CN111492128B - 用于密封排气歧管和涡轮之间的连接部的密封垫圈 - Google Patents

用于密封排气歧管和涡轮之间的连接部的密封垫圈 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种密封垫圈(8)，所述密封垫圈用于密封车辆的排气歧管和涡轮之间的连接部，所述密封垫圈包括两个流道开口(80、82)和第一密封部(86)，所述两个流道开口由分隔壁(84)分开，所述第一密封部围绕所述两个开口延伸。所述密封垫圈至少包括第二密封部(88)并且优选还包括第三密封部(90)，所述第二密封部围绕所述两个开口中的一个开口(80)延伸，所述第三密封部围绕所述两个开口中的另一个开口(82)延伸。

Description

用于密封排气歧管和涡轮之间的连接部的密封垫圈
技术领域
本发明涉及一种密封垫圈，该密封垫圈用于密封排气歧管和涡轮之间的连接部。
背景技术
在卡车工业中，涡轮增压器通常与狄塞尔循环内燃发动机一起使用。涡轮增压器是一种涡轮驱动的装置，它通过迫使更多的空气进入燃烧室中来提高内燃发动机的效率和功率。通常，涡轮增压器由涡轮提供动力，该涡轮由发动机的热排气驱动。
在大多数情形中，涡轮是固定几何涡轮，该固定几何涡轮包括设置有分隔壁的凸缘，以将排气流分成两股流。通常，考虑到六气缸歧管，将来自前三个气缸的排气被与来自其它三个气缸的排气分开。在排气歧管上设置有相当的凸缘。将排气分成两股分开的流有助于减少燃料消耗。
大多数时候，排气歧管和涡轮是两个不同的部件，这意味着两个凸缘之间的连接部需要密封。为此，使用了垫圈，该垫圈通常称为密封垫圈。该垫圈包括由分隔壁分开的两个流道开口。在操作中，特别是当达到稳定阶段时(即，在长时间满负荷运行之后)，排气歧管和涡轮增压器的分隔壁经受高温。排气歧管和涡轮增压器中的最热部件是分隔壁，因为分隔壁同时与循环通过排气歧管和涡轮增压器开口的热气流接触，并且因为分隔壁不与周围空气接触。因此，分隔壁的热膨胀大于凸缘的剩余部分的热膨胀，这会导致分隔壁之间的接触压力。该接触压力减小了垫圈在凸缘上的接触压力，这可能导致泄漏问题。
解决该问题的一个基本方案是去除垫圈的在两个开口之间的分隔壁部分，从而在垫圈中形成较大的大开口。然而，这种解决方案产生两个缺点。第一个缺点是两股排气流可能在歧管和涡轮之间的界面处连通，从而造成脉冲能量损失并增加了整体消耗。第二个问题是排气歧管和涡轮的分隔壁在局部上较热，这可能会导致裂纹。
本发明旨在通过提出一种新的垫圈设计来弥补这些缺点，通过这种新的垫圈设计，在歧管和涡轮之间的界面处不存在气体连通的风险，并且由于分隔壁的热膨胀而导致泄漏的风险较低。
发明内容
为此，本发明涉及一种密封垫圈，该密封垫圈用于密封车辆的排气歧管和涡轮之间的连接部，该密封垫圈包括第一密封部和两个流道开口，这两个流道开口由分隔壁分开，并且该第一密封部围绕这两个开口延伸。该密封垫圈至少包括第二密封部并且优选还包括第三密封部，该第二密封部围绕这两个开口中的一个开口延伸，并且该第三密封部围绕这两个开口中的另一个开口延伸。
EP 2 818 661公开了在排气歧管和涡轮之间的密封垫圈的示例。该密封垫圈包括密封部，该密封部围绕垫圈的两个开口延伸。该密封部包括密封环，该密封环容纳在被铣削到密封垫圈中的环形凹槽中。这种垫圈的缺点在于它无法有效地防止涡轮和歧管之间的界面处的气体连通。
