CN102562371A

CN102562371A - 用于内燃发动机的进气系统

Info

Publication number: CN102562371A
Application number: CN2012100306817A
Authority: CN
Inventors: K·C·王; S·欧盖尔; C·K·克拉克
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-07-11
Also published as: US8813728B2; US20120167860A1; DE102011122645A1

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的进气系统。具体地，提供了一种进气系统，其包括一体的空气流冷却器模块，所述一体的空气流冷却器模块包括：下歧管组件和节流阀体，所述节流阀体流体地连接到并且设置在所述下歧管组件中，以便计量供给进入到所述下歧管组件的下歧管容积中的燃烧空气。上歧管组件被构造成装配到下歧管组件，以限定位于它们之间的歧管容积，热交换器被设置在所述歧管容积中，位于上歧管组件和下歧管组件之间并且位于一体的空气流冷却器模块的燃烧空气入口和节流阀体之间。

Description

用于内燃发动机的进气系统

技术领域

本发明示范性实施例涉及一种用于内燃发动机的燃烧空气的进气系统，更特别地，涉及一种进气歧管模块，包括节流阀体，进气增压冷却器和歧管。

背景技术

采用增压空气压缩的内燃发动机典型地包含一个或多个排气驱动的涡轮增压器或者发动机驱动的增压器来将压缩后的燃烧或者增压空气输送到进气歧管中。在双涡轮增压器的发动机构造情形中，来自涡轮增压器的管道可以将压缩后的燃烧空气混合，并且使充气经过增压空气冷却器。从增压空气冷却器的出口延伸的管道输送冷却的、压缩后的增压空气到节流阀体，所述节流阀体安装在传统的进气歧管外。

增压空气冷却器典型地安装在车辆的发动机室区域中并且靠近冷却剂散热器和空调冷凝器盘管(即，靠近车辆的前端)，这导致了去往或来自增压空气冷却器的空气管道相当长，并且遭遇了封装、噪音、振动方面的问题。管道和各部件之间的密封则为泄漏创造了机会，并且管道的长度对内燃发动机的瞬时性能可能具有不利的影响。另外，从涡轮增压器到增压空气冷却器的管道以及从增压空气冷却器返回至节流阀体的管道包含有有效的空气容积，它们在增压操作期间也必须被压缩。这些额外的容积延迟了进入到发动机气缸中的增压空气的压力构筑，造成了通常所谓的“涡轮迟滞”。

发明内容

在一个示范性实施例中，用于输送燃烧空气到内燃发动机气缸盖的进气系统包括一体的空气流冷却器模块，其包括：下歧管组件，所述下歧管组件安装到气缸盖；以及上歧管组件，所述上歧管组件安装到下歧管组件，以便在它们之间限定歧管容积。节流阀体设置在歧管容积内，并且可操作地将所述歧管容积分成上歧管容积和下歧管容积。节流阀叶片设置在节流阀体中，计量供给从上歧管容积到下歧管容积来通过一体的空气流冷却器模块的燃烧空气。热交换器设置在上歧管容积中，位于一体的空气流冷却器模块的燃烧空气入口和节流阀体之间，其中燃烧空气的流路从燃烧空气入口延伸，通过热交换器和节流阀体，并且延伸到内燃发动机的气缸盖。

在另一个示范性实施例中，用于供应燃烧空气到内燃发动机的气缸盖的一体的空气流冷却器模块包括：下歧管组件，所述下歧管组件安装到气缸盖；以及上歧管组件，所述上歧管组件构造成装配到下歧管组件，以便在它们之间限定歧管容积。节流阀体被流体地设置在歧管容积中，并且可操作地将所述歧管容积分成上歧管容积和下歧管容积。节流阀叶片设置在节流阀体中，用于计量供给从上歧管容积到下歧管容积来通过一体的空气流冷却器模块并且到达气缸盖的进气端口的燃烧空气。第一和第二热交换器被密封地设置在上歧管组件和下歧管组件之间并且位于上歧管容积中。第一和第二燃烧空气入口与第一和第二集气室(plenum)流体连通，所述第一和第二集气室相邻于第一和第二热交换器的上游面，其中燃烧空气流路从第一和第二燃烧空气入口延伸，经过第一和第二热交换器以及节流阀体，并且延伸到内燃发动机的气缸盖。

