CN103174499B - 排气系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机、尤其是机动车内燃机的排气系统，其具有：至少一个排气道(2)，该排气道具有引导废气的至少一根排气管(3)；至少一个有源消声器(5)，它具有消声器外壳(6)和布置在所述消声器外壳(6)中的至少一个声电转换器(7)；以及至少一根连接管(8)，它将所述消声器外壳(6)与所述排气管(3)流体连通。如果形成用于在连接管(8)中传播声音噪声的声音传播路径(9)不可透过从在排气管(3)中的废气发出的热辐射(16)，则可以降低转换器(7)的热负荷。

Description

排气系统
技术领域
本发明涉及内燃机、尤其是机动车的内燃机的排气系统。
背景技术
排气系统通常包括至少一个排气道，该排气道具有至少一个引导废气的排气管。相应的排气道用来排出内燃机的燃烧室中产生的废气。根据内燃机的规格，排气系统包括单个排气道或者例如在V型发动机的情况下包括至少两个排气道。在相应的排气道中通常布置有废气处理装置，例如催化剂、颗粒过滤器、SCR系统和消声器，这些装置通过排气管相互连接。排气道通常包括位于输入侧上的排气歧管，同时在端部处布置有被称为“排气装置”的尾管。这些端部部件也可以与排气管连接。
就消声器来说，分为无源消声器和有源消声器。无源消声器通过谐振、反射、膨胀和/或吸收作用来减弱在废气中传递的空气噪声。与之相反，有源消声器采用有源噪声控制或抗噪声进行操作，这借助于相应的声电转换器通常为扬声器来实现。也可以采用有源消声器和无源消声器的组合。在这方面，尤其应该避免有源消声器仅采用抗噪声设计来操作。然而，在本发明中，有源消声器应该任选能够还包括无源消声器的性能和/或部件，例如至少一个谐振、反射、膨胀和/或吸收腔室。
有源消声器可以具有消声器外壳和布置在消声器外壳中的至少一个声电转换器以及至少一个连接管。消声器外壳可以通过连接管与排气管流体连接。这样，消声器外壳旁通连接至排气道，因此废气不会流经消声器外壳。通过连接管形成的在消声器外壳和排气管之间的流体连通确保了用于空气噪声的声学连接，因此在废气中传播的噪声不会在消声器外壳的方向上传播，而由声电转换器产生出的噪声可以传播到排气管中。在消声器外壳和排气管之间的物理距离也是通过连接管实现的，因此能够降低转换器的热负荷。然而，据发现，在排气管中传送的热废气仍然会导致转换器的高的热负荷。首先，热废气会进入连接管并且通过扩散过程到达转换器。其次，废气会加热排气管，因此热量会通过热传导借助连接管从排气管传递给消声器外壳。最后，热辐射也会通过连接管从废气或排气管扩散到转换器。
为了降低转换器以及布置在消声器外壳中的有源消声器的电子元件的热负荷，原则上可以在消声器外壳和排气管之间为连接管配备冷却器部分。这样，因为热量通过冷却器部分向外散发，所以连接管能够被冷却。例如，连接管可以在冷却器部分中具有向外伸出的冷却肋片。同样可以想到设置冷却套管，冷却剂通过该冷却套管在冷却器部分中流动。例如，该冷却套管可以与装备有排气系统的内燃机的冷却回路流体连通。
发明内容
本发明考虑了这样的问题，即，提出了用于在开始部分提及的那种排气系统的改进实施方式或至少不同的实施方式，这尤其降低了转换器的热负荷。
本发明基于这样的总体构思，即，以防热辐射的方式，通过连接管构造出用于空气噪声的声学连通通道。这样，防止了热辐射通过连接管从排气管中的废气流或者排气管直接传递给转换器。这样，能够显著降低由热辐射在转换器上施加的热负荷。
在消声器外壳中的转换器和任意其它电子部件的热负荷降低还使得能够将有源消声器布置在更上游的位置，比之前更靠近内燃机。靠近发动机布置对于某些要求而言是有利的。
