包括由不同材料制成的部件并具有改进的耐久性的排气系统组装单元

摘要

一种排气系统的组装单元(1)包括至少一个并且尤其是两个由铸造材料制成的连接漏斗(2)和一个管(3)。所述至少一个连接漏斗(2)包括管座(21)和至少一个支架(22)。所述支架(22)布置在所述管座(21)的外侧。该管(3)的连接部段(31)紧固至所述至少一个连接漏斗的支架(22)。所述管座(21)延伸超过该管(3)的连接部段(31)进入该管(3)的内部，并且所述管座与所述管(3)的内壁分隔开一个至少该管(3)的单壁厚的距离。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年1月16日提交的德国专利申请DE 10 2014 100 472.8的优先权，该申请的全部内容在此作为参考并入。

技术领域

本发明涉及一种用于排气系统的组装单元，该组装单元包括不同材料 制成的部件，该组装单元具有改进的耐久性。

背景技术

排气系统中使用由铸造材料、特别是铸铁以及金属板材制成的部件。 由铸造材料制成的部件特别在应当形成连续可变传输或复杂流路时使用， 而由金属板材制成的部件是当需要在特定长度上保持恒定的截面时使用 的。由铸造材料制成的部件的一个例子是排气肘管，由金属板材制成的部 件的一个例子是排气管。由铸造材料制成的部件与由金属板材制成的部件 之间的连接经常通过钎焊或焊接的方式建立。由铸造材料制成并且与由金 属板材制成的部件永久连接的部件在本文中指定为组装单元。

由于用铸造材料制成的部件与用金属板材制成的部件的热膨胀特性不 同—这也可以归因于不同的壁厚，经常在用铸造材料制成的部件与用金属 板材制成的部件之间的连接处出现可导致整体组装单元泄漏的问题。

发明内容

在此基础上，本发明的目的是提供一种排气系统的组装单元，该组装 单元包括由不同材料制成的部件，该组装单元具有改进的耐久性。

该排气系统组装单元的实施例具有至少一个由铸造材料制成的连接漏 斗和至少一个管，其中，该至少一个连接漏斗和该至少一个管两者都设计 用于使热的废气流动穿过它们。所述至少一个连接漏斗具有管座(管插座， 管插口)和至少一个支架。该支架布置在该管座的外侧。该管的连接部段 紧固至该至少一个连接漏斗的支架。管座在这种情况下延伸超出该管的连 接部段进入该管的内部，并且还与该管的内壁间隔开一个至少该管的单个 壁厚的距离。

通过使所述管座延伸超出所述连接部段进入该管的内部并且与该管的 内壁间隔开，所述管座充当相对于该连接部段的隔热件，因为在该管中被 引导的热的废气被引导成了与该连接部段成一距离处穿过管座。在试验中， 连接部段的温度因此可以降低100℃的绝对值或13％的相对值。

在本文中，管的连接部段限定成这样的管部段：该管部段平坦地抵靠 连接漏斗的支架(该部段的表面位于其上或沿其延伸)或平行于该支架延 伸。此外，连接部段包括所述管的这样的部段，即，该部段中有使该管紧 固至该连接漏斗的支架的辅助剂例如钎焊或焊接的焊缝。

根据一个实施例，相应设计的连接漏斗在该管的两端的每一端处均被 紧固，使得该组装单元总共具有两个连接漏斗。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗具有三个或更多支架，这些 支架布置成围绕所述管均匀分布。如果使用多个支架，则连接漏斗和管之 间的连接部的气密性可以经由连接漏斗的主体来保证。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗确切地具有一个支架，该支 架具有环形或椭圆形(卵形)的横截面。这种支架非常适于保持具有圆形 或椭圆形的横截面的管。

