CN105986854A - 用于双排气系统的可变阀门安装结构 - Google Patents

Abstract

一种用于双排气系统的可变阀门安装结构，可包括：消声器，在该消声器的前端连接第一入口管，并且在该消声器的后端连接第一出口管；以及亥姆霍兹共振器，在该亥姆霍兹共振器的前端连接第二入口管，并且在该亥姆霍兹共振器的后端连接第二出口管，其中，通过汽车的电子控制单元打开和关闭的可变阀门被布置在连接至亥姆霍兹共振器的第二出口管上。

Description

用于双排气系统的可变阀门安装结构

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年3月19日提交的韩国专利申请第10-2015-0037918号的优先权，为了所有目的，其全部内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及用于双排气系统的可变阀门安装结构。更具体地，本发明涉及一种用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，亥姆霍兹共振器形成为与消声器相比的相对小的尺寸，并且可变阀门安装在亥姆霍兹共振器的后端处，使得第二出口管选择性地打开和关闭，从而可以同时实现减小轰鸣噪音并且使动力性能最大化，并且可以显著降低生产成本。

背景技术

进入到汽车内部的噪声是由多种因素引起的，诸如，发动机传动、路面弯曲或者行驶期间流入汽车中的风，并且已使用多种装置被来减小噪声。

具体地，因为在汽车的发动机内部中燃烧的废气是相当高的温度，并且它的速度几乎相当于音速，使得如果以速度将废气被排出到大气中，之后废气突然膨胀并且产生剧烈的声音，分离的消声器安装在汽车的废气路径上以降低温度和废气压力，以便减小排气声音。

通常，消声器形成为预定尺寸的筒形式，并且它的内部安装有多个管和挡板，使得可以通过在废气流动时促使废气膨胀、共振和吸声来降低排气声音。

但同时，这个消声器具有的问题是，由于如果升高废气阻力来减小排气声音，施加到废气冲程的阻力(即，回压(back pressure))升高，使得发动机的输出降低，并且与此相反，如果降低废气阻力以防止发动机的输出损耗，则排气声音增加。

为了解决此问题，开发了安装有可变阀门的消声器，并且用于升高排气声音变得有问题的低速间隔中的回压，并且用于降低发动机输出变得有问题的中高速间隔中的回压。

图1是示出了用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的顶视图。

如图1所示，传统双排气系统包括：第一入口管1和第二入口管1'，分叉为两个管，使得可以使从汽车的发动机排出的废气能够流动；第一消声器2和第二消声器2'，通过分别连接至第一入口管和第二入口管来减小排气声音；以及第一出口管3和第一出口管3'，每个都将已经经过第一消声器和第二消声器的废气排出至汽车的外部。

此时，通过汽车的电子控制单元(ECU)控制的第一可变阀门4和第二可变阀门4'分别安装在第一出口管3和第二出口管3'上，以便根据汽车的行驶状况区分排气声音和回压的水平。

然而，用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构具有的问题在于，因为第一可变阀门4和第二可变阀门4'应该分别安装在第一出口管3和第二出口管3'的两侧上，所以难以考虑到生产成本。

此外，存在的问题在于传统的第一可变阀门4和第二可变阀门4'分别安装在第一消声器2与第一尾管5之间的空间中以及第二消声器2'与第二尾管5'之间的空间中，使得难以组成封装件，并且难以使消声器2、2'的整个尺寸减小以为可变阀门4、4'准备安装空间。

在本发明的背景技术部分中所公开的信息仅用于加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应被视为承认或者以任何形式暗示该信息构成了已经为本领域技术人员所知晓的现有技术。

发明内容

本发明的多个方面旨在提供一种用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，与现有技术不同的是，一个可变阀门仅安装在亥姆霍兹共振器的后端，使得显著减少生产成本和汽车重量。

此外，本发明的多个方面旨在提供一种用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，尽管只安装有一个可变阀门，但是与传统汽车相比，显著减小了轰鸣噪声并且使动力性能最大化。

根据本发明的多个方面，用于双排气系统的可变阀门安装结构可包括：消声器，在消声器的前端连接第一入口管，并且在消声器的后端连接第一出口管；以及亥姆霍兹共振器，在该亥姆霍兹共振器前端连接第二入口管，并且在该亥姆霍兹共振器的后端连接第二出口管，其中，通过汽车的电子控制单元(ECU)打开和关闭的可变阀门可被布置在连接至亥姆霍兹共振器的第二出口管上。

