本申请要求在35u.s.c§119(e)下的于2015年12月24日提交的标题为passiveexhaustvalvewithfloatingspringstop的美国临时申请序列号62/387,411的权益，其通过引用将其全部内容并入本文。
本发明总体涉及被动排出阀以及形成和组装这种阀的方法的领域。
背景技术
为了在燃烧发动机的排出系统中控制回流压力并减小低频发动机噪声，通常应理解的是，可以在排出线路中设置被动阀，以通过响应于排出压力中的变化而致动，从而改变排出流的特性。被动阀可以调节排出压力并减弱排出系统噪声，然而，被动排出阀组件也可能产生其他噪声，诸如，例如阀板抵靠阀管道的内表面关闭的刺耳的闭合噪声、当经历排出压力波动或脉冲(脉动)时阀板在打开与关闭位置之间摆动或颤动的颤动噪声以及阀板在打开与关闭位置之间枢转的吱吱噪声。如通常所理解的，这些不期望的噪声还可能导致对阀的过早磨损和损坏以及对排出系统的性能的其他负面后果。
技术实现要素：
本发明总体上提供了一种排出管道或管区段，其包括阀板或叶片构件，该阀板或叶片构件可以在排出管道的内部容积或流路径内枢转，以调节通过排出管道的排出气体的流。被动排出阀组件包括柔性可弯曲(或弹性)缓冲器元件，诸如金属网垫，其可以定位在排出管道的内表面上，以使阀板的端部部分接触缓冲器元件，以减小或基本消除阀板的相关冲击力和闭合噪声。可选地，缓冲器元件可以部分地设置在内表面上的凹陷的袋状物(袋，囊，凹处)中，诸如大体上在排出气体的流路径之外。可选地，缓冲器元件也可以向内偏压，诸如使用弹簧，以使在阀板朝向关闭位置移动时阀板的端部部分接触缓冲器元件，从而将到关闭位置的阀板的闭合速度逐渐减小。此外，缓冲器元件可以浮动或可移动地与排出管道接合。
根据本发明的一个方面，被动排出阀组件包括排出管道和设置在排出管道内的阀板，由此阀板在允许排出气体的流通过排出管道的打开位置与减小排出气体的流的关闭位置之间枢转。缓冲器元件设置在排出管道的内表面上的凹陷的袋状物处。缓冲器元件定位成用于将阀板的端部部分在朝向关闭位置枢转时接触缓冲器元件。
根据本发明的另一方面，被动排出阀组件包括限定内部流路径的排出管道。阀板可操作地设置在内部流路径中并且可在打开与关闭位置之间移动。缓冲器元件设置在排出管道的内表面处，并且布置成使得阀板在朝向关闭位置枢转时接触缓冲器元件。弹簧设置在排出管道的内表面与缓冲器元件之间，以使缓冲器元件朝向阀板偏压。
根据本发明的又一方面，一种形成被动排出阀组件的方法包括提供排出管道，该排出管道在排出管道的壁中具有移除的区段。将阀板接合在排出管道内，以使阀板在允许排出气体的流路径通过排出管道的打开位置与用于限制排出气体的流路径的关闭位置之间枢转。盖构件附接在排出管道的移除区段上方以基本上包围流路径。盖构件具有缓冲器元件，该缓冲器元件布置成使阀板在朝向关闭位置枢转时接触缓冲器元件。
通过结合附图回顾以下说明书，本发明的这些和其他目标、优点、目的和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的被动排出阀组件的上部立体图；
图2是图1中所示的被动排出阀组件的俯视平面图；
图3是图1中所示的被动排出阀组件的侧视立面视图；
图4是图1中所示的被动排出阀组件的端视立面视图；
图5是被动排出阀组件的截面视图，其取自图2中所示的剖面ii-ii处；
图6是图5中所示的指定为剖面v的轮廓区域中示出的被动排出阀组件的剖面的放大视图；
图7是图1中所示的被动排出阀组件的上部立体图，取自相反侧并具有切开的剖面以示出缓冲器元件，其中阀板处于关闭位置；
图7a是图7中所示的剖面vii所指定的轮廓区域中示出的被动排出阀组件的切开的剖面的放大视图；
图7b是图7中所示的被动排出阀组件的上部立体截面视图，示出了可移动地接合在相对端部处的缓冲器元件；
图7c是被动排出阀的额外的实施方式的上部立体截面视图，示出了固定在一端处并且可移动地接合在相对端部处的缓冲器元件；
图8是图1中所示的被动排出阀组件的分解的上部立体图；
图9是图1所示的被动排出阀组件的俯视平面图，示出了阀板处于打开位置；
图10是图9中所示的被动排出阀组件的侧视立面视图；
图11是图9中所示的被动排出阀组件的端视立面视图；
图12是被动排出阀组件的截面视图，其取自图9中所示的剖面ix-ix处；
图13是图12中示出的剖面xii所指定的轮廓区域中示出的被动排出阀组件的一剖面的放大视图；
图14是图9中所示的被动排出阀组件的上部立体图，具有切开的剖面以示出缓冲器元件，其中阀板处于打开位置；
图14a是图14中所示的剖面xiv所指定的轮廓区域中示出的被动排出阀组件的切开的剖面的放大视图；
图14b是图14中所示的被动排出阀组件的上部立体截面视图，示出了可移动地接合在相对端部处的缓冲器元件；以及
图14c是被动排出阀的额外的实施方式的上部立体截面视图，示出了固定在一端处并且可移动地接合在相对端部处的缓冲器元件。
具体实施方式
现在参考附图和其中描绘的说明性实施方式，被动排出阀组件10包括排出管道12(诸如管状物或管)以及叶片构件或阀板14(图4)，该叶片构件或阀板在排出管道12的容积或内部区段16内、在关闭位置20(图5)与打开位置18(图12)之间枢转，以调节通过排出管道12的排出气体的流。当排出气体的流产生足够的压力以克服围绕阀板14的枢转轴线的偏压力(诸如由图1中示出的弹簧40提供的偏压力)时，阀板14偏压到关闭位置20并朝向打开位置18枢转。柔性可弯曲缓冲器元件(诸如金属网垫22)设置在排出管道12的内表面26处或其上，在接触朝向关闭位置20移动的阀板14的位置。例如，如图5所示，缓冲器元件22可以设置在排出管道12的内表面26上的凹陷部或凹陷的袋状物24中。在缓冲器元件22处于该凹陷位置的情况下，阀板14的端部部分28在其朝向关闭位置20移动并处于该关闭位置(图5)中时接触缓冲器元件，以减小由到达关闭位置的阀板产生的噪声，否则，在没有缓冲器元件的情况下，这可导致阀板或其他零件在到达或接近关闭位置时接触刚性表面并产生刺耳的闭合噪声。
如图2和图3所示，被动排出阀组件10的排出管道12包括在排出管道12的相对端部上的出口端32和入口端30处的开口，以分别纵向地通过排出管道12接收和分配排出气体。如图1所示，排出管道12具有细长的管状物或管形状，其具有基本上包围大致柱形的内部容积的弯曲的外表面和类似地弯曲的内表面。排出管道的内部容积限定了沿排出管道的纵向轴线的流路径，其大体上延伸通过在入口与出口端30、32之间的排出管道12的内部容积。阀板14定位在内部容积的流路径内，并且相对于排出管道12在打开位置18与用于防止排出气体传输通过管状管道的关闭位置20之间枢转。尽管示出为管状形状，但是可想到的是，在额外的实施方式中，排出管道12可以具有不同的形状，诸如具有非圆形截面的形状和/或在纵向方向上是非线性的形状。
阀板14可操作地耦接在排出管道12的内部区段内并且在打开位置18(图12)与关闭位置20(图5)之间枢转，在打开位置，阀板14的本体部分大致平行于排出流路径以对排出流提供最小的阻力，在关闭位置，阀板的本体部分处于一角度，该角度基本上减小了排出气体通过排出管道的流，以对排出流提供最大阻力。如图4和图5所示，所示的阀板14在上与下弓形边缘28a、34a之间具有的长度大于排气管道12的内径，使得在关闭位置20的阀板14被取向成小于九十度的角度。阀板14具有枢转轴线，其大体上由将阀板14支撑在管道内的枢转轴或杆36限定。阀板14的枢转轴线大体上划分阀板的长度，以限定枢转轴线的相对侧上的端部部分。阀板的第一端部部分28在关闭位置20中接触缓冲器元件22，诸如通过移动朝向并邻接凹陷的袋状物24中的缓冲器元件22移动，如图5所示。如图4和图5所示，阀板的相对的第二端部部分34具有其下弓形边缘34a，在关闭位置20中与排出管道的内表面26隔开，从而防止阀板14的边缘与排出管道12的内表面26之间直接接触，其可以允许少量排出气体通过处于关闭位置的阀板。在下弓形边缘34a处的这种间隔与靠近阀板的第一端部部分28的外边缘的间隙35(图4)一起可以具有减小可能是由排出压力波动或脉冲引起的阀板颤动的趋势。
