CN107605585A - 废气密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于排气系统中管接头的气体密封件包括密封元件，该排气系统配置成接收来自内燃(IC)发动机的废气流。该密封元件包括绕第一轴线同心地设置的外表面和内表面。外表面配置成相对于排气系统的管密封。气体密封件还包括导流元件，该导流元件在密封元件的内表面处固定于密封元件。该导流元件限定孔口，该孔口所具有的形状配置成引导和聚集废气流远离第一轴线。还公开排气系统和具有此种气体密封件的车辆。

Description

废气密封件
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的气体密封件。
背景技术
内燃(IC)发动机通常包括排气系统，这些排气系统设计成收集、传送并且排放发动机的废气。排气系统通常包括管道以引导废气远离发动机。现代的IC发动机的排气系统还包括诸如三元催化剂的各种排气后处理装置以及其它装置，以借助催化化学反应将燃烧的有毒副产物转换成低毒物质。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于排气系统中管接头的气体密封件，该排气系统配置成接收来自所公开的内燃(IC)发动机的废气流。气体密封件包括密封元件，其具有绕第一轴线同心地设置的外表面和内表面。外表面配置成相对于排气系统的管密封。气体密封件还包括导流元件，其在密封元件的内表面处固定于密封元件。导流元件限定孔口，该孔口所具有的形状配置成引导和聚集废气流远离第一轴线。
导流元件的孔口可具有圆形或非圆形的，例如椭圆形形状。
导流元件孔口可在第二轴线上对中，其中，该第二轴线与第一轴线隔开。
密封元件可由嵌有金属的石墨基质构成，而导流元件可由不锈钢构成，各自能够承受IC发动机的废气的升高温度。
密封元件的外表面可包括锥形部分，其配置成吸入或吸收管接头中的错位。
导流元件可包括沿着第一轴线并且与密封元件的外表面和内表面同心地延伸的部分。主体部分可限定槽，该槽配置成在管接头的组装期间经由所产生的弹簧力，例如经由管接头内部的过盈配合来维持气体密封件在管接头中的位置。
气体密封件可附加地包括诸如键之类的特征件，其配置成将导流元件的孔口在管接头内定向。
本发明的又一些实施例涉及排气系统和采用所公开的气体密封件的车辆。
当结合附图和所附的权利要求时，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将从用于执行所描述的本发明的实施例和最佳模式的以下详细描述中显而易见。
附图说明
图1是车辆的示意图，该车辆采用连接于具有管接头的排气系统的内燃机。
图2是图1中示出的管接头的示意部分剖切立体图，其示出设置在管接头处的气体密封件。
图3是根据一个实施例的图2中示出的气体密封件的示意立体图。
图4是根据另一个实施例的图2中示出的气体密封件的示意立体剖视图。
具体实施方式
参照附图，其中类似的附图标记指代若干视图中类似的部件，图1示意地示出车辆10。车辆10采用动力系12。动力系12包括内燃机14、变速器16以及驱动轮18，其中，发动机配置成通过将发动机转矩经由变速器发送至驱动轮来对车辆提供动力。发动机14可以是柴油机、即压缩点火型或者汽油机、即火花点火型发动机。虽然车辆10示作具有标准动力系12(其中，主要动力设备是发动机14)，但车辆也可以是混合型，其中，一个或多个电动机(未示出)用于对车辆提供动力。
车辆14包括进气系统20。进气系统20配置成将周围气流22输送至发动机14，用以随后将气流和发动机的燃烧室内部的合适量燃料相混合。如图所示，发动机14还可包括发动机排气驱动涡轮增压器24。涡轮增压器24可操作以通过对进入气流22加压来增大发动机14的容积效率，用以随后将加压空气充量输送至发动机的燃烧室。如图所示，涡轮增压器24由废气流26功能，该废气流在每个燃烧事件之后作为燃烧副产物由发动机14发出，并且在涡轮增压器之后通过排气系统28移出至环境。
