CN106050488A - 一种汽车双模式进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车双模式进气系统，其包括空滤器和具有进气口的进气管，该进气管的出气端通过常通管与空滤器的进气腔连通，空滤器的出气腔连接有与发动机相连的空滤器出气管。进气管的出气端还通过一常闭管与空滤器的进气腔连通，该常闭管上安装有半主动控制阀门，所述半主动控制阀门具有控制常闭管内气流流通截面积的阀片，当气流进入进气口时的速度大于设定值时，所述气流流通截面积随气流速度的增大而增大直至阀片达到最大开度；当气流进入进气口时的速度小于设定值时，所述气流流通截面积为零。本发明解决了现有空滤器在降低进气噪声与减少功率损失之间的矛盾问题。

Description

一种汽车双模式进气系统
技术领域
本发明涉及汽车噪声控制技术，具体是一种汽车双模式进气系统。
背景技术
空气是通过汽车进气系统进入发动机汽缸的，然后与燃油混合后燃烧，燃烧后释放热能，再转变成机械能量，机械能量推动曲柄连杆机构作功，然后推动汽车前进。
汽车进气系统一般分为两部分：进气歧管系统和空气滤清器进气系统。进气歧管系统包括进气歧管和节气门；空气滤清器进气系统包括进气口、空气滤清器进气管、空气滤清器、空气滤清器出气管及四分之一波长管、赫尔姆兹消音器等消声元件。
在汽车进气系统中，空滤器容积和结构对降低进气噪声起着重要作用。一般而言，空滤器的容积越大降噪效果越好，但是对于汽车发动机机舱而言，空滤器体积越大，就意味着布置越困难。同时，要达到良好的消声效果，进气系统往往设计得更加复杂，比如有针对不同频率的空滤器内插管、上述的赫姆霍兹消音器和四分之一波长管等，复杂的进气结构使得进气气流不畅，进气系统背压升高，导致功率损失增加，而且外观也不简洁美观。如果把进气结构设计得简单，虽然空气气流通畅，阻力小，功率损失小，但消音效果差，不满足人们越来越严苛的NVH需求。因此，对于现有的进气系统而言，降低噪声与减少功率损失是一对矛盾体。为更好的解决NVH性能和功率损失的矛盾，采用双模式进气系统是一种理想的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车双模式进气系统，其能够解决现有空滤器在降低进气噪声与减少功率损失之间的矛盾问题。
本发明的技术方案如下：
一种汽车双模式进气系统，包括空滤器和具有进气口的进气管，该进气管的出气端通过常通管与空滤器的进气腔连通，空滤器的出气腔连接有与发动机相连的空滤器出气管。进气管的出气端还通过一常闭管与空滤器的进气腔连通，该常闭管上安装有半主动控制阀门，所述半主动控制阀门具有控制常闭管内气流流通截面积的阀片，当气流进入进气口时的速度大于设定值时，所述气流流通截面积随气流速度的增大而增大直至阀片达到最大开度；当气流进入进气口时的速度小于设定值时，所述气流流通截面积为零。
进一步的，所述半主动控制阀门位于空滤器外。
进一步的，所述半主动控制阀门安装在空滤器内的常闭管端口处。
进一步的，所述半主动控制阀门还具有阀体壳和控制阀片开度的摇臂连杆组件。所述阀体壳的一端为进气端口而另一端为出气端口，所述阀片位于阀体壳内，阀片由密封片部和具有轴孔的转轴部构成，阀片的密封片部挡在进气端口与出气端口之间的气流通道中，阀片的轴孔与阀体壳的中心轴垂直。所述摇臂连杆组件包括摇臂、连杆、阀片连接轴和弹簧，所述摇臂的一端部与阀体壳转动连接且转动平面与阀体壳的中心轴平行，摇臂的另一端部开设有中心轴与阀体壳的中心轴垂直的条形导向孔；所述连杆的一端固连有摇臂连接轴，该摇臂连接轴限位于条形导向孔中，连杆的另一端与阀片连接轴的一端固定连接，阀片连接轴与阀片的轴孔固定配合。所述弹簧的一端与摇臂固定连接，弹簧的另一端固定在阀体壳上，弹簧压缩量的变化驱使摇臂转动，当弹簧处于最小压缩量时，其弹力通过摇臂、摇臂连接轴、连杆、阀片连接轴作用于阀片上，使阀片的密封片部对进气端口施加一个与气流方向相反的力。
