CN106662276B - 带有模内成型的抗压环的空气管道 - Google Patents

Abstract

公开了一种涡轮管道，其包括主体，该主体具有入口端、出口端以及在入口端和出口端之间连通的内部空气通道。抗压环与入口端和出口端中的至少一个可操作地相关联。主体的入口端和出口端的尺寸设置成接收用于在发动机组件内连接涡轮管道的套箍。抗压环位于涡轮管道的外表面上，以便在涡轮管道和附接到其上的套箍的接触表面之间形成中间抗压结构。还提供了制造该涡轮管道的方法。

Description

带有模内成型的抗压环的空气管道

发明人：M·斯德姆，D·卡西亚卡罗，S·S·马罗赛克，S·A·威尔曼

技术领域

本发明涉及吹塑成型中空制品的领域，尤其涉及一种吹塑成型的汽车进气管道/空气涡轮管道。

背景技术

涡轮增压发动机系统的基本原理是转变废气能量，使其再进行工作。一般来说，这是通过利用发动机废气来驱动涡轮机壳体内的涡轮机叶轮，从而通过公共轴使直接附接到涡轮机的压缩机叶轮旋转，从而压缩环境空气来实现的。该压缩空气通过涡轮管道被输送回发动机的进气系统，从而对于每个进气冲程输送更大量的空气。最终效果是增加发动机的功率输出和/或燃料效率。

在致力于转向轻质材料的努力中，包括发动机系统的汽车系统已经看到了结合使用了增加的热塑性材料。虽然在许多应用中有效，但是它们在发动机系统中的使用遇到了某些挑战。对于耐受增加的热量和暴露于化学品的需要正在推动该行业开发新的高性能组合物。因此，现在越来越多的发动机组件开始采用聚合材料制成。

在这种系统中，热塑性材料的已知问题是材料蠕变。材料蠕变是在恒定载荷的作用下固体的缓慢连续变形，并且已知在高温下更明显。在发动机系统中，特别是具有与升高的温度相关的热塑性结构，确保整个系统完整性的能力成为一种挑战。尽管可以有效地实施夹具和其他连接硬件的使用，但是随着时间的推移，紧固连接可能变松，具有增加的系统泄漏和/或故障的风险。

特别地，考虑到进气系统和涡轮管道，在高温下输送压缩空气产生了由于材料蠕变而导致系统完整性损坏的风险增加的总体状况。在涡轮系统中，不能维持压缩的环境空气导致功率输出和/或燃料效率的损失，从而损失涡轮增压系统的增益。因此，越来越需要改进热塑性系统中的单元连接性，比如汽车中的涡轮和进气系统。

发明内容

根据实施例，提供了一种涡轮管道。该涡轮管道包括主体，该主体具有入口端、出口端以及在入口端和出口端之间连通的内部空气通道。一抗压环(anti-crush ring)与入口端和出口端中的至少一个可操作地相关联。主体的入口端和出口端的尺寸设置成接收用于在发动机组件内连接涡轮管道的套箍(cuff)。抗压环位于涡轮管道的外表面上，以便在涡轮管道和附接到其上的套箍的接触表面之间形成中间抗压结构。

根据另一实施例，提供了一种用于吹塑成型涡轮管道的方法，所述方法包括在选定位置处将抗压环定位在打开的模制工具的第一和第二半模之间。然后，闭合第一和第二半模，从而限定模制腔并将抗压环锁定在选定位置。向模制工具的底部施加真空，同时将挤出的型坯引入模制腔中，从而将挤出的型坯吸引通过包括位于其中的抗压环的模制腔。夹住型坯的顶部和底部以限定封闭的内部腔室。通过一个或多个吹针(blow pin)，将加压空气引入封闭的内部腔室中以使型坯膨胀，并使其抵靠模制腔的轮廓。经过充分冷却，打开模制工具释放所形成的中空制品。将所形成的中空制品进行模制后处理以获得成品涡轮管道。

附图说明

根据如附图中所示的本发明的以下描述，本发明的前述和其它特征及优点将是显而易见的。并入本发明并形成说明书一部分的附图进一步用于解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图不按比例。

