一种多缸发动机的排气增压系统及多缸发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种多缸发动机的排气增压系统及多缸发动机。


背景技术：

2.目前，排气增压系统以在发动机领域内得到了较为广泛应用。
3.现在的发动机的排气增压系统主要是利用发动机排出的废气作为动力源来推动增压器内的涡轮机，涡轮机旋转后带动增压器内与涡轮机同轴的压气机，通过压气机压送由空气滤清器管道送来的空气，使得空气压缩增压后进入汽缸。这样可以提高发动机的进气密度，增加进气量，提高发动机的燃烧做功能力。为了提升多缸发动机的一次加载能力，目前多缸发动机通常是利用脉冲或者更换小型增压器来实现对于多缸发电机一次加载能力的提升。
4.然而，利用脉冲或者更换小型增压器不仅会使发动机泵气损失升高，油耗恶化，而且发动机稳态运行时可能会带来增压器超速或者爆压超等问题，这对使用小型增压器带来了限制，从而限制了发动机一次加载能力的改善。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种多缸发动机的排气增压系统及多缸发动机，在确保发动机经济性的同时，能够大幅度提升发动机的一次加载能力。
6.第一方面，本实用新型提供了一种多缸发动机的排气增压系统，多缸发动机包括具有多个气缸的气缸组，多个气缸的排气支管相互连通，排气增压系统包括：双通道排气管和双流道增压器，气缸组端部中相邻两个气缸的排气支管通过一个双通道排气管与双流道增压器中的两个流道相互连通，双流道增压器的空气出口与气缸组内所有气缸的进气支管均连通；双通道排气管上设有阀体，阀体用于在发动机瞬态加载时关闭双通道排气管中的一个通道。
7.在本实用新型的具体实施方式中，双通道排气管包括排气总管、第一出气管和第二出气管，排气总管连接在气缸组端部中相邻两个气缸的排气支管之间，排气总管分别通过第一出气管和第二出气管与双流道增压器的两个流道相连通，阀体设在排气总管上并位于第一出气管和第二出气管之间，阀体用于在发动机瞬态加载时呈关闭状态，以关闭双通道排气管中的一个通道。
8.在本实用新型的具体实施方式中，双通道排气管为定压排气管，双流道增压器为双流道涡轮增压器。
9.在本实用新型的具体实施方式中，双流道增压器包括涡轮机，涡轮机具有两个流道，排气总管分别通过第一出气管和第二出气管与涡轮机的两个流道相互连通。
10.在本实用新型的具体实施方式中，双流道增压器还包括压气机，压气机与涡轮机同轴连接，并与气缸组中气缸的进气支管相连通，用于在涡轮机的带动下对空气进行增压
后传输至气缸内。
11.在本实用新型的具体实施方式中，发动机为具有一个气缸组的直列发动机，或者发动机为由两个气缸组以预设夹角设置形成的v型发动机，气缸组中气缸的数量为n，其中n≥3。
12.在本实用新型的具体实施方式中，双通道排气管位于气缸组的两端时，两个双通道排气管之间的气缸数量大于双通道排气管两侧的气缸数量之和。
13.在本实用新型的具体实施方式中，当n≥5时，双通道排气管分别连接在气缸组中第一个气缸的排气支管和第二个气缸的排气支管之间以及第n-1个气缸的排气支管和第n个气缸的排气支管之间。
14.在本实用新型的具体实施方式中，当n≥7时，双通道排气管分别连接在气缸组中第二个气缸的排气支管和第三个气缸的排气支管之间以及第n-2个气缸的排气支管和第n-1个气缸的排气支管之间。
15.第二方面，本实用新型实施例提供了一种多缸发动机，包括如上任意一项中的排气增压系统。
