專利名稱：流體冷卻排氣歧管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及排氣部件，該排氣部件具有流體通路以調(diào)節(jié)排氣部件的材料溫度和/ 或從廢氣流提取能量。
背景技術(shù)：
本部分提供了涉及本公開的背景信息并且并非必須是現(xiàn)有技術(shù)。汽車制造商和整個交通運輸領(lǐng)域正在面對日益嚴(yán)厲的對于燃料效率和排放的法規(guī)的限制。而且，這里存在來自車輛駕駛者的要求提高燃料效率以減低運行成本的壓力。為了達(dá)到這些目的，汽車制造商正在采用新的技術(shù)，例如渦輪增壓汽油直噴發(fā)動機(jī)和稀薄燃燒，這些技術(shù)傾向于將廢氣升高至更高溫度。最傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)具有接近或者低于900°C的最大時間平均廢氣溫度。對于這些應(yīng)用，低成本鑄鐵合金(例如鉬化硅(SiMo)鑄鐵)通常足以滿足對于應(yīng)用在排氣部件中的耐用性要求。對于具有耐用性問題或者稍高的廢氣溫度的應(yīng)用，鎳鑄鐵合金(例如D5S耐蝕鎳( 35%鎳))通常被專門用于鑄造部件，但使成本增加。很多新型發(fā)動機(jī)，特別是渦輪增壓汽油直噴發(fā)動機(jī)，能夠達(dá)到高于950°C的廢氣溫度。汽車工業(yè)中目前的實際情況是采用鍛造不銹鋼或者鑄造不銹鋼來用于要求最嚴(yán)格的應(yīng)用。這些是制造起來最昂貴類型的部件。本公開是一種解決需要對排氣部件采用更昂貴的材料而低成本材料不能滿足該應(yīng)用中的耐久性要求時所產(chǎn)生的問題的方法。為了通過低成本材料實現(xiàn)期望的耐用性，使用中的部件的溫度可以被調(diào)節(jié)并且保持在用于該應(yīng)用的特定材料的臨界值極限以下。通常臨界值極限在特定材料的Acl相變溫度(transformation temperature)以下，并且對于具有高工作應(yīng)力或應(yīng)變的情況可以充分地處于所述相變溫度以下。排氣部件的水冷是調(diào)節(jié)排氣部件材料溫度的一種方法。水套(water jacket)可以通過采用泡沫型式(foam pattern)來產(chǎn)生，所述泡沫型式在鑄造過程期間蒸發(fā)以形成用于排氣歧管以及圍繞的水套的期望幾何形狀。在鑄造排氣歧管中產(chǎn)生水套的另一種過程是在制造期間采用水套型芯(core)。在此情況下，整個水套是通過在鑄造之前在鑄模中組裝的一個或者多個內(nèi)部砂芯來產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本部分提供了本公開的總體性摘要，并且并不是本公開的全部范圍或者本公開的全部特征的全面公開。
本公開提供了一種排氣部件，所述排氣部件具有在排氣部件的外表面上產(chǎn)生腔的方法以及以低成本、強(qiáng)固的方式形成所述腔的方法，以便實現(xiàn)廢氣與熱傳遞介質(zhì)(例如發(fā)動機(jī)冷卻劑)之間的熱交換的目的。雖然以下實例和論述一般性地涉及排氣歧管的冷卻， 應(yīng)當(dāng)理解，通過非限制性實例的方式，在此所論述的一般性概念同樣也適用于其他排氣部件和/或系統(tǒng)，例如渦輪增壓器殼體和廢氣熱回收系統(tǒng)。本公開涉及一種用于排氣部件的在鑄造過程期間不需要采用傳統(tǒng)的內(nèi)部水套型芯的流體冷卻腔。對于術(shù)語“流體”或“冷卻劑”，意思是適于實現(xiàn)本公開的一個或者多個目的的多種液體或氣體中的任一種。例如，流體或者冷卻劑可以是水、制冷劑、發(fā)動機(jī)冷卻劑或者任何其他合適的流體。本公開說明了在排氣部件的外部上產(chǎn)生局部腔的方法，通常不需要任何額外的外部型芯。在鑄造過程完成后，局部腔隨后通過將分離部件(piece)焊接或者釬焊至排氣部件來封閉以形成流體套，即，水套。流體冷卻排氣部件對于耐用性和/或熱提取的目的是期望的。在出于耐用性原因冷卻部件的情況下，低成本的材料可以被應(yīng)用在排氣部件的構(gòu)造中而非其他可能的材料。 本公開的流體冷卻排氣歧管通過在歧管的表面上通過鑄造特征與焊接板的組合來產(chǎn)生流體冷卻腔而形成。