專利名稱：多缸內燃機的排氣系統的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及多缸內燃機的排氣系統，該排氣系統具有用來凈化來自發動機的廢氣的催化轉化器。并尤其涉及具有主催化轉化器和輔助催化轉化器的這種類型的排氣系統，其中，當類似于在發動機剛剛冷起動之后的條件下，主催化轉化器不充分觸發，而廢氣被引導到容易觸發的輔助催化轉化器。
背景技術：
通常，在內燃機供能的機動車輛中，發動機的排氣系統被布置在車輛的地板之下，并且在該排氣系統中安裝有催化轉化器。如果催化轉化器布置在該系統的相對下游位置，則催化轉化器需要很長時間來被加熱到充分程度，以用于它的廢氣凈化操作，尤其是在發動機剛剛冷起動之后。也就是說，在很長時間內，催化轉化器不能夠呈現出它正常的廢氣凈化作用。然而，如果為了解決上述缺陷而將催化轉化器布置在系統的相對上游位置，即，靠近發動機的位置，那么就趨于產生另一個缺陷，即，由于發動機的熱沖擊以及來自發動機的被高度加熱的廢氣，催化轉化器的耐久性會降低。
為了解決上述缺陷，已經提出的各種措施，其中一個措施在日本公開的專利申請(Tokkaihei)5-321644中公開。在這個措施中，一條主通道從發動機的排氣歧管延伸到主催化轉化器。其中安裝有輔助催化轉化器的旁通通道從主通道的上游部分延伸到主通道的下游部分。切換閥布置在主通道的上游部分，以便選擇性地打開和關閉主通道和旁通通道，而控制器連接到該切換閥上。在工作中，在發動機剛剛冷起動之后，控制器控制切換閥，以將來自發動機的廢氣引入到旁通通道中。
在這個措施中，由于輔助催化轉化器位于排氣系統的相對上游位置，可以預計到輔助催化轉化器會更早觸發，這可以誘使排氣系統更早地進行廢氣凈化工作。
發明內容
在上述專利申請公開文本的措施中，旁通通道的氣體入口位于排氣歧管的支管匯合位置的下游。即，從發動機的所有氣缸的廢氣路徑相連接的匯合部分的下游的一部分起，主通道和旁通通道平行延伸。從而，即使輔助催化轉化器可以比主催化轉化器處于更上游的位置，也不能縮短從每個氣缸的排氣口到輔助催化轉化器的距離，由此，實際上在發動機的冷起動過程中，不能有效地執行更早的廢氣凈化工作。
由于旁通通道從排氣歧管的下游位置分支出來，具有顯著熱容量的排氣歧管導致引入旁通通道中的廢氣的溫度下降，這就阻礙了輔助催化轉化器更早的廢氣凈化工作。
此外，由于現代的排氣歧管被設計并構造成避免或至少最小化排氣干涉，則難于縮短從旁通通道入口到輔助催化轉化器的距離。即，在用于直列四缸發動機的排氣歧管的情況下，目前采用所謂的4-2-1連接形式，其中用于#1和#4氣缸的支管形成一個單元，而用于#2和#3氣缸的支管形成另一單元，這兩個單元在歧管的出口部分結合。如容易知道的，在這種類型的排氣歧管中，難于減小總長度。上述4-2-1連接形式趨于使歧管具有復雜的結構，這就增加了歧管的熱容量。
因此，本發明的目的是提供一種多缸內燃機的排氣系統，該系統不存在上述缺陷。
根據本發明的第一方面，提供了一種多缸內燃機的排氣系統，該排氣系統包括分別連接到發動機的各氣缸的多條上游主排氣通道；連接到主排氣通道上的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道中的主催化轉化器；分別從上游主排氣通道伸出的多條上游旁通排氣通道；每條上游旁通排氣通道的橫截面積小于相應的主排氣通道的橫截面積；連接到上游旁通排氣通道上的下游旁通排氣通道；下游旁通排氣通道的下游端在主催化轉化器的上游的位置處連接到下游主排氣通道；安裝在下游旁通排氣通道中的輔助催化轉化器；以及氣流切換閥，在采取給定工作位置時，該氣流切換閥能夠迫使來自發動機各氣缸的廢氣流向上游旁通排氣通道。
根據本發明的第二方面，提供了一種直列四缸發動機的排氣系統，該系統包括從發動機的第一、第二、第三和第四氣缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排氣通道，其中第一和第四氣缸是點火順序不是相繼的氣缸，而第二和第三氣缸是點火順序不是相繼的氣缸；通過將第一和第四上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間主排氣通道；通過將第二和第三上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間主排氣通道；通過將第一和第二中間主排氣通道的下游端相連接而提供的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道中的主催化轉化器；分別從第一和第二上