阀板14的本体部分可以与限定阀板14的枢转轴线的枢转轴或杆36耦接。枢转轴线大体上相对于排出流路径垂直，并且如图4所示，可以在排出管道内偏离中央以限定阀板在第二端部部分34处的较长部分，以及阀板在第一端部部分28处的较短部分。如所示出的，枢转杆36的内部区段36a延伸通过排出管道并附接到阀板14且支撑阀板。内部区段的端部部分枢转地接合轴支撑件(轴杆支撑件)，其可以包括在管状管道的相对侧壁上的轴衬38(图8)，以提供枢转杆36的旋转运动。枢转杆的中间部分，在内部区段36a的相对端部之间，与阀板14刚性地耦接，使得枢转杆36的旋转来操作在打开与关闭位置之间的阀板14。因此，可以通过外部弹簧40将阀板14绕枢转轴线偏压到关闭位置，该外部弹簧耦接在枢转杆36与排出管道14的外部区域之间，如图1-4所示。然而，可以想到，在额外的实施方式中，诸如在排出管道的内部上，可以替代地布置不同的弹簧或偏压装置，以类似地将阀板偏压在打开或关闭位置中。
当阀板14朝向关闭位置20移动时，阀板14的端部部分28接触缓冲器元件22以减慢并最终停止阀板14在关闭位置20中的枢转运动。为了便于减小阀板14的闭合速度，缓冲器元件22可以可选地向内偏压并朝向与缓冲器元件接触的阀板的部分。在所示的实例中，缓冲器元件22的网垫向内弹性地偏压朝向排出管道12的中心轴线，用于将阀板14的端部部分28接触缓冲器元件22，随着其朝向关闭位置20移动，并且由此将到关闭位置的阀板14的闭合速度逐渐地减小，进一步减弱闭合噪声。缓冲器元件可以被偏压，这使用整体特征件，诸如弹性网，或者使用单独部件，诸如弹簧42，如图5所示。所示的弹簧42是弹性片簧(板簧，叶片弹簧，弹簧片)，但也可以是数种类型的弹簧，诸如盘绕的压缩弹簧、垫圈弹簧或空气弹簧等等。
如图5所示，所示的弹簧42大体上接合在排出管道14的盖部分与缓冲器元件22的网垫之间，以使缓冲器元件向内偏压并远离凹陷的袋状物24，并吸收来自冲击缓冲器元件22的阀板14的能量，在阀板朝向关闭位置14移动时。具体地，弹簧接合在排出管道的凹陷的袋状物中，其中片簧42的端部42a接触凹陷的袋状物24的内部边缘部分24a(图6)。所示的弹簧42被定向为，其细长延伸与排出流路径大致平行对准，并且弹簧的中间部分接触网垫，贴近网垫的接触部分22a。如图6和图13所示，弹簧42示出为处于压迫(挤压)位置(图6)，其中阀板处于关闭位置20并且接触网垫22，并且在抵抗阀板14的第二部分34的排出的流或压力增加时，阀板枢转远离缓冲器元件，从而将弹簧42移动到伸展位置(图13)，其中阀板处于打开位置18或者以其他方式不与网垫22接触。当排出压力或流减小时，阀板上的偏压将阀板14拉向关闭位置20，其中在与所示的缓冲器元件22接触时，缓冲器元件22抵抗弹簧42的偏压力而朝向凹陷的袋状物24弯曲。
缓冲器元件22可以浮动或可移动地接合在排出管道12的凹陷的袋状物24内，以允许缓冲器元件22相对于排出管道12移动，当其在压迫位置(图6)与伸展位置(图13)之间移动时。弹簧的压迫与伸展位置之间的移动可以被限定作为缓冲器元件22的弹性范围或距离，使得在阀板14第一次接触网垫之后朝向关闭位置移动时，缓冲器元件22引导并减小闭合速度。然而，还可以想到，缓冲器元件也可以与排出管道固定地耦接，诸如通过焊接或高温粘合剂。如图7b所示，网垫22大致垂直于排出流路径取向，使得其具有的曲率大体上对应于排出管道的内表面26(图5)的曲率。这也可以在图14b中看到，凭此，在打开位置18中，网垫22的中间部分向内突出到排出管道12的柱形形状的内部容积中，这由片簧42的向内偏压力促进。
