本公开内容涉及一种车辆排气系统部件，其包括转向部或收缩特征部。
背景技术：
车辆排气系统将由内燃机产生的排气气体引导到外部环境。这些系统由各种部件组成，诸如管、转换器、催化剂、过滤器等。整个系统和/或各部件能够由于共振频率产生不希望的噪声。已采用不同的方法来解决此问题。
例如，诸如消声器、谐振器、阀门等的部件已经被并入到排气系统中，以试图衰减由排气系统产生的某些共振频率。包括附加部件的缺点是成本和重量的增加。此外，添加部件会引入新的噪声产生源。另一种方法是利用在管内形成的一个或多个开口，这些开口被阻挡(阻抗)材料覆盖，以抑制噪音；然而，在当前实施例中，排气气体可以通过这些开口离开到外部环境。
技术实现要素：
根据一个示例性实施例，一种排气系统包括排气部件，该排气部件的壁具有外表面和内表面，该内表面限定了内部排气气体流动路径。至少一个开口形成在排气部件上，从外表面到内表面延伸穿过排气部件的壁。由阻挡材料形成的构件构造成覆盖至少一个开口。转向部邻近至少一个开口定位，以阻塞排气气体流动路径的至少一部分。
在根据前述实施例的另一实施例中，排气气体流动路径沿着从上游端到下游端的轴线延伸，并且其中，转向部包括主体，主体具有向内延伸远离主体并朝向轴线的延伸部分。
在根据前述任一实施例的另一实施例中，至少一个开口包括上游边缘和下游边缘，其中延伸部分位于上游边缘处。
在根据前述任一实施例的另一实施例中，主体包括与排气部件的外表面的轮廓匹配的板，该板包括围绕排气部件中的至少一个开口的板开口，并且其中延伸部分沿着板开口的边缘朝向轴线向内延伸。
在根据前述任一实施例中的另一实施例中，该构件位于主体的外表面上以与至少一个开口完全重叠。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，框架位于构件上方，使得构件直接处于框架和转向部之间。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，转向部包括形成为排气部件的壁的一部分的延伸部分，其中该延伸部分沿至少一个开口的上游部分或下游部分径向向内延伸。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，所述至少一个开口仅包括一个开口，其余的排气部件具有的实心壁没有任何其他开口，并且其中所述至少一个开口直接通向外部大气。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，转向部包括收缩部，该收缩部直接在排气部件内、邻近至少一个开口或在至少一个开口处形成。
在另一个示例性实施例中，一种排气系统包括排气部件，该排气部件的壁具有外表面和内表面，该内表面限定了沿着轴线延伸的内部排气气体流动路径。至少一个开口在排气部件中形成为从外表面到内表面延伸穿过排气部件的壁，并且由阻挡材料形成的构件构造成覆盖至少一个开口。转向部包括延伸部分，转向部邻近所述至少一个开口并径向向内朝向所述轴线延伸，以阻挡排气气体流动路径的至少一部分。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，阻挡材料是穿孔的材料片。
在根据任一前述实施例的另一实施例中，至少一个开口包括上游边缘和下游边缘，其中延伸部分位于上游边缘或下游边缘处。
从以下附图和说明书中可以最好地理解这些和其他特征。
附图说明
图1示意性地示出了排气系统的一个示例。
图2示意性地示出了如在图1所示的排气系统中使用的具有转向部或收缩特征部的管的一个示例。
图3是剖过图2所示管的剖视图。
图4示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图5示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图6是具有和不具有转向部或收缩特征部构造的体积流量与质量流的曲线图。
