CN102089508B - 具有转矩接收性能的柔性密封连接器 - Google Patents

Abstract

一种连接器(15)，该连接器(15)具有支撑元件(20，30)，该支撑元件(20，30)分别从所述连接器的一端朝着另一个延伸但并不直接连接。所述支撑元件(20，30)的径向定位的端部限定容纳减振垫(38)的空腔(35)。在波纹管(16)和所述支撑元件(20，30)之间设置有可选择的隔热罩(50)。

Description

具有转矩接收性能的柔性密封连接器

相关申请

申请人要求于2008年5月13日提交的名为“具有扭矩接收性能的柔性密封件”的美国临时专利申请No.61/052,663的优先权，该临时申请作为参考结合于此。

技术领域

本发明涉及用于内燃机排气的连接器(coupling)，更具体地，涉及一种能适应所连接的排气部件的弯曲和扭转的密封连接器。

背景技术

已知的是，要使输送燃烧排气远离内燃机(如在汽车环境内的内燃机)的管或导管可操作地连接。例如，典型的做法是使用连接器将将排气歧管的出口端连接到排气管。

过去，这种连接器被设计成试图补偿系统的热影响、运动(例如弯曲或扭转)、噪声、振动和声振粗糙度(harshness)(“NVH”)以及其他参数。过去，这种连接器包括围绕连接节点设置的金属波纹管(bellow)。

某些现有设备的缺陷在于，这些设备需要金属波纹管达到气密或半气密性能，并且需要金属波纹管抵抗排气系统中的内在热量(heat inherent)。该金属波纹管具有受限制的运动性能，并增加了产品总长度和总重量以实现必要的运动(特别是弯曲和扭转)补偿。所述金属波纹管不能接收高扭转环境，而且当转矩会导致波纹管变形时金属波纹管必须抵抗该转矩。这会增加波纹管的成本和/或重量，并且将扭转应力向下游传递到排气系统内以使排气系统的其他部分补偿所述波纹管。

同样，现有设备的缺陷还在于，金属波纹管的价格非常昂贵，且必须在不锈钢材料中使用高镍合金才能达到所需性能。

发明内容

需要为内燃机或汽车排气系统提供柔性连接器，该柔性连接器能够提供增强的系统弯曲和扭转适应性，所述柔性连接器在系统弯曲和扭转时不会变形，而且能够提供气密或半气密性能。所述柔性连接器比现有技术使用金属波纹管的连接器重量更轻且造价更低，而且不会不适当地将扭转和弯曲应力向下游传递至排气系统。

为了达到这些目的，根据本发明的连接器设想用于连接到排气管的支撑元件、阻尼装置和设置在所述支撑元件和阻尼装置上方的非金属波纹管。在支撑连接件和阻尼机构上方使用非金属波纹管能得到具有转矩接收性能的柔性密封元件。

在高热环境中，在所述支撑/阻尼机构和所述非金属波纹管之间增加隔热件。

可以通过多种方式将所述非金属波纹管固定到所述支撑元件，例如使用两个金属环形件将所述波纹管的每个端部(以及隔热件)固定到所述元件。

所述隔热件(玻璃纤维、复合材料等)和所述非金属波纹管(橡胶、塑料、复合材料等)可以由多种不同材料制成。对于完全不需要气密性的应用，可以选择性地去除所述非金属波纹管和所述隔热件。

为了配合应用的需要，所述波纹管可以制成多种几何形状。

在本应用中，可串联连接一个或多个阻尼机构。

本发明的所述非金属波纹管能够接收排气系统需要的高弯曲和高扭转。

由于不含钢铁或现有系统中的金属波纹管，本发明的所述非金属波纹管便宜很多。

本发明的具有转矩接收性能的所述柔性密封元件允许气密性或半气密性的柔性连接。所述气密性或半气密性的柔性连接能够补偿并实现补偿热影响、运动(如弯曲)的优点，并减少或抑制噪声振动和声振粗糙度(NVH)以及其他类似相关。

根据本发明，可以部分地限定所述阻尼机构的所述支撑元件位于非金属隔膜或波纹管的内部。在高热环境存在的地方，所述非金属波纹管被隔热件保护，该隔热件连接在所述波纹管和内部支撑元件之间。这种结构允许NVH缓冲性能(NVH dampening properties)具有显著更大幅度的运动(尤其是弯曲和扭转)，而且具有与现有设备相比更低的成本和更小的尺寸。本发明可以使用不同的材料制成，还可以使用具有厚度的任意数量的板的材料制成。