CN 20 30 67776公开了密封垫圈的另一示例，该密封垫圈安装在柴油发动机的涡轮机械增压器和排气歧管之间。该垫圈设置有两个流道开口并且设置有两个密封肋，这两个密封肋均围绕该垫圈的相应一个开口延伸。这种垫圈的问题在于它无法有效地防止气体泄漏。
由于本发明，围绕所述两个开口延伸的第一密封部使得能够尽可能地避免由于排气歧管和涡轮增压器凸缘的热变形而导致的气体泄漏，并且第二密封部使得能够尽可能地避免两股排气流在涡轮和歧管之间的界面处连通。换言之，与现有技术的密封垫圈相比，增强了垫圈的密封功能。第一密封部和第二密封部被设计成补偿不同的变形。
下文限定了该垫圈的其它有利特征：
-至少一个密封部是与垫圈的剩余部分成一体的密封凸条(sealing bead)或者是可移除的密封环。
-每个密封部均是与垫圈的剩余部分成一体的密封凸条或者是可移除的密封环。
-该密封垫圈为板的形式，并且所述密封部至少在该板的一侧突出。
-所述密封部设置在该板的两侧。
-第二密封部和第三密封部是两个密封凸条，这两个密封凸条均与垫圈的剩余部分成一体，并且在分隔壁的区域中不合并。
-该垫圈是通过冲压或模制而制成的。
-第一密封部和第二密封部被不同地设计，以补偿不同的变形。
-一方面的第一密封部和另一方面的第二密封部及第三密封部被不同地设计，以补偿不同的变形。
-第一密封部具有在密封垫圈的厚度上测量的高度，该高度高于第二密封部的高度。优选地，当密封垫圈包括第三密封部时，该第一密封部具有在密封垫圈的厚度上测量的高度，该高度高于第二密封部和第三密封部的高度。
-第一密封部具有在密封垫圈的厚度上测量的高度，该高度至少比第二密封部的高度高20％。优选地，当密封垫圈包括第三密封部时，第一密封部具有在密封垫圈的厚度上测量的高度，该高度至少比第二密封部和第三密封部的高度高20％。
-确定第一密封部的高度，使得在第一密封部的压缩状态下，第一密封部86的在密封垫圈的厚度上测量的高度等于第二密封部或第三密封部在被压缩时的高度再加上与第二密封部或第三密封部在分隔壁处的、例如在操作状态下所遇到的最大变形幅度相对应的高度。
本发明还涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括排气歧管、涡轮以及如上文所限定的密封垫圈，该密封垫圈用于密封涡轮和歧管之间的连接部。
本发明还涉及一种车辆，例如卡车或牵引卡车，该车辆包括如上文所限定的内燃发动机。
附图说明
通过阅读仅以两个非限制示例给出的以下描述并且参照附图(这些附图是示意图)，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是车辆、特别是牵引卡车的侧视图，该车辆包括排气歧管和涡轮；
图2是涡轮的立体图；
图3是排气歧管的立体图；
图4是歧管和涡轮之间的连接部的示意图，该连接部的密封由密封垫圈确保；
图5表示垫圈的第一实施例的示意图；
图6表示垫圈的第二实施例的示意图；
图7表示垫圈的根据图5和图6的剖面线A-A截取的部分剖面图。
具体实施方式
图1以侧视图示出了车辆，在本示例中，该车辆是牵引卡车1。然而，在未示出的可替代实施例中，该车辆可以不同于牵引卡车。例如，该车辆可以是轻型、中型或重型车辆、多功能车辆、自主车辆，等等。
牵引卡车1包括内燃发动机，该内燃发动机包括发动机缸体(未示出)，该发动机缸体包括多个燃烧气缸(通常为六个气缸)。