游主排氣通道的上游部分伸出的第一和第二上游旁通排氣通道；分別從第三和第四上游主排氣通道的上游部分伸出的第三和第四上游旁通排氣通道；通過第一和第二上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間旁通排氣通道；通過第三和第四上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間旁通排氣通道；通過將第一和第二中間旁通排氣通道的下游端相連接而提供的下游旁通排氣通道，該下游旁通排氣通道的下游端在主催化轉化器的上游的位置處連接到下游主排氣通道；以及安裝在下游旁通排氣通道中的輔助催化轉化器。
根據本發明的第三方面，提供了一種直列四缸內燃機的排氣系統，該系統包括從發動機的第一、第二、第三和第四氣缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排氣通道，第一、第四氣缸是點火順序不相繼的氣缸，而第二和第三氣缸是點火順序不相繼的氣缸；通過將第一和第四上游排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間主排氣通道；通過將第二和第三主排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間主排氣通道；通過將第一和第二中間主排氣通道的下游端相連接而提供的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道中的主催化轉化器；分別從第一和第二上游主排氣通道的上游部分延伸的第一和第二上游旁通排氣通道；分別從第三和第四上游主排氣通道的上游部分延伸的第三和第四上游旁通排氣通道；通過將第一和第二上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間旁通排氣通道；通過將第三和第四上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間旁通排氣通道；通過將第一和第二中間旁通排氣通道的下游端相連接而提供的下游旁通排氣通道，該下游旁通排氣通道的下游端連接在主催化轉化器的上游的位置處連接到下游主排氣通道上；安裝在下游旁通排氣通道內的輔助催化轉化器；以及分別安裝在第一、第二、第三和第四上游主排氣通道內的切換閥。
本發明的其他目的和優點將從下面參照附圖給出的描述中變得容易理解，圖中圖1是示出本發明第一實施例的排氣系統的概念圖；圖2是第一實施例的排氣系統的側視圖；圖3是在第一實施例中采用的排氣歧管的底視圖；圖4是在第一實施例中采用的排氣歧管的俯視圖；圖5是閥單元及其附近部分的放大截面圖；圖6是閥單元的前視圖；圖7是同步觸發構成閥單元的兩個切換閥的連桿機構的視圖；圖8是在本發明第二實施例的排氣系統中采用的閥單元的截面圖；圖9是在本發明第三實施例的排氣系統中采用的閥單元的截面圖；圖10是在本發明第四實施例的排氣系統中采用的閥單元的截面圖；圖11是在本發明第五實施例的排氣系統中采用的閥單元的截面圖；圖12是類似于圖1的視圖，但是示出了本發明第六實施例的排氣系統；圖13是本發明第七實施例的排氣系統的主要部分的截面圖，其中輔助催化轉化器直接連接到發動機的氣缸蓋上；以及圖14是示出本發明第七實施例的排氣系統的概念圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖詳細描述本發明的各種實施例。
為了便于理解，各種方向上的術語，如右、左、上、下、向右等用在下面的描述中。但是，這些術語僅相對于示出相應的部件或部分的附圖來理解。
參照圖1，圖1示出了本發明第一實施例的排氣系統100的概念圖。在這個實施例中，采用直列四缸內燃機來實施本發明。
四個氣缸1，即#1、#2、#3、#4排列在發動機的機體中。從每個氣缸1，伸出上游主排氣通道2。
應該指出的是，上游主排氣通道2是從發動機的排氣氣門(未示出)向下游部件延伸的通道，在該下游部件處，設置了具有其他上游主排氣通道2的后面提到的匯合部分(junction portion)。
如圖所示，來自點火順序并不相繼的氣缸#1和#4的上游主排氣通道2由第一中間主排氣通道3A相連接，而來自點火順序并不相繼的氣缸#2和#3的上游主排氣通道2由第二中間主排氣通道3B相連接。
在每個連接部分中，安裝了切換閥4A或4B。如下面將詳細描述的，切換閥4A和4B由單獨一個致動器控制。
即，當發動機處于剛剛冷起動之后的條件下時，切換閥4A和4B由致動器控制而采取它們的關閉位置，阻擋每個主排氣通道2和相應的中間主排氣通道3A或3B之間的流體連通，同時，阻擋相連接的兩個上游主排放路徑之間的流體連通。
