CN110513173A - 用于车辆排放系统的被动瓣阀 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆排放系统的阀组件，该阀组件包括：至少一个管道，至少一个管道围封排气流动路径，该管道限定中心轴线；以及至少一个柔性阀瓣，至少一个柔性阀瓣定位在排气流动路径内。至少一个柔性阀瓣具有保持固定至管道的一个固定边缘并且延伸至远端边缘，该远端边缘响应于排气流压力的增大而自由弯折以对通过管道的流提供可变限制，该可变限制响应于至少一个柔性阀瓣的上游与下游的压力差而变化。

Description

用于车辆排放系统的被动瓣阀
技术领域
本发明涉及一种在车辆排放系统中提供可变限制的被动瓣阀。
背景技术
排放系统是众所周知的并且与内燃发动机一起使用。通常，排放系统包括排放管或排放管道，排放管或排放管道将热排气从发动机输送至其他排放系统部件，比如催化剂、消声器、共振器等。排放部件系统产生各种形式的共振，这导致不期望的噪声。类似弹簧/质量块的共振以相对低的频率例如低于100Hz的频率发生。当管道内的排气充当质量块并且消声器体积中的排气充当弹簧时，发生这种类型的共振。该系统还产生包括管道本身中的声共振的驻波。这些驻波在系统的最长管道中最为普遍。这些驻波的频率是管道长度的函数。通常，这些驻波在100Hz以上发生。解决这些驻波和弹簧/质量块噪声问题增加了系统成本和重量。
动力系统技术不断地推进需要被衰减到越来越低的频率的排放声。降噪解决方案传统上已经包括增大体积或使用阀。消声器和共振器包括声学体积，该声学体积消除由排气运载的声波。尽管有效，但这些部件通常尺寸相对较大并且提供有限的噪声衰减。阀也已经被用来提供噪声衰减；然而，阀的使用进一步增加了成本并且具有额外的缺点。用来解决系统共振的当前的主动阀解决方案和被动阀解决方案都受到噪声、振动、声振粗糙度(NVH)问题比方说例如颤动、嘎嘎声、冲击以及吱吱声中的一个或更多个问题的影响。因此，需要在不增加成本和重量的情况下并且在不引入上述NVH问题的情况下更有效地衰减较低频率的噪声的解决方案。
发明内容
在一个示例性实施方式中，用于车辆排放系统的阀组件包括：至少一个管道，所述至少一个管道围封排气流动路径，该管道限定中心轴线；以及至少一个柔性阀瓣，所述至少一个柔性阀瓣定位在排气流动路径内。至少一个柔性阀瓣具有保持固定至管道的一个固定边缘并且延伸至远端边缘，远端边缘响应于排气流压力的增大而自由弯折以对通过管道的流提供可变限制，该可变限制响应于至少一个柔性阀瓣的上游与下游的压力差而变化。
在以上实施方式的另一个实施方式中，至少一个柔性阀瓣包括多个柔性阀瓣。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，每个柔性阀瓣包括薄金属片材。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，刚性杆安装在排气流动路径内，该刚性杆具有在第一位置处固定至管道的一个端部以及在与第一位置相反的第二位置处固定至管道的相反端部，并且其中，每个柔性阀瓣具有保持固定至刚性杆的一个边缘，并且每个柔性阀瓣延伸至自由弯折的远端边缘。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，至少一个阀瓣包括至少一个凹槽，以限定用于使阀瓣弯折的变形区域。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，至少一个阀瓣包括从一个边缘向外延伸的凸片，并且其中，该凸片固定至刚性杆或管道，使得所述一个边缘的剩余部分免于附接至杆或管道。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，管道包括定位在柔性阀瓣的下游的至少一个止动件。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，至少一个阀瓣以在处于最小流量状态下时将远端边缘置于固定边缘的下游的角度安装，并且其中，远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大排气流动路径的开放面积。
在以上实施方式中的任一实施方式的另一个实施方式中，至少一个阀瓣以在处于最小流量状态下时将远端边缘置于固定边缘的上游的角度安装，并且其中，远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大排气流动路径的开放面积。
