專利名稱：發(fā)動機用排氣系統(tǒng)的制作方法
發(fā)動機用排氣系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機的排氣系統(tǒng)。
背景技術：
某些發(fā)動機包括具有一個或多個后處理裝置的排氣系統(tǒng)。作為一個示例，柴油發(fā) 動機可以包括具有柴油微粒過濾器(DPF)的排氣系統(tǒng)，柴油微粒過濾器用于在將發(fā) 動機產(chǎn)生的氣體排出到外圍環(huán)境之前去除排氣道中的微粒物質(zhì)。在某些操作期間，DPF 可以燃盡累積的經(jīng)過濾的微粒物質(zhì)，從而再生過濾器。在可以產(chǎn)生足夠排氣熱的工況 下，再生可以被動地發(fā)生。作為替代或補充，可以通過發(fā)動機手段和/或由加熱元件 提供的排氣加熱增加排氣溫度，以燃盡DPF內(nèi)存儲的微粒物質(zhì)。
然而，發(fā)明人在此認識到，在某些工況期間，再生會導致排出排氣系統(tǒng)的氣體和 /或排氣系統(tǒng)的各種組件達到相當高的溫度。例如，即使在低發(fā)動機輸出工況，如怠 速工況期間，排出排氣系統(tǒng)的溫度也可能高達550° C。此外，某些排氣系統(tǒng)組件， 包括DPF和/或其他后處理裝置，可能具有相對較高的熱慣性，從而導致排氣和/或排 氣系統(tǒng)即使在再生操作完成之后仍保持升高的溫度。
美國專利6, 973,959號中描述了一種嘗試降低排氣溫度的方法，其中排列在排氣 道中的熱交換器裝置可用于從流經(jīng)的排氣中吸取熱量。在如公開號為2005/0205355 的美國專利申請所述的另一種方法中，使用收斂噴嘴/文丘里管裝置，通過在排出排 氣之前在排氣系統(tǒng)中添加環(huán)境空氣來冷卻排氣。
然而，發(fā)明人在此還認識到，在上述操作中，這兩種方法都會在裝置上游對排氣 系統(tǒng)產(chǎn)生多于期望的背壓。增加的背壓會造成發(fā)動機性能和/或發(fā)動機效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
在一種方法中，上述問題可以通過一種發(fā)動機用排氣系統(tǒng)解決，該排氣系統(tǒng)包括
提供第一通流面積的第一排氣道；與第一排氣道連通的第二排氣道，第二排氣道提供 大于第一通流面積的第二通流面積，其中第二排氣道排列在第一排氣道的下游；其中 第一排氣道的第一壁表面界定出用于將第一排氣道外部的空氣傳輸?shù)降谝慌艢獾纼?nèi) 的至少第一開口，而第二排氣道的第二壁表面界定出用于將第二排氣道外部的空氣傳 輸?shù)降诙艢獾纼?nèi)的至少第二開口；位于第一排氣道內(nèi)第一開口上游的第一凸起；及 位于第二排氣道內(nèi)第二開口上游的第二凸起。
以此方式，可以降低排出排氣系統(tǒng)的氣體的溫度和/或降低各種排氣系統(tǒng)組件，
如排列在開口下游的那些組件的溫度。與串聯(lián)排列的類似裝置相比，空氣吸入裝置 (entrainment device)的徑向配置可以使背壓或背壓損失增加較少。由于通過空氣 吸入裝置的平行分組可以實現(xiàn)組合的通流面積降低，使用徑向排列可以減小與給定量 的吸入的空氣對應的背壓損失。此外，通過在氣流膨脹的上游和下游兩者使用吸入的 空氣，發(fā)明人在此發(fā)現(xiàn)，由于關聯(lián)于膨脹的壓力增益與空氣吸入裝置配置的效率增加 的綜合效應，可以用減小的背壓損失提供足夠的排氣冷卻。
雖然該方法用減小的背壓提供改進的排氣冷卻，但如果需要的話，也可以使用附 加的冷卻方法。例如，如果需要的話，仍然可以使用熱交換器和收斂/發(fā)散噴嘴。


圖1A和1B示出連接到發(fā)動機的示例排氣系統(tǒng)。
圖2A-圖2L示出包括至少一個開口和對應的調(diào)整片的示例空氣吸入裝置。
圖3A和3B分別示出具有包括多個徑向排列的開口和對應的調(diào)整片的空氣吸入裝
置的排氣道。
圖4A和4B示出具有Y形管配置的示例排出管。 圖5A和5B示出其他示例排出管。
圖6A和6B示出包括多個彎曲和空氣吸入裝置的示例排氣系統(tǒng)。
圖7A、 7B和7C示出具有不同的空氣吸入裝置位置的示例排氣系統(tǒng)。
圖8A和8B示出示例排出管配置。
具體實施例方式
具有內(nèi)燃發(fā)動機的汽車可以使用排氣系統(tǒng)在將發(fā)動機產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物排出至外 圍環(huán)境之前對其進行處理。圖1A示出連接到發(fā)動機110的示例排氣系統(tǒng)100。發(fā)動 機110表示具有直列配置的四個汽缸的發(fā)動機；然而，應理解，發(fā)動機110可以具有 不同數(shù)量的汽缸或汽缸配置，包括例如具有六個、八個、十個或十二個汽缸的直列或 V型發(fā)動機。另外，雖然圖1A示出單路徑排氣系統(tǒng)，但也可以使用如V型發(fā)動機所 用的雙路徑排氣系統(tǒng)，其中可以使用兩個所示的排氣系統(tǒng)?；蛘?，也可以使用例如通 過安裝在中央的渦輪增壓器與單個入口連接的一個排氣系統(tǒng)，如圖1B所示。此外， 發(fā)動機110可以配置為燃燒柴油、汽油、酒精等，以及其他燃料和其組合燃料。在一
個示例中，發(fā)動機iio可以是可用于如卡車或更具體地如皮卡這樣的汽車的柴油發(fā)動
機；然而，本文中所述的各種方法可用于任何汽車的排氣系統(tǒng)。
排氣系統(tǒng)IOO的各種組件如圖所示通過排氣歧管120連接到發(fā)動機110。排氣歧 管120如圖所示具有用于接收來自四個發(fā)動機汽缸中的每個的排氣的四個氣口 ，排氣 歧管的四個氣口在發(fā)動機的下游匯聚為單個管道或通道。排氣歧管no可以通過下行 管140連接到柴油微粒過濾器(DPF) 160 (在柴油發(fā)動機的情況下)。DPF 1"可以