图7示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图8示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图9示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图10示意性地示出了具有转向部或收缩特征部的管的另一示例。
图11a示出了在没有转向部或收缩特征部的管中的开口处的流速和静压的比较。
图11b示出了在具有转向部或收缩特征部的管中的开口处的流速和静压的比较。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10，该车辆排气系统10通过各种下游排气部件14传导由内燃机12产生的热排气气体，以减少排放并控制已知的噪音。排气部件14可以包括柴油氧化催化剂(doc)、选择性催化还原(scr)催化剂、颗粒过滤器、消声器、共振器、排气管等。这些部件14可根据车辆应用和可用的封装空间来以各种不同的构造和组合进行安装。排气气体穿过部件14，并且随后例如经由尾管16被引导到外部大气。
如图2-3所示，排气系统10包括组件18，该组件18包括具有声抑制构件的收缩特征部或转向部特征，该声抑制构件抑制在系统10的操作期间产生的共振频率。在一个示例中，组件18在系统10的排气管20中使用；然而，应该理解的是，虽然组件18被示为与管20一起使用，但是根据需要它也可以在各种排气部件14中的任何一个中使用。
排气管20具有外表面22和内表面24，内表面24限定了具有中心轴线a的内排气部件腔体26。内表面24限定沿轴线a的方向流动的排气气体流动路径f。至少一个开口28形成在管20中，以从外表面22到内表面24延伸通过管20的壁30。
在一个示例中，组件18包括构件32和转向部34，该构件32由构造为覆盖开口28的阻挡材料形成、该转向部34构造成向内延伸远离管20的内表面24、邻近开口28以阻挡至少一部分排气气体流动路径f。在一个示例中，转向部34构造成提供邻近阻挡材料的收缩特征部。
在一示例中，构件32的阻挡材料是穿孔材料片。阻挡材料可以包括例如由微穿孔材料制成的片或垫。这种类型的材料具有高密度的、延伸穿过片的、非常小开口。在一个示例中，微穿孔材料具有大约5％的孔隙率。可选地，也可以使用其他阻挡材料，例如粉末金属材料。此外，微穿孔或阻挡材料提供指定量的阻挡，即材料阻抗(牛秒/立方米)(ns/m3)。在一个示例中，材料阻抗为至少25牛秒/立方米。优选范围是50-3000牛秒/立方米。
管20沿轴线a从上游或第一管端36延伸到下游或第二管端38。开口28在管20内形成在第一管端36和第二管端38之间。转向部34包括具有延伸部分42的主体40，该延伸部分42向内远离主体40并且朝向轴线a延伸，以阻挡流动路径f的一部分。开口28包括上游边缘44和下游边缘46。在一个示例中，延伸部分42位于上游边缘44处。在一个示例中，延伸部分42包括向内朝向轴线a延伸的第一部分42a和从第一部分42a沿着轴线a的方向延伸至远端42c的第二部分42b。
这种构造通过在邻近穿孔片的排气管内并入与构件32的局部收缩特征部而产生文丘里效应。局部收缩特征部被定位成使得排气气体平均流横向穿过收缩特征部行进并且阻挡材料在收缩特征部的下游。如图3所示，在开口处存在环境空气压力p大气、排气气体压力p排气和内压力po。另外，排气气体具有流速v排气，并且在开口处存在速度vo。由于收缩特征部，排气气体速度产生增加(在图3中以50表示)，导致在由阻挡材料(以52表示)覆盖的开口28附近的管20的内侧上的压降(po<p大气)。管20内侧的最终压力的下降造成(整个)阻挡材料上的负压降或中性压降。由于阻挡材料上的中性压降或负压降，零流量或少量外部环境空气的通过阻挡材料被引进进入管内(以54表示)，否则会排气气体会排出管20外。因此，本公开内容提供了一种收缩特征部，该收缩特征部与排气部件中被阻挡材料覆盖的开口相结合，以有效地抑制声共振，同时还提供了一种显著减少和/或消除平均排气气体从排气部件中流出的特征(部)。
开口28由沿着轴线a的方向延伸的长度l限定。在一个示例中，第二部分42b的远端42c终止于位于内表面24径向向内一定深度处的位置。第二部分42b的长度与开口28的长度l的一部分重叠。延伸部分42的深度、长度和定向可以根据需要改变，以在开口28处提供期望的压降。
