一种发动机进排气系统以及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机进排气系统以及发动机。


背景技术：

2.目前柴油机降低排放的一种主要技术方案为进气采用两级增压系统，这种两级增压系统采取高压和低压两级增压器气路串联的形式，如图1所示，空气经低压级增压器01加压后，并由级间冷却器02进行冷却后再进入高压级增压器03进行第二级的加压，然后再经过柴油机05的中冷器04再次冷却后进入气缸中参与燃烧。两级增压系统可以实现很高的增压压比，大幅度提高柴油机05的空气进气量，改善气缸内燃烧质量，降低燃烧温度，减少柴油机05的排放，但是两级增压系统零部件多，结构复杂，包括高压级增压器03、低压级增压器01、级间冷却器02、连接管路等等，占用空间大，在柴油机上布置困难，系统的制造和运用成本高。


技术实现要素：

3.本实用新型的第一个目的在于提供一种发动机进排气系统，以简化结构，减少占用空间，便于布置，降低制造和运用成本。
4.本实用新型的第二个目的在于提供一种包括上述发动机进排气系统的发动机。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种发动机进排气系统，所述发动机进排气系统包括缸体和气缸盖，所述缸体与所述气缸盖围成多个气缸，所述气缸盖上对应每个所述气缸分别设置有进气结构以及排气结构，所述发动机进排气系统包括：
7.进气系统，所述进气系统包括中冷器以及多个涡轮增压器，各个所述涡轮增压器的压气机的出口通过第一进气管路并联于所述中冷器的进口，所述中冷器的出口通过第二进气管路与所述气缸盖的各个所述进气结构连接；
8.排气系统，所述排气系统包括排气支管、排气总管以及排气转接头，多根所述排气支管的进口与所述气缸盖上的各个所述排气结构一一对应连接，至少两根所述排气支管为一组，同一组的各根所述排气支管的出口并联于一根所述排气总管的进口，至少两根所述排气总管为一组，同一组的各根所述排气总管的出口并联于一个所述排气转接头的进口，每个所述涡轮增压器的涡轮机的进口与至少一个所述排气转接头的出口连接。
9.可选地，各所述气缸一字排列，各所述气缸两两为一组，且各组所述气缸关于同一个对称面对称布置，所述对称面与各所述气缸的排列方向垂直，与同一组的两个所述气缸的所述排气结构连通的两根所述排气支管为一组并联于一根所述排气总管的进口。
10.可选地，所述进气系统包括空滤器，各所述涡轮增压器的压气机的进口分别设置所述空滤器。
11.可选地，所述进气系统还包括安装支架，所述中冷器、各所述涡轮增压器的压气机以及各所述空滤器分别设置于所述安装支架。
12.可选地，所述涡轮增压器的涡轮机的进口与所述排气转接头的出口一一对应连接。
13.可选地，各所述排气支管以及各所述排气总管向所述气缸盖的同一侧延伸，以使各所述排气总管与位于所述气缸盖同一侧的各所述排气转接头对应连接。
14.可选地，相邻的两根所述排气支管之间、相邻的两根所述排气总管之间或者相邻的所述排气支管与所述排气总管之间设置有限位固定结构。
15.可选地，所述排气支管与所述排气总管之间、所述排气总管与所述排气转接头之间或者同一组的两根所述排气支管之间通过可伸缩的波纹管连接。
16.一种发动机，所述发动机包括如上任意一项所述的发动机进排气系统。
17.可选地，所述发动机的燃油系统包括：
18.与所述发动机的进排气系统的各个气缸一一对应设置的电控单体燃油喷射泵，所述电控单体燃油喷射泵的出口端设置电控阀；
19.设置于各个所述气缸内的喷油器，所述电控单体燃油喷射泵的出口端通过所述电控阀以及高压油管与所述喷油器连通；
20.喷射控制器，所述喷射控制器与各所述电控单体燃油喷射泵通信连接，所述喷射控制器用于根据发动机的转速和负荷情况按照预设指令控制各所述电控单体燃油喷射泵的喷射时刻和喷油量。
21.由以上技术方案可以看出，本实用新型中公开了一种发动机进排气系统，该发动机进排气系统包括缸体和气缸盖，缸体与气缸盖围成多个气缸，气缸盖上对应每个气缸分别设置有进气结构以及排气结构，发动机进排气系统还包括进气系统以及排气系统，其中，进气系统包括中冷器以及多个涡轮增压器，各个涡轮增压器的压气机的出口通过第一进气管路并联于中冷器的进口，中冷器的出口通过第二进气管路与气缸盖的各个进气结构连接；排气系统包括排气支管、排气总管以及排气转接头，多根排气支管的进口与气缸盖上的各个排气结构一一对应连接，至少两根排气支管为一组，同一组的各根排气支管的出口并联于一根排气总管的进口，至少两根排气总管为一组，同一组的各根排气总管的出口并联于一个排气转接头的进口，每个涡轮增压器的涡轮机的进口与至少一个排气转接头的出口连接。