该发动机还包括排气歧管4(图3中所示)，该排气歧管4收集从这些发动机气缸的燃烧室排出的气体。通常，该排气歧管4包括六个入口4.1、4.2、4.3、4.4、4.5和4.6，这些入口4.1、4.2、4.3、4.4、4.5和4.6分别连接到发动机的燃烧室。来自前三个气缸的(即，在入口4.1到4.3中流动的)排气与来自其它三个气缸的(即，在入口4.4到4.6中流动的)排气分开。因此，歧管4包括在歧管4的连接凸缘40上敞口的两个气流通道42和44。这两个气流通道42和44由歧管4的分隔壁45分开。分隔壁45延伸到连接凸缘40。
该发动机还包括涡轮增压器6(参见图2)，该涡轮增压器6包括压缩机部分6.1和涡轮部分6.2，该涡轮部分6.2例如可以是固定几何涡轮(FGT)。涡轮6.2将排气的热能和动能转化为机械扭矩。通常，所产生的机械扭矩可以用于为压缩机部分6.1提供动力。根据本发明的未示出的替代方案，涡轮6.2不是涡轮增压器的必要部件，并且它可以用于为其它车辆设备(例如，泵)提供动力。涡轮6.2包括两个入口气流通道62和64，这两个入口气流通道62和64经由涡轮6.2的连接凸缘60和歧管4的连接凸缘40而分别与排气歧管4的两个气流通道42和44连接。
两个入口气流通道62和64均在连接凸缘60上敞口。连接凸缘60设置有分隔壁65，以将气流通道62和64的入口分开，并因此将排气流分成两股流。图5中所示的垫圈8用于密封该涡轮的凸缘60与歧管4的凸缘40之间的连接部。垫圈8为涡轮凸缘60的形式，并且由单个钢层或多个钢层制成。垫圈8包括两个流道开口80和82，这两个流道开口80和82由分隔壁84分开，该分隔壁84对应于歧管4和涡轮6.2各自的分隔壁45和65。
优选地，仅存在两个流道开口。在该示例中，这两个开口具有矩形形状。然而，任何其它形状也是可能的。通常，开口80和82可以具有圆形形状。
有利地，垫圈8界定了用于供固定螺栓(未示出)穿过的孔92。
垫圈8包括用虚线示意性地表示的第一密封部86，该第一密封部围绕两个开口80和82延伸。优选地，密封部86是与垫圈的剩余部分成一体的密封凸条。特别地，该密封凸条形成包围开口80和82的矩形。
该密封垫圈还包括用虚线示意性地表示的第二密封部88，该第二密封部88围绕开口82延伸。该密封垫圈可以包括也用虚线示意性地表示的第三密封部90，该第三密封部90围绕开口80延伸。优选地，密封部88和90是与垫圈8的剩余部分成一体的两个间隔开(distant)的密封凸条。特别地，每个密封凸条均形成包围开口80或82的矩形。替代地，密封部86、88和90可以具有不同的形状。典型地，密封部86、88和90可以具有圆形形状。
有利地，密封部88和90被密封部86包围。
假设密封凸条86、88和90与垫圈8的剩余部分成一体，则例如可以通过冲压而容易地将垫圈8制造成一件。通常，垫圈8由金属、例如由不锈钢层制成。
在图4中，箭头F2表示来自歧管4并进入涡轮6.2中的两股相应的气流的方向。如该图中所示，在组装状态下，通道42以气密的方式与通道62连通，并且通道44以气密的方式与通道64连通。
为了使附图清楚，在图4中示出了垫圈8，但未示出密封凸条。
优选地，第一密封部86和第二密封部88被不同地设计，以补偿不同的变形。当密封垫圈8还包括第三密封部90时，一方面的第一密封部86和另一方面的第二密封部88及第三密封部90被不同地设计，以补偿不同的变形。
根据该密封垫圈8的改进，第一密封部86具有在所述板的厚度上测量的高度H1(图7)，并且当该第一密封部86处于放松状态(rest state)、也就是说处于未被压缩的状态时，该高度H1高于第二密封部88的高度H2。当密封垫圈8还包括第三密封部90时，该第一密封部86具有在所述板的厚度上测量的高度H1，(当第一密封部86被未压缩时)，该高度H1高于第二密封部88和第三密封部90的高度H2、H3。
