影响尾气流动的设备的制作方法

专利名称：影响尾气流动的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种影响尾气流动的设备，特别用于控制引擎尾气支路中的 声发射，该设备具有可动地布置在尾气流中的闭合构件和用于该闭合构件的 驱动设备，该驱动设备包括驱动马达和将驱动马达耦接到该闭合构件用来驱 动的力传递装置，该闭合构件根据其在尾气流中的位置向尾气流提供不同的 流动阻力。
背景技术：
为了满足与车辆声发射相关的法律要求，消声器等安装在尾气支路中。 面向不断增长的需求，整个尾气系统的设计和测试费用与构造费用(成本、 构造体积)一样非常巨大。除了涉及声发射的法律要求之外，所谓的"声波 设计"也非常重要，特别是在跑车和轿车方面。
已经知道在尾气支路中布置枢转挡板，该枢转挡板包括消噪声源或所谓 的抗噪声源。枢转挡板改变尾气流动截面，并从外部对其进行动态驱动。由 于挡板运动，所以产生振动，更准确地说是压力波动，该振动叠加在马达侧 的压力振动上，因此消除、部分消除或加强了这种压力波动。因此，可以有 目的地影响噪声水平和/或产生完全不同的声波设计方案。挡板优选布置在尾 气系统"冷端"附近。例如根据马达载荷和马达转数来控制挡板静态和动态 打开角度。以前的设备在实践中无法令人接受，因为驱动马达相对较大较重，
目的是获得足够长的使用寿命以及足够快地移动挡板。 一般配置为ANC马 达的马达的热辐射通常随着重量增大而增多。总之，因此开始了负螺线 (negative spiral),所以可靠的连续操作面临危险。

发明内容
为了避免前述缺陷，在最初提到的这种设备中，本发明提供了一种力传 递、热解耦装置，其集成到所述力传递装置中，并显著中断热量从闭合构件 经由力传递装置向驱动马达传递。这样在驱动马达和处于热流中的闭合构件
4之间形成彻底的热解耦。溫度极高的尾气(高达750。C)可能过度地加热驱
动设备，导致马达退化或使马达因热影响而变大。此外，在力传递装置中还 出现了过度的热膨胀过程，可能导致与挡板和马达安装有关的问题，以及在 力传递装置中引发问题。因此，可以将驱动马达的尺寸设计地相当轻巧，这 样又对减'J 、惯性带来的积极的影响。
正如所述，根据本发明的设备特別是用于控制声发射，即用于声波设计。 马达可以非常快速地移动闭合构件，以使后者在尾气中产生压力波动，产生 能听得见的声发射。这意味着消除、部分消除、加强了马达侧的压力波动， 或者简单地叠加了固有压力波动。
热解耦装置在热学方面可以将力传递装置分成流动侧和马达侧驱动链。
此外，解耦装置应该具有比剩余力传递装置低的热传导性，更具体地说 明显更低的热传导性。
解耦装置中设置的热解耦构件本身的特征在于，其热传导性比两个驱动
链的热传导性至少低3倍，优选至少低5倍。这意味着解耦构件不仅是该系 统中热传导性最低的部分，而且实际上明显比剩余力传递装置的热传导性更 低。优选热传导性比金属低4倍。
对于驱动来说，热解耦构件能进行力传递。更具体地说，整个驱动力经 由解耦构件传递到闭合构件。
为了获得这种热解耦构件，陶瓷材料，而且特别是云母，可以用于这种 解耦构件。中空腔体结构还可以良好接合地产生稳定性和热绝缘性。
热解耦构件可以是耦接件的一部分，该耦接件将流动侧驱动链耦接到马 达侧驱动链。该耦接件因此将力传递装置分成两个区段。由于存在该耦接件， 所以可以部分补偿热膨胀过程并任选补偿驱动链的位置和/或角度偏移。如果 力传递装置直接由旋转轴驱动，这将非常重要，即不会存在受力偏转。
特别是，如果挡板旋转轴线基本上与驱动马达旋转轴线同轴，则耦接件 的优势特别有效。
在本发明中，闭合构件通常是旋转挡板，例如节流挡板。
在根据权利要求1的前序部分的设备中，闭合构件以及连接于其上的那 部分力传递装置的材料和制造方法基本上也具有重要性，因为也可以通过方 便地选择材料来减少向驱动马达进行热传导。在旋转轴作为力传递装置时， 后者由热绝缘陶瓷材料制成，至少其位于尾气流外侧的区段的外表面这样制成。这种陶瓷材料还应该具有上述的低热传导性。
另一项重要的特征是旋转轴的安装形式。这里，本发明例如为旋转轴的 轴承区域施加陶瓷涂层，这意味着该涂层应用在旋转轴上，用于接合旋转。
可以选择的是，陶乾轴承环优选通过上釉而固定到旋转轴上。
