CN107524507B - 具有可变合流部分的排气管结构 - Google Patents

具有可变合流部分的排气管结构 Download PDF

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Abstract

一种具有可变合流部分的排气管结构，所述排气管结构具有可变合流部分并且可以包括：第一管，所述第一管排出由设置在第一排的发动机汽缸产生的废气；第二管，所述第二管排出由设置在第二排的发动机汽缸产生的废气；合流管，所述合流管的第一端连接至第一管从而与第一管联通并且第二端连接至第二管从而与第二管联通；以及阀片，所述阀片设置在合流管中并且选择性地打开和关闭，其中合流管可以包括主连接管和进入合流管和副进入合流管，所述主连接管设置在合流管的第一端，所述进入合流管和副进入合流管从合流管的中部分支并且设置在合流管的第二端。

Description

具有可变合流部分的排气管结构
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月20日提交的韩国专利申请第10-2016-0076398号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及车辆的排气管结构，所述排气管结构将由发动机产生的废气排放至车架的后部，本发明更具体地涉及具有可变合流部分的排气管结构，所述排气管结构可以根据行驶条件或驾驶员喜好保持静音或者产生突显动力的排气声。
背景技术
根据汽缸的数目和布置类型，发动机可以分成直列4缸发动机、直列6缸发动机、V型6缸发动机、V型8缸发动机等，并且根据发动机在车架的长度方向还是宽度方向上设置，可以进一步分成纵置式发动机和横置式发动机。
在上述发动机中，纵置式V型6缸发动机构造成连接至左排汽缸的排气管和连接至右排汽缸的排气管可以在中间点处结合，并且发动机的排气声调随着这种合流处的位置和形状而变化。
亦即，对于具有6个汽缸的6缸发动机来说，基本频率包括三阶和3的倍数的阶次。然而，通过实际分析已知存在半阶，例如1.5阶和4.5阶。
已知所述半阶是决定车辆排气声调的主要因素，并且例如由于发动机的排气正时的变化或进气流道或排气流道的长度不均衡而造成。
优选地，通过分析每当曲轴旋转时的阶次集(作为一个分析物)的数目来进行对发动机产生的声音的频率分析，并且排气声的基本频率根据发动机的RPM和阶次而变化(对振动频率根据发动机RPM变化的旋转体来说，如果使用通常的频谱分析法，那么振动频率经常会根据发动机RPM变化)。因此，由于难以仅使用频谱分析法确定振动起因和解决问题，在RPM经常变化因此振动频率也变化的振动系统中广泛使用阶次分析法，在阶次分析中，用造成振动的输入RPM对与RPM相关的振动分量进行无量纲化。亦即，如果时刻测量输入RPM并且将其表示为第一阶次，并且将与输入RPM相关的振动表示为阶次分量(倍数、阶次等)，那么无论输入RPM如何与输入RPM相关的分量都可以表示为恒定的阶次分量。
具有多个半阶分量(H1.5、H4.5等……)的排气声的音调粗犷。将需要静音的车辆设置成减少这些半阶分量，但是高性能车辆旨在使行驶性能达到最大化，并通过发出粗犷的排气声而改进了适销性。
如图1A所示，在主要安装在大型车辆中并且注重静音的常规排气管结构中，合流部分4被设置成在左排气管1和右排气管2的副消声器3a和3b处连接左排气管1和右排气管2(从而结合左排气管1中流动的废气和右排气管2中流动的废气)，并且弱化所有的半阶区段，由此提高排气声的静音度。
然而，所述结构不能吸引偏爱粗犷的排气声的顾客，因此需要开发可以根据行驶工况突显半阶的排气管结构。
此外，安装有在横向方向上具有较长安装长度的重质消音器6a和6b的上述常规结构非常容易振动，因此额外安装用于改进振动模态的加强托架5。亦即，如图1B示例性所示，由于消音器6a和6b可能在竖直方向和横向方向上出现不必要的动作，因此如果消音器6a和6b与发动机的受激振动一起振动，那么消音器6a和6b在竖直方向和横向方向上的振动过度增加，因此，车架的振动增加并且可能产生轰鸣声。为了改进所述振动问题，需要相对于左排气管1和右排气管2在横向上额外安装支撑件，并且通常安装加强托架5作为所述支撑件。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
发明内容
本发明的各个方面提供具有可变合流部分的排气管结构，所述排气管结构可以根据行驶工况或驾驶员喜好持续具有安静的排气声或者产生突显动力的排气声，并且不需要安装额外的加强托架。
根据本发明的各个方面，一种具有可变合流部分的排气管结构，可以包括：第一管，所述第一管排出由设置在第一排的发动机汽缸产生的废气；第二管，所述第二管排出由设置在第二排的发动机汽缸产生的废气；合流管，所述合流管的第一端连接至第一管以与第一管联通并且第二端连接至第二管以与第二管联通；以及阀片，所述阀片设置在合流管中并且选择性地打开和关闭，其中合流管可以包括主连接管和进入合流管和副进入合流管，所述主连接管设置在合流管的第一端，所述进入合流管和副进入合流管从合流管的中部分支并且设置在合流管的第二端。
阀片可以具有圆盘形状，并且可以被构造成根据阀片围绕旋转轴的旋转角度选择进入合流管和副进入合流管的一者作为合流管的通路。
阀片可以具有圆盘形状，并且可以被构造成根据阀片围绕旋转轴的旋转角度打开或关闭合流管。
排气管结构可以进一步包括致动器，所述致动器被构造成当向致动器施加电力时使阀片旋转。
致动器可以通过根据车辆的行驶信息预定的逻辑决定阀片是否打开或关闭，然后可以使阀片旋转以打开或关闭合流管。
在第一工况下或第二工况下，致动器可以使阀片旋转以关闭合流管的内部；在所述第一工况下发动机以第一旋转范围内的低速旋转；在所述第二工况下发动机以第二旋转范围内的高速旋转，并且发动机负载是在第一负载范围内的高负载。
在第三工况下，致动器可以使阀片旋转以打开进入合流管；在所述第三工况下发动机以第三旋转范围内的恒定速度旋转，并且发动机负载是第二负载范围内的低负载。
在第四工况下或第五工况下，致动器可以使阀片旋转以打开副进入合流管；在所述第四工况下，发动机以第三旋转范围内的恒定速度旋转，并且发动机负载是第三负载范围内的高负载；在所述第五工况下，发动机以第二旋转范围内的高速旋转，并且发动机负载是第四负载范围内的低负载。
