CN108602472A - 用于排气系统的防热罩组件 - Google Patents

Abstract

防热罩组件包括最内层，其直接与排气部件可接合，并且由具有第一热容和第一导热系数的非陶瓷材料制成。防热罩组件另外包括绝缘节约装置，其包围最内层并且由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，该第二热容小于第一热容，该第二导热系数小于第一导热系数。最内层与排气部件的直接接合允许热量在排气部件与最内层之间轻易地传递。

Description

用于排气系统的防热罩组件

相关申请

本申请要求于2015年12月27日递交的、序列号为14/979,416的美国实用专利申请的优先权，该申请的全部公开文本被认为是本申请公开文本的一部分，并且由此通过引用并入。

背景技术

1.技术领域

本发明总体涉及用于车辆排气系统的防热罩组件。

2.相关技术

具有内燃机的车辆通常包括具有多根排气管、催化转换器、消音器以及(有时)涡轮增压器的排气系统。所有这些部件在高温下运行得最高效。例如，排气系统通常负责对来自燃烧进程中的排气内的未燃烧碳氢化合物进行氧化。

为了保护其他车辆部件免受排气的热量，大部分排气系统包括一个或多个防热罩，其封装排气系统内的一个或多个部件。典型的防热罩组件基本整体由导热系数非常低的一种或多种绝缘材料制成，以便直接隔绝排气部件，由此将保留在排气部件内的热量最大化，从而优化来自燃烧进程中的排气内的未燃烧碳氢化合物的氧化。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于车辆内燃机排气系统的防热罩组件。防热罩组件包括最内层，其直接与排气部件可接合，并且由具有第一热容和第一导热系数的非陶瓷材料制成。防热罩组件另外包括绝缘层，其包围最内层并且由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，该第二热容小于第一热容，该第二导热系数小于第一导热系数。最内层与排气部件的直接接合允许热量在排气部件与最内层之间轻易地传递。

防热罩组件是有益的，因为由于高热容和导热系数，热量非常有效率地在排气部件与最内层之间传导。照此，当内燃机冷启动而所有部件处于环境温度时，排气管相对缓慢地暖化，因为来自穿过排气管的排气的某些热量传递至最内层之内。这使排气管免受由于快速温度变化导致的应力，而这种应力会损坏排气部件。此外，最内层的高热容和导热系数允许最内层在发动机运行期间吸收大量的热，并且在发动机已经停止运行之后将热量返回到排气管，由此减小排气部件冷却的速率。除了使排气管免受快速温度变化引起的应力之外，这还具有以下效果：针对假如内燃机在短时间内再次开始运行，使排气管更接近最优运行温度。例如，如果当车辆司机进入商店时关掉发动机，当他或她重启发动机时，排气管将会更接近其最优运行温度。这会具有以下效果：减少由排气系统排放的污染物，并且在排气管以其他方式热身到达其最优运行温度的时间期间，还提升了发动机的性能。

根据本发明的另一方面，最内层由两块件制成。

根据本发明的再一方面，绝缘层由两块件制成。

根据本发明的再一方面，防热罩组件还包括外壳，包围最内层和绝缘层，用于保护最内层和绝缘层。

根据本发明的另一方面，外壳由两块件制成。

根据本发明的再一方面，外壳的两块件通过焊缝结合在一起。

根据本发明的再一方面，焊缝在外壳块件的径向延伸凸缘处将外壳的两块件结合在一起。

根据本发明的再一方面，外壳纵向延伸，在纵向上超过最内层和绝缘层。

根据本发明的再一方面，在邻近每个纵向端部处，外壳径向向内逐渐变细，以直接接触排气部件。

本发明的另一方面涉及一种用于车辆的排气组件。排气组件包括排气部件(诸如排气管)以及包括最内层和绝缘层的防热罩组件。最内层与排气部件直接接合，并且由具有第一热容和第一导热系数的非陶瓷材料制成，用于接收并保留在内燃机运行期间来自排气部件的热量，并且用于在内燃机已经停止运行之后将热量传递回到排气部件。绝缘层包围最内层，并且由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，该第二热容小于第一热容，该第二导热系数小于第一导热系数，用于将排气部件以及最内层从另一车辆部件隔离开来。

