Устройство экранирования высокотемпературных зон и транспортное средство, содержащее указанное устройство
DEVICE FOR SHIELDING HIGH-TEMPERATURE ZONES AND VEHICLE CONTAINING SPECIFIED DEVICE

Изобретение относится к устройству экранирования высокотемпературных зон, в частности, двигателя внутреннего сгорания.
Для экранирования высокотемпературных зон могут применяться теплозащитные экраны, например, в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в частности, в области выхлопного тракта. Теплозащитные экраны предназначены для защиты чувствительных к температурным воздействиям деталей и агрегатов. При этом теплозащитные экраны также могут улучшать защиту от шума.
Обычно теплозащитные экраны представляют собой трехмерные структурные детали, содержащие по меньшей мере один слой из листового металла. При этом трехмерная форма по меньшей мере одного слоя из листового металла обычно обусловлена формой подгоняемых друг к другу деталей и расстоянием между ними.
Крепление теплозащитного экрана к детали обычно осуществляется с помощью точечного соединения. Для этого слой из листового металла или, соответственно, все слои из листового металла могут содержать по меньшей мере одно сквозное отверстие, в котором размещается крепежный элемент. При этом в качестве крепежных элементов используются, например, винты, болты, штифты с горизонтальными болтами или заклепки.
В этих точках крепления в случае установки на горячую деталь теплозащитному экрану также может передаваться тепло. Под воздействием тепла теплозащитный экран может расширяться и затем снова сжиматься, когда передача тепла на теплозащитный экран прекращается. Это может привести к пластической деформации и повреждениям теплозащитного экрана.
Из DE 11 2014 003 457 T5 известен теплозащитный экран. Этот теплозащитный экран включает сквозное отверстие для прохождения крепежного элемента и втулку, проникающую через сквозное отверстие. Дополнительно теплозащитный экран включает разъединяющий элемент из гибкого материала, расположенный между краем окружности сквозного отверстия и втулкой.
Другие крепежные системы для теплозащитных экранов известны, например, из US 7,065,963 B2 и JP 2012-36828 A.
В основе данного изобретения лежит задача создания устройства с теплозащитным экраном, обладающим улучшенной точкой присоединения теплозащитного экрана к детали. В частности, такое присоединение должно обладать простой конструкцией и предотвращать либо по меньшей мере уменьшать обусловленные тепловым расширением повреждения теплозащитного экрана.
Поставленная задача достигается путем создания устройства согласно независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Устройство предназначено для экранирования высокотемпературных зон, в частности, двигателя внутреннего сгорания. Данное устройство включает теплозащитный экран со сквозным отверстием. Устройство включает деталь, в частности, источник тепла с крепежной областью, содержащей гнездо и выступ, который по меньшей мере частично охватывает гнездо. Выступ продолжается через сквозное отверстие в теплозащитном экране. Устройство включает крепежный элемент, в частности, винт (или болт, штифт с горизонтальным болтом или заклепку). Крепежный элемент фиксирует теплозащитный экран на крепежной области. Крепежный элемент опирается на выступ, продолжается через сквозное отверстие теплозащитного экрана и фиксируется в гнезде.
Устройство делает возможным скользящее или выполненное с возможностью скольжения крепление теплозащитного экрана на детали и имеет простую конструкцию. Выступ позволяет не зажимать теплозащитный экран между крепежной областью и крепежным элементом без необходимых для этого дополнительных деталей. Тем самым, при расширении или сжатии теплозащитный экран может скользить относительно детали и крепежного элемента по крепежной области. Благодаря этому существует возможность компенсации разных значений теплового расширения между деталью и теплозащитным экраном. Это позволяет предотвращать пластическую деформацию и повреждение теплозащитного экрана.
С помощью выступа скользящее крепление может быть реализовано с малыми затратами. За счет отказа от дополнительных деталей для реализации скользящего крепления можно снизить затраты и уменьшить трудоемкость монтажа.