焊接板可以具有或者可以不具有用以調(diào)整冷卻劑流體的流動的附加幾何特征?？刂仆獠胯T造幾何形狀以形成套腔(jacket cavity)的部分并且為將被焊接上的板提供合適的界面。優(yōu)選實施方式是產(chǎn)生鑄造界面幾何形狀以使焊上(weld-on)板是平的， 然而所述板還能被成形為依循鑄造部件上的彎曲界面或者被成形為形成腔壁的部分。在一些實施方式中，一個蓋板可以對應(yīng)由上模箱(cope)或者下模箱(drag)模具形成的每一個腔。例如，在圖1和圖2中示出的構(gòu)造中，提供兩個蓋板，因為流體冷卻腔形成在所述部分的兩側(cè)上(分型線的任一側(cè)上)。這可以通過參考圖3和圖4而變得清晰，所述圖示出了形成在分型線PL的兩側(cè)上的腔，以及用于這些腔中的每一個的分離蓋板4和8。然而對于圖1和圖2中示出的實施方式可以提供多個蓋板，如果需要的僅是冷卻排氣部件的由工裝的一部分所形成的一個部分，則此情況可以有利地采用例如具有圖7中所示實施方式的單個蓋板。理想地，鑄造界面幾何形狀僅在模制和鑄造過程期間通過模制模型來產(chǎn)生。當(dāng)能夠如此做時，不需要額外的型芯并且模制模型產(chǎn)生界面幾何形狀，以避免生產(chǎn)和使用外部型芯來形成水套腔的部件的成本。另外，本公開的冷卻腔避免了通過內(nèi)部鑄造型芯來產(chǎn)生水套的主要問題。對于內(nèi)部鑄造型芯的情況，型芯砂在鑄造后從盲通路(blind passageway)移除。由內(nèi)部鑄造型芯產(chǎn)生的內(nèi)腔非常難于清理或者甚至是檢查。通路的清潔度對于車輛的冷卻系統(tǒng)可靠性是首要的。本公開的冷卻腔在鑄造后是打開的，以易于在板的焊接之前進(jìn)行清潔和檢查。在圖1的流體冷卻排氣歧管中，冷卻腔形成具有一個冷卻劑入口、一個冷卻劑出口、兩盒焊接板、以及鑄造歧管的外表面。一個替換實施方式是對于每一個焊接板均具有一個冷卻劑入口和一個冷卻劑出口。在該情況下，每一個焊接板將與獨立的流體冷卻腔相關(guān)聯(lián)。獨立冷卻腔的數(shù)量可以取決于應(yīng)用的熱傳遞的目的。在設(shè)計冷卻腔的尺寸、形狀和位置時，很多變量將被考慮。例如，鑄造材料的溫度極限和/或由冷卻劑流體所吸收的能量的量是關(guān)鍵考慮因素。冷卻水中過多的熱能可能需要被車輛的冷卻系統(tǒng)排除。包裝約束還對流體套能夠位于的位置施加限制并且還對進(jìn)出冷卻腔的冷卻劑連接的約束位置施加限制。
在出于耐用性目的用流體冷卻排氣部件的情況下，期望的是將冷卻腔僅置于需要冷卻的區(qū)域以提高耐用性。例如，在圖1的流體冷卻排氣歧管中，能夠看見水冷腔僅位于排氣歧管的出口附近。此出口區(qū)域是此部件的最熱部分，因為來自于所有發(fā)動機(jī)缸體的廢氣在此位置匯集。除了是最熱區(qū)域外，出口附近的此區(qū)域還與典型非冷卻排氣歧管中的耐用性最密切相關(guān)。然而，對于流體冷卻，此幾何形狀的鑄鐵排氣歧管能夠承受在無冷卻條件下的需要耐熱不銹鋼的工作條件。對于圖1和圖2中示出的流體冷卻部件，冷卻腔和對應(yīng)的蓋板被布置在歧管出口的兩側(cè)上。對于例如熱電廢能回收系統(tǒng)和主動加熱(AWU)系統(tǒng)的應(yīng)用，存在對于低成本、強(qiáng)固流體冷卻排氣部件的額外機(jī)會。由將廢氣能量直接轉(zhuǎn)化成電力的熱電裝置產(chǎn)生的電力能夠被用于為電池充電或者補(bǔ)償車輛中的用電負(fù)載。AWU系統(tǒng)利用來自于排氣系統(tǒng)的廢熱能并且使用該廢熱能加熱其他車輛流體系統(tǒng)(發(fā)動機(jī)冷卻劑、發(fā)動機(jī)油、和變速器和驅(qū)動橋流體)。這些流體系統(tǒng)的熱調(diào)節(jié)能夠降低在啟動期間的粘滯損失，導(dǎo)致提高的燃料效率和提高的駕駛室加熱。如果流體冷卻排氣歧管的目的是盡可能多地回收廢氣熱量，則冷卻腔將被設(shè)計為盡量實際地且具有成本效率地結(jié)合盡可能的多的排氣歧管。為了達(dá)到最大成本降低，用于流體冷卻鑄造排氣歧管的優(yōu)選材料是鑄鐵合金，例如低成本硅合金球墨鑄鐵。用于焊接板的優(yōu)選材料是鐵素體不銹鋼。此材料組合是最低成本選擇方案之一，并且作為構(gòu)造材料的非限制性實例提出。