因此，通过在垫圈8上提供第一密封部86(该第一密封部86所具有的在所述板的厚度上测量的高度H1(图7)高于第二密封部88和第三密封部90的高度H2、H3)，补偿了分隔壁45和65的热膨胀，该热膨胀大于凸缘40、60的剩余部分的热膨胀。由此，当密封垫圈8安装在发动机上并且发动机正在运行时，甚至当分隔壁45和65比凸缘40、60的剩余部分具有更大的热膨胀时，在这些凸缘的围绕两个开口80和82延伸的周边区域中，依然维持了垫圈8在凸缘40和凸缘60之间的接触压力。因此，即使当分隔壁45和65比凸缘40、60的剩余部分具有更大的热膨胀时，依然能够在该周边区域中避免泄漏问题。
优选地，第一密封部86具有在所述板的厚度上测量的高度H1，该高度H1至少比第二密封部88的高度H2高20％。当密封垫圈8还包括第三密封部90时，该第一密封部8具有在所述板的厚度上测量的高度H1，该高度H1至少比第二密封部88和第三密封部90的高度H2、H3高20％。例如，第一密封部86可以具有在1.8mm和3.6mm之间的高度H1，而第二密封部88和/或第三密封部90可以具有在1.5mm和3mm之间的高度H2、H3。
优选地，第二密封部88和第三密封部90被设计成补偿分隔壁45和65的热变形幅度。
优选地，确定第一密封部86的高度，使得：在第一密封部86的压缩状态下，第一密封部86的(在密封垫圈8的厚度上测量的)高度h1等于第二密封部88或第三密封部90在被压缩时的高度h2或h3再加上高度HA，该高度HA对应于第二密封部88或第三密封部90在分隔壁84处的、例如在操作状态下(也就是说，当密封垫圈8安装在发动机上时)所遇到的最大变形幅度A。在操作状态下，第二密封部88或第三密封部90在分隔部84处的变形幅度A主要是由分隔壁45和65的热变形导致的。优选地，由分隔壁45和65的热变形导致的所述幅度A是在以下温度之间测量的：当发动机停止或刚启动时，排气歧管4的环境温度；以及排气歧管4在发动机的某些操作期间所遇到的高温度。根据与该密封垫圈的主表面垂直的方向来测量所述幅度A。
两个密封凸条88和90优选不在分隔壁84的区域中合并，这意味着在垫圈8的两个开口80和82之间存在双重密封。根据这种改进的布置结构，根据本发明的垫圈8在两个垫圈开口80、82之间(即，在分隔壁84的区域中)提供了改进的密封。
优选地，密封部86、88和90设置在密封垫圈8的两侧，这意味着第一组三个密封部被设计成在垫圈8的一侧与歧管凸缘40密封接触，并且第二组三个同样的密封部被设计成在垫圈8的另一侧与涡轮凸缘60密封接触。
替代地，并且如图6中所示，垫圈8可以仅包括两个密封部86和88，即两个密封凸条。换言之，密封部90(或88)纯粹是可选的。
在一个未示出的替代实施例中，第一密封部86、第二密封部88和第三密封部90中的至少一个密封部是可移除的密封环，通常是钢制V形环。特别地，该密封环可以容纳在垫圈的凹槽中。
所描绘的实施例和未示出的替代实施例的特征可以组合在一起，以产生本发明的新实施例。

Claims (12)

