CN1624304A - 内燃机排气歧管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种排气歧管，其与内燃机中至少三个直列气缸的排气口相连接，该排气歧管是由一主排气管和多条次排气管构成的，主排气管从位于最前方的气缸、沿气缸的直线排列方向向后延伸，次排气管从除最前方气缸之外的其它气缸延伸向主排气管。次排气管以一定的形式汇集到主排气管中，以使得次排气管的下游端分别在多个位置点处扭绕到主排气管的中心轴线中，其中的各个位置点位于主排气管的中心轴线上。

Description

内燃机排气歧管
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气歧管，更具体来讲，本发明涉及排气歧管的改进方案，其中的排气歧管用于将直列气缸的排气道汇集到一条通道中。
背景技术
特开平10-317953号日本专利文件公开了一种排气歧管，这种排气歧管被应用在V-8型发动机中各个缸排的排气***中。排气歧管包括一根直线集流管和四根支管，支管被连接到各个气缸的排气口上。四根支管被布置成相互平行，且与集流管相连接，因而使各支管的上周边沿集流管圆形横截面顶部处的一条切线排列成一线。另外，每条支管汇集到集流管中的汇流角都等于或小于67.5°。
发明内容
但是，由于支管的长度基本上是相等的，所以，对于各个气缸而言，从气缸排气口到集流管出口之间的排气道长度就会成为互不相同的。举例来讲，在现有技术中，距离集流管出口最远的那一气缸的排气道会成为最长的管路，而距离集流管出口最近的那一气缸的排气道则最短。如果各排气道的长度存在很大的差异，则就会在排气脉动上叠加一个声频振动，其频率与排气脉动的频率略有差异。这将会使排气的声响品质恶化，而品质恶化的排气听起来会显得很嘈杂。另外，由于支管相对于集流管的汇流角相对较大，所以废气的流动方向在集流管中会发生很大的改变，因而使排气道的压降增大，进而影响发动机的功率输出。另外，从利于催化转化器快速激活的角度考虑，最好使排气歧管的总长度能尽可能地短。
因而，本发明的一个目的是提供一种改进的排气歧管，其既能使气缸的排气道实现等长，又能缩短气缸排气道的长度，还能降低自身的压力损失。
本发明的一个方面在于提供一种排气歧管，其与内燃机的至少三个直列气缸的排气口相连接。排气歧管包括：一主排气管，其从气缸中位于最前方的气缸沿气缸的直线排列方向在内燃机的后方延伸；以及多条次排气管，它们从除最前方气缸之外的其它气缸延伸向主排气管。次排气管以这样的形式汇集到主排气管中，以使得次排气管的下游端部分别在多个位置点处扭绕到主排气管的中心轴线中，其中的位置点位于主排气管的中心轴线上。
从下文参照附图所作的描述，可清楚地认识到本发明其它的目的和特征。
附图说明
图1是从内燃机的上方位置对根据本发明第一实施方式的排气歧管所作的俯视图；
图2是从发动机的侧面位置对排气歧管所作的仰视图；
图3是排气歧管的侧视图；
图4是排气歧管的轴测图；
图5是一个与图1相对应的三维效果图，该视图利用细实线表示排气歧管的表面；
图6是一个与图3相对应的三维效果图，其利用细实线表示排气歧管的表面；
图7中的三维效果图与图3相对应，该三维图利用细实线表示排气歧管的表面；
图8中的原理图用于说明有关排气歧管长度的概念；
图9是简化的排气歧管结构图；
图10是沿图9中的箭头X方向所作的投影图；
图11中的图线表示了扭转角θ、汇流角α、以及管长均等程度之间的关系；
图12是从内燃机的上方位置对根据本发明第二实施方式的排气歧管所作的俯视图；
图13是图12所示排气歧管的仰视图；
图14是从内燃机的后方对图12所示排气歧管所作的侧视图；
图15是从内燃机的前方对图12所示排气歧管所作的侧视图；
图16是从内燃机的侧向对图12所示排气歧管所作的正视图；
图17是从内燃机的下后方、沿斜向对图12所示排气歧管所作的轴测图；
图18中的分解图表示出了一中间管和一第五缸支管，并表示了图12所示排气歧管的第一缸支管和第三缸支管，其中，该视图中略去了出口管；
图19中的分解视图除了表示出图12所示排气歧管的第一缸支管和第三缸支管之外，还表示了中间管，其中，该视图中进一步去掉了第五缸支管；
图20中的分解视图表示出图12所示排气歧管的第一缸支管和第三缸支管，其中，中间管已被从该视图中去掉，图21和图22分别是中间管112进口部分112a和出口部分112b的轴测图，如图21所示，在中间管112椭圆形进口部分112a的中间部位处焊接了一分隔板121，从而将进口部分112a分隔成一个θ形部分，这一部分是由两个D形的开孔组成的；
图21中的轴测图表示了图12所示中间管的进口部分；
图22中的轴测图表示了图12所示中间管的出口部分；
图23中的轴测图表示了图12所示出口管的进口部分；
图24中的轴测图表示了中间管与出口管组装到一起时的状态；
图25中的剖面图表示了由中间管和出口管构成的集流部分；
图26是图12所示安装法兰的轴测图；
图27是第一缸支管的轴测图；