在又一个其他示范性实施例中，用于供应燃烧空气到内燃发动机的气缸盖的一体的空气流冷却器模块包括：下歧管组件，所述下歧管组件安装到气缸盖；上歧管组件，所述上歧管组件安装到下歧管组件，以便在它们之间限定歧管容积；以及，第一和第二燃烧空气入口。节流阀体流体地设置在歧管容积中，并且可操作以便将歧管容积分成上歧管容积和下歧管容积。节流阀叶片设置在节流阀体中，用于计量供给流经一体的空气流冷却器模块从第一和第二入口到气缸盖的燃烧空气。通过水歧管与冷却系统流体连通的第一和第二水-空气热交换器被设置在第一和第二燃烧空气入口与节流阀体之间并且位于上歧管容积中。密封件设置在第一和第二热交换器与上歧管组件及下歧管组件的内壁之间，以便防止进入一体的空气流冷却器模块的热燃烧空气绕过热交换器并且进入节流阀体。燃烧空气流路从第一和第二燃烧空气入口延伸，经过热交换器和节流阀体，并且延伸到气缸盖。

结合附图，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将从下面对本发明的详细描述中变得显而易见。

附图说明

其他目的、特征、优点和细节仅作为示例而在下面对实施例的详细描述中给出，所述详细描述参考以下附图：

图1是具体实现了本发明特征的内燃发动机的局部剖视图；

图2是部分分解的一体的空气流冷却器模块的侧视图，其具体实现了本发明的特征；

图3是图2中的部分分解的一体的空气流冷却器模块的端视图；

图4是图2中的一体的空气流冷却器模块的放大的剖视图；和

图5是图2中的一体的空气流冷却器模块的另一个实施例的剖视图。

具体实施方式

下面的描述在本质上仅仅是示范性地，并不旨在限制本发明、其应用或使用。应当理解的是，在全部附图中相应的附图标记指示相同或者相应的部件或特征。

参考图1，在一个示范性实施例中，内燃发动机12的一个或多个气缸盖10包括多个燃烧室14，其与有阀的进气端口16和排气端口18流体连通。有阀的进气端口16接收来自进气系统20的燃烧空气，并且将进入的空气输送至燃烧室，以便在其中与燃料混合和燃烧。燃烧后的空气和燃料的产物(即，排气)从有阀的排气端口18排出，并且流经排气驱动的涡轮增压器22，涡轮增压器22从排气中提取能量，并且使用它来压缩用于输送到进气系统20的燃烧空气。

参考图1、图2和图3，在一个示范性实施例中，进气系统20包括被安装到内燃发动机12的气缸盖10的一体的空气流冷却器模块(“IACM”)24。IACM24利用垫圈26来密封至气缸盖10，垫圈26设置在气缸盖10的有阀的进气端口16的端口开口28与IACM 24的下歧管组件30的燃烧空气出口86(如图4所示)之间。下歧管组件30使用多个螺栓32(如图4所示)或者使用其他合适的紧固件安装到气缸盖10。垫圈26和螺栓的夹持加载在气缸盖10的端口开口28和下歧管组件30的燃烧空气出口86间限定了完全的密封(positive seal)。下歧管组件30可包括用于安装歧管绝对压力(“MAP”)传感器34的构造部分(provision)和用于接收强制曲轴箱通风(“PCV”)系统导管(未示出)的端口36。上歧管组件50被安装到下歧管组件30，并且封闭下歧管组件30，以便限定歧管容积46。上歧管组件50和下歧管组件30被构造成：沿着周边的法兰(或凸缘)68和70以密封的关系装配，并且通过使用螺栓(未示出)或者其他合适的紧固件来将所述两个组件以密封的关系保持在一起。被显示为处于法兰70的表面上的垫圈74可以被设置在周边的法兰68和70之间，以确保在它们之间建立起不透流体的密封。

如图1-4所示，节流阀体38被设置在歧管容积46内。节流阀体38进行操作以便将歧管容积分成上歧管容积76和下歧管容积44，并且包括设置在节流阀体38中的节流阀叶片39，其计量供给通过IACM 24并且提供到气缸盖10的进气端口16的燃烧空气。在附图中示出的实施例中，节流阀体38被设置在下歧管组件30内，并且可以包括一体的垫圈(未示出)，以便将节流阀体38的下游节流孔42密封至下歧管组件30。所述密封件(未示出)有效地避免了未经计量供给的燃烧空气在节流阀体38和节流阀叶片39周围泄漏，节流阀叶片39允许燃烧空气从上歧管容积76流到下歧管容积44(即，在进气系统20的节流部分周围)。

