CN102575558A - 具有分隔板的排气部件组件 - Google Patents

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Abstract

一种排气部件组件，其包括排气部件和分隔板。排气部件包括限定气体通道的内壁。分隔板插入气体通道，并通过机械锁定装置、且一般以过盈配合关系固定到排气部件。

Description

具有分隔板的排气部件组件
相关申请的交叉参考
本申请要求于2009年7月27日提交的美国专利申请No.12/509,999的优先权，该申请是于2005年6月13日提交的美国专利申请No.11/151,681的部分继续。上述申请披露的内容以引证方式结合于此。
技术领域
本申请披露的内容总体上涉及排气部件(exhaust component)，例如排气歧管、涡轮增压器或催化转化器，并且更特别地涉及采用压配合分隔板(divider plate)以保护排气部件免受热损害的排气部件组件(exhaustcomponent assembly)。
背景技术
本文中提供的背景描述的目的在于总体上呈现本披露内容的背景。当前列举的发明人的工作(达到在该背景节中所描述的程度)、以及背景描述中的在提交时可以不另外构成现有技术的方面既不明确地也不暗示地被认为是针对本披露内容的现有技术。
排气部件(例如排气歧管、涡轮增压器或催化转化器)设置发动机的下游以指引和引导废气流以用于进一步的处理或使用，并且经受高温。排气歧管通常由用于高容量发动机(high volume production engine)的铸铁制造。用于排气歧管的普遍使用的铸铁材料之一是硅-钼铸铁(“SiMo铸铁”)。SiMo铸铁随着温度增加而变得弱化。结果，SiMo铸铁经受来自氧化、脱碳、和粗化的损伤。在高温下的持续时间决定了所累积的材料损伤量。损伤累积和材料的提高的温度强度(热强度)是评估排气部件耐用性中的重要因素。
由于机动车公司提高其发动机的气体温度以改善效率并减少废气排放，因此更多歧管应用超过了铸铁的实际工作(温度)限度。歧管中的温度分布不均匀并且一些峰值温度区域接收比歧管中的其它区域更多的热。SiMo(硅-钼)铸铁排气歧管具有大致830-840℃的AC1温度。AC1温度是铁素体微结构开始转变为奥氏体的温度。由于当前北美汽油发动机的歧管出口的通常最大气体温度为大约900℃，因此可以显示出歧管的大多区域处于AC1温度之下。
当前，如果材料(例如铸铁)对于峰值温度是不足够的，那么整个歧管必须由更高级别的材料(例如，耐蚀高镍铸铁(Ni-Resist)、铸钢、或结构不锈钢(fabricated stainless steel))。因此，用于高温应用的排气歧管的制造成本显著提高。
单一材料铸造排气部件可在局部高温的区域以及大温度梯度的区域(例如出口或沿着分支)中受到严重损伤。高温促进氧化，并且热梯度引入了可能使氧化层粘着较差的局部应变。如果发生氧化物的开裂，那么颗粒会被释放从而进入废气流，这可能冲击并损伤下游部件(例如涡轮增压器和催化转化器)。
在高温区域中局部发生的氧化、颗粒粗化和脱碳可随时间推移而显著劣化局部材料性质。这可导致过早破裂和翘曲，这两者都可降低部件耐用性能。这些效果随之可导致废气泄漏到环境(通过破裂或密封的损失)，或使得废气在分离的流道或腔室之间流通(行进)(上面两种情况中的任一个均会消极地影响系统性能)。如果大的热诱发应变与具有劣化材料性质的歧管区域处在同一位置，那么由于破裂而引起的部件故障是普遍的。
发明内容
根据本披露内容的排气部件组件包括排气部件和压配合分隔板。排气部件包括限定气体通道的内壁。分隔板插入气体通道内并固定到排气部件。
排气部件组件包括入口部分、和出口部分、连接在入口部分与出口部分之间的流道、以及至少一个分隔板。根据实施方式，入口部分或出口部分中的至少一个包括限定气体通道的内壁。至少一个槽在所述内壁上形成，以便接收将气体通道分离为至少两个相异腔室的所述分隔板。所述分隔板或槽中的至少一个包括用于将分隔板锁定至限定所述槽的槽壁的机械特征。
本发明的更多适用范围从下文中提供的详细描述变得明显。应理解，详细描述和特定实例尽管表示本发明的优选实施方式，但仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于图解目的，并且不旨在以任何方式限制本披露内容的范围。
