具有双扭力弹簧的被动排气阀的制作方法

本发明涉及用于车辆的排气系统中的阀组件、并且涉及制造这种阀组件的方法。

背景技术：

此部分提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。

随着时间的推移，若干车辆排气系统已经结合了主动和/或被动阀组件以便在由于发动机速度增加而使排气压力增加时改变穿过导管的排气流的特性。主动阀典型地具有与致动器(例如，电动螺线管)相关联的增加费用。被动阀利用导管中的排气流的压力来致动阀。虽然被动阀典型地比较便宜，但是在阀打开时，传统的被动阀可能产生不希望的背压增加。

主动阀和被动阀可能在可制造性方面经受困难，其可能容易受到由离开发动机的排气流速方面的波动造成的振动相关噪音和阀颤振的影响。现有技术中已经出现了额外的复杂性，在于要制造某个被动阀的若干不同的变体以考虑不同的发动机/车辆规格。为了考虑由车辆制造商使用的宽范围的内燃发动机排量和排气导管直径，可能存在不希望的产品增殖。相应地，现有技术中对于可以由满足来自原装设备车辆制造商的广泛要求的少量通用子部件容易地制造的相对便宜的阀存在需要。

技术实现要素：

此部分提供本发明的总体概述、而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

卡扣作用阀组件包括阀瓣，该阀瓣被定位在导管内、用于控制穿过导管的排气流。轴将阀瓣支撑在导管中以使该阀瓣围绕枢转轴线在关闭位置与打开位置之间转动。引导件被固定到阀瓣。扭力弹簧被至少部分地定位在该导管的外部并且包括在至少一个方向上的转动受限制的第一端。扭力弹簧包括联接到引导件的第二端。扭力弹簧被加载以便在阀瓣处于关闭位置时促使阀瓣与导管的内表面接触。

从本文所提供的说明将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用于展示的目的而并非旨在限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实施方式的展示性目的，并且不旨在限制本发明的范围。

图1是根据本发明传授内容构造的卡扣作用阀组件的透视图；

图2是卡扣作用阀组件的分解透视图；

图3是卡扣作用阀组件的侧视图，示出了处于关闭位置的阀瓣；并且

图4是卡扣作用阀组件的的侧视图，示出了处于打开位置的阀瓣。

贯穿附图的这若干视图，相应的参考数字指示相应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述多个示例实施例。

参照附图，其中贯穿这若干视图，相同的数字指示对应的部分，披露了用于车辆的排气系统的卡扣作用阀组件20。

提供了多个示例实施例从而使得本发明将是详尽的，并将其范围充分地告知本领域的技术人员。阐述了许多特定的细节，例如特定的部件、装置和方法的实例，以提供对本发明的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员来说显然地不必采用特定的细节，而可以用多种不同的形式实施示例实施例、并且这些特定的细节都不应解释为是对本发明的范围的限制。在一些示例实施例中，对周知过程、周知装置结构、以及周知技术不做详细描述。

本文所使用的术语仅是出于描述特定示例实施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整合物、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整合物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。本文所描述的这些方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们按所讨论或展示的特定顺序执行，除非特别指出执行顺序。还应当理解的是，可以采用另外的或替代性的步骤。

当一个元件或层涉及“在……上”、“接合到”、“连接到”、或“联接到”另一元件或层时，它可以是直接在该另一元件或层上、接合、连接或联接到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一个元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，就可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其他词语应当以类似的方式进行解释(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。

虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或部分区分开。术语如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文使用时并不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不偏离示例性实施例的传授内容。

空间相关术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另一个或多个元件或者一个或多个特征的关系的描述易于阐释。空间相关术语可以旨在涵盖除了在附图中描述的取向之外的、装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果装置在这些附图中被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该装置可以被另外定向(旋转90度或在其他取向)，并且本文所使用的空间相关描述符做出相应的解释。

参照图1至图4，卡扣作用阀组件20包括呈具有圆形截面形状的管的形式的导管22。附图中描绘的导管仅是示例性的，并且本发明范围内的其他导管可以具有各种不同形状和尺寸并且可以替代地描述为管或管道。导管22包括具有内表面26和外表面28的壁24。导管22可以由各种不同的材料构造。通过非限制性举例的方式，导管壁24可以由ss409或ss439不锈钢制成。壁可以首先由板坯形成并且随后被轧制并沿纵向接缝焊接。

卡扣作用阀组件20包括定位在导管22内的阀瓣30。阀瓣30是基本上平面的部件，其包括第一平面部分32、第二平面部分34、以及将第一部分32和第二部分34互连的凹窝部分36。凹窝部分36包括第一条带38、第二条带40和第三条带42，这些条带彼此侧向地间隔开以限定凹窝44，该凹窝在使得第一平面部分32大于第二平面部分34的位置处横向地跨阀瓣30延伸。第一平面部分32包括第一弧形边缘48和一对直线侧边缘50。第二平面部分34包括第二弧形边缘52。阀瓣30还包括靠近凹窝部分36定位的一对衬套切口54。应理解的是，阀瓣30的凹窝部分36与阀瓣30的对称线偏离，使得第一平面部分32具有比第二平面部分34更大的表面积。阀瓣30可以由各种不同的材料制成。通过非限制性举例的方式，阀瓣30可以由ss409或ss439不锈钢制成。

