專利名稱：使內(nèi)燃機排氣裝置可調(diào)的方法及其相應的排氣裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方法能使內(nèi)燃機用的排氣裝置可調(diào)，同時也涉及到為實現(xiàn)該方法而確定的排氣裝置，以及該方法的應用，或者說，為實現(xiàn)該方法而選定的排氣裝置的應用。
為了減少環(huán)境污染，著眼于最佳廢氣成分的內(nèi)燃機日漸增多。此外，為了廢氣處理，排氣裝置要裝入一些機構，例如，微粒過濾器和催化器等，對于在穩(wěn)定環(huán)境條件下工作的內(nèi)燃機，特別是當轉(zhuǎn)數(shù)恒定時，上述措施可得到滿意的結果。然而，若有工作人員停留在廢氣出口附近，則會產(chǎn)生特別大的危害，用內(nèi)燃機驅(qū)動的叉車，這就是這種情況的典型例子。當然還有象施工機械及類似設備也如此。在這種情況下，特別是，當車輛緩慢行駛或停住時，在司機周圍環(huán)境中，出現(xiàn)很高的廢氣濃度，這就意味著，除去有損害健康以外還嚴重干擾司機工作(熱的廢氣，柴油機廢氣中的碳黑)。在前述工作條件下，內(nèi)燃機所用的功率常常只占額定功率的四分之一，而此時排出的廢氣具有特別不利的成分。除此之外，由于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速低，從排氣裝置中排出廢氣的速度也低，從而助長了在廢氣出口附近，因而也造成在司機附近的高廢氣濃度。
為此，象LINDE-H20D型及其他型叉車，將廢氣出口裝在行駛方向的右方并且向上，這是到目前為止最適當?shù)奈恢?。即使用該措施，測量表明在司機頭部高度處，有害廢氣濃度也比周圍環(huán)境的平均值高的多，無論是在封閉室內(nèi)或在室外操作都是如此。對其他工作機械(如施工機械)及不移動的內(nèi)燃機，只要在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速需變化的工作條件下或在附近有操作人員停留時，都存在同樣的問題。
本發(fā)明是以下述任務為依據(jù)的，即提供一種使內(nèi)燃機排氣裝置可調(diào)的方法及其相應的排氣裝置。借助于這種方法及這種裝置，可使有害廢氣的濃度，在排氣口附近降低。根據(jù)本發(fā)明，這個任務解決方法如下在排氣裝置中安裝一個機構，使之能影響廢氣流出口速度提高，并與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速無關。本發(fā)明的基本思路是在各種可能的轉(zhuǎn)速下和各種負荷下，使廢氣具有盡可能高的出口速度，以便使廢氣盡可能遠離排氣裝置出口而分散開并消失。到目前為止，內(nèi)燃機只有在額定轉(zhuǎn)速(全負荷)時，才能達到高的出口流速，而根據(jù)本發(fā)明則在各種運轉(zhuǎn)條件下都能達到，因此有害廢氣的濃度在排氣裝置出口附近以及操作人員附近可降低。
本發(fā)明的進一步考慮指出，排氣裝置出口的截面應根據(jù)排氣量能自動調(diào)節(jié)，當排氣量增加時，出口截面可調(diào)大，當排氣量減小時，出口截面可調(diào)小。通過改變排氣裝置出口截面會影響排氣速度。通常在設計出口截面時，是當內(nèi)燃機在高負荷時(最高轉(zhuǎn)速，高廢氣溫度)能最充分利用允許的廢氣反壓，因而廢氣達到高的排出速度。當內(nèi)燃機在低轉(zhuǎn)速時，按照現(xiàn)有技術(保持不變出口截面)，廢氣反壓急劇下降，因而出口速度也急劇下降。而按照本發(fā)明，則可防止這種情況，當排氣量下降時，出口截面自動地被調(diào)小，廢氣反壓可繼續(xù)保持正常，因而廢氣出口速度也能保持在高水平，這樣可以做到出口速度僅僅略為降低。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在排氣裝置內(nèi)安裝一個機構，能影響廢氣流提高出口速度，使出口速度不受內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速影響。為此，在排氣裝置末端，裝有一個可確定出口截面的機構，該機構在向最小截面方向運動時，是靠外加的關閉力或外加的關閉轉(zhuǎn)矩，而向最大截面方向運動時，則是靠與排氣量有關的開啟力或開啟轉(zhuǎn)矩動作。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的設計，該機構包括一個偏心安裝的活門，用一個與廢氣流相垂直的軸可動安裝上，該活門同時也是排氣裝置尾端廢氣通道的外壁，活門排氣裝置尾端和其他通道壁共同構成了一個截面逐漸減小的噴嘴形通道。這樣的機構機械構造非常簡單，可能以很少的制造價格而進行功能可靠的工作。