16.本实用新型提供一种多缸发动机的排气增压系统及其多缸发动机，通过在排气增压系统内设置双通道排气管和双流道增压器，气缸组端部中相邻两个气缸的排气支管通过一个双通道排气管与双流道增压器中的两个流道相互连通，双通道排气管上设有阀体，阀体用于在发动机瞬态加载时使双通道排气管中的一个通道关闭。这样在发动机正常稳态运行时，阀体打开，排气增压系统可作为定压排气系统使用，发动机的泵气损失较低，而且经济性较好。在发动机瞬态加载时，阀体关闭，相比阀体打开时，在相同的时间内，发动机的排气能量可以更加集中的进入双流道增压器的一个流道，使得双流道增压器内气体的流速和动能提高很多，双流道增压器的能量得到了大幅度提升，从而使得发动机一次加载能力得到大幅度提高。因此，本实用新型提供的排气增压系统，不仅能够大幅度提升发动机的一次加载能力，而且泵气损失较低，经济性较好。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例提供的一种直列发动机的排气增压系统的连接示意图；
19.图2为本实用新型实施例提供的一种v型发动机的排气增压系统的连接示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供的另一种直列发动机的排气增压系统的连接示意图；
21.图4为本实用新型实施例提供的另一种v型发动机的排气增压系统的连接示意图；
22.图5为本实用新型实施例提供的v型柴油发动机的涡轮机能量随柴油发动机负荷的变化图；
23.图6为本实用新型实施例提供的v型柴油发动机的涡轮机加载扭矩随时间的变化图。
24.附图标识说明：
25.10-气缸组；11-第一个气缸；12-第二个气缸；13-第三个气缸；14-第n-2个气缸；15-第n-1个气缸；16-第n个气缸；17-排气支管；18-进气支管；19-连接管；
26.20-双通道排气管；21-排气总管；22-第一出气管；23-第二出气管；24-阀体；
27.30-双流道增压器；31-涡轮机；311-废气排放口；32-压气机；321-空气入口；322-空气出口；
28.40-进气总管；50-导流总管；60-导流支管；70-中冷器。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.正如背景技术中所描述的，多缸发电发动机提高一次加载能力主要是通过利用脉冲或者更换小型的增压器来实现。
31.然而，利用脉冲或者更换小型增压器提高发动机一次加载能力的同时，不仅会使发动机泵气损失升高，油耗恶化，而且使用小型增压器，发动机稳态运行时可能会带来增压器超速或者爆压超等问题，这对使用小型增压器带来了限制，从而限制了发动机一次加载能力的改善。
32.为此，本实用新型实施例提供了一种多缸发动机的排气增压系统及多缸发动机，不仅能够大幅度提升发动机的一次加载能力，而且泵气损失较低。
33.实施例
34.图1是本实用新型实施例提供的一种直列发动机的排气增压系统的连接示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种v型发动机的排气增压系统的连接示意图。
35.参考图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种多缸发动机的排气增压系统，多缸发动机可以包括具有多个气缸的气缸组10，多个气缸的排气支管17相互连通。也就是说，多个气缸的排气支管17相互连通形成一个气缸组10。排气增压系统包括：双通道排气管20和双流道增压器30，气缸组10端部中相邻两个气缸的排气支管17通过一个双通道排气管20与双流道增压器30中的两个流道相互连通，双流道增压器30的空气出口322与气缸组10内所有气缸的进气支管18均连通；双通道排气管20上设有阀体24，阀体24用于在发动机瞬态加载时关闭双通道排气管20中的一个通道。这样在发动机正常稳态运行时，阀体24打开，排气增压系统可作为定压排气系统使用，相较于现有技术中利用脉冲或者更换小型增压器提升发动机一次加载能力的方法，发动机的泵气损失较低，而且经济性较好。在发动机瞬态加载时，阀体24关闭，相比阀体24打开时，在相同的时间内，由于双通道排气管20的相对容积变小，可流通面积变小，发动机的排气能量可以更加集中的通过双通道排气管20中一个通道进入双流道增压器30的一个流道，使得双流道增压器30内气体的流速和动能提高很多，双流道增压器30的能量得到了大幅度提升，从而使得发动机一次加载能力得到大幅度提高。因此，本实用新型提供的排气增压系统，不仅能够大幅度提升发动机的一次加载能
