CN101002006A - 半主动消声器 - Google Patents

Abstract

一种半主动消声器，包括壳体、排气输入管(12)、至少一个排气输出管(14)、用于控制排气流动的阀门元件(28、29)以及与阀门元件(28、29)配合将阀门元件(28、29)偏置到第一位置的弹簧(34)。还设置有冷却装置(40)，用于减小从排气传递到弹簧(34)的热量。

Description

半主动消声器

技术领域

本发明涉及一种半主动消声器(semi-active muffler)，具体地涉及一种用于车辆排气系统的半主动消声器。

背景技术

消声器用于衰减由于内燃机排气中的压力变化以及振动而导致的噪声。消声器通常使用衰减室和/或反射室以引导排气通过。消声器固有的问题是消声器的效率依赖于具体的工作参数。因此，每个消声器具有某个特定的最有效工作点。在该工作点之外时，效率会低于最大值。

为了使得消声器能够在更大的工作范围中最高效地进行工作，开发了一种半主动消声器，该消声器使用一个阀门，以将消声器在两个不同的工作条件之间进行切换。具体地，该阀门用于改变排气在消声器内部的流动路径。在德国专利公开文件199 47 938以及德国专利说明书19935 711中能够找到半主动消声器的例子。这些文献在此引入作为参考。

总的来说，半主动消声器包括由流过消声器的排气进行致动的阀门元件。通常，致动器连接到该阀门元件并且设置在进入消声器的排气的流动路径中。提供一个弹簧，用于将阀门元件偏置至第一位置。这使得排气经由第一流动路径通过消声器。一旦流过消声器的排气达到一定的量，致动器便将阀门元件从第一位置切换到第二位置。然后排气就在第二流动路径中流过消声器。当排气量低于预定水平时，消声器特别地采用第一流动路径而具有好的性能，而当流过消声器的排气量超出该预定水平时，消声器采用第二流动路径而具有好的性能。

即使用于将阀门元件偏置到第一位置的弹簧由特别用于高温工作环境下的材料制成，当该弹簧长期处于高温环境下时也会出现松驰的问题。特别地，当超过24小时处于高于700℃的温度下时，弹簧将几乎完全松驰。

因此，需要一种能够长时间工作在高负载下而不会出现弹簧松驰的消声器。

发明内容

本发明提供一种半主动消声器，其包括壳体、排气输入管和至少一个排气输出管。还设置有阀门元件，用于控制排气的流动。弹簧与阀门元件配合工作将阀门元件偏置到第一位置。还设置有冷却装置，用于减少从排气传递到弹簧的热量。冷却装置确保弹簧的工作温度得以降低并且保持在降低后的水平上。这阻止了弹簧松驰或至少极大地延迟弹簧的松驰。

根据一个优选实施例，冷却装置用于降低弹簧所经受的排气的温度。一种选择是降低进入消声器的排气的总体温度。为此，可以将冷却流体例如周围空气或水加入到排气中。可选择地，冷却装置可以通过在输入管上设置用于降低排气温度的散热片而形成。在一个可选择的实施例中，冷却装置可形成为仅降低弹簧直接附近处的排气的温度。为此，冷却液体可以被引入弹簧附近的消声器中。可选择地，可以使用延伸到弹簧附近点的散热片形式的热交换器。

与降低弹簧所经受的排气的温度不同的是，冷却装置可以形成为阻止热排气直接接触弹簧。为此，冷却装置可以形成为围绕弹簧的隔离体形式，或者引导热排气离开弹簧的防护罩形式。