第一管和第二管可以各自具有在消音器前方平行设置的部段，并且合流管可以设置在第一管和第二管的平行部段处。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1A为显示常规排气管结构的立体图。
图1B为显示消音器附近的常规排气管结构在竖直方向和水平方向上的动作的图。
图2A和图2B为显示根据本发明的各个实施方案的排气管结构的图和排气管结构的安装合流管的部分的放大图。
图3为根据本发明的实施方案的合流管的立体图，显示了安装在合流管中的阀片。
图4为显示通过致动器控制阀片而产生的合流管的通路的图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
本发明的各个实施方案涉及排气管结构，所述排气管结构根据行驶条件或驾驶员品味维持静音或者产生突显动力的排气声。
如图2A和2B所示，在本发明的各个实施方案的排气管结构中，第一管10和第二管20在长度方向上平行设置并且通过合流管30连接，所述第一管10排出由设置在一排的发动机汽缸产生的废气，所述第二管20排出由设置在另一排的发动机汽缸产生的废气。
在各个实施方案中，合流管30具有Y形状，其中主连接管31设置在合流管30的一端，并且进入合流管32和副进入合流管33从合流管30的中部分支并且设置在合流管30的另一端。
因此，合流管30被构造成使得设置在合流管30的一端的主连接管31连接至第一管10从而与第一管10联通，并且设置在合流管30的另一端的进入合流管32和副进入合流管33连接至第二管20从而与第二管20联通，并且可以打开或关闭的阀片35安装在合流管30中，如图3示例性所示。在此，合流管30通过合流腔托架34连接至第一管10和第二管20。
此外，当进入合流管32和副进入合流管33连接至第二管20时，相比于副进入合流管33与第二管20的连接位置，进入合流管32与第二管20的连接位置更靠近第二管20的前端(发动机侧)。在各个实施方案中，进入合流管32与第二管20的连接位置与主连接管31与第一管10的连接位置相同。
在本发明的各个实施方案中，合流管30的各个部分具有圆筒形状，并且阀片35具有圆盘形状，所述圆盘形状的直径可以选择进入合流管32和副进入合流管33的一者形成合流管30的通路或者关闭合流管30的内部，并且根据阀片35围绕旋转轴的旋转角度打开或关闭。
当施加电力时，阀片35与致动器50结合，所述致动器通过设置在其中的马达旋转。致动器50可以被设定成：通过根据车辆的行驶信息预定的逻辑判断阀片35是否打开或关闭，然后使阀片35旋转以打开或关闭。
在本发明的各个实施方案中，如下运行通过致动器50控制阀片35的逻辑。图4为显示通过致动器控制阀片产生的合流管的通路的图。
在以下第一工况或者第二工况的情况下，致动器50可以将阀片35设定成关闭合流管30的内部以产生非常粗犷的排气声(以突显半阶分量)：在第一工况下发动机以750RPM或更低RPM的非常低的速度(在第一旋转范围内)旋转；在第二工况下(例如仅在怠速启动之前)发动机以3000RPM或更高RPM的非常高的速度(在第二旋转范围内)旋转并且发动机负载为最大负载，即75％或更高负载(在第一负载范围内)。在该情况下，可以产生3缸发动机的排气声作为排气声(在图4的(a)部分中)。
在发动机以750RPM至3000RPM的恒定速度(在第三旋转范围内)旋转并且发动机负载低于50％(在第二负载范围内)的第三工况(例如恒速/低速/低负载/城市行驶模式)的情况下，致动器50可以将阀片35设定成打开进入合流管32以产生安静的排气声(以突显主阶分量)。在该情况下，可以产生6汽缸发动机的排气声作为排气声(在图4的(b)部分中)。
在以下第四工况或者第五工况的情况下，致动器50可以将阀片35设定成打开副进入合流管33以产生具有足够动力的排气声(以突显各阶分量)：在第四工况下发动机以750RPM至3000RPM的恒定速度(在第三旋转范围内)旋转并且发动机负载为50％或更高(在第三负载范围内)，在第五工况(例如高速/加速和减速/高负载/高速公路行驶模式)下发动机以3000RPM或更高RPM的非常高的速度(在第二旋转范围内)旋转并且发动机负载为75％为或更低(在第四负载范围内)。在该情况下，可以产生充分调谐的声音作为排气声(在图4的(c)部分中)。
上述逻辑解释了根据本发明的各个实施方案的设定情况，并且本发明的各个实施方案不限于该设定情况。亦即，除了上述设定之外，可以一直产生粗犷的排气声或安静的排气声，或根据驾驶员喜好仅在特定工况下产生粗犷的排气声或安静的排气声。
在本发明的各个实施方案中，当发动机以低速旋转时，阀片35打开，来自第一管10的废气和来自第二管20的废气在合流管30处结合，半阶得以弱化，因此排气声安静，如同常规结构中那样。当发动机以高速旋转时，阀片35关闭合流管30，来自第一管10的废气和来自第二管20的废气被切断(不同于常规结构，避免使半阶弱化)，因此产生粗犷和具有动力的排气声。
此外，本发明的各个实施方案的合流管30连接第一管10和第二管20同时支撑第一管10和第二管20，因此代替常规加强托架增加扭转刚度。
可以通过预定逻辑操作用于控制阀片35的致动器50，因此根据车辆特征或驾驶员的操作模式产生各种排气声。
在本发明的各个实施方案中，如图2A和2B示例性所示，第一管10和第二管20分别具有部段10a和20a，所述部段10a和20a在消音器40的前方平行设置，并且合流管30设置在第一管10的部段10a和第二管20的部段20a处。
从上述描述显然可见，根据本发明的各个实施方案的具有可变合流部分的排气管结构具有如下独特的效果。
本发明的各个实施方案的排气管结构根据车辆的行驶工况或驾驶员意向调节第一管和第二管之间的联通，因此可以使排气声安静或者产生具有动力的排气声，因此提高车辆的适销性。
本发明的各个实施方案的排气管结构的合流管安装在设置用于改进振动模态的常规加强托架的位置处(即在消音器和副消音器之间的第一管和第二管彼此平行的部段)，因此能够代替加强托架。
通过预定逻辑操作用于控制阀片的致动器，因此可以根据车辆特性或驾驶员的操作模式产生各种排气声。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“内”或“外”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (5)