如下面詳細描述的，兩個切換閥4A和4B構成閥單元5A(見2和5)。
如從圖1中所看到的，從閥單元5伸出的第一和第二中間主排氣通道3A和3B在匯合部分6處連接，并且下游主排氣通道7從匯合部分6向下游延伸。
在下游主排氣通道7中，安裝了主催化轉化器8，該主催化轉化器8包括三元催化劑8和HC(碳氫化合物)捕捉催化劑。這個主催化轉化器8布置在車輛地板之下并具有足夠的容量。
從而，四個上游主排氣通道2、兩個中間主排氣通道3A和3B、下游主排氣通道7和主催化轉化器8構成主排氣通道結構，在發動機正常工作條件下，來自發動機的廢氣可以通過該主排氣通道結構排出。即，在這種正常工作條件下，限定了排氣系統的4-2-1連接型式的通道結構，從而，借助于排放動態效果(exhaust dynamic effect)，增加了氣缸的進氣效率。
如從圖1所示，從每個上游主排氣通道2的支管部分12，延伸出上游旁通排氣通道11。
要指出的是，支管部分12設置在通道2中盡可能上游處。更詳細的說，支管部分12應至少設置在上游到上游主排氣通道2整個長度的1/2點處的范圍內。
每個上游旁通排氣通道11的截面面積充分小于相應的上游主排氣通道的橫截面積。
如圖所示，來自氣缸#1和#2的主排氣通道2的上游旁通排氣通道11在匯合部分13處結合，而第一中間旁通排氣通道14A從匯合部分13向下游延伸。類似地，來自氣缸#3和#4的主排氣通道2的上游旁通排氣通道11在匯合部分13處結合，而第二中間旁通排氣通道14B從匯合部分13向下游延伸。每個旁通排氣通道11做得盡可能短。
如圖所示，兩個中間旁通排氣通道14A和14B在匯合部分15處結合，而下游旁通排氣通道16從匯合部分15向下游延伸。下游旁通排氣通道16在主催化轉化器8的上游位置處引向下游主排氣通道7上設置的匯合部分17，如圖所示。
在下游旁通排氣通道16中，安裝有輔助催化轉化器18，該輔助催化轉化器18包括三元催化劑。輔助催化轉化器18布置在旁通排氣通道中盡可能上游處。換句話說，支管部分12和匯合部分15之間的每個旁通排氣通道的長度應該做得盡可能短。
如果需要的話，四個上游旁通排氣通道11可以在輔助催化轉化器18的正好上游的位置處連接，而不需要上述兩個中間旁通排氣通道14A和14B的輔助。然而，當考慮每個支管部分12和輔助催化轉化器18之間固定定位，在本發明中，上述4-2-1結合類型的通道結構是優選的。即，在這種類型中，實際使用的通道的整個長度可以縮短，因此，所使用的管道可以具有減小的熱容量，并且，可以具有減小的對大氣的熱輻射面積。
如圖1所示，輔助催化轉化器18包括第一催化劑部分18a和第二催化劑部分18b，它們一前一后布置。在這兩個部分18a和18b之間，限定了一個特定的間隙19，EGR(即，廢氣再循環部分)通道20的入口部分暴露于該間隙。雖然在附圖中未示出，這個EGR通道20的出口部分通過EGR控制閥暴露于發動機的進氣系統的一部分。即，在發動機工作過程中，部分廢氣從該間隙19被提取并引導到進氣系統中。
要指出的是，輔助催化轉化器18與主催化轉化器8相比具有較小的容量，并是這樣一種類型，即，即使在相對冷的條件下，它也可以呈現出充分的觸發。
在工作中，當發動機處于剛剛冷起動之后的條件時，即，當來自發動機的廢氣的溫度不充分高時，致動器(未示出)導致兩個切換閥4A和4B處于關閉位置，由此阻擋主排氣通道。在這種條件下，來自發動機的廢氣從支管部分12完全引導到上游旁通排氣通道11，并然后通過兩個中間旁通排氣通道14A和14B引導到輔助催化轉化器18。
由于輔助催化轉化器18位于排氣系統的上游側，即，靠近氣缸#1、#2、#3和#4，并具有較小的容量，因此該催化轉化器18被快速加熱并從而被快速觸發，由此可以很早開始輔助催化轉化器18的充分排氣凈化工作。
在這種條件下，由于每個切換閥4A或4B隔離該對上游主排氣通道2，抑制或至少最小化了不期望的廢氣溫度降低，而廢氣溫度降低會由廢氣通過切換閥4A或4B在該對上游主排放路徑2中往復運動造成。這就促進了輔助催化轉化器18的快速觸發。
此外，在這種條件下，由于引導到EGR通道20內的廢氣是已經被輔助催化轉化器18的第一催化劑部分18a凈化或潔凈后的氣體，尤其是，保護EGR通道20的EGR氣體控制閥免受固態沉積物和污染物的影響。
而由于發動機的連續工作，來自發動機的廢氣呈現出充分高的溫度，致動器導致兩個切換閥4A和4B采取打開位置，由此建立主排氣通道的開放條件。