亥姆霍兹共振器可被构造为具有与消声器相比相对小的尺寸，使得消声器和亥姆霍兹共振器被不对称地布置。

亥姆霍兹共振器可包括：壳体，废气流动到壳体的内部并且壳体的后端是敞开的；第一挡板，横向地布置在壳体中；第二挡板，被横向地结合，以用于封闭壳体的后端；以及共振室，由第一挡板和第二挡板隔开。

在汽车的低负载行驶时，第二出口管可由可变阀门关闭，并且废气可流入第二入口管中以及亥姆霍兹共振器的内部，使得显著减小汽车的轰鸣噪声。

在汽车的高负载行驶时，第二出口管可由可变阀门打开，并且废气可通过第一出口管和第二出口管排出至汽车的外部。

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本发明的方法和设备具有其他特征和优点，结合本文中的附图，从随后进行详细阐述的具体实施方式中，这些特征和优点将是显而易见的，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出了根据相关技术的用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的顶视图。

图2A和图2B是示出了根据本发明的用于双排气系统的可变阀门的示例性安装结构的整个构造的顶视图。

图3是示出了根据本发明的示例性可变阀门的构造的立体图。

图4是示出了根据本发明的亥姆霍兹共振器的构造的投影顶视图。

图5示出了将根据本发明的可变阀门的打开/关闭而改变的传输损耗的分析结果进行比较的曲线图。

图6示出了将根据本发明的可变阀门的打开/关闭而改变的尾管噪声进行比较的曲线图。

图7示出了在汽车缓慢加速时，将根据本发明的用于双排气系统的可变阀门的示例性安装结构的排气声音与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的排气声音进行比较的曲线图。

图8示出了在汽车急剧加速时，将根据本发明的用于双排气系统的可变阀门的示例性安装结构的排气声音与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的排气声音进行比较的曲线图。

图9示出了将根据本发明的用于双排气系统的可变阀门的示例性安装结构的压力与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的回压进行比较的曲线图。

应当理解，附图不必按比例绘制，并呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、定向、位置和形状，将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方式，实施方式的实例在附图中示出并在下文中进行描述。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明，但是应理解的是，本说明并非旨在将本发明局限于那些示例性实施方式。相反地，本发明不仅旨在涵盖那些示例性实施方式，而且还涵盖可包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。

图2A和图2B是示出了根据本发明的多种实施方式的用于双排气系统的可变阀门安装结构的整个构造的顶视图，图3是示出了根据本发明的多种实施方式的可变阀门的构造的立体图，以及图4是示出了根据本发明的多种实施方式的亥姆霍兹共振器的构造的投影顶视图。

如图2A和图2B所示，从汽车的发动机排出的废气通过分叉为两个管的第一入口管11和第二入口管21流到消声器10和亥姆霍兹共振器20中。

在多种实施方式中，第一入口管11布置在汽车的左手边并且第二入口管21布置在汽车的右手边，并且以同样方式，消声器10布置在汽车的左手边并且亥姆霍兹共振器20布置在汽车的右手边，然而，也可以是相反构造。

第一出口管12和第二出口管22分别连接至消声器10和亥姆霍兹共振器20的后端，并且第一出口管12和第二出口管22起到排出废气的作用，将废气通过消声器10和亥姆霍兹共振器20传送至汽车外部。

与一般消声器一样，消声器10的内部通过多个挡板被隔开，并且将废气的流动考虑在内，在消声器10中布置第一入口管11、第一出口管12和中间管13。

在连接至亥姆霍兹共振器20的第二出口管22上安装可变阀门30，该可变阀门通过汽车的电子控制单元(ECU)控制打开和关闭第二出口管22。

这时，不同于在传统的双排气系统的结构中调节阀(图1的4、4')布置在两个出口管(图1的3、3')处，而在根据本发明的双排气系统的结构中，可变阀门30仅安装在第二出口管22处。

这是可能的，不同于现有技术，因为在本发明中，并未在两侧安装相同的消声器(图1的2、2')，而是在一侧上安装消声器10并且在另一侧上安装亥姆霍兹共振器20。

如图3所示，可变阀门30包括：旋转电动机31，根据汽车的行驶状况(汽车速度、负载等)通过ECU使旋转电动机31致动；以及阀门盖32，其由圆板形成，根据旋转电动机的致动而旋转。

