CN107110005B - 使用耐磨套件来支撑增压空气管和管理热膨胀的方法 - Google Patents

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Abstract

发动机组件和支撑发动机组件的部件的方法。内燃机包括进气口。增压空气冷却器联接到进气口。包括增压空气出口的涡轮增压器流体连接到增压空气冷却器。增压空气管连接到涡轮增压器的增压空气出口。增压空气管将涡轮增压器流体地联接到增压空气冷却器，以将压缩的增压空气从涡轮增压器传递到内燃机的进气口。增压空气管支撑组件连接到增压空气管。增压空气管支撑组件配置成允许增压空气管响应于增压空气管的热膨胀而沿从涡轮增压器的出口延伸到增压空气冷却器的增压空气管的轴线轴向位移。增压空气管支撑组件包括耐磨套件和夹紧件。

Description

使用耐磨套件来支撑增压空气管和管理热膨胀的方法
相关申请交叉引用
本申请要求2014年11月3日提交的临时申请号为62/074,363的美国临时申请的优先权权益，该申请的全部内容通过引用的方式纳入本文。
技术领域
本公开涉及用于支撑增压空气管的系统和方法。
背景技术
内燃机可以有利地结合诸如涡轮增压器的系统以压缩进气或再循环尾气。这种气体压缩允许发动机产生更大的动力。然而，这种进气或再循环气体的压缩导致该气体的温度升高。涡轮增压器通常经由通常称为增压空气管的管道或导管联接到发动机的进气部件。进气部件可以包括进气节气门和被配置来冷却压缩气体的增压空气冷却器。经由增压空气管离开涡轮增压器的压缩气体的温度升高导致增压空气管的温度显著增加。
因此，在发动机运行期间，也可能经历来自发动机的显著振动的增压管通常经历显著的热膨胀，该热膨胀可能引起增压空气管的支撑部件中的开裂或疲劳失效。
发明内容
各实施例有利地提供了包括耐磨套件的增压空气管支撑组件和使用耐磨套件支撑增压空气管的方法。
各实施例提供了一种组件，该组件包括包括进气口的内燃机和连接到进气口的增压空气冷却器。包括增压空气出口的涡轮增压器流体地连接到增压空气冷却器。增压空气管连接到涡轮增压器的增压空气出口。增压空气管将涡轮增压器流体地联接到增压空气冷却器，以将压缩的增压空气从涡轮增压器传递到内燃机的进气口。增压空气管支撑组件联接到增压空气管。增压空气管支撑组件配置成允许增压空气管响应于增压空气管的热膨胀而沿从涡轮增压器的出口延伸到增压空气冷却器的增压空气管的轴线的轴向位移。增压空气管支撑组件包括耐磨套件和夹紧件。耐磨套件环绕增压空气管同轴定位。耐磨套件由非金属材料形成。夹紧件环绕耐磨套件同轴定位，并与内燃机联接。
另外的实施例提供了一种包括增压空气管和增压空气管组件的组件。增压空气管配置为联接到涡轮增压器的增压空气出口。增压空气管配置为将涡轮增压器流体联接到增压空气冷却器，以将流体从涡轮增压器传递到内燃机的进气口。增压空气管支撑组件联接到增压空气管，并且配置成允许增压空气管响应于增压空气管的热膨胀的轴向位移。增压空气管支撑组件包括耐磨套件和夹具。耐磨套件围绕增压空气管同轴定位。耐磨套件由非金属材料形成。夹紧件围绕耐磨套件同轴定位，并且配置成联接到内燃机。
发明人已经了解到，在热增压空气管和夹紧件之间设置耐磨元件允许增压空气管膨胀而不会在夹紧结构上引起弯曲应力，并且还在夹紧装置和管之间提供了隔离件。
应当理解，以下更详细讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假如这些概念不是相互不一致的)被考虑为本文公开的发明主题的一部分。具体地，在本公开的结尾处出现的所要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。
附图简要说明
本领域的技术人员将理解，附图主要用于说明性的目的以及并不旨在限制本文描述的主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，可以在附图中夸大或放大本文公开的主题的各个方面，以便于理解不同的特征。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的特征(例如，功能上类似的和/或结构上类似的元件)。
图1是根据示例性实施例的包括增压空气管支撑组件的发动机组件。
图2A-2F是根据各种实施例的联结到内燃机的增压空气管的示例性增压空气管支撑组件的放大图。
