排气系统的排气承载部件的制作方法
【专利摘要】一种内燃机排气系统的排气承载部件（100），所述部件具有吸声功能，该部件外壳（108,208,308,408,508,608,708,808,908）包括至少一个吸声部分（110,210,310,410,510,610,710,810,910），该至少一个吸声部分（110,210,310,410,510,610,710,810,910）设置有微穿孔（112），这些微穿孔（112）具有吸声效果，并且废气通过这些微穿孔（112）被直接排放到外界。
【专利说明】排气系统的排气承载部件【技术领域】
[0001]本发明涉及一种排气系统的排气承载部件，特别是用于机动车辆内燃机排气系统的排气承载部件。
【背景技术】
[0002]在排气系统的废气流中插置排气消声器是本领域的已知技术，该排气消声器降低车辆向外界排放的声音。在所述消声器中，将吸声纤维垫或金属板设置在外部气密壳体中，以通过吸收或特定的反射来抑制噪声排放。同样，在这种排气消声器的内部中插置包括消音微穿孔的管子或金属板也是已知技术。
[0003]CN202451243示出了一种消声器，其中，排气尾管设置有将消声器的内部连接至外界的多个相对的大开口。开口的直径为1.5mm与5mm之间。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种构造简单、但是仍然有效的用于内燃机排气系统的消
音装置。
[0005]根据本发明，一种内燃机排气系统的排气承载部件，所述部件实现吸声功能，所述部件的外壳装配有至少一个吸声部分，该至少一个吸声部分设置有微穿孔，这些微穿孔具有吸声效果，废气通过这些微穿孔被直接排放至外界。本发明中，抛开了气密外壳的概念。相反，在排气承载部件中专门设置了通向排气系统外界的开口，即在用于车辆的情况下，直接通向车辆外界的开口，使得废气通过外壳快速地排放至外部。
[0006]微穿孔是横截面积为至多2mm2的开孔，特别是不大于0.5mm2的开口。
[0007]通过微穿孔排出的气体均离开整个排气系统，而不是仅进入例如位于排气管线的两个排气承载管部分之间的中间空间。
[0008]废气的至少一部分通过微穿孔离开该排气系统。排气承载部件或排气系统可被设计成使得全部废气通过微穿孔排放至外界。
[0009]在微穿孔部分的区域中，排气流中的紊流被衰减掉并且被转化成层流。这将减少频谱中的高频部分。很明显的是，低频部分同样由于微穿孔的存在而被衰减掉。例如，利用带微穿孔的管，确保较少的由驻波所引起的谐振。
[0010]就此而论，术语“设置有微穿孔的部分”被理解成外壳上包括多个邻近的、小的、且贯穿的开口的区域。
[0011]优选的，外壳相对于外界为排气承载部件定界，即在排气与排气系统的外界或车辆的外界之间限定出最外部的界限。外壳的内侧与沿着外壳的内侧流动的废气直接接触。
[0012]排气承载部件可完全地或者部分地由微穿孔金属板制成。
[0013]将外壳完全设计成吸声部分是可以的；在这种情况下，部件的整个外壳上均设置有微穿孔。
[0014]然而，同样可以设想的是:将部件的一个或更多个部分实现为气密的并且仅在所需尺寸的一个或更多个部分设置有微穿孔。
[0015]外壳围绕该部件周向延伸，吸声部分可仅在圆周的一部分上延伸和/或仅在外壳的轴向部分上延伸。
[0016]微穿孔的总表面积可以达到吸声部分总表面积的约1%至10%、特别优选值为1%至3% (穿孔程度)。在此，术语“吸声部分的总表面积”被理解为设置有微穿孔的中间区域。
[0017]各个微穿孔的孔径大小优选地处于约0.02mm2与2.0mm2之间、特别地优选值为
0.04mm2 与 1.0mm2 之间。
[0018]微穿孔可以都是圆形的，也可以是诸如椭圆形或裂缝状的。如果使用裂缝状，则裂缝宽度可为0.0lmm与0.15mm之间，例如，尤其为0.0lmm与0.1mm之间，同时裂缝长度可为约 0.5mm 至 2.5mm。
[0019]该排气承载部件可以是消声器，例如将其安装在车辆中、现有排气系统的端部区域中时。
[0020]也可以将排气承载部件实现为排气系统的排气尾管。
[0021]根据本发明的吸声排气承载部件优选地在部件的内部不设任何诸如纤维垫之类的消声材料，并且可以不用任何吸声物质。
[0022]可在排气承载部件的内部中设置诸如包括微穿孔金属板之类的排气引导元件。如果该部件为消声器箱，则使用这种排气引导元件尤其有为利。
[0023]也可以将排气承载部件的下游自由端设置成是封闭的。在自由端的区域中可设吸声部分。
[0024]在优选实施方式中，部件的自由端用端壁封闭，吸声部分在自由端的区域构成。
[0025]作为例子，端壁完全地设计成包括微穿孔的吸声部分。然而，也可以将端壁实现为是封闭且气密的，并且至少在排气尾管邻接端壁的圆周的部分中设置微穿孔。由此，术语“封闭的”也包括在端壁上设置微穿孔。
[0026]在此，部件可实现为排气尾管或消声器。