由此，來自發動機的廢氣主要被引導到四個上游主排氣通道2，并通過該對中間主排氣通道3A和3B引導到主催化轉化器8中。由于每個上游旁通排氣通道11的橫截面積小于相應的上游主排氣通道2的橫截面積，并且由于在旁通排氣系統中存在輔助催化轉化器18，幾乎所有來自發動機的廢氣被強制流到主排氣系統中。從而，在這種情況下，輔助催化轉化器18不會出現熱退化。此外，由于旁通排氣通道以較小程度打開，因此在高速和高負載工作條件下，發動機產生大量廢氣時，允許一部分廢氣進入旁通排氣通道中。這防止了背壓造成的氣缸進氣效率降低。
如上面所描述的，主排氣通道系統是4-2-1結合類型結構的形式，從而，可以借助于排放動態效果提高氣缸的進氣效率。
雖然旁通排氣通道系統以上述方式布置而沒有將避免排氣干涉考慮在內，但是，由于所使用的每個上游旁通排氣通道11具有充分小的橫截面積，由于相應氣缸的連通而不可避免地誘發的排氣干涉可以被減小到非常小的程度。如果上游旁通排氣通道11的橫截面積做得大于預定的高程度，由于排氣干涉，會出現進氣效率的顯著降低。但是，如果橫截面積做得小于預定的低程度，則在切換閥4A和4B保持在它們關閉位置時，廢氣量過分減少，并因此旁通排氣系統可以實際工作的工作范圍過分減小。
因此，實際上，上游旁通排氣通道的橫截面積具有根據發動機的排量變化的一個范圍。試驗已經表明當發動機具有2000cc的排量時，利用內徑在5mm到15mm范圍內的上游旁通排氣通道11的旁通排氣系統，可以獲得充分的性能。
如果EGR系統在切換閥4A和4B打開位置下進行工作，用于再循環的廢氣從輔助催化轉化器18提取。在這種EGR工作下，如果流入下游主排氣通道7內的一部分廢氣在下游旁通排氣通道16內回流，通道16內的廢氣被強迫流過催化轉化器18的第二催化劑部分18b，由此用于EGR系統的廢氣不受污染，因此，保護EGR系統，尤其是EGR氣體控制閥免受固態沉積物和污染物的影響。在下游旁通排氣通道16內回流的廢氣流速相對低，因此，廢氣可以在第二催化劑部分18b內停留足夠長時間。從而，第二催化劑部分18b可以具有比第一催化劑部分18a小或短的尺寸或長度。
下面，將參照附圖2對第一實施例的排氣系統100進行詳細解釋。
在附圖中，由附圖標記31標識的是內燃機，該內燃機包括機體32和安裝在機體32上的氣缸蓋33。發動機31橫向地安裝在機動車輛的發動機室內。在附圖中，發動機31的右側面向車輛的后方，因此，下面描述中右側將稱為后側。
排氣歧管34安裝到氣缸蓋33的后側上，該氣缸蓋在其中限定了上述四個上游主排氣通道2。在排氣歧管34的后端，安裝了閥單元5A，該閥單元5A配備有兩個切換閥4A和4B。從閥單元5A向下游延伸的是構成上述下游主排氣通道7的前排氣管35。前排氣管35的上游部分在其中具有兩個平行通道，這兩個平行通道構成上述中間主排氣通道3A和3B。主催化轉化器8在平行通道3A和3B的下游位置處安裝到前排氣管35上。
如圖2所示，輔助催化轉化器18及其相關部件11、14A、14B、16和20布置在從發動機31的氣缸蓋33向后延伸的主排氣系統之下。輔助催化轉化器18設置在前排氣管35之前的發動機室內。從而，在相關的機動車輛運行條件下，輔助催化轉化器18被車輛運行時產生的氣流有效冷卻，由此可以抑制這個催化轉化器18的過熱。
如圖所示，每個上游旁通排氣通道11在支管部分12處從相應的上游主排氣通道2以在二者之間限定一個銳角的方式分支出來，這使在切換閥4A和4B采取它們的關閉位置時，氣流平順從主通道2流向旁通通道。要指出的是，兩個旁通排氣通道11的下游部分結合而構成第一中間旁通排氣通道14A，另兩個旁通排氣通道11的下游部分結合而構成第二中間旁通排氣通道14B。
將從附圖的圖3和圖4中更清楚地理解第一實施例的排氣系統100的結構。
圖3示出排氣歧管34的底視圖，而圖4示出排氣歧管34的俯視圖。
從這些圖中可以看出，排氣歧管34包括四個支管41、42、43和44，它們分別構成上游主排氣通道2；兩個安裝凸緣45和46，這兩個安裝凸緣45和46固定到發動機的氣缸蓋上，并具有開口(無附圖標記)，支管41、42、43和44的上游端分別暴露于該開口；以及四個旁通管11，這四個旁通管從相應的支管41、42、43和44的上游部分(12)伸出，以分別構成上游旁通排氣通道11。
如圖所示，從來自氣缸#1和#2的支管41和42延伸的兩個旁通管11在它們的下游部分結合，以構成結合的通道部分，該結合的通道部分對應于第一中間旁通通道14A，從來自氣缸#3和#4的支管43和44伸出的另兩個旁通管11在它們的下游部分結合，以構成另一個結合的通道部分，該另一個結合的通道部分對應于第二中間旁通通道14B。
