CN101943041B - 具有主动排气消声器的排气系统 - Google Patents

Abstract

一种特别用于机动车辆(1)的内燃机(2)的排气系统(3)，其具有至少一根排气管(10)，该排气管在内燃机(2)运行过程中引导废气流(11)从内燃机(2)中流出。主动排气消声器(12)包括通过连接管(15)声学上连接排气管(10)的外壳(13)。通过主动和/或被动冷却的连接管(15)避免了对排气消声器(12)的损坏。

Description

具有主动排气消声器的排气系统

相关文献的交叉引用

本发明要求于2009年7月3日提交的德国专利申请DE102009031848.8的优先权，上述专利申请的全部内容通过引用而结合到本文中。

技术领域

本发明涉及用于内燃机、特别是机动车辆的内燃机的排气系统。另外，本发明还涉及具有内燃机和所述排气系统的车辆，特别是客车。

背景技术

排气系统通常包括一个排气管，排气管在内燃机运行过程中引导废气流离开内燃机。废气处理装置，例如颗粒过滤器、排气消声器和催化转化器可被集成到该排气管上。目前在排气消声器中主要使用的是被动排气消声器，其例如依靠共振、吸收、干涉和反射来消除在排气管内传送的空气载声。相对的，主动排气消声器具有至少一个扬声器以有意地产生相反的声音。这会或多或少地有效清除待消除的声音。

很多机动车辆，特别是客车，具有前部发动机，也就是内燃机安置在车辆的前部发动机舱里。为了能够符合客车专用的噪音防护条例，使用被动排气消声器的排气系统需要比较大的声学长度。常规的排气系统相对的从安置在前部的内燃机延伸到排气系统的尾管所在的车辆的后部。用于具有前置发动机车辆的排气系统，其中尾管布置在车辆前轴和后轴之间的一侧，也即所谓的“侧管”，该排气系统具有大容量排气消声器以通过例如多重偏转实现上述在排气消声器中的大的声学长度。用于具有后置发动机的车辆的排气系统同样具有相对大容量的排气消声器。

为降低机动车辆的能量损耗和污染排放，机动车辆的重量需要更轻。相应地，也考虑使用主动排气消声器，其具有显著减少的体积以及显著减少的重量，可以代替大体积的被动排气消声器。然而，在主动排气消声器中使用的扬声器仅仅具有相对较低的耐热性，其通常低于常见的废气温度，这是一个问题。原则上，具有前置发动机的车辆中的主动排气消声器可以在后部区域连接到排气系统，也就是类似作为后部消声器，因为废气通常在到达这么长的排气系统的末端时已经充分冷却了。为了减轻重量而实行的排气系统的缩短将带来一个后果，即主动排气消声器将布置在相当靠近内燃机的位置上。然而，废气在靠近内燃机的位置是很热的，这将增加主动排气消声器损坏的风险。

发明内容

本发明的目的是提出一种排气系统或安装有该排气系统的机动车辆的改进的实施方式，其特征特别在于减小了主动排气消声器热损坏的风险。具体地说，这将允许将主动排气消声器放置在靠近内燃机的位置。另外，其将可以制造特别轻量的排气系统。

本发明基于使用连接管的基本思想，通过连接管将主动排气消声器声学连接到排放废气的排气管。而且，连接管将被冷却。这种连接管的应用防止了排气管中的废气流直接排出到主动排气消声器中，其结果是排气消声器中的热负荷同时也显著降低了。废气在此连接管中移动本质上仅由于在废气中传递的声音的压力脉动。另外，可以在连接管连接到排气管的连接区域产生涡流，该涡流产生轻微的但不是直接朝向排气消声器的废气运动。在该连接管中“停滞”的气体体积起到类似热绝缘的作用。连接管的冷却，其可以是主动发生、被动发生、或既主动又被动地发生，导致从排气管到排气消声器的热量传递进一步的显著减少。由于连接管的冷却，连接管就像吸热设备，其有效的防止或者至少显著的减少了通过连接管从排气管到排气消声器的热量传递。因此提出的方法降低了主动排气消声器或设置在其中的热敏感部件的热负荷，热敏感部件例如是扬声器和扬声器驱动器以及可选择的扬声器控制器。结果，可以特别的通过冷却收集管以从内燃机起相对较短的距离将主动排气消声器连接到排气管上。另外，这使在主动排气消声器的下游的排气系统的缩短成为可能，其结果是可以得到显著的重量减轻。