卡扣作用阀组件20包括固定至阀瓣30的衬垫58。衬垫58包括附接至第一平面部分32的本体部分60和在第一平面部分32的第一弧形边缘48上延伸的端部分62。虽然衬垫58可以由各种不同的材料制成并且可以通过多种不同的方式附接至阀瓣30，但是在示出的实例中，衬垫58是由金属丝网材料构造的。金属丝网材料的部分被变形成用于限定具有增大密度的压缩凹陷区域66。压缩凹陷区域66被点焊至阀瓣30。通过非限制性举例的方式，形成衬垫58的金属丝网可以由ss316不锈钢丝网制成，该不锈钢丝网具有范围从25％至30％的预压缩密度。

轴72将阀瓣30支撑在导管22内以使该阀瓣在图3中描绘的关闭位置与图4中描绘的打开位置之间转动。当阀瓣30处于图3中所示的关闭位置时，衬垫58的端部分62接触导管22的内表面26。当阀瓣30处于图4中所示的打开位置时，阀瓣30被定位成使得阀瓣基本上平行于导管22的纵向轴线74延伸。当阀瓣30处于关闭位置时，阻碍了大多数穿过导管22的排气流。在阀瓣30与内表面26之间在阀瓣30处于关闭位置时产生了一些流动。当阀瓣30处于打开位置时，穿过导管22的流体相对未受阻碍。应理解的是，打开位置可以与阀瓣30不平行于纵向轴线74的其他阀瓣取向相关联。

轴72穿过多个孔口76，这些孔口延伸穿过导管壁24。轴72限定枢转轴线80，阀瓣30围绕该枢转轴线转动。枢转轴线80横向于纵向轴线74延伸并且与纵向轴线74间隔开。以另一种方式来说，轴72在导管22内偏离中心地定位。

卡扣作用阀组件20包括衬套86，该衬套支撑轴72以使该轴相对于导管22转动。衬套86是定位在凹窝44内的基本上空心的圆柱形构件。当衬套86被放置在图3和图4中描绘的安装位置中时，该衬套的运动受到第一条带38、第二条带40、第三条带42和导管22的壁24的限制。第一至第三条带中的每一者成形成总体上补充衬套86的形状。衬套86的长度被设定成紧密地配合导管22的内表面26的沿着轴线80的部分之间的空间。衬套86可以由各种不同的材料构造。在示出的实例中，衬套86是由金属丝网制成的。在附图中描绘的实施例中，衬套86的金属丝网可以是具有约40％的密度的ss316不锈钢丝网。金属丝网可以任选地灌注有云母或石墨。

滚筒组件92被固定到阀瓣30并且起作用将来自第一螺旋弹簧96和第二螺旋弹簧100的载荷传递至阀瓣30。滚筒组件92包括支架104、销106、以及滚筒108。支架104经由诸如焊接的工艺被固定到阀瓣30的第二平面部分34上。滚筒108被旋转地支撑在销106上。销106可以被压力配合到支架104或者以其他方式固定到其上。支架104被固定至阀瓣30的位置限定了来自弹簧96、100的力围绕轴线80施加转矩的力臂“l”。图3将这个距离描绘为lc，对应于当阀瓣30处于关闭位置时的杠杆臂的长度。图4将这个距离展示为lo，如当阀瓣30处于打开位置时存在的力臂的长度。应注意的是，在阀瓣30从打开位置转动到关闭位置时力臂“l”的长度减小。

一旦各个部件已经如前所述地联接到阀瓣30，阀瓣子组件就被定位在导管22内，并且轴72轴向地平移穿过孔口76和孔112，该孔延伸穿过衬套86。此时，轴72可以通过焊接来固定至导管22。基于之前讨论的几何特征，衬套86和阀瓣30维持其正确位置。

壳体116包括直径上彼此相对的基本上平面的第一和第二侧壁118、120。基本上平面的第三和第四侧壁124、126也是间隔开的并且直径上彼此相对。第三和第四侧壁将第一和第二侧壁互连。端板130盖上第一、第二、第三和第四侧壁118、120、124、126中的每一者。孔口134延伸穿过第三和第四侧壁124、126并且接收固位轴138。固位轴138沿着轴线140延伸。第一和第二侧壁118、120具有曲线形状以配合导管22的外表面28的轮廓。突部144从第一和第二侧壁118、120延伸。

导管22包括在一端具有键槽154的狭长贯通槽缝152。孔口158也延伸穿过导管22。孔口158与槽缝152间隔开并且与该槽缝总体上轴向对齐。键槽154和孔口158成形成接纳突部144。

第一弹簧96包括以左手方向卷绕的螺旋本体162、第一支腿164和第二支腿166。第二弹簧100基本上类似于第一弹簧96，除了该第二弹簧包括的螺旋本体172是以右手方向卷绕的。第二弹簧100包括第一支腿174和第二支腿176。第一弹簧96和第二弹簧100是由诸如铬镍铁合金、瓦斯帕洛伊变形镍基耐热合金等高温弹簧钢构造的。线直径、线圈直径、匝数和弹簧制造技术确定了第一和第二弹簧96、100的输出特性。