图1是具有涡轮增压器和中间冷却器组件的示例性发动机组件的示意图。

图2是与涡轮增压器和中间冷却器有关的示例性热侧涡轮管道的爆炸图。

图3a是利用摩擦配合的涡轮管道和抗压环布置的第一实施例。

图3b是涡轮管道和抗压环布置的第二实施例，其中涡轮管道和抗压环之间的界面进行纹理化，以增加表面摩擦。

图3c是涡轮管道和抗压环布置的第三实施例，其中涡轮管道的端部配置有肩部。

图3d是涡轮管道和抗压环布置的第四实施例，其与图3c的实施例类似，但在肩部上增加了凸起。

图3e是涡轮管道和抗压环布置的第五实施例，其中抗压环配置有倒钩。

图3f是涡轮管道和抗压环布置的第六实施例，其中抗压环配置有一通道，用于机械锁定涡轮管道。

图3g是涡轮管道和抗压环布置的第七实施例，其中抗压环设置有空隙，用于机械锁定涡轮管道。

图3h是涡轮管道和抗压环布置的第八实施例，其与图3g的实施例类似，但增加了倒钩。

图3i是涡轮管道和抗压环布置的第九实施例，其中涡轮管道和抗压环之间的界面处使用了粘合剂。

图4a是根据本发明的实施例的用于生产涡轮管道的示例性模制工具的示意图。

图4b是图4a的模制工具的示意图，其中正在将型坯引入模制工具中。

图4c是图4a的模制工具的示意图，其中型坯完全定位在模制工具的模制腔内。

图4d是图4a的模制工具的示意图，其中型坯是吹塑成型的。

图4e是图4a的模制工具的示意图，其中形成的涡轮管道从模制工具中被释放出来。

图5示出了使用图4a的模制工具形成的示例性涡轮管道，接着进行模制后处理。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的具体实施方式进行描述，其中相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。以下具体描述其性质仅仅是示例性的，不用于限制本发明或本发明的应用和使用。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，也可使用其它配置和布置。尽管此处实施例的描述和附图例示本技术用于汽车涡轮管道，但是本发明还可应用于其它进气系统。本发明可在其它方面找到应用，例如热塑性制品通常在连接处(例如，进气口/出气口)需要额外的支撑，以抵抗在来自夹具或类似保持设备的负载的情况下的变形。此外，以上技术领域、发明内容、背景技术或以下的具体描述中所呈现的任何明示或暗示的理论都不用于限制。

以下描述了吹塑成型的汽车涡轮管道。汽车涡轮管道采用热塑性材料形成，且通常为一体的形式。汽车涡轮管道包括一个或多个抗压环，在模内成型于需要额外抗压抵抗力的各个位置处，特别是在涡轮管道与合适的联接器配合的情况下，用于将涡轮导管连接至发动机组件中。还描述了形成这种汽车涡轮导管的示例性的方法。

因为涡轮增压器系统已知，操作细节将仅作简要陈述。通常，涡轮增压器为强制进气系统的类型，其中，废气用于在进入进气歧管之前压缩环境空气，具有增加功率和发动机效率的效果。在一些系统中，可使用中间冷却器在压缩的空气引入发动机之前冷却压缩的环境空气并增加其密度。参照图1，所示为示例性的简化发动机组件10，其具有发动机12、涡轮增压器14，以及中间冷却器16。在操作中，将从发动机12的排气口18排放的废气引导通过排气歧管20至涡轮增压器14的进气口22。废气作用于涡轮机叶轮，使其以及联接的压缩机叶轮高速旋转。旋转的压缩机叶轮吸入环境空气A并压缩；然后压缩的环境空气在发动机12通过位于压缩机和发动机之间的中间冷却器16的方向上经由出气口24排出。因此，压缩的环境空气被引导通过位于涡轮增压器14和中间冷却器16之间的第一涡轮管道26，以及位于中间冷却器16和发动机12之间的第二涡轮管道28。由于压缩和摩擦，压缩的环境空气充分受热。因此，相对于中间冷却器16，涡轮管道26作为热侧涡轮管道，而涡轮管道28作为冷侧涡轮管道。为便于解释，对于以下的描述，注意力将转向涡轮管道26(热侧涡轮管道)的结构。将能够理解，所述的特征和变型将同样适用于涡轮管道28(冷侧涡轮管道)的结构。