1.密封垫圈(8)，所述密封垫圈用于密封车辆(1)的排气歧管(4)和涡轮(6.2)之间的连接部，所述密封垫圈(8)包括第一密封部(86)和两个流道开口(80、82)，所述两个流道开口(80、82)由分隔壁(84)分开，所述第一密封部(86)围绕所述两个流道开口(80、82)延伸，其中，所述密封垫圈(8)至少包括第二密封部(88)，所述第二密封部(88)围绕所述两个流道开口(80、82)中的一个流道开口(82)延伸，其中，每个密封部(86、88、90)均是与所述密封垫圈(8)的剩余部分成一体的密封凸条，并且其中，所述密封垫圈(8)由单个钢层制成。
2.根据权利要求1所述的密封垫圈，其特征在于，所述密封垫圈为板的形式，并且所述密封部(86、88、90)至少在所述板的一侧上突出。
3.根据权利要求2所述的密封垫圈，其特征在于，所述密封部(86、88、90)设置在所述板的两侧上。
4.根据权利要求1或2所述的密封垫圈，其特征在于，所述密封垫圈还包括第三密封部(90)，所述第三密封部(90)围绕所述两个流道开口(80、82)中的另一个流道开口(80)延伸，并且所述第二密封部(88)和所述第三密封部(90)是两个密封凸条，所述两个密封凸条均与所述密封垫圈的剩余部分成一体，并且所述两个密封凸条在所述分隔壁(84)的区域中不合并。
5.根据权利要求1或2所述的密封垫圈，其特征在于，所述密封垫圈是通过冲压或模制而制成的。
6.根据权利要求1或2所述的密封垫圈，其特征在于，所述第一密封部(86)和所述第二密封部(88)被不同地设计，以补偿不同的变形。
7.根据权利要求1或2所述的密封垫圈，其特征在于，所述密封垫圈还包括第三密封部(90)，所述第三密封部(90)围绕所述两个流道开口(80、82)中的另一个流道开口(80)延伸，并且所述第一密封部(86)被设计成与所述第二密封部(88)及所述第三密封部(90)不同，以补偿不同的变形。
8.根据权利要求7所述的密封垫圈，其特征在于，所述第一密封部(86)具有在所述密封垫圈(8)的厚度上测量的高度(H1)，所述高度(H1)高于所述第二密封部(88)的高度(H2)，并且，当所述密封垫圈(8)包括第三密封部(90)时，所述第一密封部(86)的在所述密封垫圈(8)的厚度上测量的高度(H1)高于所述第二密封部(88)和所述第三密封部(90)的高度(H2、H3)。
9.根据权利要求8所述的密封垫圈，其特征在于，所述第一密封部(86)的在所述密封垫圈(8)的厚度上测量的高度(H1)至少比所述第二密封部(88)的高度(H2)高20%，并且，当所述密封垫圈(8)包括第三密封部(90)时，所述第一密封部(86)的在所述密封垫圈(8)的厚度上测量的高度(H1)至少比所述第二密封部(88)和所述第三密封部(90)的高度(H2、H3)高20%。
10.根据权利要求9所述的密封垫圈，其特征在于，确定所述第一密封部(86)的高度，使得在所述第一密封部(86)的压缩状态下，所述第一密封部(86)的在所述密封垫圈(8)的厚度上测量的高度(h1)等于所述第二密封部(88)或所述第三密封部(90)在被压缩时的高度(h2、h3)再加上以下高度(HA)：该高度(HA)对应于所述第二密封部(88)或所述第三密封部(90)在所述分隔壁(84)处的在操作状态下所遇到的最大变形幅度(A)。
11.内燃发动机，所述内燃发动机包括排气歧管(4)、涡轮(6.2)、以及根据权利要求1或2所述的密封垫圈(8)，所述密封垫圈(8)用于密封所述涡轮(6.2)和所述排气歧管(4)之间的连接部。
12.车辆(1)，其包括根据权利要求11所述的内燃发动机，其中，所述车辆是卡车。
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