CN101749093A - 内燃机的排放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内燃机的排放系统(1)，具有：至少一个第一高声衰减路径(P1)，其具有第一入口(2)；至少一个第二低声衰减路径(P2)，其具有第二入口(3)；和至少一个控制阀(4)，其被布置在所述第二路径(P2)的第二入口(3)处，用于控制排放气体沿所述第二路径(P2)的流动。

Description

内燃机的排放系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排放系统。
背景技术
内燃机具有排放系统，该排放系统执行将燃烧产生的气体引入大气的功能，由此限制噪音并限制污染物含量。现有排放系统包括至少一个消声器，该消声器通常具有椭圆形剖面并具有至少一个入口和至少一个出口。确定用于从入口至出口排放气体的路径的迷宫式结构被限定在消声器内；这样的迷宫式结构一般由横向或纵向排布以限定腔的隔板(或挡板)以及将腔相互连接的(可能侧向穿孔的)管道形成。
消声器产生的背压(即，在穿过消声器的排放气体中确定的压力损失)随着发动机速度(转数)的增加(即，随着排放气体的平均速度的增加)而指数增长。因此，燃料消耗和CO2直接排放由于为了减少噪音排放的消声体产生的背压而加重。为了克服这种缺陷，已提出构造一种排放系统(例如，在专利US5301503A1中所述的排放系统)，其具有基于发动机速度的两种不同路径，使得在低速时(低排放气体压力)排放气体采用第一高声衰减(即，高背压)路径，而在高速时(高排放气体压力)排放气体采用第二低声衰减(即，低背压)路径。在具有两种不同路径的排放系统中，一控制阀被提供，该控制阀适于根据发动机速度选择性地沿所希望的路径引导排放气体。这些控制阀通常包括使用电动、电-气动或类似的致动器，该致动器通过发动机的电控单元驱动以移动用于将排放气体引导至排放系统中的一个或多个挡板的位置。
目前已经发现，控制阀的可靠性随时间而受到局限；实际上，由于排放系统中典型存在的机械应力和热应力，并且由于由排放气体形成的结垢，已知的控制阀易于卡住，或者这些控制阀总是以不同于设计阶段预计的方式工作。而且，由于电动或电-气动致动器的存在，已知的控制阀笨重且尺寸庞大(也因为电动或电-气动致动器需要被热保护和机械保护)，而且已知控制器的成本相当高(也因为需要在车辆的经受可观加热并暴露于路面的区域中提供电动/电-气动致动器的配线/电-气动连接)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机的排放系统，该排放系统没有上述缺陷，具体而言，该排放系统被容易且成本节省地制造，并可在“配件市场”的环境(一旦车辆已售出)中安装。
根据本发明，提供一种内燃机的排放系统，其包括：
至少一个第一高声衰减路径，其具有第一入口；
至少一个第二低声衰减路径，其具有第二入口；和
至少一个控制阀，其被布置在所述第二路径的第二入口处，用于控制排放气体沿所述第二路径的流动，
该排放系统的特征在于，所述控制阀包括：
挡板，当所述挡板处于所述第二入口的关闭位置时，该挡板形成排放气体通道的壁；
轴，其被安装为绕旋转轴线旋转并支撑所述挡板，以使所述挡板本身在所述第二入口的所述关闭位置与所述第二入口的打开位置之间旋转；和
弹性体，其被机械联接到所述轴，从而用弹性力将所述挡板推向所述关闭位置，所述弹性力根据受所述排放气体冲击的所述挡板的面积以及所述排放气体的工作压力进行校定(calibrated)，使得：当所述排放气体的压力超过预定阈值时，由所述排放气体作用在所述挡板上的压力产生的气动力(pneumatically originated force)高于由所述弹性体产生的弹性力，并且所述挡板移向所述打开位置。
