專利名稱：具有轉(zhuǎn)矩接收性能的柔性密封連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)排氣的連接器(coupling)，更具體地，涉及一種能適應(yīng)所 連接的排氣部件的彎曲和扭轉(zhuǎn)的密封連接器。
背景技術(shù)：
已知的是，要使輸送燃燒排氣遠(yuǎn)離內(nèi)燃機(jī)(如在汽車環(huán)境內(nèi)的內(nèi)燃機(jī))的管或?qū)?管可操作地連接。例如，典型的做法是使用連接器將將排氣歧管的出口端連接到排氣管。過(guò)去，這種連接器被設(shè)計(jì)成試圖補(bǔ)償系統(tǒng)的熱影響、運(yùn)動(dòng)(例如彎曲或扭轉(zhuǎn))、噪 聲、振動(dòng)和聲振粗糙度(harshness) (“NVH”)以及其他參數(shù)。過(guò)去，這種連接器包括圍繞連 接節(jié)點(diǎn)設(shè)置的金屬波紋管(bellow)。某些現(xiàn)有設(shè)備的缺陷在于，這些設(shè)備需要金屬波紋管達(dá)到氣密或半氣密性能，并 且需要金屬波紋管抵抗排氣系統(tǒng)中的內(nèi)在熱量(heat inherent)。該金屬波紋管具有受限 制的運(yùn)動(dòng)性能，并增加了產(chǎn)品總長(zhǎng)度和總重量以實(shí)現(xiàn)必要的運(yùn)動(dòng)(特別是彎曲和扭轉(zhuǎn))補(bǔ) 償。所述金屬波紋管不能接收高扭轉(zhuǎn)環(huán)境，而且當(dāng)轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致波紋管變形時(shí)金屬波紋管必 須抵抗該轉(zhuǎn)矩。這會(huì)增加波紋管的成本和/或重量，并且將扭轉(zhuǎn)應(yīng)力向下游傳遞到排氣系 統(tǒng)內(nèi)以使排氣系統(tǒng)的其他部分補(bǔ)償所述波紋管。同樣，現(xiàn)有設(shè)備的缺陷還在于，金屬波紋管的價(jià)格非常昂貴，且必須在不銹鋼材料 中使用高鎳合金才能達(dá)到所需性能。

發(fā)明內(nèi)容
需要為內(nèi)燃機(jī)或汽車排氣系統(tǒng)提供柔性連接器，該柔性連接器能夠提供增強(qiáng)的系 統(tǒng)彎曲和扭轉(zhuǎn)適應(yīng)性，所述柔性連接器在系統(tǒng)彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)變形，而且能夠提供氣密 或半氣密性能。所述柔性連接器比現(xiàn)有技術(shù)使用金屬波紋管的連接器重量更輕且造價(jià)更 低，而且不會(huì)不適當(dāng)?shù)貙⑴まD(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力向下游傳遞至排氣系統(tǒng)。為了達(dá)到這些目的，根據(jù)本發(fā)明的連接器設(shè)想用于連接到排氣管的支撐元件、阻 尼裝置和設(shè)置在所述支撐元件和阻尼裝置上方的非金屬波紋管。在支撐連接件和阻尼機(jī)構(gòu) 上方使用非金屬波紋管能得到具有轉(zhuǎn)矩接收性能的柔性密封元件。在高熱環(huán)境中，在所述支撐/阻尼機(jī)構(gòu)和所述非金屬波紋管之間增加隔熱件。可以通過(guò)多種方式將所述非金屬波紋管固定到所述支撐元件，例如使用兩個(gè)金屬 環(huán)形件將所述波紋管的每個(gè)端部(以及隔熱件)固定到所述元件。所述隔熱件(玻璃纖維、復(fù)合材料等)和所述非金屬波紋管(橡膠、塑料、復(fù)合材 料等)可以由多種不同材料制成。對(duì)于完全不需要?dú)饷苄缘膽?yīng)用，可以選擇性地去除所述非金屬波紋管和所述隔熱件。為了配合應(yīng)用的需要，所述波紋管可以制成多種幾何形狀。在本應(yīng)用中，可串聯(lián)連接一個(gè)或多個(gè)阻尼機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的所述非金屬波紋管能夠接收排氣系統(tǒng)需要的高彎曲和高扭轉(zhuǎn)。由于不含鋼鐵或現(xiàn)有系統(tǒng)中的金屬波紋管，本發(fā)明的所述非金屬波紋管便宜很多。本發(fā)明的具有轉(zhuǎn)矩接收性能的所述柔性密封元件允許氣密性或半氣密性的柔性 連接。