附图说明

现在参照显示在附图中的优选实施例对本发明进行描述。在附图中：

图1表示根据第一个实施例的半主动消声器的示意图；

图2表示在图1的消声器中使用的阀门元件和弹簧的放大图；

图3表示根据第二个实施例的半主动消声器的示意图；

图4表示冷却装置的第一个实施例；

图5表示替换图4中所示的冷却装置的一个可选的实施例；

图6表示冷却装置的进一步可选的实施例；

图7表示根据本发明的第二个实施例的冷却装置；

图8表示根据本发明的第三个实施例的冷却装置；

图9表示根据本发明的第四个实施例的冷却装置；

图10表示根据本发明的第五个实施例的冷却装置；

图11表示沿图10中平面XI的截面图；

图12表示根据本发明的第六个实施例的冷却装置；以及

图13表示根据本发明的第七个实施例的冷却装置。

具体实施方式

图1表示包括壳体10、输入管12以及输出管14的半主动消声器。输入管用于将内燃机的排气引导到消声器的壳体10中。输出管14用于将排气排出壳体10。在壳体10内部，形成三个室18、20和22。这些室用于吸收、衰减或降低排气中的压力变化。溢出管24用于提供从室18到室22的直接流通。与输入管12以及溢出管24的一端相关联的是阀门组件26。阀门组件26包括与输入管12相关联的第一阀门元件28、与溢出管24相关联的第二阀门元件30、阀门轴32以及弹簧34(参见图2)。阀门轴32支持在两块支撑板36中。弹簧34将第一阀门元件28和第二阀门元件30偏置到分别邻近输入管12的出口和溢出管24的入口的位置上。根据流经输入管12的排气量并且通过在第一阀门元件28上进行动作，阀门轴32与第一阀门元件28以及第二阀门元件30一起发生枢转以便使第一阀门元件28和第二阀门元件30分别进一步离开输入管12和溢出管24。这使得从室18经过溢出管24直接流向室22的排气流动阻力减小。

图3表示另一个半主动消声器的实施例。第一个实施例和第二个实施例的区别在于，在输出管14之外还提供有第二输出管16。阀门组件26的第二阀门元件30与第二输出管16相关联。与图1及图2中所示的实施例相比较，第二阀门元件30设置在相对于阀门轴32的中轴线与第一阀门元件28相对的一侧上(参见图12)。这里，弹簧34同样将阀门轴32与第一阀门元件28以及第二阀门元件30一起偏置到两个阀门元件靠近各个管的位置。弹簧的动作能够被作用在第一阀门元件28上的足够量的排气所克服，从而使得阀门轴32和第二阀门元件30一起发生枢转。

图1至图3中所示的消声器的结构细节对于本领域的普通技术人员而言是已知的，所以在此不再需要进行额外的描述。

由于壳体10内部设置有弹簧34，所以即使弹簧由铬镍铁合金制成，也存在由于弹簧长时间处于高温环境下而导致弹簧发生松驰的风险。如果出现这样的松驰情形，则弹簧的弹性以及相应的偏置效应将会失去。为了减少从排气传递到弹簧34的热量，提供冷却装置。

图4表示根据第一个实施例的冷却装置40。冷却装置40形成为环绕弹簧34的隔离体42。因此，它阻止了壳体10内部的热排气直接接触弹簧34而将热量传递给弹簧。

隔离体42可以用金属片制成，如图4中所示。根据图5中所示的可选择的结构，隔离体42可以用多个熔结在一起的小空心金属球44制成。这种材料的细节对于本领域技术人员而言是已知的。另外，隔离体42可以用陶瓷材料制成。

根据图6中所示的可选择的结构，隔离体42使用具有空隙50的两个同心壳体46和48制成，空隙50中填充有壳体之间形成的空气。这增加了阻止热量从隔离体42的外部传递到弹簧34的阻力。

很明显，隔离体42延迟了热量从排气向弹簧34的传递，而不是完全阻止这种热量传递。但是，这个延迟对于阻止弹簧34的松驰已经足够。事实上，进入消声器5的排气温度仅在内燃机满负荷工作时才会达到能够使弹簧34发生松驰的温度。只有在这种情况下，消声器5中的排气才会达到700℃或更高的温度。一旦内燃机在低于满负荷情况下工作，消声器5中的排气温度就会落入不会导致弹簧34松驰的数值范围中。在实践中，机动车的发动机只会在很短的时间内满负荷地进行工作。隔离体的作用是在内燃机满负荷工作的通常为较短的期间中防止弹簧暴露在700℃或更高的温度中。

图7表示冷却装置40的第二个实施例。这里，冷却装置40形成为一个用于将冷却流体引导到输入管12的排气的系统。这种接纳系统(admission system)使用一个漏斗52以便收集周围的空气。漏斗52连接到管道54，管道54的末端位于输入管12内部。通过冷却装置40进入的周围空气降低了排气的总体温度。因此，从排气传递到设置在壳体10内部的弹簧的热量得以减少。

明显地，例如风扇之类的其它装置可以代替漏斗52用于将周围空气引入排气管12中。

图8表示冷却装置40的第三个实施例。这里，冷却装置形成为一个将冷却流体引导到壳体10内部的系统，具体地将冷却流体引导到弹簧34的附近点上。冷却流体，优选地为水，用于直接冷却弹簧34附近的排气。提供一个水槽56，其连接到一个输送管58。输送管58的末端位于弹簧34的附近点上。