现在转向图2，所示的简化涡轮管道26具有主体30，该主体提供入口端32、出口端34以及在入口端和出口端之间连通的内部空气通道。入口端32设置为将涡轮管道26连接至涡轮增压器14的出口24，而出口端34设置为将涡轮管道26连接至中间冷却器16的入口36。更特别地，在至涡轮增压器14的连接点处，涡轮增压器出口24和涡轮管道入口端32的尺寸都设置为接纳套箍38，通过一个或多个合适的夹具40(例如，带夹、T字夹等)将套箍38固定地保持在适当位置。类似地，涡轮管道出口端34和中间冷却器16的入口36之间的连接还使用套箍/夹具38、40设置。

通常，夹具40对套箍38作用一个径向向内的压缩力，其进而接合涡轮管道26从而将其紧固上。为了确保紧固连接，向内的压缩径向力可足够大，从而向连接点，即入口和出口端32、34施加足够大的应力。

现在转向图3a，所示为涡轮管道326的第一实施例，包括主体330和入口332。为了在前述的径向压缩力作用下提供增大的抗压抵抗力，入口端332包含抗压环42。抗压环42提供为位于入口端332和套箍38的相对的表面之间的中间抗压结构，并采用合适的材料形成，如下所述，所述材料不易受到材料蠕变的影响。抗压环42牢固并紧固连接至涡轮管道326的主体330，且这能够以各种不同的方式实现。在图3a中所示的实施例中，抗压环42通过界面44处的摩擦配合保持在合适的位置。在组装过程中，套箍38位于抗压环42上并通过夹具40紧固。

将能够理解，抗压环42和涡轮管道326之间的界面44可采用各种不同的方式配置，以改变其之间摩擦接合和/或机械互锁的程度。参照图3b至3i，所示为各种示例性的可选实施例，各图根据其实施例实施一种抗压环作为在径向压缩力的作用下增大抗压抵抗力的方式。

参照图3b，限定抗压环42和涡轮管道326的主体330之间的界面44的接触表面44a、44b可纹理化处理以增大表面摩擦。所采用的纹理可为提供于抗压环42和主体330的接触表面44a、44b的一者或二者上的规则纹理化图案，或者是随机图案，也是提供于接触表面44a、44b的一者或二者上。

在图3c中，主体330c的入口端332c的末端部分配置有径向肩部46，作为止动器防止抗压环42从涡轮管道326c移动。肩部46可为围绕入口端332c的周长连续的，或者可为不连续的，即入口端332c配置有一个或多个由非肩部区域隔开的肩部段。图3d所示为涡轮管道330d，其具有提供于主体330d的入口端332d上的肩部46d的类似布置，其中肩部46d另外包括径向凸起48，其提供了与套箍38的内表面的物理/机械接合，特别是当夹具40夹紧时。

图3e提供了一个实施例，其中抗压环42e提供有径向向外延伸的倒钩50，以接合套箍38并防止意外移动。倒钩50可为围绕抗压环42e的端部区域的整个周长连续的，或者可为包括一个或多个由非倒钩区域隔开的倒钩段。将能够理解，可在沿抗压环42e的长度的另外的位置处提供另外的倒钩。

图3f提供了一个实施例，其中抗压环42f配置有一通道52，其与形成于涡轮管道326f的主体330f上的周向凸起54机械锁定。如图所示，通道52的位置设置为能够避免与用于接纳套箍38的接触表面干涉。通道52还可提供一肩部56，其为套箍38在涡轮管道326f上的适当安装/定位提供止动。

在图3g中呈现了抗压环42g的进一步的实施例，其中抗压环42g提供有一个或多个空隙58，以实现当成型时与涡轮管道326g的主体330g机械互锁。在制造过程中，允许形成涡轮管道326g的主体330g的材料流入抗压环42g的一个或多个空隙58，从而确保其之间的紧固接合。图3h为与图3g中所示类似的布置，其具有提供于抗压环42h上的另外的倒钩60。倒钩60可为围绕抗压环42h的端部区域的整个周长连续的，或者可为包括一个或多个由非倒钩区域隔开的倒钩段。将能够理解，可在沿抗压环42h的长度的另外的位置处提供另外的倒钩。