图28是第三缸支管的轴测图；
图29是第五缸支管的轴测图；
图30是一简化的结构视图，表示了第二实施方式的排气歧管；
图31中的投影视图用于说明各支管之间的位置关系；
图32中的投影视图用于说明各改型支管之间的位置关系；
图33A和图33B中的原理图用于说明一容积部分的功能，其中的容积部分被设置在排气歧管的集流部分处；
图34中的原理图表示了根据本发明第三实施方式的排气歧管的集流部分；以及
图35中的剖面图表示了根据本发明第四实施方式的排气歧管的集流部分，该集流部分是由一中间管和一出口管构成的。
具体实施方式
下面将参照附图对根据本发明的内燃机排气歧管的几种实施方式展开讨论。
参见图1到图7，图中表示了根据本发明的排气歧管1的第一实施方式，该排气歧管用于将V型6缸发动机(V-6发动机)一个缸排的所有排气道都汇集到同一条通道中。排气歧管1被布置成将#1、#3、#5三个气缸的三条排气道汇集到同一条通道中，其中，上述的三条排气道被设置在V-6发动机一个缸排的缸盖3上，而所述通道则与催化转化器2相连接。图1是从V-6发动机的上方位置对排气歧管1所作的俯视图。图2是从V-6发动机的侧旁位置对排气歧管1所作的仰视图。图3是从V-6发动机后方对排气歧管1所作的侧视图。图4是从V-6发动机的后上方沿斜向对排气歧管1所作的轴测图。图5到图7中的三维效果图利用细实线表示了排气歧管1的表面，这些视图与图1到图3相对应。
排气歧管1包括：一主排气管11，其沿直列气缸#1、#3、#5的缸列方向、从第一缸#1的排气口向后延伸；一第三缸分支部分(支管)12，其对应于一次排气管，其与第三缸#3的排气口相连接；一第五缸分支部分(支管)13，其对应于与第五缸#5的排气口相连接的次排气管；以及一安装法兰14，其用于将排气歧管1与缸盖3的侧面连接起来。
主排气管11的上游端与安装法兰14相连接，主排气管11的下游端如图5到图7所示那样与一催化转化器安装法兰15相连接。与安装法兰14相连接的上游端部分11a被弯曲成L形。包括该端部11a的主排气管11随后延伸向催化转化器2，从而以直线的形式基本上按照最短的距离将第一缸#1与催化转化器2连接起来。更具体来讲，由于催化转化器2所处位置低于缸盖3的位置，所以，主排气管11如图2所示那样延伸向斜下方。尽管为第一实施方式绘制的视图将主排气管11表示为这样：如图1所示那样，在从纵向中间部分到下游侧的区域内，主排气管11向内侧略微地弯曲，但这样的向内弯曲被限制在所需的最小程度上。
第三缸分支部分12的上游端与安装法兰14连接起来，其下游端在第一集流部分21处与第一排气管11连接起来。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是弯曲的，从而可延伸向第一排气管11的上游以及上方。此外，第三缸分支部分12从与第一排气管11交叉的位置处进一步地向下弯曲，由此延伸向主排气管11的下游侧。另外，第三缸分支部分12的下游部分12b螺旋地环绕着主排气管11的外周面，并沿斜向汇集到主排气管11上。也就是说，第三缸分支部分12被制成这样的形状：其旋绕到主排气管11的中心部分中去。
第五缸分支部分13的上游端被连接到安装法兰14上，其下游端在一第二集流部分22处连接到主排气管11上，其中的第二集流部分22位于第一集流部分21的下游侧。第五缸分支部分13也近乎于被制成C形或U形，该形状与第三缸分支部分12的形状类似。第五缸分支部分13的上游部分13a也被弯曲成延伸向主排气管11的上游侧和上侧。更具体来讲，上游部分13a向延伸方向弯曲的程度大于第三缸分支部分12的上游部分12a的弯曲程度，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变。此外，第五缸分支部分13也从与主排气管11相交叉的位置处向下进一步地弯曲，由此延伸向主排气管11的下游侧。另外，第五缸分支部分13的下游部分13b螺旋地环绕着主排气管11的外周面，并沿斜向汇集到主排气管11上。也就是说，与第三缸分支部分12的形成方式类似，第五缸分支部分13也被制成这样的形状：其旋绕到主排气管11的中心部分中去。
在主排气管11与第三缸分支部分12之间的第一集流部分21处，第三缸分支部分12下游端的中心轴线与主排气管11的中心轴线倾斜地相交。类似地，在主排气管11与第五缸分支部分13之间的第二集流部分22处，第三缸分支部分13下游端的中心轴线与主排气管11的中心轴线倾斜地相交。也就是说，第三缸分支部分12和第五缸分支部分13沿着主排气管11中废气流动的方向从斜向汇集到主排气管11中。在第一实施方式的视图中，两分支部分中心轴线相对于主排气管11中心轴线的汇流角被表达为小于或等于30°度的角度α。汇流角α的定义被表示在图9中。
第五缸分支部分13的管线长度大于第三缸分支部分12的长度，且第五缸分支部分13旋绕着主排气管11外周面的转角范围大于第三缸分支部分12的对应转角。下面将参见图9和图10对这些转角范围进行讨论。