配置為從發(fā)動機110產(chǎn)生的排氣中去除至少部分柴油微粒物質(zhì)(包括碳黑)。在一個 示例中，DPF UO可以是包括如碳化硅、陶瓷，和/或燒結(jié)金屬這樣用于過濾排氣中 的微粒物質(zhì)的材料的多孔壁催化劑。此外，經(jīng)過濾的排氣然后可以在到達排出管180 之前通過尾管170在DPF下游流動，排氣最終從排出管中排出到外圍環(huán)境。
排出管180可以具有比上游排氣道的至少一部分更大的有效橫截面積或通流面 積。例如，如圖1A所示，排出管180可以包括具有第一分文182和第二分支184的 Y形管。以此方式，排出管180的有效通流面積(即，分支182和184組合的通流面 積)可以大于上游排氣道的至少一部分(如，管道170)的通流面積。增加的排出管 通流面積可以提供排氣系統(tǒng)一定程度的壓力恢復。雖然排出管180如圖1A所示具有 Y形管配置，但也可以使用例如可用于在將排氣排出排氣系統(tǒng)之前對排氣提供增加的 有效通流面積的其他排出管，如圖5A和5B所示。此外，在某些實施例中，可以替代 地使用提供相等或較小的有效通流面積的排出管。
此外，在某些實施例中，排氣系統(tǒng)IOO還可以包括一個或多個其他組件。例如， 排氣系統(tǒng)IOO可以包括一個或多個傳感器、排氣道、分支、NOx捕集器、消聲器、催 化劑、其他后處理裝置和/或排氣系統(tǒng)組件。例如，排氣系統(tǒng)可以包括一個或多個用 于檢測排氣系統(tǒng)的各個區(qū)域中的排氣壓力的壓力傳感器，和/或一個或多個可用于檢 測排氣在排氣道內(nèi)的溫度或如DPF 160這樣的各種組件的溫度的溫度傳感器。
圖1B示出發(fā)動機用排氣系統(tǒng)的另一個示例。在該示例中，排氣系統(tǒng)按如上所述 方式通過排氣歧管120連接到發(fā)動機110。在該示例中，渦輪增壓器渦輪150排列在 排氣歧管下游的排氣道中，用于向排列在發(fā)動機進氣道中的壓縮機提供軸功?？梢园?括下行管152，以將來自渦輪出口的排氣傳輸?shù)饺肟诠?54并進入柴油氧化催化劑 (D0C)156。此外，圖1B的排氣系統(tǒng)可以包括例如排列在D0C下游的如上所述的DPF 160。
該排氣系統(tǒng)還可以包括排列在DPF下游的共振器158,用于降低或改變排氣系統(tǒng) 在排氣流過各種排氣系統(tǒng)組件時產(chǎn)生的噪聲。在某些實施例中，可以調(diào)諧或配置共振 器，以改變或降低在其他排氣系統(tǒng)組件中添加一個或多個空氣吸入裝置后產(chǎn)生的噪 聲。例如，作為消聲器的補充或替代，共振器可以配置為產(chǎn)生基本上與由吸入到排氣 道中的空氣產(chǎn)生的那些聲波抵消的聲波。
此外，可以包括尾管164,以將排氣從共振器傳輸?shù)脚懦龉?80。總體上在l" 和168處示出的吊架可用于將排氣系統(tǒng)固定到汽車上，例如固定到汽車的下側(cè)。
可以包括136、 138和139處示出的一個或多個空氣吸入裝置以提供排氣冷卻。 如下文詳述，這些空氣吸入裝置可以包括一個或多個用于將環(huán)境空氣吸入到排氣道中 的開口。此外，如圖3和4所示，這些裝置可以在排氣道內(nèi)包括一個或多個調(diào)整片(tab) 以增加吸入到排氣道中的空氣量。例如，136處示出的空氣吸入裝置可以包括圖3A 和3B中所示的裝置，而138和139處示出的空氣吸入裝置可以包括圖^和化中所
示的裝置。
在發(fā)動機的操作期間，微粒物質(zhì)會在柴油微粒過濾器內(nèi)累積。在某些情況下，這 樣的微粒物質(zhì)累積會使對上游排氣系統(tǒng)和/或發(fā)動機造成的背壓增加，從而降低發(fā)動 機效率。在一種方法中，可以使用再生過程從過濾器中定期去除微粒物質(zhì)。再生過濾 器的頻率可以取決于發(fā)動機的使用循環(huán)。例如，如具有在平均使用循環(huán)下驅(qū)動的柴油 發(fā)動機的皮卡這樣的汽車約每幾百英里(如，每300至400英里)就可以使用DPF的 再生。然而，應理解，這只是一個示例再生頻率，而其他再生策略也可以取決于特定 的發(fā)動機和排氣系統(tǒng)配置和/或汽車的工況或使用循環(huán)。
此外，在某些方法中，可以通過測量DPF造成的背壓來確定再生頻率。例如，隨 著DPF內(nèi)存儲的微粒物質(zhì)的量增加，DPF對DPF上游的排氣造成的背壓會增加。因此， 在某些實施例中，排氣系統(tǒng)100可以包括位于DPF160上游的壓力傳感器，用于檢測 排氣壓力。以此方式，可以在DPF造成的背壓增加到某個閾值時執(zhí)行再生。
再生可以包括使用將熱量添加到排氣系統(tǒng)中的燃燒再生操作。在一種稱為被動燃 燒再生的方法中，由發(fā)動機產(chǎn)生的加熱的排氣(及某些可能的NOx氧化)可用于將熱 量添加到排氣系統(tǒng)中。在另一種稱為主動燃燒再生的方法中，除了發(fā)動機輸出的排氣 熱外，可以調(diào)節(jié)發(fā)動機搡作來增加排氣熱，和/或?qū)⒏郊訜崃恐苯犹砑拥脚艢夂?或 DPF中。例如，位于DPF上游的排氣道和/或DPF可以包括一個或多個電熱線圈。通 過增加向DPF供給的熱量，可以在選擇的工況下燃盡DPF內(nèi)存儲的微粒物質(zhì)。
在某些工況下，如在DPF的主動再生期間，排氣系統(tǒng)及排出排氣系統(tǒng)的排氣可能 達到相當高的溫度。例如，排出排氣系統(tǒng)的排氣的溫度可能在500° C的量級或更高， 甚至在低發(fā)動機輸出工況，如怠速工況期間亦如此。此外，某些排氣系統(tǒng)組件，包括 DPF和/或其他催化劑或捕集器，可能具有相對高的熱慣性，從而造成排氣和/或排氣 系統(tǒng)即使在再生搡作完成之后仍保持升高的溫度。在某些工況下，可能希望降低排出 排氣系統(tǒng)的排氣的溫度，或希望降低位于DPF下游的各種排氣系統(tǒng)組件的溫度。
