JP2010526243A - 高温ガス案内管、特に内燃機関の排ガス管との接続部のためのシール装置 - Google Patents

Abstract

高温ガスの接続部案内管、特に内燃機関の排ガス管のためのシール装置は、対応ガス通路をガス通路の外側に対してガス密に封じ込めるシール素子（９）を備える。シール装置（１）は、シール素子（９）の熱負荷を低減する手段（１３，１５，２１，２７，３７，４１）を有する。

Description

本発明は、高温ガス案内管、特に内燃機関の排ガス管との接続部のために用い、関連するガス通路をガス通路の外側に対してガス密に封じ込める少なくとも１つのシール素子を備えるシール装置に関する。

内燃機関分野の技術的進歩により、とりわけ小型で軽量の構成に関して、そして特に消費量最適化および性能向上に関して、排ガス・高温領域におけるシール結合部の耐用寿命に対する要求が増大している。このことは特に排気マニホールドとターボ過給器との間、排気マニホールドと触媒コンバータとの間またはターボ過給器と排ガス管との間の移行部におけるシール結合部に関していえる。これらの領域で生じる負荷は、関連するシール装置の耐用寿命の著しい低下をもたらす場合が多い。

これらの問題点を考慮して、本発明の課題は、耐用寿命に対する要求を特に良く満たしている高温ガス案内管、特に排ガス管のためのシール装置を提案することである。

本発明によれば、この課題は請求項１に記載の特徴を有するシール装置により解決される。

これによれば、本発明の本質的な特徴は、シール素子の熱過負荷に抗して作用する手段が設けられていることである。現在の装置で問題の領域において生じる場合があるような温度上昇は、まず耐用寿命の低下をもたらす。すなわち、シール素子の熱負荷を低減する手段が耐用寿命の本質的な改善をもたらすということである。

熱負荷を低減するために設けられた手段が、シール素子および／またはシール装置の一部を形成する管結合部の接続フランジに直接に作用するように、装置を構成してもよい。

このような構成は、シール素子自体もしくは接続フランジ、またはシール素子と接続フランジとに、放熱手段、すなわち、冷却作用を有する冷却構造部を設けることにより得られる。

代替的に接続フランジ、シール素子、またはこれら両方と作用結合している断熱手段を設けてもよい。

さらに、接続フランジ、シール素子、またはこれら両方と作用結合している複合的な冷却および断熱手段を備えるように装置を構成してもよい。

放熱手段を使用した特に有利な実施例では、シール装置が液状またはガス状の冷却媒体のための空間を含むように装置を構成してもよい。

この場合、冷却媒体のための空間は、１つ以上の冷却媒体通路を有していてもよい。

冷却媒体のための空間は、少なくとも部分的にシール素子の内部に形成されていてもよく、この空間がシール素子の外部に位置する冷却通路に接続しているように装置を構成してもよい。

特に有利な実施例では、外部に位置する冷却通路は、放熱のための外側冷却リブを備えていてもよい。

これに対し代替的または付加的に、冷却通路は能動的な外部冷却回路に接続していてもよい。

シール素子は、当接面またはフランジ面でシールする外側シール層により多層状に形成されていてもよく、冷却媒体および／または良好に熱伝導する中間層が、シール素子の外側シール層の間に位置している。

断熱材が断熱手段としてフランジ面と、シール素子の対向面との間に設けられているように装置を構成してもよい。

シールする外側シール層の間に良好に熱伝導する中間層が位置する実施例では、中間層における放熱面を形成する終端領域はシール層の外側端部を超えて外部に突出している。

本発明の基本原理を説明するための著しく簡略化した概略図である。 シール装置の一方側を著しく簡略化して示す第１実施例の拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。 本発明によるシール装置の他の実施例を示す図２に類似した拡大縦断面図である。