图9是排气歧管1简化的结构图。如上文讨论的那样，作为次排气管的第三缸分支部分12和第五缸分支部分13被制成旋绕着主排气管11的轴线。尽管主排气管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的那一部分则近乎于直线形状。在本文中，主排气管11这一部分的中心轴线被定义为基准中心轴线L。
图10是从发动机的前侧对基准中心轴线L所作的投影图，更具体来讲，该视图是沿图9中箭头X的方向所作的视图。在该投影图上，用标号#1D、#3D、#5D分别代表：第一缸排气道的延伸方向，主排气管11的端部11a沿该方向从基准中心轴线L延伸向安装法兰14；第三缸排气道的延伸方向，该方向即为第三缸分支部分12下游端集流部分的轴线方向；以及第五缸排气道延伸方向#5D，该方向即为第五缸分支部分13下游端集流部分的轴线方向。从第一缸排气道延伸方向#1到第三缸排气道延伸方向#3的扭转角θ1不同于从第一缸排气道延伸方向#1到第五缸排气道延伸方向#5的扭转角θ2，如图10所示，扭转角θ2大于扭转角θ1。这些扭转角θ1、θ2分别对应于第一、第二分支部分12、13相对于主排气管11的扭转角。
由于扭转角θ1与θ2之间存在差值，所以第三缸分支部分12与第五缸分支部分13在主排气管11外周面上的连接位置之间存在一定的转角偏差。因而，即使汇流角α被设定为小于30°，第三缸分支部分12与第五缸分支部分13之间也不存在任何位置干涉。换言之，使第一、第二集流部分21和22在主排气管11纵向上相互靠近的方案成为了可能。根据本发明的排气歧管1的这种结构具有这样的优点：能缩短排气歧管1的总长度，并使各个气缸的排气管长度达到相等。
优选地是，扭转角θ1被设定在90°到180°的范围内，扭转角θ2被设定为大于θ1的角度，以避免与缸盖3发生干涉，并能确保第三缸分支部分12具有足够的长度。更具体来讲，在第一实施方式中，扭转角θ1被设定在150°到170°的范围内，扭转角θ2则被设定在170°到190°的范围内。
下面将参见图8介绍排气歧管1管长的概念，其中的排气歧管1被设置成将三个汽缸的三条排气管线汇集到同一管线中。如图8所示，假定排气歧管1是由长度为a到e的多条管体构成的。另外，假定催化转化器2的外壳内、位于催化器上游位置的那一空间部分对应于图8中的长度f，且该长度是通向催化转化器的总管长的一部分。对于距离催化转化器2最远的第一缸#1而言，其排气管管长为a+d+e+f。如评价与三个气缸#1、#3、#5相连的催化转化器2的温升特性，则需要考虑三个气缸#1、#3、#5的排气道总长。也就是说，所有排气道的总长为a+b+c+d+e+f。从快速活化催化转化器2的角度考虑，最好能尽可能地缩短上述的总长。第一实施方式的排气歧管1是按照如下的假定条件而设计出的：其适于用在总排量为2500cc到3000cc的内燃机上。对于根据本发明的第一实施方式，可将排气歧管1的总长度设定在900mm之内，从而在发动机起动后能快速地升高催化转化器2的温度。
从第一缸#1的排气口到第二集流部分22的第一缸管长为a+d，从第三缸#3排气口到第二集流部分22的第三缸管长为b+d，从第五缸#5排气口到第二集流部分22的第五缸管长为c。对于根据本发明的第一实施方式，可将最大管长与最小管长之间的差值缩小到50mm或更小。因而，能使第一、第三以及第五气缸#1、#3和#5的管长实现充分地相等，以改善排气声的声学品质。
采用根据本发明第一实施方式的排气歧管1，可通过充分地缩短排气歧管2的总管长而改善催化转化器2的温升特性。与此同时，还通过对各个气缸的管长执行均等化而改善了排气歧管1的排气声响。另外，排气歧管1允许将汇流角α设定得小一些，因而可降低排气歧管1的气流阻力，进而可提高发动机在高速运转过程中的充气容积效率，并改善了发动机中速运转过程中的排气干扰。
从降低排气歧管气流阻力的角度考虑，通常优选地是满足条件R/D≥1.1，其中，D是排气道的直径，R是排气道弯曲部分的曲率半径。由于根据本发明的排气歧管1并不带有曲率非常小的弯曲部分，所以，根据本发明的排气歧管1很容易满足上述的条件R/D≥1.1。
图11表示了第三缸分支部分12和第五缸分支部分13的扭转角θ1和θ2、汇流角α以及管长均等程度之间的关系，其中，管长均等程度涉及第一、第三以及第五气缸#1、#3和#5的排气管管长之间的差值。本文中，扭转角θ1和θ2被标为扭转角θ。如图11所示，随着扭转角θ的增大，管长之间的差值接近于零，该差值随着扭转角θ的减小而增大。从使管长达到相等的角度考虑，应当为扭转角θ确定一个下限值θa。在另一方面，在第三缸分支部分12与第五缸分支部分13的管长相等的情况下，汇流角α存在随扭转角θ增大而增大的趋势。考虑到汇流角α的因素，应当为扭转角θ设定一个上限值θb。为了满足汇流角α和管长均等程度的要求，扭转角θ1和θ2应当被限定在从θa到θb的范围内。