网垫22与排出管道的浮动或可移动接合允许网垫22与弹簧42具有更大的弹性范围。如图7-7b中最佳示出的，通过将网垫22的端部部分22a松弛地或可移动地接合在通道44中来提供网垫的这种可移动接合的实例，这可以，例如，设置在排出管道12的重叠区段之间。在所示的实施方式中，排出管道包括管区段46和盖构件48，该盖构件附接在管区段46的侧壁中的孔50上。盖构件48被示出为具有凹陷的袋状物24或凹陷部，其设置在用于缓冲器元件的排出管道的内表面上。如图2所示的凹陷的袋状物24包括用于弹簧的纵向部分24a，该纵向部分比凹陷的袋状物24的侧向部分24b凹陷得更远离排出流路径，被设置成用于保持网垫22的端部部分。如图7a所示，凹陷的袋状物24的侧向部分24b延伸超过了限定管区段的侧壁中的开口50的边缘，以提供用于与网垫可移动接合的通道。尽管所示的网垫在没有附接接口的情况下耦接或接触弹簧，但是可以想到的是，缓冲器元件可以固定地附接到弹簧。尽管示出为可滑动地或可移动地接合在图7b和图14b中的通道44中，但是在图7c和图14c所示的额外的实施方式中缓冲器元件的单个端部部分可以(诸如通过焊接部43)固定到通道44，当弹簧在伸展与压迫位置之间移动缓冲器元件时，允许网垫的相对的自由端部部分在通道中移动。
为了以其他方式来提供使缓冲器元件接触比阀板的边缘更大的表面积，阀板14的第一端部部分28还可以包括从阀板的本体部分突出的止动构件52。如图8所示，止动构件52与本体部分成角度并且成形为具有用于接触网垫22的弯曲上表面，使得止动构件52在关闭位置中的形状和取向大体上可以与排出管道12的曲率匹配。止动构件52的弯曲形状还在止动构件的上表面上提供更大的表面积，以在关闭位置接触缓冲器元件22并减小相关的闭合噪声。
尽管所示的实例示出了设置有盖构件48的排出管道，该盖构件附接围绕管区段46的侧壁中的孔50，但是也可以想到的是，阀组件10可以被不同地制造，诸如通过包括附接在一起的两个管区段以形成排出管道并隐藏在内部区段上的阀板。如所示出的，盖构件48基本上隐藏孔50并在盖构件48的相对的侧向侧之间具有弯曲形状，其基本上与管区段46的弯曲形状匹配。更具体地，盖构件48具有周缘凸缘，其与管区段46的侧壁中的孔50的边缘接合，从而基本上隐藏孔。盖构件48与管区段48的接合可以通过焊接或高温粘合剂或其他通常已知的方法提供。
如图8所示，在所示实施方式中，盖构件48的相对的侧向侧设置有上浮凸(隆起，压花)凹口48a，其具有圆形内表面，配置为容纳和支撑枢转杆36。盖构件48上的上浮凸凹口48a与管区段46的侧壁中相应的下浮凸凹口46a匹配并配合，形成在孔50的边缘上。上和下浮凸凹口48a、46a一起在排出管道12的相对侧上形成一对轴支撑件，用于支撑和可旋转地接合枢转杆36。在所示的实施方式中，轴支撑件包括轴衬38，其接合在枢转杆36与该上和下浮凸凹口之间，用于减小来自枢转杆36的旋转的摩擦和噪声。轴衬38可包括以下之一或它们的组合：金属合金，诸如钢网、青铜、铁，陶瓷以及复合材料，诸如那些含有碳纤维和聚合物的。轴衬38可以包括金属丝网、实心(固体)套筒或材料的组合，以提供相对低摩擦的表面用于枢转杆36的旋转。优选地，轴衬38包括金属丝网，该金属丝网被涂覆、压实、粘合或以其他方式与石墨材料结合，以提供抵抗枢转轴或杆36的额外摩擦阻力。具体地，在将丝网成形为轴衬38的形成过程之前、之后或期间，可以将石墨粉末压实到丝网的孔隙中。在额外的实施方式中，可以想到的是，轴支撑件可以不包括单独的轴衬，或者轴衬可以与轴支撑件一体地形成。还可想到的是，在其他实施方式中，浮凸凹口可以被不同地成形并且配置为或多或少地被容纳在排出管道12的侧壁或盖构件48上。
可选地，枢转杆36可以具有外部区段36b，诸如图8所示，其配置为将阀板停止在打开和/或关闭位置，诸如通过接触盖构件48上的止动特征件54的一部分。如图所示，枢转杆的外部区段36b与枢转杆36的内部区段36a垂直地成角。外部区段36b的远端部分再次垂直地成角，与枢转杆36的内部区段36a平行匹配，以限定弹簧附接点。由此，可以将拉伸弹簧40固定到弹簧附接点，其包括在弹簧的相对侧上来自远端部分的径向突出部，以防止弹簧侧向地滑动以及与弹簧臂上的弹簧附接点脱离。由此示出枢转杆36的外部区段36b具有形成有远端部分的l形。然而，可以想到，枢转杆的外部区段可以可替换地成形或成角，以便以其他方式提供足以附接拉伸弹簧的弹簧附接点。