図１の概略図は、排ガス管系の接続箇所、例えば内燃機関のマニホールドとターボ過給器との間の移行部に本発明によるシール装置を挿入したところを示しており、シール装置１は、マニホールドの接続フランジ３とターボ過給器の接続フランジ５との間のシール部を形成している。システム作動中にシール装置１のシール素子に加えられる熱負荷を低減するための手段として、シール装置１は、シールする冷却構造体として形成されており、その構造を図２〜図８に示す実施例に基づき以下に詳細に説明する。既に述べたように、冷却構造体の機能原理によれば、能動的または受動的放熱部、断熱手段、または放熱部および断熱部とからなる複合部が設けられている。図１では、シール装置１は付加的に温度センサ手段７を備え、温度センサ手段７は能動的な冷却装置を利用して作動制御する。

図２は、接続フランジ３と、接続フランジ５と、これらの接続フランジ間に組み込まれたシール素子９とにより形成されたシール装置１の第１実施例を示しており、シール素子９は多層状に構成されている。この場合、かしめられた薄板からなる２つの外側シール層１１が設けられており、接続フランジ３および接続フランジ５にクリンプ部１４がシールするように当接される。シール層１１の間には、良好に熱伝導する材料、本実施例では銅薄板からなる良好に熱伝導する中間層１３が位置している。図２に明らかに見ることができるように、クリンプ部１４は、外側シール層１１がシール素子９の外側端部から間隔をおいて内側の中間層１３に当接しているように外側シール層１１に形成されているが、シール層１１は中間層１３の両側に隣接する空間１５が形成されるように外側端部に向けて発散している。この空間１５は、ガス状または液状冷却媒体を収容するために規定されており、外側端部は閉鎖薄板１７により閉鎖されている。この空間１５は、接続薄板１７の貫通開口１９を介して外部の冷却通路２１に接続されており、接続通路２１は、図示の実施例では、冷却フィンを有する冷却体２３の内部に収容されているか、または、能動的な冷却部が設けられている場合には、冷却媒体回路に接続されている。

本実施例では、シール素子９の熱負荷の低減は放熱により行われ、特に熱搬送は、熱伝導性の中間層１３の終端領域２５を介して、空間１５の内部の冷却媒体に向けて得られ、熱は冷却媒体から冷却通路２１を介して外部に向けて放出される。

図３は、断熱により熱負荷の低減を行う実施例を示している。シール素子９は同様にここでも、かしめられた薄板からなる外側シール層１１により多層状に構成されており、外側シール層１１は外側クリンプ部１４で接続フランジ３および５にシールされている。しかしながら、シール層１１における接続フランジ３および５に対向するその他の面は、作動時に高温となる接続フランジ３および５に直接に接触せず、断熱材２７からなる環状体により断熱されている。環状体は、比較的肉厚に形成されており、雲母からなっていてよい。このような接続フランジ３および５とシール素子９との間の断熱は、作動中のシール素子９の温度の低減、ひいては熱負荷の低減をもたらす。

図４の実施例は、シール素子９の熱負荷を低減するために図３の実施例に対応した断熱だけでなく、シール層１１の間で良好に熱伝導する中間層１３による付加的な放熱も行われる点で図３の実施例とは異なっており、中間層１３の終端領域２９は外部に向けて突出しており、これにより、例えば直接的な空気冷却により、または、図２に解決方法に対応してた冷却系（図示しない）により、外部に向けた付加的な放熱が可能である。

図５は、冷却媒体のための空間１５を用いて放熱を行う実施例を示しており、空間１５は、外側シール層１１の間に配置された内側環状体３１の内部に位置する。内側環状体３１は、符号３３で概略的に示すように溶接された本体により形成されており、冷却媒体接続部（図示しない）を有していてもよい。外側シール層１１は、ここでもかしめられた薄板により形成されており、接続フランジ３および５に対するそれぞれのクリンプ部１４におけるシールは、小さい面によるシール接触によって得られ、これにより、フランジ３，５とシール層１１との間には、小さい面による熱伝達領域しか生じない。排ガス流自体からシール素子９に作用する熱負荷は、空間１５の内部の冷却媒体を介した放熱により低減される。