所述氣密性或半氣密性的柔性連接能夠補(bǔ)償并實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償熱影響、運(yùn)動(dòng)(如彎曲)的 優(yōu)點(diǎn)，并減少或抑制噪聲振動(dòng)和聲振粗糙度(NVH)以及其他類似相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，可以部分地限定所述阻尼機(jī)構(gòu)的所述支撐元件位于非金屬隔膜或波 紋管的內(nèi)部。在高熱環(huán)境存在的地方，所述非金屬波紋管被隔熱件保護(hù)，該隔熱件連接在所 述波紋管和內(nèi)部支撐元件之間。這種結(jié)構(gòu)允許NVH緩沖性能(NVH dampening properties) 具有顯著更大幅度的運(yùn)動(dòng)(尤其是彎曲和扭轉(zhuǎn))，而且具有與現(xiàn)有設(shè)備相比更低的成本和 更小的尺寸。本發(fā)明可以使用不同的材料制成，還可以使用具有厚度的任意數(shù)量的板的材 料制成。本發(fā)明因而能排除現(xiàn)有設(shè)備中的金屬波紋管，并且使用非金屬波紋管和隔熱件 (高熱情況下)代替金屬波紋管。這允許在較小的尺寸中實(shí)現(xiàn)大幅度的運(yùn)動(dòng)(尤其是彎曲 和扭轉(zhuǎn))，并且允許在總重量和成本更低的情況下具有類似的NVH緩沖。通過(guò)下述說(shuō)明以及附圖，上述和其他優(yōu)點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)將顯而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的柔性波紋管連接器的等軸側(cè)視圖；圖IA是圖1中波紋管的全剖視圖，顯示了連接器中的各部件及其位置；以及圖IB是圖IA中一部分的放大視圖，放大而清晰地顯示了此處的部件。
具體實(shí)施例方式可以很容易地理解，本發(fā)明的部件(如本文附圖中以及伴隨文字所大致描述和展 示)，可以在設(shè)置和設(shè)計(jì)為很多不同結(jié)構(gòu)的同時(shí)仍然使用本發(fā)明的概念。因此，附圖中和伴 隨文字的在下文中更加詳細(xì)說(shuō)明的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施方式并非如權(quán)利要求 那樣用于限制本發(fā)明的范圍，而僅僅是代表性地展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。通過(guò)參考附圖最容易理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在附圖和整個(gè)描述中，相 同的零件或步驟以相同的數(shù)字表示?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖1，圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性連接器15。優(yōu)選地，連接器15包 括非金屬波紋管或隔膜(diaphragm) 16，該非金屬波紋管或隔膜16具有可連接至管或?qū)Ч?(圖1中未示出)的端部17?？梢岳斫獾氖牵b于連接器15的總長(zhǎng)度允許的情況下，波紋 管16可以在例如18、19處包括任意合適數(shù)量的多個(gè)褶皺(convolution)。連接器15包括多個(gè)伸長(zhǎng)的支撐元件，該支撐元件大致沿軸向方向(或與軸向方向 平行的方向)如中心線或軸線CL(圖1A)延伸。在連接器15的一端，兩個(gè)支撐元件20、21 沿軸向延伸(參見(jiàn)圖1B)。元件20包括徑向向外延伸的凸緣22，同時(shí)元件21包括徑向向外延伸的凸緣23。在連接器15的端部，這些元件各自的端部20a和21a具有共同的邊界 (co-extensive)0另一個(gè)伸長(zhǎng)的軸向延伸的支撐元件30包括向外張開(kāi)的端部，該向外張開(kāi)的端部 包括部分31和部分32。部分32包括向內(nèi)指向的凸緣33。最好參見(jiàn)圖1B，部分31、32以及凸緣33與凸緣22、23形成空腔(pOCket);35?？?以理解的是，因?yàn)樗枋龅倪B接元件20、21和30大致為圓筒形，因此，空腔35形成為圍繞 軸線CL(圖1A)的環(huán)形空間。另外可以理解的是，元件30從30a沿長(zhǎng)度方向軸向地延伸至位于連接器15遠(yuǎn)端 的另一個(gè)元件端部34，且元件30在另一端并不直接與元件20、21連接。