进一步的，所述阀片的密封片部的两面各设有一个环形槽，所述环形槽中设置有密封橡胶环。
进一步的，所述阀片的环形槽中设有整周的圆孔，所述密封橡胶环具有与圆孔固定配合的嵌合部。
进一步的，所述摇臂、弹簧和连杆位于阀体壳外，摇臂通过一螺栓组件与阀体壳的外壁转动连接。
车辆在低速运行或巡航状态下，进气管的进气口处流进的气流速度较低，本发明的半主动控制阀门处于关闭状态，低速气流经常通管进入空滤器，过滤后经空滤器出气管进入发动机，此时对空滤器而言，其进气截面积较小，扩张比较大，空滤器传递损失较大，进气噪声较低。车辆在高速运行或加速状态下，进气管的进气口处流进的气流速度较高，本发明的半主动控制阀门处于开启状态，高速气流经进气口、常通管和常闭管、半主动控制阀门同时进入空滤器，过滤后经空滤器出气管进入发动机，此时对空滤器而言，其进气截面积增大，空滤器传递损失相应减小，进气噪声增大，功率损失减小。
本方案的半主动控制阀门安装位置灵活，既能够安装在空滤器外的常闭管上，节省空间，减小空滤器的体积；也能够安装在空滤器内的常闭管端口处，方便布置，保证进气系统外形的简洁。
本方案的半主动控制阀门是通过阀片和控制阀片开度的摇臂连杆组件来实现开合控制，进而实现对常闭管通断的控制。其中，摇臂连杆组件主要由摇臂、连杆、阀片连接轴和弹簧构成，其为纯机械构件，能够适应汽车进气系统恶劣的环境，结构简单，可靠性高；通过匹配弹簧的刚度可以精确的控制阀片的开启转速和开启角度。并在阀片上设置密封结构来保证气密性。
本方案在现有基础上增加常闭管，并在常闭管上安装半主动控制阀门，根据发动机工况、进气流量和进气气压力大小，通过主动控制阀门来控制常闭管的通断，进而调节了空滤器的进气截面积，实现汽车进气系统的双模式控制，有效地降低了进气噪声和发动机功率损失，有效地解决降低进气噪声和发动机功率损失之间的矛盾，空滤器及消声元件容积较大和机舱布置之间的矛盾，既获得了良好的NVH性能，又不增加空滤器的容积(重量)，是一种理想的解决方案。
附图说明
图1为本发明的立体结构图；
图2为本发明的半主动控制阀门的立体结构图；
图3为本发明的半主动控制阀门的主视结构图；
图4为图3在A-A方向上的剖视结构图；
图5为本发明的半主动控制阀门的阀片结构图；
图6为本发明与现有技术在进气容积相同的条件下进气噪声的测试对比图；
图7为本发明较现有技术的进气容积减小3L的条件下进气噪声的测试对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示的一种汽车双模式进气系统，其包括空滤器3和具有进气口1的进气管18，该进气管18的出气端通过常通管2与空滤器3的进气腔连通，空滤器3的出气腔连接有与发动机相连的空滤器出气管4。在上述基础上，进气管18的出气端还通过一常闭管6与空滤器3的进气腔连通，该常闭管6上安装有半主动控制阀门5，所述半主动控制阀门5具有控制常闭管6内气流流通截面积的阀片10，当气流进入进气口1时的速度大于设定值时，所述气流流通截面积随气流速度的增大而增大直至阀片10达到最大开度；当气流进入进气口1时的速度小于设定值时，所述气流流通截面积为零。
上述半主动控制阀门5为常闭型，车辆在低速运行或巡航状态下，主动控制阀门5关闭，常闭管6处于截止状态，低速气流经进气口1、常通管2进入空滤器3，过滤后经空滤器出气管4进入发动机，此时进气截面积较小，扩张比较大，空滤器传递损失较大，进气口噪声较低。车辆在高速运行或加速状态下，半主动控制阀门5在气流速度达到一定的设定值时(设定值根据现有的进气系统测定)，半主动控制阀门5开启，且气流速度越大开度越大，高速气流经进气口1、常通管2和常闭管6同时进入空滤器3，如图1虚线箭头指示方向，过滤后经空滤器出气管4进入发动机，此时进气截面积增大，空滤器传递损失减小，进气口噪声增大，功率损失减小。