根据第一个总体技术方案，提出使用至少一个筛网元件，该筛网元件布置在连接管的横截面中，从而连接管保持不会渗透空气噪声，同时至少一个筛网元件在与连接管的纵向中央轴线平行的观察方向上按照不透明的方式隔断连接管的横截面。借助于相应的筛网元件，因此同样可以有效防止热辐射通过连接管传递，同时空气噪声通过连接管的传播在很大程度上不会受到阻碍。由此还能够显著降低转换器的热负荷。这种筛网元件的使用使得能够使用直的连接管，这能够以具有成本效益的方式实现并因此是优选的。原则上，在这里所提出的可选技术方案也可以相互结合，从而设置弯曲的连接管，其横截面在观察方向上用至少一个筛网元件按照不透明的方式隔断。
至少一个筛网元件的使用同时增大了在至少一个筛网元件的区域中的连接管的热质量，从而热负荷只能在消声器外壳的方向上按照延时或衰减的方式从排气管传播。
根据优选实施方式，连接管可以在消声器外壳和排气管之间设置这样一个部分，该部分包含由至少一个筛网元件在观察方向上按照不透明的方式隔断的连接管的横截面，该部分为与连接管分开并且安装在连接管中的管状体。这使得形成用于使得连接管适用于不同安装情况的变型更简化，因此总是可以使用相同的切断部分或管状体来实现不透明横截面区域。
根据另一个优选实施方式，可以在连接管的冷却器部分中布置至少一个筛网元件，从而相应的筛网元件如下布置，即，它可以渗透空气噪声，并且按照不透明的方式沿着与冷却器部分的纵向中心轴线平行的观看方向阻断冷却器部分的横截面。相应筛网元件在冷却部分中的定位意味着通过热辐射传递给相应的筛网元件的热量可以从相应的筛网元件扩散给冷却器部分的沿着圆周方向包围着连接管的横截面的冷却器壁并且通过冷却器部分可能设置有的冷却系统排出。在这方面，可以通过将相应的筛网元件设置在冷却器部分中来实现相应的筛网元件的冷却，这提高了转换器的热保护效率。在该情况下，还尤其明显的是，相应的筛网元件有助于增大冷却器部分的热质量。在上述两个实施方式的组合的情况下，构成为单独管状体的连接管的部分对应于冷却器部分，然后将该部分以单独管状体的形式安装在连接管中。
相应的筛网元件最好为具有高导热性和耐热性的板状金属体。优选的是，设有多个这种筛网元件，这些筛网元件从连接管的管壁或从冷却器部分的上述冷却器壁向内伸出。多个筛网元件的使用使筛网元件构成为只是不明显地阻碍空气噪声沿着声音传播路径传播。对于每个都从管壁或冷却壁向内伸出的多个筛网元件而言可选的是，也可以通过穿孔金属板来形成筛网元件，该穿孔金属板阻断连接管或冷却器部分的横截面，穿孔金属板中的孔可以通过将凸起去掉来形成，所述凸起优选按照沿着观看方向阻挡着相关开口的方式形成。
根据优选的实施方式，筛网元件构成为与纵向中心轴线倾斜设置的叶片。这些叶片也可以被称为用来让流体从中流过的管中的引导叶片，这与此处的连接管的情况不一样，这些叶片具有相对较低的声阻，因此这些叶片只是稍微地阻碍声音传播路径。
根据优选的实施方式，筛网元件可以按照星形方式布置，结果是筛网元件与声音传播路径的相互作用形成旋转对称。按照星形方式布置的筛网元件可以布置为它们自由竖立在径向内侧上，从而它们不会相互接触。可选的是，按照星形方式布置的筛网元件同样可以在共同中心处压靠在彼此上。自由竖立布置避免了由热引起的应力。然而，共同中心使得筛网元件能够实现为能够作为单独部件插入到相应横截面中的组件。如果按照星形方式布置的筛网元件构成为叶片，则筛网元件的布置可以构成为静态混合器，尤其按照漩流产生器的形式构成。因为废气不会流经连接管，所以不会产生混合或漩流，但是在筛网元件的区域中的相应横截面存在不透明阻断，并且具有打开的并且在很大程度上不受阻碍的声音传播路径。
根据另一个优选实施方式，筛网元件可以在连接管或冷却器部分的纵向方向上并且在圆周方向上至少沿着冷却器壁延伸。声音传播路径因此遵循着弯曲路径，这对于声音传播形成微不足道的障碍物，但是对于直的热辐射而言形成不可逾越的障碍物。