由以下详述和附图能够最佳地理解本发明的这些特征和其他特征，以下是附图的简要描述。
附图说明
图1示出了具有结合本发明的至少一个可变限制阀的车辆排放系统的示意图。
图2示出了来自图1的系统的可变限制阀的一个示例。
图3示出了用于图2的示例的另一种安装构型。
图4示出了另一个示例实施方式。
图5示出了另一个示例实施方式。
图6示出了另一个示例实施方式。
图7示出了另一个示例实施方式。
图8示出了另一个示例实施方式。
图9A示出了在高限制状态下的另一个示例实施方式。
图9B示出了在低限制状态下的图9A的示例。
图10A示出了在高限制状态下的另一个示例实施方式。
图10B示出了在低限制状态下的图9A的示例。
图11示出了另一个示例实施方式。
图12示出了另一个示例实施方式。
具体实施方式
如图1中所示，排放系统10包括多个排放部件12，多个排放部件12将热排气从发动机14输送至其他排放系统部件16，比如催化剂、消声器、共振器等，并通过尾管18最终输送至外部大气。图1表示简化的系统，该系统至少包括入口管道20、消声器部件16以及出口管道22。排放系统10包括一个或更多个可变限制阀30，一个或更多个可变限制阀30能够安装在排放系统10内的不同位置中的任意位置处。可变限制阀30操作以提供用于降低排放系统10内的低频噪声的简单且低成本的解决方案。
在图1中所示的示例中，可变限制阀30被示出为位于入口管道20内；然而，应当理解的是，代替阀30位于入口管道20内或者除了阀30位于入口管道20内之外，阀30还可以位于消声器16或出口管道(参见图1中的虚线)内。此外，可变限制阀30还可以位于需要额外的噪声衰减的其他类型的排放部件内。入口管道20包括内表面32，内表面32限定沿着轴线A延伸的排气通道34。阀30定位在排气通道34内，从而在流动中产生限制，以提供声学益处，尤其是在低频率下的声学益处以及对于入口管道20中的驻波的声学益处。这种限制不是固定的，并且能够根据跨越阀的排气压降而变化。
在一个示例中，阀30包括至少一个柔性阀瓣36，至少一个柔性阀瓣36具有保持固定至管道20的一个边缘38并且延伸至远离高压位置朝向低压位置自由弯折的远端边缘40。这导致了更开放的、即限制更少的用于排气流过的排气通道34。这将在压降足够低从而使阀大部分关闭时提供比在低流量水平下的正常背压明显更高的背压；然而，随着压降增大，该限制将减小，从而使得压降远低于将用于固定限制的压降(但仍然高于低流量水平下的压降)。在阀处于关闭位置时开放用于流动的面积的量能够根据需要进行调节，以在低流速下提供所需的背压量。
图2示出了构造成安装在上述不同位置中的任一位置处的柔性阀瓣36的一个示例。在该示例中，存在第一管道42和第二管道44，第一管道42和第二管道44通过第三管道46连接至彼此，使得管道42、44、46中的全部管道都是沿着轴线A同轴的。第三管道46具有相反的端部48，相反的端部48的内径比第一管道42和第二管道44在与第三管道46的连接接合面处的外径略大。于是第一管道42和第二管道44能够容易地装配到第三管道46中，并且随后能够熔焊或铜焊端部48以提供牢固的附接接合面。反向安装的构型也是可能的，其中，第一管道42和第二管道44插入第三管道46的端部48中并且随后固定至第三管道46的端部48。
在该示例中，柔性阀瓣36具有保持固定至第三管道46的一个边缘38，并且柔性阀瓣36在处于无流量或低流量状态下时横跨第三管道46的整个横截面延伸。在一个示例中，阀瓣36相对于轴线A成角度定位，使得远端边缘40比固定边缘38相对于流动方向F更靠下游定位。如图2的虚线中所示，当阀瓣36上游的压力增大时，阀瓣36通过弯折来响应，以增大横截面流动面积的量、即减小限制。在一个示例中，阀瓣36由能够弯折并且能够在上游侧上的压力减小时返回至未弯折状态的薄金属片材或其他类似材料构成。该材料还必须能够承受车辆排放系统内存在的高温和腐蚀性状态。
图3示出了类似于图2的示例，但示出了用于阀瓣36的不同安装构型。在该示例中，存在包括开口52的单个管道50。阀瓣36的一个边缘38固定至板54或类似结构，使得阀瓣36穿过开口52插入并插入排气通道34中。一旦板54固定至管50，则板54用于覆盖并密封开口52。柔性阀瓣36在处于无流量或低流量状态下时横跨管道50的整个横截面延伸，并且柔性阀瓣36以与上面所讨论的方式相同的方式操作。
图4示出了柔性阀瓣36的另一个示例。在该示例中，管道56具有多边形形状，并且阀瓣36包括具有大致对应于管道56的横截面形状的多边形形状的阀瓣本体58。一个边缘60固定至管道56，并且远端边缘62在处于无流量或低流量状态下时横跨排气通道34延伸。如上所述，远端边缘62响应于上游的压力增大而弯折。本体58可以穿过管道56中的开口插入，该开口将被如上所述的盖封闭，或者边缘60可以直接固定至管道56的内表面。在该示例中，本体58的整个边缘60通过熔焊、铜焊或其他附接方法固定至管道56。
