CN102301100B - 具有负的起始角的被动阀组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆排气系统的被动阀组件，包括限定排出气体流动路径的排气部件以及定位在排出气体流动路径中的叶片。叶片定位在初始的起始位置处并且可以在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间运动。起始位置相对于关闭位置以负角定向。

Description

具有负的起始角的被动阀组件
技术领域
本发明涉及一种在车辆排气系统中的被动阀组件，更具体地，涉及一种具有负的起始角以减小阀振颤的被动阀组件。
背景技术
排气系统是众所周知的并且与燃烧发动机一起使用。通常，排气系统包括排气管子，排气管子将热的排出气体从发动机运送至其它排气系统部件，例如消声器、共鸣器等。消声器和共鸣器包括消除由排出气体携带的声波的声室。尽管这些部件是有效的，但是其通常尺寸较大并且提供有限的噪音衰减。
已试图通过增加消声器容积或增加背压来改进低频噪音衰减。从成本、材料和组装空间的角度考虑，增加消声器容积是不利的。增加背压则对发动机功率造成不利地影响。
用于减小低频噪音的另一方案是使用被动阀组件。传统被动节流阀构造的一个缺点在于其存在一种被称作“振颤”的现象。阀振颤与被动阀开始打开——即从完全关闭位置朝向打开位置运动——时的压力波动(压力脉冲)相关联。
被动阀包括定位在排气管道内的挡板阀体部或叶片，其中叶片可以在打开与关闭位置之间枢转。关闭位置包括阀的起始位置，在该位置处阈体部定向成与排出气体流方向垂直。被动阀由弹簧朝向关闭位置偏置并且包括限定阀的歇止/关闭位置的阀顶部。当排出气体压力足以克服该弹簧偏置时，叶片朝向开口位置枢转。
当由于阀打开而使促使阀的打开的压力降低时，导致阀振颤。压力的降低能够促使阀打开力的减小，从而导致弹簧偏置力使阀返回至关闭位置。随后的压力脉冲(压力增加之后跟随着压力降低)导致挡板阀体部响应于压力的增加而开始打开，紧随其后又响应于压力的降低进行关闭运动。当产生一系列这些压力脉冲时，例如当发动机正以低速运转时，阀在打开与关闭之间来回“振颤”。在每一关闭运动期间挡板阀体部冲击阀的止挡部，这能够导致产生不希望的噪音。此外，这些多次冲击情况能够在阀体部上造成提前磨损。
发明内容
一种用于车辆排气系统的被动阀组件包括以负的起始角定向以减小阀振颤作用的叶片。
在一个示例中，被动阀组件与限定排出气体流动路径的排气部件相联。该被动阀组件包括定位在排出气体流动路径中的、处于初始的起始位置的叶片。叶片可以在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间运动。起始位置相对于关闭位置以负角定向。
在一个示例中，限定有垂直于排出气体流方向的垂直平面。叶片当处于关闭位置时与垂直平面共面，并且当从关闭位置朝向打开位置运动时相对于垂直平面以正角定向。叶片当从起始位置朝向关闭位置运动时相对于垂直平面以负角定向。
在一个示例中，负角限定在三度至十度的范围内。至少三度的负角避免了由于各个部件的公差叠加而引起的不希望的垂直的起始位置。
具体而言，本发明提供了一种用于车辆排气系统的被动阀组件，所述被动阀组件包括：
垂直于排出气体流方向的垂直平面；
定位在排出气体流动路径中的、处于起始位置的叶片，所述叶片能够在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间运动，其中，所述叶片处于所述关闭位置时与所述垂直平面共面，所述叶片从所述关闭位置朝向所述打开位置运动时相对于所述垂直平面以正角定向，以及所述叶片从所述起始位置朝向所述关闭位置运动时相对于所述垂直平面以负角定向。
本发明还提供了一种用于车辆排气系统的被动阀组件，所述被动阀组件包括：
具有限定排出气体流动路径的内壁表面的排气部件；
垂直于排出气体流方向的垂直平面；
由所述排气部件的壁支承的轴，所述轴限定旋转轴线；
定位在所述排出气体流动路径中的、处于起始位置的叶片，所述叶片能够在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间围绕所述旋转轴线枢转，其中，所述叶片处于所述关闭位置时与所述垂直平面共面，所述叶片从所述关闭位置朝向所述打开位置运动时相对于所述垂直平面以正角定向，所述叶片从所述起始位置朝向所述关闭位置运动时相对于所述垂直平面以负角定向，以及