参见图12到图17，图中表示了根据本发明第二实施方式的排气歧管101，该排气歧管101用于将V-6发动机一个缸排的所有排气口都汇集起来。更具体来讲，位于V-6发动机一个缸排的缸盖103上的三个排气口(分别属于三个气缸#1、#3和#5)被汇集到与催化转化器(图中未示出)的同一条通道中。图12是从V-6发动机的上方对排气歧管101所作的俯视图。图13是从V-6发动机的下方对排气歧管101所作的仰视图。图14是从V-6发动机的后方对排气歧管101所作的侧视图。图15是从V-6发动机的前方对排气歧管101所作的侧视图。图16是从V-6发动机的侧面对排气歧管101所作的正视图。图17是从V-6发动机的上方、沿斜向对排气歧管1所作的轴测图。
排气歧管101包括一条主排气管(主排气道)和两条次排气管(次排气道)。主排气管从第一缸#1的排气口沿着三个气缸#1、#3和#5的排列方向向发动机的后侧延伸。其中的一条次排气管从第三缸#3的排气口延伸向主排气管，并连接到主排气管上。另一条次排气管从第五缸#5的排气口延伸向主排气管且连接到主排气管的下游部分，其中的下游部分是指相对于第三缸#3次排气管的连接部分而言位于下游处。
更具体来讲，主排气管是由第一缸支管111、一中间管112以及一出口管113构成的，其中的第一缸支管111被连接到第一缸#1的排气口上，中间管112构成了一个第一容积部分，出口管113形成了一个第二容积部分，且带有一法兰件114。第三缸#3的次排气管是由连接到第三缸#3排气口上的第三缸支管115构成的。为第五缸#5设置的次排气管是由与第五缸#5排气口相连接的第五缸支管116构成的。出口管113的法兰114与一段带有催化转化器的管体相连接。
在各条支管111、115和116的上游端上焊接一安装法兰117，用于将排气歧管101与缸盖2的侧面连接起来。图26中的轴测图只表示了安装法兰117。如图26所示，安装法兰117是一块平板，其带有三个椭圆开孔18，这三个开孔是为各个气缸#1、#3和#5的排气口而设置的，在椭圆开孔18之间制有两个减重孔20，安装法兰117上还制有多个小孔19，可将多个螺栓***到这些小孔19中并旋紧，以便于将安装法兰117固定到缸盖102上。三个椭圆开孔18的长轴方向为发动机的前后方向，而减重孔19的长轴方向则是发动机的垂直方向。支管111、115和116的上游端分别***到三个开孔18中，并分别固定地焊接到安装法兰117上。
由第一支管111、中间管112以及出口管113组成的主排气管的上游端是弯曲的，从而形成了一个L形结构，然后，主排气管从第一缸#1的排气口延伸向与催化转化器的前管相连接的法兰114，其基本上沿直线延伸，以便于具有最短的距离。更具体来讲，由于所述前管延伸到车辆的地板的下方，所以如图16所示那样：第一排气管2延伸向斜下方。尽管从第二实施方式的视图可看出：由于受到车辆上其它部件位置关系的限制，使出口管113如图12和图17所示那样在从纵向中间部分到下游侧的区域内向内侧略微地弯曲，但这样的向内弯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都被制成具有特定弯曲部分和特殊横截面的预定形状，这些支管是利用液压成型等工艺对金属管执行机加工而制成的。第一缸支管111的上游端从安装法兰117突伸出而斜伸向后方。图27中的轴测图只表示了第一缸支管111。第一缸支管111的上游端111d被连接到安装法兰117上，其横截面与开孔118相对应为椭圆形。支管111的下游端111b的横截面为D字形。
中间管112被制成一短段筒体，其直径从上游侧向下游侧逐渐减小，且其进口部分112a是椭圆形，出口部分112b是D字形。第一缸支管111的下游端111b沿直线方向连接到中间管112的进口部分112a上，并焊接到进口部分112a上，具体而言，如果从缸盖2的上方进行观察，则下游端111b是连接在进口部分112a靠近缸盖2的一侧上。出口管113被制成筒形，该筒体具有一个椭圆的进口部分113a和一个圆形的出口，该出口连接到前管连接法兰114上，筒体的横截面从压扁的圆形(椭圆)逐渐变为圆形。中间管112的出口部分112b沿直线方向连接并焊接到出口管113的进口部分113a上，具体而言，如果从缸盖2的上方进行观察，则出口部分112b连接在靠近缸盖2的一侧上。中间管112出口部分112b的端部被连接到出口管113进口部分113a上，该端部的横截面被制成D字形。
与此相反，第三缸支管115被制成C形或U形的弯管状。更具体来讲，与安装法兰117相连接的上游部分115a相对于发动机从安装法兰117向前上方斜向伸出。第三缸支管115的中间部分115b横交过第一缸支管111，并向下弯曲，从而盘绕着第一缸支管111的外周面。随后，第三缸支管115又向后弯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的侧旁。下游端部115c沿直线连接到中间管112的进口部分112a上，并焊接到此处，具体而言，如果从缸盖2的上方进行观察，则下游端部连接在远离缸盖2的一侧上。也就是说，作为次排气管的第三缸支管115从第三缸#3的排气口延伸出，并扭绕到第一缸支管111的中心中，且与作为主排气管的第一缸支管111上的、远离发动机的那一侧面汇集到一起。此处，第三缸支管115的管长被设定为与第一缸支管111的管长相等。图28中的轴测图只表示了第三缸支管115。第三缸支管115的上游端115d与安装法兰117相连接，该上游端的横截面与开孔118相对应，为椭圆形，第五缸支管115下游端115c的横截面为D形。