图3A-3C是根据示例实施例的增压空气管支撑组件的耐磨套件。
图4A-4C是增压空气管支撑组件的耐磨套件的可选结构。
图5A-5C是根据示例实施例的包括柔性支架的增压空气管支撑组件的各视图。
从下文结合附图的详细描述中，本公开的发明概念的特征和优点将变得更加明显。
具体实施方式
下文是与发明的增压空气管支撑组件和与内燃机相连的涡轮增压器的增压空气管的支撑方法相关的各种概念和各实施例的更详细描述。应当理解，上面引入并在下面更详细讨论的各种概念可以以许多方式中的任何一种来实施，因为所公开的概念不限于任何特定的实施方式。主要为了说明的目的而提供具体实施方式和应用的示例。
图1是根据示例实施例的包括增压空气管支撑组件的发动机组件。包括但不限于柴油发动机的内燃机可以实施涡轮增压器101以压缩在发动机的进气口处接收的空气。空气的压缩允许在内燃机中接收的进气或增压空气的量增加。在发动机中，例如在内燃机的燃烧室中接收的进气量的增加允许发动机输出更大的功率并且也可以提高内燃机的效率。涡轮增压器101通常由可由来自发动机的排气驱动的涡轮致动。在示例性实施例中，进气可以包括再循环尾气。涡轮增压器101的出口通过一系列部件或流体管道流体地连接到内燃机的入口。
在图1所示的实施例中，涡轮增压器101通过增压空气冷却器106和增压空气管105流体地联接到内燃机的进气口。增压空气管105提供流体管道，该流体管道用于将进气或由涡轮增压器101压缩的空气从涡轮增压器101供给到增压空气冷却器106。增压空气冷却器106用于在增压空气进入内燃机之前冷却增压空气，从而增加增压空气的密度。对增压空气进行冷却还促进了效率提高。增压空气冷却器可以包括流过增压空气冷却器的冷却流体或传热流体。
增压空气管105将涡轮增压器101的出口流体地联接到增压空气冷却器106。增压空气管105可以包括具有包括但不限于5英寸的直径的圆柱形管。然而，应注意，增压空气管105的直径取决于发动机的尺寸。因此，增压空气管105的尺寸可以根据具体实施方式而变化。此外，增压空气管105在各种实施方式中可以弯曲、弯折、成角度或以其他方式适当地形成，以在一端连接涡轮增压器101并在另一端连接增压空气冷却器106。增压空气管105可以包括金属材料，包括但不限于不锈钢。通过涡轮增压器101对增压空气的压缩导致通过增压空气管105传递的增压空气的温度升高。
通过增压空气管105传递的增压空气的温度升高导致增压空气管105的热膨胀。具体地，增压空气管105会经历沿从涡轮增压器的出口向增压空气冷却器106的入口延伸的增压空气管的纵向轴线的轴向热膨胀。由于增压空气管105可操作地连接到发动机，所以增压空气管105随着发动机振动而遭受振动。为了限制增压空气管的振动，并因此限制对增压空气管的损坏或者防止增压空气管与涡轮增压器101、增压空气冷却器106或内燃机分离，增压空气管通常通过支撑部件固定在发动机上。然而，支撑部件与增压空气管的刚性联接使得支撑部件遭受增压空气管的热膨胀，该热膨胀会导致支撑部件的疲劳或开裂。
如图1所示，增压空气管105连接到内燃机并由增压空气管支撑组件102支撑，增压空气管支撑组件102配置成在内燃和涡轮增压器101运行期间适应增压空气管105的轴向膨胀(和收缩)。如图2A-2C中进一步所示，增压空气管支撑组件102包括耐磨套件103和与其连接的夹紧件104。
图2A-2C是根据示例实施例的连接到内燃机的增压空气管的示例性增压空气管支撑组件的放大视图。耐磨套件103在增压空气管的第一轴向端(即，连接到涡轮增压器101的一端)与增压空气管的第二轴向端(即，联接到增压空气冷却器106的一端)的中间连接到增压空气管105。耐磨套件103包括隔开耐磨套件103的端部的间隙121。耐磨套件103环绕增压空气管105同轴定位。耐磨套件103可以形成为具有单个开口部分的环，从而允许该环滑动到增压空气管105上。然而，耐磨套件也可以以其他方式形成，例如通过使用两个大致半环形部分。