22.在应用时，多台涡轮增压器的压气机分别对从大气中吸入的空气进行加压增压，增压后的空气通过各自的第一进气管路进入中冷器，各路空气在中冷器内部进行汇合和混合，最后输送到发动机的各气缸，这种多压气机并联的结构，使其可以采用体积和质量较小的压气机实现较大的空气流量，并且小型压气机内部的回转零件的转动惯量小，动态响应好，因而可以快速应对发动机负荷的变化，在各种运行工况下均可提供与燃油量相匹配的空气量，保证了气缸内的充分燃烧，减少了排放，并且并联方案无需级间冷却器及相应管路，可以使系统阻力小，系统配置简单，空间占用小，布置方便，能够降低制造和运用成本，同时，排气系统根据发动机气缸点火顺序及气缸排列布置情况，对排气支管和排气总管进行了分组优化组合，用以避免各气缸之间的排气干扰，又可以充分利用各气缸排气的脉冲能量保证涡轮增压器的涡轮机持续地获得排气能量，有利于涡轮增压器稳定高效工作，优化排气性能，进而提高发动机性能，并且排气系统采用由排气支管、排气总管以及排气转换头构成的三段分级设计，有助于降低系统和零件的复杂度，维护方便。
23.本实用新型还提供了一种发动机，该发动机包括如上所述的发动机进排气系统，由于该发动机进排气系统具备上述有益效果，因此具有该发动机进排气系统的发动机理应具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
24.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为现有技术中两级增压系统的结构示意图；
26.图2为现有技术中高压共轨喷射系统的结构示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的进气系统的主视图；
28.图4为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的进气系统的俯视图；
29.图5为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的排气系统的主视图；
30.图6为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的排气系统的俯视图；
31.图7为本实用新型实施例提供的发动机的燃油系统的结构示意图。
32.图1和图2中：
33.01为低压级增压器；02为级间冷却器；03为高压级增压器；04为中冷器；05为柴油机；06为高压油泵；07为共轨管；08为电控喷油器；09为电子控制器；
34.图3至图7中：
35.1为涡轮增压器；2为第一进气管路；3为中冷器；4为空滤器；5为安装支架；6、601、602、603、604、605、606、607、608为排气支管；7、701、702、703、704为排气总管；8、801、802为排气转接头；9为连接板；10为电控单体燃油喷射泵；11为电控阀；12为高压油管；13为喷油器；14为喷射控制器。
具体实施方式
36.本实用新型的核心之一是提供一种发动机进排气系统，该发动机进排气系统的结构设计使其结构简化，占用空间小，便于布置，降低制造和运用成本。
37.本实用新型的另一核心在于提供一种基于上述发动机进排气系统的发动机。
38.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，所描述的实施例仅仅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做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。
39.请参阅图3至图6，图3为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的进气系统的主视图，图4为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的进气系统的俯视图，图5为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的排气系统的主视图，图6为本实用新型实施例提供的发动机进排气系统的排气系统的俯视图。