一種降低排氣溫度的方法包括應用一個或多個將空氣吸入排氣道的空氣吸入裝 置，從而降低排氣和排氣系統(tǒng)的溫度，同時還減小或最小化附加的背壓。此外，本文 中所述的這些空氣吸入裝置可以在排氣系統(tǒng)內(nèi)集成或整體形成，從而降低排氣系統(tǒng)的 總成本。雖然本文中所述的方法至少可以提供優(yōu)于降低排氣溫度的其他方法的一些優(yōu) 點，但應理解，本文中所述的各種配置也可以結(jié)合這些其他方法使用。
在某些實施例中，如圖U所示，排氣系統(tǒng)可以包括一個或多個總體上在130、 132和134處示出的空氣吸入裝置。這些吸入?yún)^(qū)域中的每個都可以包括位于排氣道壁 中的至少一個開口及位于排氣道內(nèi)的對應的調(diào)整片或凸起。如參考圖2詳述，這些空 氣吸入裝置可用于將較冷的環(huán)境空氣從外圍環(huán)境吸入到排氣系統(tǒng)中。
在某些實施例中，通過在排氣系統(tǒng)中的不同位置上使用多個吸入?yún)^(qū)域，可以實現(xiàn) 綜合效應。例如， 一個或多個開口可以排列在總體上在130處示出的第一位置，以提
供第一空氣吸入，其中在通過例如吸入?yún)^(qū)域132和134，使用第二組一個或多個開口 將附加的空氣吸入到排氣系統(tǒng)中之前，允許排氣在排出管處膨脹至較大的有效通流面 積。此外，如果需要的話，也可以使用附加的空氣吸入。以此方式，可以降低空氣吸 入裝置下游的排氣道的溫度和排出排氣系統(tǒng)的氣體的溫度，同時減小因添加一個或多 個空氣吸入裝置而造成的附加背壓。換句話說，通過在氣流膨脹的上游和下游兩者使 用空氣吸入，可以提供期望的排氣溫度降低，同時減小或最小化附加背壓。
圖2示出可在排氣系統(tǒng)中的各個位置使用的空氣吸入裝置或區(qū)域的各種示例，這 些位置例如排氣系統(tǒng)100中的130、 132和/或134處，如圖1A或1B所示，或其他適 合的位置。圖2A-圖2F示出配置有空氣吸入裝置210的排氣道200的側(cè)視圖(軸向 截面)。排氣道200可以是排氣系統(tǒng)的一部分，如本文中所述的排氣系統(tǒng)100中的管 道140、 170、 182和/或184,或其他管道?？諝馕胙b置210可以包括用于從排氣 道外部吸入空氣的至少一個位于排氣道壁中的開口 212，及至少一個對應的伸入開口 上游的通流面積的調(diào)整片214。在某些實施例中，調(diào)整片可以通過焊點或緊固件連接 到排氣道壁，或如參考圖2D、 2E和2F所述，調(diào)整片可以從壁材料向內(nèi)沖壓以形成開 口和對應的調(diào)整片。此外，也可以使用其他凸起結(jié)構(gòu)，如凸塊、葉片等。
通過改變開口和對應的調(diào)整片的排列，可以實現(xiàn)期望的空氣吸入、期望的排氣溫 度降低，和/或施加于上游排氣系統(tǒng)的期望背壓。例如，開口沿排氣道軸的長度如尺 寸220所示，開口上游的調(diào)整片至開口的距離如尺寸224所示，調(diào)整片的角度如尺寸 226所示，調(diào)整片的長度如尺寸222所示，而調(diào)整片伸入排氣道的深度如尺寸228所 示，可以改變這些尺寸以實現(xiàn)空氣吸入、排氣溫度降低和/或背壓。如圖2A所示，調(diào) 整片214可以基本上垂直于排氣道壁(即，尺寸226可以約為90度)，然而如圖2B 和2C所示，也可以使用其他適合的角度。雖然調(diào)整片214可以如圖2B所示以某個角 度進入氣流，但應理解，不是所有的角度都可以提供適合的空氣吸入。例如，調(diào)整片 以某個角度進入氣流的某些配置會造成調(diào)整片附近的排氣受阻并從開口流出。
以此方式，可以使用至少一個調(diào)整片來減小開口上游的排氣道200的有效通流面 積。流自排氣道200左側(cè)并具有比外圍環(huán)境中的環(huán)境空氣更高的溫度的排氣如圖所示 可以通過增加速度來響應調(diào)整片214附近的通流面積減小，從而在調(diào)整片214的下游， 例如在開口 212附近產(chǎn)生局部低壓區(qū)域。低壓區(qū)域進而又會使較冷的環(huán)境空氣通過開 口 212吸入進來，并在該處與排氣道內(nèi)流動的排氣混合，從而降低在空氣吸入裝置下 游流動的排氣的總體溫度，和/或降低排氣系統(tǒng)組件的溫度。然而，在某些工況下， 對于位于空氣吸入裝置下游的組件，排氣系統(tǒng)組件的溫度會降低更多。
如上所述，可以改變開口 212和/或調(diào)整片214的相對尺寸和/或排列來實現(xiàn)期望 的溫度降低、空氣吸入和/或背壓。例如，如尺寸228所示的調(diào)整片2W伸入排氣道 的通流面積的深度基本上可以具有在零(即，沒有調(diào)整片)至排氣道的基本上整個直 徑之間的任何尺寸。類似地，如尺寸226所示的調(diào)整片傾斜角度可以在例如O度至
180度之間任意改變。此外，也可以改變?nèi)绯叽?24所示的開口上游的調(diào)整片至開口 的距離，來影響空氣吸入量等。在某些方法中，開口上游的調(diào)整片至開口的距離可以 至少部分取決于排氣道和/或開口的尺寸(如，水力直徑)，以及本文中所述的其他 尺寸。
圖2B和2C示出調(diào)整片相對于排氣道壁如何成角度。例如，圖2B示出調(diào)整片214 在排氣流的方向上傾斜，而圖2C示出調(diào)整片214逆排氣流的方向傾斜。通過改變調(diào) 整片相對于壁的傾斜角度，可以改變所產(chǎn)生的背壓量和/或空氣吸入量，從而可以根 據(jù)需要調(diào)節(jié)排氣溫度降低的量。例如，至少在某些工況下，與圖2A的配置相比，對 給定的空氣吸入量，圖2B所示的調(diào)整片配置可以向排氣系統(tǒng)提供較小的背壓。