В наиболее предпочтительном примере осуществления изобретения теплозащитный экран крепится в крепежной области с помощью крепежного элемента и выступа с возможностью скольжения в направлении теплового расширения экрана, в частности, в вертикальном относительно продольной оси крепежного элемента направлении.
В частности, теплозащитный экран может скользить или обладать возможностью скольжения при тепловом расширении под головкой крепежного элемента, выполненного в виде винта.
В дополнительном варианте осуществления изобретения пластическая деформация теплозащитного экрана при расширении и сжатии теплозащитного экрана при тепловом воздействии на теплозащитный экран по меньшей мере уменьшается, или по меньшей мере имеется возможность ее уменьшения.
В одном из примеров осуществления изобретения выступ продолжается через отдаленную от детали наружную поверхность теплозащитного экрана. Это позволяет сохранить зазор между теплозащитным экраном и крепежным элементом либо, соответственно, промежуточным элементом, расположенным между крепежным элементом и теплозащитным экраном. Благодаря этому зазору теплозащитный экран может скользить относительно участка крепления при расширении и сжатии экрана в результате теплового воздействия.
В дополнительном примере осуществления изобретения высота выступа больше длины первого сквозного отверстия и/или толщина материала теплозащитного экрана меньше высоты выступа.
В одном из вариантов осуществления изобретения выступ выполнен в форме кольца и/или бурта и/или отстоит от внутренней поверхности окружности сквозного отверстия. В качестве альтернативы или дополнительно крепежный элемент опирается на кольцеобразную торцовую поверхность выступа, охватывающую входное отверстие гнезда.
В дополнительном варианте осуществления изобретения выступ продолжается от, в частности, кольцеобразной опорной поверхности первой крепежной области. Теплозащитный экран прилегает к опорной поверхности первой крепежной области.
В одном из вариантов осуществления изобретения крепежный элемент опирается непосредственно на выступ, при этом между отдаленной от детали наружной поверхностью теплозащитного экрана и крепежным элементом образуется зазор. Этот зазор позволяет крепить теплозащитный экран в крепежной области с возможностью скольжения.
В дополнительном варианте осуществления изобретения крепежный элемент опирается на выступ опосредованно, через промежуточный элемент, в частности, подкладную шайбу, при этом между отдаленной от детали наружной поверхностью теплозащитного экрана и промежуточным элементом образуется зазор.
В дополнительном варианте осуществления изобретения зазор составляет менее 1 мм, в частности, находится в диапазоне от 0,1 до 0,8 мм, предпочтительно, от 0,2 до 0,5 мм. Зазора такого размера уже достаточно, чтобы предусмотреть скользящее крепление, предотвращающее пластическую деформацию теплозащитного экрана.
В одном из примеров осуществления изобретения теплозащитный экран является однослойным или многослойным. У однослойных теплозащитных экранов область экрана, охватывающая сквозное отверстие, может быть сформирована (установлена) под углом, например, штамповкой, чтобы предотвратить стук при возникновении вибраций. У многослойных теплозащитных экранов несколько слоев, в частности, металлических слоев, могут быть соединены друг с другом несколькими точками вдавливания. Металлические слои могут обладать разной толщиной для обеспечения разной частоты собственных колебаний отдельных слоев.
В дополнительном примере осуществления изобретения теплозащитный экран выполнен в форме пластины и/или адаптирован к внешнему контуру детали. В частности, теплозащитный экран может по меньшей мере частично охватывать деталь.
В одном из вариантов осуществления изобретения выступ выфрезерован в первой крепежной области. Это позволяет изготавливать выступ простыми технологическими операциями.
В качестве альтернативы или дополнительно первая крепежная область может быть выполнена в виде резьбового прилива, гнездо может представлять собой отверстие под винт, например, глухое отверстие с внутренней резьбой, и/или выступ и крепежная область изготовлены заодно в виде одной детали.
