Выхлопная система автотранспортного средства, содержащая усовершенствованный шаровой шарнир - RU2646670C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к выхлопной системе автотранспортного средства.

В частности, объектом изобретения является выхлопная система автотранспортного средства, содержащая по меньшей мере одну входную трубу с первым главным диаметром, шарнирно соединенную с выходной трубой со вторым диаметром, меньшим первого главного диаметра, через шаровой шарнир, выполненный с возможностью обеспечения максимального углового отклонения на определенное число градусов между двумя трубами, при этом указанный шаровой шарнир содержит охватываемый усеченный конусный элемент, неподвижно соединенный с входной трубой, который расположен напротив охватывающего усеченного конусного элемента, закрепленного на конце выходной трубы, при этом концевой участок входной трубы определенной длины, выступает за пределы охватываемого усеченного конусного элемента по меньшей мере частично внутрь охватывающего усеченного конусного элемента и поддерживает уплотнительное кольцо, установленное между указанным концевым участком входной трубы и внутренней стенкой охватывающего усеченного конусного элемента.

Известны многочисленные примеры выхлопных систем этого типа.

Известный недостаток такой выхлопной системы проявляется, в частности, на уровне шарового шарнира.

Действительно, в описанной выше конфигурации циркулирующие горячие выхлопные газы входят в непосредственный контакт с концевым участком входной трубы, на котором установлено уплотнительное кольцо, и проходят в полость, ограниченную кольцом и охватывающим усеченным конусным элементом, обдувая передний конец уплотнительного кольца.

Известные уплотнительные кольца, как правило, выполнены посредством плетения из нержавеющей нити с графитовым наполнителем.

Однако было установлено, что уплотнительные кольца, подвергаемые действию таких температур, начинают разрушаться, поскольку графитовое связующее постепенно отделяется от металлической оплетки и выносится выхлопными газами, поэтому в такой конфигурации это кольцо имеет очень ограниченный срок службы.

Изобретением предложена выхлопная система описанного выше типа, содержащая шаровой шарнир новой конструкции, в котором уплотнительное кольцо по существу изолировано от выхлопных газов и от выделяемого ими тепла, что позволяет увеличить срок службы указанного кольца.

В связи с этим, объектом изобретения является выхлопная система описанного выше типа, в которой, согласно изобретению, во входной трубе установлен сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент, образующий аэродинамический отражатель, который расположен с радиальным зазором в концевом участке входной трубы и который выходит по существу напротив конца выходной трубы, направляя выхлопные газы и соответствующую теплоту за пределы зоны контакта кольца с концевым участком входной трубы и с охватывающим усеченным конусным элементом, чтобы избегать разрушения указанного уплотнительного кольца.

Согласно другим отличительным признакам изобретения:

- сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент содержит:

- первый цилиндрический участок с диаметром, по существу соответствующим первому главному диаметру, который установлен без зазора в части входной трубы, находящейся на входе ее концевого участка,

- второй усеченный конусный участок,

- третий цилиндрический участок с диаметром, соответствующим второму диаметру, конец которого выходит по существу напротив конца выходной трубы,

- первый, второй и третий участки сходящегося промежуточного усеченного конусного элемента являются коаксиальными,

- общее осевое направление выхода второго усеченного конусного участка и третьего цилиндрического участка образует с общим осевым направлением входа второго усеченного конусного участка и первого участка угол, который по существу соответствует максимальному угловому отклонению входной и выходной труб, для обеспечения коаксиальности третьего участка сходящегося промежуточного усеченного конусного элемента с выходной трубой, когда входная и выходная трубы занимают относительное угловое положение, соответствующее углу отклонения,

- концевой участок входной трубы имеет диаметр, превышающий первый главный диаметр входной трубы,

- уплотнительное кольцо выполнено из металлической сетки из нержавеющей нити с наполнителем из связующего на основе графита.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан известный шаровой шарнир, вид в перспективе;

на фиг. 2 показан шаровой шарнир, изображенный на фиг. 1, в положении, в котором входная и выходная трубы находятся на одной линии, вид в разрезе;

на фиг. 3 показан шаровой шарнир в положении, в котором входная и выходная трубы образуют угол, соответствующий максимальному отклонению, вид в разрезе;

на фиг. 4 показано прохождение газов в шаровом шарнире в известном техническом решении, вид в разрезе;

на фиг. 5 показано прохождение газов в шаровом шарнире в известном техническом решении, детальный вид в разрезе;

на фиг. 6 показано прохождение газов в шаровом шарнире согласно первому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 7 показано прохождение газов в шаровом шарнире, изображенном на фиг. 6, детальный вид в разрезе;

на фиг. 8 показано прохождение газов в шаровом шарнире согласно второму варианту осуществления изобретения, вид в разрезе.