在某些實施例中，可以向內(nèi)沖壓組成排氣道壁的材料，以形成開口及對應的調(diào)整 片。圖2D、 2E和2F示出具有空氣吸入裝置210的排氣道200,空氣吸入裝置210具 有開口 212和通過向內(nèi)沖壓排氣道壁達到期望角度形成的調(diào)整片214。對從排氣道壁 材料向內(nèi)沖壓形成的調(diào)整片，開口可以具有與調(diào)整片214的長度(如，尺寸222 )近 似相同的長度(如，尺寸220 )。然而，通過改變調(diào)整片相對于排氣道壁的角度，可 以使調(diào)整片的深度(如，尺寸22S)改變進而使有效通流面積的減小獨立于開口的尺 寸改變。類似地，對沖壓形成的開口，開口的寬度和/或形狀基本上可以類似于調(diào)整 片的寬度和/或形狀。
圖2G-圖2L示出排氣道200在與排氣道軸正交的平面上的截面。圖2G-圖2L示 出具有單個開口 212和至少一個對應的調(diào)整片214的空氣吸入裝置210的各種示例。 雖然只示出了單個調(diào)整片，但應理解，也可以如本文所述使用多個調(diào)整片。
例如，圖2G示出調(diào)整片如何可以具有基本上與開口寬度類似的寬度。圖2H和 2I分別示出調(diào)整片214如何可以具有比開口 212的寬度小或大的寬度。雖然圖2G、 2H和21示出調(diào)整片214具有基本上為矩形的形狀，但應理解，調(diào)整片可以具有其他 形狀。例如，圖2J示出具有三角形形狀的調(diào)整片，而圖2K示出具有圓形形狀的調(diào)整 片。在又一個示例中，單個開口可以具有多個對應的調(diào)整片，例如，如圖2L所示。 因此，也可以改變調(diào)整片214的寬度(即，調(diào)整片橫跨排氣道的寬度)和/或調(diào)整片 的形狀來實現(xiàn)期望的局部壓力降、背壓和空氣吸入，從而實現(xiàn)期望的排氣溫度降低。
在某些情況下，可以使用多個開口和/或調(diào)整片來提供期望的空氣吸入，從而提 供期望的排氣溫度降低。在一種方法中，可以沿著排氣道的一部分的長度在軸向上提 供多個開口和/或調(diào)整片。然而，該方法對單位空氣吸入量和/或溫度降低會提供較大 的背壓。在另一種方法中，通過具有徑向排列或圍繞排氣道處于環(huán)形配置的多個開口 和對應的調(diào)整片的空氣吸入裝置，可以對每單位背壓增加實現(xiàn)較多的空氣吸入，從而 實現(xiàn)排氣溫度降低。在某些工況下，開口和調(diào)整片在與排氣道軸正交的平面中的徑向 排列對給定的調(diào)整片深度可以提供較多的通流面積減小，從而對于該裝置造成的附加 背壓增加排氣溫度降低。雖然本文中給出的示例描述了與排氣道軸正交的平面中的環(huán) 形排列，但應理解，在其他配置中，開口和/或調(diào)整片可以從該平面并在彼此間偏移 一定距離，而仍然能夠至少在某種程度上減少會對串聯(lián)排列的裝置發(fā)生的背壓損失。 作為一個非限制性示例，圖3A和3B分別以外部視圖和內(nèi)部視圖示出排氣道310。 參考圖M,排氣流由向量312表示。在該示例中，排氣道310包括由位于排氣道的 表面中的四個矩形開口 330及四個矩形調(diào)整片340組成的空氣吸入裝置320,其中每 個調(diào)整片都從每個開口的前緣向內(nèi)伸入。該示例中的開口和調(diào)整片排列在與排氣流正 交的平面中。
繼續(xù)圖3A和3B,作為一個示例，排氣道可以是圓形的并具有約4英寸的內(nèi)徑。 或者，應理解，也可以使用其他適合尺寸或形狀的排氣道。例如，可以使用具有小于 或大于4英寸的直徑的圓形排氣道。
可以使用具有卵形、矩形或其他形狀的截面的排氣道。在某些情況下，溫度降低 水平和空氣吸入量也可以基于相對于排氣道的尺寸和形狀的開口和調(diào)整片的尺寸、形 狀和數(shù)量。例如，對于4英寸的圓形管道，四個開口中的每個都可以具有在排氣流的 方向上約l英寸的長度及約1.5英寸的寬度。
類似地，調(diào)整片可以從排氣道壁以不同的角度(如，垂直于排氣道壁或與其呈傾 斜狀的角度)向內(nèi)沖壓形成，并因此可以具有類似的矩形形狀和1英寸長1.5英寸寬 的尺寸。例如，調(diào)整片可以向內(nèi)沖壓形成，并相對于排氣道壁傾斜，以使調(diào)整片以預 定距離延伸到排氣道中，從而相對于開口的尺寸提供期望的通流面積減小。例如，具 有1英寸長度的調(diào)整片可以逆流動方向傾斜，以使調(diào)整片延伸進入排氣道的通流面積 約0.55英寸(14mm)。以此方式，可以減小排氣道的通流面積，而減小量取決于調(diào) 整片的傾斜水平、調(diào)整片的尺寸，及這樣的調(diào)整片的數(shù)量。
參考圖3A和3B的配置，其中排氣道可以包括例如4英寸的內(nèi)徑，及四個1. 0英 寸長1.5英寸寬的調(diào)整片，通流面積的減小可以在約50% (調(diào)整片基本上垂直于排氣 道壁)和0% (調(diào)整片基本上平行于排氣道壁)之間變化。對于上述四個傾斜調(diào)整片 的示例深度O. 55英寸，通流面積的減小可以約為排氣道通流面積的25%。因此，在 某些實施例中，構(gòu)成用于幫助將空氣吸入到排氣道中的空氣吸入裝置的一組調(diào)整片可 以配置為減小排氣道的通流面積在30%和20%之間。在其他實施例中，取決于期望的 背壓和/或空氣吸入水平，一組調(diào)整片可以配置為減小排氣道的通流面積30%以上(如， 大于50%)或小于20% (如，0%,即在基本上沒有調(diào)整片或高度傾斜的調(diào)整片的情況 下)。