图20中的分解视图表示出了第一缸支管111和第三缸支管115，但去掉了中间管。图21和22中的轴测图分别表示了中间管112的进口部分112a和出口部分112b。如图21所示，在中间管112椭圆进口部分112a的中心部分焊接了一块分隔板121，从而将进口部分112a分隔成由两个D形开孔组成的θ形部分。第一缸支管111的下游端111b被***到进口部分112a的一个D形开孔中，并焊接到这一开孔中。另外，第三缸支管115的下游端115b被***到进口部分112a的另一个D形开孔中，并焊接到该开孔中。进口部分112a一端处的外周面被制成一个接合部分112c，并使该接合部分112c的直径相比于进口部分112a上其余部分的直径按照台阶的形式增大。利用这样的结构设计，可将下游端111b和115b与接合部分112c的内表面接合起来，从而在轴向上实现了定位。
第五缸支管116也被制成C形或U形的弯管形状。更具体来讲，与安装法兰117相连接的上游部分116a相对于发动机从安装法兰117向前上方斜向延伸。第五缸支管116的中间部分116b与中间管112交叉，并向下弯向下游方向，以环绕中间管112的外周扭绕。然后，第五缸支管116向下弯折并朝向下游方向。第五缸支管116的下游端部116c位于与中间管112下游端部112b并排的位置。下游端116c沿直线连接并焊接到出口管113的进口部分113a上，具体而言，如从缸盖2的上方进行观察，下游端116c连接在远离缸盖2的一侧。也就是说，作为次排气管的第五缸支管116从第五缸#5的排气口延伸出，并扭绕到中间管112的中心中，且与作为次排气管的中间管112的、远离发动机的那一侧面汇集到一起。此处，第五缸支管116被弯成比第三缸支管115更大地向前上方突伸。因而，第五缸支管116的管长被设置成大于第三缸支管115的管长。更具体来讲，第五缸支管116的管长比第三缸支管115的管长大一定长度，该长度差即为中间管112的管长。这样的设计能使第一、第三、第五气缸#1、#3、#5的排气道长度基本上实现均等，其中，每一气缸的排气道长度都是指从气缸排气口到前管连接法兰114之间的长度。从改善排气声声响品质的角度考虑，优选地是：最小管长与最大管长之间的差值应当小于或等于50mm。因而，第二实施方式的排气歧管101能满足这一要求，从而能有利地改善排气声的声响品质。图29中的轴测图只表示出了第五缸支管116。第五缸支管116的上游端116d被连接到安装法兰117上，该上游端116d的横截面形状与开孔118相对应，也为椭圆形，第五缸支管116下游端116c的横截面为D形。
图18中的分解图除了表示了第一缸支管111和第三缸支管115之外，还表示出了中间管112和第五缸支管116，但出口管113被从该视图中去掉。图19中的分解图表示出了中间管112以及第一缸支管111和第三缸支管115，但从该视图中进一步地去掉了第五缸支管116。
另外，图23中的轴测图表示了出口管113的进口部分113a，图24中的轴测图表示了中间管112与出口管113组装到一起时的状态。如图22所示，在出口管113椭圆形进口部分113a的中间部分处焊接有一块分隔板122，该分隔板的位置偏离椭圆形进口部分113a的中央，从而将进口部分113a分隔成一个θ形的部分，这一部分是由两个D形的开孔组成的。中间管112的下游端112b被***到进口部分112a较大的D形开孔中，并焊接到此处。另外，第五缸支管116的下游端部116b被焊接到进口部分112a较小的D形开孔中，且焊接到此处。进口部分113a一端处的外周面被制成一个接合部分113c，以使该接合部分112c的直径相比于进口部分113a上跟随部分的直径以台阶的形式增大。利用这样的结构设计，可将下游端112b和116b与接合部分113c的内表面接合起来，从而在轴向上实现了定位。从图24可清楚地看出，出口管113椭圆形的进口部分113a被设计成这样：其短轴方向的尺寸大致上等于中间管112进口部分112的短轴尺寸，且椭圆进口部分113a的长轴尺寸大于中间管112进口部分112的对应尺寸。
图25中的剖视图表示了中间管112与出口管之间的汇集部分。如图25所示，由第三缸支管115构成的次排气管与由第一缸支管111、中间管112、以及出口管113构成的主排气管在中间管112的进口部分112a处汇集到一起。中间管112的内部空间是一第一容积部分131，该容积部分的空间足以衰减排气声音中除基阶频率成分之外的其它频率组分。换言之，第一缸支管111的排气通道与第三缸支管115的通道汇集到由中间管112构成的第一容积部分131中。此处，位于第一缸支管111下游部分111b的中心轴线L1与位于第三缸支管115下游部分115c的中心轴线L3被设定为相互平行。因而，它们之间的汇流角基本上为0°。另外，将一个区域的长度确定为合适的数值，以便于使从第一、第三缸支管111和115流出的废气流不会在第一容积部分131中产生涡流，其中，所述的区域是指第一缸支管111的下游部分111b与第三缸支管115下游部分115c的中心轴线L3保持平行的区域。作为第一容积部分131的中间管112的通道横截面积被设定为远大于第一、第二支管111和115各自的通道横截面积。
