CN101605972A - 进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将气体引导到机动车的热力发动机的汽缸盖上的进气装置，该进气装置包括热交换器(14)、所述热交换器(14)的入口壳体(26)以及所述热交换器(14)的出口壳体(11)，其特征在于，所述热交换器(14)是所述进气装置的结构元件，所述入口壳体(26)和所述出口壳体(11)被固定在所述热交换器(14)上。

Description

进气装置
技术领域
本发明涉及一种用于将气体引导到机动车的热力发动机的汽缸盖中的进气装置。术语“气体”指的是空气或者空气与废气的混合物，可选地补充有液体和/或气态燃料。
背景技术
机动车的热力发动机包括燃烧室(通常由多个汽缸构成)，其中氧化剂和燃料的混合物被燃烧掉，用于使发动机工作。氧化剂根据发动机是否包括涡轮压缩机而包括加压空气或者未加压空气。另外，空气可以与废气混合；这些废气被称作再循环废气。进给到燃烧室的气体被称作进给气体。
进给气体在“进气歧管”(本领域技术人员通常采用英文术语称为“intake manifold”)处被接收。该歧管与燃烧室的汽缸盖(即，汽缸入口)连接。根据发动机的功率，气体可以完全或部分被冷却，或者未被冷却。因此，两根管进给到歧管：一根管直接将进给气体供给到歧管，另一根管经由热交换器间接供给进给气体，该热交换器允许气体通过其中被冷却下来或者在一些情况下被加热。
现有技术的热交换器被安装在一般由塑料制成的容纳壳体中。除了其容纳功能外，容纳壳体通常被布置成还与热交换器的入口壳体和/或出口壳体整体形成。根据发动机的构成，容纳壳体进一步大体上支撑多个其它元件，即，例如连接元件、阀、进气歧管、废气进入模块等。该壳体的示例公开在专利申请DE19902504中。
除了该支撑约束外，容纳壳体还受到与加压进给气体2、7的循环相关联的压应力。更具体地，容纳壳体的盖覆盖整个壳体并承受所有压力。另外，该壳体受到由其支撑的所有元件产生的振动。
因此，该壳体应该被制造得更坚固，从而不会在压应力的作用下涨大或者能避免由于振动而导致的损坏。这种加固成本很高并导致壳体的重量更重。
发明内容
本发明旨在解决上述问题。
为了实现该目的，本发明涉及一种用于将气体引导到机动车的热力发动机的汽缸盖中的进气装置，该进气装置包括热交换器、所述热交换器的入口壳体以及所述热交换器的出口壳体，其特征在于，所述热交换器是所述进气装置的结构元件，所述入口壳体和所述出口壳体被固定在所述热交换器上。
如这里所采用的，该结构元件是支撑进给进气装置的结构元件。更具体地，该结构元件(这里是金属元件)具有允许其支撑该装置的其它元件(直接或间接嵌入到该装置上的元件)的机械强度特性，同时该元件也提供与发动机的其余部件的连接，该元件可以紧固到发动机上并且保持整个装置。
热交换器是坚固的、耐久的并且能够满足这种结构功能。由于采用了这种结构，在这种结构中，限定不同容积(热交换器的入口容积、热交换器的容积以及热交换器的出口容积)的元件被分开，只有进行装置操作所需的表面被暴露到一定压力下，而在现有技术中没有表面(例如位于现有技术的热交换器上方的壳体盖的部分)受到压应力。另外，该装置的大部分暴露表面是热交换器的暴露表面，更精确地说是最耐久元件。
因此，根据本发明，在现有技术中只具有热交换功能的热交换器具有附加的结构元件的功能。因此，所述热交换设置有其之前不具有的结构化功能。整个装置被固定为围绕该热交换器14并被固定在该热交换器14上。
一方面由于热交换器14不再被安装壳体中，而是被安装在另一部件上，从而能支撑这种振动，另一方面由于其它元件与该热交换器14是相互依赖的，从而是坚固的，因此，对振动的抗性更强。
因此，该装置对压力、振动和温度具有更强的抗性。
另外，因为限定不同容积的元件被分开，所以可以在没有螺丝被设置在歧管11的容积中或者没有螺丝与歧管11的容积流体连通的情况下，将元件固定在热交换器上。这样，如果螺钉被旋开，该螺钉也不会经由歧管11落入汽缸中，从而不会损坏发动机。
作为优选，热交换器包括限定一罩的金属框架，在该罩中，一部件延伸穿过所述热交换器的所述罩，以与气体交换热量。