本发明因而能排除现有设备中的金属波纹管，并且使用非金属波纹管和隔热件(高热情况下)代替金属波纹管。这允许在较小的尺寸中实现大幅度的运动(尤其是弯曲和扭转)，并且允许在总重量和成本更低的情况下具有类似的NVH缓冲。

通过下述说明以及附图，上述和其他优点及优势将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的柔性波纹管连接器的等轴侧视图；

图1A是图1中波纹管的全剖视图，显示了连接器中的各部件及其位置；以及

图1B是图1A中一部分的放大视图，放大而清晰地显示了此处的部件。

具体实施方式

可以很容易地理解，本发明的部件(如本文附图中以及伴随文字所大致描述和展示)，可以在设置和设计为很多不同结构的同时仍然使用本发明的概念。因此，附图中和伴随文字的在下文中更加详细说明的本发明的系统和方法的优选实施方式并非如权利要求那样用于限制本发明的范围，而仅仅是代表性地展示本发明的优选实施方式。

通过参考附图最容易理解本发明的优选实施方式，其中，在附图和整个描述中，相同的零件或步骤以相同的数字表示。

现在参见图1，图1中显示了根据本发明的柔性连接器15。优选地，连接器15包括非金属波纹管或隔膜(diaphragm)16，该非金属波纹管或隔膜16具有可连接至管或导管(图1中未示出)的端部17。可以理解的是，鉴于连接器15的总长度允许的情况下，波纹管16可以在例如18、19处包括任意合适数量的多个褶皱(convolution)。

连接器15包括多个伸长的支撑元件，该支撑元件大致沿轴向方向(或与轴向方向平行的方向)如中心线或轴线CL(图1A)延伸。在连接器15的一端，两个支撑元件20、21沿轴向延伸(参见图1B)。元件20包括径向向外延伸的凸缘22，同时元件21包括径向向外延伸的凸缘23。在连接器15的端部，这些元件各自的端部20a和21a具有共同的边界(co-extensive)。

另一个伸长的轴向延伸的支撑元件30包括向外张开的端部，该向外张开的端部包括部分31和部分32。部分32包括向内指向的凸缘33。

最好参见图1B，部分31、32以及凸缘33与凸缘22、23形成空腔(pocket)35。可以理解的是，因为所描述的连接元件20、21和30大致为圆筒形，因此，空腔35形成为围绕轴线CL(图1A)的环形空间。

另外可以理解的是，元件30从30a沿长度方向轴向地延伸至位于连接器15远端的另一个元件端部34，且元件30在另一端并不直接与元件20、21连接。

优选地，如图1A、图1B所示，同样形为环形的阻尼器或减振垫38容纳在空腔35中。阻尼器38优选由橡胶或合成的可弯曲(yieldable)材料制成，然而，还可以使用任何合适的阻尼材料。

可选择地，在连接器15的相反的两端之间设置有隔热的伸长且轴向延伸的衬套(sleeve)50。该衬套50的一端具有轴向延伸的凸缘51，且衬套50的另一端具有类似的凸缘52，以保证套50在所述连接器的两端都处在正确的位置上。

非金属波纹管16还包括在所述非金属波纹管16的一端轴向延伸的凸缘56和在所述非金属波纹管16的另一端轴向延伸的凸缘57，以保证将所述波纹管固定在所述连接器的端部。

最后，分别将压缩环(compression ring)25和42设置在所述连接器的两端，以将各部件固定在一起。所述环25具有径向向外延伸的凸缘26(图1B)，所述环42具有径向向外延伸的凸缘27。围绕图中所示的沿径向向内的部件挤压、压缩(draw)或者以其它方式收紧所述环25和42，以使所述部件固定在一起，并且，使所述部件分别固定到排气管60、61的端部(如图1A所示)，所述排气管60、61被连接器15可操作地连接在一起。

特别地，固定所述环25以围绕管60容纳波纹管凸缘56、热衬套凸缘52、支撑元件21和支撑元件20。固定所述环42以围绕管61的端部容纳波纹管凸缘57、热衬套凸缘51和支撑元件30的端部34，从而完成通过连接器15可操作地将管60、61连接的应用。

可以理解的是，波纹管16，可选择的隔热衬套50，元件20、21和30，以及环25、42都大致为圆筒形，并且如上述和图中所示以适当的关系配合在一起，并通过任意的传统方式固定。