在一个示例中，主体40包括与管20的外表面22的轮廓匹配的板。该板包括围绕管20内的开口28的板开口60。延伸部分42沿着板开口60的边缘朝向轴线a向内延伸。在一个示例中，板开口60包括上游边缘62、下游边缘64、以及连接上游边缘62和下游边缘64的侧边缘66。延伸部分42从上游边缘向内延伸并且通过间隙68与侧边缘66间隔开，使得延伸部分42可以延伸到排气气体流动路径f内而不接触开口28的边缘。
在一个示例中，构件32定位在主体40的外表面70上以与开口28完全重叠。在一个示例中，外框架72定位在构件32上方，使得构件32直接在外框架72和转向部34的主体40之间，该构件32充当包括收缩特征部的内框架。在一个示例中，框架72包括具有中心开口88的框架体74和围绕框架体74的周边延伸的第一周边凸缘76。转向部34包括围绕主体40的周边延伸的第二周边凸缘78，第二周边凸缘78直接邻抵第一外围凸缘76。构件32的外边缘80被接纳在框架体74与主体40之间形成的间隙内。凸缘76、78可以焊接、铜焊或以其他方式彼此固定并固定到管20。框架体74的中心开口88与阻挡材料和管20内的开口28重叠。
排气气体流动路径f具有如图3中所示与轴线a相交的横截面x。在一个示例中，延伸部分42在不到一半的横截面x上延伸。该关系可以根据需要改变，以在开口28处提供期望的压降。
在一个示例中，至少一个开口28仅包括一个开口，而排气部件的其余部分的实心壁没有任何其他开口。换句话说，在该示例中，该开口28包括在管20内的唯一开口。开口28直接通向外部大气。
图4显示了转向部构造的另一个示例。在该示例中，转向部90是形成为管20的壁30的一部分的延伸部分92。延伸部分92沿着开口28的上游部分径向向内延伸。在一个示例中，延伸部分92包括向内朝向轴线a延伸的第一部分92a和从第一部分92a沿着轴线a的方向延伸至远端92c的第二部分92b。构件32定位在管20的外表面22上，以与开口28完全重叠。在一个示例中，外框架94定位在构件32上方，使得构件32直接处于外框架94与管20之间。在一个示例中，框架94包括具有中心开口96的框架体和围绕框架体的周边延伸的周边凸缘98。构件32的外边缘80被接纳在框架体与管20之间形成的间隙内。可以将周边凸缘98焊接、铜焊或以其他方式固定到管20，以将构件32紧固到位。
图5显示了转向部构造的另一个示例。在该示例中，转向部100包括直接在开口28上游的管20内形成的收缩部。该收缩部包括向内延伸的壁部分102，该壁部分102形成管20收窄的颈部或减小的横截面。构件32如上所述通过框架94在管20上保持就位。
图6是具有和不具有转向部或收缩特征构造的体积流量对质量流量图。第一线82示出了没有转向部的标准管的曲线图。第二线84示出了转向部的曲线图，该转向部以第一量向内延伸进入流动路径f。第三线86示出了转向部的曲线图，该转向部以第二量向内延伸进入流动路径f，该第二量大于第一量。两种转向部构造都用于提供压降。
图7显示了转向部构造的另一个示例。在该示例中，转向部120包括具有内开口118的内框架122和延伸部分124，该延伸部分124远离内框架122并且朝向轴线a向内延伸以阻挡流动路径f的一部分。在一个示例中，延伸部分124位于管20内的开口28的下游边缘46处。在一个示例中，延伸部分124包括朝向轴线a向内延伸的第一部分124a、从第一部分124a延伸并沿着轴线a的方向弯曲的第二部分124b、以及从第二部分124b径向向外延伸至远端124d的第三部分124c。
构件32直接位于内框架122和外框架126之间，以与开口28完全重叠。在一个示例中，外框架126包括中心开口128和第一周边凸缘130。内框架122包括第二周边凸缘132，该第二周边凸缘132围绕内框架122的周边延伸并且直接邻抵第一周边凸缘130。构件32的外边缘被接纳在形成于内框架122和外框架126之间的间隙内。凸缘130、132可以焊接，铜焊或以其他方式彼此固定并固定到管20。外框架126的中心开口128与内框架122中的开口118和管20中的开口28重叠。