此外，该驱动设备可以装备至少一个主动冷却系统。现有技术中部分常 见的整体形成并向环境空气耗散热量的冷却肋不具有主动冷却系统。在本发 明中，第一次将流体主动供应(即，经由泵)到驱动设备，有目的地冷却它。
由于根据本发明设置了冷却系统，驱动马达的尺寸可以再一次设计地明
显更为轻巧，这样又对降低惯性带来的积极影响。
该冷却系统设置在力传递装置位于尾气流外侧的区段处，即不位于承载 尾气的管道中，以便该管道不受热影响。
根据优选实施方式，冷却系统设置在耦接件处和/或驱动马达处以冷却它 们。这里，可以采用一个冷却系统或多个单独的冷却系统。
冷却系统应该具有冷却剂循环，特别是冷却流体循环，该循环通常从车 辆正常冷却循环分开，原因是后者可能在驱动过程中可能变得非常烫。


本发明进一步的特征和优势将从以下说明和附图中体现出来。在图中 图1示出了本发明设备的透视图2是力传递装置装备有热解耦构件的区段的放大截面图3示出了本发明所用的驱动马达的截面图4示出了本发明所用的闭合构件连同旋转轴的透视图5示出了与相对的壳体限定了安装挡板的直线区段的半壳体的透视
图6示出了车辆尾气支路的一部分，该车辆具备本发明整体形成的设备；
图7示出了本发明控制流程的方块图8示出了本发明的设备第二实施方式局部切开的透视图9示出了图8所示的设备位于旋转轴连接部区域内的放大视图。
具体实施例方式
图1示出了用来干扰尾气流动的设备，更准确地说，用来控制燃烧式引擎尾气支路的声发射。尾气供应管IO向该设备提供热尾气，而管道12将热
尾气从该设备向出口引导。该设备一侧的线性区段支座在管道10、 12之间， 该线性区段与所述管道同心并由两个半壳体14、 16构成，这两个半壳体在 几何形状、形式以及尺寸方面相同。
图5示出了其中一个半壳体14、 16。紧固法兰18与半壳体14、 16整体 形成，所述半壳体由陶覺材料或金属制成，优选为铸件，并且所述法兰由两 个区段构成，这两个区段各自与其中一个半壳体14、 16关联。
由耦接件20和包围耦接件20 (参见图2 )的主动冷却系统22构成的单 元法兰连接到紧固法兰18，并且具有主动冷却系统26的电子驱动马达24(参 见图3)依次法兰连接到该单元。
驱动马达24用来驱动闭合构件运动，该闭合构件呈旋转节流挡板28形 式，并支座在尾气流S中，更具体地说，驱动马达使其围绕与挡板28连接 的旋转轴30的中轴线M旋转。旋转轴30是驱动马达24和挡板28之间所 谓的力传递装置的一部分。该力传递装置与驱动马达24 —起形成所谓的挡 板28驱动设备。
本发明的设备的不同单元的细节将在以下讨论。
挡板28在图4中详细示出。挡板28本身是盘状部件，在垂直于流动方 向的截面上看，可以具有机翼轮廓。根据其角度位置，挡板对尾气提供不同 的流动阻力，并且以连续可变的方式改变流动截面。
由于作用在挡板28上的力较大，所以后者与旋转轴30制造成一个部件。 挡板28和/或旋转轴30例如具有金属芯部32 ，该金属芯部以虛线勾勒出来 并完全被常见的陶瓷材料34包围。金属芯部32可以由两个单独部件构成， 这两个单独部件仅由陶乾材料彼此连接，或者在涂覆陶瓷材料之前，借助不 同的方法彼此连接。但是，整个金属芯部32也优选整体形成，而不用焊接 或类似方法，即形成一个部件。
一种替代实施方式提供了挡板和/或旋转轴具有中空腔体结构，例如一种 蜂巢结构，以获得高稳定性以及低热容量。还可以仅在内侧提供中空腔体， 例如仅在金属芯部提供，然后陶瓷材料或玻璃涂层确保硬质外表面光滑。
制造旋转轴30和挡板28的一种不同的方法例如这样实现单独制造两 个部件，然后以玻璃整体涂覆，玻璃将这两个部件彼此连接。
但是，也可以完全只用陶瓷材料制造挡板38和旋转轴30。陶瓷材料确保了导热性低且热膨胀情形轻微。
参照图4，旋转轴30相对于挡板38略^i伸出，并在该区域形成轴承短 柱35，该短柱支座在半壳体14、 16的适当凹部(轴;fc孔36 )中。
在轴承短柱35的区域内，例如可以用四氮化三硅涂覆旋转轴，或用不 同的陶瓷材料涂覆，特别是采用所谓的等离子喷镀法。可以选择的是，还可 以在轴承短柱35的区域内为旋转轴30提供轴承环，该轴承环通过上釉 (glazing)与旋转轴连接，首先用液体玻璃涂覆轴承短柱，然后在这些部件 加热来硬化玻璃之前，将轴承环置于该轴承短柱上。在图4中，仅示意性地 示出了陶瓷涂层或轴承环，并以附图标记38表示。