附图说明
现在将参照例示本发明一些非限制性实施例的附图描述本发明，其中：
图1是根据本发明制成的排放系统的示意性透视图；
图2是图1中的排放系统的控制阀的示意性透视图，其中为了清楚而将部分部件移除；和
图3是根据本发明制成的另一排放系统的示意性透视图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1在整体上表示内燃机(未示出)的排放系统。
系统1包括：具有入口2(示于图2中)的高声衰减(即，高背压)路径P1，具有入口3(示于图2中)的低声衰减(即，低背压)路径P2，以及被布置在路径P2的入口3处、用于控制排放气体沿路径P2的流动的控制阀4。换句话说，控制阀4通过打开或关闭路径P2的入口3直接控制排放气体沿路径P2的流动，从而间接控制排放气体沿路径P1的流动，这是因为当路径P2的入口3关闭时，排放气体必须强制性地沿路径P1流动，而当路径P2的入口3打开时，由于路径P2中的较低背压，排放气体倾向于沿路径P2流动而不沿路径P1流动。
排放阀4包括腔5，腔5由通过使两个基本镜像似的半壳(仅其中一个示于图2中)结合而形成的主体来限定。接纳来自内燃机排放管线(未示出)的排放气体的连接管道6，通常具有用于减少污染排放的装置(催化器、微粒过滤器，等等)，并通到腔5中。通到消声器8中并与消声器8一起形成路径P1的一部分的连接管道7，从腔5伸出；而且，路径P1包括一对尾部9，该对尾部9始于消声器8并被布置在消声器8的相对侧上。终止于两个尾部11并与这两个尾部11一起限定路径P2的两个连接管道10，从腔5伸出。每个尾部11均优选地被布置在对应尾部9的旁边，从而使四个尾部9和11组合成对。根据图3中所示的不同实施例，路径P2包括终止于单一尾部11的单一连接管道10。
换句话说，根据以上描述明显的是，高声衰减路径P1包括消声器8，而低声衰减路径P2没有适于消声的元件或路径。
如图2所示，控制阀4包括可移动挡板12，挡板12被布置在腔5内，而且当挡板12处于低声衰减路径P2的入口3的关闭位置(如图2所示)时，挡板12形成排放气体通道的壁；换句话说，在腔5内，被布置在关闭位置(如图2所示)的挡板12形成防止排放气体进入低声衰减路径P2并将排放气体引导至高声衰减路径P1的挡板。而且，控制阀4包括轴13，轴13被安装为绕旋转轴线14旋转并支撑挡板12，以使挡板12本身在入口3的关闭位置(如图2所示)与入口3的打开位置(未示出)之间旋转。根据优选实施例，轴13被键锁到挡板12的一端并布置在相对于排放气体的流动方向的上游。
控制阀4最后包括弹性体15，弹性体15被机械联接到轴13，从而用弹性力将挡板12推向关闭位置，该弹性力根据受排放气体冲击的挡板12的面积以及排放气体的工作压力进行校定，使得：当排放气体的压力超过预定阈值时，由排放气体作用在挡板12上的压力产生的气动力高于由弹性体15产生的弹性力，且挡板12移向打开位置。换句话说，当挡板12处于关闭位置时，压力高于大气压力的排放气体位于挡板12的一侧，而大气压力基本存在于挡板12的另一侧；该压差确定气动力，该气动力抵抗由弹性体15产生的弹性偏压，驱使控制阀4打开，即，致使将挡板12推向打开位置。随着内燃机的速度增大，排放气体的压力增大，因此，由作用在挡板12上的排放气体压力产生的气动力也增大；通过适当地校定由弹性体15产生的弹性力，当排放气体的压力超过第一预定阈值时，即，当内燃机的速度超过对应的第二预定阈值时，控制阀4的打开，即，挡板12到打开位置的移位，可被确定。