這兩個結合的通道部分14A和14B具有安裝凸緣47，該安裝凸緣47具有開口(無附圖標記)，通道部分14A和14B的下游端暴露于該開口。雖然在這些圖中沒有示出，但是上述輔助催化轉化器18的入口部分固定到安裝凸緣47上。
如從圖3和4可以理解到的，在排氣歧管34的四個支管41、42、43和44的下游部分處，提供了兩個相結合的安裝凸緣48A和48B。
如從圖3中可以看出的，安裝凸緣48A具有兩個開口，支管41和44分別連接到這兩個開口上，而另一個安裝凸緣48B具有兩個開口，另外的支管42和43分別連接到這兩個開口上。如果需要的話，取代使用兩個安裝凸緣48A和48B，可以使用單獨一個安裝凸緣。在這種情況下，安裝凸緣具有四個隔離的開口，四個支管41、42、43和44分別以上述方式連接到該開口上。
參照圖5和6，圖中示出可操作地連接到兩個安裝凸緣48A和48B上的閥單元5A的細節。
如從圖5可以看出的，閥單元5A包括殼體51，該殼體51具有四個開口，它們是第一對開口52和55以及第二對開口53和54。在殼體51與兩個安裝凸緣48A和48B連接時，安裝凸緣48A的兩個開口連接到該對開口52和55上，另一安裝凸緣48B的兩個開口連接到另一對開口53和54上。
如從圖5可以看出的以及上面已經提到的，從閥單元5A，延伸出前排氣管35，該排氣管35在其上游部分具有兩個平行的通道3A和3B(它們是上面提到的第一和第二中間主排氣通道3A和3B)，這兩個平行的通道3A和3B由軸向延伸的分隔壁59分開。兩個平行通道3A和3B中的一個與該對開口52和55連通，而平行通道3A和3B中的另一個與另一對開口53和54連通。
在該對開口52和55后面，可樞轉地布置第一切換閥4A，該切換閥包括樞轉軸56，該樞轉軸由后面提到的致動器致動，該切換閥還包括與樞轉軸56成一體的閥體托架57和配裝到閥體托架57上的扁平矩形閥體58。類似地，在另一對開口53和54后面，可樞轉地布置第二切換閥4B，該切換閥4B也包括由致動器致動的樞轉軸56、與樞轉軸56成一體的閥體托架57以及配裝到閥體托架57上的扁平矩形閥體58。
從而，第一切換閥4A作用為選擇性地同時打開和關閉該對開口52和55，而第二切換閥4B作用為選擇性地同時打開和關閉另一對開口53和54。即，第一切換閥4A功能為選擇性打開和關閉一組氣缸#1和#4與一個通道3A之間的連通，而第二切換閥4B功能為選擇性地打開和關閉另一組氣缸#2和#3與另一通道3B之間的連通，如從附圖中可以理解到的。
當第一切換閥4A采取關閉位置，該對開口52和55之間的連通也被阻擋，因此用于氣缸#1的主排氣通道2和用于氣缸#4的主排氣通道2之間的連通被阻擋。而當第二切換閥4B采取關閉位置時，該對開口53和54之間的連通也被阻擋，因此，用于氣缸#2的主排氣通道2和用于氣缸#3的主排氣通道2之間的連通被阻擋。
當第一和第二切換閥4A和4B都打開時，來自氣缸#1和#4的廢氣被導引到第一中間主排氣通道3A，并且同時，來自氣缸#2和#3的廢氣被導引到第二中間主排氣通道3B。
如下面將詳細描述的，由單獨一個致動器致動的連桿機構布置在第一和第二切換閥4A和4B的相應樞轉軸56之間，從而這兩個閥4A和4B可以同步地采取它們的打開和關閉位置。
圖7示出由單獨一個致動器64致動的連桿機構的細節。連桿機構包括固定到第一切換閥4A的樞轉軸56上的第一連接板61A、固定到第二切換閥4B的樞轉軸56上的第二連接板61B、一端可樞轉地連接到第一連接板61A上而另一端可樞轉地連接到第二連接板61B上的拉桿62、以及固定到第一切換閥4A的樞轉軸56上的第三連接板63。如圖所示，第一和第二連接板61A和61B布置成在二者之間限定90度的角度。致動器64可以是真空動力型的或電磁型的，具有一個通過拉桿65連接到第三連接板63上的輸出元件。當致動器64被供能時，致動器的輸出元件推動拉桿65。由此，第一切換閥4A的樞轉軸56在圖7中的順時針方向轉動，并且同時，第二切換閥4B的樞轉軸56沿逆時針方向轉動，從而，第一和第二切換閥4A和4B采取它們的關閉位置。
參照圖8，圖8示出安裝在本發明第二實施例的排氣系統200中的閥單元5B。為了容易理解這個實施例，該視圖以一些圖視矛盾示意性示出。
在這個實施例200中采用的閥單元5B具有兩個蝶形閥，用作相應的切換閥4A和4B。
每個蝶形閥70包括樞轉軸71，該樞轉軸71布置在相應的通道3A和3B的上游端部處。每個樞轉軸71具有兩個扁平閥體71a和72b，它們從該處向外徑向延伸。如圖所示，扁平閥體72a和72b相對于樞轉軸71的軸線稍微偏移。
分隔壁73在每個通道3A或3B的上游端部沿軸向延伸到靠近相應的樞轉軸71的位置處，從而上游端部分成兩個通道52A和55A(或53A和54A)，這兩個通道分別匯入開口52和55(或開口53和54)中。