根据一个实施例，该管座具有环形或椭圆形的横截面，并因此非常适 于布置在圆形或椭圆形横截面的管中。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座延伸超过所述管的连 接部段进入该管的内部至少0.8cm，特别地至少1cm，特别地至少1.5cm， 特别地至少2cm，更特别地至少3cm。根据一个实施例，连接部段和连接 漏斗的长度是沿着平行于所述管的轴向方向或该管的对称轴线延伸的直线 在所述连接漏斗的区域中测量的。已发现，这种确定尺寸的连接漏斗特别 适于用作由铸造材料制成连接漏斗和管之间的连接部的隔热件。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座延伸超出所述管的连 接部段进入该管的内部小于10cm，特别是不超过3cm。已发现，使管座的 长度更长并不能使所述管和连接漏斗之间的连接部的隔热性进一步显著改 进。根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座延伸超过所述管的连 接部段进入该管的内部至少1cm，并且不超过2cm。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座与所述管的内壁隔开 至少0.8mm，特别地至少1mm，特别地至少1.5mm，特别地至少3mm， 特别地至少5mm，更特别地至少7mm。在这些距离处，可以防止由管座 传送到连接部段的辐射热变得过大。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座与所述管的内壁分隔 开小于3cm，特别地不超过7mm。已发现，更大的距离不再使隔热性进一 步显著提高。此外，当管座和管的内壁之间的距离更大时，更强的废气涡 流进入该处，从而可能出现向连接部段的增大的热传导。根据一个实施例， 所述至少一个连接漏斗的管座与所述管的内壁间隔开至少1mm，并且不超 过5mm。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座具有第一部段，在该 第一部段处该管座与该管的内壁相距恒定的距离。此外，所述至少一个连 接漏斗的管座还具有第二部段，在该第二部段中该管座与该管的内壁相距 一个相对于第一部段中的距离持续增大的距离。这里，第二部段邻近第一 部段并且该第二部段布置于第一部段与所述连接漏斗的主体之间，管座的 主体经由该第二部段与支架连接。这导致管座和支架之间的距离朝向所述 管的端部增大，并在所述管的端部达到最大值。因此，可以保证的是，管 座和支架之间的热输出是低的。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的管座具有这样的壁厚：该 壁厚对应于所述管的壁厚的至少两倍、特别地至少五倍、更特别地至少10 倍。因此，所述管的壁厚和所述管座的壁厚彼此有很大的不同。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的所述至少一个支架与管座 共同具有U形横截面，由此，该“U”具有一个短的腿和一个长的腿。“U” 的短腿形成支架，并且“U”的长腿形成管座。这两个腿都指向所述管， 该U形的底部与所述管的内部流体连接。

根据一个实施例，所述管的连接部段和所述连接漏斗的支架之间的连 接通过焊缝或钎焊缝建立。这样的连接能以成本有效且气密的方式建立。

根据一个实施例，所述至少一个连接漏斗的所述至少一个支架布置在 该管的内侧或外侧，并与所述管在该管的纵向方向上重叠至少1mm，特别 地至少2mm，更特别地至少3mm。这种重叠有利于支架在所述管上的布 置以及在连接漏斗与所述管之间提供气密连接。

根据一个实施例，所述管与所述至少一个连接漏斗的所述至少一个支 架间隔开小于1.5mm、特别地小于1.0mm、更特别地小于0.5mm的距离。 因此，在所述管和支架之间，仅存在微小的间隙，这有利于将所述管插入 支架。如果该间隙过大，将难以使所述管气密地紧固至支架。此外，管在 支架上的良好适配减少了焊缝或钎焊缝的负荷。

根据一个实施例，所述管座与所述至少一个连接漏斗的支架在它们的 整个圆周上彼此连接，并且特别地以气密方式连接。

根据一个实施例，所述管由金属板材制成，特别地由钢板制成，更特 别地由低合金钢板制成。这样的管的重量低，能以成本有效的方式制造， 并因此被广泛应用于排气系统。

根据一个实施方案，所述至少一个连接漏斗的管座具有这样的长度： 该长度对应于所述至少一个支架的长度的至少1.25倍，特别地至少1.5倍， 特别地至少两倍、更特别地至少三倍。此处，该长度是平行于所述管的轴 向方向或该管的对称轴线在所述连接漏斗的区域中测量的。

用于通过内燃机运行的车辆的排气系统的实施例具有排气肘管、尾管 和上述组装单元。在这种情况下，该排气肘管设计成用于连接至内燃机， 该尾管经由排气管与该排气肘管流体连接。此外，该组装单元的所述管和 所述至少一个连接漏斗沿排气管线布置于该排气肘管和该尾管之间，因而 与该排气肘管和该尾管都流体连接。

尽管上述排气系统的组装单元特别适于在乘用车中使用，但本发明并 不限于在乘用车中的组装单元的使用。例如，排气系统的组装单元也可以 用于机动卡车(货运卡车)。如果在机动卡车中使用，则上述限定的直径 可以增加2.5倍至3倍。