图5示出了类似于图4的示例，但是不是将边缘60直接连接至管道56，而是使用连接凸片64来将本体58的边缘60连接至管道56。在一个示例中，凸片64沿着边缘60居中定位并且从边缘60径向向外延伸以通过熔焊、铜焊或其他附接方法连接至管道56。这在边缘60的大部分与管道56的内表面之间留下间隙66。
图6是类似于图5的示例，但示出了不同的横截面形状。在该示例中，管道56a具有弯曲的横截面，比如圆形横截面，并且阀瓣36包括具有对应的圆形形状的阀瓣本体58a。凸片64以如上所述的方式将本体58a的下边缘60a连接至管道56a的内表面。如上所述，本体58a的远端边缘62a响应于上游压力的增大而弯折。
图7示出了至少一个柔性阀瓣36包括多个柔性阀瓣的示例。在该示例中，管道68包括刚性安装杆70，刚性安装杆70至少部分地横跨排气通道34延伸。在所示的示例中，杆70横跨通道34的整个部分延伸。至少第一柔性阀瓣72和第二柔性阀瓣74安装至杆70。每个阀瓣72、74都包括固定至杆70的固定边缘76以及能够如上所述可弯折地延伸的远端边缘78。在该示例中，每个阀瓣72、74的整个固定边缘76固定至杆70。固定边缘76能够被熔焊、铜焊、紧固、胶合至杆70，或以其他方式附接至杆70。图7示出了管道68具有圆形横截面的示例；然而，管道68也可以具有与阀瓣的形状对应的椭圆形或多边形横截面。
图8示出了类似于图7的示例，但是不是将整个边缘76固定至杆70，而是使用连接凸片80来以与图5和图6中所示方式类似的方式将边缘76连接至杆70。这在每个阀瓣72、74的边缘76与杆70之间留下了间隙82。
图9A至图9B示出了类似于图3的示例，但是不是使用盖板54，而是将阀瓣36的边缘38直接附接至管道50。图9A示出了高限制且低流量的状态，其中，阀瓣36是大致未弯折的，并且图9B示出了低限制且高流量的状态，其中，阀瓣36已经弯折。
图10A至图10B示出了类似于图9A至图9B的视图，但是图10A至
图10B用于多个阀瓣的示例，比如图7和图8中所示的示例。图10A示出了高限制且低流量的状态，其中，阀瓣本体72、74是大致未弯折的，并且图10B示出了低限制且高流量的状态，其中，阀瓣本体72、74径向向内弯折。
图11示出了阀瓣36以将自由端部置于固定端部的下游的角度91安装或者以顺应流F的预弯折安装的示例。图12示出了阀瓣36以将自由端部置于固定端部的上游的角度92安装或者逆着流F的预弯折安装的示例。这样，阀的响应能够根据需要改变/变化。图11和图12还示出了可选的示例，其中，止动件90定位在阀瓣36的下游，以防止疲劳或其他潜在的失效模式。止动件90的尺寸和/或形状能够根据需要变化。
如上所述的凸片连接构型用于降低(多个)阀瓣至管道的安装接合面的刚度，以根据需要进一步控制可变限制。
在另一个示例中，为了提供/限定优选的变形形状/区域，可以在(多个)阀瓣中切出凹槽88(图5、图6和图8)以进一步调节阀的刚度。
在各种示例中的任一示例中，接纳(多个)阀瓣36的管道的横截面可以是圆形的、椭圆形的或多边形的。此外，在每个示例中，(多个)柔性阀瓣36包括薄金属片材。对于所述示例中的每个示例，流F的一部分必须全部穿过管道。
本主题阀30提供优于传统阀的若干优点。(多个)阀瓣在流动中产生提供在低频率下的声学益处以及对于管道内的驻波的声学益处的限制。此外，被动瓣阀在类似于弹簧负载装置的排放管道中实现可变限制；然而，刚度来自阀瓣本身。刚度能够通过(多个)阀瓣中的凹槽88来调节。阀的响应能够以(多个)阀瓣的初始角度和弯折来调节。只存在变形部件并且不存在移动部件，这消除了通常困扰主动阀和被动阀的NVH问题。由于部件数量较少，本主题阀的成本也显著低于当前的主动阀构型和被动阀构型的成本。
尽管已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域中的普通技术人员将认识到的是，某些修改将在本发明的范围内。因此，应当研究所附权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (18)

1.一种用于车辆排放系统的阀组件，所述阀组件包括：
至少一个管道，所述至少一个管道围封排气流动路径，所述管道限定中心轴线；以及
