氣歧管，其特征在于中間管與出口管的匯集部分被制成一個容積部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管與各條次排氣管之間的匯集部分被制成一容積部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的排氣歧管，其特征在于在支管的下游端處，主排氣管的中心軸線與次排氣管的中心軸線之間的匯流角基本上為0°。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的排氣歧管，其特征在于通過將匯集部分的橫截面積設定成大于匯集部分的位于上游的匯集部分的橫截面積來形成所述容積部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的排氣歧管，其特征在于兩容積部分中位于下游的容積部分的容積大于上游容積部分的容積。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的排氣歧管，其特征在于在其中一容積部分中安裝了一個空/燃比傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管與一催化轉(zhuǎn)化器相連接。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的排氣歧管，其特征在于一分隔板固定在出口管的進口部分中，從而將進口部分制成字母θ形，被插入到進口部分中的支管下游端部和中間管的端部部截面被制成D字形。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的排氣歧管，其特征在于出口管的進口部分的周緣直徑被擴大了，以便于與支管和/或中間管進行接合。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣歧管，其特征在于主排氣管是由第一缸支管、與第一缸支管的下游端相連接的中間管以及與中間管的下游端相連接的出口管構(gòu)成的，次排氣管中的第一次排氣管是由第三缸支管構(gòu)成的，該第三缸支管的下游端被連接到中間管上，次排氣管中的第二次排氣管是由第五缸支管構(gòu)成的，該第五缸支管的下游端被連接到出口管上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種排氣歧管，其與內(nèi)燃機中至少三個直列氣缸的排氣口相連接，該排氣歧管是由一主排氣管和多條次排氣管構(gòu)成的，主排氣管從位于最前方的氣缸、沿氣缸的直線排列方向向后延伸，次排氣管從除最前方氣缸之外的其它氣缸延伸向主排氣管。次排氣管以一定的形式匯集到主排氣管中，以使得次排氣管的下游端分別在多個位置點處扭繞到主排氣管的中心軸線中，其中的各個位置點位于主排氣管的中心軸線上。
文檔編號F01N13/10GK1624304SQ20041009798
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者蘆田雅明, 李先基, 井上尊雄, 三石俊一 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社