具体地，在汽车的低负载行驶(低速行驶、低加速行驶、下坡行驶等)时，旋转电动机31被致动，使得阀门盖32与第二出口管22的截面重合，从而不允许废气经过。

相反，在汽车的高负载行驶(高速行驶、急剧加速行驶、上坡行驶等)时，旋转电动机31被致动，使得阀门盖32布置为与第二出口管22的截面垂直，从而允许废气经过。

此时，因为亥姆霍兹共振器20被构造为具有与消声器10相比相对小的尺寸，使得消声器10和亥姆霍兹共振器20被不对称地布置，在本发明中，不必为了安装可变阀门30而减小消声器10的尺寸。

反过来想，根据本发明的消声器10可形成为进一步大于传统的消声器(图1的2、2')，并且因此，消声器10的设计者可以在不具有布局的局限性的情况下将消声器10设计为实现最佳的噪声特性。

如图4所示，亥姆霍兹共振器20包括壳体23，废气流动到该壳体的内部并且壳体的后端是敞开的；第一挡板24，横向布置在壳体中；第二挡板25，被横向地结合，以封闭壳体的后端；以及共振室26，由第一挡板24和第二挡板25隔开。

亥姆霍兹共振器由德国生理学家亥姆霍兹设计的，其用于将单一声音从复合声音中分离，并且被广泛用在用于减小管道中的流动噪声的机械系统中。

通常，共振器包括：相当大容积的腔体和颈部，并且通过使由腔和颈部的几何信息确定的共振频率与管道的噪声频率一致来减小窄带噪声(narrow band noise)。

在多种实施方式中，在汽车的低负载行驶时，通过可变阀门30关闭第二出口管22，共振室26起到腔体的作用，并且第二入口管21起到颈部的作用，使得因此，显著减小穿过消声器10内部的废气的轰鸣噪声。

在汽车的高负载行驶时，通过可变阀门30打开第二出口管22，并且通过第一出口管12和第二出口管22将废气排出至外部，从而提高汽车的动力性能。

即，根据本发明的亥姆霍兹共振器20在汽车的低负载行驶时起到低频共振器的作用，并且在流动路径膨胀并且在汽车的低负载行驶回压显著减小时起到消声器的作用。

此时，与用于传统的一般消声器中的出口管不同，第二出口管22形成为线形，使得可以直接排出废气，从而在高负载行驶时对减小回压具有明显效果。

图5示出了将根据本发明的多种实施方式的可变阀门的打开/关闭而改变的传输损耗的分析结果进行比较的曲线图，以及图6示出了将根据本发明的多种实施方式的可变阀门的打开/关闭而改变的尾管噪声进行比较的曲线图。

通常，通过在频率区中获取的传输损耗曲线来表示噪声减小的能力，并且为了实现有效的噪声减小，传输损耗曲线的峰值频率应与噪声频率一致。

如图5所示，当根据本发明将关闭可变阀门30时的传输损耗曲线与打开可变阀门30时的传输损耗曲线进行比较时，可以看到传输损耗曲线在关闭可变阀门30时在低频区具有峰值。

即，可以看到如果关闭可变阀门30，亥姆霍兹共振器20在低频区中具有有效的噪声减小特性，并且因此，减小汽车的轰鸣噪声。

这从图6中示出的将尾管噪声进行比较的曲线图中更加明显。如图6所示，可以看出与打开可变阀门30时的尾管噪声相比，在每分钟转数(RPM)低的阶段中关闭可变阀门30时的尾管噪声显著减小，并且因此，汽车的启动轰鸣噪声显著减小。

图7示出了在车辆缓慢加速时，将根据本发明的多种实施方式的用于双排气系统的可变阀门安装结构的排气声音与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的排气声音进行比较的曲线图，图8示出了在车辆急剧加速时，将根据本发明的各种实施方式的用于双排气系统的可变阀门安装结构的排气声音与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的排气声音进行比较的曲线图，以及图9示出了将根据本发明的多种实施方式的用于双排气系统的可变阀门安装结构的回压与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构的回压进行比较的曲线图。

具体地，图7示出了油门位置传感器(APS)30％的条件下时，将当根据本发明的用于双排气系统的可变阀门安装结构应用至真正汽车与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构应用至真正汽车的排气声音进行比较的曲线图。

