减少排气通道沉积物的制作方法

本公开涉及用于去除、减轻和防止排气管内的沉积物堆积的技术。

背景技术：

内燃发动机(诸如但不限于汽油和柴油发动机)产生最终通过排气管排出的燃烧副产物。其他类型的机器和发动机也产生通过排气管排出的副产物。众所周知，来自排气的不期望的沉积物可以积聚在排气管的内壁上。例如，这些沉积物可以阻碍排气的流动。

技术实现要素：

说明性实施例提供了自清洁管道组件。自清洁管道组件包括具有内表面的中空构件，内表面限定中心轴线和流动通道，流动通道用于沿中心轴线引导流体流。自清洁管道组件还包括弹性构件，该弹性构件包括沿中心轴线设置的多个弧形区段，每个弧形区段与内表面间隔开。当促使弹性构件在中空构件内移动时，弧形区段间歇地接触内表面。

说明性实施例还提供自清洁排气系统。自清洁排气系统包括可连接到产生排气的机器的排气管道，排气管道具有纵向轴线、第一直径和内壁。自清洁排气系统是连接到排气管道并沿纵向轴线设置在排气管道内部的线圈。线圈具有节距和第二直径。第二直径小于第一直径。线圈被配置为以足够大的振幅振动，使得当排气流过排气管道时，线圈的至少一部分将重复地冲击内壁。

说明性实施例还提供用于排气系统的自清洁方法。该方法包括：在排气管道中接收排气流。该方法还包括使用排气流在设置在排气管道内部的线圈中引起振动。该方法还包括经由振动使线圈以足够的力冲击排气管道的内壁，使得来自排气的排气残余物从内壁移除或防止其沉积在内壁上。

附图说明

在所附权利要求中提出说明性实施例的被确信具有新颖性特性的特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将最好地理解说明性实施例以及优选的使用模式、其进一步的目的和特征，其中：

图1是根据说明性实施例的具有排气管的机器的横截面图，该排气管具有设置在其中的振动元件；

图2是根据说明性实施例的图1中所示机器的另一横截面的图示；

图3是根据说明性实施例的图1中所示的振动元件的图示；

图4是根据说明性实施例的图3中所示的振动元件的横截面的图示；

图5是根据说明性实施例的自清洁管道组件的框图的图示；

图6是根据说明性实施例的自清洁排气系统的框图的图示；

图7是根据说明性实施例的用于自清洁排气系统的方法的框图的图示；

图8是根据说明性实施例的飞行器制造和维护方法的框图的图示；和

图9是其中可以实施说明性实施例的飞行器的框图的图示。

具体实施方式

说明性实施例认识并考虑到，在运转期间，发动机可以在排气系统中累积沉积物，使得沉积物对性能产生负面影响。在一些机器或发动机中沉积物的最敏感位置是在消声器中的托管架通道(stringerpassage)中，其可以是相对于排气系统中的其他通道的任意较窄的通道。

因此，说明性实施例提供了将振动元件(优选地具有金属线圈的形式)插入较窄的通道中的装置和方法，该较窄的通道响应于发动机振动和排气的脉动而移动。这种相对运动将在金属线圈和通道的内表面之间产生间歇性接触。这种间歇性接触将清除表面上开始形成的任何沉积物，并在发动机的整个寿命期间保持该表面清洁。如本文所定义的，术语“清洁”是指沉积物累积小于阈值累积，在该阈值累积处发动机或机器性能受到不期望的影响。

说明性实施例还认识并考虑到金属线圈应具有正确选择的设计参数以确保成功运转。参数包括弹簧的质量，其受到导线或线圈的规格的影响。另一个参数包括线圈和通道之间的间隙。另一个参数包括线圈或导线的节距。另一个参数包括线圈或导线的材料。弹簧的质量和间隙将确定对排气管道的冲击能量。能量太少会降低自清洁的效果，但是过多的能量可能会导致排气管道上的不期望的磨损。线圈的节距与附件运动范围一起将确保线圈将接触整个管道通道。最后，线圈材料选择应确保在导线或线圈中不发生腐蚀，并且没有可影响排气组件的预期寿命的兼容性问题。

因此，在一个示例中，说明性实施例提供了布置在消音器的通道内的线圈主体。线圈主体沿通道的中心轴线定位并与限定通道的壁间隔开。当交通工具运转时，来自发动机的振动和来自排气流的脉冲导致线圈主体弯曲和/或振动并反复地与壁接触。这种反复的打击清除了墙壁积累的沉积物。