在与轴承短柱35相对的一侧，旋转轴35也相对于挡板28 一黄向伸出。 在尾气流S的外侧，该驱动侧区段为盘状，与其整体形成的径向凸起40组 成迷宫密封件41的一部分。紧固法兰42也在该自由端整体形成。凸起40 和法兰42优选也用陶瓷材料制成。
挡板28和旋转轴30连同凸起40和法兰42的制造方法，以上尚未讨论， 根据需要，可以是所谓的陶瓷注射模制法(CIM法)。
半壳体14、 16具有与凸起40互补的凹部43，凸起40接收在该凹部内。
图5更为详细地示出了其中一个半壳体14、 16。如前所述，半壳体14、 16相同。它们的分型面E穿过旋转轴30的中轴线M以及由半壳体14、 16 形成的线性区段的纵轴线A延伸，而且与相邻管道IO、 12的纵轴线同轴延 伸。从分型面E开始， 一些仿形区段向上凸起，形成凸起44。在关于轴线 M相对的一侧，半壳体14、 16具有与凸起44互补的凹部46。当一个半壳 体置于另一个半壳体上的时候，凸起44伸入凹部46，以获得精确互锁配合。
用于轴承短柱35的孔36和直径较大的相对凹部(孔48 )利用所谓的级 型钻头形成，相对于图5来说，当半壳体14、 16彼此连接时，该级型钻头 从右侧驱动到半壳体14、 16中。
虽然在前述内容中针对挡板28讨论了旋转轴30,但是尚未明确，因为 旋转轴延伸至驱动马达所包含(参见图3 )的驱动轴50,并由多个区段/具体 部件组成。这些区段其中之一是区段30，其直接与挡板28相连。
挡板连同旋转轴30，插入壳体16用于安装，并且上壳体14置于其上。 此后，可以将壳体14、 16彼此螺钉连接(参见图1 )。
法兰42是图2所示耦接件20的一部分，耦接件用作热解耦装置以及补偿构件，用来补偿流动侧和马达侧驱动链(更具体地说是旋转轴的区段)的 位置和/或角度偏移。
耦接件20包括热解耦构件52,其优选例如通过^/L械方式或粘合方式直 接安装在法兰42上。在驱动侧，解耦构件52还与法兰部件54连接，该法 兰部件54与驱动马达的驱动轴50直接连接或经由中间轴连接。螺钉56横 向穿过法兰54的套管区段，用于将耦接件20耦接到驱动轴50或中间轴。
热解耦构件52用来使驱动链之间的热传导至少更为困难。为此，其热 传导性较之与解耦构件52毗连的两个驱动链的总体热传导性至少低3倍 (factor),优选低5倍。热传导性比金属至少低4倍。为了获得这种效果， 解耦构件52由陶瓷材料制成，而且优选由云母制成，特别配置成一件式部 件。在耦接件20的区域内，两个驱动链具有较小的径向间隙，用来在驱动 链之间补偿径向误差。
此外，流动侧的驱动链至少一些区段也设置有轴向间隙，特别是在半壳 体14、 16的旋转轴30上设置。该轴向间隙防止部件因热膨胀过程而卡住。
挡板28和力传递装置的整个轴承件最多存在于3个点处。轴承短柱35 是移动轴承的一部分，而驱动轴50与驱动马达24的连接部构成固定轴承。 此外，可以在孔48的区域设置径向支撑件。
从图2中可以看出，解耦构件52必须传递全部驱动力，即全部扭矩。 不存在其他可以作为热穿导桥的机械桥接件。
整个驱动设备紧固到半壳体14、 16，因此紧固到排放管，以使整个驱动 设备形成自包含单元。
耦接件20被多壳体机壳包围，正如所述那样，直接螺钉连接到法兰18, 整个驱动单元螺钉连接到其相对端。机壳具有外壳体60和内壳体62，它们 在彼此之间限定环形腔体64并形成热交换器，作为耦接件20主动冷却系统 的一部分。软管系统66向环形腔体66供应冷却流体，特别是水或压缩空气， 因此耗散耦接件20区域内的热量。冷却系统22和热解耦构件52阻止驱动 操作过程中流动侧被强烈加热的驱动链产生热传导。
马达24本身装备有适当的主动冷却系统26，该系统在图3中示出。这 里，外壁70与两个端壁72连接，这两个端壁又与驱动马达24的外封壳直 接密封接触。附图标记74表示适当的O型环。冷却流体，例如压缩空气或 水，经由连接件76供应到环形腔体78内，导致强烈地冷却驱动马达24。还存在适当的出口连接件，但图中未示出。驱动马达24的外封壳在图3中示
出，构成热交换器，用来耗散驱动马达内的热量。
两个冷却系统22、 26和联合操作，或者处于彼此解耦的状态。存在冷 却流体驱动泵，但图中未示出。