有利地，在这种情况下，所述热交换器的所述框架由铝制成，并且所述入口壳体和所述出口壳体由塑料材料制成。
仍然作为优选，当通过螺丝连接对所述入口壳体和所述出口壳体进行固定时，所述进气装置被布置成没有螺丝位于所述出口壳体的容积中或者没有螺丝与所述出口壳体的容积连通。
仍然作为优选，该装置包括在所述汽缸盖中的进气歧管，并且所述歧管形成所述热交换器的所述出口壳体。
有利地，在这种情况下，该装置包括歧管的进气阀，所述阀直接或间接通过所述热交换器与所述歧管连通，其中所述阀和所述歧管整体形成为一单元模块，以被固定在所述热力发动机的汽缸盖上，所述模块被固定在所述热交换器上。
仍然是有利地，所述阀是双阀，包括入口导管、通到所述歧管的直接出口导管以及通到所述热交换器的所述入口壳体的间接出口导管。
本发明还涉及一种用于机动车的热力发动机，该热力发动机包括燃烧室、形成所述燃烧室的入口的汽缸盖以及用于将气体引导到所述汽缸盖中的装置，该装置包括以上所述的进气装置的特征。
附图说明
通过以下参考附图对根据本发明的装置和发动机的优选实施例的描述，将更好地理解本发明。
图1是示出根据本发明用于来自马达的气体的流体回路的构造的示意框图；
图2是本发明的装置的实施例的透视图；
图3是图2中的装置的分解透视俯视图；
图4是图2中的装置的分解透视仰视图。
具体实施方式
参考图1，本发明的发动机1包括燃烧室13(这里由四个汽缸构成)，活塞可移动地组装在其中，正如所公知的。发动机的进给空气2被引导通过由涡轮3b驱动的涡轮压缩机3(包括压缩机3a)，涡轮3b由废气4驱动。一旦涡轮3b已经被驱动，废气4或者被排出通过废气管6，或者进行“再循环”，即废气4被重新注入到进给空气流2中。这种废气的再循环也被称作“低压”。为了实现该目的，再循环废气7在阀8的水平面处被收集、在用于低压废气的热交换器9中冷却下来并被注入到压缩机3a上游的进给空气流2中。
进给空气与再循环废气7的这种混合使得降低氧化氮的排放成为可能。
因此，在压缩机入口3a处，进给气体2、7或者只包括空气2、或者包括空气2与低压再循环废气7的混合物，通过低压废气再循环阀8对这种混合进行调节。该进给空气2、7在压缩机3a中被加压并且被供给到歧管11的进给阀10。
歧管11在汽缸盖12上被调整，汽缸盖12提供燃烧室13的汽缸的顶部的封闭并形成该燃烧室13的容积的一部分，正如所公知的。歧管11允许进给气体进入到汽缸盖12中。歧管11有时被称作歧管11，有时被称作到汽缸的进给气体分配器。
歧管11的进给阀10是双阀，即该进给阀包括入口导管10a和两个出口导管10b、10c。第一出口导管10b直接通到歧管11；在下文中其将被称作直接出口导管10b。第二出口导管10c通到热交换器14，该第二出口导管的出口容积通到歧管11；因此，所述第二出口导管10c通过所述热交换器14间接通到歧管11；在下文中，其将被称作间接出口导管10c。
这样，到达阀10的入口导管10a的进给气体2、7可以或者通过直接出口导管10b被直接引导到歧管11中，或者通过形成通过所述热交换器14的通路的间接出口导管10c被间接引导到歧管11中。双阀10被布置成使进给气体2、7在一个和/或另一个出口导管10b、10c中完全或部分通过成为可能；从而可以设定经受热处理(例如，冷却操作)的进给气体2、7与未经受这种处理的进给气体的比例。
进给气体2、7与燃料混合并在燃烧室13中燃烧掉。当处于高压下的废气15离开燃烧室13时，该废气15被收集到废气歧管16中并被导向到涡轮3b中，如上所述。
根据图3所示的特定实施例，这种高压废气17的一部分也可以进行再循环。为了实现该目的，再循环气体管17被布置在废气歧管16上，以使废气流的一部分旁路，通过阀18设定高压废气17的流量。这种高压再循环废气17在热交换器19中被冷却下来并被直接注入到进气歧管11中。这是所谓的“高压”废气再循环。
因此，废气可以通过低压再循环在压缩机3a上游与进给空气2混合，或者通过高压再循环在歧管11中与进给空气2混合。