優(yōu)選地，如圖1A、圖IB所示，同樣形為環(huán)形的阻尼器或減振墊38容納在空腔35 中。阻尼器38優(yōu)選由橡膠或合成的可彎曲(yieldable)材料制成，然而，還可以使用任何 合適的阻尼材料。可選擇地，在連接器15的相反的兩端之間設(shè)置有隔熱的伸長(zhǎng)且軸向延伸的襯套 (sleeve) 50。該襯套50的一端具有軸向延伸的凸緣51，且襯套50的另一端具有類似的凸 緣52，以保證套50在所述連接器的兩端都處在正確的位置上。非金屬波紋管16還包括在所述非金屬波紋管16的一端軸向延伸的凸緣56和在 所述非金屬波紋管16的另一端軸向延伸的凸緣57，以保證將所述波紋管固定在所述連接 器的端部。最后，分別將壓縮環(huán)(compression ring) 25和42設(shè)置在所述連接器的兩端，以將 各部件固定在一起。所述環(huán)25具有徑向向外延伸的凸緣沈(圖1B)，所述環(huán)42具有徑向向 外延伸的凸緣27。圍繞圖中所示的沿徑向向內(nèi)的部件擠壓、壓縮(draw)或者以其它方式 收緊所述環(huán)25和42，以使所述部件固定在一起，并且，使所述部件分別固定到排氣管60、61 的端部(如圖IA所示)，所述排氣管60、61被連接器15可操作地連接在一起。特別地，固定所述環(huán)25以圍繞管60容納波紋管凸緣56、熱襯套凸緣52、支撐元件 21和支撐元件20。固定所述環(huán)42以圍繞管61的端部容納波紋管凸緣57、熱襯套凸緣51 和支撐元件30的端部34，從而完成通過(guò)連接器15可操作地將管60、61連接的應(yīng)用?？梢岳斫獾氖?，波紋管16，可選擇的隔熱襯套50，元件20、21和30，以及環(huán)25、42 都大致為圓筒形，并且如上述和圖中所示以適當(dāng)?shù)年P(guān)系配合在一起，并通過(guò)任意的傳統(tǒng)方 式固定。連接器15通過(guò)摩擦、環(huán)形件(ring)、夾具、擠壓、焊接或其他任何傳統(tǒng)方式固定于 管 60、61?？梢岳斫獾氖?，圖IB以放大的方式地說(shuō)明了連接器15的一端的橫截面和位于中 心線CL的一側(cè)的最靠近的管60 (圖1A)。相應(yīng)地，通過(guò)元件20、21和30容納至少一個(gè)阻尼墊38。所述元件和阻尼墊38形 成了對(duì)連接器15的支撐并產(chǎn)生連接器15的阻尼特性。連接器15能夠吸收或接受在彎曲、 軸向和扭轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)(和力)。沒(méi)有波紋管16時(shí)，所述連接器可能不能夠做到完全氣密 或半氣密。為了獲得更好的氣密性，連接器15被非金屬隔膜或非金屬波紋管16環(huán)繞。非金 屬波紋管16還將保護(hù)所述機(jī)構(gòu)不受外界粗糙的環(huán)境(例如腐蝕性材料，石頭或其他物體沖 擊，或者其他能夠被減振墊吸收/接收的碎屑)影響。非金屬波紋管16可以以多種方式連接到所述支撐元件。一個(gè)這種方式便是使用兩個(gè)環(huán)形件25、42，將所述兩個(gè)環(huán)形件調(diào)整為適 于所述支撐元件，并因而在所述連接器15的兩端將所述波紋管機(jī)械固定到所述支撐元件。 在存在高熱的環(huán)境中，在所述非金屬波紋管和所述支撐元件之間插入隔熱件50。該隔熱件 50主要用于保護(hù)所述非金屬波紋管，但其還增加了連接器15的阻尼特性。優(yōu)選地，所述隔 熱件設(shè)置在所述非金屬波紋管和所述支撐元件之間，如圖中所示。當(dāng)管60和61優(yōu)選地同軸時(shí)，連接器15的柔韌性很容易地適應(yīng)或補(bǔ)償管60和管 61偏離軸向的錯(cuò)位或彎曲以及管60和管61之間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)而不會(huì)損壞連接器15。當(dāng)適 于高熱應(yīng)用時(shí)，連接器15能夠提供氣密性或半氣密性連接并抑制氣流系統(tǒng)的NVH。在該氣 流系統(tǒng)中，能使用比現(xiàn)有技術(shù)中體積更小、重量更輕且成本更低的參數(shù)的連接器15。上述和其他的可選實(shí)施方式、修改和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于普通的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而 易見(jiàn)的，發(fā)明人打算僅通過(guò)所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.