至少一个柔性阀瓣，所述至少一个柔性阀瓣定位在所述排气流动路径内，其中，所述至少一个柔性阀瓣具有保持固定至所述管道的固定边缘并且延伸至远端边缘，所述远端边缘响应于排气流压力的增大而自由弯折以对通过所述管道的流提供可变限制，所述可变限制响应于所述至少一个柔性阀瓣的上游与下游的压力差而变化。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述管道的横截面是圆形的、椭圆形的或多边形的。
3.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个柔性阀瓣包括薄金属片材。
4.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个柔性阀瓣包括多个柔性阀瓣。
5.根据权利要求4所述的阀组件，其中，每个柔性阀瓣包括薄金属片材。
6.根据权利要求4所述的阀组件，包括刚性杆，所述刚性杆安装在所述排气流动路径内，所述刚性杆具有在第一位置处固定至所述管道的一个端部以及在与所述第一位置相反的第二位置处固定至所述管道的相反端部，并且其中，每个柔性阀瓣具有保持固定至所述刚性杆的一个固定边缘，并且每个柔性阀瓣延伸至自由弯折的所述远端边缘。
7.根据权利要求6所述的阀组件，其中，每个阀瓣以在处于最小流量状态下时将所述远端边缘置于所述固定边缘的下游的角度安装，并且其中，所述远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大所述排气流动路径的开放面积。
8.根据权利要求6所述的阀组件，其中，每个柔性阀瓣包括从所述固定边缘向外延伸的凸片，并且其中，所述凸片固定至所述刚性杆，使得所述固定边缘的剩余部分免于附接至所述刚性杆。
9.根据权利要求6所述的阀组件，其中，每个阀瓣包括至少一个凹槽，以限定用于使每个阀瓣弯折的变形区域。
10.根据权利要求6所述的阀组件，其中，每个阀瓣以在处于最小流量状态下时将所述远端边缘置于所述固定边缘的上游的角度安装，并且其中，所述远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大所述排气流动路径的开放面积。
11.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个阀瓣以在处于最小流量状态下时将所述远端边缘置于所述固定边缘的下游的角度安装，并且其中，所述远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大所述排气流动路径的开放面积。
12.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个阀瓣以在处于最小流量状态下时将所述远端边缘置于所述固定边缘的上游的角度安装，并且其中，所述远端端部在处于最大流量状态下时弯折以增大所述排气流动路径的开放面积。
13.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个阀瓣包括从所述固定边缘向外延伸的凸片，并且其中，所述凸片固定至所述管道，使得所述固定边缘的剩余部分免于附接至所述管道。
14.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个阀瓣包括至少一个凹槽，以限定用于使所述阀瓣弯折的变形区域。
15.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀瓣具有与所述管道的横截面形状相同的横截面形状。
16.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述至少一个管道包括第一管道和第二管道，并且包括连接所述第一管道和所述第二管道的第三管道，其中，所述固定边缘保持固定至所述第三管道，并且所述至少一个柔性阀瓣在处于无流量或低流量状态下时横跨所述第三管道的整个横截面延伸。
17.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述管道包括至少一个开口并且包括覆盖所述开口的板，并且其中，所述固定边缘保持固定至所述板，并且所述至少一个柔性阀瓣在处于无流量或低流量状态下时横跨所述管道的整个横截面延伸。
18.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述管道包括定位在所述柔性阀瓣的下游的至少一个止动件。
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