В дополнительном варианте осуществления изобретения деталь является элементом газоотвода, в частности, выхлопной трубы, выпускного коллектора, газотурбинного наддува или системы нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
В одном из вариантов осуществления изобретения теплозащитный экран неподвижно (в частности, без возможности скольжения) закреплен на детали по меньшей мере в одном месте, отстоящем от сквозного отверстия. В частности, место с неподвижным креплением может находиться на противоположной сквозному отверстию стороне теплозащитного экрана. Тем самым, теплозащитный экран может расширяться под тепловым воздействием от этого неподвижного крепления в направлении скользящего крепления. Неподвижное крепление может быть выполнено как описанное здесь неподвижное резьбовое соединение.
В качестве альтернативы или дополнительно теплозащитный экран закреплен с возможностью скольжения на детали по меньшей мере в одном месте, отстоящем от сквозного отверстия. В частности, теплозащитный экран соединен с деталью с возможностью скольжения в таких местах, в которых при неподвижном креплении произошла бы пластическая деформация/повреждение экрана. Скользящее крепление может быть выполнено как описанная здесь крепежная область с выступом.
Изобретение также относится к транспортному средству, в частности, к транспортному средству хозяйственного назначения с устройством согласно приведенному здесь описанию.
Описанное здесь устройство также можно использовать в других устройствах для экранирования высокотемпературных зон.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения можно комбинировать друг с другом в любом сочетании. Другие детали и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:
Фиг. 1 - Вид в перспективе теплозащитного экрана;
Фиг. 2 - Сечение теплозащитного экрана, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 3 - Сечение первого резьбового соединения теплозащитного экрана в укрупненном виде; и
Фиг. 4 - Подробный вид второго резьбового соединения теплозащитного экрана.
Изображенные на фигурах варианты осуществления изобретения совпадают по меньшей мере частично, так как аналогичные или идентичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций и в качестве пояснений к ним даются ссылки на описание других вариантов осуществления либо, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.
На фиг. 1 и 2 изображен теплозащитный экран 10. Теплозащитный экран 10 размещен на детали 12 (см. фиг. 2). Деталь 12 является источником тепла, который необходимо экранировать с помощью теплозащитного экрана 10. Деталью 12 может быть элемент газоотвода, например, выхлопная труба, выпускной коллектор, турбокомпрессор или система нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания может использоваться в транспортном средстве, в частности, транспортном средстве хозяйственного назначения, например, в грузовом автомобиле или в автобусе.
Теплозащитный экран 10 может иметь один или несколько слоев. Предпочтительно, чтобы теплозащитный экран 10 был изготовлен из металла.
В частности, теплозащитный экран 10 размещен на корпусе детали 12 с помощью первого резьбового соединения 14 и второго резьбового соединения 16. Также, к примеру, возможно, чтобы теплозащитный экран 10 был размещен на детали 12 с помощью дополнительных резьбовых соединений и/или других креплений.
Под воздействием тепла от детали 12 теплозащитный экран 10 может расширяться в процессе эксплуатации. Если деталь 12 прекращает сообщать тепловую энергию теплозащитному экрану 10, например, по причине остановки двигателя внутреннего сгорания, теплозащитный экран 10 снова сжимается. Обычно из-за неподвижного крепления теплозащитного экрана к детали могут возникать пластические деформации экрана. При этом теплозащитный экран может быть поврежден.
Для предотвращения пластической деформации теплозащитный экран 10 крепится к детали 12 в крепежной области 18 с помощью первого резьбового соединения 14 с возможностью скольжения. С помощью второго резьбового соединения 16 теплозащитный экран 10 неподвижно закреплен на детали 12 во второй крепежной области 20.
Также возможно, чтобы теплозащитный экран 10 был закреплен на детали с возможностью скольжения с помощью более чем одного резьбового соединения и/или чтобы все резьбовые соединения между экраном 10 и деталью 12 крепили теплозащитный экран 10 к детали 12 с возможностью скольжения.