廢氣反壓力是由靜壓部分和動壓部分所構成，隨著活門逐漸打開，動壓部分在活門的作用逐漸減小。如果關閉力保持不變，則在裝置內(nèi)的廢氣反壓增高，該反壓也對廢氣組成起作用。例如內(nèi)燃機若是柴油機，則廢氣中的碳黑成分增高。為了產(chǎn)生相反的作用，最好是關閉力或者關閉轉(zhuǎn)矩是可變的，隨著出口截面的增大，關閉力或者關閉轉(zhuǎn)矩要變小，這樣可在廢氣反壓力接近不變的情況下，逐漸打開活門。
當安裝有活門的排氣裝置尾端具有接近橢圓形截面時，則對流體特性特別有利，因此，當活門完全開放時，出口截面是一個長軸沿著活門運動方向的橢圓，而當活門處于出口截面最小的位置時，出口截面也是橢圓，其長軸與活門運動方向相交，這樣就可得到較好的近似圓形截面，從流體技術上講，這對于廢氣聚束作用是最適宜的。
根據(jù)本發(fā)明的進一步發(fā)展，若排氣裝置尾端是可以轉(zhuǎn)動的話，則還有一個附加的優(yōu)點。在工作機械許多應用場合時，其所占空間范圍是有限的，例如高度方向或側(cè)向均有限，因而廢氣排出后就遇到障礙物。在封閉的室內(nèi)也常設火警監(jiān)視器，在上述情況下，可以通過轉(zhuǎn)動排氣裝置尾端，使廢氣流向著能使廢氣濃度降低的方向流去。
本發(fā)明所示方向以及與其相應的內(nèi)燃機用排氣裝置，特別適合于可移動式工作機械，其中特別是對于通道運輸工具最適合。
本發(fā)明的其他優(yōu)點及其部件，可用圖中所示的結構例子進一步加以說明。
附圖簡要說明


圖1根據(jù)本發(fā)明設計的排氣裝置尾端的縱剖面。
圖2尾端的橫剖面圖，其位置在圖1中Ⅱ-Ⅱ線處。
圖3內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)與排氣裝置尾端廢氣反壓之間的關系曲線圖。
圖1所示的內(nèi)燃機用排氣裝置尾端中，在圓形截面管段2與近似橢圓形截面管段3之間，不可能有一過渡段完全象1處所示那樣。廢氣流的方向用箭頭表示。排氣裝置尾端管段3的一部分管壁，是由活門4所構成，該活門偏置安裝在銷子5上，并且能圍繞一個與廢氣流方向垂直的軸(銷子5的中心軸)轉(zhuǎn)動?；铋T4確定了排氣裝置尾端管段3的出口截面。可以得到最小截面Q1，最大可能截面Q2，以及兩者之間的任意位置。
當內(nèi)燃機處于怠速狀態(tài)或以小負荷狀態(tài)，低轉(zhuǎn)速狀態(tài)工作時，則拉簧6使活門4向著最小出口截面Q1置移動，拉簧6安裝在接板7上，而接板7是在活門4的支架8上。這樣，在排氣裝置內(nèi)部即建立起廢氣反壓，其大小相當于內(nèi)燃機滿轉(zhuǎn)速時的反壓，或者說只是略小一些。由于在低轉(zhuǎn)速時，內(nèi)燃機廢氣也是以高速度排出，因而使得廢氣出口附近環(huán)境中保持低廢氣濃度。
隨著內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速提高，單位時間內(nèi)廢氣量增加，廢氣反壓也增加。通過由于廢氣反壓形成的作用力施加在活門4上，使活門克服拉簧力而開大。
廢氣反壓是由靜壓力和動壓力部分所組成。隨著活門4逐漸開大，動壓力部分在活門上的作用逐漸減小。此外，隨著內(nèi)燃機負荷增加，排氣裝置的消聲器內(nèi)堵塞損失也增加，因而廢氣反壓在排氣裝置尾端不再以起始的速率增長。另一方面彈簧6在活門開大時受拉，反彈力也因而增大，反彈力作用在廢氣反壓力上使活門4關小，因而廢氣反壓力增高。若反壓過大，則對廢氣成分有影響(柴油機形成碳墨)。為了補償增高的彈簧力以及為了防止廢氣反壓在排氣裝置內(nèi)增加過多，可通過對接板7的特殊安排，使有效的拉長行程隨著活門開大而減小，這樣即可減小關閉轉(zhuǎn)矩。
活門4的完全開放位置是用點劃線表示的。此時具有最大出口截面Q2，該截面是根據(jù)內(nèi)燃機最大負荷而定。從實線劃出的活門4關閉位置，給出了最小可能的出口截面Q1，當活門在最小截面位置以及中間位置時，活門4與排氣裝置尾端其余管壁形成了一個噴嘴形通道截面。
根據(jù)圖1中Ⅱ-Ⅱ線給出了圖2，從中可以看到管段3的截面形狀。通道截面在過渡區(qū)1附近是一個沿著活門運動方向的長圓形。當活門4完全開放時，則在整個通道長度上都具有同樣長圓形截面。當活門處于關閉位置時，則出口截面是一個與活門運動方向相交叉的長圓形。