[0027]根据另一实施方式，罩部被设置成周向环绕排气尾管的形状，包括在自由端的区域中的吸声部分，并且在下游具有自由开放端。这种排气设计有时被称之为“豆罐” (“beancan”)，其中，罩部在一定距离处环绕该排气尾管。罩部被放置在排气尾管上，但是该罩部本身不是排气系统的排气承载元件，也不是吸声元件，并且不具有微穿孔。
[0028]该罩部可延伸超过排气尾管的自由端。优选的，罩部的直径朝向自由端不是减小的，而是向扩大的。
[0029]可选择地，通往吸声部件的过渡区域中的部件直径不是一致的；例如，该部件是向外扩张的。特别地，该部件在位于排气入口处的部分加大，使得该部件包括腔室和通向横截面扩大的腔室的进给管，并且腔室的外壳至少部分为吸声部分。
[0030]如果需要控制排气承载部件中的排气压力，例如在排气承载部件的前面或后面设置阀，通过阀可完全地或者部分地封闭住该排气管线的过流截面。这样，废气流过该排气承载部件，因此排气承载部件中的内部压力根据情况得以控制，使其总是具有废气通过微穿孔而排出所需的压力条件。
[0031]例如，提高内部压力增加利用微穿孔的能量消散，并因此减少了声能。【专利附图】
【附图说明】
[0032]在下文中，将借助于若干个示例实施方式并且参考附图对本发明进行更为详细地说明。在所有的视图中，相应的排气承载部件均以示意图方式示出。在附图中:
[0033]-图1示出了根据本发明的、在前端处是开放的排气尾管形式的排气承载部件；
[0034]-图2示出了根据本发明的、在前端处是封闭的排气尾管形式的排气承载部件；
[0035]-图3示出了根据本发明的、在前端处是封闭的、仅在部分段中设有微穿孔的排气尾管形式的排气承载部件；
[0036]-图4示出了根据本发明的、包括用于构成消声器箱罩部的排气承载部件；
[0037]-图5示出了根据本发明的、在前端上被微穿孔部分封闭住的消声器箱形式的排气承载部件；
[0038]-图6示出了根据本发明的、包括微穿孔部分的消声器箱形式的排气承载部件；
[0039]-图7示出了包括根据本发明的、消声器箱形式的排气承载部件的排气系统；
[0040]-图8示出了根据本发明的、其前端被阀封闭住的排气尾管形式的排气承载部件；以及
[0041]-图9示出了根据本发明的、设置有阀的排气尾管形式的排气承载部件。
【具体实施方式】
[0042]图1示出了车辆内燃机排气系统(未更为详细地示出)的排气承载部件100，该排气承载部件100在此被设计成排气系统的排气尾管。
[0043]管状排气承载部件100的一个端部经由排气入口 102连接至内燃机的排气管线，并且为最后一段，即部件100将废气排出到排气系统的外界或者车辆的外界。
[0044]排气承载部件100另一面的第二端部构成排气出口 104。在这种情况下，由部件100开放的端壁106构成排气出口 104。
[0045]排气承载部件100的(内测的)直径d沿着该排气承载部件100的整个延伸长度保持不变。
[0046]该部件100的整个外壳108构成吸声部分110并且沿轴向设置有均勻分布在外壳108圆周面上的大量的微穿孔112。在此，在外壳108的周向表面上所有的开口为微穿孔112，这些开口以示意性的方式示出，因此在尺寸上被夸大。
[0047]包括吸声部分110的外壳108完全由金属板构成，优选地为铝板或不锈钢板。
[0048]废气从排气系统通过微穿孔112或者通过部件100的开放的端壁106直接排放到排气系统的外界。
[0049]微穿孔112的优选形式为裂缝状；裂缝宽度为约0.05_，裂缝长度可达约1.5_。这使每个微穿孔的近似表面积大约为0.075_2。
[0050]不言而喻，每个微穿孔112当然可以是圆形的、椭圆形的、或梯形的，或者其它任何适当的形状。也可以结合不同横截面形状。
[0051]微穿孔的密度和尺寸如此选择，使得由微穿孔112限定的面积约占吸声部分110总表面积的1%至3%。吸声部分110中的微穿孔112的密度在整个吸声部分110上可以是相同的，但是也可以沿着排气的流动方向R或者沿着周向在密度上有所不同。
[0052]微穿孔112的尺寸和总表面积总是如此选择，使得排气系统中的压力对于内燃机的运行、及对于降低排气噪声的两个目的都是理想的。
[0053]在下文中，基本上相同的部件将被指定已分配的附图标记。
[0054]图2示出了排气承载部件200的第二实施方式。与刚才已经描述的实施方式类似，排气承载部件200被实现为排气尾管形式。
[0055]不同于第一实施方式，未连接至排气系统、即与排气入口 102相对的端部被成圆锥体的端壁206封闭住，圆锥体朝向外逐渐变细。整个排气承载部件200、即外壳208及端壁206构成吸声部分210，并且完全由包括微穿孔112的金属板制成。
[0056]该端壁206可通过例如卷曲或者分段形成部件200的端部来制造。该端壁优选地形成为圆锥形的，但是也可以为其它的形状。
[0057]在本实施方式中，所有的废气通过微穿孔112排出。在这个实施方式下，排气出口由整个吸声部分210构成。