40.本实用新型实施例中公开了一种发动机进排气系统，该发动机进排气系统包括缸体和气缸盖，缸体与气缸盖围成多个气缸，气缸盖上对应每个气缸分别设置有进气结构以
及排气结构，发动机进排气系统还包括进气系统以及排气系统。
41.其中，进气系统包括中冷器3以及多个涡轮增压器1，各个涡轮增压器1的压气机的出口通过第一进气管路2并联于中冷器3的进口，中冷器3的出口通过第二进气管路与气缸盖的各个进气结构连接；排气系统包括排气支管6、排气总管7以及排气转接头8，多根排气支管6的进口与气缸盖上的各个排气结构一一对应连接，至少两根排气支管6为一组，同一组的各根排气支管6的出口并联于一根排气总管7的进口，至少两根排气总管7为一组，同一组的各根排气总管7的出口并联于一个排气转接头8的进口，每个涡轮增压器1的涡轮机的进口与至少一个排气转接头8的出口连接。
42.综上所述，与现有技术相比，本实用新型实施例提供的发动机进排气系统在应用时，多台涡轮增压器1的压气机分别对从大气中吸入的空气进行加压增压，增压后的空气通过各自的第一进气管路2进入中冷器3，各路空气在中冷器3内部进行汇合和混合，最后输送到发动机的各气缸，这种多压气机并联的结构，使其可以采用体积和质量较小的压气机实现较大的空气流量，并且小型压气机内部的回转零件的转动惯量小，动态响应好，因而可以快速应对发动机负荷的变化，在各种运行工况下均可提供与燃油量相匹配的空气量，保证了气缸内的充分燃烧，减少了排放，并且并联方案无需级间冷却器及相应管路，可以使系统阻力小，系统配置简单，空间占用小，布置方便，能够降低制造和运用成本，同时，排气系统根据发动机气缸点火顺序及气缸排列布置情况，对排气支管6和排气总管7进行了分组优化组合，用以避免各气缸之间的排气干扰，又可以充分利用各气缸排气的脉冲能量保证涡轮增压器1的涡轮机持续地获得排气能量，有利于涡轮增压器1稳定高效工作，优化排气性能，进而提高发动机性能，并且排气系统采用由排气支管6、排气总管7以及排气转换头构成的三段分级设计，有助于降低系统和零件的复杂度，维护方便。
43.作为优选地，在本实用新型一种实施例中，各气缸一字排列，各气缸两两为一组，且各组气缸关于同一个对称面对称布置，对称面与各气缸的排列方向垂直，与同一组的两个气缸的排气结构连通的两根排气支管6为一组并联于一根排气总管7的进口。
44.进一步优化上述技术方案，在本实用新型实施例中，涡轮增压器1的涡轮机的进口与排气转接头8的出口一一对应连接。
45.以八缸发动机为例，如图5和图6所示，8根排气支管6每2根为一组进行组合共分为4组，每组的排气支管6各与一根排气总管7相连接，其组合方式为与发动机气缸组两端的第一气缸以及第八气缸对应连接的排气支管601和排气支管608为第一组，该组排气支管6并联于排气总管701，与发动机气缸组的第二气缸以及第七气缸对应连接的排气支管602和排气支管607为第二组，该组排气支管6并联于排气总管702，与发动机气缸组的第三气缸以及第六气缸对应连接的排气支管603和排气支管606为第三组，该组排气支管6并联于排气总管703，与发动机气缸组的第四气缸以及第五气缸对应连接的排气支管604和排气支管605为第四组，该组排气支管6并联于排气总管704；排气总管701、排气总管702、排气总管703以及排气总管704这四根排气总管7又按每2根为一组再分为2组，其中排气总管701与排气总管702为一组，该组排气总管7并联于排气转接头801，排气总管703与排气总管704为一组，该组排气总管7并联于排气转接头802，两个排气转接头801和802再分别与两台涡轮增压器1的涡轮机的废气进口相连接。
46.如图5和图6所示，在本实用新型实施例中，各排气支管6以及各排气总管7向气缸
盖的同一侧延伸，以使各排气总管7与位于气缸盖同一侧的各排气转接头8对应连接。
47.如图6所示，在本实用新型实施例中，为保证排气系统的稳定性，相邻的两根排气支管6之间、相邻的两根排气总管7之间或者相邻的排气支管6与排气总管7之间设置有限位固定结构，具体地，在设计及安装过程中，根据各排气支管6以及各排气总管7的相对位置，相邻的两根排气支管6、相邻的两根排气总管7或者相邻的排气支管6与排气总管7的合适位置设置安装凸台，安装凸台上设置螺纹孔，相邻的两根排气支管6两者的安装凸台之间、相邻的两根排气总管7两者的安装凸台之间或者相邻的排气支管6与排气总管7两者的安装凸台之间通过连接板9连接固定，连接板9上设置通孔，紧固螺栓穿过通孔与螺纹孔配合，将相邻的两根排气支管6、相邻的两根排气总管7或者相邻的排气支管6与排气总管7相对固定。