如图2-4所示，根据本发明的实施例，双阀10和歧管11被集成为旨在被固定在发动机的汽缸盖12上的单元模块20。为了实现该目的，双阀10的直接出口导管10b直接被固定在歧管11的入口端口21的水平面处，并且因此直接通到歧管11的容积中。该模块20是紧凑的并且对振动的响应较小。另外，该单元模块具有通用的特性，使其能够适用于不同的发动机结构。
更具体地，入口导管10a和两个出口导管10b、10c被布置成使到来的气体或者通过直接出口导管10b或者通过间接出口导管10c或者通过两者；在本发明所描述的实施例中，气体不能同时通过导管10b、10c两者。为了实现该目的，阀10包括两个蝶片10b′、10c′，每个蝶片分别位于出口导管10b、10c中。图3中清楚地示出了蝶片10c′。显然，作为蝶片10b′、10c′的替代，可以构想任何其它流量调节装置(例如，节气门或片)。
蝶片10b′、10c′中的每一个可以由相应的致动装置驱动。根据本发明的优选实施例，单个致动装置22驱动两个蝶片10b′、10c′。例如，阀10可以在这种情况下与本申请人于2006年4月26日提交的法国专利申请No.0603711所公开的阀相类似。该阀不允许导管10、10c的所有可能开放组合，而只有三种以下操作模式：
-第一模式，在该第一模式中，蝶片10b′在其关闭位置和其打开位置之间可调整地部分地被打开，同时蝶片10c′关闭；
-第二模式，在该第二模式中，两个蝶片10b′、10c′均关闭；以及
-第三模式，在该第三模式中，蝶片10b′关闭而蝶片10c′打开。
可以采用与具有蝶片10b′、10c′的致动装置22连接的特定传动装置来实现从一种模式到另一种模式的转换，如在上面提到的专利申请中所公开的。
利用该双阀10：
-在第一操作模式中，进给气体2、7直接被导向到歧管11中，通过或多或少打开的蝶片10b′来调整进给气体2、7的流量；
-在第二操作模式中，歧管11的气体进给被关闭；以及
-在第三操作模式中，进给气体2、7通过热交换器14被间接供给到歧管11。
应该注意到，根据本发明这里所公开的实施例，利用该双阀10，不能将进给气体2、7分为流向歧管11的两个同时的气体流(一个直接、另一个间接)；另外，间接流动不适用(蝶片10c′或者被打开或者被关闭)。显然，双阀10可以被布置成或者使用两个致动装置(每个致动装置致动一个蝶片)或者使用其它合适的装置来实现这些操作模式。这里所采用的这种双阀10的优点是其结构紧凑和其使用简单。
在本发明的优选实施例中，热交换器14也是旨在被紧固在汽缸盖12上的单元模块20的一部分，阀10的间接出口导管10c在所述热交换器14的入口壳体中与气体入口端口23连接，并且歧管11直接形成所述热交换器14的出口容积。由于模块20包括歧管11、双阀10和所述热交换器，所以进给气体的进气装置结构更紧凑并且对振动更不敏感。因此，在同一单元模块20中进行气体到歧管11的直接进入和经由热交换器14的间接进入。
根据本发明，所述热交换器14形成进气装置的结构元件。
在所示实施例中，所述热交换器14的入口壳体26和包括歧管11和双阀10的单元模块20被固定在所述热交换器14上，歧管11在这里形成用于所述热交换器14的出口壳体。因此，所述热交换器14与单元模块20整体形成，并且形成其结构元件。但是，应该理解，根据本发明的进气装置可以不包括阀10。在这种情况下，进个气体可以系统地流过热交换器。或者可以在上游利用独立阀来设置其旁路，该独立阀将进给气体导向到热交换器或者该旁路。
为了清楚起见，将参考前、后、高、低以及右和左侧位置来呈现这些元件；这些位置可以相对于图2中壳体24的定向进行选择，但是不预先判断装置在发动机上被固定的方式。这对于水平装态和竖直状态的概念均是相同的。
由于所述热交换器14包括由壁34、35、36、37形成的金属框架，所以所述热交换器14是坚固的、耐久的并且能够满足这种结构功能。由于采用了这种结构，在这种结构中，所有容积被分开，只有装置操作所需的表面被暴露到一定压力下，在现有技术的实施方式中没有表面(例如位于所述热交换器14上方的盖的部分)受到压应力。另外，该装置的大部分暴露表面是所述热交换器14的框架，更精确地说是最耐久元件。