图8显示了转向部构造的另一个示例。在该示例中，转向部140是形成为管20的壁30的一部分的延伸部分144。在该示例中，延伸部分144沿着开口28的下游部分径向向内延伸。在一个示例中，延伸部分144包括朝向轴线a向内延伸的第一部分144a、从第一部分144a延伸并沿着轴线a的方向弯曲的第二部分144b、以及从第二部分144b径向向外延伸至远端144d的第三部分144c。构件32定位在管20的外表面22上，以与开口28完全重叠。在一个示例中，外框架146定位在构件32上方，使得构件32直接处于外框架146与管20之间。在一个示例中，框架146包括具有中心开口148的框架体和围绕框架体的周边延伸的周边凸缘150。构件32的外边缘被接纳在形成在框架体与管20之间的间隙内。可以将周边凸缘150焊接、铜焊或以其他方式固定到管20，以将构件32紧固到位。
图9显示了转向部构造的另一示例。在该示例中，转向部160包括直接在开口28下游的管20内形成的收缩部。该收缩部包括向内延伸的壁部分162，该壁部分162形成管20收窄的颈部或减小的横截面。构件32如上所述通过框架146在管20上保持就位。
图10显示了转向部构造的另一示例。在该示例中，转向部170包括直接形成在管20内的收缩部，该收缩部处于在径向方向上至少部分地与开口28重叠的位置处。该收缩部包括向内延伸的壁部分172，该壁部分172形成管20在开口28处减小的横截面。壁部分172定位为与构件32相对，并因此不完全围绕管20的周边延伸。构件32如上所述通过框架146在管20上保持就位。
本公开内容提出了一种转向部或收缩特征部，其与由阻挡材料覆盖的排气部件内的开口相结合，该阻挡材料减少从开口中离开的平均排气气体流量。转向部或收缩部的包括使得在排气部件内侧在阻挡材料与开口的接界处产生净零压差或负压差，以防止离开部件的净排气气体流量。此外，通过所公开的构造对背压的影响最小。
在每个公开的示例中，在管本身内形成一种形状、或者提供附加的部件以调节(改变)在管20中的开口28处的排气气体流动条件。在一个示例中，这是通过使排气气体流f转向或引导其离开开口28来实现的。在另一示例中，这是通过改变管20的几何形状以使排气气体流在开口28处加速来实现的。随着速度的增加，静压在开口处下降。当开口28的区域中的静压低于(-p)大气压( p)时，排气气体将不会从管内侧向外流动，而是环境空气a将从管外侧向内流动。
图11a示出了在没有转向部或收缩特征部的管20内开口28处的流速和静压的比较。图11b示出了在具有转向部或收缩特征部的管20内开口28处的流速和静压的比较。图11b示出了当流速增加时在开口28处的静压减小。图11b仅仅是这种现象的一个示意性示例。曲线的形状、速度的交点的位置和压力将根据管道内转向部或收缩特征部的位置而变化。
尽管已经公开了各种实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入本公开的范围内。因此，应当研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。
1.一种排气系统，包括：
具有壁的排气部件，所述壁具有外表面和内表面，所述内表面限定了内部排气气体流动路径；
形成在所述排气部件中的至少一个开口，所述至少一个开口从所述外表面到所述内表面延伸穿过所述排气部件的所述壁；
由阻挡材料形成的构件，所述构件构造成覆盖至少一个开口；以及
邻近至少一个开口定位的转向部，以阻挡排气气体流动路径的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述排气气体流动路径沿着轴线从上游端延伸到下游端，并且其中，所述转向部包括主体，所述主体具有远离所述主体朝向所述轴线向内延伸的延伸部分。
3.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个开口包括上游边缘和下游边缘，其中所述延伸部分位于所述上游边缘处。