在此，应该指出的是，用于列出本说明书和权利要求中的特征的术语 “包含”、“有”、“包括”，“含有”和“具有”以及它们的语法变型 可总的视为特征—例如工艺步骤、装置、区域、尺寸等—的非排他性列举， 并且绝不排除其它或附加的特征或其它附加特征组的存在。

本发明的其它特征在下面接合权利要求以及附图对示例性实施例的描 述中说明。相同或相似的部件用在图中相同或相似的附图标记示出。应指 出，本发明并不限于所述示例性实施例的实施方案，而是由所附的权利要 求的范围来确定。尤其是，根据本发明的实施方案中的各个特征可以应用 于与下面给出的示例不同的数量和组合。此外，应指出，附图并非真实比 例。在对本发明的示例性实施例的以下说明中，参考了附图。表现本发明 特性的新颖性的各种特征被具体指出在所附的并构成本公开的一部分的权 利要求书中。为了更好地理解本发明、其操作优点和通过其使用所获得的 特定目的，参考了附图和说明本发明的优选实施例的描述性内容。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据第一实施例的由至少一个连接漏斗和一个管构成的组 装单元的通过纵向剖面的示意图；

图2是示出根据第二实施例的由至少一个连接漏斗和一个管构成的组 装单元的通过纵向剖面的示意图；

图3是示出根据第三实施例的由至少一个连接漏斗和一个管构成的组 装单元的通过纵向剖面的示意图；

图4是示出根据第四实施例的由两个连接漏斗和布置于所述连接漏斗 之间的一个管构成的组装单元的通过纵向剖面和横截面两者的示意图；和

图5是示出排气系统的示意图，其使用图1至4的组装单元之一。

具体实施方式

参照附图，图1的纵向剖面中示意性地示出了第一实施例，组装单元 1包括未完全示出的用低合金钢制成的管3和用铸铁制成的紧固至管3上 的至少一个连接漏斗2。可以在管3的端部提供相同或不同的连接漏斗， 未示出。

在所示的实施例中，管3具有内径为58mm且外径为60mm的圆形横 截面。因此，该管的壁厚D4是刚好1mm。管3在其朝向连接漏斗2的端 部被垂直于其延伸方向切开。应强调的是，本发明不限于如上所述的管。 例如，也可以使用外径为110mm并且壁厚介于0.8mm和1.5mm之间的管。 连接漏斗的尺寸将必须相应地调整。

连接漏斗2包括具有环形横截面的管座21，该管座同心地布置于同样 具有环形横截面的支架22的内侧。因此，支架22径向地布置在管座21 的外侧，并且与管座21分隔开。在所示实施例中，支架22的内壁和管座 21的外壁之间的距离为刚好20mm。应强调的是，本发明不限于上述距离。 例如，所述支架的内壁和管座的外壁之间的距离也可以选择在1.8mm和 6.5mm之间。

此外，管座21具有40mm的长度L2，该长度对应于支架22的20mm 的长度L4的两倍。因此，管座21延伸超过支架22进入管3内一个20mm 的长度L3。应强调的是，本发明并不限于上述尺寸。例如，管座的长度 L2可以介于25mm和40mm之间。此外，管座也可以延伸超过支架进入 管的内部一个例如介于10mm和20mm之间的长度L3。

管座21具有10毫米的壁厚D3，因而是管3的壁厚D4的10倍。应 强调的是，本发明并不限于上述壁厚。例如，管的壁厚D4可以介于1.5mm 和2.5mm之间，特别地是2mm。

管3与支架22重叠，该支架包围该管3的外壁15mm。此处在管3的 外壁和支架22的内壁之间有1mm的间隙D2。在重叠的区域中，所述管3 在其整个外围上借助于焊缝4以气密方式紧固至连接漏斗2的支架22。

焊缝4和管3与支架22的重叠部分一起建立了连接部段31。显然， 管座21具有长度L2，该长度延伸超过管3的连接部段31进入管3内部一 个10mm的长度L1。在此，当管3的外壁与支架22的内壁之间的最大间 隙D2布置于一侧时，管座21的外侧与管3的内壁之间的最小距离D1为 18mm。应强调的是，本发明不限于上述管座的外侧与管的内壁之间的最 小距离。例如，管座的外侧与管的内壁之间的距离D1可替代地在1mm和 5mm之间选择。

连接漏斗2的管座21和支架22共同具有U形横截面，从而管座21 形成布置在管3内部的“U”的长腿，而支架22形成布置在管3外部的“U” 的短腿，并且U形的底部与所述管3的内部流体连接。