應理解，其他尺寸、形狀和數(shù)量的開口/調(diào)整片也可用于提供進入排氣系統(tǒng)的空 氣吸入。例如，開口和/或調(diào)整片可以具有大于或小于1英寸的長度和/或大于或小于 1.5英寸的寬度。如上參考圖2G-圖2L所述，開口和/或調(diào)整片可以具有其他適合的 形狀。此外，可以使用其他數(shù)量的開口和調(diào)整片，如可以使用具有以徑向模式排列的 四個以下或四個以上開口和對應的調(diào)整片的排氣道。雖然本文中提供的示例描述了調(diào) 整片的使用，但應理解，任何適合的物體都可以包括在排氣道中以通過排氣道中對應 的開口提供期望的空氣吸入水平。此外，在某些實施例中，應理解，可以按在排氣道 的開口之前提供通流面積的大幅減小的方式形成或制造排氣道。
作為另一個非限制性示例，圖4A和4B示出配置為Y形管的示例排出管410,該 Y形管用于在將氣體排出到外圍環(huán)境之前通過管道430和450增加排氣系統(tǒng)的有效通 流面積。排出管410可以接收來自排氣道420的排氣，排氣道可以包括DPF和/或一 個或多個位于上游的空氣吸入裝置，以及各種其他排氣系統(tǒng)組件。此外，Y形管的第 一分支430可以具有至少第一組五個徑向排列的開口 440和調(diào)整片470,而第二分支 450可以具有至少第二組五個徑向排列的開口 460和調(diào)整片480。因此，與上文中參 考圖3A和3B所述的四組開口/調(diào)整片相比，在該示例中，每個排氣道都可以包括五 組開口/調(diào)整片。
在該示例中，開口和調(diào)整片可以基本上為矩形，并可以具有約1英寸的縱向長度 及約l英寸的寬度。因此，因為使用了更多數(shù)量的開口和調(diào)整片，圖4A和4B的開口 和調(diào)整片的尺寸可以小于參考圖3A和3B所述的尺寸，而仍提供類似的空氣吸入量。 然而，應理解，可以使用任何適合尺寸或數(shù)量的開口和/或調(diào)整片來實現(xiàn)期望的排氣 溫度降低。
可以一起使用圖3和4所示的配置，以在排氣系統(tǒng)中的不同位置提供空氣吸入。 例如，圖3的排氣道310可以排列在圖4的排出管410上游。例如，排氣道310可以 是圖1A所示的排氣系統(tǒng)的一部分，如在管140、 170、 132和/或134處，而排出管 410可以配置在排氣道的出口處，例如在180處。作為另一個示例，圖3A和3B的空 氣吸入裝置可以用在圖1B中的136處，而圖4A和4B的空氣吸入裝置可以用在138 和139處。如圖3A和3B所示，每個開口和/或?qū)恼{(diào)整片可以基本上是類似的， 或在某些實施例中可以具有不同尺寸和/或形狀。例如，每個開口和調(diào)整片可以具有 類似的或不同的形狀和/或尺寸，且調(diào)整片可以按相同或不同的角度傾斜。此外，可 以使用其他數(shù)量的開口和/或調(diào)整片。例如，空氣吸入裝置可以包括一組2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11或12等個開口和/或?qū)恼{(diào)整片。
此外，通過調(diào)節(jié)每個徑向組的開口和/或調(diào)整片數(shù)量中的一個或多個、沿著排氣 系統(tǒng)的徑向組的數(shù)量、開口和/或調(diào)整片的尺寸、開口和/或調(diào)整片的形狀，或參考圖 2描述的其他參數(shù)，可以升高或降低進入排氣道的空氣吸入產(chǎn)生的噪聲水平。
作為一個理論示例(prophetic example),通過減少開口/調(diào)整片的數(shù)量同時增
加開口/調(diào)整片的尺寸，可以降低空氣吸入裝置對給定的空氣吸入量產(chǎn)生的噪聲水平。 例如，開口和調(diào)整片的數(shù)量可以從八個減少到四個，而通過相應地改變開口/調(diào)整片 的尺寸，使開口的總有效面積和排氣道的總有效無障礙通流面積基本上保持不變。以 此方式，通過調(diào)節(jié)空氣吸入裝置的一個或多個參數(shù)，可以升高或降低排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的 噪聲水平。
具有徑向排列的開口和對應的調(diào)整片的空氣吸入裝置可以沿著排氣系統(tǒng)排列在 各個位置，以提供期望的空氣吸入、排氣溫度降低，和/或背壓增加或減小。在某些 實施例中，如圖1A或1B所示，包括第一組徑向排列的開口 (例如，如圖3A和3B所 示)的第一空氣吸入裝置可以位于DPF的下游，如總體上在130處所示，以提供對環(huán) 境空氣的第一吸入。作為替代或補充，在某些實施例中，包括徑向排列的一組開口的 空氣吸入裝置可以位于DPF或催化劑的上游。在某些實施例中， 一個或多個空氣吸入 裝置(例如，如圖^和4B所示)可以位于排氣系統(tǒng)的排出管處，并可以包括一組或 多組徑向排列的開口和/或調(diào)整片，例如，如圖1A所示分別位于管道182和184上的 開口132和134。因此，應理解，本文中所述的空氣吸入裝置可以沿著排氣道排列在 任何適合的位置。
在可選實施例中，可以使用其他排出管來實現(xiàn)增加的有效通流面積。例如，圖 5A示出允許來自排氣道520的排氣在排出到外圍環(huán)境之前膨脹的排出管。如圖5A所 示，排出管510可以具有圓形、或多邊形、卵形或其他形狀的截面。此外，排出管 510可以包括具有一個或多個開口和調(diào)整片的空氣吸入裝置，以在將排氣流排出到外 圍環(huán)境之前，將空氣吸入到排氣流中。例如，如圖5A所示，空氣吸入裝置530可以 包括多個徑向排列的開口和對應的調(diào)整片。此外， 一個或多個調(diào)整片和/或開口可以 在膨脹之后沿著排氣道排列，以提供附加的排氣冷卻。