力，而且泵气损失较低，经济性较好。
36.应理解的是，双通道排气管20内包括两个通道。由于多个气缸的排气支管17相互连通，且气缸组10端部中相邻两个气缸的排气支管17通过一个双通道排气管20与双流道增压器30中的两个流道相互连通，这样在发动机运行在稳态工况时，阀体24打开时，气缸组10中所有气缸排出的废气可以通过双通道排气管20中的两个通道流入双流道增压器30的两个流道内，从而双流道增压器30在废气的带动下运动对输入双流道增压器30内的空气进行压缩增压，以便传输至气缸组10的所有气缸内。
37.需要说明的是，阀体24可以为通断阀，这样无需控制阀体24的开度，便于控制双通道排气管20中的一个通道的打开或者关闭。
38.其中，需要说明的是，发动机的运行状态可以分为两种，一种是稳态工况，在该工况下，汽车平稳行驶，比如匀速行驶；另一种是瞬态工况，即本实施例中发动机处于瞬态加载时，在瞬态工况下，汽车的形式状态较为多变，比如加速、减速或者转弯等。
39.示例性的，发动机可以为汽油发动机或者柴油发动机。在本实施例中，对于发动机的类型并不做进一步限定。
40.具体的，参考图1和图2所示，气缸上还设有进气支管18，双流道增压器30连接在双通道排气管20和气缸的进气支管18之间，并与气缸组10内所有气缸的进气支管18均连通，以便经双流道增压器30增压后的空气可以传输至气缸内。
41.进一步的，参考图1和图2所示，双通道排气管20包括排气总管21、第一出气管22和第二出气管23，排气总管21连接在气缸组10端部中相邻两个气缸的排气支管17之间，这样可以通过排气总管21将气缸组10端部中相邻的两个气缸的排气支管17相互连通。排气总管21分别通过第一出气管22和第二出气管23与双流道增压器30的两个流道相连通，阀体24设在排气总管21上并位于第一出气管22和第二出气管23之间，用于在发动机瞬态加载时呈关闭状态，以关闭双通道排气管20中的一个通道。这样可以使得双通道排气管20中的两个通道分别与双流道增压器30内的两个流道相连通，以便在发动机瞬态加载时可以通过关闭阀体24，实现对双通道排气管20中的一个通道的关闭，从而使得发动机的排气能量比如废气的能量可以更加集中的进入双流道增压器30的一个流道，从而有助于提高发动机的一次加载能力。
42.具体的，第一出气管22和第二出气管23分别与排气总管21的两端相连通，第一出气管22和第二出气管23分别与排气总管21连接形成了双通道排气管20的两个通道，这样排气总管21可以分别通过第一出气管22和第二出气管23与双流道增压器30的两个流道相连通，使得双通道排气管20中的两个通道分别与双流道增压器30内的两个流道相连通。
43.需要说明的是，参考图1和图2所示，气缸组10内的其余气缸的排气支管17可以通过连接管19相互连通后，然后通过连接管19与双通道排气管20的排气总管21相连通，以便在发动机稳态运行时，气缸组10内的其余气缸的废气也可以通过双通道排气管20流入双流道增压器30的两个流道内。
44.其中，排气支管17和双通道排气管20为定压排气管。排气支管17和双通道排气管20可以采用现有技术中常规的定压排气管。这样在发动机运行在稳态工况时，阀体24打开，可以使得废气在排气支管17和双通道排气管20内的流通更顺畅，阻力更小，从而使得发动机的泵气损失较低，而且经济性较好，从而满足发动机在稳态工况时对于经济性的要求。
45.具体的，双流道增压器30为双流道涡轮增压器。这样可以通过双流道涡轮增压器实现对输入双流道涡轮增压器内的空气增压的同时，能够便于阀体24关闭时，发动机的排气能量可以更加集中的进入双流道增压器30的一个流道内，有助于发动机一次加载能力的大幅度提高。