图1是根据本公开的教导的采用压配合分隔板的排气歧管的透视图；
图2是根据本公开的教导的采用压配合分隔板的排气歧管和与排气歧管整体形成的发动机组(engine block)的透视图；
图3是根据本公开的教导的采用压配合分隔板的涡轮增压器的入口部分的透视图；
图4是根据本公开第一实施方式的排气部件组件的透视横截面图；
图5是根据本公开第一实施方式的排气部件组件的分解横截面图；
图6是根据本公开第一实施方式的排气部件组件的横截面图；
图7是根据本公开第二实施方式的排气部件组件的透视横截面图；
图8是根据本公开第二实施方式的排气部件组件的分解透视横截面图；
图9是根据本公开第二实施方式的排气部件组件的横截面图；
图10是根据本公开第三实施方式的排气部件组件的透视横截面图；
图11是根据本公开第三实施方式的排气部件组件的横截面图；
图12是根据本公开第三实施方式的排气部件组件的分解透视横截面图；以及
图13是根据本公开第四实施方式的排气部件组件的分解透视横截面图。
具体实施方式
随后的描述实际上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。应理解，在全部附图中，对应的参考标号表示相似或对应的部分或特征。
参考图1，排气组件10包括排气部件12和分隔板14。如在图1中示出的排气部件12是排气歧管，所述排气歧管包括入口部分16、从入口部分16延伸的多个流道18、以及出口部分20。入口部分16连接到发动机组(未示出)并限定多个进口(inlet port)22。流道18限定与进口22连通的流动沟道(未示出)。出口部分20限定气体通道24。流道18的流动沟道汇聚到气体通道24内。分隔板14横穿通道24来设置，并沿着通道24的纵向方向X(即废气流的流动方向)安装到出口部分20，从而将通道24划分为第一腔室26和第二腔室28。
应理解并认识到，尽管排气部件在图1中示作排气歧管，但排气部件可以是排气系统中的具有指引和引导来自发动机的废气流的通道的任何部件。例如，排气部件可以是排气歧管、涡轮增压器、涡轮增压器的入口，或具有整体歧管部分的组合汽缸盖的出口部分。
作为非限制例子，分隔板14由在升高的温度下具有期望机械性质(例如强度、微结构稳定性、和/或抗氧化性)的具有高温能力的材料形成。例如，分隔板14可由能够适应显著热负荷的材料(例如不锈钢和/或陶瓷)形成。分隔板14可用包括但不限于耐火材料的材料涂覆，从而增强这些性质。分隔板14抵抗由热循环等导致的劣化。
最高(稳态)材料温度一般在排气部件12的出口部分20的区域中。由于分隔板14在通道24中，分隔板14可吸收从废气释放的热的一部分。因此，作为非限制例子，排气部件12可以由低级别的铸铁材料形成。
分隔板14可利用过盈配合(例如，压配合)的方式容易地安装至出口部分20。更特别地，分隔板14插入在限定气体通道24的出口部分20的内壁31上形成的凹槽30。分隔板14可包括允许在槽30中快速配合的机械特征。这些机械特征设计成允许与排气部件、特别是与槽30的壁的过盈配合关系，由此使分隔板14能够锁定在出口部分20中。
例如，分隔板14可以是特定成形的或设有锁定片、燕尾槽(dovetail)、或锥形几何形状以将分隔板14保持在位，从而防止颤动(rattling)或振动/移动的问题，例如NVH问题。当分隔板14锁定在槽30中时，防止分隔板14在运输和组装期间掉出。可选地，分隔板14可具有薄耐火涂层来防止排气部件12的铸造材料与分隔板之间的强粘附，从而允许分隔板的周期性更换。
分隔板14能弹性变形从而吸收在将分隔板14安装在排气部件12中的期间所产生的负载。由此，在将分隔板14插入至槽30中时，最小负载传递到排气部件12，由此避免对槽壁的损伤。
参考图2，排气部件组件40可包括排气歧管41、可移除地插入排气歧管41出口部分43中的分隔板42、以及汽缸盖44。排气歧管41与汽缸盖44整体形成。例如，排气歧管41和汽缸盖44可在一个铸造过程中铸造。
参考图3，示出所述排气部件是涡轮增压器46的入口部分45。分隔板14包括在涡轮增压器46的入口部分45中。