图1至图4应该被一起考虑。图1至图4中的附图标记表示类似的对象并且共享相似的描述。

首先注意图1和图2。图1示出了根据说明性实施例的具有设置在其中的线圈的排气管的机器的横截面。图2示出了根据说明性实施例的图1中所示的机器的另一个横截面。

振动元件100在该说明性实施例中是线圈，但是在其他说明性实施例中，振动元件100不需要是线圈，而是可以是一些其他导线或成形物体，可能包括细长刷、螺旋体、柱体、与管道104的形状匹配的形状、或一些其他形状。

振动元件100被设置在排气系统102中。排气系统102是产生排气的较大发动机或机器的一部分，其中排气通过排气系统102离开发动机或机器。排气系统102的出口部分可以被称为管道104。

管道104可以具有各种形状，并且不需要是圆形或椭圆形管。通常，管道104具有孔直径106，该孔直径小于排气系统102的其他部分。虽然在该说明性实施例中管道104靠近排气系统102的末端，但是管道104可以在排气系统102内的更深处。另外，虽然管道104被示出为具有向外张开的末端，但管道104的末端的精确形状可以变化。

在图1的说明性实施例中，振动元件100被纵向地设置在管道104内。振动元件100可以进一步延伸到经过管道104的排气中，如图所示，但不是必须这样。

振动元件优选地通过尖头101锚固在管道104的一侧上的管道104的锚定点110处。如图所示，振动元件100仅在振动元件100的一端处锚固到管道104的一个壁上。在说明性实施例中，尖头101被设置在凹槽111中。在一个说明性实施例中，凹槽111在管道104的表面内侧相对于轴线118在轴向方向上延伸。尖头101和凹槽111的尺寸和大小被设计成允许尖头101在凹槽111内来回滑动。以这种方式，振动元件100被允许在管道104内沿轴向方向相对自由地振动，同时振动元件100反复地冲击管道104的壁。尖头101可以通过多种装置锚固在凹槽111中。在一个说明性实施例中，振动元件100的整体尺寸防止尖头101相对于轴线118在径向方向上离开凹槽111，因为管道104的内壁限制了振动元件104离开凹槽111。在另一个说明性实施例中，从图1的页面突出或进入页面并且进入横向凹槽(未示出)的一个或多个凸缘可以限制尖头101离开凹槽111的运动。

然而，在其他说明性实施例中，振动元件100可以锚固到多于一个壁，包括例如是连续地锚固在管道104的内直径内的连续环。在其他说明性实施例中，振动元件100可以被锚固在两端，并且可以在沿振动元件100的纵向长度的一个或多个点处。然而，一个优选的说明性实施例是仅在管道104的一端锚固振动元件100。

振动元件100具有外直径108，在所示的说明性实施例中，该外直径108是所说明的线圈的外直径。外直径108小于孔直径106，孔直径106限定了管道104的内壁。然而，振动元件100的外直径108优选地接近孔直径106，使得当振动元件100振动时，振动元件100将沿着管道104的内壁的整个长度连续地冲击。

振动元件100的振动通常由于发动机振动和/或通过管道104的排气流而发生。因此，振动元件100是排气系统102中的被动装置。然而，在其他说明性实施例中，可以将致动器附接到振动元件100的一个或多个部分，诸如附接在锚定点110处，以便迫使振动元件100振动或迫使振动元件100更剧烈地振动。

图2示出了排气系统102的视图，其中阅读者正在观察管道104的末端。可以看出，管道104的孔直径106接近振动元件100的外直径108。注意，内圈112不是振动元件100，而是管道104的末端处的喇叭口达到最小半径的点。

图2还示出了凹槽111可以具有与关于图1描述的形状不同的形状。例如，凹槽111可以相对于轴线118在径向方向上延伸，如图2所示。以这种方式，尖头101可以在排气系统102的运转期间相对于轴线118径向并且轴向地移动。凹槽111也可以具有许多不同的形状。例如，凹槽111可以是螺旋形的，以允许振动构件111相对于管道104的内壁以曲线的方式移动。

图3示出了根据说明性实施例的图1中所示的振动元件。图4示出了根据说明性实施例的图3中所示的振动元件的横截面。图3和图4一起说明了振动元件100的不同视图。

振动元件100显示为具有节距114的线圈，由“p”表示。节距114可以是均匀的，或者节距可以在振动元件100的长度上变化。在所示的说明性实施例中，节距114沿其大部分长度是均匀的，但是在尖头116附近缩短。当嵌入管道104的内壁的内侧(通常靠近管道104的末端嵌入)时，尖头116用作锚。锚定点110的精确放置位置可以变化，但应该以允许振动元件100在管道104内自由振动的方式来选择。