[0058]图3示出了排气承载部件300的第三实施方式。与刚才描述的部件不同，外壳308的外圆周在轴向方向和周向方向上的一部分、以及锥形端壁306的一部分被制成不透气的；并且仅外壳308的外圆周的一部分及端壁306的一部分被实现为包括微穿孔112的吸声部分310。
[0059]在这个实施方式中，也由整个吸声部分310构成排气口，全部废气均通过微穿孔112尚开该排气系统。
[0060]也可将端壁306制成完全不透气的。然而，同样可以设想的是，也可将该端壁306设计成整个包括微穿孔112的吸声部分。
[0061]图4示出了排气承载部件400的第四实施方式，类似于图2中所示的部件200，该排气承载部件400是管状的，包括封闭的端壁406，并且完全由包括微穿孔112的吸声部分410组成。
[0062]在这个实施方式中，同样是充当排气尾管消声器箱的排气承载部件400被气密的罩部416周向地环绕，该气密的罩部416的前部、即下游端部414处是开放的。吸声部分410的外壳408与罩部416的内侧之间的距离在此为若干毫米。
[0063]在废气入口 102处，罩部416连接至排气承载部件400的外壳408。废气通过微穿孔112从排气承载部件400排出，并且沿着罩部416排到外界中。罩部416本身不包括任何微穿孔112。
[0064]在此，罩部416的直径沿着排气承载部件400的长度上保持不变，使得该距离a在部件400的长度上没有显著的变化；然而，这不应当被理解为是限制性的。
[0065]在此描述的任何其它排气承载部件均可使用这种罩部416。由于罩部与排气承载部件之间有较大的距离a，罩部416不会对废气气流形成障碍，从而废气被直接排出至车辆的外界。
[0066]图5示出了排气承载部件500的另一实施方式。在这种实施方式下，排气承载部件500也被实现为消声器箱，并且同时形成排气系统的排气尾管。在此，排气承载部件500被实现为包覆式消声器，该包覆式消声器包括包覆外壳508和封闭该外壳508并形成端底的端壁506。
[0067]作为废气入口 102的进给管513邻接于具有比进给管513明显更大的直径的腔室515。在本示例中，腔室515的外壳508是不透气的。[0068]排气出口 504由腔室515的平面状、封闭端壁506形成，腔室515的端壁506与排气入口 102相对、并且完全构成吸声部分510。在本示例中，所有流入到部件500中的废气通过端壁506中的微穿孔112离开部件500和整个排气系统。
[0069]作为选择或者额外地，也可在外壳508中设置切口，所述切口被金属板部分所覆盖，所述金属板在内部或外部固定至外壳508、并包括微穿孔。
[0070]端壁506和腔室515的壁517相对，通过腔室将进给管延伸，该端壁506与壁517彼此平行，两壁相对于进给管513成直角地延伸。
[0071]图6不出了另一实施方式。与刚才描述的部件500 —样,在此不出的排气承载部件600被实现为消声器箱，并且同时形成排气系统的排气尾管。
[0072]与部件500的腔室513的圆筒形状、端壁506的平面壁不同的是，部件600以气球状的形状从进给管613至腔室615向外扩张。部件600终止于腔室615的端壁606，端壁606具有弯曲的延伸部。在此，排气承载部件600被实现为壳形消声器，腔室615由两个彼此连接的壳体所构成。可在一个或两个壳体上设置微穿孔112。
[0073]在未正对进给管613的部分中，作为吸声部分610的凸出的外壳608设置有多个微穿孔112。在此，所有的废气也均通过吸声部分610的微穿孔112排出该排气系统。
[0074]腔室515和腔室615均在进给管513、613的下游突然地向外扩张，这样，在流入的废气中导致消音效果。
[0075]在图7中所示的实施方式中，排气承载部件700被实现为插置的圆筒形的消声器箱，它包括处于一个前端处的排气入口 102及处于相对的排气出口 704，其中，排气入口 102连接至排气系统的废气的进给管线，排气出口 704连接至传统的排气尾管718。
[0076]部件700的整个外壳形成吸声部分710，并且设置有微穿孔112。
[0077]，废气的一部分通过微穿孔112离开排气系统，而废气的其余部分通过排气尾管718排放到外界。
[0078]图8示出了排气尾管形式的排气承载部件800，该排气承载部件800沿着其外壳808的整个长度被实现为包括微穿孔112的吸声部分810。在此，微穿孔112沿着整个长度设置、并且设置在吸声部分810的整个圆周上。
[0079]本身具有开放的前端并且与废气入口 102相对的排气出口 804可以被阀820根据情况封闭或打开。这样，该排气承载部件800中的内部压力可被调整成适当的期望值。增大内部压力可使通过微穿孔112加强能量消散，并有助于噪声能量的降低。
[0080]在图9中所示的排气承载部件900中，与刚才描述的实施方式不同，阀820设置在吸声部分910的上游、处于排气入口 102处。