持续参照图1，排气系统28包括排气后处理(AT)系统，其具有一个或多个排气AT装置，这些排气AT装置配置成接收和处理来自发动机14的废气流26的流，用以减少有毒的废气排放物。排气系统28还包括多个互连的排气管，这会在下文更详细地描述。这些排气管用于将排气AT装置流体地连接于发动机14。如图1所示，排气系统28可附加地包括排气歧管30，该排气歧管可以是紧固于发动机的单独部件。排气歧管30也可以是发动机14的一部分，例如集成到发动机的气缸盖(未示出)中。
如图1所示，在发动机14是汽油发动机的事件中，可采用三元催化转换器32，其是气体发动机专用的排气AT装置。例如本领域技术人员所理解的是，三元催化转换器32是排气后处理装置，其同时执行三个任务：i)氮氧化物的氧化，ii)一氧化碳的氧化，以及iii)未燃烧的碳氢化合物的氧化。三元催化转换器32可再生以卸载所沉积的碳氢化合物排放物，以防止催化剂中升高温度，这会最终导致其损坏。上文列举的前两个任务采用选择性催化还原(SCR)的工艺，用于借助催化剂将也称为NOX的氮氧化物转换成双原子氮、N2以及水、H2O。SCR常常用于将用于对机动车辆提供动力的内燃机的排气中的NOX排放物还原。汽油和柴油发动机两者的排气排放物均可由SCR改进。
在发动机14是柴油发动机的事件中，排气系统28可包括一系列排气后处理装置，通常是柴油机氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)催化剂以及柴油机颗粒过滤器，它们均未示出但对于本领域技术人员是公知的。可采用此种一系列后处理装置来减少柴油发动机的各种排气排放物。确切地说，采用SCR催化剂来经由上文描述的SCR工艺相对于汽油发动机专用的三元催化转换器32来还原NOX排放物。
发动机和排气系统28的精确定位可由于车辆10的制造结构所固有的生产公差而改变。附加地，发动机14通常在其于车辆10中操作期间经历振动，同时排气系统28会响应于车辆穿越不均匀地面而抖动和/或振荡。然而，上述AT装置的每个的有效性、不管是在发动机14的汽油机还是柴油机实施例中都受到废气流26在特定装置的整个表面上的分布的直接影响。因此，可能需要各种技术和装置来考虑和吸收发动机14和/或排气系统28在车辆10中的位置变化。此外，会有益的是，吸收各个排气系统28的接头中的此种变化和振动，同时尽量使得废气流26的泄漏最小。
例如在图2的示例性实施例中示出的是，排气系统28包括第一排气管34和第二排气管36，其用于将排气AT装置流体地连接于发动机14。例如本领域技术人员所理解的是，第一排气管34可以是排气歧管30(图1中示出)的一部分或者用于涡轮增压器24的涡轮机壳体的一部分。第二排气管36在管接头38处连接于第一排气管。因此，主体排气AT装置接收和处理在管接头38下游的废气流26。气体密封件40在第一排气管34和第二排气管36之间设置在管接头38处。气体密封件40的其中一个关键目标是使得废气流26在管接头38处的泄漏最小。例如本领域技术人员所理解的是，第一和第二排气管34、36的每个可包括相应的安装凸缘(未示出)，用于在管接头38处与气体密封件40有效地接触。附加地，管接头38可经由焊接件或合适的紧固件、例如可调节的夹具41固定，以在发动机14的操作期间维持可靠密封的管接头。
为了实现主体AT装置的更快速点燃，即在发动机14的冷起动之后催化剂的更快速升温，AT装置可紧密地联接于发动机14。此种催化剂点燃考虑会需要将弯部36A在AT装置附近和上游包含到第二排气管36中，用以将紧密联接的AT装置紧凑地封装到发动机14附近的其它受限空间中。虽然示例性AT装置可具有上述任何类型，但本发明之后专注于本发明的气体发动机专用的三元催化转换器32的实施例。