在一種形式中，本公開提供了一種排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)可以包括排氣部件、 板、至少一個入口和至少一個出口。所述排氣部件可以包括至少一個廢氣通路并且可以部分限定出至少一個流體腔。所述板可以附接至排氣部件并且至少部分地封閉所述至少一個流體腔以限定出至少一個流體通路。所述至少一個流體通路可以與所述至少一個廢氣通路流體隔離。流體可以通過所述至少一個入口進(jìn)入流體通路。流體可以通過所述至少一個出口流出流體通路。在另一個形式中，本公開提供了一種用于車輛的可以包括排氣部件和板的排氣系統(tǒng)。所述排氣部件可以包括整體成形的廢氣通路和整體成形的流體腔。所述板可以附接至排氣部件并且至少部分封閉流體腔以限定出流體管道。流體管道可以與廢氣通路流體隔離。所述板可以包括整體成形的入口和整體成形的出口。所述入口和出口可以與流體管道流體連通。在又一個形式中，本公開提供了一種方法，該方法可以包括鑄造排氣部件以包括具有限定出流體腔的外表面的廢氣通路?？梢蕴峁┌澹霭蹇梢园ǖ谝欢丝诤偷诙丝?。所述板可以附接至排氣部件以使所述板和流體腔配合以形成與第一端口和第二端口流體連通的流體管道。其他應(yīng)用性將通過此處所提供的描述而變得顯而易見。在本概述說明中的描述和特定實例僅用于說明性目的并且并不旨在限制本公開的范圍。


在此描述的圖僅用于說明所選實施方式而并非所有可能應(yīng)用方式的目的，并且并不旨在限制本公開的范圍。
圖1示出了根據(jù)本公開的教導(dǎo)的組裝流體冷卻排氣歧管的外部立體圖；圖2示出了流體冷卻排氣歧管的剖開截面；圖3示出了圖1的流體冷卻歧管的橫截面AA ；圖4示出了圖1的流體冷卻歧管的橫截面BB ；圖5示出了被設(shè)計為與熱電裝置一起使用的流體冷卻鑄造排氣部件組件的橫截面，所述熱電裝置不利用外部型芯制造；圖6示出了被設(shè)計為與熱電裝置一起使用的流體冷卻鑄造排氣部件組件的橫截面，所述熱電裝置利用能夠?qū)犭娧b置放置在垂直于分型平面的表面上的外部型芯制造；圖7描繪了被設(shè)計為特別用于熱提取以達(dá)到有效加熱目的的流體冷卻鑄造排氣歧管組件的另一個實施方式；圖8是圖7的歧管，其中焊接板被移除以示出流體通路；圖9是圖7的歧管組件剖面，以示出蓋板與鑄件的相互作用以形成成型 (profiled)流體通路；圖10示出了用于通過改變氣體通路幾何形狀來增強(qiáng)從廢氣到冷卻劑的熱傳遞的結(jié)構(gòu)特征；圖11是根據(jù)本公開的原理的具有蓋板的另一個排氣部件的立體圖；圖12是圖11的排氣部件的立體圖，其中蓋板被移除；圖13是圖11的排氣部件的另一個立體圖；圖14是根據(jù)本公開的原理的具有蓋板的另一個排氣部件的立體圖；圖15是圖14的排氣部件的立體圖，其中蓋板被移除；圖16是根據(jù)本公開的原理的另一個排氣部件的立體圖；圖17是根據(jù)本公開的原理的又一個排氣部件的立體圖；圖18是圖17的排氣部件的部分橫截面立體圖；圖19是根據(jù)本公開的原理的具有蓋板的又一個排氣部件的立體圖；圖20是圖19的排氣部件的立體圖，其中蓋板被移除以示出穿過蓋板流體流動路徑；圖21是根據(jù)本公開的原理的具有蓋板的再一個排氣部件的部分橫截面立體圖；圖22是根據(jù)本公開的原理的又一個排氣部件的立體圖，其中蓋板部分切除以示出流體流動路徑；圖23是根據(jù)本公開的原理的另一個排氣部件的立體圖，其中蓋板部分切除以示出流體流動路徑；圖M是圖23的排氣部件的橫截面視圖；以及圖25是根據(jù)本公開的原理的又一個排氣部件的立體圖，其中蓋板部分切除以示出流體流動路徑。在附圖的多個視圖中，相應(yīng)的參考標(biāo)號代表相應(yīng)的部件。