此外，圖5B示出配置為增加來自排氣管560的排氣系統(tǒng)的有效通流面積的排出 管540。如圖5B所示，排出管540可以具有其他配置和/或形狀，如可以是具有橢圓 形截面的單個管道。此外，排出管540如圖所示包括具有多個徑向排列的開口和調(diào)整 片的空氣吸入裝置550。此外，也可以使用具有兩個以上分支的排出管。
在某些實施例中，排氣系統(tǒng)，如上文中參考圖1A或1B所述的排氣系統(tǒng)100可以 包括一個或多個彎曲。例如，圖6A示出具有配置為通過向上游連接到發(fā)動機的管道 610接收排氣的柴油微粒過濾器DPF 620的排氣系統(tǒng)600。經(jīng)DPF 620過濾的排氣可 以在通過排出管640排出到外圍環(huán)境之前流過具有多個彎曲660、 662、 664、 666、 668的排氣管630。在某些示例中，這些彎曲可用于適應汽車的形狀和/或可用于增加 排氣系統(tǒng)的各組件之間的有效長度。通過改變空氣吸入裝置相對于彎曲的位置，可以 改變空氣吸入量和/或吸入的空氣的溫度。例如，如果一組空氣吸入裝置足夠接近彎 曲并在彎曲的下游，則氣流可能不能得到恢復并偏向彎曲的外側(cè)，這可能導致空氣吸 入的效率降低。因此，空氣吸入裝置的開口和/或調(diào)整片與排氣道中的彎曲的接近程 度是可以調(diào)節(jié)用于改變空氣吸入量、排氣的溫度降低、向排氣系統(tǒng)提供的背壓和/或 該裝置產(chǎn)生的噪聲水平的另一個參數(shù)。
排出管640如圖6A所示為具有第一分支642和第二分支644的Y形管，然而，
應理解，其他排出管也可用于增加排氣系統(tǒng)的有效通流面積。在該示例中，第一分支 642和第二分支644的排出區(qū)域如圖所示呈錐形。該錐形配置可用于影響一個或多個
排出管的出口處的流動特性。此外，如圖6A所示，排氣系統(tǒng)可以包括一個或多個吊 架，如650和652,用于支撐排氣系統(tǒng)和/或?qū)⑵溥B接到汽車的下側(cè)，例如，如圖6B 所示。
排氣系統(tǒng)600還可以包括各種空氣吸入裝置632、 634和636,每個空氣吸入裝 置都具有位于其中的多個徑向排列的開口和對應的調(diào)整片。如圖6A所示，第一空氣 吸入裝置632可以排列在DPF 620下游的排氣系統(tǒng)中，而一個或多個空氣吸入裝置 634和636可以排列在具有比上游排氣道更大的有效通流面積的排出管中。例如，空 氣吸入裝置632可以包括如圖3A和3B所示的空氣吸入配置，而空氣吸入裝置634和 636可以包括圖4A和4B所示的配置。
此外> 在某些工況下，位于排氣道外部且非常接近空氣吸入裝置的物體會影響吸 入到排氣系統(tǒng)中的空氣量和/或空氣溫度。例如，用于將排氣系統(tǒng)固定到汽車上的吊 架可以改變由該裝置提供的空氣吸入。因此，至少在某些工況下，通過改變空氣吸入 裝置相對于排氣系統(tǒng)中的各種組件的位置，可以實現(xiàn)不同的空氣吸入、排氣溫度降低 和/或背壓。
圖6B示出連接到皮卡汽車670下側(cè)的圖6A的排氣系統(tǒng)。特別是，圖B示出了汽 車670的后部，在其中配置排氣系統(tǒng)，以使發(fā)動機產(chǎn)生的排氣在汽車后部附近排出排 氣系統(tǒng)。雖然未在圖6A和6B中示出，但排氣系統(tǒng)可以包括上文中參考圖1B所述用 于降低、改變或抵消由一個或多個空氣吸入裝置產(chǎn)生的噪聲的共振器。
圖7A、 7B和7C示出具有多個彎曲和空氣吸入裝置的示例排氣系統(tǒng)的惻視圖。例 如，圖7A示出具有位于DPF 730下游并包括多個彎曲的排氣道710的排氣系.統(tǒng)700。 排氣道710如圖所示包括第一空氣吸入裝置712，第一空氣吸入裝置712沿著排氣道 中提供向上的排氣流動方向的區(qū)域定位。此外，配置為Y形管的排出管720如圖所示 連接到排氣道710并包括位于每個分支中的空氣吸入裝置722和724。
圖7B和7C示出空氣吸入裝置可以如何定位在排氣系統(tǒng)700的各個其他區(qū)域中。 例如，如圖7B所示，空氣吸入裝置712可以沿著排氣道中在兩個彎曲之間提供水平 排氣流動方向的區(qū)域定位。在另一個示例中，如圖7C所示，空氣吸入裝置712可以 沿著排氣道中提供向下的排氣流動方向的區(qū)域定位。通過改變空氣吸入裝置，如裝置 712的位置，可以改變吸入的空氣量、排氣溫度降低，及背壓。
圖8A和8B示出具有Y形管配置的示例排出管。排出管800如圖所示連接在排氣 道810的下游。排出管800通過分支820和830提供來自排氣道810的通流面積的有 效增加。如圖8A和8B所示，分支820和830可以具有成角度的開口和/或可以彼此 偏移，以使分支中的一個比另一個長。如上所述，這些分支可以包括空氣吸入裝置 840和850,每個空氣吸入裝置都具有多個徑向排列的開口和對應的調(diào)整片。每個分 支的定向還會影響排氣在排出排氣系統(tǒng)時如何與外圍環(huán)境混合。例如，圖8A示出具 有基本上平行的配置的分支820和830,而圖8B示出其相應的排氣口成角度朝向彼 此的分支820和830。例如，分支820和830中的一個或多個可以以5度、10度、15 度或更大的角度成角度朝向另一個分支。以此方式，排出每個分支的排氣可以混合， 從而得到與外圍環(huán)境空氣的不同混合量。在某些實施例中，分支820和830可以成角 度遠離彼此。