如图1-3所示，拉伸弹簧40的相对端部附接到弹簧锚固件，该弹簧锚固件相对于排出管道12固定，使得拉伸弹簧40以将阀板朝向关闭位置旋转定位的方向来偏压枢转杆36的外部区段。弹簧锚固件可以以数种方式布置在排出管道上，诸如单独的特征件或与另一部件成一体，诸如盖构件48的整体件，如图1所示。在所示的实施方式中，延伸凸缘从贴近枢转杆36的外部区段的盖构件48的一个侧向侧上的周缘凸缘突出。弹簧锚固件在凸缘的端部上形成。弹簧锚固件可以通过转动凸缘的第二端部而形成，如图3所示。
为了使枢转杆在与阀板的打开位置相对应的角度上停止旋转，也可以与排出管道分离地或一体地设置止动特征件。如图9和图10所示，止动特征件54包括突片(凸舌，突耳)，该突片向后成角到一角度，其邻接枢转杆36的外部区段，其中阀板14处于打开位置18。这样，所示的实施方式中的止动特征件54是盖构件48的一体的件，并且形成为当枢转杆接触突片时提供弹性弹簧效果。由此，以减小与阀板14移动到打开位置相关联的噪声的方式，突片可以配置为邻接枢转杆的外部区段。可以想到的是，突片的额外的实施方式可以包括用于加强和增加止动特征件的刚度的特征，并且止动特征件的进一步的其他实施方式可以形成有多种不同的形状和配置，用于邻接枢转杆以控制阀板的定位。
如通常所理解的，产生的排出压力可以随着发动机速度的变化而增大或降低，并且由排出系统对排出压力的控制可以例如具有对发动机性能和燃料消耗的积极影响。当来自排出管道12的入口端30的排出压力足以克服拉伸弹簧40的偏压力时，枢转杆36的外部区段朝向止动特征件54旋转，并使在内部容积中的阀板14朝向打开位置18枢转。随着阀板14打开并且拉伸弹簧48伸张，拉伸弹簧40的偏压力可以增加。当阀板14打开时，同样可以释放来自排出管道12的入口端30的排出压力。这样，在操作中，可以想到的是，被动阀组件可以耦接有消声器，或其他排出系统部件，其具有与排出管道12的出口端32耦接的管，以及一通道，该通道延伸到至少一个消声器腔室，在入口开口的上游。在这种布置中，在阀板14处于关闭位置20的情况下，排出气体将被限制通过阀组件并被迫进入该至少一个消声器腔室，在其离开消声器之前。当排出压力超过与拉伸弹簧40的偏压力对应的阈值时，阀板14可以枢转到打开位置18以通过允许排出物经由通管离开消声器来释放压力，避开该至少一个消声器腔室。
已经以说明性方式描述了本公开，并且应理解的是，已经使用的术语旨在具有描述性而不是限制性的词语的性质。鉴于以上教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以以与具体描述不同的方式来实践。
出于本公开的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应该参考如图1取向的本发明。然而，应该理解，除非明确地相反指出，否则本发明可以采用各种可替代取向。还应理解的是，所附附图中示出并在本说明书中描述的特定装置和过程仅是所附权利要求中限定的发明概念的示例性实施方式。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文公开的实施方式相关的具体尺寸和其他物理特性不应被视为限制。
出于本公开的目的，术语“耦接”(以其所有形式，耦接、耦接的、经耦合的(“couple，coupling，coupled”)等)通常意味着两个部件(电气的或机械的)彼此直接或间接地连结。这种连结本质上是固定稳定的，或者本质上是可移动的；可以用两个部件(电气的或机械的)和任何额外的中间构件实现，其彼此一体地形成为单个统一本体，或者与两个部件一体形成；它们可以本质上是永久的，或者可以本质上是可移除的或可释放的，除非另有说明。
可以在不脱离本发明的原理的情况下，在具体描述的实施方式中进行改变和修改，其旨在仅受限于所附权利要求的范围，如根据专利法原则解释的那样，包括等同的原则。