根据优选实施例，控制阀4的轴13具有外端，该外端突出到排放气体通道之外(即，腔5之外)，并被机械联接到弹性体15。控制阀4包括枢转杆16，该枢转杆16被布置在排放气体通道之外(即，腔5之外)，被键锁到轴13的外端，并被机械联接到弹性体15。而且，控制阀4包括固定臂17，该固定臂17被紧固到排放气体通道的外壁，并接纳弹性体15的第二端；而弹性体15的第一端与枢转杆16整体式形成。根据优选实施例，弹性体15是将枢转杆16连接到固定臂17的螺旋弹簧。
根据优选实施例，控制阀4包括限动部18，该限动部18限定关闭位置并形成排放气体通道的被布置在腔5内的壁。
两个连接管道10的两个始端被相互并排地布置在控制阀4的腔5内，并形成低声衰减路径P2的第二入口3。连接管道7具有通到消声器8中的终端以及被布置在控制阀4的腔5内位于两个连接管道10的始端上方并形成第一高声衰减路径P1的入口2的始端。在关闭位置，挡板12的与同轴13整体式形成的端相对的一个自由端与在两个连接管道10的始端和连接管道7的始端之间的分离线对准。连接管道6将控制阀4的腔5连接到内燃机排放管线，并在与连接管道7、10的始端的挡板12相对的一侧通到腔5中。
根据图3所示的不同实施例，路径P2包括终止于单一尾部11的单一连接管道10，且路径P1包括从消声器8伸出的单一尾部9；在该实施例中，将控制阀4的腔5连接到尾部11的连接管道10优选地穿过消声器8。换句话说，连接管道10与消声器8交叉，但不与消声器8本身连通；由此，连接管道10由消声器8机械支撑，但与消声器8本身没有功能上的关系。
上述排放系统1具有许多优点，这是因为其被简单且成本节省地制造，并具有长期的高可靠性；这些效果由于以下事实得出：用于致动控制阀4的机构是完全机械式的，从而不需要电动致动器，并具有被布置在腔5内的弹性体15(因此不受排放气体影响，且不遭受由于排放气体形成的结垢)。而且，由于挡板12的构造，控制阀4具有很低的负载损失，由此不会对内燃机的性能产生负面影响。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的排放系统(1)，包括：
至少一个第一高声衰减路径(P1)，具有第一入口(2)；
至少一个第二低声衰减路径(P2)，具有第二入口(3)；和
至少一个控制阀(4)，其被布置在所述第二路径(P2)的所述第二入口(3)处，用于控制排放气体沿所述第二路径(P2)的流动，
该排放系统(1)的特征在于，所述控制阀(4)包括：
挡板(12)，当所述挡板处于所述第二入口(3)的关闭位置时，该挡板(12)形成排放气体通道的壁；
轴(13)，其被安装为绕旋转轴线(14)旋转并支撑所述挡板(12)，以使所述挡板(12)本身在所述第二入口(3)的所述关闭位置与所述第二入口(3)的打开位置之间旋转；和
弹性体(15)，其被机械联接到所述轴(13)，从而用弹性力将所述挡板(12)推向所述关闭位置，所述弹性力根据受所述排放气体冲击的所述挡板(12)的面积以及所述排放气体的工作压力进行校定，使得：当所述排放气体的压力超过预定阈值时，由所述排放气体作用在所述挡板(12)上的压力产生的气动力高于由所述弹性体(15)产生的弹性力，并且所述挡板(12)移向所述打开位置。
2.如权利要求1所述的排放系统(1)，其中所述轴(13)被键锁到所述挡板(12)的一端，并被布置在相对于所述排放气体的流动方向的上游。
3.如权利要求1所述的排放系统(1)，其中所述控制阀(4)的所述轴(13)具有外端，该外端突出到所述排放气体通道之外并被机械联接到所述弹性体(15)。
4.如权利要求3所述的排放系统(1)，其中所述控制阀(4)包括枢转杆(16)，该枢转杆(16)被布置在所述排放气体通道之外，被键锁到所述轴(13)的所述外端，并被机械联接到所述弹性体(15)。