具體實施例方式現(xiàn)將參照附圖對示例性實施方式進(jìn)行更全面的描述。提供示例性實施方式以使本公開更完全，并且將本公開的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。闡明了多個特定細(xì)部，例如特定部件、裝置、和方法的實例，以提供對本公開的實施方式的詳細(xì)理解。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，特定細(xì)部并不必需被實施，示例性實施方式可以以多種不同形式實施，并且這些實施方式不能被理解為限制本公開的范圍。在一些示例性實施方式中，眾所周知的過程、眾所周知的裝置結(jié)構(gòu)、和眾所周知的技術(shù)不再被詳細(xì)描述。在此應(yīng)用的術(shù)語僅用于描述特定示例性實施方式的目的，并且不旨在要限制性的。如在此所應(yīng)用的，單數(shù)形式“一”、“一個”、和“所述”也可以旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非文中另有清晰指示。術(shù)語“包括”、“包括了”、“包含”和“具有”是非排他性的，并且因此明確指明了所述的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一個或者多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件、和/或其組群的存在或者增加。在此所描述的方法步驟、過程、和操作并不能被理解為必須要求它們按照所討論或說明的特定順序來施行，除非特別確定為一種施行順序。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用增加或者替換的步驟。當(dāng)元件或者層被稱為“位于...上”、“接合至”、“連接至”、或者“耦接至”另一元件或者層時，該元件或?qū)涌梢灾苯游挥谒隽硪辉驅(qū)由希苯咏雍?、連接或者耦接至所述另一元件或者層，或者可以存在居間元件或者層。相對地，當(dāng)元件被稱為“直接位于另一元件或?qū)由稀薄ⅰ爸苯咏雍现痢?、“直接連接至”、或者“直接耦接至”另一元件或者層時，可以不存在居間元件或者層。用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語應(yīng)當(dāng)以類似方式解釋(例如， “在...之間”與“直接在...之間”，“相鄰”與“直接相鄰”，等)。如在此所應(yīng)用的，術(shù)語 “和/或”包含相關(guān)所列項目的一個或者多個的任意和所有組合。雖然術(shù)語第一、第二、第三等在此可以被用于描述多個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)域、層和/或者部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或者部分與另一個區(qū)域、層或者部分區(qū)分。當(dāng)例如“第一”、“第二”和其他數(shù)字術(shù)語的術(shù)語在此使用時并不意指次序或者順序，除非文中明確指出。因此， 接下來描述的第一元件、部件、區(qū)域、層或者部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或者部分，這不背離示例性實施方式的教導(dǎo)。空間相關(guān)的術(shù)語，例如“內(nèi)部”、“外部”、“在下面”、“在下方”、“下部”、“在上方”、“上
部”等，在此可以用于方便描述以描述如圖中所示的一個元件或者特征與另一個元件或者特征的關(guān)系?？臻g相關(guān)的術(shù)語可以旨在包含除了圖中所示的方位之外的使用或操作中的裝置的不同方位。例如，如果圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，被描述為在其它元件或者特征“下方”或者 “下面”的元件此時的方位將為在其它元件或者特征“上方”。因此，示例性術(shù)語“下面”可以包含上方和下方兩個方位。所述裝置可以是其它方位(旋轉(zhuǎn)90度或者處于其它方位)并且由此來解釋在此所采用的空間相關(guān)的描述符。參考圖1，一種流體冷卻排氣歧管組件1被提供，該組件可以包括冷卻劑入口 2和冷卻劑出口 3。在此實施方式中，冷卻劑出口 3焊接至板4并且冷卻劑入口 2直接附接至鑄造排氣歧管5。板4的周邊沿著界面6被焊接至鑄造排氣歧管5。界面6形成在鑄造流體冷卻排氣歧管1的外部上，優(yōu)選地通過在鑄造之前的模制過程中的模型加工(pattern tooling)來實現(xiàn)。此外部鑄造幾何形狀形成了冷卻腔壁的部分并且在界面6處終止以便附接板4。形成的冷卻腔允許水或者冷卻劑從廢氣中提取能量和/或在歧管出口 7的區(qū)域中調(diào)節(jié)鑄造歧管5的材料溫度。