在驱动操作过程中，尾气支路一般存在高气压，所以少量气体可以经由 迷宫密封件41流入耦接件20机壳和耦接件本身之间实际上气密的空间内。 这些气体振动，并可能导致对耦接件20机壳产生不希望的负载、膨胀或振 动。为此，导向外界空气的出口开口 80有意设置在机壳和驱动马达24之间 的任选的中间法兰部件82处(参见图2)。可以经由该开口 80紧固螺钉56。
本发明的设备安装在前消声器或尾气后处理单元和后消声器或端部消 声器或端管之间的尾气支路中。
从图6可以看出，驱动马达24耦接到控制设备90，该控制设备从燃烧 式引擎92、从优选布置在前消声器上游的背压传感器94、以及从布置在该 设备下游和后消声器上游的动态压力(沖压)传感器96接收数据。
借助挡板28连续可调的角度位置以及角速度，所述设备控制尾气系统 中的背压，原因在于静态背压取决于流动截面，并且因此根据需要以或强或 弱的程度消除尾气中的振动，或者产生其自身的声波谱。
这样设置的挡板28动态控制(参见图7)根据马达24转数和其他参数 例如电子控制信号来实现，或者根据挡板28下游的压力波动信号来实现， 其中还借助所述的电子控制信号控制注入引擎的燃料量。挡板28上游的背 压传感器94测量实际背压。
在图8所示的第二实施方式中，挡板并不接收在半壳体14、 16中，而 是接收在与管道IO、 12关联的法兰98、 IOO中紧固于其上，例如将管道IO、 12和与其关联的法兰98、 IOO—起铸造。因此，这两个部件之间的分型面E 垂直延伸，即垂直于管道轴线A延伸，而并非水平延伸，即在包括管道轴线 A的平面内。
但是，通过与半壳体14、 16相同的方式，每个法兰98、 IOO对于旋转 轴30具有一半轴承点或通道。该实施方式本身的特别之处在于，较之半壳 体来说，制造更为简单。
法兰98、 100包含用于旋转轴30和马达24的轴承，并具有适当的孔。 可以选择的是，还可以在法兰98、 100上安装单独的轴承部件102、 104，这些轴承部件单独制造并包括用于旋转轴30的轴承和用于马达24的支撑件。
为了冷却效果更好，轴岸义部件102、 104具有凹部106，诸如例如向法兰 98、 100过渡的区域内的铣削凹部，该凹部在操作过程中变热。借助这些凹 部106，经由法兰98、 IOO上的孔逃逸的热气体可以排出。因此，防止了这 些热气体石並撞热量每文感的元件，诸如马达和轴承。
图9示以剖面图示出了轴岸义部件104。可以看出，S走转轴30可以安装在 法兰98、 100中，但是并不必须这样。旋转轴30经由法兰部件54直接耦接 到驱动轴50。可以选择的是，还可以提供耦接件20。
另外，冷却剂例如可以经由出口开口 80引入轴承部件104的内部，但 是，也不是必须这样。
前述附图的实施方式中的剩余细节，例如迷宫密封件等，也可以实施在 图8和9中的实施方式中。
在插入挡板28和旋转轴30之后，法兰98、 100简单地螺钉连接在一起。 然后将轴承部件102、 104螺钉连接到所产生的由两个法兰98、 100构成的 单元。
可以对本发明的设备实施开环控制和闭环控制。
驱动马达优选为具备编码器的无刷马达，可以与CAN总线系统一起操 作。为了防止马达运动产生谐振，优选采用具备线性传递关系的驱动马达。
此外，马达的功率放大器也非常重要，在这方面选择所谓的正弦整流。
最后，为了能获得较大的马达输出，例如使用了具备静止定子绕组的永 久励磁马达，该绕组直接田比连马达机壳。
所述设备优选以30和300Hz之间的频率操作，以使仅在300到约1000Hz 的范围内才需要经由消声器进行被动消声。这样允许总体减小消声器体积。
在通常的公路车辆情况下，在800到约6000转每分钟的转数范围内， 而对于跑车和摩托车，则在更高的速度下，所述系统的动态控制必须确保噪 声衰减最高大约IO声学引擎数量级(一板或全部数量级)。用于适应性控制 的输入信号根据当前引擎速度产生。这些信号另外经过过滤，更具体地说， 采用传递函数过滤，然后与经处理的压力信号一起用来适配控制方案。
已经详细叙述了上述具体特征，诸如例如热解耦、驱动链的部件中的径 向间隙、耦接件、迷宫密封件、冷却系统和适当机壳的配置、半壳体14、 16、 法兰98、 100、挡一反28和旋转轴30的具体i殳计以及它们的制造方法、它们的结构、它们的轴承以及它们的轴承产生方法、形式、各自单独或独立于独 立权利要求而形成单独可获得专利的主题。