提供弹性偏置力以使所述叶片返回并保持在所述起始位置的弹性构件，其中，所述叶片仅在响应足以克服所述弹性构件的偏置力的排出气体压力时才能够朝向所述打开位置运动。
本发明另外也提供了一种操作被动阀组件的方法，所述方法包括下列步骤：
限定垂直于排出气体流方向的垂直平面；
当处于关闭位置时，将叶片定向成与所述垂直平面共面；
当从所述关闭位置朝向打开位置运动时，使所述叶片相对于所述垂直平面以正角定向；
朝向起始位置弹性地偏置所述叶片，所述起始位置相对于所述垂直平面以负角定向；以及
仅在响应足以克服弹性偏置返回力的排出气体流压力时才使所述叶片从所述起始位置朝向所述打开位置运动。
从以下的说明和附图中能够最好地理解本发明的这些和其它特征，以下是附图的简要说明。
附图说明
图1示出了排气部件和被动阀组件的一个示例的立体图。
图2A示出了带有用于具有负的起始角的叶片的止挡部的排气部件的侧视图。
图2B示出了不带有用于具有负的起始角的叶片的止挡部的排气部件的侧视图。
图3是在排气系统内的图1的排气部件和被动阀组件的示意图。
具体实施方式
如图1所示，排气部件，例如排气管子或管道10，包括称作被动阀组件12的排气节流阀。被动阀组件12可以在具有排出气体流动路径16的最小阻塞的打开位置与排出气体流动路径16的最大部分被阻塞的关闭位置之间运动。被动阀组件12朝向关闭位置弹性地偏置，并且当排出气体流产生足以克服偏置力的压力时其才朝向打开位置运动。
在所示出的示例中，排气管道10包括限定排出气体流动路径16的单个管道体部14。在一个示例中，管道体部14包括弯曲的外表面14a和限定排出气体流动路径16的弯曲的内表面14b。在一个示例中，管道体部14具有圆形横截面；然而，根据车辆的应用和/或组装空间的约束，管道体部可以具有其它横截面形状。
被动阀组件12包括当处于关闭位置时阻塞排出气体流动路径16的最大部分的阀体部或叶片18。如上文中所讨论的，叶片18响应由排出气体施加在叶片18上的压力而朝向打开位置枢转以使排出气体流动路径16的阻塞最小化。
在一个示例中，叶片18利用在图1中以22示意性地示出的连接臂固定于轴20。槽24形成在管道体部14的弯曲的外表面14a内。在该示例中示出为方形金属结构的壳体26容纳在该槽24内并且焊接于管道体部14。也可以使用其它壳体构造。轴20由第一轴套或轴承28和第二轴套或轴承30可旋转地支承于壳体26内并且限定旋转轴线A。
第一轴套28大致定位在第一轴端32处。第一轴套28包括用于第一轴端32的密封界面。轴20包括具有第一轴环36和第二轴环38的轴体部34。第一轴套28包括第一孔，该第一孔容纳第一轴端32，从而使得第一轴环36直接抵靠于第一轴套28的端面以提供密封界面。这样，排出气体不能够沿轴20与第一轴套28之间的路径从第一轴套28中漏出。
第二轴套30包括第二孔，轴体部34穿过该第二孔延伸至第二轴端40。第二轴环38定位于第二轴套30的轴向内侧。轴20穿过第二孔延伸至相对于第二轴套30的轴向外侧位置。弹性构件，例如弹簧42利用弹簧承座44联接于第二轴端40。弹簧承座44包括固定于壳体26的第一承座元件46和固定于第二轴端40的第二承座元件48。一个弹簧端50经由第一承座元件46与壳体26相联，并且第二弹簧端(由于弹簧承座44而在图1中不可见)经由第二承座元件48与轴20相联。
叶片18包括例如盘状体部的体部结构60，体部结构60包括利用连接臂22联接于轴20的第一部分62。体部结构60从第一部分62延伸至包括远侧末端64的第二部分。这样，末端64包括体部结构60的离旋转轴线A最远的部分。
在所示出的示例中，盘状体部包括圆形盘；然而，盘状体部可以包括任何类型的形状。然而，叶片18的外周80的轮廓和尺寸应该与排气部件的内壁表面82所限定的形状紧密地匹配。因此，当叶片18处于关闭位置时，几乎所有的排出气体流将被阻塞。
在一个示例中，止挡部66由管道体部14支承并且定位在排出气体流动路径16中。止挡部66限定用于叶片18的歇止或起始位置。起始位置与关闭位置不同，其中叶片18的起始位置相对于关闭位置以负角定向(参见图2A)。当弹簧42使叶片18从打开位置返回至起始位置时，叶片18的末端64与止挡部66啮合。当排出气体流足以克服弹簧42的偏置力时，叶片18从起始位置朝向关闭位置运动，并且如果维持充足的压力，则叶片18将经过关闭位置朝向打开位置运动。