图3i提供了与图3a类似的布置，除了粘合剂62分别用在抗压环42与涡轮导管326的主体330的接触表面44a、44b之间的界面44处。

将能够理解，根据此处的抗压环和涡轮管道的主体之间的界面44可以各种方式配置，且以上布置仅为示例性的。应当注意，尽管抗压环的具体实施已经参照图3a至3i中所示的涡轮管道的入口端进行了例示，出口端也可类似地配置。在一些涡轮管道中，根据此处的抗压环可包含于入口端和出口端的一者或二者中。还应当注意，对于入口端和出口端的任一个，图3a至3i的实施例中所示的各种设计特征可与任何其它设计特征相结合使用，只要认为兼容和适合即可。例如，图3e中有倒钩的抗压环42e可与如图3i中所示的粘合剂结合使用，以实现所需要的性能特征。

将能够理解，套箍38的配置，特别是图3a至3i中所示的阶梯式的轮廓仅为示例性的。其它设置可将套箍实施为具有不变的内/外直径，或者其它对于需要的联接而言合适的配置。

在通过带夹或配置用于施加径向压缩负载的类似装置紧固的联接器中，连接的维护和寿命依赖于正在接合的机构的静态/不变的尺寸(即外直径)。在接受负载的结构为基于热塑性或热固性材料的情况下，可能会出现一定程度的材料蠕变，潜在地改变其尺寸特征。这可能会导致联接松动，发生泄漏或严重故障。这种情况在具有位于管道的内直径上的抗压环的现有技术的系统中已经出现。

在以上所述的各种布置中，抗压环位于涡轮管道的外表面上，将其放置为与套箍直接接触。以这种方式，降低了材料蠕变(通常是由于现有技术的配置中的中间热塑性或热固性材料)的可能性。将抗压环放置于涡轮管道的外表面上还改进了管道空气流动特征，并降低了制造和/或降解碎屑进入发动机的可能性。

现在注意力将转向用于制造根据以上所述的任一涡轮管道的示例性的方法。涡轮管道，例如热侧涡轮管道326可采用吹塑成型工艺制造，例如无飞边工艺，例如吸入(真空辅助)吹塑成型。用于制造根据本实施例的涡轮管道326的步骤如图4a至4e中所示。

从图4a开始，涡轮管道利用模制工具70形成，模制工具70具有第一半模72和第二半模74(以点示出)，第一半模72和第二半模74一起限定模腔76，用于形成所需的中空制品。在图4a中，模制工具70在工艺的初始步骤处，其中第一和第二半模72、74是打开的。在该初始步骤的过程中，根据此处的抗压环，例如抗压环42，位于模制工具70内，通常位于第一或第二半模72、74其中之一上，如图所示。通常，一个或两个半模72、74配置为在制造过程中在该初始步骤期间接纳抗压环42并将其保持在合适的位置。将抗压环42放置于半模上可由机器操作员完成，或者也可通过合适的机械手工具完成。如图所示，抗压环42提供于模腔76的每一端部处。

如图4b和4c中所示，在抗压环42在适当位置的情况下，模制工具70关闭，并准备从适当定位的挤出机80接纳挤出型坯78。一真空源82作用于模制工具70的底部，用于将挤出型坯78吸引通过模腔76，且抗压环42位于其中。

转向图4d，然后利用各自的扣板组件83a/83b、84a/84b将型坯78的底部和顶部挤压，从而密封型坯78并形成封闭的内部腔室86。通过一个或多个吹针(未显示)，型坯78的封闭的内部腔室86然后膨胀，通常是利用空气，迫使其抵靠模腔76的轮廓。

经过充分冷却，打开模制工具70(如图4e中所示)释放所形成的中空制品。正如吸入吹塑成型通常已知的，所述过程大部分是无飞边的因此只需要很少地(如果有的话)去除飞边。因此将成型后的工艺最小化，且可能仅用于精加工端部以形成各个入口/出口开口，从而形成完整的涡轮管道526，如图5中所示。

将能够理解，以上所述表示示例性的制造过程，且可实施其它制造方法，例如基于传统吹塑成型的方法。还将能够理解，所示用于以上吸入吹塑成型方法的配置仅为示例性的，因此各种组件的可选布置都是可能的。

具有插入成型的抗压环42的涡轮管道526的制造已经参照示例性的无飞边吹塑成型方法进行了描述。为便于解释，模制工具已经描述为具有第一和第二半模。将能够理解，模制工具的该布置仅为示例性的，因为模制工具可能实际上包括多于两个模制元件。例如，取决于所需的中空制品的配置，每个半模可能实际上包括多个独立控制的模具段。