参考图4到图6，根据本公开第一实施方式的排气部件组件50包括排气部件52和分隔板54。排气部件52示出为排气歧管。为了清晰仅示出排气歧管的出口部分56。出口部分56包括限定气体通道60的内壁58。槽62在内壁58上形成，并沿气体通道60的纵向方向X延伸。凸缘63在气体通道60内从内壁58径向延伸。凸缘63限定狭槽64，所述狭槽实质上是内壁58中形成的槽62的延续。狭槽64和槽62限定基本U形的接收空间。
槽62由相互面对的一对相对槽壁65以及连接相对槽壁65的端槽壁67限定。相对槽壁65限定距离d2。分隔板54包括多个波面68，每个波面均限定波峰69和波谷71。相对波形面68上的波峰69限定沿着分隔板54的厚度方向的距离d1。距离d1稍大于距离d2。在分隔板54插入槽62中时，波面68(特别是波面68上的波峰69)抵着相对槽壁65被偏压。当分隔板54就位时，分隔板54的偏压力经分隔板54推压在槽壁65上，从而将分隔板54锁定在槽62中。因此，分隔板54和槽62(特别是相对槽壁65)以过盈配合方式接合。
槽62下部(本文中另外称为狭槽64，用于接收分隔板54)形成为允许至少在分隔板54的底部边缘73与狭槽64之间的间隙C。间隙C也可在相对槽壁65与分隔板54的邻近狭槽64的波面68之间形成。在排气部件组件50经受高温时，间隙C为排气部件52和/或分隔板54的热膨胀提供空间。
尽管没有在图中示出，但应理解并认识到，分隔板54可包括一个波面和一个平面。
参考图7到图9，根据本公开第二实施方式的排气部件组件80包括排气部件52和分隔板84。在下面，不同实施方式中的相似部件由相似参考标号表示。分隔板84与第一实施方式的分隔板54的不同之处在于，分隔板84包括相对平面86以及从相对平面86向外且向上延伸的锁定片88。在锁定片88的情境下使用的“向上”的意思是“远离分隔板84的引入端”。在分隔板84插入凹槽62中时，锁定片88抵着相对槽壁65被偏压。在分隔板84插入到位时，锁定片88的偏压力将分隔板84锁定在槽62中从而实现过盈配合。锁定片88可以通过冲压分隔板84并向外弯曲锁定片88而形成。锁定片88在平面86上沿着通道60的纵向方向X交替布置并交错。
应理解并认识到，尽管锁定片88示出在分隔板84的两个平面86上设置，但锁定片88可在仅一个平面86上形成。
参考图10到图12，根据本公开第三实施方式的排气部件组件90包括排气部件92和分隔板94。分隔板94具有类似于第二实施方式的分隔板54的结构。排气部件92限定沿着限定气体通道60的内壁58延伸的槽96。槽96由端壁98和相对的凹凸不平槽壁100限定。相对的凹凸不平槽壁100各自均限定朝向槽96延伸的突起部102。可具有变化形状的突起部显示为楔形突起部102。突起部102设置为与对应的锁定片88干涉。在分隔板94插入槽96中时，锁定片88抵靠凹凸不平的槽壁100被偏压。当分隔板94就时，锁定片88可返回其原始未偏压或较少偏压的位置，并接合楔形突起部102。由此，分隔板94牢固地锁定在槽96中。
参考图13，根据本公开第四实施方式的排气部件组件110包括排气部件112和分隔板114。除去槽116之外，排气部件组件110与第一实施方式的排气部件组件相似。槽116具有放大部分118和笔直部分120。分隔板114与槽116的笔直部分120接合。放大部分118有助于将分隔板114插入槽116。
尽管没有在图中示出，但应理解并认识到，第一、第二和第三实施方式的槽62和96中的任一个均可经形成为具有放大部分118，以使分隔板54、84、94、114更容易插入槽62和96。
根据本公开的排气部件组件包括分隔板以帮助吸收来自废气的热。分隔板具有能使所述分隔板容易安装到排气歧管的出口部分的机械特征，并且根据实施方式，所述分隔板可以是容易移除的以便更换。
尽管本公开的实例和讨论一般涉及排气歧管出口的应用，但本领域技术人员应理解，本文中讨论的一般概念也可应用于其它“排气部件”，例如涡轮增压器入口。另外，尽管示出的实施方式的每个均适于铸造歧管应用，但也应认识到分隔板可用在装配式排气系统(fabricated exhaustsystem)中。