另外，由于不同容积的分开(所述热交换器的入口容积、所述热交换器的交换容积以及所述热交换器的出口容积)，使得期望进行各个元件的固定时使得没有螺丝被设置在歧管11的容积中或者没有螺丝与歧管11的容积连通是可能的。因此，如果螺钉被拧开，该螺钉也不会经由歧管11落入汽缸中，从而不会损坏发动机。
热交换器14包括顶壁34、底壁35、右侧壁36和左侧壁37。这些侧壁34、35、36和37由金属(这里由铝)制成。这些侧壁形成框架成形金属外壳，在该外壳中，热交换器14包括位于入口部39和出口部40之间的板38的叠层，该板38在其间形成气体通道；板38是中空的并且例如水的流体循环(这里用于冷却)被布置在其中。这样，进入所述热交换器14的气体通过板38交换热量，板38被布置成足够薄，同时水在板38中循环。板38的叠层因此形成热交换装置，同时进给气体2、7穿过所述热交换器14从入口部39到出口部40。通过入口管80和出口管80′进行冷却流体进给，所有板38在它们之间连通。这被称作所谓的“板式”热交换器。
总之，该热交换器14包括限定一罩的金属框架，在该罩中，部件从入口部39延伸到出口部40，用于穿过该罩与气体交换热量。这种结构对本领域技术人员来说是公知的，并且在此不必进一步描述。无需说明，可以采用任何其它合适类型的热交换器。
在所述热交换器14中的进给气体入口壳体26被固定在所述热交换器上。该壳体26限定一容积，该容积的前部26′相对所述热交换器14的入口部39敞开。因此入口壳体26通到所述热交换器14。前部26′、入口部39在这里是同一部分。
所述热交换器14包括用于固定入口壳体26的后凸缘55，该后凸缘55沿所述热交换器14的入口部39的平面并围绕所述热交换器14的入口部39延伸。该凸缘55包括多个凸耳56，每个凸耳穿设有允许螺钉通过以紧固入口壳体26的孔，该入口壳体26还包括设置有相应凸耳58的凸缘57。凸缘55与由壁34-37限定的外壳联接。
所述热交换器14的后凸缘55沿入口部39的平面在右侧部上延伸，作为用于连接双阀10的间接出口导管的凸缘59。该连接凸缘59还包括适于与入口壳体26的相应凸耳58配合的固定凸耳56，以允许螺钉通过，从而将入口壳体26固定在所述热交换器14上。
该连接凸缘59包括位于所述热交换器14的入口壳体26中的气体入口端口23，并允许进给气体2、7从阀10的入口管10a通过间接出口导管10c、入口端口23和所述热交换器14的所述入口壳体26到达所述热交换器14的入口部39的移动量的连续性，而没有任何泄漏。从而可以将进给气体2、7从阀10的入口管10a进给到所述热交换器14。利用密封垫使阀10的间接出口导管10c压靠在连接凸缘59上，优选固定在连接凸缘59上，以避免任何泄漏。
歧管11包括顶壁11a、底壁11b、左侧壁11c和形成用于与双阀10的直接出口导管10b连接的凸耳32a的右侧部分。因此，歧管11限定了一容积，该容积的后部11′相对所述热交换器14的出口部40敞开。因此所述热交换器14直接通到歧管11。后部11′和出口部40在这里是同一部分。歧管11的左侧壁11c形成肩部30，该肩部30相对其入口部11′向左侧伸出(就在歧管的前面)。
所述热交换器14包括用于固定到歧管11的前凸缘60，该前凸缘60沿所述热交换器14的出口部40的平面并围绕所述热交换器14的出口部40延伸。所述凸缘60穿设有多个孔61，用于允许螺钉通过，从而允许包括相应的孔62的歧管11被固定到所述热交换器14上。前凸缘60在左侧延伸到侧凸缘60′中，用于将歧管11的肩部30固定到所述热交换器14上。凸缘60与由壁34-37限定的外壳联接。
所述热交换器14的出口部40直接通到歧管容积11，形成其出口壳体。
双阀10通过其直接出口导管10b被固定在歧管11的入口端口21的水平面处，用于与歧管11一起形成单元模块20。所述模块20在这里直接被固定到所述热交换器14上，如上所述。入口壳体26还进一步被固定到热交换器14上，双阀10的间接出口导管10c直接通到所述壳体26的容积。因此，单元模块20在这里包括双阀10、歧管11、所述热交换器14和其入口壳体26。