相应于有利的实施方式，连接管可以在其外侧具有散热片。这些散热片扩大了可用于热量辐射的连接管的表面，改善了基于与环境的温差的连接管的冷却。额洼的或可选的，连接管可以在其内侧具有散热片和/或湍流器。由此改进了从位于连接管内部的废气到连接管的热量传递，结果是被连接管带来的废气体积的热绝缘作用被改进了。此外，原则上可以使用具有特别高热传导性的材料、例如铝或铜或相应的铝或铜合金来制造连接管。

连接管可以有利的布置在车辆上或车辆内，这样在车辆运行过程中其暴露在空气流中。通过这种空气流，可以改善连接管外部向环境中或空气流中的热量释放。连接管的冷却同样因此得到改善。例如，这种空气流可以由于车辆的运动而形成，这就是所谓的相对风。例如，连接管可以出于这个目的而布置在暴露于相对风的位置上，例如在车辆的底部区域。同样可以使用相应的流动引导装置来将相对风引导到连接管，从而产生所需的到达连接管的空气流。另外或可选的，对这些用于冷却连接管的被动测量，同样可以使用鼓风机产生类似的到达连接管的空气流。使用在车辆中的鼓风机，特别是在空气-液体热交换器中的，被称为冷却器。为冷却连接管，现在可以偏转由以任意方式存在的类似鼓风机产生的空气流，至少部分的或定位连接管，使得连接管根据需要暴露在空气流中。同样可能的是，作为替代方式，提供独立的鼓风机以产生用于连接管的冷却空气流。

对应另外优选的实施方式，连接管可以与冷却剂在其中循环的冷却回路结合。优选使用液体冷却剂，结果可以实现加强的热传递。

为了加强连接管和冷却回路之间的热传递连接，连接管可以设计为热交换器，其连接液路和气路，从而介质独立而热量传递，并且气路声学连接排气消声器的外壳和排气管，而液路集成在冷却回路中。

通过例如空气流和/或冷却回路，连接管中的冷却同样可以有利的附加用于冷却排气消声器的外壳，其结果是配置在其中的部件对于过热的防护得到改进。

本发明的其它重要特征和优点通过下述权利要求、附图和对应的基于附图的附图说明得以体现。

显然，将在下面加以解释的上述特征，不仅可以按指定的特定结合使用，而同样可以用于其它结合和单独使用，而不超出本发明的范围。

本发明的优选实施方式在附图中示出，并在下面的说明书中进行更详细的解释，其中相同的附图标记指示相同的或相似的或功能相同的部件。所附的权利要求特别指出了描述本发明的新颖性的不同的特征，其组成了公开的一部分。为了更好的理解本发明、其操作优点和通过其使用达到的特别目的，可以参考附图和阐述本发明的优选实施方式的说明事项。

附图说明

在附图中：

附图1是根据本发明的机动车的简化示意性线路图解全视图；

附图2是主动排气消声器的区域中的排气系统的示意图；

附图3是排气系统排气消声器区域中的排气系统的简化示意性全视图；

附图4是根据本发明的特定实施方式的穿过连接管的剖面示意图；

附图5是本发明另一实施方式连接管纵向截面的示意立体图。

具体实施方式

具体参见附图，对应附图1，机动车辆1，优选是客车，包括内燃机2和用于从内燃机2中排出废气的排气系统3，其中废气由内燃机2在其运行过程中产生。此外，示出了用于给内燃机2提供新鲜空气的新鲜空气系统4和车轮。第一点划线表示前轴6，图1左侧所示的车辆1的前轮5绕其旋转。第二点划线表示后轴7，图1右侧所示的车辆1的后轮5绕其旋转。内燃机2布置在车辆1的发动机舱8中，发动机舱8布置在车辆1的前部，也就是车辆1的前部区域9。因此，车辆1装备有前置发动机。

对应于图1-3，排气系统3具有至少一个排气管10。该排气管承载由箭头代表的在内燃机2的运行过程中离开内燃机2的废气流11。此外，排气系统3装备有至少一个主动排气消声器12。其在外壳13中包括在此未示出的用于防止过热的主动部件。这些部件是，例如，扬声器、扬声器驱动器或扬声器驱动器和可选择的控制或控制电路和/或电源电路。用于排气消声器12的电气部件的电气终端在图2中由14表示。排气消声器12的外壳13通过连接管15连接排气管10，以此建立用于空气载声的声学连接。换句话说，在排气管中传递的空气载声可以通过连接管15达到排气消声器12。由排气消声器12的主动部件产生的相反的声音同样可以到达排气管10或通过连接管15进入到排气管10中。

为了减少排气消声器12或其主动和/或电气部件的热负荷，连接管15是主动和/或被动冷却的连接管15。冷却由主动和/或被动冷却装置提供。主动和被动冷却都可以在此处被考虑作为冷却装置以提供冷却的连接管15。主动和被动冷却措施可以一起或替换的使用。

