排气喷嘴头、排气歧管组件及动力源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发动机排气系统中的排气喷嘴头。
【背景技术】
[0002]在现代的发动机技术中，涡轮增压器由发动机的高温废气提供动力。一般而言，废气速度越高，废气中可用于驱动涡轮增压器的动力值就越大。需要在尽可能高的温度下将发动机的高温废气输送至涡轮增压器以保持废气量，进而保持废气系统中的速度。然而，也需要降低发动机室内部件的温度。现有技术提供围绕排气歧管设置的水冷套以降低歧管的温度。遗憾的是，使用水冷套会降低废气的温度，从而降低供给到涡轮增压器的能量和可回收的热能的温度。
[0003]人们已在容许温度范围内进行了一些制造歧管的尝试，并同时保持废气的温度尽可能高。在美国专利5，463，867( “867专利”)描述的系统中提供了一种将歧管包围在内的套筒，在所述套筒与歧管之间具有空气间隙。空气间隙提供隔热以保持尽可能高的废气温度，并同时减小传递到水冷套中的水的热量。然而，本系统内的废气的流动受到汽缸出口和排气管之间的连接管的几何形状所限制。因此，在“867专利”和其他系统中，废气速度降低。
[0004]—些其他的无水冷套的排气系统，例如美国专利6，745，561，试图通过在歧管中汇聚一组流道来保持废气速度。然而，湍动的废气流依然存在于流道的汇聚处并且得到的歧管的整体形状并不利于夹套。
[0005]因此，需要一种改进的排气系统来解决上述问题和/或由其他常规方法造成的问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种排气喷嘴头，旨在减少排气流道中的湍动的废气流。
[0007]在一个方面，本实用新型描述了一种排气喷嘴头，应用在输送废气的第一气流的排气流道中，所述排气喷嘴头包括入口、出口和喷嘴通道;所述入口配置成接收来自内燃发动机的废气的第二气流;所述出口配置成将第二气流引入排气流道中的第一气流中；所述喷嘴通道配置成将第二气流从入口输送到出口，所述喷嘴通道由上游弯曲表面和下游表面限定，上游弯曲表面是从垂直于第一气流的流动方向到相对于所述第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向的连续曲面;下游表面包括第一下游曲面、笔直部分和第二下游曲面;所述第一下游曲面从垂直于第一排气流的流动方向过渡到相对于第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向；所述笔直部分从第一下游曲面延伸;所述第二下游曲面从笔直部分过渡到排气流道的下游部分，所述第二下游曲面具有沿笔直部分所限定的直线延续的侧面部分。
[0008]进一步的，所述排气喷嘴头还包括分离区域，所述分离区域起始于所述第一下游曲面，其中，所述下游表面与所述上游弯曲表面分离，且加大所述喷嘴通道的横截面积。
[0009]又进一步的，所述排气喷嘴头还包括发动机凸缘，所述发动机凸缘具有用于使多个相应螺栓穿过的多个孔，通过所述螺栓将所述排气喷嘴头固定到所述内燃发动机上。
[0010]再进一步的，所述排气喷嘴头还包括流道凸缘，所述流道凸缘配置成与所述排气流道的流道开口相匹配。
[0011]另一方面，本实用新型描述了一种排气歧管组件，应用在内燃发动机中，所述排气歧管组件包括排气流道和排气喷嘴头，所述排气歧管组件被配置成将废气的第一气流输送至涡轮增压器;所述排气喷嘴头包括入口、出口和喷嘴通道;所述入口配置成接收来自内燃发动机的废气的第二气流;所述出口配置成将第二气流引入排气流道中的第一气流中；所述喷嘴通道配置成将第二气流从入口输送到出口，所述喷嘴通道由上游弯曲表面和下游表面限定，上游弯曲表面是从垂直于第一气流的流动方向到相对于所述第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向的连续曲面;下游表面包括第一下游曲面、笔直部分和第二下游曲面;所述第一下游曲面从垂直于第一气流的流动方向过渡到相对于第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向；所述笔直部分从第一下游曲面延伸;所述第二下游曲面从笔直部分过渡到排气流道的下游部分，所述第二下游曲面具有沿笔直部分所限定的直线延续的侧面部分。
[0012]进一步的，所述排气歧管组件还包括水冷套，所述水冷套围绕所述排气流道设置且配置成接收流经水冷套的水流。