在某些實施例中，例如，如圖6、 7和8所示，排出管端部的開口或切口可以相 對于與管道軸正交的平面按某個角度排列。此外，排出管的開口可以彼此平行(即， 沿著同一平面或平行的平面排列)，同時相對于管道的正交截面以某個角度配置。在 某些實施例中，排出管的開口可以和汽車的車體面板或其他部分對齊。例如，圖6B 示出兩個排出管的開口可以如何排列，以使開口平行于汽車的車體后部或與其位于同 一平面中。開口的角度或偏斜可以取決于排氣道相對于汽車的側(cè)部或后部的角度。例 如，具有一個或多個以正確的角度從汽車的側(cè)部或后部伸出的排出管的排氣道可以具 有基本上正交的開口 (例如，如圖4A所示)，而以不同的角度接近汽車的側(cè)部或后 部的排氣道可能沿著基本上與汽車的惻部或后部平行的平面具有偏斜的排氣道開口 (例如，如圖6B所示)。在某些工況下，這些成角度的開口可以提供排氣與外圍環(huán) 境的不同混合、冷卻和/或耗散，和/或可以增加汽車的美學價值。
雖然本文中描述的某些示例附圖示出了在具有較小有效通流面積的排氣道中包 括單個空氣吸入裝置并在具有Y形配置的較大有效通流面積的排出管中包括兩個空 氣吸入裝置的排氣系統(tǒng)，但應理解，也可以使用其他排氣系統(tǒng)配置。例如，除了已經(jīng) 提到的變體，排氣系統(tǒng)也可以沿著排氣系統(tǒng)中具有比排出管小的有效通流面積的一部 分在各種位置上包括一個或多個空氣吸入裝置，和/或可以沿著提供較大或較小的有 效通流面積的排出管在各種位置上包括一個或多個空氣吸入裝置。此外，應理解，本 文中所述的空氣吸入裝置可以包括一個或多個開口和/或一個或多個對應的調(diào)整片。
應理解，在本文中公開的配置本質(zhì)上是示例性的，且這些具體實施例不應被視為 具有限制意義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12,對置4,及其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括在本文中公開的各種系 統(tǒng)和配置，及其他特征、功能，和/或?qū)傩缘乃行路f和非顯而易見的組合及子組合。
本發(fā)明的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權(quán) 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權(quán)利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本發(fā)明權(quán) 利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提供新的權(quán)利要求來請求保護。這樣的權(quán) 利要求，無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括 在本發(fā)明的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機用排氣系統(tǒng)，其特征在于，包括提供第一通流面積的第一排氣道；與所述第一排氣道連通的第二排氣道，所述第二排氣道提供大于所述第一通流面積的第二通流面積，其中所述第二排氣道排列在所述第一排氣道的下游；其中所述第一排氣道的第一壁表面界定出用于將所述第一排氣道外部的空氣傳輸?shù)剿龅谝慌艢獾纼?nèi)的至少第一開口，而所述第二排氣道的第二壁表面界定出用于將所述第二排氣道外部的空氣傳輸?shù)剿龅诙艢獾纼?nèi)的至少第二開口；位于所述第一排氣道內(nèi)第一開口上游的第一凸起；及位于所述第二排氣道內(nèi)第二開口上游的第二凸起。
2. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)， 的微粒過濾器。
3. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng), 游的微粒過濾器。
4. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng), 第二排氣道之間的膨脹區(qū)域。其特征在于，還包括與所述第一排氣道連通 其特征在于，還包括連接在所述第一凸起上 其特征在于，還包括位于所述第一排氣道和
5. 如權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第二排氣道包括多個分支, 其中所述第二通流面積是所述多個分支組合的通流面積，并大于所述第一通流面積。
6. 如權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第二排氣道形成具有第一 分支和第二分支的Y形管。
7. 如權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹區(qū)域通過在所述第一 排氣道和第二排氣道之間增加有效通流面積，將來自所述第一排氣道的排氣流引導至所述第二排氣道。
8. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸起排列在所述第一 排氣道內(nèi)，以增加在所述排氣道內(nèi)流動的排氣的速度，并減小在所述第一開口附近流 動的所述排氣的壓力，從而通過所述第一開口將所述第一排氣道外部的空氣傳輸?shù)剿?述第一排氣道中。
9. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸起相對于所述第一 開口排列，從而當排氣在所述第一排氣道中傳輸時，將所述第一排氣道外部的空氣吸 入到所述第一排氣道中。
10. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸起基本上鄰近所述 第一開口定位，而所述第二凸起基本上鄰近所述第二開口定位，所述第一凸起形成第 一調(diào)整片，而所述第二凸起形成第二調(diào)整片。
11. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸起連接到所述第一 排氣道的內(nèi)壁，而所述第二凸起連接到所述第二排氣道的內(nèi)壁。
12. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一排氣道的所述第一壁表面界定出用于將所述第一排氣道外部的空氣傳輸?shù)剿龅谝慌艢獾纼?nèi)的多個開口，且其中所述多個開口在與所述排氣道的軸基本上正交的平面中圍繞所述排氣道徑向排列。
13. 如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于所述第一排氣道 內(nèi)的多個凸起，且其中至少一個凸起位于所述多個開口中的每個的上游并與之相鄰。
14. 一種用于具有柴油發(fā)動機的汽車的排氣系統(tǒng)，其特征在于，包括 具有與所述發(fā)動機連通的第一端及具有與環(huán)境連通的出口的至少第一分支和第二分支的排氣道；沿著所述排氣道定位在所述第一分支和第二分支上游，并用于過濾所述發(fā)動機產(chǎn) 生的排氣的柴油微粒過濾器；用于將所述排氣道外部的環(huán)境空氣吸入到所述排氣道中的多個空氣吸入裝置，其 中所述多個空氣吸入裝置中的每個包括至少一個由所述排氣道的壁表面界定的開口，及至少一個位于所述開口上游鄰近所述開口并伸入所述排氣道的通流面積的調(diào)整片；及其中所述多個空氣吸入裝置中的第一組在所述柴油微粒過濾器的下游且在所述 第一分支和第二分支的上游圍繞所述排氣道徑向排列，所述多個空氣吸入裝置中的第 二組圍繞所述排氣道的所述第一分支徑向排列，及所述多個空氣吸入裝置中的第三組 圍繞所述排氣道的所述第二分支徑向排列。
15. 如權(quán)利要求14所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分支和第二分支提供組合的通流面積，所述組合的通流面積大于所述第一分支和第二分支上游的排氣道 的通流面積。
16. 如權(quán)利要求H所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組、第二組及第三 組空氣吸入裝置的每個都包括至少兩個空氣吸入裝置。
17. 如權(quán)利要求14所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分支和第二分支具 有至少一個不平行的部分，從而至少部分地朝向彼此來引導排出所述第一分支和第二 分支的排氣。
18. 如權(quán)利要求14所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分支的一端界定出 相對于與所述第一分支的軸正交的平面成角度的第一開口，且所述第二分支的一端界 定出相對于與所述第二分支的軸正交的平面成角度的第二開口，且其中所述第一分支 的一端和所述第二分支的一端之間的關系為平行于彼此和共面中的至少一種。
19. 一種冷卻汽車內(nèi)燃發(fā)動機排氣道內(nèi)的排氣的方法，其特征在于，包括 通過使所述發(fā)動機產(chǎn)生的排氣流經(jīng)氣流中的第一凸起，隨后流經(jīng)第一開口，將空氣吸入到所述排氣中，所述第一開口允許所述吸入的空氣進入所述排氣； 使所述排氣及所述吸入的空氣膨脹；及通過使所述膨脹的排氣和空氣流經(jīng)氣流中的第二凸起，隨后流經(jīng)第二開口，將附 加的空氣進一步吸入到所述膨脹的排氣和空氣中，所述第二開口允許所述進一步吸入 的空氣進入所述膨脹的排氣和空氣。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括再生位于所述第一開口上 游的柴油微粒過濾器，其中排氣在所述再生期間從所述柴油微粒過濾器中流出。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述膨脹至少部分地通過形成所 述發(fā)動機的排氣道的至少一部分的Y形管發(fā)生。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述膨脹至少部分地通過所述排 氣道的通流面積的增加發(fā)生。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述將空氣吸入到排氣中包括使 排氣流經(jīng)第一組多個凸起，隨后流經(jīng)由所述排氣道的壁表面界定的第一組多個開口， 而所述將空氣進一步吸入到膨脹的排氣和空氣中包括使所述膨脹的排氣和空氣流經(jīng)第二組多個凸起，隨后流經(jīng)由所述排氣道的壁表面界定的第二組多個開口。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一組凸起基本上鄰近所述第一組開口，所述第二組凸起基本上鄰近所述第二組開口，且所述凸起中的至少部分 是焊接到所述排氣道的內(nèi)壁表面上的。
全文摘要
一種發(fā)動機用排氣系統(tǒng)，包括提供第一通流面積的第一排氣道；與第一排氣道連通的第二排氣道，第二排氣道提供大于第一通流面積的第二通流面積，其中第二排氣道排列在第一排氣道的下游；其中第一排氣道的第一壁表面界定出用于將第一排氣道外部的空氣傳輸?shù)降谝慌艢獾纼?nèi)的至少第一開口，而第二排氣道的第二壁表面界定出用于將第二排氣道外部的空氣傳輸?shù)降诙艢獾纼?nèi)的至少第二開口；位于第一排氣道內(nèi)第一開口上游的第一凸起；及位于第二排氣道內(nèi)第二開口上游的第二凸起。
文檔編號F01N3/02GK101173623SQ20071018134
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者保羅·坦尼松 申請人:福特環(huán)球技術公司