例如，冷却装置可以通过在车辆1上或车辆1内的连接管15的配置来得到，从而连接管15暴露在图3和4中由箭头表示的空气流16中，而形成冷却连接管15。这种空气流16可以由车辆1的运动产生，其被称为相对风。鼓风机17，其在图1中以简化的形式示出，同样可用于产生这种空气流16。这种鼓风机可以以任何方式存在于车辆1中，例如特别是存在于其中的发动机舱8中，从而允许待冷却的空气流到发动机冷却回路18的主冷却器中，所述主冷却器在此处未示出。发动机冷却回路18，其在此处只是以简化的形式示出，其以常用方式使用来冷却内燃机2。另一个鼓风机17，其以任意方式存在于车辆1中，同样可以用于产生空气流16以冷却连接管15。此外，可以想到的是在车辆1中布置独立的用于连接管15的鼓风机17，其专门用于产生输送到连接管15的空气流16。因此，连接管15具有属于它自己的鼓风机17。

特别有利的改变是，排气消声器12的鼓风机13同样布置在车辆1内或车辆1上，这样外壳13同样暴露在空气流16中，因此连接管15和外壳13就共同的暴露在冷却空气流中。

对应于附图3和4，冷却装置可以包括在其外侧具有散热片19以提供冷却连接管15的连接管15。对应于图3，这些散热片19可以相对于连接管15的纵轴20在圆周方向上延伸。散热片19是环形的。根据图4也可以想到使散热片19平行于连接管15的纵轴20取向。然后，其组成以网状形式突起的纵向散热片。

附加或可选的，根据图5，作为设置在连接管15的外侧的散热片19的补充或替代，冷却装置可以包括在其内侧设置有散热片21的冷却管15。在实施例中示出了多个相对纵轴20以环形方式沿圆周延伸的散热片21。这些可以通过例如压边制备，所述压边制备到连接管15的外部。附加或可选的，也可在连接管15的内侧设置湍流器，其同样可以改进来自连接管15内部和连接管15外部的气体体积的热传输。

为了能够利用在特定的移动中产生的特别是到达连接管15的空气流，冷却装置可以配置成车辆1具有相应的空气导向部件的形式，特别是在发动机舱8中。当鼓风机17用于产生空气流16时，这同样用于特定流动导向的情况，。

对应于附图1，可以在特别优选的实施方式中以热传输方式把冷却回路22连接到连接管15上。冷却剂，特别是液体冷却剂，在冷却回路22中循环以构成冷却装置并且提供对连接管15的冷却。对应于附图1示出的优选实施例，连接管15可以被设计成至少是热交换器23的一部分，热交换器23具有用双箭头表示的气路和液路25，气路和液路以一种方式相互连接，从而介质相互分开而热量得以传递。气路24连接排气管10和外壳13，从而所需的声学连接通过气路24产生。热传递单元或热交换器23的液路25集成在冷却回路中。从而可以实现对连接管15强烈的冷却。此外，排气消声器12从与排气管10的热分离也可同样实现。

冷却回路22，其用于冷却连接管15，可以是设计为用于车辆1中连接管15的单独冷却回路的冷却回路22。因此必要的冷却能力可以得到最好的保证。然而，这种冷却回路22优选为已经以任意方式存在于车辆1中的冷却回路的支路或一段。例如，冷却回路22可以是发动机冷却回路18的支路或一段。在此实施例中，内燃机2与此发动机冷却回路18成一整体。在另一实施方式中，废气再循环系统27的废气再循环冷却器26可以与发动机冷却回路18成一整体，其连接冷却回路22以冷却连接管15。一个内部冷却器，在此未示出，其在使用充填装置的情况下冷却充入的新鲜空气，同样可以与发动机冷却回路18成一整体。同样可以的，是内燃机2和/或废气再循环冷却器26和/或内部冷却器和/或至少一个其它车辆安装冷却器与发动机冷却回路18成一整体，发动机冷却回路18连接冷却回路22以冷却连接管15。

在一个实施方式中，在热传递模式中排气消声器12的外壳13同样连接用于冷却连接管15的冷却回路22，该实施方式在此处时特别有利的。例如，外壳可以具有双层壁护套，其与各自的冷却回路22成一整体，结果是外壳13可以被相应的冷却剂掠过或相应的冷却剂可以流经外壳13。