4.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述延伸部分包括向内朝向所述轴线延伸的第一部分和包括沿着所述轴线的方向延伸的远端的第二部分。
5.根据权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个开口由上游边缘和下游边缘限定，其中所述延伸部分位于所述下游边缘处。
6.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述主体包括与所述排气部件的外表面的轮廓匹配的板，所述板包括板开口，所述板开口围绕所述排气部件中的所述至少一个开口，并且其中，所述延伸部分沿所述板开口的边缘朝向所述轴线向内延伸。
7.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述构件位于所述主体的外表面上，以与所述至少一个开口完全重叠。
8.根据权利要求7所述的排气系统，其特征在于，包括框架、所述框架定位在所述构件上方，使得所述构件直接处于所述框架和所述转向部之间。
9.根据权利要求8所述的排气系统，其特征在于，所述框架包括框架体，所述框架体具有围绕所述框架体的周边延伸的第一周边凸缘；以及所述转向部包括围绕所述主体的周边延伸的第二周边凸缘，所述第二周边凸缘直接邻抵所述第一周边凸缘，并且其中所述构件的外边缘被接纳在形成在所述框架体和所述主体之间的间隙内。
10.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述转向部包括形成为所述排气部件的壁的一部分的延伸部分，其中，所述延伸部分沿着所述至少一个开口的上游部分或下游部分径向向内延伸。
11.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个开口包括仅一个开口，所述排气部件的其余部分具有没有任何其他开口的实心壁，并且其中，所述至少一个开口直接通向外部大气。
12.根据权利要求1所述的排气系统，其中，所述阻挡材料是穿孔的材料片。
13.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述转向部包括直接形成在所述排气部件内、邻近所述至少一个开口或处于所述至少一个开口处的收缩部。
14.一种排气系统，包括：
具有壁的排气部件，所述壁具有外表面和内表面，所述内表面限定了沿着轴线延伸的内部排气气体流动路径；
形成在所述排气部件中的至少一个开口，所述至少一个开口从所述外表面到所述内表面延伸穿过所述排气部件的所述壁；
由阻挡材料形成的构件，所述构件构造成覆盖所述至少一个开口；以及
转向部，其包括延伸部分，所述延伸部分邻近所述至少一个开口并径向向内朝向所述轴线延伸，以阻挡所述排气气体流动路径的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个开口包括上游边缘和下游边缘，其中所述延伸部分位于所述上游边缘或下游边缘处。
16.根据权利要求15所述的排气系统，其特征在于，所述延伸部分包括向内朝向所述轴线延伸的第一部分和包括沿着所述轴线的方向延伸的远端的第二部分。
17.根据权利要求16所述的排气系统，其特征在于，所述转向部包括主体，所述主体包括与所述排气部件的外表面的轮廓匹配的板，所述板包括围绕所述排气部件中的所述至少一个开口的板开口，并且其中，所述延伸部分沿所述板开口的所述上游边缘或所述下游边缘朝向所述轴线向内延伸。
18.据权利要求17所述的排气系统，其特征在于，所述构件定位在所述主体的外表面上以与所述至少一个开口完全重叠，并且所述构件包括位于所述构件上方的框架，使得所述构件直接位于所述框架和所述转向部之间。
19.根据权利要求14所述的排气系统，其特征在于，所述延伸部分形成为所述排气部件的壁的一部分，并且其中，所述延伸部分沿着所述至少一个开口的上游部分或下游部分径向向内延伸。
20.根据权利要求14所述的排气系统，其特征在于，所述延伸部分包括所述排气部件的向内延伸的壁部分，所述壁部分邻近所述至少一个开口或在所述至少一个开口处形成收缩部。
技术总结