在另一个实施方式中，筛网元件可以构成为直的叶片，这些叶片相互平行。具体地，筛网元件可以设计为叶片格栅。
根据另一个优选实施方式，筛网元件的前缘可以在观看方向上与相邻筛网元件的前缘重叠或者在观看方向上与之对齐。这样，按照特别简单的方式实现了各个筛网元件每一个都如此在观看方向上阻挡着连接管或冷却器部分的横截面，从而所有筛网元件一起按照不透明的方式在观看方向上尤其阻断了整个横截面，同时在相邻筛网元件之间存在足够的间隙或距离以使得空气传播噪声在很大程度上不受阻碍地通过。
根据另一个优选实施方式，上述冷却器部分可以具有多个冷却肋片，这些冷却肋片从冷却器部分的冷却器壁向外伸出。这种方式显著增大了冷却器部分的可用于散热的表面积，这改善了热量向连接管的周围环境的散发。
根据优选的实施方式，冷却肋片与冷却器部分的纵向中心轴线平行对齐，并且按照星形或相互平行的方式布置。星形布置改善了散热。但是平行布置简化了将具有冷却肋片的冷却器部分作为整体组件尤其作为铸件的生产。
根据另一个优选实施方式，可以设置有冷却气流发生器，这产生出从外面施加在冷却器部分上的冷却气流。这样，通过为此专门产生出的冷却气流主动冷却冷却器部分。可选的是，原则上冷却器部分可以配备冷却套管，该冷却套管与其中循环流动有冷却剂优选冷却液的冷却回路连接。例如，这种冷却回路可以与内燃机的冷却回路连接。
根据另一个优选实施方式，相应的筛网元件可以构成为中空体，并且冷却剂优选冷却液可以流动穿过筛网元件。然后相应的筛网元件通过冷却器部分的冷却器壁与冷却剂在其中循环流动的冷却回路连接。该冷却回路尤其可以与内燃机的冷却回路连接。而且，原则上可以将用冷却剂主动冷却的筛网元件与用于冷却冷却器部分的上述冷却套管组合在一起。
根据另一个优选实施方式，上述冷却器部分可以为管状体，它与连接管分开并且例如通过焊接连接或凸缘连接按照合适的方式安装在连接管中。由此尤其可以用与连接管不同的材料制备冷却器部分。例如，连接管可以用铁合金或钢合金生产出，而冷却器部分的管状体用具有更好的导热性的轻质金属合金制备。另外，冷却器部分的单独管状体允许采用这样的实施方式，其中连接管在冷却器部分的两侧上用不同材料制备。连接管因此从冷却器部分到排气管例如可以用金属材料制备，而从冷却器部分到消声器外壳可以用塑料制备。
根据另一个优选实施方式，相应的筛网元件可以一体地形成在连接管的管壁或冷却器部分的冷却壁上。整体结构则使得有源消声器和排气系统更容易生产。具体地，整体结构使之更容易将上述管状体实现为整体铸件。另外或可选的是，冷却器部分的上述冷却肋片可以一体地形成在所述冷却器壁上，这也使得更容易廉价生产出铸件。具体地，冷却器部分可以按照整体管状体的形式实现，这可以在整体上包括至少一个筛网元件，并且任选还可以包括冷却肋片。
根据第二总体方案，连接管弯曲，从而从排气管通过连接管到消声器外壳没有任何直的连续的辐射路径。因此可以避免转换器被热辐射直接加热。为此，连接管例如可以具有90°弯曲或S形弯曲。在该情况下，连接管也可以具有受到主动和/或被动冷却的冷却器部分。
本发明的进一步的重要特征和优点可以从附图以及根据附图的相关说明中获得。
本发明优选的示例性实施方式在附图中示出，并在下面的说明中对其进行更加详细的描述，其中相同的附图标记表示相同或者相似或者功能上相同的组件。
本发明优选的示例性实施方式在附图中示出，并在下面的说明中对其进行更加详细的描述，其中相同的附图标记表示相同或者相似或者功能上相同的组件。
附图说明
图1示意性地示出了在有源消声器的区域中的排气系统的高度简化的原理图，
图2示意性地示出了图1纵向切割的冷却器部分的视图，
图3示意性地示出了与图1不同的实施方式的视图，
图4示意性地示出了图3的进一步实施方式的视图，
图5示意性地示出了贯穿冷却器部分的高度简化的纵向横截面，
图6示意性地示出了冷却器部分的横截面，