连接器15通过摩擦、环形件(ring)、夹具、挤压、焊接或其他任何传统方式固定于管60、61。

可以理解的是，图1B以放大的方式地说明了连接器15的一端的横截面和位于中心线CL的一侧的最靠近的管60(图1A)。

相应地，通过元件20、21和30容纳至少一个阻尼垫38。所述元件和阻尼垫38形成了对连接器15的支撑并产生连接器15的阻尼特性。连接器15能够吸收或接受在弯曲、轴向和扭转方向的运动(和力)。没有波纹管16时，所述连接器可能不能够做到完全气密或半气密。为了获得更好的气密性，连接器15被非金属隔膜或非金属波纹管16环绕。非金属波纹管16还将保护所述机构不受外界粗糙的环境(例如腐蚀性材料，石头或其他物体冲击，或者其他能够被减振垫吸收/接收的碎屑)影响。非金属波纹管16可以以多种方式连接到所述支撑元件。一个这种方式便是使用两个环形件25、42，将所述两个环形件调整为适于所述支撑元件，并因而在所述连接器15的两端将所述波纹管机械固定到所述支撑元件。在存在高热的环境中，在所述非金属波纹管和所述支撑元件之间插入隔热件50。该隔热件50主要用于保护所述非金属波纹管，但其还增加了连接器15的阻尼特性。优选地，所述隔热件设置在所述非金属波纹管和所述支撑元件之间，如图中所示。

当管60和61优选地同轴时，连接器15的柔韧性很容易地适应或补偿管60和管61偏离轴向的错位或弯曲以及管60和管61之间的相对扭转而不会损坏连接器15。当适于高热应用时，连接器15能够提供气密性或半气密性连接并抑制气流系统的NVH。在该气流系统中，能使用比现有技术中体积更小、重量更轻且成本更低的参数的连接器15。

上述和其他的可选实施方式、修改和优点对于普通的本领域技术人员来说是显而易见的，发明人打算仅通过所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.用于车辆排气系统的柔性连接器，该柔性连接器包括：

多个伸长的元件，该多个伸长的元件从所述连接器的各端部并在所述端部之间延伸；

至少所述多个伸长的元件的第一元件从所述端部中的一个延伸且与从所述连接器的端部中的另一个延伸的所述多个伸长的元件的第二元件隔开；以及

所述多个伸长的元件的第三元件，该第三元件定位为靠近所述连接器的端部中的所述一个端部并从该端部朝向所述连接器的另一个端部延伸，其中，所述第一元件的径向向外延伸的凸缘和所述第二元件的端部以及所述第三元件的径向向外延伸的凸缘一起限定减振垫保持空腔；以及

减振垫，该减振垫容纳在所述减振垫保持空腔内，所述减振垫保持空腔在所述第一元件的所述径向向外延伸的凸缘、所述第二元件的所述端部以及所述第三元件的径向向外延伸的凸缘之间，所述第一元件的所述径向向外延伸的凸缘和所述第二元件的所述端部围绕所述减振垫从所述连接器的每个端部延伸；以及

非金属波纹管，该非金属波纹管具有端部并从所述连接器的所述一端延伸至所述连接器的另一端，且所述非金属波纹管的端部分别与所述连接器的端部连接，所述非金属波纹管覆盖所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件。

2.根据权利要求1所述的连接器，该连接器还包括环形件，该环形件围绕所述非金属波纹管的端部并将所述非金属波纹管的端部保持到所述连接器的其他元件。

3.根据权利要求2所述的连接器，该连接器还包括隔热衬套，该隔热衬套设置在所述非金属波纹管和所述第一元件、所述第二元件以及所述第三元件之间。

4.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述减振垫为环形。

5.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述第一元件能够可操作地与第一排气管连接，所述第二元件能够可操作地与第二排气管连接。

6.根据权利要求5所述的连接器，其中，当所述第一元件可操作地与所述第一排气管连接且所述第二元件可操作地与所述第二排气管连接时，能够可操作地隔离一个所述排气管与另一个所述排气管的运动。

7.根据权利要求5所述的连接器，其中，当所述第一元件可操作地与所述第一排气管连接且所述第二元件可操作地与所述第二排气管连接时，能够可操作地缓冲从一个所述排气管传递到另一个所述排气管的力。

8.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述第二元件的所述端部为具有向内指向的凸缘的向外张开的端部，其中所述第二元件的具有向内指向的凸缘的向外张开的端部与所述第一元件的径向向外延伸的凸缘以及所述第三元件的径向向外延伸的凸缘一起限定所述减振垫保持空腔。

9.根据权利要求1所述的连接器，该连接器还包括隔热衬套，该隔热衬套设置在所述波纹管与所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件之间。

10.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述连接器设置在两个排气管的端部之间，所述波纹管适应所述排气管的扭转、弯曲、轴向移动和径向移动。

11.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述第一元件和所述第二元件为第一支撑元件和第二支撑元件，所述第一支撑元件和第二支撑元件的端部分别互相径向地定位，并共同限定容纳所述减振垫的所述减振垫保持空腔。