Первое резьбовое соединение 14 содержит крепежный элемент 22 и промежуточный элемент 24. Второе резьбовое соединение 16 содержит крепежный элемент 26 и промежуточный элемент 28. Крепежные элементы 22, 26 выполнены, например, в виде винтов. Крепежные элементы 22, 26 также могут быть выполнены, например, в виде болтов, штифтов с горизонтальными болтами или заклепок. Промежуточные элементы 24, 28 выполнены, к примеру, в виде подкладных шайб. Также возможно, чтобы промежуточные элементы не были предусмотрены вообще.
Далее дается подробное описание первого резьбового соединения 14 со ссылкой на фиг. 3.
Первая крепежная область 18 содержит гнездо 30 и выступ (бурт) 32. Первая крепежная область 18 выполнена в виде резьбового прилива. Гнездо 30 выполнено, например, в виде отверстия под винт, в частности, глухого отверстия с внутренней резьбой.
Выступ 32 продолжается от кольцеобразной опорной поверхности 30 первой крепежной области 18 через первое сквозное отверстие 36 в теплозащитном экране 10. Выступ 32 продолжается через первое сквозное отверстие 36 и выступает над отдаленной от детали 12 наружной поверхностью 44 теплозащитного экрана 10. Высота выступа 32 больше толщины теплозащитного экрана 10.
Выступ 32 выполнен в форме кольца и охватывает гнездо 30. В частности, выступ содержит кольцеобразную торцовую поверхность 38, охватывающую входное отверстие гнезда 30. Выступ 32 содержит боковую поверхность 40, отстоящую от внутренней поверхности окружности первого сквозного отверстия 36. Боковая поверхность 40 ограничена, с одной стороны, опорной поверхностью 34 и, с другой стороны, торцовой поверхностью 38. Наружный диаметр выступа 32 меньше внутреннего диаметра первого сквозного отверстия 36. Тем самым, выступ 32 отстоит от внутренней поверхности окружности первого сквозного отверстия 36 с образованием кольцевого зазора.
Теплозащитный экран 10 прилегает к опорной поверхности 34 первой крепежной области 18. В частности, теплозащитный экран 10 прилегает первой наружной поверхностью 42, обращенной к детали 12, к опорной поверхности 34.
Промежуточный элемент 24 прилегает к торцовой поверхности 38 выступа 32. Промежуточный элемент 24 не прилегает ко второй наружной поверхности 44 теплозащитного экрана 10. В частности, между второй наружной поверхностью 44 и промежуточным элементом 24 имеется (небольшой) зазор S.
Крепежный элемент 22 продолжается через промежуточный элемент 24 и первое сквозное отверстие 36. Крепежный элемент 22 ввинчен в гнездо 30. Крепежный элемент 22 опирается на торцовую поверхность 38 выступа 32 через промежуточный элемент 24. Крепежный элемент 22 зажимает промежуточный элемент 24 между собой и выступом 32. В частности, промежуточный элемент 24 зажат между головкой крепежного элемента 22 и торцовой поверхностью 38 выступа 32.
Благодаря наличию зазора S теплозащитный экран 10 может скользить относительно первой крепежной области 18 и крепежного элемента 22. Иными словами, теплозащитный экран 10 закреплен в первой крепежной области 18 с возможностью перемещения. Благодаря этому теплозащитный экран 10 может двигаться относительно первой крепежной области 18 при тепловом расширении в пределах кольцевого зазора, имеющегося между выступом 32 и внутренней поверхностью окружности первого сквозного отверстия 36.
В частности, теплозащитный экран 10 закреплен в первой крепежной области 18 с возможностью скольжения в направлении основного теплового расширения экрана 10, т. е. в вертикальном относительно продольной оси крепежного элемента 26 направлении. Тем самым, при расширении или сжатии теплозащитный экран 10 может скользить под промежуточным элементом 28.