46.进一步的，参考图1和图2所示，双流道增压器30包括涡轮机31，涡轮机31具有两个流道，排气总管21分别通过第一出气管22和第二出气管23与涡轮机31的两个流道相互连通。这样可以将双通道排气管20的两个通道分别与涡轮机31的两个流道相连通，以便在阀体24打开时，气缸的废气可以通过双通道排气管20进入涡轮机31的两个通道内，从而在废气的作用下驱动涡轮机31旋转。
47.需要说明的是，涡轮机31上还设有废气排放口311，以便气缸内废气在带动涡轮机31后排出双流道增压器30外。
48.进一步的，参考图1和图2所示，双流道增压器30还包括压气机32，压气机32与涡轮机31同轴连接，并与气缸组10中气缸的进气支管18相连通，用于在涡轮机31的带动下对空气进行增压后传输至气缸内。这样涡轮机31可以驱动压气机32对进入压气机32内的空气进行压缩，实现增压后，经由进气支管18传输至气缸组10内的所有气缸内，从而提高发动机的进气密度，增加进气量，提高发动机的燃烧做功能力。
49.需要说明的是，压气机32上还设有空气入口321，以便外部的空气可以经由空气入口321进入压气机32内。
50.具体的，发动机可以为具有一个气缸组10的直列发动机，或者发动机可以为由两个气缸组10以预设夹角设置形成的v型发动机，气缸组10中气缸的数量为n，其中n≥3。这样在提升发动机一次加载能力的同时，能够使得发动机的结构更加多样化。
51.需要说明的是，直列发动机中，气缸组10中的n个气缸按照直线排列在发动机的一侧。v型发动机中，两个气缸组10按照预设角度分别设在发动机的两侧，且气缸组10中n个气缸也可以按照直线排列在发动机的一侧，使两个气缸组10形成一个有夹角的平面。其中，v型发动机中的预设角度可以参考现有技术v型发动机中两组气缸的角度，在本实施例中，对于该预设角度不做进一步限定。
52.作为一种可能的实施方式，双通道排气管20可以位于气缸组10的一端或者两端。这样可以使得排气增压系统的形式更加多样化。当双通道排气管20可以位于气缸组10的一端时，气缸组10中气缸的数量n≥3，双通道排气管20可以连接在气缸组10中第一个气缸11的排气支管17和第二个气缸12的排气支管17之间或者第n-1个气缸15的排气支管17和第n个气缸16的排气支管17之间。这样当动机瞬态加载时，阀体24关闭，相比阀体24打开时，在相同的时间内，第二个气缸12至第n个气缸16中的废气或者第一个气缸11至第n-1个气缸15连续集中发火，产生的废气可以集中的通过双通道排气管20中一个通道进入双流道增压器30的一个流道内，使得双流道增压器30内气体的流速和动能提高很多，双流道增压器30的能量得到了大幅度提升，从而使得发动机一次加载能力得到大幅度提高。
53.或者，作为另一种可能的实施方式，参考图1和图2所示，双通道排气管20可以位于气缸组10的两端。当双通道排气管20位于气缸组10的两端时，两个双通道排气管20之间的气缸数量大于双通道排气管20两侧的气缸数量之和。
54.作为一种可能的实施方式，如图1和图2所示的分别为直列发动机和v型发动机的
排气增压系统。当n≥5时，双通道排气管20可以分别连接在气缸组10中第一个气缸11的排气支管17和第二个气缸12的排气支管17之间以及第n-1个气缸15的排气支管17和第n个气缸16的排气支管17之间。这样在发动机正常稳态运行时，阀体24打开，发动机的泵气损失较低，而且经济性较好。在发动机瞬态加载时，阀体24关闭，相比阀体24打开时，在相同的时间内，发动机第二个气缸12至第n-1个气缸15的废气可以更加集中的通过气缸组10两端的双通道排气管20进入双流道增压器30中的一个流道，双流道增压器30内气体的流速和动能提高很多，双流道增压器30的能量得到了大幅度提升，从而使得发动机一次加载能力得到大幅度提高。
55.示例性的，当n＝5时，双通道排气管20可以分别连接在气缸组10中第一个气缸11的排气支管17和第二个气缸12的排气支管17之间以及第四个气缸的排气支管17和第五个气缸的排气支管17之间。