在一个示范性实施例中，第一热交换器48和第二热交换器49相应地设置在上歧管容积76中。在附图所示的示范性实施例中，热交换器48和49使用螺栓52或其他合适的紧固件装配到上歧管组件50，所述螺栓52或其他合适的紧固件延伸穿过与端板或头部56一体的支架54。热交换器48、49可以包括空气-空气交换器，或者如图所示，也可以包括通过水歧管58(如图2所示)与冷却系统(未示出)流体连通的水-空气热交换器。在另一个示范性实施例中(未示出)，热交换器48、49可以通过相似的方式被紧固到下歧管组件30。密封件60设置在热交换器48、49和上歧管组件50的内壁62之间。以相似的形式，密封件64被设置在热交换器48、49和下歧管组件30的内壁66之间。密封件60和64防止进入IACM 24的热燃烧空气“H”(如图4所示)绕过热交换器48、49，从而在没有首先被冷却的情况下进入节流阀体38。

如上所述，第一和第二热交换器48、49以及节流阀体38被内置在IACM 24的歧管容积46中，使得节流阀体38的节流阀叶片39将上歧管容积76和下歧管容积44分开。具体地，如图4所示，在第一和第二燃烧空气入口84之间限定了燃烧空气流路82，所述燃烧空气流路82经过热交换器48、49和节流阀体38，并且到达内燃发动机12的气缸盖10。

特别参考图1和图4，在一个示范性实施例中，在内燃发动机12的操作期间，热的、压缩的燃烧空气“H”从排气驱动的涡轮增压器12经由燃烧空气导管78进入到IACM 24的第一和第二燃烧空气入口84、85中。燃烧空气入口84、85与限定在热交换器48、49的上游并且进行操作以接收热的、压缩的燃烧空气“H”的外部腔室或集气室80流体连通。热的、压缩的燃烧空气H”在集气室80中被分配并且通过热交换器48、49的上游面83，从而增加了交换器的容积利用率；有益于系统的效率，并且最大化地从热的、压缩的燃烧空气“H”中去除余热。

在进入并且混合成上歧管容积76中的统一燃烧空气流82作为冷却的、压缩的燃烧空气“C”之前，热的、压缩的燃烧空气“H”从集气室80流经热交换器48、49，并且在其中以已知的方式冷却。当冷却的、压缩的燃烧空气“C”从上歧管容积76流到下歧管容积44时，节流阀体38的节流阀叶片39对其进行计量供给，然后冷却的、压缩的燃烧空气“C”通过燃烧空气出口86离开IACM 24，并且进入到内燃发动机12的有阀的进气端口16中。

尽管本发明到现在为止被描述为可应用于具有成双的排气驱动的涡轮增压器22的V型构造的内燃发动机10，但是可设想的是，本发明对其他构造的内燃发动机也具有等同的有益应用。这些构造可以包括具有单个排气驱动的涡轮增压器或者发动机驱动的增压器的V型构造的发动机，在该情形中，IACM的构造可以仅仅(但不是必须的)需要单个热交换器48和单个燃烧空气入口84。如图5所示，IACM 24被例示为应用到这样的发动机。在该示范性实施例中，上歧管组件50和下歧管组件30限定了单个燃烧空气入口84，通过所述燃烧空气入口84，热燃烧空气“H”经由单个燃烧空气导管78从一个或多个排气驱动的涡轮增压器进入到IACM 24中。燃烧空气入口84与外部腔室或者集气室80流体连通，外部腔室或者集气室80被限定在单个热交换器48的上游，其可操作以便接收热的、压缩的燃烧空气“H”。热的、压缩的燃烧空气“H”在集气室80中被分配，通过热交换器48的上游面83。热的、压缩的燃烧空气“H”在其进入到上歧管容积76作为冷却的、压缩的燃烧空气“C”之前流经热交换器48，在这里热的、压缩的燃烧空气“H”被冷却。当冷却的、压缩的燃烧空气“C”从上歧管容积76流到下歧管容积44时，节流阀体38的节流阀叶片39对其进行计量供给，冷却的、压缩的燃烧空气℃”通过燃烧空气出口86离开IACM 24，并且进入到内燃发动机12的有阀的进气端口16，用于与燃料混合，以及用于在燃烧室14中对燃料的燃烧。

尽管本发明已经参考示范性的实施例被描述，但是本领域技术人员应当理解的是，可以进行各种改变，以及可以关于其元件替代以等同物，而不会脱离本发明的范围。另外，在没有脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改，以便使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不旨在被局限于作为用于实施本发明所设想的最佳模式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的全部实施例。