由于在管3的外壁和支架22之间通过焊缝4形成的外围气密连接，在 管3中被引导的废气能穿透在管座21的外侧和支架22的内侧之间以及在 管座21的外侧和管3的内壁之间形成的空间，但不能在那里继续流动，使 得形成一个相对静止的废气层。该废气层有助于管座21与管3在连接部段 31的隔离(隔热)并因此有助于减少焊缝4的热负荷。

在其与管座21对向的一端，连接漏斗2具有接头23，该接头具有与 管座21相比减小了的内径。

下面参照图2说明第二实施例的组装单元1'。由于该第二实施例与上 述第一实施例非常类似，下面将仅处理不同之处，其它部分参考第一实施 例。

图2中以纵向剖视图示意性地示出的第二实施例与上述第一实施例的 不同之处特别在于，管3包围连接漏斗2'的支架22，使得在所述管3内部 除了连接漏斗2'的管座21还布置有支架22。在此，管3在该管3的纵向 方向上与支架22重叠一个5mm的长度L5。

管座21的外侧与支架22的内侧分隔开一个10mm的距离D5。在第 二实施例中，管3的内壁和支架22的外侧之间的最大间隙D2也是1mm， 并且该管的内壁和该支架的外侧通过焊缝4气密密封。

同样，在第二实施例中，所述连接漏斗2'在其与管座21对向的端部具 有连接接头23，然而，该连接接头在该第二实施例中具有与管座21相比 增大了的内径。

下面参照图3描述根据本发明的组装单元的第三实施例。由于图3中 以纵向剖视图示意性地示出的第三实施例的组装单元1″与图1所示的第一 实施例的组装单元1非常相似，下面将仅处理不同之处，其它部分参考第 一实施例的说明。

图3所示的组装单元1″与图1所示的组装单元1的不同之处仅在于： 连接漏斗2″具有由第一部段A1和第二部段A2构成的管座21。在第一部 段A1中，管座21的外侧与管3的内壁有恒定的距离D1，在第二部段A2 中，管座21的外侧与管3的内壁有持续增大的距离D1。第二部段A2此 处与管座21的第一部段A1直接相邻，并布置在管座21的第一部段A1和 连接漏斗2″的主体之间。因此，管座21的第一部段A1定位成比第二部段 A1更深地插入管3的内部。因此，管座21具有在管3和管座21的纵向方 向上具有可变内径的漏斗形状。在管座21的该实施例中，在管座21与连 接漏斗2″的主体的连接点处，该管座与支架22之间的距离增大。

下面参照图4描述根据本发明的第四实施例的组装单元1″'。此处，图 4的左侧示意性地示出纵向剖面，图4的右侧示意性地示出沿剖面线A-A 剖开的剖面。

如图4中显而易见，组装单元1″'具有结构相同的两个连接漏斗2″'和 2*，这两个连接漏斗以镜像颠倒的方式布置于管3的两端。这些连接漏斗 2″'、2*的结构与图1所示的结构非常类似，因此参考第一实施例的解释。

管3'在该管的面向连接漏斗2″'和2*的两端中的每一端处都具有其中 管3'的直径增大的部段。这使得更容易形成与连接漏斗2″'和2*的管座21 中的管3'几乎相同的内径，由此管3'和连接漏斗2″'或2*之间的流动阻力 减小。在其内部，管3'容纳整料(整块材料，独块材料)5和围绕该整料 的玻璃纤维材料的隔离垫，使得该组装单元1″'整体形成废气催化器。

如图4右侧的剖面图所示，所示实施例中的支架22和管座21各自具 有环形横截面。

最后，参照图5描述用于通过内燃机运行的车辆的排气系统的实施例。

图5中示意性地示出的排气系统具有排气肘管8，该排气肘管与内燃 机7连接。具有图4所示结构的组装单元1″'借助于排气管布置在排气肘管 8和尾管9之间。因此，尾管9通过组装单元1″'与排气肘管8流体连接。

虽然本发明的具体实施例已被示出并详细描述以说明本发明的原理的 应用，但可以理解的是，本发明可以以其它方式实施而不背离这些原理。 虽然排气系统的上述组装单元特别适于在乘用车中使用，本发明并不限定 于在乘用车中使用组装单元。例如，所述排气系统的组装单元可替代地用 于机动卡车的排气系统的组装单元。如果在机动卡车中使用，上述所限定 的直径可以增加2.5倍至3倍。