56.图3是本实用新型实施例提供的另一种直列发动机的排气增压系统的连接示意图，图4为本实用新型实施例提供的另一种v型发动机的排气增压系统的连接示意图。
57.作为另一种可能的实施方式，当n≥7(比如n＝10)时，排气增压系统除过上述的设置方式之外，参考图3和图4所示，双通道排气管20还可以分别连接在气缸组10中第二个气缸12的排气支管17和第三个气缸13的排气支管17之间以及第n-2个气缸14的排气支管17和第n-1个气缸15的排气支管17之间。
58.需要注意的是，双通道排气管20的这种设置方式对于气缸的发火顺序有要求，即两个双通道排气管20之间的气缸第三个气缸13至第n-2个气缸14需要连续集中发火。这样在发动机瞬态加载时，阀体24关闭，相比阀体24打开时，在相同的时间内，发动机第三个气缸13至第n-2个气缸14的废气可以更加集中的通过气缸组10两端的双通道排气管20进入与其对应的双流道增压器30中的一个流道，双流道增压器30内气体的流速和动能提高很多，双流道增压器30的能量得到了大幅度提升，从而使得发动机一次加载能力得到大幅度提高。
59.进一步的，参考图1至图4所示，排气增压系统还可以包括中冷器70，中冷器70连接在双流道增压器30和气缸组10中所有气缸的进气支管18之间，用于对压气机32压缩后的空气进行冷却降温处理，以增大压缩后空气(即压缩气)的密度。
60.具体的，如图1至图4中所示，当气缸组10中连接有两个双流道增压器30时，两个压气机32可以共用一个中冷器70。其中，两个压气机32的空气出口322处可以连接有导流支管60，导流支管60可以通过导流总管50与中冷器70的入口连接后，中冷器70的出口通过进气总管40与气缸组10中所有气缸的进气支管18相连通，以便将增压后的空气传输至气缸内。
61.需要说明的是，当发动机为v型发动机时，如图2和图4中所示，v型发动机中的两组气缸组10也可以共用一个中冷器70。
62.图5为本实用新型实施例提供的v型柴油发动机的涡轮机能量随柴油发动机负荷的变化图，图6为本实用新型实施例提供的v型柴油发动机的涡轮机加载扭矩随时间的变化图。
63.本实施例以包含n＝10的两个气缸组10形成的v型发动机(即总缸数为20)为例，对涡轮机31的能量及一次加载能力的提升效果进行了验证，结果如图5和图6所示。其中，该v型发动机中双通道排气管20位于气缸组10的两端。v型发动机可以为柴油发动机。
64.由图5和图6中可以得知：当排气增压系统中的两个阀体24关闭后，相比两个阀体24全开时涡轮机31能量得到大幅度提升，一次加载扭矩也得到大幅度提升，提升31.5％左右，发动机的一次加载能力也得到了大幅度提升。
65.与此同时，本实用新型实施例还提供了一种多缸发动机，该多缸发动机中包含上述排气增压系统。具体排气增压系统与多缸发动机的连接可以参考上述对于排气增压系统的相关描述，本实施例不再对其加以赘述。
66.本实用新型实施例通过在排气增压系统内设置双通道排气管和双流道增压器，气缸组端部中相邻两个气缸的排气支管通过一个双通道排气管与双流道增压器中的两个流道相互连通，双通道排气管上设有阀体，通过关闭阀体可在发动机瞬态加载时关闭双通道排气管中的一个通道，这样在确保发动机经济性的同时，能够大幅度提升发动机的一次加载能力。
67.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
68.在本实用新型的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
69.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
70.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。