密封元件74固定到每個通道3A或3B的內壁上。如圖所示，當切換閥4A或4B采取它的關閉位置時，兩個扁平的閥體72a和72b分別靠近兩個通道52A和55A(或53A和54A)的下游端。在這種情況下，每個閥體72a或72b與相應的密封元件74相接觸。
即，當第一切換閥4A采取關閉位置時，該對開口52和55中的每一個與通道3A之間的連通被阻擋，同時，該對開口52和55之間的連通也被阻擋。類似地，當第二切換閥4B采取關閉位置時，該對開口53和54中每一個與另一通道3B之間的連通被阻止，且同時，該對開口53和54之間的連通也被阻擋。雖然在圖中沒有示出，由致動器致動的連桿機構與兩個樞轉軸71相結合，以便同步致動該樞轉軸。
參照圖9，圖9示出閥單元5C，該閥單元5C安裝在本發明第三實施例的排氣系統300中。而且，為了容易理解這個實施例，該視圖以一些圖視矛盾示意性示出。
在這個實施例中采用的閥單元5C基本上與上述實施例200中的閥單元5B相同，除了在第三實施例300中，沒有對應于分隔壁73的裝置，并且在第三實施例300中，兩個扁平閥體72a和72b從樞轉軸71徑向向外延伸。從而，在這個實施例300中，即使在每個切換閥4A或4B采取如圖所示的關閉位置時，該對開口52和55(或53和54)之間的流體連通也得以保持，而不像上述第一和第二實施例100和200中的情況那樣。
參照圖10，圖10示出了安裝在本發明第四實施例的排氣系統400中的閥單元5D。同樣，為了容易理解，該視圖以一些圖視矛盾示意性示出。
在這個實施例400中采用的閥單元5D只有一個蝶形閥80，這個蝶形閥80起到切換閥4A和4B二者的功能，用來控制四個上游主排氣通道2和兩個中間主排氣通道3A和3B之間的流體連通。
蝶形閥80包括樞轉軸81，該樞轉軸81布置在兩個中間主排氣通道3A和3B的上游部分處。在所示的實施例中，樞轉軸81由軸向延伸的分隔壁59可轉動地支撐。樞轉軸81具有兩個扁平閥體82a和82b，它們從樞轉軸徑向向外延伸。然而，實際上，扁平閥體82a和82b相對于樞轉軸81的軸線稍微偏移，如圖所示。
密封元件84固定到通道3A和3B的內壁上。如圖所示，當蝶形閥80采取其關閉位置時，兩個扁平閥體82a和82b的外側端與密封元件84相接觸。當在箭頭的方向上轉動蝶形閥80時，蝶形閥80采取其打開位置。
如從附圖中可以理解到的，當蝶形閥80采取其關閉位置時，該對開口52和55(或開口53和54)與第一或第二中間主排氣通道3A或3B之間的流體連通被阻擋，同時，保持該對開口52和55之間的連通，也就是說，保持用于氣缸#1和#4的兩個上游主排氣通道2之間的連通。而當蝶形閥80轉動到打開位置時，該對開口52和55(或53和54)與第一或第二中間主排氣通道3A或3B之間的流體連通被建立。
參照圖11，圖11示出了在本發明第五實施例的排氣系統500中采用的閥單元5E。類似于圖8到圖10的上述附圖，為了容易理解，這個實施例的視圖也以一些圖視矛盾示意性示出。
在這個實施例500中采用的閥單元5E具有兩個滑動門型閥90，作為切換閥4A和4B。每個滑動門型閥90包括一個扁平的滑動門91，該滑動門布置在成對的開口52、55、53和54之后，以便在垂直于中間主排氣通道3A和3B的軸線的方向上滑動。
參照圖12，圖12示出本發明第六實施例的排氣系統600。
如這個圖所示，這個實施例的排氣系統600類似于上述第一實施例的排氣系統100。從而，只有與第一實施例100不同的部件或部分將在下面得以詳細描述。
在第六實施例600中，切換閥4安裝在每個上游主排氣通道2中。每個切換閥4布置在相應的通道2內盡可能上游處，以便相應的上游旁通排氣通道11可以在發動機冷起動之后獲得更高溫度的廢氣。實際上，排氣歧管34的四個支管41、42、43和44(或2)(見圖3和4)具有相當高的熱容量，因此，如果從支管的入口端到相應的切換閥4限定的每個支管41、42、43和44的長度較大，則引入相應旁通排氣通道11的廢氣經歷顯著的溫度降低，這對于輔助催化轉化器18來說是不理想的。
參照圖13和14，圖中示意性示出本發明第七實施例的排氣系統700。在這個實施例700中，輔助催化轉化器18直接連接到發動機31的氣缸蓋33上以便縮短四個旁通排氣通道11的長度。如圖所示，在這種情況下，四個旁通排氣通道11限定在氣缸蓋33內，并且每個旁通排氣通道11從相應的排氣口100分支出來，而該排氣口構成上游主排氣通道2的一部分。
如圖14所示，四個旁通排氣通道11在它們的下游端連接，并直接連接到輔助催化轉化器18的入口上。在這種情況下，在發動機31冷起動之后，可以將更高溫度的廢氣引入到催化轉化器18內。