由第五缸支管116构成的次排气管与由第一缸支管111、中间管112、以及出口管113构成的主排气管在出口管113的进口部分113a处汇集到一起。出口管113上游部分的内部空间是一第二容积部分132，其空间足以衰减排气声音中除基阶频率成分之外的其它频率组分。换言之，在由出口管113构成的第二容积部分132中，中间管112的通道与第五缸支管116的通道汇集到到一起。此处，位于中间管112下游部分112b的中心轴线L4与位于第五缸支管116下游部分116c的中心轴线L5被设定为相互平行。因而，它们之间的汇流角基本上为0°。另外，将一个区域的长度确定为合适的数值，以使得从中间管112和第五缸支管116流出的废气不会在第二容积部分132中产生涡流，其中，所述的区域是指中间管112的下游部分112b与第五缸支管116下游部分116c保持平行的区域。作为第二容积部分132的出口管113的通道横截面积被设定为远大于中间管112和第五缸支管116各自的通道横截面积。出口管113的通道横截面积从进口部分113a向下游部位逐渐减小。第二容积部分132被限定为图25中直线LS上游的上游侧部分，其容积大于位于第二容积部分132上游位置的第一容积部分的容积。
图30表示了根据本发明第二实施方式的排气歧管101的排气道结构模型。如上文讨论的那样，由第一缸支管111、中间管112、以及出口管113构成的主排气管作为一个整体、沿直线方向从第一缸#1向后延伸。第三缸支管115、第五缸支管116扭绕着主排气管。第三缸支管115和第五缸支管116相对于主排气管的汇流角α基本上为0°。
如采用根据本发明第二实施方式的排气歧管101，则由于第三缸支管115和第五缸支管116被设置成盘绕着主排气管的外周面，所以能使各排气道的管长基本上实现均等，从而能改善排气声的声响品质，其中，各排气道的长度是从各个气缸#1、#3、#5的排气口到前管连接法兰114之间的范围。具体而言，由于在第三缸支管115与主排气管的汇流部分处、以及第五缸支管116与主排气管的汇流部分处设置了第一、第二容积部分131和132，所以，通过抑制第一、第二容积部分131和132中的复杂流，可抑制除基阶频率组分之外其它频率组分的增强，并能改善排气时的声响品质。另外，由于容积部分被分成第一容积部分131和第二容积部分132，所以，排气歧管101避免了要增加空间的需求。
由于排气歧管101被设计成能将两根平行的管体***到中间管112和出口管113的进口部分112a和113a中，所以能将各个汇集部分的汇流角α设定为0°。这样的设计能将通道的压力损失减到最小，从而可提高发动机在高速运转时的充气容积效率。
另外，排气歧管101的中间管112和出口管115被制为不同的独立部件，可利用焊接方法将各支管111、115、116连接成一个整体。这样的设计能简化各个部件的制造，并便于组装。更具体来讲，支管111、115、以及116的端部以及中间管112被***到中间管112和出口管113的开孔中，然后再焊接到这些位置处。因而，改善了执行焊接操作时的可操作性。
下面将对根据本发明第二实施方式的排气歧管101的组装过程进行描述。事先已将排气歧管101的各个部件加工成各自的形状。另外，分隔板121和122已事先被分别焊接到中间管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***到安装法兰117的开孔118中，并焊接到安装法兰117上。在此过程中，两下游端111b和115c被布置成相互平行，且下游端111b和115c的下游末梢部在图20所示的直线上对齐。随后，如图19所示那样，两下游端111b和115c的下游末梢部被***到中间管112的进口部分112a中，并焊接到中间管112中。随后，将第五缸支管116的上游端116d固定地焊接到安装法兰117上。在此过程中，中间管112的出口部分112b与第五缸支管116的下游端116c被布置成并肩地平行，且中间管112和第五缸支管116的下游端与图18所示的直线平齐。而后，将中间管112和第五缸支管116的下游端***到出口管113的进口部分113a中，并焊接到出口管113上。在执行这些步骤的前提下，就可制出根据本发明第二实施方式的排气歧管101。
尽管在上文表示和描述的本发明第二实施方式中，在中间管112的进口部分112a和出口管113的进口部分113a中设置了分隔板131和132，但也可取消两隔板。例如，通过将两管体端部上相邻的孔口周缘焊接起来，可将两个端部连接成一起，由此可取消分隔板121和122。