В дальнейшем тексте описания идентичные детали или детали, имеющие подобные функции, будут обозначены одинаковыми цифровыми позициями.

На фиг. 1-5 показана часть выхлопной системы 10 автотранспортного средства.

Как известно, система 10 содержит по меньшей мере одну входную трубу 12 с первым главным диаметром "D₁", которая шарнирно соединена с выходной трубой 14 с вторым диаметром "D₂", меньшим первого главного диаметра "D₁".

Шарнирное соединение труб 12, 14 осуществляют при помощи шарового шарнира 16, который обеспечивает максимальное угловое отклонение "α" с определенным числом градусов между двумя трубами 12 и 14, в частности, когда двигатель (не показан), неподвижно соединенный с входной трубой 12, приподнимается в результате резкого увеличения крутящего момента. Такая конфигурация представлена, в частности, на фиг. 2 и 3, при этом на фиг. 2 показан шаровой шарнир, в котором угол между входной и выходной трубами 12 и 14 является нулевым, а на фиг. 3 показан шаровой шарнир, в котором угол между входной и выходной трубами 12 и 14 является максимальным.

Как известно, шаровой шарнир 16 содержит охватываемый усеченный конусный элемент 18, неподвижно соединенный с входной трубой 12, который расположен напротив охватывающего усеченного конусного элемента 20, закрепленного на конце выходной трубы 14. Концевой участок 22 входной трубы 12, имеющий определенную длину "1", выступает за пределы охватываемого усеченного конусного элемента 18 по меньшей мере частично внутрь охватывающего усеченного конусного элемента 20. На этом участке 22 установлено уплотнительное кольцо 24, которое расположено между указанным концевым участком 22 входной трубы 12 и внутренней стенкой 26 охватывающего усеченного конусного элемента 20.

Как показано на фиг. 4 и 5, когда выхлопные газы "G" протекают через шаровой шарнир 16, они приводят к нагреву уплотнительного кольца 24. Действительно, эти газы, показанные стрелками на фиг. 4 и 5, обдувают концевой участок 22 и нагревают кольцо 24 за счет проводимости через концевой участок 22 входной трубы 12.

Газы также напрямую действуют на передний конец 25 кольца 24.

Таким образом, газы 24 действуют на графитовое связующее, которое связывает оплетку из нержавеющих нитей кольца 24. После прорыва через это связующее горячие газы могут пройти в кольцо 24 и вызвать его ускоренный износ.

Изобретение призвано устранить этот недостаток и предложить выхлопную систему 10, содержащую шаровой шарнир 16, в котором кольцо 24 является по существу изолированным.

Для этого, как показано на фиг. 6-8, изобретением предложена выхлопная система описанного выше типа, у которой во входной трубе 12 установлен сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент 28, образующий аэродинамический отражатель, который расположен с радиальным зазором "J" в концевом участке 22 входной трубы 12 и который выходит по существу напротив конца 15 выходной трубы 14 для направления выхлопных газов и соответствующую теплоту за пределы зоны контакта кольца 14 с концевым участком 22 входной трубы 12 и с охватывающим усеченным конусным элементом 20, как детально показано на фиг. 5, чтобы предотвратить разрушение указанного уплотнительного кольца 14.

Поскольку промежуточный элемент 28 по существу имеет форму усеченного конуса, зазор "J" между этим промежуточным элементом 28 и концевым участком 22 не является постоянным, а увеличивается между двумя концами элемента 28, причем этот зазор является максимальным на свободном конце указанного элемента 28, тогда как противоположный конец элемента 28 плотно заходит во входную трубу 12.