对应附图1，排气消声器12优选在车辆1的发动机舱8中与连接管15配置在一起。主动排气消声器12具有非常紧凑的设计，因此其可以容纳在发动机舱8中，也就是紧贴内燃机2。另外，可以因此而显著的缩短排气系统3。例如，排气系统3的尾管28，废气流11流经尾管28而排放到车辆1的外部环境中，尾管28可以配置在前轴6和后轴7之间，也就是，优选在车辆1的下部，其中下部在此处未示出。此外，具体地，也可以将尾管28配置在发动机舱8中，因此排气系统3更加短了。

对应图2，外壳13具有声音出口孔29，由扬声器产生的相反的声音通过它离开外壳13。连接管15连接到所述声音出口孔29以获得所需的排气消声器12和排气管10之间的声学连接。在图2所示的实施例中，连接管15通过连接或接合件30连接到排气管10。这种连接件30可以被设计为，例如，T型件。根据图2所示的实施例，连接件30被设计成Y型件。排气消声器12可以被特别有利地设计为结合连接管15的预装配单元。因此排气系统3的装配变得简单。

根据图1，排气消声器12可以连接到，特别通过其外壳13连接到到传送装置32的传送模块31，传送装置与内燃机2连接。排气消声器12同样可以连接内燃机2的发动机模块33。

虽然为了阐明本发明主旨的应用，已经详细描述了本发明特定的实施方式，但可以理解的是本发明可以在不离开其主旨的情况下以其它方式加以实施。

Claims (14)

1.一种用于内燃机的排气系统，所述排气系统包括：

至少一根排气管，其在内燃机运行过程中引导废气流从内燃机中流出；

连接管；

至少一个排气消声器，其包括通过连接管声学上连接到排气管的排气消声器外壳；

冷却装置，用于冷却连接管，

其中冷却装置包括连接管在车辆内或车辆上的布置，以将连接管暴露在空气流中，所述空气流由车辆的运动或存在于车辆中的鼓风机产生,

冷却装置包括冷却回路，连接管连接到冷却回路，并且制冷剂在冷却回路中以热传递方式循环,

其中冷却装置包括连接管，该连接管包括热交换器或者该连接管与热交换器成一整体，所述热交换器以热传递方式连接气路与液路，气路声学上连接排气消声器外壳和排气管，并且液路与冷却回路成一整体。

2.如权利要求1所述的排气系统，其中冷却装置包括在连接管外部的散热片。

3.如权利要求1所述的排气系统，其中存在于车辆中的鼓风机是独立的鼓风机，其产生空气流并将空气流送到连接管，所述独立的鼓风机与连接管连接。

4.如权利要求3所述的排气系统，其中排气消声器的鼓风机布置在车辆中或车辆上，从而鼓风机同样被暴露在要被送往连接管的空气流中。

5.如权利要求1所述的排气系统，其中冷却回路通过发动机冷却回路的支路或一段与连接管连接，其中内燃机和/或废气再循环冷却器和/或内部冷却器与发动机冷却回路成一整体。

6.如权利要求1所述的排气系统，其中排气消声器外壳连接到冷却回路。

7.如权利要求1所述的排气系统，其中冷却装置包括在连接管内部的散热片和/或湍流器。

8.如权利要求1所述的排气系统，其中排气消声器和连接管布置在车辆的发动机舱中，内燃机也布置在其中。

9.如权利要求8所述的排气系统，其还包括尾管，废气通过尾管排放到车辆的外部环境中，所述尾管在排气系统的安装状态下布置在发动机舱中，内燃机也布置在其中。

10.如权利要求1所述的排气系统，其还包括尾管，废气通过尾管排放到车辆的外部环境中，所述尾管在排气系统的安装状态下在车辆的下部布置在车辆的前轴和后轴之间。

11.如权利要求8所述的排气系统，其中发动机舱配置在车辆的前部区域。

12.一种车辆，包括：

内燃机；

排气系统，该排气系统包括：

至少一根排气管，其在内燃机运行过程中引导废气流从内燃机中流出；

连接管；

至少一个主动排气消声器，其包括通过连接管声学上连接到排气管的排气消声器外壳，

其中连接管包括一个连接管布置，连接管相对车辆空气流定位，所述空气流由车辆运动或存在于车辆中的鼓风机产生，

其中连接管包括冷却回路，连接管连接冷却回路，并且冷却剂在冷却回路中以热传递方式循环，

其中连接管包括以热传递方式连接气路和液路的热交换器，所述液路连接到车辆冷却回路，气路声学连接排气消声器和排气管。

13.如权利要求12所述的车辆，其中连接管包括具有至少下列其中之一的连接管：

位于连接管内侧的散热片；

位于连接管内侧的湍流器；

位于连接管外侧的散热片。

14.如权利要求15所述的车辆，其还包括：

内燃机设置在其中的发动机舱，同样设置在发动机舱中的排气消声器。