增压空气管支撑组件102还包括环绕耐磨套件103同轴联接的夹紧件104。夹紧件104直接或间接地联结到内燃机。夹紧件104配置成经由一个或多个紧固件122进行紧固。紧固夹紧件104的紧固件122引起耐磨套件103的压缩。耐磨套管103的间隙121被选择为在夹紧件104进行紧固时保持耐磨套件103的端部的分离。在示例性实施例中，耐磨套件103的间隙121可以具有0.07”-0.39”(2mm-10mm)的距离。在示例性实施例中，耐磨套件103可以具有0.07”-0.39”(2mm-10mm)的径向厚度。在示例性实施例中，根据夹紧件的宽度，耐磨套件103可以具有0.25”-2.00”的轴向厚度。然而，应当注意，间隙121的尺寸和耐磨套件103的尺寸取决于发动机的尺寸和其增压空气管105的尺寸。因此，这些部件的尺寸可以根据具体实施方式而变化。
图3A-3C示出了增压空气管支撑组件的示例性耐磨套件。图3A提供了从增压空气管105移除的耐磨套件303的视图。图3B提供了耐磨套件303的轴向视图，以及图3C提供了耐磨套件303的径向视图。如图3A所示，耐磨套件303可以包括耐磨套件间隙321和沿耐磨套件303的外缘延伸的周向脊部331，从而有助于保持夹紧件104相对于耐磨套件303的位置并且防止夹紧件104相对于耐磨套件303轴向移动。耐磨套件303是非金属的(即，其中不含金属材料)并且包括多个层，包括一个或多个纤维层和一个或多个橡胶层。周向脊部331可以由耐磨套件的非金属材料压缩形成。在一个实施方式中，耐磨套件303包括硅橡胶，该硅橡胶具有位于耐磨套件303中的芳纶纱纤维(aramid yarn fibers)的加强层。或者，耐磨套件303可以完全由高温硅树脂形成，而不包括芳纶纱纤维(aramid yarn fibers)。也可以使用其它非金属材料和材料组合。耐磨套件303用作隔振器，但是当增压空气管105在涡轮增压器101的运行期间升温和膨胀时，允许增压空气管105相对于耐磨套件303轴向膨胀。
图2D是根据可选实施例的示例性增压空气管支撑组件250的放大图。图2D的增压空气管支撑组件250在几个方面类似于图2A-2C的增压空气管支撑组件。例如，增压空气管支撑组件250包括增压空气管255和夹紧件254。然而，与上述实施例不同，当增压空气管支撑组件250处于完全组装状态时耐磨套件253(在图2E中示出，其示出了增压空气管支撑组件250的剖视图)是不可见的。取而代之的是，耐磨套件253定位在由夹紧件254的内表面限定的空隙或接纳区域内。如图2E所示，在该具体实施方式中，耐磨套件253和夹紧件254可以在配合表面上具有对应的成角度的端部(如图2F所示)，从而允许耐磨套件253更牢固地配合在夹紧件254内。
图4A-4C示出了增压空气管支撑组件的耐磨套件的另外的可选结构。耐磨套件403在特定实施例中包括挤出的硅橡胶，然而也可以根据设计要求使用其它材料。耐磨套件403保持耐磨套件间隙421并且包括沿耐磨套件403的外缘延伸的周向脊部431。周向脊部431配置成保持夹紧件104相对于耐磨套件403的位置，并且防止夹紧件104相对于耐磨套件403轴向移动。
图5A-5C是根据示例性实施例的包括柔性支架的增压空气管支撑组件。增压空气管支撑组件502包括耐磨套件和夹紧件部件，该夹紧件部件具有被构造成沿着增压空气管505的轴线弯曲的夹紧件支架552。增压空气管505提供流体导管，该流体导管用于传送从涡轮增压器501到增压空气冷却器506的进气或由涡轮增压器501压缩的增压空气。增压空气冷却器506联接到内燃机500的进气口。夹紧件部件504的夹紧件支架552例如通过延伸穿过夹紧件支架552中的多个紧固件孔553的一个或多个紧固件联接到内燃机500。夹紧件支架552设计成允许来自增压空气管505的热膨胀的弯曲。
为了本公开的目的，术语“连接”是指两个构件直接或间接接合。这种接合本质上可以是静止的或可移动的。这种接合可以通过两个构件、或两个构件和彼此一体形成为一个单一整体或与两个构件形成为单一整体的任意附加中间构件、或这两个构件和彼此连接的任意附加中间构件来实现。这种接合本质上可以是永久性的，或者在本质上可以是可移除的或可释放的。
应当注意，各种元件的定向根据其它示例性实施例可能不同，并且这些变化旨在被本公开所涵盖。应当认识到，所公开的实施例的特征可以结合到其他公开的实施例中。