[0013]再进一步的，所述排气歧管组件还包括空气间隙，其形成在所述排气流道与所述水冷套之间，以减少热量从所述排气流道至所述水冷套中的水流的热传递。又一方面，本实用新型描述了一种动力源，所述动力源包括内燃发动机、将空气输送至所述内燃发动机的空气系统以及用于内燃发动机的排气歧管组件;所述排气歧管组件包括排气流道和多个排气喷嘴头，每一个排气喷嘴头均包括入口、出口和喷嘴通道;所述入口配置成接收来自内燃发动机的废气的第二气流;所述出口配置成将第二气流引入排气流道中的第一气流中；所述喷嘴通道配置成将第二气流从入口输送到出口，所述喷嘴通道由上游弯曲表面和下游表面限定，上游弯曲表面是从垂直于第一气流的流动方向到相对于所述第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向的连续曲面;下游表面包括第一下游曲面、笔直部分和第二下游曲面;所述第一下游曲面从垂直于第一气流的流动方向过渡到相对于第一气流的流动方向成60度和15度之间的角度方向；所述笔直部分从第一下游曲面延伸;所述第二下游曲面从笔直部分过渡到排气流道的下游部分，所述第二下游曲面具有沿笔直部分所限定的直线延续的侧面部分;所述多个排气喷嘴头配置成将所述内燃发动机中的多个气缸与所述排气流道流体连通。
[0014]在上述技术方案中，排气喷嘴头能够以最小湍流顺利地将废气引入排气流道中，该最小湍流保持排气流道中较高的废气速度。此较高速度的废气对涡轮增压器并最终为动力源提供更大的动力。
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型的一个方面的示例性动力源的示意图；
[0016]图2是根据本实用新型的一个方面的排气歧管沿2-2方向截取的一部分剖视图。
【具体实施方式】
[0017]参照图1，示出了动力源10。动力源10包括内燃发动机12、燃料系统14、空气系统16和排气系统18。内燃发动机12包括机体20、多个气缸22和驱动轴24。燃料系统14包括燃料源26、燃料栗28和燃料管路30。内燃发动机12可为压燃式发动机，例如柴油机，或均质充量压燃式(HCCI)发动机，或火花点火式发动机。虽然图中未示出，但燃油系统14也可包括其他常规部件，例如燃油过滤器、燃油喷射器等。此外，其他常规部件，例如各种过滤器、火花塞或发光插头、阀门、控制器等适用于动力源10的各个方面。
[0018]空气系统16包括空气入口32、空气过滤器34、具有涡轮机40和压缩机42的涡轮增压器38以及进气歧管44。排气系统18包括排气歧管组件46、水冷套组件48、涡轮机40以及尾管50。任选地，排气系统18可以包括排放控制装置52(例如颗粒过滤器、氧化催化器、选择性还原催化器或三效催化器)、消声器54或两者的组合。排气歧管组件46包括排气集管或多个排气管56、排气流道58以及将排气管56流体连接至排气流道58的多个排气喷嘴头60。水冷套组件48包括水冷套62、水栗64以及换热器66。
[0019]正如一般所理解的那样，燃料和空气在至少部分地由气缸22和机体20所限定的燃烧室中结合并点燃，以驱动发动机12并产生从驱动轴24输出的动力。燃烧副产物(即废气68)随后流经排气系统18。在废气68流经涡轮机40时，废气68推动涡轮机40旋转，从而使得压缩机42旋转，以便压缩新鲜空气。之后，经过压缩的新鲜空气流到发动机12的进气歧管44。可以利用各种充分理解的控制装置来调节动力源10的温度、动力输出等。
[0020]动力源10适于与固定式或移动式机械一起使用，这些机械执行与行业(例如采矿、建筑、农业、运输、发电或本领域已知的其他行业)相关的某些类型的操作。例如，动力源10可为运土机械(例如挖掘机、推土机、装载机、反铲挖土机、自动平地机、装卸卡车或其他运土机械)提供动力。在具体示例中，动力源10包括配置成燃烧燃料(例如天然气、汽油、柴油或本领域已知的任何其他可燃燃料)的发动机12。
[0021]如本文所述，排气歧管组件46配置成改善流经其废气68的流动状态。更特别地，排气喷嘴头60的几何结构配置成有利于将废气68引入排气流道58并使其湍流程度减小，从而维持废气68的速度。本实用新型的各方面可以通过排气歧管组件46有利地使废气68的动能、静压或两者得以保留，由此增大用来驱动涡轮增压器38的流体动力。提高涡轮增压器38的驱动动力会加大对输送至发动机12新鲜空气的压缩程度，从而有助于驱动轴24输出更大的动力。除了对动力源10在动力产生方面进行这种直接改进之外，本实用新型的各方面还可以减小动力源10的实际尺寸，同时保持与实际尺寸较大的常规动力源相当的动力输出。通过减小动力源10的尺寸可以减轻其重量，使得采用动力源10的机器可以利用更轻的悬架、机架和各种其他部件。因此，本文所述的各方面可极大地有助于改善性能、改善燃料效率、降低材料成本等。
[0022]图2为根据本实用新型的一个方面，沿2-2方向截取的一部分排气歧管组件46的剖视图。如图2所示，排气歧管组件46包括排气流道58以及排气喷嘴头60。排气流道58配置成将废气68的第一气流110输送至图1中所示的涡轮增压器38。水冷套62围绕排气流道58布设并且配置成容纳流经其的水流70