Для обеспечения скользящего крепления теплозащитного экрана 10 зазор S может быть, например, больше 0,1 мм и меньше 0,8 мм. В зависимости от возможного технологического и монтажного допуска размер зазора S может находиться, например, в диапазоне сотых долей миллиметра.
Также, например, можно не предусматривать промежуточный элемент и крепежный элемент будет опираться непосредственно на выступ 32. В таком крепежном элементе диаметр головки винта был бы больше диаметра первого сквозного отверстия 36 теплозащитного экрана 10. Иными словами, крепежный элемент и промежуточный элемент также могут быть изготовлены в виде одной цельной детали.
На фиг. 4 показан подробный вид неподвижного резьбового соединения 16.
Вторая крепежная область 20 содержит гнездо 46 и кольцеобразную опорную поверхность 48. Гнездо 46 выполнено в виде отверстия под винт, например, в виде глухого отверстия с внутренней резьбой. Кольцеобразная опорная поверхность 48 охватывает входное отверстие гнезда 46.
Обращенная к детали 12 наружная поверхность 42 теплозащитного экрана 10 прилегает к опорной поверхности 48. Промежуточный элемент 28 прилегает к отдаленной от детали 12 наружной поверхности 44 теплозащитного экрана 10. Крепежный элемент 26, в частности, головка крепежного элемента 26 опирается на наружную поверхность 44 через промежуточный элемент 28. Крепежный элемент 26 второго резьбового соединения 16 продолжается через промежуточный элемент 28 и второе сквозное отверстие 50 теплозащитного экрана 10 и ввинчен в гнездо 46. Теплозащитный экран 10 зажат между промежуточным элементом 28 и опорной поверхностью 48 без возможности перемещения.
По фиг. 1 и 2 видно, что теплозащитный экран 10 под воздействием тепла может расширяться в направлении W (см. фиг. 1) благодаря скользящему резьбовому соединению 14 и неподвижному соединению 16. При этом теплозащитный экран 10 может скользить вдоль резьбового соединения 14. Это предотвращает пластическую деформацию / повреждение теплозащитного экрана 10. При последующем сжатии теплозащитного экрана 10 в направлении, противоположном направлению W, в результате уменьшения или прекращения теплового воздействия экран 10 снова может скользить вдоль резьбового соединения 14. В этом случае также можно предотвратить пластическую деформацию / повреждение теплозащитного экрана 10.
Данное изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, которые были описаны выше. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, в которых также будет использована идея данного изобретения, и поэтому такие варианты будут входить в объем правовой охраны. В частности, данное изобретение претендует на защиту предмета и признаков из зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от отсылки к соответствующим пунктам формулы. В частности, признаки независимого пункта 1 формулы изобретения могут быть раскрыты независимо друг от друга. Дополнительно признаки зависимых пунктов формулы изобретения раскрываются независимо от всех признаков независимого пункта 1 и, к примеру, независимо от признаков касательно наличия и/или конфигурации теплозащитного экрана, детали и крепежного элемента из независимого пункта 1.
Список номеров позиций
10 - Теплозащитный экран
12 - Деталь
14 - Первое резьбовое соединение
16 - Второе резьбовое соединение
18 - Первая крепежная область
20 - Вторая крепежная область
22 - Крепежный элемент
24 - Промежуточный элемент
26 - Крепежный элемент
28 - Промежуточный элемент
30 - Гнездо
32 - Выступ (бурт)
34 - Опорная поверхность
36 - Первое сквозное отверстие
38 - Торцовая поверхность
40 - Боковая поверхность
42 - Первая наружная поверхность
44 - Вторая наружная поверхность
46 - Гнездо
48 - Опорная поверхность
50 - Второе сквозное отверстие
S - Зазор
W - Направление теплового расширения