因此，图1至图4的说明性实施例提供了通道管道104中的振动元件100。在一些应用中已经示出了这种布置，以在存在粘附沉积物的情况下清洁通道(或保持通道清洁)。因此，说明性实施例还提供了一种在排气消声器通道中插入振动元件100的方法，该振动元件响应于发动机振动和排气的脉动而移动。这种相对运动将在振动元件100和通道的内表面之间产生间歇性接触。这种间歇性接触将可以在发动机的整个寿命期间清除表面上开始形成的任何沉积物，保持表面清洁。

振动元件100的设计可以基于所讨论的特定装置、机器、发动机或排气系统的运转参数和尺寸以及其他参数而变化。这些参数包括但不限于振动元件100的质量，其受到导线的规格的影响，并且如果是线圈，则参数包括线圈的弹簧常数。另一个参数是线圈和通道之间的间隙。另一个参数是振动元件100的节距114。另一个参数是振动元件100的材料，其应该能够长期抵抗振动元件100在排气系统102的预期寿命期间将被暴露的温度和化学物质。

间隙和振动元件100的质量将决定冲击能量。太少的能量将降低效率，而太多的能量可能导致管道104中的磨损，这将是有害的。线圈的节距与振动元件100的运动范围一起将确保线圈将接触管道104的整个通道。最后，应选择材料以确保不会存在影响部件寿命的腐蚀或兼容性问题。在说明性实施例中，不锈钢将是合适的材料，但是可以使用具有相似质量的许多其他金属。

现在将注意力转向制造用于特定应用的振动元件100的设计考虑因素。外直径108应该在孔直径106的约60％和98％之间。该尺寸范围有助于确保在排气系统102的正常运转期间振动元件100将接触管道104的内壁的所有表面。

节距114被设定为一个值，以帮助确保管道104的内壁的所有表面在正常运转期间都将被振动元件100接触。节距114不需要是恒定的。还可以基于在正常振动期间振动元件100沿轴线118纵向延伸的距离来选择节距114。换句话说，振动元件100不仅径向地抵靠管道104的内壁振动，而且还沿管道104的长度振动。在说明性实施例中，节距114可以被选择以大致对应于振动元件100在正常运转期间沿轴线118移动的距离。

现在将注意力转向关于用于制作振动元件100的材料的设计考虑因素。振动元件100的材料被选择为振动元件100在存在经过排气系统102的流体的情况下保持其物理特性。因此，振动元件100应该抵抗温度和腐蚀作用而不降解。材料还被选择以与形成管道104的材料相容，以帮助确保振动元件100或管道104没有不可接受的磨损。该材料还应该与形成期望形状的振动元件100相容。合适的材料是不锈钢，但是其他材料也是可接受的，不仅包括金属，还包括某些复合材料。

在说明性实施例中，振动元件100可以是导线。可以选择导线的规格以便为移动经过通道的流体提供可接受的压降。可接受的压降被定义为不会不利地影响排气系统102的性能的压降，该性能随所讨论的特定机器或发动机而变化。由于振动元件100的线圈将减小排气流的横截面，因此应考虑振动元件100对排气流的冲击。振动元件100的投影面积应该在管道104的投影面积的约2％和20％之间，或者可替代地称为孔的投影面积。

图5示出了根据说明性实施例的自清洁管道组件。自清洁管道组件500是图1的振动元件100和排气系统102的变型。

自清洁管道组件500还包括具有内表面504的中空构件502。内表面504具有中心轴线506和用于沿中心轴线506引导流体流的流动通道508。自清洁管道组件500还包括弹性构件510。弹性构件510包括沿中心轴线506设置的多个弧形区段512。每个弧形区段512与内表面504间隔开。当弹性构件510被促使在中空构件502内移动时，弧形区段512间歇地接触内表面504。

自清洁管道组件500可以被改变。例如，通过中空构件502的流体流促使弹性构件510移动。在另一个说明性实施例中，中空构件510被耦连到发动机514，并且来自发动机514的运转振动促使弹性构件510移动。

其他变型也是可能的。因此，关于图5描述的说明性实施例不一定限制要求保护的发明。

图6示出了根据说明性实施例的自清洁排气系统。自清洁排气系统600是关于图1至图5描述的说明性实施例的变型。

自清洁排气系统600可以包括可连接到产生排气的机器604的排气管道602。排气管道602具有纵向轴线606、第一直径608和内壁610。自清洁排气系统600还包括连接到排气管道602并且沿着纵向轴线606设置在排气管道602内部的线圈612。线圈612具有节距226和第二直径616。第二直径616小于第一直径608。线圈612被配置成以足够大的振幅振动，使得当排气流过排气管道602时，线圈612的至少一部分将反复地冲击内壁610。

