[发明专利]流体冷却排气歧管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月14日提交的美国临时申请61/251,427号以及2010年5月26日提交的美国临时申请61/348,481号的权益。以上申请中的每一个的整体内容以引证方式结合于此。

技术领域

本公开涉及排气部件，该排气部件具有流体通路以调节排气部件的材料温度和/或从废气流提取能量。

背景技术

本部分提供了涉及本公开的背景信息并且并非必须是现有技术。

汽车制造商和整个交通运输领域正在面对日益严厉的对于燃料效率和排放的法规的限制。而且，这里存在来自车辆驾驶者的要求提高燃料效率以减低运行成本的压力。为了达到这些目的，汽车制造商正在采用新的技术，例如涡轮增压汽油直喷发动机和稀薄燃烧，这些技术倾向于将废气升高至更高温度。

最传统的内燃机具有接近或者低于900℃的最大时间平均废气温度。对于这些应用，低成本铸铁合金(例如钼化硅(SiMo)铸铁)通常足以满足对于应用在排气部件中的耐用性要求。对于具有耐用性问题或者稍高的废气温度的应用，镍铸铁合金(例如D5S耐蚀镍(～35％镍))通常被专门用于铸造部件，但使成本增加。很多新型发动机，特别是涡轮增压汽油直喷发动机，能够达到高于950℃的废气温度。汽车工业中目前的实际情况是采用锻造不锈钢或者铸造不锈钢来用于要求最严格的应用。这些是制造起来最昂贵类型的部件。

本公开是一种解决需要对排气部件采用更昂贵的材料而低成本材料不能满足该应用中的耐久性要求时所产生的问题的方法。为了通过低成本材料实现期望的耐用性，使用中的部件的温度可以被调节并且保持在用于该应用的特定材料的临界值极限以下。通常临界值极限在特定材料的Ac1相变温度(transformation temperature)以下，并且对于具有高工作应力或应变的情况可以充分地处于所述相变温度以下。排气部件的水冷是调节排气部件材料温度的一种方法。

水套(water jacket)可以通过采用泡沫型式(foam pattern)来产生，所述泡沫型式在铸造过程期间蒸发以形成用于排气歧管以及围绕的水套的期望几何形状。在铸造排气歧管中产生水套的另一种过程是在制造期间采用水套型芯(core)。在此情况下，整个水套是通过在铸造之前在铸模中组装的一个或者多个内部砂芯来产生的。

发明内容

本部分提供了本公开的总体性摘要，并且并不是本公开的全部范围或者本公开的全部特征的全面公开。

本公开提供了一种排气部件，所述排气部件具有在排气部件的外表面上产生腔的方法以及以低成本、强固的方式形成所述腔的方法，以便实现废气与热传递介质(例如发动机冷却剂)之间的热交换的目的。虽然以下实例和论述一般性地涉及排气歧管的冷却，应当理解，通过非限制性实例的方式，在此所论述的一般性概念同样也适用于其他排气部件和/或系统，例如涡轮增压器壳体和废气热回收系统。

本公开涉及一种用于排气部件的在铸造过程期间不需要采用传统的内部水套型芯的流体冷却腔。对于术语“流体”或“冷却剂”，意思是适于实现本公开的一个或者多个目的的多种液体或气体中的任一种。例如，流体或者冷却剂可以是水、制冷剂、发动机冷却剂或者任何其他合适的流体。本公开说明了在排气部件的外部上产生局部腔的方法，通常不需要任何额外的外部型芯。在铸造过程完成后，局部腔随后通过将分离部件(piece)焊接或者钎焊至排气部件来封闭以形成流体套，即，水套。