圖2示出了冷卻介質(zhì)和廢氣的流動路徑。在發(fā)動機(jī)的廢氣從排氣歧管5的入口 11 行進(jìn)至排氣系統(tǒng)時，由鑄造排氣歧管5的壁形成的內(nèi)腔9被用于傳送發(fā)動機(jī)的廢氣。鑄造歧管壁5的外部，與鑄造界面幾何形狀6以及板4和8 一起形成了冷卻劑在其中流動的互連腔10?？梢蕴峁﹥蓚€蓋板，因為冷卻腔被提供在由鑄模的布局和分型面確定的部分的分離側(cè)上。排氣歧管的鑄造壁12被用于將歧管9的內(nèi)部中廢氣的流動與疊置在鑄造歧管5 的外部上的腔10中的冷卻流體分離。通過鑄造歧管壁12在熱的廢氣與冷卻流體之間進(jìn)行熱交換。在圖1和圖2中示出的實施方式中，當(dāng)流體冷卻排氣歧管被安裝在發(fā)動機(jī)上時，冷卻劑在歧管的底部上的廢氣出口 7附近的冷卻劑入口 2處進(jìn)入并且經(jīng)過而到達(dá)歧管的頂側(cè)上的冷卻腔。冷卻劑(在此實例中是用在發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中的水-乙二醇溶液)然后經(jīng)過歧管頂部上的冷卻腔行進(jìn)到達(dá)歧管的底部。冷卻劑然后行進(jìn)經(jīng)過形成在歧管的底部上的冷卻腔并且流出冷卻劑出口 3。冷卻腔的形狀和路線將取決于應(yīng)用。在圖1中示出的鑄造流體冷卻排氣歧管1中，冷卻腔被定位成避免與緊固孔13和14干涉同時保持出口 7的區(qū)域中的材料溫度很好地處于鑄鐵材料的工作溫度范圍內(nèi)。圖3和圖4示出了圖1中限定出的橫截面視圖AA和BB。這些橫截面視圖清楚地示出了能夠通過一個或者多個冷卻腔10來部分地冷卻或者完全圍繞內(nèi)部廢氣通路9。另外， 顯然地，流體套腔幾何形狀能夠利用被繪制成分型面PL的加工表面來形成，因此在鑄造過程中不需要外部型芯。焊接部16將板4連接至鑄造排氣歧管5。圖5是一種替換構(gòu)造，其中腔幾何形狀已經(jīng)改變以便與熱電裝置15 —起使用。熱電裝置15通過利用排氣歧管的熱壁12與冷卻腔10中更低的溫度之間產(chǎn)生的溫度差來工作。如在此所示出的，平行于分型面的兩個主要表面能夠與熱電裝置一起使用。圖6描繪了流體冷卻鑄造排氣歧管的一個實施方式，其中熱電裝置15布置在內(nèi)部廢氣通路9的基本垂直于鑄模分型面的表面上。在此情況下，包封分型線PL的冷卻腔在鑄造之前的模制過程期間通過分離的外部型芯形成或者通過機(jī)加工腔形成。圖7是流體冷卻鑄造排氣歧管1的另一個實施方式，該實施方式被設(shè)計為從廢氣中提取熱能以加熱發(fā)動機(jī)冷卻劑。蓋板20沿焊接界面25焊接至排氣歧管1。在蓋板20內(nèi)提供冷卻劑入口 21和冷卻劑出口 22。可替換地，如果需要的話，冷卻劑入口和出口與鑄造歧管整體形成。蓋板20具有幾何特征23，所述幾何特征幫助引導(dǎo)冷卻劑流動穿過冷卻通道。隨著廢氣經(jīng)過歧管流道對，熱能從廢氣傳遞至冷卻劑。冷卻劑通道27的一個示例性路徑在圖8中示出。中間壁或肋沈形成為鑄件的一部分，以達(dá)到引導(dǎo)和分配通過冷卻劑通道 27的冷卻劑流動的目的。圖9示出了鑄造歧管1與蓋板23的幾何形狀之間的關(guān)系以形成冷卻通道27的期望幾何形狀。圖10描繪了通過改變氣體通路幾何形狀來增強(qiáng)從廢氣至冷卻劑的熱傳遞的方法。廢氣通路30具有幾何不規(guī)則性，例如內(nèi)部扇形31、內(nèi)部鰭或肋32、和/或內(nèi)部銷33，這些幾何不規(guī)則性提供額外的表面區(qū)域以增強(qiáng)從廢氣到冷卻槽中的冷卻劑的熱傳遞率。圖11、圖12和圖13示出了流體冷卻排氣歧管50，其中在該部件的兩側(cè)上具有冷卻腔51。圖11示出了頂部蓋板52就位的組件。圖12是與圖11相同的實施方式，其中頂部蓋板被移除。圖13是相同的實施方式的仰視圖，其中底部蓋板被移除。冷卻流體通過通路53在冷卻腔之間經(jīng)過。