48.如图6所示，为便于生产及安装，在本实用新型实施例中，排气支管6与排气总管7之间、排气总管7与排气转接头8之间或者同一组的两根排气支管6之间通过可伸缩的波纹管连接，该波纹管能够弥补加工误差，从而便于排气支管6与排气总管7之间、排气总管7与排气转接头8之间或者同一组的两根排气支管6之间的连接，从图中可以看出，有些排气支管6并没有直接同排气总管7连接，而是借助同一组中另一个排气支管6的汇流段与排气总管7连接。
49.如图3和图4所示，在本实用新型实施例中，进气系统包括空滤器4，各涡轮增压器1的压气机的进口分别设置空滤器4。
50.进一步优化上述技术方案，为提高进气系统的结构紧凑型，减少空间占用，便于布置，在本实用新型实施例中，如图3和图4所示，进气系统还包括安装支架5，中冷器3、各涡轮增压器1的压气机以及各空滤器4分别设置于安装支架5。
51.本实用新型实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如上述实施例所述的发动机进排气系统，由于该发动机采用了上述实施例中的发动机进排气系统，因此发动机的技术效果请参考上述实施例。
52.如图2所示，目前发动机降低排放的另一种主要技术方案是采用高压共轨电控燃油喷射系统，高压共轨电控燃油喷射系统由一个高压油泵把燃油提升到很高的压力，然后输送到一根共轨管中，在共轨管内保持一个稳定的高压燃油压力，共轨管再分别与各气缸的电控喷油器13相连接，电子控制器(ecu)直接控制电控喷油器13进行燃油的喷射。高压共轨电控燃油喷射系统喷出的燃油雾化油滴更细，与空气混合更均匀，提高了发动机气缸内的燃烧质量，降低了发动机的排放。同时，在喷射过程中燃油压力不受发动机转速和功率的影响，在发动机低速低负荷时也可以保持良好的燃油喷射质量，但是由于燃油压力高，系统内高压部位多，从高压油泵到共轨管再到电控喷油器13整个系统内一直处于高压状态，且持续时间长，密封难度大易发生泄漏，对各等零部件的材料、加工及装配精度要求也非常高，系统的制造和运用成本高。
53.为解决上述问题，如图7所示，在本实用新型实施例中，上述发动机的燃油系统包括电控单体燃油喷射泵10、喷油器13以及喷射控制器14，其中，电控单体燃油喷射泵10与发动机的进排气系统的各个气缸一一对应设置，电控单体燃油喷射泵10的出口端设置电控阀11；喷油器13设置于各个气缸内，电控单体燃油喷射泵10的出口端通过电控阀11以及高压油管12与喷油器13连通；喷射控制器14与各电控单体燃油喷射泵10通信连接，喷射控制器14用于根据发动机的转速和负荷情况按照预设指令控制各电控单体燃油喷射泵10的喷射
时刻和喷油量，这样通过在发动机每个气缸上均安装一个电控单体燃油喷射泵10，通过发动机的喷射控制器14来控制和驱动各缸电控单体燃油喷射泵10的喷射时刻和喷油量，可以在发动机不同转速和不同负荷工况下的供油参数进行调节设定，实现各工况下的性能优化，降低发动机的排放。
54.上述发动机可以为柴油机，进一步地，可以为船用柴油机，并且当上述发动机为船用柴油机并采用上述进排气系统以及燃油系统时，可以获得极佳的性能，并且满足船用柴油机中国二阶段的排放标准要求。
55.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
56.应当理解，本技术中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”，仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。
57.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.其中，在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，在本技术实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
59.以下，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
60.本技术中如若使用了流程图，则该流程图是用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