5.如权利要求4所述的排放系统(1)，其中所述弹性体(15)是螺旋弹簧，该螺旋弹簧具有与所述枢转杆(16)整体式形成的第一端以及与一固定部位整体式形成的第二端。
6.如权利要求5所述的排放系统(1)，其中所述控制阀(4)包括固定臂(17)，该固定臂(17)被紧固到所述排放气体通道的壁并接纳所述弹性体(15)的所述第二端。
7.如权利要求1所述的排放系统(1)，其中所述控制阀(4)包括限动部(18)，该限动部(18)限定所述关闭位置并形成排放气体通道的壁。
8.如权利要求1所述的排放系统(1)，其中所述第一路径(P1)包括消声器(8)，所述第二路径(P2)没有适于消声的元件或路径。
9.如权利要求8所述的排放系统(1)，其中所述第一路径(P1)包括一对第一尾部(9)，该对第一尾部(9)始于所述消声器(8)并被布置在所述消声器(8)的相对侧上，所述第二路径(P2)包括一对第二尾部(11)，该对第二尾部(11)中的每一个均被布置在第一尾部(9)的旁边并通过第一连接管道(10)被直接连接到所述第二入口(3)。
10.如权利要求9所述的排放系统(1)，其中所述控制阀(4)包括容纳有所述挡板(12)的腔(5)；两个所述第一连接管道(10)的两个始端被相互并排地布置在所述控制阀(4)的腔(5)内，并形成所述第二路径(P2)的所述第二入口(3)。
11.如权利要求10所述的排放系统(1)，包括第二连接管道(7)，该第二连接管道(7)具有通到所述消声器(8)中的终端以及被布置在所述控制阀(4)的所述腔(5)内在两个所述第一连接管道(10)的始端上方并形成所述第一路径(P1)的所述第一入口(2)的始端。
12.如权利要求11所述的排放系统(1)，其中在所述关闭位置，所述挡板(12)的与同所述轴(13)整体式形成的端相对的一个自由端与在所述两个第一连接管道(10)的始端和所述第二连接管道(7)的始端之间的分离线对准。
13.如权利要求8所述的排放系统(1)，其中：
所述第一路径(P1)包括至少一个第一尾部(9)，所述至少一个第一尾部(9)始于所述消声器(8)；
所述第二路径(P2)包括至少一个第二尾部(11)，所述至少一个第二尾部(11)被布置在第一尾部(9)的旁边并通过第一连接管道(10)被直接连接到所述第二入口(3)；
所述控制阀(4)包括容纳有所述挡板(12)的腔(5)；并且
所述第一连接管道(10)的始端被布置在所述控制阀(4)的所述腔(5)内，并形成所述第二路径(P2)的所述第二入口(3)。
14.如权利要求13所述的排放系统(1)，包括第二连接管道(7)，所述第二连接管道(7)具有通到所述消声器(8)中的终端以及被布置在所述控制阀(4)的所述腔(5)内在所述第一连接管道(10)的始端上方并形成所述第一路径(P1)的所述第一入口(2)的始端；在所述关闭位置，所述挡板(12)的与同所述轴(13)整体式形成的端相对的一个自由端与在所述第一连接管道(10)的始端和所述第二连接管道(7)的始端之间的分离线对准。
15.如权利要求13所述的排放系统(1)，其中所述第一连接管道(10)穿过所述消声器(8)，以由所述消声器(8)机械支撑，而与所述消声器(8)本身没有任何功能上的关系。
16.如权利要求10所述的排放系统(1)，包括第一连接管道(6)，所述第一连接管道(6)将所述控制阀(4)的所述腔(5)连接到所述内燃机的排放管线，并在与所述第一和第二连接管道(10，7)的始端的所述挡板(12)相对的一侧通到所述腔(5)中。
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