重要的是，在各示例性实施例中示出的各装置或其各部件的构造和布置仅仅是说明性的。虽然本公开中仅仅详细描述了一些实施例，阅读了本公开的本领域技术人员将容易理解，很多变型是可能的(例如大小、尺寸、结构、形状以及各元件的比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、定向等的变型)而不实质上脱离本文公开主题的新颖性教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以是相反的或以其他方式变化，且分散元件或位置的特性或数量可以改变或变化。根据可选实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。也可以在各种示例性实施例的设计、运行条件和布置下，进行其它替换、修改、变化和省略，而不脱离本公开的范围。
虽然本文已经描述和示出了各种发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易地设想用于执行本文所描述的功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他机构和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每一个被认为在本文所描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，除非另有说明，本文所述的任何参数、尺寸、材料和构造都意味是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明教导的具体应用或实施。本领域技术人员将认识到或能够使用不超过常规实验来确定本文所述的具体发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明实施例可以以不同于具体描述和要求保护的方式实施。本公开的发明实施例涉及本文所述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本公开的发明范围内。
此外，本文描述的技术可以被实施为一种方法，该方法的至少一个示例已被提供。作为方法的一部分而执行的动作可以以任何适当的方式排序，除非另有明确说明。因此，可以构造其中以不同于所示的顺序执行动作的实施例，其可以包括同时执行某些动作，即使在说明性实施例中示出为顺序动作。
除非明确指出相反，在本说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”应理解为“至少一个”。
除非另有说明，否则不应将权利要求解读为限于描述的顺序或元件。应当理解，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以对形式和细节进行各种改变。所附权利要求及其等同物的精神和范围内的所有实施例都要求保护。

Claims (25)

1.一种发动机组件，其特征在于，包括：
内燃机，所述内燃机包括进气口；
增压空气冷却器，所述增压空气冷却器联接到所述进气口；
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括流体联结到所述增压空气冷却器的增压空气出口；
增压空气管，所述增压空气管联结到所述涡轮增压器的所述增压空气出口，所述增压空气管将所述涡轮增压器流体联接到所述增压空气冷却器，以将流体从涡轮增压器传递到内燃机的进气口；以及
增压空气管支撑组件，所述增压空气管支撑组件联接到所述增压空气管，所述增压空气管支撑组件配置成允许所述增压空气管响应于所述增压空气管的热膨胀而沿所述增压空气管的从涡轮增压器的出口延伸到所述增压空气冷却器的轴线的轴向位移，所述增压空气管支撑组件包括：
耐磨套件，所述耐磨套件环绕所述增压空气管同轴定位，所述耐磨套件由非金属材料制成，以及
夹紧件，所述夹紧件环绕所述耐磨套件同轴定位并联接到所述内燃机。
2.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括多层。
3.根据权利要求2所述的发动机组件，其特征在于，所述多层包括纤维层和橡胶层。
4.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括与硅橡胶一起压缩的芳纶纤维加强层。
5.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件完全由硅橡胶制成。
6.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述夹紧件包括联接到发动机的夹紧件支架，所述夹紧件支架被构造成沿着所述增压空气管的轴线弯曲。