参照图3和4，气体密封件40包括密封元件42。如图4中所示，密封元件42包括据偶外直径D1的外表面42A。外表面42A配置成密封管接头38。气体密封件40还包括例如由内直径D2限定的内表面42B。例如在图2-4中能观察到的是，外表面42A和内表面42B绕第一轴线X1同心地设置。密封元件42的外表面42A可包括锥形部分42A-1(如图3和4中所示)，其配置成吸收或吸入管接头38中的错位，该错位可能在车辆10中排气系统28的安装期间或者在其操作期间发生。密封元件42可由嵌有金属的石墨基质构成，用以材料的适应于第一和第二排气管34和36的各种形状接触表面的能量，同时承受废气流26的升高温度。
持续参照图3和4，气体密封件40附加地包括导流元件44，该导流元件在内表面42B处固定于密封元件42。导流元件44可由不锈钢或者其它可形成的耐热材料构成，其主要用于材料的承受废气流26的升高温度的能力。例如本领域技术人员所已知的，在柴油发动机的某些操作条件期间，废气流26的温度可能超过1500度华氏度，而汽油发动机中的废气流温度可能超过2000度华氏度。导流元件44可经由围绕内表面42B延伸的合适焊接件固定于密封元件42，以使得所产生的接缝阻挡废气流26通过其中泄漏。
导流元件44限定孔口46，该孔口具有的形状配置成引导并且聚集废气流26远离第一轴线X1并且朝向三元催化转换器32且确切地说朝向催化剂的块表面32A。附加地，孔口46的形状旨在增强在气体密封件40下游的废气流26的均匀性。确切地说，孔口46可具有圆形形状46A。替代地，孔口46可具有非圆形、例如椭圆形或卵形形状46B。如图所示，孔口46的形状、不管是圆形形状46A还是非圆形形状46B都可在第二轴线X2上对中，该第二轴线与第一轴线X1隔开并且基本上平行于该第一轴线。因此，当孔口46在第二轴线X2上对中时，废气流26沿着第二轴线改向并且引导。
如果三元催化转换器32刚好在弯部36A下游连接于第二排气管36，则废气流26沿着第二轴线X2的引导会是尤其有益的。在此种实施例中，三元催化转换器32块表面32A设置成相对于第一轴线X1成一定角度，但在缺少导流元件44的情形下，废气流26会沿着第一轴线X1流动并且不会直接射到块表面处。在此种情况中，废气流26会一开始撞击第二排气管36的壁，而三元催化转换器32会仅仅在废气流由第二排气管的壁反射之后接收相当大部分的废气流。于是，三元催化转换器32会经历在发动机14的冷起动之后的延迟点燃，尽管其紧密连接于该发动机。
根据本发明，为了避免上述情况，导流元件44相对于三元催化转换器32定位在管接头38中，以由孔口46沿着第二轴线X2引导废气流26。于是，孔口46相对于三元催化转换器32的确切选择定向用于将废气流直接地引导至块表面32A。附加地，可将孔口46的形状选择成通过在废气流进入到三元催化转换器32中之前混合该废气流来增强废气流26在块表面32A处的均匀性。在块表面32A处的更均匀废气流26旨在促进由三元催化转换器32来还原NOX排放物的更有效转换效率。这样，确切定向的导流元件44的使用时的三元催化转换器32能紧密联接于发动机14，用以更快速地催化剂点燃。附加地，导流元件44可确保在发动机14的所有操作范围和温度中三元催化转换器32的最大性能。
如图2中所示，由定位在管接头38中的导流元件44产生的均匀废气流26能引导在氧传感器48处，该氧传感器定位在气体密封件40和三元催化转换器32之间。此种氧传感器48通常用于在废气进入到三元催化转换器32之前检测废气流26中的燃料-空气浓度或平衡并将其通信至电子控制器49。在氧传感器48处引导更均匀的废气流26能便于更稳固地监控发动机14中的空气-燃料平衡。例如，导流元件44的确切定位能使得氧传感器48能以增强的精确度来检测空气-燃料失衡。空气-燃料失衡的检测可进一步使得更有效地识别发动机14中的富油行进气缸，其可以是气缸熄火的指示器，由此便于经由电子控制器49来更精确地诊断和控制发动机操作。