尽管在上文表示和描述的本发明第二实施方式中，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如图31的投影图所示那样排列在一条直线上，但也可如图32的投影图所示那样分别位于三角形的三个顶点上。利用各支管111、115和116的这种改型结构，就可以使第五缸支管116在中间管112外周面上的扭绕具有更大的扭转角，并能在中间管112的下方将第五缸支管116与出口管113汇集起来。这样的结构设计具有能进一步提高排气歧管刚性的优点，该排气歧管是通过焊接而组装到一起的。
下文将参照图33A和33B对位于排气歧管集流部分的容积部分的作用进行讨论。如图33A所示，如果三个气缸的三条排气管201、202和203汇集到同一条排气管204中，则即使三条排气管201、202、203的长度相等，也存在这样的趋势：排气声音中除了具有基阶频率之外，还产生了其它的频率组分。更具体来讲，如图33A中左侧的波形图所示，各个气缸的压力脉动依次地输入。因而，如图33A中右侧波形图所示那样，在输出侧，由基阶频率产生了压力波峰。如果排气道的汇集部分处不带有容积部分，则气体在汇集部分的流动复杂性就会增强，且会使各个气缸的排气长度之间出现差异。因而，峰值的强度就会发生变化，且增加了除基阶频率组分之外的其它频率组分，对基阶频率组分的衰减作用也增强了。这将导致排气声的声学品质恶化。
与此相反，如图33B所示，如果在排气道中设置了容积部分205，则就能减小各缸排气道长度之间的差异，因而使输出波形为基阶波，该波形上，各波峰的强度成为相等的。这将减少除基阶频率组分之外的其它频率组分。在图33B中，尽管三条排气管201、202、203汇集到同一容积部分中，但第二实施方式的排气歧管101被设计成这样：三条排气道依次地汇集起来，并设置了多个容积部分。这样的结构设计允许将各个容积部分的尺寸制得小一些，同时也能充分地保证其中所能获得的优点。因此，这样就能防止排气歧管的总体尺寸变得很大。
下文将参见图34对根据本发明第三实施方式的排气歧管进行描述。排气歧管的第三实施方式被设计成这样：使得第一缸支管111与第三缸支管115的汇流角α大于0°，且在汇集部分处形成一个容积部分131。另外，容积部分131包括：一第一膨大部分141，其被设置在第三缸支管的外侧面处，且位于汇集部分；以及一第二膨大部分142，其位于第一膨大部分141的相反一侧，从而面对着第三缸支管115的通道。从降低通道压力损失的角度考虑，优选地是：汇流角α被设定为小于或等于30°。第三实施方式的其它构造与第二实施方式基本上类似。
下面将参照图35对根据本发明第四实施方式的排气歧管101进行讨论。如图35所示，除了在出口管113上安装了一个用于检测废气中空/燃比的空/燃比传感器133之外，第四实施方式与第二实施方式基本上相同，其中，设置空/燃比传感器133是为了对第二容积部分132内废气的空/燃比进行检测。所采用的空/燃比传感器通常是氧传感器。
本申请基于2003年12月1日提交的第2003-400990号日本专利申请、以及在2004年3月11日提交的第2004-68273、2004-68274、2004-68275和2004-68276号日本专利申请。这些日本专利申请的全部内容都被结合到本申请中作为参考资料。
尽管上文已参照特定的实施方式对本发明进行了描述，但本发明并不仅限于上述的实施方式。本领域技术人员在上文内容的启示下可对上述实施方式作多种改型和变动。例如，本发明并不仅限于V-6发动机的排气歧管，也适于应用到V-8发动机缸排上安装的排气歧管或直列四缸发动机的排气歧管。另外，根据本发明的排气歧管的制造方法并不仅限于上文讨论的制造方法，也可利用其它方法来制造根据本发明的排气歧管，其它的方法例如是对弯管进行焊接或进行铸造。本发明的保护范围应当由后附的权利要求书限定。

Claims (29)

1.一种排气歧管，其与内燃机的至少三个直列气缸的排气口相连接，该排气歧管包括：
主排气管，其从位于最前方的气缸沿气缸的直线排列方向向内燃机的后方延伸；以及
多条次排气管，它们从除最前方气缸之外的其它气缸延伸向主排气管，次排气管以这样的形式汇集到主排气管上，从而使得次排气管的下游端部分别在中心轴线上的多个位置点处扭绕到主排气管的该中心轴线中。
2.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：次排气管的下游端部相对于主排气管的中心轴线以这样的汇流角汇集到主排气管中，以便于沿主排气管的延伸方向进行延伸。
3.根据权利要求2所述的排气歧管，其特征在于：主排气管的中心轴线与各条次排气管端部的中心轴线之间的汇流角小于30°。
4.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管从最前方的气缸向后向下延伸，次排气管在主排气管的上方从其它气缸向上延伸并延伸到主排气管的上游侧，然后，次排气管向下方弯曲，且到主排气管的下游侧，并校正到主排气管中。