本方案的半主动控制阀门5安装位置灵活，既能够安装在空滤器3外的常闭管6上，节省空间，减小空滤器3的体积；也能够安装在空滤器3内的常闭管6端口处，方便布置，保证进气系统外形的简洁。
就半主动控制阀门5的具体结构而言，其还具有阀体壳7和控制阀片10开度的摇臂连杆组件。
所述阀体壳7密封良好，其一端为进气端口71而另一端为出气端口72，所述阀片10位于阀体壳7内，阀片10由密封片部104和具有轴孔105的转轴部103构成，阀片10的密封片部104挡在进气端口71与出气端口72之间的气流通道中，阀片10的轴孔105与阀体壳7的中心轴垂直。
所述摇臂连杆组件包括摇臂16、连杆17、阀片连接轴9和弹簧14，如图2至图4所示。所述摇臂16的一端部与阀体壳7转动连接实现轴向限位，其转动平面与阀体壳7的中心轴平行，摇臂16的另一端部开设有中心轴与阀体壳7的中心轴垂直的条形导向孔161；所述连杆17的一端固连有摇臂连接轴15，该摇臂连接轴15限位于条形导向孔161中，连杆17的另一端与阀片连接轴9的一端固定连接，阀片连接轴9与阀片10的轴孔105固定配合。所述弹簧14的一端与摇臂16固定连接，弹簧14的另一端固定在阀体壳7上，弹簧14压缩量的变化驱使摇臂16转动，当弹簧14处于最小压缩量时，其弹力通过摇臂16、摇臂连接轴15、连杆17、阀片连接轴9作用于阀片10上，使阀片10的密封片部104对进气端口71施加一个与气流方向相反的力。
上述阀片10的轴孔105与阀片连接轴9配合后采用焊接固定为一体，阀片连接轴9可在阀体壳7上供其穿过的孔中旋转。阀片连接轴9与摇臂连接轴15之间采用连杆17压接，摇臂连接轴15可在摇臂16的条形导向孔161内滑动。阀片10为常闭模式，车辆在低速运行或巡航状态下，阀片10在弹簧14对其施加的力的作用下，克服低速气流的压力使半主动控制阀门5处于关闭状态。车辆在高速运行或加速状态下，作用于阀片10上的气流压力克服通过摇臂连杆组件传递的弹簧反作用力，阀片10开启。阀片10的开启角度与气流压力(也代表气流速度)呈对应关系，阀片10的开启角度越大，通过摇臂连杆组件使弹簧14的压缩量就越大，受到的弹簧反作用力就越大，当弹簧14对阀片10的作用力与阀片10受到的气流压力平衡时，阀片10开度一定，常闭管6中的气流流通截面积一定。通过匹配弹簧14的刚度控制阀片10的开启转速和开启角度，保证阀片10平稳动作，进入空滤器3的气流平稳增减。
如图5所示，所述阀片10的密封片部104的两面各设有一个环形槽101，所述环形槽101中设置有密封橡胶环11。以密封片部104朝进气端口71的一面为例，其环形槽101与进气端口71配合且通过密封橡胶环11实现密封，密封橡胶11须预留一定的压缩量，保证半主动控制阀门5的密封性能。所述阀片10的环形槽101中沿圆周方向均匀设有整周的圆孔102，所述密封橡胶环11具有与圆孔102固定配合的嵌合部，用于固定密封橡胶11。
所述摇臂16、弹簧14和连杆17位于阀体壳7外，摇臂16通过垫片12和螺栓13与阀体壳7的外壁转动连接，实现轴向限位。
将本方案运用到现有乘用车中，并与现有技术的进气系统进行测试对比。参见图6，曲线18为现有技术的进气噪声总声压级曲线，曲线19为本发明同容积空滤器进气噪声总声压级曲线，曲线20为现有技术的进气噪声二阶曲线，曲线21为本发明同容积空滤器进气噪声二阶曲线，可知采用本发明后乘用车在其他条件不变的情况下,进气噪声总声压级降低3-5dB(A)，半主动控制阀门5开启后进气口二阶噪声降低4-10dB(A)。