导流元件44可包括沿着第一轴线X1延伸的部分50，该部分与密封元件42的外表面42A和内表面42B同心并且从中超出。部分50限定一个或多个槽52，这些槽配置成允许部分50能在管接头38的组装期间以及在气体密封件40经由过盈配合与第一排气管34的联接期间挠曲并且产生弹簧力F。因此，由槽52产生的弹簧力F意图在管接头38的组装期间、例如在附连于涡轮增压器24或者排气歧管30期间维持气体密封件40在管接头中的位置。气体密封件40能附加地包括特征件54，其配置成使得导流元件44的孔口46相对于管接头38、排气系统28以及三元催化转换器32定向。特征件54可配置成键元件、例如设置在部分50上的突部(图4中示出)，该键元件与设置在第一排气管34上作为键槽操作的对应的或匹配特征件协配。替代地，特征件54可配置成键槽，为此采用其中一个槽52(图3中示出)。配置成键槽的特征件54可与设置在第一排气管34上的对应突部协配，以在管接头38中定向孔口46。
详细描述和视图或附图是本发明的支持和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求所限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求的本发明的其中一些最佳模式和其它实施例，但存在用于实践限定在所附权利要求中的本发明的各种替代设计和实施例。此外，视图中示出的实施例或者在本说明书中提及的各种实施例的特征并非必须被理解成彼此独立的实施例。而是，可能的是，在实施例的其中一个示例中描述的每个特征能与来自其它实施例的多个其它期望特征相组合，从而产生并未用文字描述或者通过参考视图的其它实施例。因此，这些其它实施例落在所附权利要求范围的框架内。

Claims (10)

1.一种用于排气系统中管接头的气体密封件，所述排气系统配置成接收来自内燃(IC)发动机的废气流，所述气体密封件包括：
密封元件，所述密封元件具有绕第一轴线同心地设置的外表面和内表面，其中，所述外表面配置成相对于所述排气系统的管密封；以及
导流元件，所述导流元件在所述密封元件的所述内表面处固定于所述密封元件；
其中，所述导流元件限定孔口，所述孔口所具有的形状配置成引导和聚集所述废气流远离所述第一轴线。
2.根据权利要求1所述的气体密封件，其中，所述孔口具有圆形和非圆形形状中的一种。
3.根据权利要求2所述的气体密封件，其中，所述孔口在第二轴线上对中，并且其中，所述第二轴线与所述第一轴线隔开。
4.根据权利要求1所述的气体密封件，其中，所述密封元件由嵌有金属的石墨基质构成，并且所述导流元件由不锈钢构成。
5.根据权利要求1所述的气体密封件，其中，所述密封元件的所述外表面包括锥形部分，所述锥形部分配置成吸收所述管接头中的错位。
6.根据权利要求1所述的气体密封件，其中，所述导流元件包括一部分，所述部分沿着所述第一轴线并且与所述密封元件的所述外表面和所述内表面同心地延伸，并且其中，所述部分限定槽，所述槽配置成在所述管接头的组装期间经由所产生的弹簧力来维持所述气体密封件在所述管接头中的位置。
7.根据权利要求1所述的气体密封件，进一步包括特征件，所述特征件配置成将所述导流元件的孔口在所述管接头内定向。
8.一种排气系统，所述排气系统配置成接收来自内燃(IC)发动机的废气流，所述排气系统包括：
管接头，所述管接头经由连接于第二排气管的第一排气管构成；
排气后处理(AT)装置，所述排气后处理装置流体地连接于所述第二排气管并且配置成接收并处理在所述管接头下游的所述废气流；以及
气体密封件，所述气体密封件在所述第一排气管和所述第二排气管之间设置在所述管接头处，所述气体密封件包括：
密封元件，所述密封元件具有绕第一轴线同心地设置的外表面和内表面，其中，所述外表面配置成相对于所述排气系统的管密封；以及
导流元件，所述导流元件在所述密封元件的所述内表面处固定于所述密封元件；
其中，所述导流元件限定孔口，所述孔口所具有的形状配置成引导和聚集所述废气流远离所述第一轴线并且朝向所述AT装置。
9.根据权利要求8所述的排气系统，其中，所述孔口具有圆形和非圆形形状中的一种。
10.根据权利要求9所述的排气系统，其中，所述孔口在第二轴线上对中，并且其中，所述第二轴线与所述第一轴线隔开。
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