[0081]排气出口 904可被实现为开放的前端，或者被完全地或部分地封闭住，例如利用由微穿孔112构成的另一吸声部分。在这种情况下，也可用阀820调整压力以及流过该部件900的气流。用这种方式可以来减少诸如驻波的产生。
[0082]在排气承载部件800或900中，也可仅将该部件的一部分实现为包括微穿孔112的吸声部分810、910。
[0083]所述实施方式的各个特征可被本领域技术人员自由结合或互换。
[0084]由此，在所有的实施方式中，均可在废气出口处或在废气入口处安装阀。
[0085]在所有实施方式中，均可使用以上关于微穿孔的形状、面积及分布的所有值。[0086]，出于进一步的消音目的，可在排气承载部件的内部设置偏转金属板(未示出)，尤其是在排气承载部件实现为消声器的情况下更是如此。这些消声器还可在内部被划分成若干个腔室。然而，在所有实施方式中，排气承载部件不包括任何纤维吸声材料。
[0087]任何情况下，废气通过吸声部分以后即直接排放到排气系统的外界或者说是车辆的外界中。
【权利要求】
1.一种内燃机排气系统的排气承载部件，所述部件具有吸声功能，所述部件的外壳(108，208，308，408，508，608，708，808，908)包括至少一个吸声部分(110，210，310，410，510，61O, 710，810，910)，所述至少一个吸声部分(110，210，310，410，510，610，710，810，910)设置有微穿孔(112)，所述微穿孔(112)具有吸声效果，并且废气通过所述微穿孔(112)被直接排放至外界。
2.根据权利要求1所述的排气承载部件，其特征在于，所述部件(200，300, 400, 500, 600)被设计成使得所有气体全部通过所述微穿孔(112)排出。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述外壳(108，208，408，708，808，908)被全部设计成吸声部分(110，210，410，710，810，910)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述外壳(308，608)周向地延伸，并且所述吸声部分(310，610)仅在圆周的一部分上延伸。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述微穿孔(112)构成所述吸声部分(110，210，310，410，510，610，710，810，910)总表面的大约1%至10%，尤其是为1%至3%。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述微穿孔(112)的孔径大小均为约0.02mm2至2.0mm2,尤其是约为0.04mm2至1.0mm2。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述部件(500,600, 700)是消声器。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述部件(100，200，300，400，800，900)是排气尾管。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，在所述部件(100,200，300，400，500，600，700，800，900)的内部中设置有排气引导元件。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述部件包括封闭的下游自由端，在所述自由端的区域中设置有吸声部分(210，310，410，510，610)。
11.根据权利要求10所述的排气承载部件，其特征在于，所述自由端被端壁(206，306，406，506，606)封闭，特别地，所述端壁(206，306，406，506)被设计成吸声部分(210，310，410，510)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，设置罩部(416)，所述罩部周向地环绕排气尾管，所述排气尾管包括处于所述自由端区域中的所述吸声部分(410)，并且所述罩部包括下游开放端(414)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的排气承载部件，其特征在于，所述部件(500,600)包括腔室(515，615)和通向在横截面上是扩大的所述腔室(515，615)的进给管(513，613)，所述腔室(515，615)的所述外壳(508，608)至少部分地构成所述吸声部分(510，610)。
【文档编号】F01N1/08GK103573365SQ201310311486
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】克温·兰德尔·艾布拉姆, 丹尼斯·本嫩 申请人:佛吉亚排放控制技术德国有限公司