可以改变关于图6描述的说明性实施例。例如，线圈612和纵向轴线606可以是同心的。另外，线圈612可以仅在排气管道602的一端连接到排气管道602。此外，线圈612可以经由线圈612的尖头618连接到排气管道602，尖头618从线圈612延伸到内壁610中。此外，尖头618可以被设置在排气管道602的出口端620中。

在不同的说明性实施例中，线圈612可以是螺旋线圈。在又一个说明性实施例中，线圈612可以具有节距622。在这种情况下，可以选择节距622，使得在排气管道602处于运转使用中的同时，在线圈612的振动和伸展期间，内壁610的整个表面均与线圈612接触。

在另一个说明性实施例中，线圈612的第二直径616可以在排气管道602的第一直径608的约60％和98％之间。在又一个说明性实施例中，线圈612可以由不锈钢制成。然而，取决于特定的工程应用，线圈612也可以由其他金属、合金或复合材料制成。另外，线圈612可以具有某种规格，该规格被选择使得线圈612的总面积在排气管道602的面积的约2％和20％之间。

在又一个说明性实施例中，排气管道602可以是消声器。在这种情况下，自清洁排气系统600被连接到机器604，机器604可以选自包括汽车和飞行器的组。然而，机器604可以是产生排气或可随着时间推移在管道或管内积聚的其他废弃产物的任何机器或发动机。

图7示出了根据说明性实施例的用于自清洁排气系统的方法。可以使用关于图1至图6描述的任何装置来实施方法700。

方法700包括在排气管道中接收排气流(操作702)。方法700还包括使用排气流在设置在排气管道内部的线圈中引起振动(操作704)。方法700还包括经由振动线圈以足够的力冲击排气管道的内壁，使得来自排气的排气残余物从内壁移除或防止其被沉积在内壁上(操作706)。在一个说明性实施例中，方法700可以在此后终止。

然而，方法700可以改变。可选操作被显示在虚线框内。

例如，在说明性实施例中，排气由连接到排气管道的机器产生，并且在这种情况下，方法700还包括运转机器(操作708)。在这种情况下，在操作704处引起振动可以包括线圈的轴向方向和线圈的径向方向上的振动。更进一步地，方法700还可以包括使用在排气管道的出口端处连接到内壁的一部分的尖头将线圈的单端相对于排气管道保持稳定(操作710)。在另一个说明性实施例中，该方法此后可以终止。

还有其他变化是可能的。因此，关于图7描述的说明性实施例不一定限制本文描述的其他说明性实施例。

可以在如图8中所示的飞行器制造和维护方法800以及如图9中所示的飞行器900的背景下描述本公开的说明性实施例。然而，本文描述的说明性实施例适用于使用排气系统或排气管的任何机器或交通工具，包括但不限于汽车和发电机。本文描述的技术可以用于使用飞行器制造和维护方法800来制造飞行器900。关于图8和图9描述的技术可以利用关于图1至图7描述的检查系统、装置和方法。

首先转到图8，根据说明性实施例描述了飞行器制造和维护方法的图示。在预生产期间，飞行器制造和维护方法800可以包括图9中的飞行器900的规格和设计802以及材料采购804。

在生产期间，进行图9中的飞行器900的部件和子组件制造806和系统集成808。此后，图9中的飞行器900可以经历认证和交付810以便投入使用812。在客户使用812时，图9中的飞行器900被安排用于例行维修和维护814，其可以包括改进、重新配置、翻新和其他维修或维护。

关于图1至图7描述的排气系统自清洁技术可以应用于方法800和飞行器900。例如，上述说明性实施例可以应用于例如至少操作806、808和814，以构建机身902和内部906，或与这些系统一起使用。

飞行器制造和维护方法800的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作者执行或实施。在这些示例中，操作者可以是客户。出于本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；而操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

现在参考图9，描绘了飞行器900的图示，其中可以实施说明性实施例。在该示例中，飞行器900由图8中的飞行器制造和维护方法800生产，并且可以包括具有多个系统904和内部906的机身902。系统904的示例包括推进系统908、电气系统910、液压系统912和环境系统914中的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天示例，但是不同的说明性实施例可以应用于其他行业，诸如汽车行业。