根据一种可替代的设计，冷却流体能够被引入输入管12用于降低排气的温度。同样，周围的空气能够在弹簧34附近的一个点上被引入壳体10内部。

图9表示本发明的第四个实施例。这里，冷却装置40形成为热交换器，用于降低弹簧34附近的排气温度。热交换器形成为散热片60，散热片60从壳体10的外部延伸到弹簧34的附近点上。当散热片60的外端被周围空气冷却时，在散热片60内端上流过的排气得以冷却。优选地，散热片60设置在弹簧34的上游。另外，散热片60的平面优选地与壳体10外部周围空气的流动方向以及壳体内部排气的流动方向平行。

图10表示本发明的第五个实施例。这里使用了热交换器。热交换器包括多个附装在壳体10外部的输入管12上的散热片62(请参见图11)。散热片62增加了从在输入管12内部流动的排气到周围空气的热量传递。因此，进入消声器5的排气总体温度得以降低。这使得传递到弹簧34的热量得以减少。

图12表示冷却装置40的第六个实施例。这里，冷却装置40形成为两个设置在弹簧34的上游和下游的防护罩70和72，用于防止弹簧34直接暴露到流入壳体10内部的排气中。

图13表示冷却装置40的第七个实施例。这里，冷却装置40直接由第一阀门元件28形成，该第一阀门元件28用作致动第二阀门元件的致动器。阀门元件28用于引导进入壳体10的排气离开弹簧34。为此，阀门元件28形成为弯曲刀片的形状。

Claims (20)

1.一种半主动消声器，其包括壳体、排气输入管、至少一个排气输出管、用于控制排气流动的阀门元件、与所述阀门元件配合将所述阀门元件偏置到第一位置的弹簧，以及用于减少从所述排气到所述弹簧的热量传递的冷却装置。

2.根据权利要求1所述的消声器，其中，所述冷却装置为围绕所述弹簧的隔离体。

3.根据权利要求2所述的消声器，其中，所述隔离体由陶瓷材料制成。

4.根据权利要求2所述的消声器，其中，所述隔离体由烧结体制成，所述烧结体由空心金属球组成。

5.根据权利要求2所述的消声器，其中，所述隔离体由两个壳体组成，所述两个壳体由填有空气的空间隔开。

6.根据前面任一权利要求所述的消声器，其中，所述冷却装置为用于导入冷却流体的接纳系统。

7.根据权利要求6所述的消声器，其中，所述接纳系统具有接纳开口，所述接纳开口设置在所述消声器的所述输入管上游，以用于在排气进入所述消声器之前将所述冷却流体引导到所述排气中。

8.根据权利要求6所述的消声器，其中，所述接纳系统具有接纳开口，所述接纳开口设置在所述消声器中用于将所述冷却流体引导到所述弹簧附近。

9.根据权利要求6所述的消声器，其中，所述冷却流体为周围空气。

10.根据权利要求6所述的消声器，其中，所述冷却流体为液体。

11.根据权利要求10所述的消声器，其中，所述冷却流体为水。

12.根据前面任一权利要求所述的消声器，其中，所述冷却装置为用于降低所述排气温度的热交换器。

13.根据权利要求12所述的消声器，其中，所述热交换器包括至少一个从所述弹簧附近的点延伸到所述消声器外部的点的散热片，从而降低所述弹簧附近的所述排气的温度。

14.根据权利要求13所述的消声器，其中，所述散热片具有平行于所述消声器中的所述排气的主要流动方向的纵轴。

15.根据权利要求12所述的消声器，其中，所述热交换器为至少一个位于所述输入管外部上的散热片。

16.根据前面任一权利要求所述的消声器，其中，所述冷却装置为设置在所述消声器内部用于防止所述弹簧直接暴露在所述排气中的防护罩。

17.根据权利要求16所述的消声器，其中，所述防护罩设置在所述弹簧的上游。

18.根据权利要求16所述的消声器，其中，所述防护罩设置在所述弹簧的下游。

19.根据权利要求16所述的消声器，其中，提供用于致动所述阀门元件的致动器，所述致动器引导所述排气离开所述弹簧。

20.根据前面任一权利要求所述的消声器，其中，所述弹簧由铬镍铁合金组成。

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