一系列合适的材料可用于形成涡轮管道，材料的选择将取决于所需的性能特征。示例性的材料包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯醚(PPE)、聚硫化苯(PPS)以及其组合物。这些材料都是市面上可购得的，且在解决热塑性塑料转变的特定领域都处在发展中，例如改进与高热量和低pH操作环境相关联的热氧化特性、改进与涡轮增压峰值压力相关联的脉冲特性以及改进蠕变和收缩抗性用于保持成型的组件的空间能力。对于抗压环，合适的材料包括那些不易受到材料蠕变的材料，包括但不限于轻质铝、镁以及为了重量减轻而开发出的混杂钢方案。也可利用朝向热塑性塑料带的玻璃或碳纤维，以及其组合物。

尽管以上已经描述了根据本发明的各种实施例，应当理解，它们仅以示例和实例的方式呈现，不具有限制作用。在不脱离本发明的范围的情况下，做出各种形式和细节方面的改变对于相关领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明的宽度和范围不应限制于以上所述的示例性的实施例，而是应当仅根据所附权利要求书及其等同限定。还将理解，本文所述的以及本文所引用的每个实施例的每个特征可与任何其它组合的特征组合使用。本文所讨论的所有的专利和公开文件其全文通过引用并入。

Claims (4)

1.一种涡轮管道，包括：

一主体，所述主体具有入口端、出口端以及在入口端和出口端之间连通的内部空气通道，主体的入口端和出口端尺寸设置为容纳在一套箍内，用于连接发动机组件内的涡轮管道，其中当套箍组装在主体的入口端和出口端其中之一上时，主体的入口端和出口端的一个具有接触表面，用以容纳套箍；以及

一抗压环，位于主体的在入口端和出口端其中之一处的外表面上，以便在主体的入口端和出口端其中之一和附接到其上的套箍的相对的表面之间形成中间抗压结构，

其中，抗压环配置有一通道，所述通道的尺寸设定为在其中完全接收在主体上的整体配合的周向凸起，以及

其中所述通道机械锁定于所述配合的周向凸起，和

其中将通道定位成避免与接触表面发生干涉，通道的位置和形状应设置成使得能够提供一肩部，为套箍在涡轮管道上的适当定位提供了止动，使得当套箍组装到主体的入口端和出口端其中之一上时，套箍的端部紧靠止动。

2.根据权利要求1所述的涡轮管道，其中，抗压环采用轻质铝、镁、混合钢方案或其组合制成。

3.根据权利要求1所述的涡轮管道，其中，主体采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯醚、聚硫化苯或其组合物制成。

4.一种吹塑成型涡轮管道的方法，所述方法包括：

将抗压环定位在处于打开位置的模制工具的第一和第二半模之间的选择的位置处，其中抗压环配置有一通道；

闭合模制工具的第一和第二半模，从而限定一模制腔并将抗压环锁定在所述选择的位置处；

当将挤出的型坯引入模制腔中时向模制工具的底部施加真空，从而将挤出的型坯吸引通过包括模制腔以及位于其中的抗压环；

夹住型坯的顶部和底部以限定封闭的内部腔室；

通过一个或多个吹针引入加压空气使型坯膨胀并迫使其抵靠模制腔的轮廓形成一具有周向凸起的中空制品，所述周向凸起整体接收在抗压环的通道内，所述通道的尺寸设定为在其中完全接收周向凸起，以将中空制品的周向凸起机械锁定在所述抗压环的通道内；

经过充分冷却，打开模制工具释放所形成的中空制品；以及

将所形成的中空制品进行模制后处理以获得成品涡轮管道，所述涡轮管道具有抗压环的通道，其机械锁定在涡轮管道上的配合的周向凸起上，其中成形的中空制品的入口端和出口端尺寸设置为容纳在套箍内，用于连接发动机组件内的涡轮管道，当套箍组装在主体的入口端和出口端其中之一上时，入口端和出口端的一个具有接触表面用以容纳套箍，

其中将通道定位成避免与接触表面发生干涉，通道的位置和形状应设置成能够提供一肩部，为套箍在涡轮管道上的适当定位提供了止动，使得将套箍组装到主体的入口端和出口端其中之一上时，套箍的端部紧靠止动。

Images