图7示意性地示出了图6的冷却器部分的立体图，
图8示意性地示出了图6的冷却器部分的侧视图，
图9示意性地示出了与图6不同的实施方式的冷却器部分的横截面，
图10示意性地示出了图9的冷却器部分的立体图，
图11示意性地示出了图9的冷却器部分的侧视图，
图12示意性地示出了在冷却器部分的区域中的排气系统在另一个实施方式中的高度简化的纵向横截面，
图13示意性地示出了图12的进一步实施方式的纵向横截面。
具体实施方式
根据图1至4，在这里只是部分显示出排气系统1，其用于排放内燃机、优选机动车内燃机中的废气，该排气系统包括至少一个排气道2，该排气道具有至少一个废气传输排气管3。由箭头表示排气管3中的废气流，并且在图1和2中被标为4。排气系统1包括至少一个有源消声器5，其具有消声器外壳6和至少一个布置在消声器外壳6中的声电转换器7。另外，设有连接管8，通过该连接管将消声器5以声学的方式连接至排气管3。为此，连接管8将消声器外壳6与排气管3流体连通。为此，连接管8限定了由箭头表示的声音传播路径9，该路径9形成在连接管8中并且允许空气噪声能够沿着它传播。在图1至4中，显示出压力脉冲10，这表示了空气噪声在排气管3的方向从转换器7沿着声音传播路径9的传播。这些压力脉冲10相对于在废气流4中运送的所要缓解的噪声压力脉冲发生相移。
在排气系统1所示的优选实施例中，连接管8包括冷却器部分11，其布置在连接管8中的消声器外壳6和排气管3之间。在另一个实施方式中，这种冷却器部分11原则上是可省去的。
根据图1至13，冷却器部分11包括冷却器壁12，它在圆周方向上完全包围连接管8的横截面13和/或冷却器部分11的横截面13。另外，冷却器部分11具有直的结构，并且相应地具有直的纵向中心轴线14，其在图1和2中所示的优选实施方式中与连接管8的纵向中心轴线一致，其中连接管8是直的。
声音传播路径9构成为不可渗透热辐射，该热辐射由在图2和5中的箭头表示并且从在废气管3中的废气或废气流4中散发出。由此可以明显降低由热辐射16导致转换器7上的热负荷。
在图3和4中所示的特别简单的情况下，声音传播路径9可以设计成不可渗透热辐射16，因为连接管9弯曲，从而令排气管3经连接管8到消声器外壳6没有一条不受阻碍的直线连接路径。例如，图3显示出连接管8，该连接管在排气管3和消声器外壳6之间具有90°的弯曲部25，该弯曲部25防止了热辐射从排气管3沿着直线传播到消声器外壳6。图4显示出一种变型，其中连接管8具有S形弯曲部26或S弯曲部26或S形部26，这同样防止了热辐射从排气管3沿着直线传播到消声器外壳6。
与这相反，在图1和2中所示的实施方式中采用了直的连接管8。但是下面所述的这些特征原则上也可以在弯曲连接管8中实现。
为了使声音传播路径9在直的连接管8中能够不渗透热辐射16，在该情况下在冷却器部分11的或者连接管8的横截面13中设有多个筛网元件17，这些筛网元件17布置在连接管8中或者在该情况下布置在冷却器部分11中，从而筛网元件17的布置可以透过空气噪声，同时它在与冷却器部分11的纵向中心轴线14平行的观看方向18上按照不透明的方式阻断冷却器部分11的横截面13。虽然在这里所示的示例性实施方式中总是设有多个筛网元件17，但是也可以想到其中只是设有单个筛网元件17来按照不透明的方式阻挡横截面13的实施方式。
筛网元件17最好由金属材料制备。例如，它们可以为板状金属体。筛网元件17从冷却器壁12向内伸出并由此深入到横截面13中。在这里所示的实施方式中，筛网元件17每个都构成为叶片，这些叶片相对于纵向中心轴线14倾斜设置。根据图6至11的实施方式，筛网元件17最好可以按照星形方式布置，其中各个筛网元件17可以在共同中心处在径向内侧上压靠在彼此上。同样可以布置筛网元件17，从而它们自由竖立在径向内侧上并且不会相互接触。在图6至11的实施方式中，按照具有漩流发生器的结构的方式布置筛网元件17。筛网元件17通常可以以静态混合器的方式布置。