5.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：在与主排气管的中心轴线垂直的投影平面内，与次排气管相连接的气缸距离连接着主排气管的最前方气缸越远，则扭转角就越大，其中的扭转角是由两条直线限定的，其中一条直线连接着次排气管上游端和中心轴线，另一条直线连接着次排气管的下游端和中心轴线。
6.根据权利要求5所述的排气歧管，其特征在于：该排气歧管被用作与V型六缸发动机的一个缸排相连接的排气歧管，其中，与缸排的中间气缸相连接的次排气管的扭转角在90°到180°的范围内，与缸排的最后方气缸相连接的次排气管的扭转角大于与中间气缸相连接的次排气管的扭转角。
7.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管的中心轴线与次排气管的中心轴线在一汇集点处的汇流角大体上为0°，其中，汇集点位于主排气管与每个次排气管之间。
8.根据权利要求7所述的排气歧管，其特征在于：主排气管的下游端部与次排气管的下游端部被汇集到一起，且相互平行地设置。
9.根据权利要求7所述的排气歧管，其特征在于：在从发动机前侧所作的投影图上，主排气管与两条次排气管的下游端部被布置成一列。
10.根据权利要求7所述的排气歧管，其特征在于：在从发动机前侧所作的投影图上，主排气管与两条次排气管的下游端部被布置在三角形的三个顶点上。
11.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：次排气管从各个气缸延伸向发动机的前侧，然后再弯向发动机的后侧，且汇集到主排气管中。
12.根据权利要求11所述的排气歧管，其特征在于：次排气管的上游端从一安装法兰突伸向斜前方。
13.根据权利要求12所述的排气歧管，其特征在于：主排气管的上游端部从一安装法兰突伸向斜后方。
14.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主、次排气管的长度基本上是相等的。
15.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管是由支管、连接在支管下游端部的至少一条中间管、以及连接在中间管下游端的出口管构成的，每一条次排气管都是由支管构成的。
16.根据权利要求15所述的排气歧管，其特征在于：两支管的下游端部被***到中间管的进口部分中，它们被布置成相互平行，中间管的下游端部与支管的下游端部相互平行地设置。
17.根据权利要求15所述的排气歧管，其特征在于：被***到中间管的进口部分中的支管的下游端部被制成D型截面，中间管的进口部分的横截面被制成椭圆形。
18.根据权利要求17所述的排气歧管，其特征在于：一分隔板固定在中间管的进口部分中，从而将进口部分制成字母θ形，被***到进口部分中的两支管的端部截面被制成D形。
19.根据权利要求15所述的排气歧管，其特征在于：中间管的进口部分的周缘直径被扩大了，以便于与支管进行接合。
20.根据权利要求15所述的排气歧管，其特征在于：中间管与出口管的汇集部分被制成一个容积部分。
21.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管与各条次排气管之间的汇集部分被制成一容积部分。
22.根据权利要求21所述的排气歧管，其特征在于：在支管的下游端处，主排气管的中心轴线与次排气管的中心轴线之间的汇流角基本上为0°。
23.根据权利要求21所述的排气歧管，其特征在于：通过将汇集部分的横截面积设定成大于汇集部分的位于上游的汇集部分的横截面积来形成所述容积部分。
24.根据权利要求21所述的排气歧管，其特征在于：两容积部分中位于下游的容积部分的容积大于上游容积部分的容积。
25.根据权利要求21所述的排气歧管，其特征在于：在其中一容积部分中安装了一个空/燃比传感器。
26.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管与一催化转化器相连接。
27.根据权利要求17所述的排气歧管，其特征在于：一分隔板固定在出口管的进口部分中，从而将进口部分制成字母θ形，被***到进口部分中的支管下游端部和中间管的端部部截面被制成D字形。
28.根据权利要求15所述的排气歧管，其特征在于：出口管的进口部分的周缘直径被扩大了，以便于与支管和/或中间管进行接合。
29.根据权利要求1所述的排气歧管，其特征在于：主排气管是由第一缸支管、与第一缸支管的下游端相连接的中间管以及与中间管的下游端相连接的出口管构成的，次排气管中的第一次排气管是由第三缸支管构成的，该第三缸支管的下游端被连接到中间管上，次排气管中的第二次排气管是由第五缸支管构成的，该第五缸支管的下游端被连接到出口管上。
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