図６は、シール素子９が一層で構成されている点を除いて図５の実施例に対応する実施例を示しており、環状体３１は、冷却媒体のための空間１５と、接続フランジ３および５に小さい面で当接する突出したシール領域３５とを形成している。

図７は、シール素子９が再び多層状になっている実施例を示し、かしめられた薄板からなる外側シール層１１は、クリンプ部１４の領域で接続フランジ３および５に当接してシールし、接触はここでも小さい面で得られる。シール層１１の間には、この場合にも良好に熱伝導する中間層１３が位置している。しかしながら、図２および図４の実施例とは異なり、中間層１３における外部に向けて突出した終端領域２９には、冷却面３９を形成する冷却体３７が一体的に接続しており、これに対して付加的に、冷却体３７は、冷却媒体を含む内側冷却通路４１をも備えており、この場合、能動的または受動的な冷却系が設けられていてもよい。

最後に、図８は、シール素子９が一層で形成されている点を除いては図７の実施例に対応する実施例を示し、図６の実施例におけるような環状体３１は、突出したシール部３５により、接続フランジ３および５に小さい面による接触によってシールする。環状体３１の終端領域２９は直接に冷却体３７に移行し、冷却体３７は、図７の場合のように内側冷却通路４１を有している。

上述のような排ガス系において本発明を使用することにより、作動時に約１００〜１５０℃だけシール素子の温度の低減を達成することができ、これにより、シール装置の耐用寿命が増大することが示された。高い冷却能力を有する冷却系を使用した場合にはさらに著しい温度低下を達成することができる。

Claims (13)

1. 高温ガス案内管、特に内燃機関の排ガス管との接続部に用い、関連するガス通路をガス通路の外側に対してガス密に封じ込めるシール素子（９）を備えるシール装置において、
   シール装置（１）が、シール素子（９）の熱負荷を低減する手段（１３，１５，２１，２７，３７，４１）を有することを特徴とするシール装置。
2. 請求項１に記載のシール装置において、
   前記手段が、前記シール素子（９）および／または前記シール装置（１）の一部を形成する接続フランジ（３，５）と作用結合しているシール装置。
3. 請求項２に記載のシール装置において、
   放熱手段（１３，１５，２１，２７，４１）が設けられているシール装置。
4. 請求項２に記載のシール装置において、
   断熱手段（２７）が設けられているシール装置。
5. 請求項２に記載のシール装置において、
   冷却および断熱をもたらす複合的な手段（１３，２７，２９）が設けられているシール装置。
6. 請求項３または５に記載のシール装置において、
   放熱手段が、液状またはガス状の冷却媒体のための空間（１５）を備えるシール装置。
7. 請求項６に記載のシール装置において、
   前記冷却媒体のための空間（１５）が、少なくとも１つの冷却媒体通路（２１，４１）を有しているシール装置。
8. 請求項６または７に記載のシール装置において、
   前記空間（１５）が、少なくとも部分的にシール素子（９）の内部に形成されているシール装置。
9. 請求項８に記載のシール装置において、
   前記空間（１５）が、前記シール素子（９）の外部に位置する冷却通路（２１，４１）に接続しているシール装置。
10. 請求項９に記載のシール装置において、
    外部に位置する前記冷却通路（２１）が、放熱のために外部の冷却リブ（２３）を備えるシール装置。
11. 請求項３から９までのいずれか一項に記載のシール装置において、
    前記シール素子（９）が、それぞれ当接面またはフランジ面（３，５）でシールする外側シール層（１１）によって多層状に形成されており、冷却媒体および／または良好に熱伝導する中間層（１３）のための空間（１５）が、前記シール素子（９）の外側シール層（１１）の間に位置しているシール装置。
12. 請求項５から１１までのいずれか一項に記載のシール装置において、
    断熱手段として断熱材（２７）が、フランジ面（３，５）とシール素子（９）の対向面と間に設けられているシール装置。
13. 請求項１１または１２に記載のシール装置において、
    良好に熱伝導する前記中間層（１３）における放熱面を形成する終端領域（２９）が、シール層（１１）の外側端部を超えて外部に突出しているシール装置。

Images