图2、12和13显示出这样的实施方式，其中筛网元件17设计成相互平行的直的叶片。图2和12的筛网元件17相对于纵向中心轴线14成90°设置，从而它们延伸成其表面垂直于纵向中心轴线14。另外，在图2和12的实施方式中，筛网元件17在轴向方向上彼此偏置布置，即与纵向中心轴线14平行。另外，相对于彼此轴向偏置的筛网元件17也横向垂直于纵向中心轴线14彼此偏置，从而在观看方向18上对横截面13产生出所期望的不透明阻挡。
在图13所示的实施方式中，彼此平行延伸的叶片状筛网元件17相对于纵向中心轴线14成大约45°角设置。另外，在该情况下，筛网元件17的尺寸按照在观看方向18上产生出重叠以按照不透明的方式阻挡横截面13的方式设置。
在这里所示的图2和5至13优选为图5至11和13的实施方式中，筛网元件17的第一边缘19沿着观看方向18布置，从而它与相邻筛网元件17的第二边缘20重叠或与之齐平。第一边缘19面对消声器外壳6，而第二边缘20背离消声器外壳6。
根据图1至4和6至11，冷却器部分11优选具有多个冷却肋片21，这些肋片从冷却器壁12向外伸出。根据图1和3至11，冷却肋片21优选平行于冷却器部分11的纵向中心轴线14对齐。可选的是，图2显示出这样的实施方式，其中冷却肋片21按照环形方式构成并且沿着圆周方向并且于冷却器部分11的纵向中心轴线14垂直延伸。在图1和3至8的实施方式中，冷却肋片21按照星形的方式延伸。但是，在图9至11中所示的实施方式中，冷却肋片21相互平行延伸。
在图1中，显示出冷却气流发生器22，在该情况下，该冷却气流发生器22由风扇表示。借助于冷却气流发生器22，可以产生出冷却气流23，该冷却气流23在这里由箭头表示并且从外面施加在冷却器部分11上。由此热量可以根据箭头24所示的方向排放到周围环境中。
冷却器部分11优选为管状体，该管状体与连接管8分开并且按照合适的方式安装在连接管8中，尤其参见图12和13。筛网元件17和/或冷却肋片21尤其可以一体地形成在冷却器壁12上。冷却器部分11因此优选为整体铸件，该铸件一体地包括冷却器壁12和筛网元件17，并且任选包括冷却肋片21。
根据图2和5，来自排气管3的热辐射16由于不可透过热辐射16的声音传播路径9的结构或者由于筛网元件17的不透明布置而部分反射并且在筛网元件17部分吸收。反射的热量不会加热筛网元件17。然而，吸收的热量则会加热筛网元件17。由于其导热性，筛网元件17可以将所吸收的热量传递给冷却器壁12。在这些实施例中，所吸收的热量从冷却器壁12传入到冷却肋片21中，并且可以由后者散发到周围环境中。必要时，可以通过冷却气流23来帮助这种散热。任选的是，筛网元件17还可以与液态冷却剂在其中循环流动的冷却回路连接，从而该冷却剂流经筛网元件17。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的排气系统，其具有：
至少一个排气道(2)，该排气道具有引导废气的至少一根排气管(3)，
至少一个有源消声器(5)，它具有消声器外壳(6)和布置在所述消声器外壳(6)中的至少一个声电转换器(7)；以及
至少一根连接管(8)，它将所述消声器外壳(6)与所述排气管(3)流体连通，
其中，所述排气管(3)中的废气发出的热辐射(16)不可透过用于在所述连接管(8)中传播空气噪声的声音传播路径(9)，
至少一个筛网元件(17)布置在所述连接管(8)的横截面(13)中，该筛网元件(17)布置在所述连接管(8)中以可以透过空气噪声，并且在与所述连接管(8)的纵向中心轴线(15)平行的观看方向(18)上，按照不透明的方式阻断所述连接管(8)的横截面(13)，