如果叶片18正承受造成叶片出现振颤运动的压力脉冲，则由于起始位置处叶片的负角定向，振颤运动将以垂直的关闭位置为中心，而不导致叶片18与止挡部66之间的接触。这减小了噪音同时减小了叶片18上的磨损。
如图2A所示，排气部件限定垂直于与排出气体流方向E对应的管道中心线CL的垂直平面P。叶片18当处于关闭位置时与垂直平面P共面，并且当从关闭位置朝向打开位置运动时相对于垂直平面P以正角A1定向。叶片18当从起始位置朝向关闭位置运动时相对于垂直平面P以负角A2定向。因此，当叶片18处于关闭位置时，叶片18垂直于排出气体流，并且当叶片处于完全打开位置时，叶片18大致平行于排出气体流。
起始位置处的负角A2为至少三度。这避免了由于各个部件的公差叠加而引起的不希望的垂直的起始位置。在一个示例中，负角A2在三度至十度的范围内。
如图1和2A所示，止挡部66定位在叶片18的上游以限定起始位置。如此，当叶片处于关闭位置时，止挡部66上的止挡表面70与叶片18间隔开。止挡部66的这种位置允许阀在不接触止挡部66且不产生不希望的噪音和磨损的情况下出现振颤运动。可选择地，例如弹性垫或其它类似类型的构件的柔性构件72可以安装在止挡表面70上，以在叶片接触止挡部66时能够进一步减小冲击噪音。
如上文中所讨论的，在增加排出气体流而造成叶片18朝向打开位置运动的情况下，弹簧42使叶片18朝向起始位置偏置。在止挡部66能够限定负的起始角位置的同时，止挡部66还能够用作阻止叶片18回摆过远的限制部。
在图2B所示出的另一示例中，弹簧42构造成使得不需要止挡部来设定负的起始角。在该示例中，弹簧42构造成将叶片18偏置且保持于负的起始角。当排出气体流增加至充足的水平时，叶片18将运动至关闭位置，然后将在经过关闭位置之后朝向打开位置运动。当排出气体压力降低至低于弹簧42的偏置力的水平时，弹簧将使叶片自动地返回至负的起始角位置，并且将把叶片18保持于该起始位置。
在图2B中提出的构造的一个优点在于，由于不采用止挡部，噪音得以进一步减小并且成本得以减小。对于发动机的起动和停止次数越来越多的车辆的应用——例如将会在混合驱动汽车中出现——来说，这也是更加便利的。由于叶片运动返回至起始位置时与止挡部的接触而将会产生的任何噪音现在得以消除。
如图3所示意性地标示出的，上文中所描述的题述被动阀组件能够定位于排气系统90内的任何位置。排气系统90从发动机92引导排出气体而穿过各种排气管子或管道94并且穿过各种排气部件96，例如消声器、共鸣器、转化器、旁路等。阀组件12能够按需定位于这些管道94和部件96中的任一个或多个中以衰减低频噪音。
如上文中所讨论的，叶片18的负的起始角能够减小噪音和磨损。这种叶片18的初始打开特性导致流动横截面的面积减小，这造成叶片18的上游压力升高，并且因此，这避免了造成振颤的压力损失。当叶片18已经过叶片18与管道中心线垂直的位置(与垂直平面P共面)时，流动面积将增加。在该打开位点处这是可接受的特性，因为在该部分打开位置附近的任何摆动将不会导致与任何其它排气部件结构的接触。
尽管已公开了本发明的实施方式，本领域普通技术人员将会认识到，某些修改将会落入本发明的范围之内。为此原因，应该研究下列权利要求以确定本发明的真正范围和内容。

Claims (17)

1.一种用于车辆排气系统的被动阀组件，所述被动阀组件包括：
垂直于排出气体流方向的垂直平面；
定位在排出气体流动路径中的、处于起始位置的叶片，所述叶片能够在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间运动，其中，所述叶片处于所述关闭位置时与所述垂直平面共面，所述叶片从所述关闭位置朝向所述打开位置运动时相对于所述垂直平面以正角定向，以及所述叶片从所述起始位置朝向所述关闭位置运动时相对于所述垂直平面以负角定向。
2.根据权利要求1所述的被动阀组件，其中，所述负角为至少三度。
3.根据权利要求2所述的被动阀组件，其中，所述负角不大于10度。