雖然在上面的描述中，本發明是針對直列四缸內燃機31加以描述的，但是，本發明可以廣泛地應用于各種類型的多缸內燃機上，包括直列型和V型。
2004年6月8日提交的日本專利申請2004-169394和2004年7月13日提交的2004-205357的全部內容合并于此作為參考。
雖然上面已經參照本發明的實施例描述了本發明，但是本發明不局限于上面描述的這些實施例。鑒于上面的描述，本領域技術人員可以對這些實施例進行各種修改和變動。
權利要求
1.一種多缸內燃機的排氣系統，包括分別連接到發動機的氣缸上的多條上游主排氣通道；連接到上游主排氣通道上的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道內的主催化轉化器；分別從上游主排氣通道延伸的多條上游旁通排氣通道，每個上游旁通排氣通道的橫截面積小于相應的上游主排氣通道的橫截面積；連接到上游旁通排氣通道上的下游旁通排氣通道，下游旁通排氣通道的下游端在主催化轉化器的上游位置處連接到下游主排氣通道上；安裝在下游旁通排氣通道內的輔助催化轉化器；以及氣流切換閥，在采取給定工作位置時，該氣流切換閥能夠迫使來自發動機氣缸的廢氣流向上游旁通排氣通道。
2.如權利要求1所述的排氣系統，其中，上游旁通排氣通道分別從上游主排氣通道的上游部分延伸出來。
3.如權利要求1所述的排氣系統，其中，下游主排氣通道是通過將上游主排氣通道連接到一起而提供的。
4.如權利要求1所述的排氣系統，其中，下游旁通排氣通道是通過將上游旁通排氣通道連接到一起而提供的。
5.如權利要求1所述的排氣系統，其中，氣流切換裝置布置成選擇性打開和關閉包括上游主排氣通道和下游主排氣通道的主排氣通道路徑。
6.如權利要求5所述的排氣系統，其中，氣流切換裝置包括切換閥，該切換閥分別可操縱地安裝在上游主排氣通道內。
7.如權利要求1所述的排氣系統，其中，兩個上游主排氣通道在它們的下游端結合，以構成中間主排氣通道，該中間主排氣通道的下游端連接到下游主排氣通道的上游端，并且，所述兩個上游主排氣通道是從點火順序不相繼的氣缸延伸出來的上游主排氣通道。
8.如權利要求5所述的排氣系統，其中，氣流切換裝置包括一個切換閥，該切換閥可操縱地安裝在兩個上游主排氣通道的下游端連接在一起的部分內，這兩個上游主排氣通道是從點火順序不相繼的氣缸延伸出來的上游主排氣通道。
9.如權利要求8所述的排氣系統，其中，切換閥布置成在切換閥采取阻擋切換閥上游的上游區與切換閥下游的下游區之間的流體連通的關閉位置時，打開兩個上游主排氣通道之間的流體連通。
10.如權利要求8所述的排氣系統，其中，切換閥布置成在切換閥采取阻擋切換閥上游的上游區與切換閥下游的下游區之間的流體連通的關閉位置時，阻擋兩個上游主排氣通道之間的流體連通。
11.如權利要求10所述的排氣系統，其中，切換閥包括樞轉的扁平閥體，該閥體布置成同步且有選擇地打開和關閉多個相互鄰近的開口，而上游主排氣通道的下游端連接到所述開口上。
12.如權利要求10所述的排氣系統，其中，切換閥包括蝶形閥，該蝶形閥包括樞轉軸和從樞轉軸徑向向外延伸的兩個扁平閥體，該蝶形閥布置成同步且有選擇地打開和關閉多個相互鄰近的開口，而上游主排氣通道的下游端連接到所述開口上；所述兩個上游主排氣通道是從點火順序不相繼的氣缸延伸出來的上游主排氣通道。
13.如權利要求1所述的排氣系統，還包括第一中間主排氣通道，該第一中間主排氣通道布置在兩個上游主排氣通道的下游端的匯合部分與下游主排氣通道的上游端之間，兩個上游主排氣通道是從點火順序不相繼的氣缸延伸出來的上游主排氣通道；以及第二中間主排氣通道，該第二中間主排氣通道布置在另兩個上游主排氣通道的下游端的匯合部分與下游主排氣通道的上游端之間，所述另兩個上游主排氣通道是從點火順序不相繼的氣缸延伸出來的上游主排氣通道。
14.如權利要求1所述的排氣系統，其中，每個上游主排氣通道包括限定在發動機的氣缸蓋內的排氣口，而每個上游旁通排氣通道通過氣缸蓋延伸，以連接到排氣口上。
15.如權利要求1所述的排氣系統，其中，上游主排氣通道包括排氣歧管的支管，且上游旁通排氣通道具有分別暴露于排氣歧管的各支管的上游部分。
16.如權利要求1所述的排氣系統，其中，每個上游旁通排氣通道從相應的上游主排氣通道以在二者之間限定銳角的方式分支出來，由此使從主排氣通道到旁通排氣通道的廢氣流更平順。
17.如權利要求1所述的排氣系統，其中，每個上游旁通排氣通道的橫截面積小于相應的上游旁通排氣通道的橫截面積，由此減小在氣缸彼此連通情況下會發生的排氣干涉。