参见图7，曲线22为现有技术的进气噪声总声压级曲线，曲线23为本发明在进气容积减小3L的条件下进气噪声总声压级曲线，曲线24为现有技术的进气噪声二阶曲线，曲线25为本发明在进气容积减小3L的条件下进气噪声二阶曲线，可知采用本发明后乘用车在其他条件不变、进气噪声水平相等的情况下，进气容积能够减小3L。

Claims (7)

1.一种汽车双模式进气系统，包括空滤器(3)和具有进气口(1)的进气管(18)，该进气管(18)的出气端通过常通管(2)与空滤器(3)的进气腔连通，空滤器(3)的出气腔连接有与发动机相连的空滤器出气管(4)，其特征在于：进气管(18)的出气端还通过一常闭管(6)与空滤器(3)的进气腔连通，该常闭管(6)上安装有半主动控制阀门(5)，所述半主动控制阀门(5)具有控制常闭管(6)内气流流通截面积的阀片(10)，当气流进入进气口(1)时的速度大于设定值时，所述气流流通截面积随气流速度的增大而增大直至阀片(10)达到最大开度；当气流进入进气口(1)时的速度小于设定值时，所述气流流通截面积为零。
2.根据权利要求1所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述半主动控制阀门(5)位于空滤器(3)外。
3.根据权利要求1所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述半主动控制阀门(5)安装在空滤器(3)内的常闭管(6)端口处。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述半主动控制阀门(5)还具有阀体壳(7)和控制阀片(10)开度的摇臂连杆组件；
所述阀体壳(7)的一端为进气端口(71)而另一端为出气端口(72)，所述阀片(10)位于阀体壳(7)内，阀片(10)由密封片部(104)和具有轴孔(105)的转轴部(103)构成，阀片(10)的密封片部(104)挡在进气端口(71)与出气端口(72)之间的气流通道中，阀片(10)的轴孔(105)与阀体壳(7)的中心轴垂直；
所述摇臂连杆组件包括摇臂(16)、连杆(17)、阀片连接轴(9)和弹簧(14)，所述摇臂(16)的一端部与阀体壳(7)转动连接且转动平面与阀体壳(7)的中心轴平行，摇臂(16)的另一端部开设有中心轴与阀体壳(7)的中心轴垂直的条形导向孔(161)；所述连杆(17)的一端固连有摇臂连接轴(15)，该摇臂连接轴(15)限位于条形导向孔(161)中，连杆(17)的另一端与阀片连接轴(9)的一端固定连接，阀片连接轴(9)与阀片(10)的轴孔(105)固定配合；
所述弹簧(14)的一端与摇臂(16)固定连接，弹簧(14)的另一端固定在阀体壳(7)上，弹簧(14)压缩量的变化驱使摇臂(16)转动，当弹簧(14)处于最小压缩量时，其弹力通过摇臂(16)、摇臂连接轴(15)、连杆(17)、阀片连接轴(9)作用于阀片(10)上，使阀片(10)的密封片部(104)对进气端口(71)施加一个与气流方向相反的力。
5.根据权利要求4所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述阀片(10)的密封片部(104)的两面各设有一个环形槽(101)，所述环形槽(101)中设置有密封橡胶环(11)。
6.根据权利要求5所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述阀片(10)的环形槽(101)中设有整周的圆孔(102)，所述密封橡胶环(11)具有与圆孔(102)固定配合的嵌合部。
7.根据权利要求5或6所述的一种汽车双模式进气系统，其特征在于：所述摇臂(16)、弹簧(14)和连杆(17)位于阀体壳(7)外，摇臂(16)通过一螺栓组件与阀体壳(7)的外壁转动连接。
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