卡扣作用阀组件20被配置成在没有排气流动穿过导管时将衬垫58的端部分62偏置成与导管22的内表面26接合。基于包括车辆发动机汽缸排量、排气导管直径以及与内燃发动机相关联的排气导管的数量的诸多因素，阀瓣30开始从关闭位置朝向打开位置运动的预定排气压力是确定的。可以利用经验测试数据或理论计算来确保卡扣作用阀组件在低排气流速下减小低频噪声并且在高排气流速下使跨阀组件的压降最小化。

一旦确定了使阀瓣30初始地从关闭位置朝向打开位置移动的压力，就可以基于卡扣作用阀组件20的几何形状来计算需要作为输入的来自第一弹簧96和第二弹簧100的力。影响所需要的弹簧力的因素包括：排气在阀瓣30上作用于其上以促使在打开方向上转动的第一平面部分32的表面积；轴线80相对于纵向轴线74的位置；排气作用于其上以促使阀瓣30在关闭方向上转动的第二平面部分34的表面积；滚筒108的位置；以及形成图3和图4中用大写字母“s”标识的力臂的第二支腿166、176的部分。图3将其中阀瓣30处于关闭位置的弹簧力臂的长度描绘为sc。图4将阀瓣30处于打开位置时的弹簧力臂的长度描绘为so。应注意的是，在阀瓣30从打开位置移动到关闭位置时，力臂长度增加。

图3描绘了处于预加载状态中的弹簧96、100，在第一支腿164、174与第二支腿166、176之间限定了角度ac。图3的预加载状态涉及的角度ac小于当弹簧处于自由、空载状态时在弹簧的第一支腿与第二支腿之间限定的角度。角度ao是在阀瓣30处于打开位置时的所得角。角度ao小于角度ac。相应地，在图4中描绘的位置处的第一和第二弹簧96、100的输出转矩大于在图3中描绘的位置处的输出转矩。通过设计，输出转矩的增加基本上抵消了力臂so与sc相比而言的增加长度。

为了将预载荷施加到阀瓣30上，第二弹簧支腿166、176被放置成与滚筒108接合。滚筒108包括接纳每个弹簧96、100的第二支腿的中央凹槽182以将这些弹簧维持在希望的位置处。第二弹簧支腿166、176延伸穿过槽缝152，而螺旋线圈162、172保持定位在导管22的外表面28的外部。固位轴138延伸穿过壳体116的孔口134并且穿过每个螺旋线圈162、172。第一支腿164、174被放置成与端板130接合。在壳体116被放置成与导管22的外表面28接合时，力被施加到壳体116上以使第一和第二弹簧96、100中的每一者预加载。突部144被布置在键槽154和孔口158内以相对于导管22正确定位壳体116。壳体116被焊接至导管22以在壳体116与导管22的外表面28之间产生密封。以此方式，第一和第二弹簧96、100被保护免于暴露在环境中。此时，第一弹簧支腿164、174相对于第二弹簧支腿166、176如图3中所示地定向，并且这些弹簧处于预加载状态，从而将阀瓣30偏置成与导管22的内表面26接触。

在操作中，因为当阀瓣30处于关闭位置时允许一些排气围绕阀瓣30并穿过导管22流动，卡扣作用阀组件20在低排气流速下提供了令人希望的低频噪音减少。一旦作用在阀瓣30上的预定压力足以克服由第一弹簧96和第二弹簧施加的转矩，阀瓣30就从关闭位置朝向打开位置运动。应理解的是，由于之前讨论的几何特征，在穿过导管22的排气的流速增加时，将阀瓣30维持在除关闭位置之外的位置中所需的压力减小借助于上述构造，卡扣作用阀组件20提供在了当阀瓣处于关闭位置时减小低流速下的低频噪音以及在增加的排气流速下使跨阀门的压降最小化的两种功能。

第一和第二弹簧96、100中的每一者包括与第二支腿166、176一体成型的止挡件186。止挡件186与第二支腿166、176的定位成与滚筒108接触的部分成基本上90度来延伸。每个止挡件186包括被定位成用于在阀瓣30从打开位置朝向关闭位置运动时接触第一平面部分32的端面190。阀瓣30在衬垫58的端部分62接触导管22的内表面26之前接触端面190。通过将止挡件186安排在这个位置处，第一和第二弹簧96、100减小了在排气流速迅速降低并且阀瓣30迅速朝向关闭位置移动的状态过程中在阀瓣30与导管22之间的影响的严重程度。止挡件对于防止咔嗒声的目的也可以是有用的。应理解的是，止挡件186是任选的，并且第一和第二弹簧96、100可以被构造成不含这些特征，而不背离本发明的范围。

以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。这些描述并不旨在是穷尽的或限制本发明。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例，而是在适用时是可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本发明，并且所有这样的改动都旨在包含在本发明的范围之内。