用于車輛排氣系統(tǒng)的柔性連接器，該柔性連接器包括多個(gè)伸長(zhǎng)的元件，該多個(gè)伸長(zhǎng)的元件從所述連接器的各端部并在所述端部之間延伸；至少第一元件從所述端部中的一個(gè)延伸且與從所述端部中的另一個(gè)延伸的第二元件 隔開(kāi)；減振墊，該減振墊容納在伸長(zhǎng)的所述第一元件和所述第二元件的端部之間，所述元件 的端部圍繞所述減振墊分別從所述連接器的端部延伸；和非金屬波紋管，該非金屬波紋管從所述連接器的一端延伸至所述連接器的另一端，且 所述非金屬波紋管的端部分別與所述連接器的端部連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，該連接器還包括環(huán)形件，該環(huán)形件圍繞所述非金屬 波紋管的端部并將所述非金屬波紋管的端部保持到所述連接器的其他元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接器，該連接器還包括隔熱襯套，該隔熱襯套設(shè)置在所述 非金屬波紋管和每個(gè)所述連接件之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，所述減振墊為環(huán)形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，所述第一元件能夠可操作地與第一管連接，所 述第二元件能夠可操作地與第二管連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接器，其中，當(dāng)所述第一元件可操作地與所述第一管連接 且所述第二元件可操作地與所述第二管連接時(shí)，能夠可操作地隔離一個(gè)所述管與另一個(gè)所 述管的運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接器，其中，當(dāng)所述第一元件可操作地與所述第一管連接 且所述第二元件可操作地與所述第二管連接時(shí)，能夠可操作地緩沖從一個(gè)所述管傳遞到另 一個(gè)所述管的力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，該連接器還至少包括第一支撐件和第二支撐件，該 第一支撐件和第二支撐件定位在所述連接器的第一端并從所述連接器的第一端朝向所述 連接器的第二端延伸，并且部分地限定有空腔；至少一個(gè)第三支撐元件，該至少一個(gè)第三支撐元件定位在所述連接器的所述第二端并 從所述連接器的所述第二端朝向所述連接器的所述第一端延伸，并且所述第三支撐元件包 括與所述第一元件和所述第二元件限定所述空腔的部分；所述減振墊容納在所述空腔內(nèi)并位于所述第一元件與所述第二元件之間以及位于所 述第一元件和所述第二元件與所述第三支撐元件之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接器，所述波紋管覆蓋所述第一元件、所述第二元件和所 述第三元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接器，該連接器還包括隔熱襯套，該隔熱襯套設(shè)置在所述 波紋管與所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，所述連接器設(shè)置在兩個(gè)排氣管的端部之間， 所述波紋管適應(yīng)所述管的扭轉(zhuǎn)、彎曲、軸向移動(dòng)和徑向移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，支撐元件的第一端和第二端分別互相徑向地 定位，并共同限定容納所述減振墊的空腔。
全文摘要
一種連接器(15)，該連接器(15)具有支撐元件(20，30)，該支撐元件(20，30)分別從所述連接器的一端朝著另一個(gè)延伸但并不直接連接。所述支撐元件(20，30)的徑向定位的端部限定容納減振墊(38)的空腔(35)。在波紋管(16)和所述支撐元件(20，30)之間設(shè)置有可選擇的隔熱罩(50)。
文檔編號(hào)F01N13/18GK102089508SQ200980124206
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者P·沙欣, R·揚(yáng)森 申請(qǐng)人:美國(guó)鮑爾有限公司