[发明专利]用于内燃发动机的排气构件

说明书

本发明涉及汽车领域并且更具体地涉及装配有内置涡轮增压器的内燃发动机。

这种类型的发动机包括连接到涡轮增压器进气管的一个排气歧管。

该排气歧管通常通过一个拧紧组件被组装到发动机的气缸盖上，该拧紧组件将入口凸缘连接到气缸盖的排气面上。一个金属垫片被布置在该气缸盖与排气歧管的入口凸缘之间以便提供更好的排气密封。

该排气歧管以及该涡轮增压器是由两块片材形成的。该排气歧管的内部片材以及该涡轮增压器的内部片材或者是由一个组件(该组件在管道的每个接口处不是被焊接而是被推到一起的)或者是通过不同膨胀补偿器而连接在一起的。

通常利用一个拧紧组件来将该涡轮增压器组装到该排气歧管上，该拧紧组件将该排气歧管的出口凸缘与该涡轮增压器的歧管相连接。一个金属垫片被布置在涡轮机与排气歧管的入口凸缘之间以便提供更好的排气密封。

涵盖机动车辆的欧洲排放标准变得愈来愈严格。为了有效地处理未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，氧化催化转化器需要快速点火。在燃烧室内产生的燃烧产物在到达包含有催化剂的催化剂块体之前穿过该气缸盖、歧管、涡轮机(在涡轮增压器发动机的情况下)、一个管以及一个进气道椎体。在柴油发动机的情况下，这种催化剂可以是一种专门处理HC和CO的DOC(柴油氧化催化剂)、或者是一种还处理氮氧化物(NOx)的NOx捕获器。在冷启动过程中(发动机处于周围温度下)，该氧化催化剂转化器的入口温度上升的动态范围(或时间常数)是由三个参数决定的：

-与气体接触部件的质量(惯性)，

-与气体接触材料的材质和厚度(横向传导)，

-管道的几何形状(紊流和热传导交换系数)。

该歧管和涡轮机壳体通常是由铸铁制成的并且通过带有双头螺栓的凸缘相连接。该涡轮机与催化转化器通常是由金属片制成的。与该涡轮机的连接通常是由带有双头螺栓的凸缘实现的。与该催化转化器的连接通常是由焊接实现的。这种技术设计由于为使结构硬化而所需要的大量材料质量使得氧化催化剂温度上升缓慢。

这个大量质量意味着：

-基底必须大量地包含催化剂，这表示在贵金属方面大量的成本。

-该催化转化器需要大量的DOC，该催化转化器的体积受到车辆布局和PF(微粒过滤器)存在的限制

-CO₂必须通过使用专用(之前/之后引入)加热策略来排放。

通过引用而结合的专利FR 2924467描述了以一种双壁涡轮机-歧管方案，该方案使得有可能实现最小化的热部件(歧管+涡轮机)的惯性。这种原理依赖于一个机械设计，该机械设计结合了：

-片材金属内壁，执行将气体‘引导’到该涡轮机的功能。其小厚度意味着其可以具有很小的质量和横向传导。

-厚的片材金属外壁，用于硬化机械结构并且允许针对该内壁引入隔绝空气层。

-波纹管形式的差值膨胀补偿器被布置在内片材的管间交接点处和与涡轮机的交界面处。

这个系统使得有可能减少系统的热惯性从而使得该催化剂可以尽可能快地点火，但是此时这个系统的成本依然相当高。

有可能实现将不同片材焊接到一起，然而该排气歧管的温度由于温度的快速增加可能会很高，这可能导致焊接被损坏或者甚至毁坏。

本发明的一个目的是提出一种方案，该方案使得有可能实现省略这些很重且具有特定热惯性的凸缘，并且该方案满足了该排气歧管的高的热要求。

根据本发明的内燃发动机的排气构件包括一个具有内部片材和外部片材的排气歧管，该歧管通过一个具有内部片材和外部片材的进气管焊接到一个涡轮增压器上，其特征在于，该进气管被焊接到该排气歧管的外部片材上，并且在于，该歧管的内部片材是通过一种滑动连接来连接的。该排气歧管与该进气管之间的焊接需要使得有可能实现限制热引起的机械应力，这种机械应力有可能导致该焊接中裂缝，该裂缝有可能达到毁坏该焊接的程度，并且这就是具有按比例的较低温度的进气管被连接到该排气歧管的外部片材上的原因，该外部片材也具有一个低于该歧管的内部片材的温度。因为这些焊接到一起的不同片材之间的温度差更低，热引起的机械应力对应地更低。该歧管的内部片材与该涡轮机壳体的进气管之间的滑动连接使得有可能实现在热效应下的自由膨胀。

根据第一替代形式，该排气歧管的外部片材被焊接到该进气管的外部片材上。在这四个片材中，这两个外部片材是那些其温度按比例最低的并且是那些最佳热隔绝的。

根据第二替代形式，该排气歧管的外部片材被焊接到该进气管的内部片材上。尽管比该进气管的外部片材更热，但该内部片材相对而言比该歧管的内部片材更凉。