[发明专利]发动机用排气系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于发动机的排气系统。

背景技术

某些发动机包括具有一个或多个后处理装置的排气系统。作为一个示例，柴油发动机可以包括具有柴油微粒过滤器(DPF)的排气系统，柴油微粒过滤器用于在将发动机产生的气体排出到外围环境之前去除排气道中的微粒物质。在某些操作期间，DPF可以燃尽累积的经过滤的微粒物质，从而再生过滤器。在可以产生足够排气热的工况下，再生可以被动地发生。作为替代或补充，可以通过发动机手段和/或由加热元件提供的排气加热增加排气温度，以燃尽DPF内存储的微粒物质。

然而，发明人在此认识到，在某些工况期间，再生会导致排出排气系统的气体和/或排气系统的各种组件达到相当高的温度。例如，即使在低发动机输出工况，如怠速工况期间，排出排气系统的温度也可能高达550℃。此外，某些排气系统组件，包括DPF和/或其他后处理装置，可能具有相对较高的热惯性，从而导致排气和/或排气系统即使在再生操作完成之后仍保持升高的温度。

美国专利6,973,959号中描述了一种尝试降低排气温度的方法，其中排列在排气道中的热交换器装置可用于从流经的排气中吸取热量。在如公开号为2005/0205355的美国专利申请所述的另一种方法中，使用收敛喷嘴/文丘里管装置，通过在排出排气之前在排气系统中添加环境空气来冷却排气。

然而，发明人在此还认识到，在上述操作中，这两种方法都会在装置上游对排气系统产生多于期望的背压。增加的背压会造成发动机性能和/或发动机效率降低。

发明内容

在一种方法中，上述问题可以通过一种发动机用排气系统解决，该排气系统包括提供第一通流面积的第一排气道；与第一排气道连通的第二排气道，第二排气道提供大于第一通流面积的第二通流面积，其中第二排气道排列在第一排气道的下游；其中第一排气道的第一壁表面界定出用于将第一排气道外部的空气传输到第一排气道内的至少第一开口，而第二排气道的第二壁表面界定出用于将第二排气道外部的空气传输到第二排气道内的至少第二开口；位于第一排气道内第一开口上游的第一凸起；及位于第二排气道内第二开口上游的第二凸起。

以此方式，可以降低排出排气系统的气体的温度和/或降低各种排气系统组件，如排列在开口下游的那些组件的温度。与串联排列的类似装置相比，空气吸入装置(entrainment device)的径向配置可以使背压或背压损失增加较少。由于通过空气吸入装置的平行分组可以实现组合的通流面积降低，使用径向排列可以减小与给定量的吸入的空气对应的背压损失。此外，通过在气流膨胀的上游和下游两者使用吸入的空气，发明人在此发现，由于关联于膨胀的压力增益与空气吸入装置配置的效率增加的综合效应，可以用减小的背压损失提供足够的排气冷却。

虽然该方法用减小的背压提供改进的排气冷却，但如果需要的话，也可以使用附加的冷却方法。例如，如果需要的话，仍然可以使用热交换器和收敛/发散喷嘴。

附图说明

图1A和1B示出连接到发动机的示例排气系统。

图2A-图2L示出包括至少一个开口和对应的调整片的示例空气吸入装置。

图3A和3B分别示出具有包括多个径向排列的开口和对应的调整片的空气吸入装置的排气道。

图4A和4B示出具有Y形管配置的示例排出管。

图5A和5B示出其他示例排出管。

图6A和6B示出包括多个弯曲和空气吸入装置的示例排气系统。

图7A、7B和7C示出具有不同的空气吸入装置位置的示例排气系统。

图8A和8B示出示例排出管配置。

具体实施方式

具有内燃发动机的汽车可以使用排气系统在将发动机产生的燃烧产物排出至外围环境之前对其进行处理。图1A示出连接到发动机110的示例排气系统100。发动机110表示具有直列配置的四个汽缸的发动机；然而，应理解，发动机110可以具有不同数量的汽缸或汽缸配置，包括例如具有六个、八个、十个或十二个汽缸的直列或V型发动机。另外，虽然图1A示出单路径排气系统，但也可以使用如V型发动机所用的双路径排气系统，其中可以使用两个所示的排气系统。或者，也可以使用例如通过安装在中央的涡轮增压器与单个入口连接的一个排气系统，如图1B所示。此外，发动机110可以配置为燃烧柴油、汽油、酒精等，以及其他燃料和其组合燃料。在一个示例中，发动机110可以是可用于如卡车或更具体地如皮卡这样的汽车的柴油发动机；然而，本文中所述的各种方法可用于任何汽车的排气系统。