可以在图8中的飞行器制造和维护方法800的至少一个阶段期间采用本文所体现的设备和方法。

在一个说明性示例中，图8中的部件和子组件制造806中生产的部件或子组件可以以与飞行器900在图8中的飞行器投入使用812中时生产的部件或子组件类似的方式装配或制造。作为又一示例，在生产阶段期间可以使用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合，诸如图8中的部件和子组件制造806和系统集成808。当飞行器900投入使用812中和/或在图8中的维修和维护814期间时，可以使用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合。使用多个不同的说明性实施例可以充分加快飞行器900的组装和/或降低飞行器900的成本。

此外，本公开包括根据以下条款所述的实施例：

条款1.一种自清洁管道组件(500)，其包括：

中空构件(502)，其具有内表面(504)，内表面(504)限定中心轴线(506)和用于沿中心轴线(508)引导流体流的流动通道(508)；和

弹性构件(510)，其包括沿中心轴线(508)设置的多个弧形区段(512)，每个弧形区段(512)与内表面(504)间隔开；

其中当弹性构件(510)被促使在中空构件(502)内移动时，弧形区段(512)间歇性地接触内表面(504)。

条款2.如条款1所述的自清洁管道组件(500)，其中通过中空构件(502)的流体流促使弹性构件(510)移动。

条款3.如条款1所述的自清洁管道组件(500)，其中中空构件(502)被耦连到发动机(514)，并且来自发动机(514)的运转振动促使弹性构件(510)移动。

条款4.一种自清洁排气系统(600)，其包括：

排气管道(602)，其可连接到产生排气的机器(604)，排气管道(602)具有纵向轴线(606)、第一直径(608)和内壁(610)；和

线圈(612)，其连接到排气管道(602)并沿纵向轴线(606)设置在排气管道(602)内，线圈(612)具有节距(622)和第二直径(616)，其中第二直径(616)小于第一直径(608)，并且其中线圈(612)被配置为以足够大的振幅振动，使得当排气流过排气管道(602)时，线圈(612)的至少一部分将反复地冲击内壁(610)。

条款5.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)和纵向轴线(606)是同心的。

条款6.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)仅在排气管道(602)的一端连接到排气管道(602)。

条款7.如条款6所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)经由从线圈(612)延伸并进入内壁的线圈(612)的尖头(618)连接到排气管道(602)。

条款8.如权利要求7所述的自清洁排气系统(600)，其中所述尖头(618)被设置在所述排气管道(602)的出口端(620)中。

条款9.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)包括螺旋线圈。

条款10.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)包括节距(622)，并且其中节距(622)被选择为使得当排气管道(602)处于运转使用中时，内壁(610)的整个表面在线圈(612)的振动和伸展期间与线圈(612)接触。

条款11.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中第二直径(616)在排气管道(602)的第一直径(608)的约60％和98％之间。

条款12.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中线圈(612)包括不锈钢。

条款13.如权利要求4所述的自清洁排气系统(600)，其中所述线圈(612)具有某种规格，所述规格被选择为使得所述线圈(612)的总面积在所述排气管道(602)的面积的约2％至20％之间。

条款14.如条款4所述的自清洁排气系统(600)，其中排气管道(602)包括消声器。

条款15.如条款14所述的自清洁排气系统(600)，其中排气系统(600)被连接到所述机器(604)。

条款16.如条款14所述的自清洁排气系统(600)，还包括：

凹槽，其被设置在管道(602)的内壁(610)中，其中线圈(612)的尖头(618)被设置在所述凹槽中并沿所述凹槽可滑动。

条款17.一种自清洁排气系统(700)的方法，该方法包括：

在排气管道中接收排气流(702)；

利用所述排气流在设置在所述排气管道内的线圈中引起振动(704)；和

经由所述振动，线圈以足够的力冲击所述排气管道的内壁，使得来自排气的排气残余物被从所述内壁移除或防止排气残余物沉积在所述内壁上(706)。

条款18.如条款17所述的方法(700)，其中所述排气由连接到所述排气管道的机器产生，并且其中所述方法还包括：

运转所述机器(708)。

条款19.如条款17所述的方法(700)，其中引起振动包括在所述线圈的轴向方向和所述线圈的径向方向上的振动。

条款20.如条款17所述的方法(700)，还包括：

允许所述线圈的尖头在设置在所述内壁(710)中的凹槽内滑动。

对不同说明性实施例的描述出于说明和描述的目的而给出，并且不意图穷举或限制于所公开形式的实施例。许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。此外，与其他说明性实施例相比，不同说明性实施例可以提供不同的特征。选定和描述所选择的一个或多个实施例是为了最好地解释实施例的原理、实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。