在圖3中所示曲線表示了內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)與排氣裝置尾端廢氣反壓之間的關系，以及轉(zhuǎn)數(shù)與活門4關閉力矩之間的關系。橫座標表示了內(nèi)燃機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，圖左方的縱座標表示廢氣反壓，圖右方的縱座標表示打開活門所需的活門開啟轉(zhuǎn)矩。虛線A表示一臺通常技術狀態(tài)內(nèi)燃機在排氣裝置內(nèi)，廢氣反壓與轉(zhuǎn)速的關系，隨著內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)提高，廢氣反壓以超過正比的速率增加，而出口速度則大約以正比關系增加(與廢氣溫度也略有關系)。在使用了本發(fā)明中的方法及其相應裝置后(可變出口截面)得到的廢氣反壓與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)之間的關系則如曲線B所示，此時在整個轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)都可達到高的廢氣出口速度。隨著轉(zhuǎn)數(shù)降低廢氣反壓也輕微降低是比較合適的，這樣可使得允許的極限反壓值只有在末端完全開放時才能達到。點劃線C表示了開放活門4所需的開啟轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)數(shù)提高，轉(zhuǎn)矩下降。
通過在管段2與排氣裝置其余部分之間的一個可轉(zhuǎn)動接頭(例如通過球窩連接)可使排氣裝置的尾端轉(zhuǎn)向廢氣流排出不受阻礙的方向。該接頭在圖中沒有畫出。
權利要求
1.一種使內(nèi)燃機排氣裝置可調(diào)的方法，其特征在于通過排氣裝置的一個機構使得廢氣流具有高的出口速度而不受內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)的影響。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是排氣裝置出口截面(Q1、Q2)可根據(jù)廢氣量自動調(diào)節(jié)，廢氣量增加時，出口截面增大(Q2)，廢氣量減小時，出口截面變小(Q1)。
3.一種內(nèi)燃機用排氣裝置，其特征是在排氣裝置內(nèi)設有一個機構，該機構能影響廢氣流使其具有高出口速度而與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)數(shù)無關。
4.根據(jù)權利要求3所述的排氣裝置，其特征是，排氣裝置尾端(1，2，3)安裝有一個機構能夠確定出口截面(Q1、Q2)，該機構在向最小截面方向(Q1)運動時，靠外加閉合力或外加閉合轉(zhuǎn)矩動作，而向最大截面(Q2)方向運動時，則是靠與廢氣量有關的開啟力或開啟轉(zhuǎn)矩動作。
5.根據(jù)權利要求4所述的排氣裝置，其特征是其調(diào)節(jié)機構是由一個偏置安裝的活門(4)構成，活門可以圍繞著一個與廢氣流方向垂直的軸轉(zhuǎn)動，同時活門也構成了排氣裝置尾端(1，2，3)的管壁，并且在出口截面減小時，活門(4)與排氣裝置尾端(1，2，3)的其余管壁形成了一個噴嘴形斷面。
6.根據(jù)權利要求5所述的排氣裝置，其特征是閉合力或者閉合轉(zhuǎn)矩是可變的，隨著出口截面(Q1、Q2)增大，閉合力或者閉合轉(zhuǎn)矩降低。
7.根據(jù)權利要求3或6所述的排氣裝置，其特征是其安裝有活門(4)的尾端(3)具有近似長圓形截面，當活門(4)完全開放時，出口截面(Q2)相對于活門運動方向是沿著該方向的長圓形，當活門位于最小截面(Q1)時，出口截面呈垂直于活門(4)運動方向的長圓形。
8.根據(jù)權利要求3或7所述的排氣裝置，其特征是，其尾端(1，2，3)在排氣裝置上可旋動。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的方法以及根據(jù)權利要求3至8中之一所述的排氣裝置，其特征在于該方法及裝置可用于移動式工作機械，特別是用于通道運輸工具。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使內(nèi)燃機排氣裝置可調(diào)的方法，同時也涉及適合于此方法的排氣裝置。通過在排氣裝置中的一個機構，使廢氣流具有高的出口速度，而與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)數(shù)無關。排氣裝置的出口截面(Q
文檔編號F01N13/08GK1090371SQ9311831
公開日1994年8月3日 申請日期1993年9月29日 優(yōu)先權日1993年1月29日
發(fā)明者特奧多爾·阿貝爾斯, 西格弗里德·伊萬諾斯基 申請人:林德股份公司