圖14是流體冷卻排氣歧管60的一個替換實施方式，其中在該部件的頂側(cè)上只有單個冷卻腔。圖15是與圖14相同的實施方式，僅示出了蓋板61被移除。要注意到，提供了小型排放通路62以允許冷卻劑在冷卻系統(tǒng)工作的情況下完全排出冷卻腔。此實施方式具有的優(yōu)點是，完全覆蓋了排氣部件的一側(cè)的熱表面的全部范圍。因此，能夠省略隔屏障， 所述熱屏障可能在其他情況被提供以將附近的部件與排氣部件60的熱屏蔽開。圖16是具有單個冷卻腔的另一個可替換實施方式，其中示出了蓋板被移除。要注意到，冷卻腔的此構(gòu)造有利于一些應(yīng)用，因為該構(gòu)造具有專門設(shè)計用以消除不期望的袋區(qū)中的受困氣體或液體的連續(xù)冷卻，特別是當(dāng)豎直安裝時。參考圖17，提供了流體冷卻排氣歧管組件100，并且該流體冷卻排氣歧管組件可以包括冷卻劑入口 102和冷卻劑出口 103。在圖18中示出的特定實施方式中，冷卻劑出口 103連接至蓋板104并且冷卻劑入口 102直接附接至鑄造排氣歧管111。蓋板104的周邊沿著界面112焊接至鑄造排氣歧管111。界面112形成在鑄造流體冷卻排氣歧管111的外部上并且在模制/鑄造過程中通過模型加工而產(chǎn)生。此外部鑄造幾何形狀形成了冷卻腔壁的一部分并且在界面112處終止以便附接蓋板104。所形成的冷卻劑通路允許冷卻劑從廢氣提取能量和/或調(diào)節(jié)所關(guān)注的區(qū)域中鑄造歧管111的材料溫度，在此情況下最高溫度的區(qū)域產(chǎn)生在歧管出口 107附近。圖18示出了用于圖17的相同流體冷卻排氣歧管組件的冷卻介質(zhì)的流動路徑108。 冷卻劑通路109由鑄造排氣歧管111的壁113的外表面以及蓋板104和蓋板105形成。鑄造排氣歧管壁113的內(nèi)表面形成了分離的廢氣通路106，隨著廢氣從排氣歧管的入口向排氣歧管的出口 107行進(jìn)，所述廢氣通路從發(fā)動機(jī)傳送廢氣?？梢蕴峁﹥蓚€蓋板，因為冷卻腔布置在鑄造部件的由特定鑄造模具的布局和分型面確定的分離側(cè)上。熱交換通過鑄造歧管壁113在熱廢氣與冷卻劑之間發(fā)生。在圖17和圖18中示出的實施方式中，當(dāng)流體冷卻排氣歧管被安裝在發(fā)動機(jī)上時， 冷卻劑通過廢氣出口 107附近的冷卻劑入口 102進(jìn)入并且穿過而到達(dá)歧管的冷卻劑通路 109。冷卻劑(例如，用于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中的水-乙二醇溶液)然后行進(jìn)穿過冷卻劑通路并穿過冷卻劑出口 103。冷卻通路的形狀和路徑可以取決于應(yīng)用。在圖17中所示的鑄造流體冷卻排氣歧管100中，冷卻腔可以定位成避免與入口凸緣115中的緊固孔114干涉同時保持出口 107的區(qū)域中的材料溫度很好地處于鑄鐵材料的工作溫度范圍內(nèi)。此布置的制造優(yōu)點在于，在鑄造過程期間不需要額外的型芯來形成冷卻腔壁并且冷卻腔完全開放以便鑄造后的清潔和檢查。圖19和圖20示出了流體冷卻排氣部件的另一個實施方式。此實施方式示出了能夠根據(jù)需要通過冷卻腔136a-f來部分地冷卻或者完全圍繞排氣部件131。另外，顯然地，此水套腔幾何形狀的全部能夠用被繪制為分型面的加工表面和外部型芯來形成，而在鑄造過程中不需要額外的內(nèi)部型芯。這有助于清潔和檢查，同時避免了與鑄造排氣部件整個且一體形成的水套的定位、清潔、和檢查復(fù)雜性。圖19和圖20中示出的實施方式可以包括圍繞排氣歧管131的一系列腔，所述腔被布置為提供總體上螺旋狀的冷卻劑通路135，冷卻劑可以通過所述冷卻劑通路行進(jìn)。冷卻劑通過冷卻劑入口 132從發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)入排氣部件131。從此處，冷卻劑進(jìn)入冷卻腔136c，流至冷卻腔136d，并且經(jīng)過類似的相鄰冷卻腔進(jìn)而經(jīng)過連接孔口 138而進(jìn)入冷腔136b。從此處，冷卻劑采用相似的路徑進(jìn)入冷卻腔136e，并且另一個相鄰的冷卻腔將冷卻劑返回至孔口 139并進(jìn)入冷卻腔136a。最后，冷卻劑進(jìn)入冷卻腔136f并且穿過冷卻劑出口 133。冷卻劑入口 132連接至蓋板13 并且冷卻劑出口連接至蓋板134d。