附图说明

本发明的这些及其他方面、特征和优点，在结合以下当前优选实施例以及最佳模式、所附权利要求和附图的详细描述来考虑时，将会变得更容易领会，其中：

图1是排气管形式的排气部件的透视图，具有包围着一部分排气管纵向长度的散热器组件的示范性实施例；

图2是排气管和散热器组件的截面透视图；

图3是散热器组件示范性实施例的爆炸图；

图4是沿图1的线4-4截得的排气管以及散热器组件示范性实施例的横截面图；

图5是示出了用于将示范性散热器组件的外壳的两块件焊接在一起的缝焊工序的透视图；

图6是围绕排气管的散热器组件示范性实施例的一个纵向端部的放大图；以及

图7是覆盖涡轮增压器、催化转换器和一部分排气管的防热罩的透视图，其位于示范性车辆排气组件中。

具体实施方式

参照附图，其中贯穿数幅视图，相同的序号指示相应的部分，排气部件包括防热罩组件20，用于带有内燃机(未示出)的车辆内，总体如图1所示。示范性排气部件是排气管22，用于将来自发动机排气歧管的排气通过尾气管输送到大气。然而，需要理解的是，防热罩组件20可以结合其他类型的排气部件(诸如催化转换器、涡轮增压器或消音器)使用。

防热罩组件20的示范性实施例包括三个不同且分开形成的层，它们全部包围或封装排气管22的一部分长度。三层中的第一层是最内层24，其直接、面对面接触排气管22，用于将热量通过传导在排气管22与最内层24之间直接传递。

最内层24由第一材料制成，具有第一热容(也称之为比热)和第一导热系数。非陶瓷材料的第一热容和第一导热系数均相对高。由于高热容和导热系数，热量非常有效率地在排气部件与最内层24之间传导。照此，当内燃机冷启动而所有部件处于环境温度时，排气管22相对缓慢地暖化，因为来自穿过排气管22的排气的某些热量传递至最内层24之内。这使得排气管22免受损毁，而这种损毁会因加热太快而发生。

此外，最内层24的高热容和导热系数允许最内层24在发动机已经停止运行之后将热量返回到排气管22，由此减小排气部件冷却的速率。除了使排气管22免受冷却太快而引起的损毁之外，这还具有以下效果：针对假如内燃机在短时间内再次开始运行，使排气管22更接近最优运行温度。例如，如果当车辆司机进入商店时关掉发动机，当他或她重启发动机时，排气管22将会更接近其最优运行温度。这会具有以下效果：减少由排气系统排放的污染物，并且在排气管22以其他方式热身到达其最优运行温度的时间期间，还提升了发动机的性能。

最内层24由在正常环境温度下为固态、而在排气管22的正常运行温度下为液态的材料制成，以存储潜热形式的能量。或者，最内层24可以是由在排气管22的整个运行温度范围下为固态的材料制成。最内层24的优选材料包括盐石蜡；水合盐(诸如焦磷酸酯水合物或共熔水合盐混合物、盐或共晶盐混合物)；熔融盐；金属合金；铝、硅、铜、镁或镍的二元或三元金属合成物；以及石墨复合物。

防热罩组件20还包括绝缘层26，其包围或封装最内层24。绝缘层26由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，该第二热容小于最内层24的第一热容，该第二导热系数小于最内层24的第一导热系数。例如，绝缘层26由高温绝缘纤维垫、羊毛、针垫、编织毯或其他复合物，或者诸如石英纤维、E-玻璃纤维、碱土金属纤维、玄武岩纤维或其他适用于耐高温、低导热系数的绝缘材料等的材料复合物。

在运行中，绝缘层26约束热量从最内层24逸出，由此最大化排气管22与最内层24之间的传递热量，并且还保护其他车辆部件免受从排气管22放射出的热量。

防热罩组件20另外包括外壳28，由不同于最内层24和绝缘层26的材料制成，包围或封装绝缘层26。外壳28由任意合适的材料(诸如金属或塑料)制成，用于保护排气管22和最内层24和绝缘层26免于由车身之下的石头、水、灰尘、碎屑和其他污染物所造成的损毁。

如图3所示，最内层24、绝缘层26和外壳28中的每一个制作成两块件，一般为半圆柱形件，具有直径上间隔开的纵向延伸边缘30以及弯曲的内表面。最内层24的块件的内表面是弯曲的，以匹配管状排气管22的外表面曲率。现在参照图4，在组装防热罩组件20期间，最内层24的两块件与排气管22的相对侧进入嵌套关系，而纵向延伸边缘30彼此接触，使得最内层24包围或封装排气管22的一部分。这样在排气管22与最内层24之间建立了非常大面积的面对面接触，以促进排气管22与最内层24之间的热传导。绝缘层26通过类似于上述最内层24与排气管22之间的连接的工序，与最内层24结合在一起。