权利要求
1一种用于影响尾气流(S)的设备，特别用于控制引擎尾气支路中的声发射，该设备具有可动地布置在尾气流(S)中的闭合构件；和用于该闭合构件的驱动设备，该驱动设备包括驱动马达(24)和将该驱动马达(24)耦接到所述闭合构件进行驱动的力传递装置；该闭合构件根据其在尾气流(S)中的位置，向尾气流(S)提供不同的流动阻力，其特征在于，力传递、热解耦装置集成到所述力传递装置中，并且明显中断热量经由所述力传递装置从所述闭合构件向所述驱动马达(24)传递。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述解耦装置在热学方面 将所述力传递装置分成流动侧驱动链和马达侧驱动链。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述解耦装置比剩余的力传递装置的热传导性更低。
4. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述解耦装置包 括热解耦构件(52)，其热传导性比剩余力传递装置的总体热传导性低至少3 倍，优选j氐5倍。
5. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述解耦装置具 有热解耦构件(52)，全部驱动力经由该热解耦构件传递给闭合构件。
6. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述解耦装置具 有热解耦构件(52)，其由陶瓷材料或云母制成，或者有中空腔体结构。
7. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述解耦装置具 有热解耦构件(52)，其作为耦接件(20)的一部分，该耦接件补偿驱动链 的位置和/或角度偏移，所述解耦装置将力传递装置分成所述驱动链。
8. 如前述权利要求任一项所述的设备，特别是根据权利要求1的前序 部分，其特征在于，所述力传递装置是直接被驱动的旋转轴(30)。
9. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述旋转轴(30)至少其 位于尾气流(S)外侧的区段的至少外表面由热绝缘陶瓷材料制成。
10. 如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，在轴承区域，所述旋转轴(30)具有应用于其上并与其一起旋转的陶瓷涂层(38)。
11. 如权利要求8至10任一项所述的设备，其特征在于，在其轴承区 域，所述旋转轴(30 )具有轴承环(38 ),该轴承环应用到所述旋转轴(30 ) 上并与其一起旋转，而且通过上釉而与该旋转轴(30)连接在一起。
12. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述马达(24) 可以非常快速地驱动所述闭合构件，以使其在尾气中产生压力波动，该压力 波动导致能听得见的声发射。
13. 如前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述闭合构件是 旋转挡板(28 )。
14. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述马达(24)的所述 驱动轴(50)基本上与所述挡板(28)的旋转轴线(M)同轴。
全文摘要
本发明涉及一种影响尾气流(S)的设备，特别用于控制车辆尾气系统中的声发射。所述设备包括位于尾气管道中由马达驱动的闭合元件，所述闭合元件在尾气中产生压力波动，以便可以进行所谓的“声波设计”。力传递热解耦设备集成到收纳在驱动马达(24)和闭合元件之间的力传递设备中，所述解耦设备吸收闭合元件和驱动马达(24)之间的热传递。
文档编号F01N1/16GK101484668SQ200780024830
公开日2009年7月15日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年5月2日
发明者丹尼尔·科尔劳茨, 休伯特斯·西巴尔德, 尤维·诺尔特, 赫尔穆特·翁豪斯, 迈克尔·W·温策尔 申请人:埃姆肯技术德国(奥格斯堡)有限责任公司