4.根据权利要求1所述的被动阀组件，其中，所述叶片通过弹性构件弹性地偏置以返回至所述起始位置，所述叶片仅在响应足以克服所述弹性构件的偏置力的排出气体压力时才能够朝向所述打开位置运动，一旦排出气体压力降至低于所述偏置力，所述弹性构件仅负责使所述叶片返回并保持在所述起始位置。
5.根据权利要求1所述的被动阀组件，其中，所述叶片在所述起始位置、所述关闭位置和所述打开位置之间运动时围绕旋转轴线旋转，所述叶片包括安装成围绕所述旋转轴线进行枢转运动的一个部分并且延伸至离所述旋转轴线最远的远侧末端部分，所述远侧末端部分构造成当所述远侧末端部分在所述起始位置与所述打开位置之间运动时不接触任何其它排气部件。
6.根据权利要求1所述的被动阀组件，其中，所述叶片包括安装成围绕旋转轴线进行枢转运动的一个部分并且延伸至离所述旋转轴线最远的远侧末端部分，所述远侧末端部分构造成接触止挡部，所述止挡部定位成限定所述起始位置。
7.根据权利要求7所述的被动阀组件，所述被动阀组件包括柔性构件，所述柔性构件定位于所述止挡部的抵接面上，以在所述远侧末端部分接触所述止挡部时减小冲击噪音。
8.一种用于车辆排气系统的被动阀组件，所述被动阀组件包括：
具有限定排出气体流动路径的内壁表面的排气部件；
垂直于排出气体流方向的垂直平面；由所述排气部件的壁支承的轴，所述轴限定旋转轴线；
定位在所述排出气体流动路径中的、处于起始位置的叶片，所述叶片能够在提供最小排出气体流的关闭位置与提供最大排出气体流的打开位置之间围绕所述旋转轴线枢转，其中，所述叶片处于所述关闭位置时与所述垂直平面共面，所述叶片从所述关闭位置朝向所述打开位置运动时相对于所述垂直平面以正角定向，所述叶片从所述起始位置朝向所述关闭位置运动时相对于所述垂直平面以负角定向，以及
提供弹性偏置力以使所述叶片返回并保持在所述起始位置的弹性构件，其中，所述叶片仅在响应足以克服所述弹性构件的偏置力的排出气体压力时才能够朝向所述打开位置运动。
9.根据权利要求8所述的被动阀组件，其中，所述负角为至少三度。
10.根据权利要求9所述的被动阀组件，其中，所述负角不大于10度。
11.根据权利要求8所述的被动阀组件，其中，所述叶片包括盘状体部，所述盘状体部具有外周，所述外周在形状上与由所述排气部件的所述内壁表面界定的形状大致一致，当处于所述关闭位置时，所述盘状体部的所述外周相对于所述内壁表面紧密地定位，从而使得当所述叶片处于所述关闭位置时几乎所有的排出气体流均被阻塞。
12.根据权利要求8所述的被动阀组件，其中，所述叶片包括安装成围绕所述旋转轴线进行枢转运动的一个部分并且延伸至离所述旋转轴线最远的远侧末端部分，所述远侧末端部分构造成当所述远侧末端部分在所述起始位置与所述打开位置之间运动时不接触任何其它排气部件。
13.根据权利要求8所述的被动阀组件，其中，所述弹性构件仅负责使所述叶片返回并保持在所述起始位置。
14.一种操作被动阀组件的方法，所述方法包括下列步骤：
限定垂直于排出气体流方向的垂直平面；
当处于关闭位置时，将叶片定向成与所述垂直平面共面；
当从所述关闭位置朝向打开位置运动时，使所述叶片相对于所述垂直平面以正角定向；
朝向起始位置弹性地偏置所述叶片，所述起始位置相对于所述垂直平面以负角定向；以及
仅在响应足以克服弹性偏置返回力的排出气体流压力时才使所述叶片从所述起始位置朝向所述打开位置运动。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括将所述负角定向在三度至十度的范围内。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括利用弹性构件弹性地偏置所述叶片，以使所述叶片返回并保持在所述起始位置，其中，一旦排出气体压力降至低于所述弹性偏置返回力时，所述弹性构件仅负责使所述叶片返回并保持在所述起始位置。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述叶片包括安装成围绕旋转轴线进行枢转运动的一个部分并且延伸至离所述旋转轴线最远的远侧末端部分，所述方法包括在排气部件组件内枢转所述叶片，从而使得当所述远侧末端部分在所述起始位置与所述打开位置之间运动时，所述远侧末端部分不接触任何其它排气部件。
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