接下来，外壳28的两块件锁定在一起，以限制最内层24和绝缘层26。外壳28的示范性块件具有凸缘32a、32b，它们一起径向向外并且沿外壳28的长度纵向伸出。在示范性实施例中，凸缘32a、32b变形成彼此锁定结合，然后焊接在一起，以限制围绕着排气管22的最内层24和绝缘层26。具体地，参照图5，示范性凸缘32a、32b通过缝焊，凭借将凸缘32a、32b的相对侧与一对带电辊子电极34接合焊接在一起，并且经过辊子电极34之间的凸缘32a、32b的长度。电流从一个电极34流经凸缘32并且到达另一个电极34具有以下效果：将凸缘32a、32b的部分加热至其熔点，由此在凸缘32a、32b一旦冷却时创建焊接连接点36(如图4所示)。缝焊已被发现是一种特别具有成本效益的手段，用于创建围绕最内层24和绝缘层26的可靠连接。

如图6所示，在防热罩组件20的每一个纵向端部处，外壳28纵向延伸超过最内层24和绝缘层26的相邻端部，并且径向向内逐渐变细，以直接接触排气管22。示范性外壳28还机械变形到，在外壳28和排气管22之间建立气密性和液密性密封。另外，可以涂覆粘合剂或涂层以在外壳28和排气管22的纵向端部之间创建气密性和液密性密封。

图7示出了防热罩组件20的示范性实施例，其安装在车辆的示范性排气系统的多个部件之上。在本实施例中，防热罩组件20包围涡轮增压器、催化转换器和一部分排气管。

显而易见，本发明的许多修改和变体在上述教导的启发下是可行的。因此，能够理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于具体描述的其他方式来实施。

Claims (15)

1.一种用于车辆内燃机排气系统的防热罩组件，包括：

最内层，与排气部件直接接合，并且由具有第一热容和第一导热系数的非陶瓷材料制成，用于接收并保留在内燃机运行期间来自排气部件的热量，并且用于在内燃机已经停止运行之后将热量传递回到排气部件；以及

绝缘层，包围所述最内层，并且由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，所述第二热容小于所述第一热容，所述第二导热系数小于所述第一导热系数，用于将排气部件以及所述最内层从另一车辆部件隔离开来。

2.如权利要求1所述的防热罩组件，其特征在于，所述最内层由两块件制成。

3.如权利要求1所述的防热罩组件，其特征在于，所述绝缘层由两块件制成。

4.如权利要求1所述的防热罩组件，还包括外壳，其包围所述最内层和绝缘层，用于保护所述最内层和绝缘层。

5.如权利要求4所述的防热罩组件，其特征在于，所述外壳由两块件制成。

6.如权利要求5所述的防热罩组件，其特征在于，所述外壳的所述两块件在焊缝处结合在一起。

7.如权利要求6所述的防热罩组件，其特征在于，所述焊缝在所述外壳的块件的径向延伸凸缘处将所述外壳的所述两块件结合在一起。

8.如权利要求4所述的防热罩组件，其特征在于，所述外壳纵向伸出，在两个纵向上超过所述最内层和绝缘层。

9.如权利要求8所述的防热罩组件，其特征在于，邻近每个纵向端部，所述外壳径向向内逐渐变细，用于直接接触排气部件。

10.一种用于车辆的排气组件，包括：

排气部件；

防热罩组件，包括最内层、绝缘层；

所述最内层，与所述排气部件直接接合，并且由具有第一热容和第一导热系数的非陶瓷材料制成，用于接收并保留在内燃机运行期间来自所述排气部件的热量，并且用于在内燃机已经停止运行之后将热量传递回到所述排气部件；以及

绝缘层，包围所述最内层，并且由具有第二热容和第二导热系数的材料制成，所述第二热容小于所述第一热容，所述第二导热系数小于所述第一导热系数，用于将所述排气部件以及所述最内层从另一车辆部件隔离开来。

11.如权利要求10所述的排气组件，其特征在于，所述排气组件是排气管。

12.如权利要求1所述的排气组件，还包括外壳，其包围所述最内层和绝缘层，用于保护所述最内层和绝缘层。

13.如权利要求4所述的排气组件，其特征在于，所述外壳由两块件制成。

14.如权利要求5所述的排气组件，其特征在于，所述外壳的所述两块件在焊缝处结合在一起。

15.如权利要求4所述的排气组件，其特征在于，所述外壳纵向伸出，在两个纵向上超过所述最内层和绝缘层。