所述连接管(8)具有位于所述消声器外壳(6)和所述排气管(3)之间的冷却器部分(11)，该冷却器部分(11)包含有由所述至少一个筛网元件(17)在观看方向(18)上按照不透明的方式阻断的连接管(8)的横截面(13)，其中该冷却器部分(11)为管状体，该管状体与所述连接管(8)分开并且安装在所述连接管(8)中，
其中，所述筛网元件（17）为具有高导热性和耐热性的板状金属体。
2.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，
所述连接管(8)具有位于所述消声器外壳(6)和所述排气管(3)之间的冷却器部分(11)，该冷却器部分(11)具有沿着圆周方向包围着所述连接管(8)的横截面(13)的冷却器壁(12)，
至少一个筛网元件(17)布置在所述冷却器部分(11)中，
所述至少一个筛网元件(17)按照可以透过空气噪声的方式布置在所述冷却器部分(11)中，
所述至少一个筛网元件(17)在与所述冷却器部分(11)的纵向中心轴线(14)平行的观看方向(18)上，按照不透明的方式阻断所述冷却器部分(11)的横截面(13)。
3.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，
设有多个筛网元件(17)，这些筛网元件(17)从所述连接管(8)的管壁或者从冷却器壁(12)向内伸出。
4.如权利要求3所述的排气系统，其特征在于，
所述筛网元件(17)构成为与所述纵向中心轴线(14、15)倾斜设置的叶片。
5.如权利要求4所述的排气系统，其特征在于，
所述叶片与所述纵向中心轴线(14、15)倾斜设置和/或直的设置。
6.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，
所述筛网元件(17)按照星形方式布置或者相互平行延伸，和/或
所述筛网元件(17)在所述连接管(8)或者所述冷却器部分(11)的纵向方向上并且在圆周方向上至少沿着管壁或冷却器壁(12)延伸。
7.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，
筛网元件(17)面对转换器(7)的边缘(19)与相邻筛网元件(17)在观看方向(18)上背离转换器(7)的边缘(20)重叠，或者在观看方向(18)上与之对齐。
8.如权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述冷却器部分(11)具有多个冷却肋片(21)，这些冷却肋片(21)从所述冷却器壁(12)向外伸出。
9.如权利要求8所述的排气系统，其特征在于，
所述冷却肋片(21)与所述冷却器部分(11)的纵向中心轴线(14)平行对齐并且按照星形的方式或者彼此平行布置。
10.如权利要求2所述的排气系统，其特征在于，设有冷却气流发生器(22)，该冷却气流发生器(22)产生出从外面施加在所述冷却器部分(11)上的冷却气流(23)。
11.如权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述冷却器部分(11)为管状体，该管状体与所述连接管(8)分开并且安装在所述连接管(8)中。
12.如权利要求8所述的排气系统，其特征在于，
相应的筛网元件(17)一体地形成在管壁或所述冷却器壁(12)上，和/或
所述冷却肋片(21)一体地形成在所述冷却器壁(12)上。
13.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，
所述连接管(8)弯曲，从而没有任何直的连接部分不受阻碍地从所述排气管通过所述连接管(8)延伸至所述消声器外壳(6)。
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