7.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括沿着所述耐磨套件的外缘延伸的周向脊部，以及所述夹紧件位于所述周向脊部之间。
8.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述增压空气管支撑组件在所述增压空气管的第一轴向端和第二轴向端的中间连接到所述增压空气支撑管。
9.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件具有耐磨套件宽度，所述夹紧件具有夹紧件宽度，以及所述耐磨套件宽度大于所述夹紧件宽度。
10.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件配置成具有与所述增压空气管的摩擦系数，从而允许增压空气管响应于增压空气管的热膨胀而相对于所述耐磨套件轴向膨胀。
11.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件具有耐磨套件宽度，所述夹紧件具有夹紧件宽度，以及所述耐磨套件宽度小于所述夹紧件宽度。
12.根据权利要求11所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件定位在由夹紧件的内表面限定的接纳区域内。
13.根据权利要求12所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括用于所述接纳区域的内表面的对应配合表面。
14.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件形成为包括间隙的不完整环。
15.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件形成为多个分离的半环形部分。
16.一种发动机组件，其特征在于，包括：
增压空气管，所述增压空气管配置成联接到涡轮增压器的增压空气出口，所述增压空气管配置为将涡轮增压器流体联接到增压空气冷却器，以将流体从所述涡轮增压器传递到内燃机的进气口；以及
增压空气管支撑组件，所述增压空气管支撑组件联接到所述增压空气管，所述增压空气管支撑组件配置成允许所述增压空气管响应于所述增压空气管的热膨胀的轴向位移，所述增压空气管支撑组件包括：
耐磨套件，所述耐磨套件环绕所述增压空气管同轴定位，所述耐磨套件由非金属材料形成，以及
夹紧件，所述夹紧件环绕所述耐磨套件同轴定位并且配置成联接到内燃机。
17.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括多层。
18.根据权利要求17所述的发动机组件，其特征在于，所述多层包括纤维层和橡胶层。
19.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括与硅橡胶一起压缩的芳纶纤维加强层。
20.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件完全由硅橡胶制成。
21.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述夹紧件包括联接到发动机的夹紧件支架，所述夹紧件支架配置成沿所述增压空气管的轴线弯曲。
22.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件包括沿所述耐磨套件的外缘延伸的周向脊部，以及所述夹紧件位于所述周向脊部之间。
23.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件具有耐磨套件宽度以及所述夹紧件具有夹紧件宽度，其中所述耐磨套件宽度小于所述夹紧件宽度，所述耐磨套件定位在由夹紧件的内表面限定的接纳区域内，以及所述耐磨套件包括用于所述接纳区域的内表面的对应配合表面。
24.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件形成为包括间隙的不完整环。
25.根据权利要求16所述的发动机组件，其特征在于，所述耐磨套件形成为多个分离的半环形部分。
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