61.还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种发动机进排气系统，所述发动机进排气系统包括缸体和气缸盖，所述缸体与所述气缸盖围成多个气缸，所述气缸盖上对应每个所述气缸分别设置有进气结构以及排气结构，其特征在于，所述发动机进排气系统包括：进气系统，所述进气系统包括中冷器以及多个涡轮增压器，各个所述涡轮增压器的压气机的出口通过第一进气管路并联于所述中冷器的进口，所述中冷器的出口通过第二进气管路与所述气缸盖的各个所述进气结构连接；排气系统，所述排气系统包括排气支管、排气总管以及排气转接头，多根所述排气支管的进口与所述气缸盖上的各个所述排气结构一一对应连接，至少两根所述排气支管为一组，同一组的各根所述排气支管的出口并联于一根所述排气总管的进口，至少两根所述排气总管为一组，同一组的各根所述排气总管的出口并联于一个所述排气转接头的进口，每个所述涡轮增压器的涡轮机的进口与至少一个所述排气转接头的出口连接。2.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，各所述气缸一字排列，各所述气缸两两为一组，且各组所述气缸关于同一个对称面对称布置，所述对称面与各所述气缸的排列方向垂直，与同一组的两个所述气缸的所述排气结构连通的两根所述排气支管为一组并联于一根所述排气总管的进口。3.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述进气系统包括空滤器，各所述涡轮增压器的压气机的进口分别设置所述空滤器。4.根据权利要求3所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述进气系统还包括安装支架，所述中冷器、各所述涡轮增压器的压气机以及各所述空滤器分别设置于所述安装支架。5.根据权利要求1-4任意一项所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述涡轮增压器的涡轮机的进口与所述排气转接头的出口一一对应连接。6.根据权利要求1-4任意一项所述的发动机进排气系统，其特征在于，各所述排气支管以及各所述排气总管向所述气缸盖的同一侧延伸，以使各所述排气总管与位于所述气缸盖同一侧的各所述排气转接头对应连接。7.根据权利要求6所述的发动机进排气系统，其特征在于，相邻的两根所述排气支管之间、相邻的两根所述排气总管之间或者相邻的所述排气支管与所述排气总管之间设置有限位固定结构。8.根据权利要求1-4及7任意一项所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述排气支管与所述排气总管之间、所述排气总管与所述排气转接头之间或者同一组的两根所述排气支管之间通过可伸缩的波纹管连接。9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括如权利要求1-8任意一项所述的发动机进排气系统。10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述发动机的燃油系统包括：与所述发动机的进排气系统的各个气缸一一对应设置的电控单体燃油喷射泵，所述电控单体燃油喷射泵的出口端设置电控阀；设置于各个所述气缸内的喷油器，所述电控单体燃油喷射泵的出口端通过所述电控阀以及高压油管与所述喷油器连通；喷射控制器，所述喷射控制器与各所述电控单体燃油喷射泵通信连接，所述喷射控制器用于根据发动机的转速和负荷情况按照预设指令控制各所述电控单体燃油喷射泵的喷
射时刻和喷油量。

技术总结
本实用新型涉及一种发动机进排气系统以及发动机，发动机进排气系统包括进气系统及排气系统，进气系统包括多个涡轮增压器及中冷器，各个涡轮增压器的压气机通过第一进气管路并联于中冷器，中冷器通过第二进气管路与气缸盖的各个进气结构连接；排气系统包括排气支管、排气总管及排气转接头，多根排气支管与气缸盖的各个排气结构一一对应连接，至少两根排气支管为一组并联于一根排气总管，至少两根排气总管为一组并联于一个排气转接头，每个涡轮增压器的涡轮机与至少一个排气转接头连接；上述发动机进排气系统可快速应对负荷变化，提供与燃油量匹配的大流量空气，保证充分燃烧，减少排放，并充分利用废气排气能量，优化提升排气性能及发动机整体性能。气性能及发动机整体性能。气性能及发动机整体性能。


技术研发人员：魏勇 陈勇 李红光 罗润 覃肯
受保护的技术使用者：重庆潍柴发动机有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/5/16