可以提供界面140a-140d以便將蓋板134a-134d連接至鑄造排氣部件。可以提供多個冷卻腔以避免發(fā)動機(jī)組件間隙區(qū)141。這些間隙區(qū)141可以對應(yīng)于入口凸緣143中的安裝孔142。參考圖21，提供鑄造排氣歧管或者其他排氣部件161，所述鑄造排氣歧管可以包括排氣歧管流道169，所述排氣歧管流道容納并且傳送廢氣至排氣部件161的出口 168。將來自每個歧管流道169的廢氣通路布置在一起以軸向?qū)?zhǔn)在出口 168前面。螺旋狀冷卻劑通道170沿排氣部件161的外表面在出口 168的上游區(qū)域中形成。螺旋狀通道170通過螺旋狀肋167形成，所述螺旋狀肋被鑄造成鑄造排氣部件161的一部分。螺旋狀冷卻通路170 由鍛鋼管狀套筒封閉，所述管狀套筒是蓋板166的形式。螺旋狀肋167以一種方式布置以控制和引導(dǎo)冷卻流體164從冷卻劑入口 163流動至冷卻劑出口 165。冷卻劑入口 163和冷卻劑出口 165被連接至蓋板166。管狀蓋板166可以在設(shè)置在管狀蓋板166的任一端處的界面171處連接至鑄造排氣部件161。圖22是流體冷卻鑄造排氣歧管191的另一個實施方式，該實施方式被設(shè)計為從廢氣提取熱能以加熱發(fā)動機(jī)冷卻劑。蓋板198沿焊接界面196焊接至排氣歧管191。冷卻劑入口 193連接蓋板198并且冷卻劑出口 194與鑄造排氣歧管整體成形。隨著廢氣在流入廢氣出口收集器197之前流動經(jīng)過歧管流道195，熱能從廢氣傳遞給冷卻劑。中間壁或肋199 形成為鑄件的一部分以便引導(dǎo)和分配穿過冷卻劑通路200的冷卻劑192的流動。由蓋板98 提供的相對較冷的表面可以降低或者消除對排氣部件191進(jìn)行熱屏蔽的任何需要。幾何不規(guī)則性(例如扇形、鰭和/或肋)例如可以形成在廢氣通路200內(nèi)以增強(qiáng)從廢氣向冷卻劑的熱傳遞。參考圖23和圖對，提供了渦輪增壓器殼體121，并且所述殼體可以包括基本形成在渦輪增壓器蝸殼228的任一側(cè)上的一對徑向凸出壁225和226，由于流經(jīng)所述一對徑向凸出壁的速度相對高，所述一對徑向凸出壁可能是渦輪增壓器殼體的最熱部分。來自于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻劑流230依循可以由壁225和226以及蓋板224限定出的冷卻劑通路 2 行進(jìn)。冷卻劑進(jìn)口管222和冷卻劑出口管223附接至蓋板224。附接至蓋板224的冷卻劑導(dǎo)流板227可以沿著渦輪增壓器殼體的熱表面來指引冷卻劑230的流動并且保持局部殼體溫度相對低。參考圖25，提供排氣部件251，所述排氣部件可以包括一個或者多個熱電裝置 255。熱電裝置255利用排氣部件251的熱壁與冷卻通路258中相對較低的溫度之間產(chǎn)生的溫度差來工作。排氣部件251可以包括具有冷卻劑入口 253和冷卻劑出口 257的圓柱形蓋板252。冷卻劑流動路徑259可以布置為使得通過入口 253進(jìn)入排氣部件251的冷卻劑流經(jīng)圓周冷卻劑集流管(header) 254并且可以通過一系列平行通路258分布。通路258可以通過鑄造肋特征分隔開。來自于通道的冷卻劑被收集在類似的圓周冷卻劑集流管(未示出)中并且通過冷卻劑出口 257離開排氣部件251。前面已經(jīng)提供了對實施方式的描述以用于說明和描述的目的。這并不是要窮盡或者限制本公開。特定實施方式的單獨元件或者特征一般不限于該特定實施方式，而是在可應(yīng)用時，是可互換的并且能夠被用在所選擇的實施方式中，即使這些實施方式未被特別示出或者描述。所述元件或特征也可以以多種方式改變。