因此，在双阀10的入口导管10a的水平面处供给的进给气体2、7能够或者通过双阀10的直接出口导管10b并直接通到歧管11，或者通过间接出口导管10c并通到所述热交换器14的入口壳体26、在热交换器14的板38之间通过并在热交换器的出口处通到歧管11。
根据该实施例，所有从双阀10直接和经由所述热交换器14间接到达歧管11的进给气体循环均在单元模块20中进行。
歧管11在发动机的汽缸盖12上在歧管11的前壁的水平面处敞开。
歧管11借助于汽缸盖12在布置在歧管的前壁31中的一个和几个端口42的水平面处通到汽缸。气流蝶片(未示出)可以被设置在歧管中。这种蝶片允许改进离开歧管的气体的流动并促使在该流动中的中断，从而提高在汽缸盖12的入口处的气体混合。本领域技术人员通常将该机构用英文单词称作“swirl(旋流式)”。
应该注意，在高压力废气未被再循环的情况下，显然不需要使歧管11的出口处的气体流中断的蝶片；然而，如果需要使该位置处的气体流中断，则需保留这些蝶片。
一致动器(未示出)可以被设置用于致动位于歧管11中的片。歧管11的前壁31在这里被插入并被固定在其上，如图4的展开图所示。
图2-4中的装置设置成没有任何高压废气进入模块，但是可以添加该模块，在所述热交换器14上设置固定点并在歧管11的顶壁11a上设置废气输入端口。
热交换器14还包括用于例如通过孔61、62固定到发动机结构的部件，如螺钉。采用这些螺钉，在歧管被紧固到热交换器的同时，所述进气装置被紧固到所述汽缸盖，歧管被设置成夹在所述热交换器和所述汽缸盖之间。

Claims (9)

1.一种用于将气体引导到机动车的热力发动机的汽缸盖上的进气装置，该进气装置包括热交换器(14)、所述热交换器(14)的入口壳体(26)以及所述热交换器(14)的出口壳体(11)，其特征在于，所述热交换器(14)是所述进气装置的结构元件，所述入口壳体(26)和所述出口壳体(11)被固定在所述热交换器(14)上。
2.根据权利要求1所述的进气装置，其中，所述热交换器(14)包括限定一罩的金属框架(34，35，36，37)，在该罩中，部件(38)延伸穿过所述热交换器(14)的所述罩，以与气体交换热量。
3.根据权利要求2所述的进气装置，其中，所述热交换器(14)的所述框架由铝制成，并且所述入口壳体(26)和所述出口壳体(11)由塑料材料制成。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的进气装置，其中，当通过螺丝连接对所述入口壳体(26)和所述出口壳体(11)进行固定时，所述进气装置被布置成没有螺丝位于所述出口壳体(11)的容积中或者没有螺丝与所述出口壳体(11)的容积连通。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的进气装置，包括用于将气体引导到所述汽缸盖中的歧管(11)，其中，所述歧管(11)形成所述热交换器(14)的所述出口壳体(11)。
6.根据权利要求5所述的进气装置，其中，所述热交换器(14)包括设置有孔(61)的前固定凸缘(60)，并且其中所述收集器包括与所述前固定凸缘的所述孔(61)相应的孔(62)，用于使螺钉穿过，以将所述进气装置紧固到所述汽缸盖上。
7.根据权利要求5所述的进气装置，包括用于将气体进给到所述歧管(11)中的阀(10)，所述阀(10)直接或间接通过所述热交换器(14)通到所述歧管(11)，其中所述阀(10)和所述歧管(11)整体形成为单元模块(20)，以被固定在所述热力发动机的汽缸盖上，所述模块(20)被固定在所述热交换器(14)上。
8.根据权利要求7所述的进气装置，其中所述阀(10)是双阀(10)，包括入口导管(10a)、通到所述歧管(11)的直接出口导管(10b)以及通到所述热交换器(14)的所述入口壳体(26)的间接出口导管(10c)。
9.一种用于机动车的热力发动机，该热力发动机包括燃烧室(13)、形成所述燃烧室(13)的入口的汽缸盖(12)以及用于将气体引导到所述汽缸盖(12)中的装置，该装置包括根据权利要求1-8中的任一项所述的进气装置的特征。
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