1.一种具有可变合流部分的排气管结构，所述排气管结构包括：
第一管，其排出由设置在第一排的发动机汽缸产生的废气；
第二管，其排出由设置在第二排的发动机汽缸产生的废气；
合流管，其第一端连接至第一管以与第一管流体联通，所述合流管的第二端连接至第二管以与第二管流体联通；以及
阀片，其设置在合流管中并且选择性地打开和关闭，
其中，所述合流管包括主连接管和进入合流管和副进入合流管，所述主连接管设置在合流管的第一端，所述进入合流管和副进入合流管从合流管的中部分支并且设置在合流管的第二端；
其中，所述阀片：具有圆盘形状；并且被构造成根据阀片围绕旋转轴的旋转角度而打开或关闭合流管；
其中，所述排气管结构进一步包括致动器，所述致动器被构造成当向致动器施加电力时使阀片旋转；
其中，致动器通过根据车辆的行驶信息预定的逻辑而决定阀片是否打开或关闭，然后使阀片旋转以打开或关闭合流管；
其中，在第四工况下或第五工况下，致动器使阀片旋转以打开副进入合流管；在所述第四工况下，发动机以第三旋转范围内的恒定速度旋转，并且发动机负载处于第三负载范围内并高于预定负载；在所述第五工况下，发动机以第二旋转范围内的高于预定速度的速度旋转，并且发动机负载处于第四负载范围内并低于预定负载。
2.根据权利要求1所述的具有可变合流部分的排气管结构，其中，所述阀片：
具有圆盘形状；并且
被构造成根据阀片围绕旋转轴的旋转角度而选择进入合流管和副进入合流管的一者作为合流管的通路。
3.根据权利要求1所述的具有可变合流部分的排气管结构，其中，在第一工况下或第二工况下，致动器使阀片旋转以关闭合流管的内部；在所述第一工况下发动机以第一旋转范围内的低于预定速度的速度旋转；在所述第二工况下发动机以第二旋转范围内的高于预定速度的速度旋转，并且发动机负载处于第一负载范围内并高于预定负载。
4.根据权利要求1所述的具有可变合流部分的排气管结构，其中，在第三工况下，致动器使阀片旋转以打开进入合流管；在所述第三工况下发动机以第三旋转范围内的恒定速度旋转，并且发动机负载处于第二负载范围内并低于预定负载。
5.根据权利要求1所述的具有可变合流部分的排气管结构，其中，
所述第一管和所述第二管各自具有在消音器前方平行设置的部段；并且
所述合流管设置在所述第一管和所述第二管的平行部段处。
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