這些變化不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是背離了本公開，并且所有這些修改將包含在本公開的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種排氣系統(tǒng)，包括排氣部件，包括至少一個廢氣通路并且部分限定至少一個流體腔；至少一個板，附接至所述排氣部件并且至少部分地封閉所述至少一個流體腔，以限定至少一個流體通路，所述至少一個流體通路與所述至少一個廢氣通路流體隔離；至少一個入口，流體通過所述至少一個入口進(jìn)入所述至少一個流體通路；以及至少一個出口，所述流體通過所述至少一個出口離開所述至少一個流體通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述排氣部件是排氣歧管或者渦輪增壓器殼體的其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述流體腔與所述排氣部件整體形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述至少一個板焊接至所述排氣部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述流體包括水、發(fā)動機(jī)冷卻劑、和制冷劑中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述流體從流經(jīng)所述至少一個廢氣通路的廢氣中吸收熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述排氣部件有熱傳遞關(guān)系的熱電直ο
8.一種用于車輛的排氣系統(tǒng)，包括排氣部件，包括整體成型的廢氣通路以及整體成型的流體腔；以及板，附接至所述排氣部件并且至少部分地封閉所述流體腔以限定流體管道，所述流體管道與所述廢氣通路流體隔離，所述板包括整體成型的入口和整體成型的出口，所述入口和出口與所述流體管道流體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述排氣部件是排氣歧管或者渦輪增壓器殼體的其中一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述板焊接至所述排氣部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述流體包括水、發(fā)動機(jī)冷卻劑、和制冷劑中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述流體從流經(jīng)所述廢氣通路的廢氣中吸收熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述排氣部件有熱傳遞關(guān)系的熱電裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述排氣部件由鑄鐵形成并且所述板由不銹鋼形成。
15.一種方法，包括鑄造排氣部件以包括廢氣通路，所述廢氣通路具有限定流體腔的外表面；提供包括第一端口和第二端口的板；以及將所述板附接至所述排氣部件，以使所述板和所述流體腔配合而形成與所述第一端口和所述第二端口流體連通的流體管道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將流體供應(yīng)至所述第一端口，以使所述流體流經(jīng)所述流體管道；以及將熱從流經(jīng)所述廢氣通路的廢氣傳遞至所述流體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括提供與所述廢氣有熱傳遞關(guān)系的熱電裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述流體和所述廢氣彼此流體隔離。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將所述板附接至所述排氣部件包括將所述板焊接至所述流體腔的周邊。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述排氣部件包括排氣歧管和渦輪增壓器殼體中的至少一個。
全文摘要
一種排氣系統(tǒng)的部件，可以在一個或多個入口與一個或多個出口之間傳送廢氣，并且可以包括與廢氣熱連通的至少一個流體路徑。流體路徑可以由所述部件的外表面和附接至外表面的蓋板限定。流體路徑可以與冷卻劑源連接。
文檔編號F01N3/02GK102597441SQ201080046729
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者克萊頓·A·斯洛斯 申請人:威斯卡特工業(yè)有限公司