如图7所示，可以看出，在汽车的缓慢加速时，与传统结构相比，根据本发明的结构具有在低RPM区(约2000RPM以下)中减小约10％启动轰鸣噪声的效果，并且保证加速度线性(图7中示出的虚线)，使得具有有助于实现动态声音质量的效果。

图8示出了在WOP(节气门全开)的条件下，将当根据本发明的用于双排气系统的可变阀门安装结构应用至真正汽车与用于双排气系统的可变阀门的传统安装结构应用至真正汽车时的排气声音进行比较的曲线图。

如图8所示，在汽车的急剧加速时，与传统结构相比，根据本发明的结构具有的效果在于，使高RPM区(约2000RPM以上)中的动态废气声音质量和动力性能最大化。

此外，如图9所示，即使在根据废气的流动速率的回压发面，与传统结构相比，根据本发明的结构具有显著减小回压的效果。

因此，与本发明使用一个可变阀门30的事实无关，与使用两个传统的可变阀门(图1中的4、4')的结构相比，本发明在多个方面具有的改善效果在于，减小低RPM区中的启动轰鸣噪声，并且改善高RPM区中的动力性能。

与在两侧上安装可变阀门相比，通过仅在连接至亥姆霍兹共振器20的后端的第二出口管22上安装一个可变阀门，具有上述结构的本发明具有降低生产成本和汽车重量的效果。

此外，本发明具有的优势在于，因为亥姆霍兹共振器20形成为具有与消声器10相比相对小的尺寸，使得消声器10和亥姆霍兹共振器20被不对称布置，所以不必为了安装可变阀门而减小消声器的尺寸。

此外，本发明具有的效果在于，尽管可变阀门30仅安装在亥姆霍兹共振器20上，但是第二入口管22和亥姆霍兹共振器20在低负载行驶时(在缓慢加速时)起到低频共振器的作用，使得与现有技术相比，显著减小轰鸣噪声。

此外，本发明具有的效果在于，安装在亥姆霍兹共振器上的可变阀门打开，使得在高负载行驶时(在急剧加速时)增加出口管的截面面积，从而与现有技术相比，使汽车的动力性能和动态排气声音质量最大化。

最后，与现有技术相比，在本发明中，有降低生产成本和汽车重量的效果，并且同时提高排废气性能和动力性能，使得增加汽车的可售性。

为了说明和描述的目的，已经呈现了本发明的具体示例性实施方式的以上描述。它们不旨在是详尽的或者将本发明限制于所公开的确切形式，并且根据上述教导，显而易见的是，可以具有许多修改和变形。选出并描述了示例性实施方式，以便解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域其他技术人员能够做出并利用本发明的各种示例性实施方式，并且能够做出并利用本发明的各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同物来限定。

Claims (5)

1.一种用于双排气系统的可变阀门安装结构，所述用于双排气系统的可变阀门安装结构包括：

消声器，在所述消声器的前端连接有第一入口管，并且在所述消声器的后端连接有第一出口管；以及

亥姆霍兹共振器，在所述亥姆霍兹共振器的前端连接有第二入口管，并且在所述亥姆霍兹共振器的后端连接有第二出口管；

其中，由汽车的电子控制单元打开和关闭的可变阀门布置在连接至所述亥姆霍兹共振器的所述第二出口管。

2.根据权利要求1所述的用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，所述亥姆霍兹共振器被构造为具有与所述消声器相比相对小的尺寸，使得所述消声器和所述亥姆霍兹共振器被不对称地布置。

3.根据权利要求1所述的用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，所述亥姆霍兹共振器包括：

壳体，废气流动到所述壳体的内部并且所述壳体的后端是敞开的；

第一挡板，横向地布置在所述壳体中；

第二挡板，被横向地结合至所述壳体以关闭所述壳体的后端；以及

共振室，由所述第一挡板和所述第二挡板隔开。

4.根据权利要求1所述的用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，在所述汽车低负载行驶时，所述第二出口管由所述可变阀门关闭，并且废气流入所述第二入口管中以及所述亥姆霍兹共振器的内部，使得所述汽车的轰鸣噪声显著减小。

5.根据权利要求1所述的用于双排气系统的可变阀门安装结构，其中，在所述汽车高负载行驶时，所述第二出口管由所述可变阀门打开，并且废气通过所述第一出口管和所述第二出口管排出至所述汽车的外部。