本领域技术人员现在可从前面描述认识到本公开的广泛教导可用各种形式实施。因此，尽管本公开已经结合其特定实例进行了描述，但本公开的真实范围不应如此有限，在了解附图、本说明书和所附权利要求后，其他的修改对于本领域的技术人员将变得显而易见。

Claims (24)

1.一种排气部件组件，包括：
排气部件，所述排气部件包括限定气体通道的内壁，所述内壁包括至少一个凹入槽；以及
分隔板，所述分隔板插入所述槽内，并且通过在所述分隔板与所述至少一个槽之间产生的机械锁定装置固定至所述排气部件。
2.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述机械锁定装置是所述分隔板与所述排气部件之间的过盈配合。
3.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述至少一个槽在引入端包括放大部分。
4.根据权利要求2所述的排气部件组件，其中，所述分隔板包括用于将所述分隔板锁定在所述排气部件中的锁定特征。
5.根据权利要求4所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征与所述分隔板整体形成。
6.根据权利要求4所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括用于接合沿着所述至少一个槽存在的槽壁的至少一个波面。
7.根据权利要求4所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括用于接合所述槽壁的多个波面。
8.根据权利要求4所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括从所述分隔板的至少一个表面延伸的锁定片。
9.根据权利要求8所述的排气部件组件，其中，所述至少一个表面为平坦表面。
10.根据权利要求8所述的排气部件组件，其中，所述锁定片与限定所述至少一个槽的至少一个凹凸不平的槽壁接合。
11.根据权利要求10所述的排气部件组件，其中，所述至少一个凹凸不平的槽壁限定用于与所述锁定片干涉的突起部。
12.根据权利要求11所述的排气部件组件，其中，所述突起部为基本楔形。
13.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述分隔板由高温材料形成。
14.根据权利要求13所述的排气部件组件，其中，所述高温材料从陶瓷和不锈钢中选择。
15.一种排气部件组件，包括：
入口部分；
限定内壁的出口部分、由所述内壁限定的气体通道、以及形成在所述内壁上的至少一个槽；
在所述气体通道处汇聚的多个流道；以及
分隔板，所述分隔板插入至少一个槽内以便将所述气体通道分隔成隔间；
其中所述至少一个分隔板和所述槽包括用于将所述分隔板锁定至限定所述至少一个槽的槽壁的锁定特征。
16.根据权利要求15所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征与所述分隔板整体形成。
17.根据权利要求15所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括用于接合沿着所述至少一个槽存在的槽壁的至少一个波面。
18.根据权利要求15所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括用于接合所述槽壁的多个波面。
19.根据权利要求15所述的排气部件组件，其中，所述锁定特征包括从所述分隔板的至少一个表面延伸的锁定片。
20.根据权利要求19所述的排气部件组件，其中，所述锁定片接合限定所述至少一个槽的至少一个凹凸不平的槽壁。
21.根据权利要求20所述的排气部件组件，其中，所述至少一个凹凸不平的槽壁限定用于与所述锁定片干涉的突起部。
22.根据权利要求21所述的排气部件组件，其中，所述突起部为基本楔形的。
23.根据权利要求15所述的排气部件组件，其中，所述分隔板由高温材料形成。
24.根据权利要求23所述的排气部件组件，其中，所述高温材料从陶瓷和不锈钢中选择。
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