Claims

1.一种用于将燃烧空气输送到内燃发动机的气缸盖的进气系统，所述进气系统包括一体的空气流冷却器模块，包括：

下歧管组件，所述下歧管组件可安装地安装至所述气缸盖；

上歧管组件，所述上歧管组件安装至所述下歧管组件，以在它们之间限定歧管容积；

节流阀体，所述节流阀体设置在所述歧管容积内，并且可操作以便将所述歧管容积分成上歧管容积和下歧管容积；

节流阀叶片，所述节流阀叶片设置在所述节流阀体中，以便计量供给从所述上歧管容积到所述下歧管容积来通过所述一体的空气流冷却器模块的燃烧空气；和

热交换器，所述热交换器设置在所述上歧管容积中并且位于所述一体的空气流冷却器模块的燃烧空气入口和所述节流阀体之间，其中燃烧空气流路从所述燃烧空气入口延伸，经过所述热交换器和所述节流阀体，并且延伸到所述内燃发动机的气缸盖。

2.根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括燃烧空气导管，所述燃烧空气导管与所述燃烧空气入口流体连通，并且被构造成将燃烧空气从排气驱动的涡轮增压器输送到所述一体的空气流冷却器模块。

3.根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括集气室，所述集气室设置在所述燃烧空气入口和所述热交换器的上游面之间。

4.根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括第二热交换器，所述第二热交换器设置在所述上歧管容器中并且位于所述一体的空气流冷却器模块的第二燃烧空气入口和所述节流阀体之间，其中燃烧空气流路从所述第二燃烧空气入口延伸，经过所述第二热交换器和所述节流阀体，并且延伸到所述内燃发动机的气缸盖。

5.一种用于将燃烧空气供应到内燃发动机的气缸盖的一体的空气流冷却器模块，包括：

下歧管组件，所述下歧管组件可安装至所述气缸盖；

上歧管组件，所述上歧管组件构造成装配到所述下歧管组件，以便在它们之间限定歧管容积；

节流阀体，所述节流阀体流体地设置在所述歧管容积中，并且可操作以便将所述歧管容积分成上歧管容积和下歧管容积；

节流阀叶片，所述节流阀叶片设置在所述节流阀体中，以便计量供给从所述上歧管容积到所述下歧管容积来通过所述一体的空气流冷却器模块并且到达所述气缸盖的进气端口的燃烧空气；

第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器和所述第二热交换器被密封地设置在所述上歧管组件和所述下歧管组件之间并且位于所述上歧管容积中；和

第一燃烧空气入口和第二燃烧空气入口，所述第一燃烧空气入口和所述第二燃烧空气入口与第一集气室和第二集气室流体连通，所述第一集气室和所述第二集气室相邻于所述第一热交换器和所述第二热交换器的上游面，其中燃烧空气流路从所述第一燃烧空气入口和所述第二燃烧空气入口延伸，经过所述第一热交换器和所述第二热交换器以及所述节流阀体，并且延伸到所述内燃发动机的气缸盖。

6.根据权利要求5所述的一体的空气流冷却器模块，进一步包括燃烧空气导管，所述燃烧空气导管与所述第一燃烧空气入口和所述第二燃烧空气入口流体连通，并且被构造成将燃烧空气从多个排气驱动的涡轮增压器输送到所述一体的空气流冷却器模块。

7.一种用于将燃烧空气供应到内燃发动机的气缸盖的一体的空气流冷却器模块，包括：

下歧管组件，所述下歧管组件可安装至所述气缸盖；

第一燃烧空气入口和第二燃烧空气入口；

节流阀叶片，所述节流阀叶片设置在所述节流阀体中，以便计量供给流经所述一体的空气流冷却器模块从所述第一入口和所述第二入口到所述气缸盖的燃烧空气；

第一水-空气热交换器和第二水-空气热交换器，所述第一水-空气热交换器和所述第二水-空气热交换器通过水歧管与冷却系统流体连通，所述热交换器设置在所述上歧管容积中并且位于所述第一燃烧空气入口和所述第二燃烧空气入口与所述节流阀体之间；和

多个密封件，所述多个密封件设置在所述第一热交换器和所述第二热交换器中的每一个与所述上歧管组件的内壁和所述下歧管组件的内壁之间，以便防止进入所述一体的空气流冷却器模块的热燃烧空气绕过所述热交换器并且进入所述节流阀体，其中燃烧空气流路从所述第一燃烧空气入口和所述第二燃烧空气入口延伸，经过所述热交换器和所述节流阀体，并且延伸到所述内燃发动机的气缸盖。