18.一種直列四缸內燃機的排氣系統，包括從發動機的第一、第二、第三和第四氣缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排氣通道，其中第一和第四氣缸是點火順序不是相繼的氣缸，而第二和第三氣缸是點火順序不是相繼的氣缸；通過將第一和第四上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間主排氣通道；通過將第二和第三上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間主排氣通道；通過將第一和第二中間主排氣通道的下游端相連接而提供的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道中的主催化轉化器；分別從第一和第二上游主排氣通道的上游部分延伸出的第一和第二上游旁通排氣通道；分別從第三和第四上游主排氣通道的上游部分延伸出的第三和第四上游旁通排氣通道；通過將第一和第二上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間旁通排氣通道；通過將第三和第四上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間旁通排氣通道；通過將第一和第二中間旁通排氣通道的下游端相連接而提供的下游旁通排氣通道，該下游旁通排氣通道的下游端在主催化轉化器的上游的位置處連接到下游主排氣通道；以及安裝在下游旁通排氣通道中的輔助催化轉化器。
19.如權利要求18所述的排氣系統，還包括第一切換閥，該第一切換閥可選擇地打開和關閉每個第一和第四上游主排氣通道與第一中間主排氣通道之間的流體連通；以及第二切換閥，該第二切換閥可選擇地打開和關閉每個第二和第三上游主排氣通道與第二中間主排氣通道之間的流體連通。
20.如權利要求15所述的排氣系統，其中，第一和第二切換閥一體地安裝在閥單元中。
21.如權利要求20所述的排氣系統，其中，廢氣再循環系統的入口暴露于輔助催化轉化器的內部，由此將在輔助催化轉化器中流動的氣流引入到廢氣再循環系統中。
22.一種直列四缸內燃機的排氣系統，包括從發動機的第一、第二、第三和第四氣缸延伸的第一、第二、第三和第四上游主排氣通道，其中第一和第四氣缸是點火順序不是相繼的氣缸，而第二和第三氣缸是點火順序不是相繼的氣缸；通過將第一和第四上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間主排氣通道；通過將第二和第三上游主排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間主排氣通道；通過將第一和第二中間主排氣通道的下游端相連接而提供的下游主排氣通道；安裝在下游主排氣通道中的主催化轉化器；分別從第一和第二上游主排氣通道的上游部分延伸出的第一和第二上游旁通排氣通道；分別從第三和第四上游主排氣通道的上游部分延伸出的第三和第四上游旁通排氣通道；通過將第一和第二上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第一中間旁通排氣通道；通過將第三和第四上游旁通排氣通道的下游端相連接而提供的第二中間旁通排氣通道；通過將第一和第二中間旁通排氣通道的下游端相連接而提供的下游旁通排氣通道，該下游旁通排氣通道的下游端在主催化轉化器的上游的位置處連接到下游主排氣通道；安裝在下游旁通排氣通道中的輔助催化轉化器；以及分別安裝在第一、第二、第三和第四上游主排氣通道內的切換閥。
23.如權利要求22所述的排氣系統，其中，廢氣再循環系統的入口暴露于輔助催化轉化器的內部，由此將在輔助催化轉化器中流動的氣流引入到廢氣再循環系統中。
全文摘要
多個上游主排氣通道從發動機的氣缸延伸出來。下游主排氣通道連接到上游主排氣通道上。主催化轉化器安裝在下游主排氣通道內。多個上游旁通排氣通道從上游主排氣通道中伸出。每個上游旁通排氣通道的橫截面積小于相應的上游主排氣通道的。下游旁通排氣通道連接到上游旁通排氣通道上，且其下游端在主催化轉化器上游的位置處連接到下游主排氣通道上。輔助催化轉化器安裝在下游旁通排氣通道中。提供了氣流切換裝置，在采取給定工作位置時，該裝置能夠迫使來自發動機氣缸的廢氣流向上游旁通排氣通道。
文檔編號F01N3/28GK1721664SQ20051007557
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月6日 優先權日2004年6月8日
發明者李先基, 井上尊雄, 西澤公良, 三石俊一 申請人:日產自動車株式會社