Труба 12 может иметь постоянный диаметр. Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 6, концевой участок 22 входной трубы 12 имеет диаметр "D₃", превышающий первый главный диаметр "D₁" входной трубы 12. По этой причине зазор между этим промежуточным элементом 28 и концевым участком 22 по меньшей мере равен разности радиусов между наибольшим радиусом промежуточного элемента 28 и радиусом концевого участка 22, что обеспечивает присутствие минимальной воздушной прослойки, которая изолирует элемент 28, обдуваемый горячими газами, от концевого участка 22.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения уплотнительное кольцо 24 выполнено в виде металлической сетки из нержавеющей нити с наполнителем из связующего на основе графита. Эта конфигурация не является ограничительной в рамках изобретения, но представляет собой наилучший компромисс с точки зрения прочности и герметичности.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 6 и 8, сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент 28 содержит первый цилиндрический участок 30 с диаметром, по существу соответствующим первому главному диаметру "D₁", который установлен без зазора в части входной трубы 12, находящейся на входе ее концевого участка 22. Например, первый участок 30 посажен в натяг во входную трубу 12, с которой его можно соединить сварным швом при помощи лазерной сварки или посредством точечной сварки.

Сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент 28 содержит второй усеченный конусный участок 32, диаметр которого по существу изменяется между диаметрами "D₁" и "D₂".

Наконец, сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент 28 содержит третий цилиндрический участок 34 с диаметром, соответствующим второму диаметру "D₂", конец 36 которого выходит по существу напротив конца 15 выходной трубы 14.

Цилиндрический участок 34 может быть выполнен в виде дополнительной присоединяемой детали или может быть образован продолжением входной трубы, например, принадлежащим к выхлопному коллектору.

Разумеется, в любом случае расстояние между концом третьего участка 34 и охватывающим усеченным конусным элементом 20 предусмотрено таким образом, чтобы третий участок 34 не сталкивался с охватывающим усеченным конусным элементом 20 и чтобы обеспечивать отклонение с углом "α" между трубами 12 и 14.

Согласно первому варианту осуществления, представленному на фиг. 6 и 7, первый, второй и третий участки 30, 32, 34 сходящегося промежуточного усеченного конусного элемента 28 являются коаксиальными. Эта конфигурация в основном соответствует использованию выхлопной системы, в которой угол, образованный между входной 12 и выходной 14 трубами, большую часть времени является нулевым.

Согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 8, общее осевое направление "S" выхода второго усеченного конусного участка 32 и третьего цилиндрического участка 34 образует с общим осевым направлением "Е" входа второго усеченного конусного участка 32 и первого участка не равный нулю угол, который не превышает максимального углового отклонения "α" входной 12 и выходной 14 труб. Эта конфигурация обеспечивает коаксиальность третьего участка 34 сходящегося промежуточного усеченного конусного элемента с выходной трубой 14, когда входная 12 и выходная 14 трубы занимают не равное нулю угловое положение, не превышающее угла "α" максимального отклонения, как показано на фиг. 8. Понятно, что эта конфигурация предназначена для выхлопной системы, которая во время своего использования большую часть времени занимает конфигурацию, при которой входная 12 и выходная 14 трубы образуют не равный нулю угол, и в этом случае предпочтительно угол между участками 32, 34 должен быть максимально близким к углу, который во время работы большую часть времени образуют входная 12 и выходная 14 трубы, причем, разумеется, этот угол не превышает угла "α" максимального отклонения.

Таким образом, в каждом из этих двух вариантов осуществления изобретением предлагается выхлопная система 10, в которой шаровой шарнир характеризуется долговременной герметичностью за счет высокой прочности своего уплотнительного кольца 24.

Реферат

Изобретением предложена выхлопная система (10) автотранспортного средства, содержащая по меньшей мере одну входную трубу (12), шарнирно соединенную с выходной трубой (14) через шаровой шарнир (16), при этом указанный шаровой шарнир (16) содержит охватываемый усеченный конусный элемент (18), неподвижно соединенный с входной трубой (12), который расположен напротив охватывающего усеченного конусного элемента (20), закрепленного на конце выходной трубы (14). Концевой участок (12) входной трубы определенной длины (1) выступает за пределы охватываемого усеченного конусного элемента (18) по меньшей мере частично внутрь охватывающего усеченного конусного элемента (20) и поддерживает уплотнительное кольцо (24), установленное между указанным концевым участком (22) входной трубы (12) и внутренней стенкой (26) охватывающего усеченного конусного элемента (20). Во входной трубе (12) установлен сходящийся промежуточный усеченный конусный элемент, образующий аэродинамический отражатель, который направляет выхлопные газы (G) и соответствующую теплоту за пределы зоны контакта кольца (24) с концевым участком (22) входной трубы (12) и с охватывающим усеченным конусным элементом (20). Использование изобретения позволит создать выхлопную систему, в которой шаровой шарнир характеризуется долговременной герметичностью за счет высокой прочности своего уплотнительного кольца. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула