CN105020068B - 进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的进气系统，其包括进气管道，所述进气管道具有包括开口的上游端和用于连接到空气流量控制部件的下游端；还包括质量空气流量传感器组件，该质量空气流量传感器组件的位置离下游端比离上游端更近。

Description

进气系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的进气系统，所述内燃机特别地但不限于柴油内燃机。本发明也涉及一种空气流量控制部件。
背景技术
进气系统使用质量空气流量(MAF)传感器以确定进入燃料喷射式内燃(IC)发动机的空气的质量流速。需要这些MAF传感器测量进入发动机的空气的流速还有温度。发动机ECU使用这些数据来优化燃料-空气混合物以保持节约燃料并减少排放。典型地，这些MAF传感器被安装在从大气到IC发动机的燃烧室的空气路径的上游入口端，靠近空气过滤器。
特别是对于非公路应用，某种(柴油)IC发动机可被用于多种机器并被安装在不同位置。例如，发动机可被以直列构造安装在反铲装载机的驾驶室的前面，也可以横向地安装在伸缩臂叉车的侧吊舱中。同样，对于各种安装方式，提供空气路径的管道将不同。
本申请认识到，这种MAF传感器目前需要针对各种安装方式进行专门的校准。这些校准中的每一个都会花费大量的金钱以及占用相当多的时间。每当空气路径改变，必须执行新的空气路径校准。此外，温度传感器从入口；离发动机燃烧室越远，进入燃烧室的空气的测量温度与实际温度之间存在差异(例如由于来自发动机的热传递)的可能性越大。
本发明力图克服或至少减轻现有技术的问题。
发明内容
本发明的第一方案提供一种用于内燃机的进气系统，其包括进气管道，该进气管道具有包括开口的上游端和用于连接到空气流量控制部件的下游端；还包括质量空气流量传感器组件，该质量空气流量传感器组件的位置离下游端比离上游端更近。
有利地，这将减少空气的测量温度与进入燃烧室的空气的实际温度之间的差异，并使MAF组件被安装在发动机上。另外，其可不再需要用于每个空气路径的专用校准，因此提供了节约总成本和时间的益处。
优选地，质量空气流量传感器组件被安装成接近空气流量控制部件的上游入口。
空气流量控制部件可为涡轮增压器、节流件或入口歧管。
优选地，质量流量传感器组件包括气压传感器。
更优选地，气压传感器是文丘里管。
更优选地，文丘里管包括用于质量空气流量传感器组件的测量管的孔，其延伸通过壳体。
有利地，这提供一种安装传感器的简单方式。
优选地，未设有文丘里管的下游扩散喷嘴。
有利地，这提供一种紧凑布置。
在一个实施例中，质量空气流量传感器组件还包括温度传感器。
优选地，温度传感器是热敏电阻(thermistor)。
在一个实施例中，文丘里管包括入口和出口，其中文丘里管系统的出口和入口的内径的比在1:1.5到1:2.2之间。
有利地，这为精确的MAF测量提供了足够的压力差。
优选地，进气管道包括位于质量空气流量传感器组件的上游的、具有预定角度的弯曲部。
有利地，假设管道相对于垂直于预定角的MAF的角度保持在一定的角度范围内，这提供了文丘里管的标准化的流动状态。
在一个实施例中，进气管道包括位于质量空气流量传感器组件的上游处的直线部，该直线部等于进气管道的直径的至少七倍。
有利地，这提供了文丘里管的标准化的流动状态。
空气流量控制部件可包括壳体。
优选地，壳体包括平台，该平台供质量空气流量传感器组件的质量空气流量传感器安装于其上。
有利地，这进一步整合了传感器组件。
在一个实施例中，壳体由一个或多个铸造部件形成。
优选地，壳体包括从空气流量控制部件向上游延伸的延伸部。
更优选地，质量空气流量传感器组件的空气流量传感器被直接安装在壳体上。
更优选地，质量空气流量传感器被可拆卸地固定到壳体，优选地固定到上游的延伸部。
空气流量控制部件壳体的上游的延伸部可包括文丘里管。
优选地，壳体是铸造部件，且文丘里管由与壳体相同的铸件形成。
有利地，这进一步整合了传感器组件。
壳体的上游延伸部可包括插口，该插口用于供进气管道安装到其上。
质量空气流量传感器组件可以是独立的质量空气流量传感器组件，其是分离的并可附接到空气流量控制部件。
优选地，独立的质量空气流量传感器组件被附接到空气流量控制部件的壳体的上游。
在一个实施例中，空气流量控制部件是涡轮增压器。
在一个实施例中，空气流量控制部件是节流件。
在一个实施例中，空气流量控制部件是进气歧管。
本发明的第二方案提供一种用于内燃机的空气流量控制部件，其包括壳体，其中壳体是单体的例如铸造部件，且质量空气流量传感器组件被安装到壳体上。
有利地，这减少了发动机配件的数量并提供了更坚固的发动机部件，而且可不再需要用于每个空气路径的专用校准。
优选地，质量空气流量传感器组件接近空气流量控制部件的上游入口被安装。
更优选地，文丘里管由与壳体相同的单体部件(例如铸件)形成。
在一个实施例中，空气流量控制部件是涡轮增压器。
在一个实施例中，空气流量控制部件是节流件。
在一个实施例中，空气流量控制部件是进气歧管。
本发明的第三方案提供一种包括空气流量控制部件和质量空气流量传感器组件的内燃机，其中，空气流量控制部件和质量空气流量传感器组件被安装到发动机上。
优选地，质量空气流量传感器组件接近空气流量控制部件的上游入口被安装。
更优选地，空气流量控制部件包括壳体，该壳体是铸件，且质量空气流量传感器组件被安装到壳体铸件上。
更加优选地，文丘里管由与壳体相同的单体部件(例如铸件)形成。
在一个实施例中，空气流量控制部件是涡轮增压器。
在一个实施例中，空气流量控制部件是节流件。
在一个实施例中，空气流量控制部件是进气歧管。
本发明的第四方案提供一种在第一生产线上组装具有发动机缸体的内燃机的方法，包括以下步骤：将内燃机的内部部件组装到发动机缸体中；将发动机的辅助部件组装到发动机缸体的外部，其包括至少一个空气流量控制部件和质量空气流量传感器组件，该空气流量传感器组件被安装到空气流量控制部件。
有利地，这意味着MAF可以在减少对校准的需要的情况下以标准化的方式被装配。
优选地，该方法还包括在与第一位置不同的第二位置处将发动机安装到机器(例如工作机)中的步骤；安装过程包括将进气管道连接到质量空气流量传感器。
附图说明
现将参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1A和图1B分别是已知发动机布局和根据本发明的实施例的发动机布局的示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的、带有一体式MAF传感器组件的涡轮增压器的立体图；
图3是图2的一体式MAF传感器组件的主视图；
图4是图3的一体式MAF组件在A-A平面上的剖视图；
图5是图3的一体式MAF组件的侧视图；
图6是图2的一体式MAF组件的俯视图；
图7是根据本发明的第二实施例的、安装在节流件的上游处的MAF传感器组件；
图8是图7的MAF传感器组件和节流件的主视图；
图9是图8的独立式MAF传感器组件在平面C-C上的剖视图；
图10是图7的MAF传感器组件和节流件的侧视图；
图11是图7的MAF传感器组件和节流件的俯视图；
图12是根据本发明的第三实施例的、独立式MAF传感器组件的立体图；
图13是图12的独立式MAF传感器组件的主视图；
图14是图13的独立式MAF传感器组件在平面B-B上的剖视图；
图15是图12的独立式MAF传感器组件的俯视图；以及
图16是图12的独立式MAF传感器组件的侧视图。
具体实施方式
首先参照图1A，根据现有技术的示例的发动机和进气系统被总体示出为“1”。进气系统1包括进气口2，该进气口将空气经由空气过滤器3吸入进气管道4。典型地，MAF传感器6直接放置在空气过滤器3的下游。滤过的空气随后向下流入进气管道4，典型地经由包括各种弯曲部和直线段的路径到达涡轮增压器11的压缩机10，其被安装成接近内燃机的燃烧室7。压缩的空气随后流过节流件5，并经由入口歧管12进入发动机缸体8的燃烧室7。在燃烧以后，废气于是流过涡轮增压器11的涡轮13并经由轴14驱动压缩机10，在适当的排放处理(图中未示出)之后排出排气管15。
图1B示意性示出的发动机布局大致与图1A相似，但包括根据本发明的实施例的进气系统60以及具有燃烧室22的发动机缸体20。在该系统中，MAF传感器组件30分别位于用虚线示出的27、28的位置，以便在涡轮增压器40、节流件50或入口歧管62的上游直接获取质量空气流量读数。仅一个这种MAF传感器组件将被装配到发动机，且其位置将取决于例如发动机是否装配有涡轮增压器。
在该系统中，附加温度传感器29可位于朝向进气管道24的上游端处，靠近空气过滤器23以便提供外部空气温度。
在该实施例中，发动机是柴油发动机，但可以预料本发明可适用于使用例如汽油、生物柴油或CNG等其他燃料的IC发动机。
为了本申请的目的，涡轮增压器、节流件和入口歧管全部被定义为“空气流量控制部件”，因为他们都对进入燃烧室之前的空气流动发挥作用。
图2到图6更详细地示出根据本发明的实施例的、呈涡轮增压器40的形式的空气流量控制部件。该涡轮增压器包括压缩机42(图1B)、通过轴64(图1B)链接的涡轮43(图1B)、压缩机壳体41和涡轮壳体(图中未示出)。涡轮增压器可直接地安装到发动机缸体，或者经由支架(图中未示出)或经由例如气缸盖(图中未示出)或废气歧管(图中未示出)等其他部件安装。
在该实施例中，压缩机壳体41是单个铸造金属部件(即，其以单个铸造操作方式成形且不具有焊接到其上或以其他方式固定于其上以形成总体形状的附加部件)。它形成有各种整体特征并经受机械加工，例如，用以提供适当的平面配合面和供螺钉通过其进行装配的孔。
压缩机壳体41包括一体式入口48和一体式出口49，其中压缩机入口48从涡轮增压器40的中心向上游延伸，与压缩机、轴和涡轮(图中未示出)的旋转轴线X-X(图4)同轴。在本实施例中，压缩机出口49具有平行于轴线X-X但偏离轴线X-X的轴线。在其他实施例中，压缩机出口可具有大体上垂直于轴线X-X的轴线。
压缩机入口48包括延伸部，该延伸部比已知的涡轮增压器向上游延伸得更远。在该实施例中，入口的内孔包括文丘里管66(图4)。另外，这由与压缩机壳体相同的铸件形成。这可最小化整个涡轮增压器组件40的占用空间(footprint)并可产生更坚固的组件。在空气流动的方向上，压缩机入口48包括与空气管道24接合的大直径开口端46、会聚区域44和位于压缩机入口的下游端(即，紧接压缩机的上游)的直径缩小区域45。大直径开口端46、会聚区域44和直径缩小区域45串联形成文丘里管66。
压缩机入口48还包括两个孔32、33，其径向延伸通过限定入口48的壁。孔使位于孔32、33之内的两个测量管35、36能够将待被两个测量口74、76测量的入口48的气压向外部传输，所述两个测量口分别位于MAF传感器组件30的传感器体34中，接近测量管35、36的顶部。为此，传感器体34包括适当的电压和温度传感部件以及用于电缆的连接器，以将表示质量空气流量和温度的信号传输到发动机ECU(图中未示出)。
第一测量管35位于较大直径端46中，靠近压缩机入口48的会聚区域44，并在该第一测量管的自由端包括温度传感器39，使得温度传感器延伸到压缩机壳体中。温度传感器上方的管的横向孔55允许待向上传输到管的气压传输到传感器体34。该管35被安装到传感器体34并作为单元插入通过孔32。管35也被封入孔32的径向以外的管子31之内。在管35、孔32与管子31之间设有空隙，从而为空气提供路径而到达横向孔。
第二测量管36由贯穿直径缩小区域45的壁的孔33直接地限定，单独的管子31从此处径向延伸。两个测量管35、36的分别将会聚区域44两侧的压差传递到传感器体所需的间隔能够控制文丘里管的长度，并由此控制压缩机入口48。在替换的实施例中，管子31可一体式形成到壳体41。
管子31的高度取决于构建到MAF传感器组件30的温度传感器39的长度。同样，使用的温度传感器39越短，可以使管35越短，而且能够使传感器体越靠近压缩机入口48的壁。
用于传感器体34的安装平台37固定到管子31的外端。平台37提供螺纹孔，该螺纹孔接纳装配螺栓38，用以将MAF传感器体34可拆卸地固定到压缩机入口48。在替换的实施例中，安装平台37可一体式地形成到壳体中，例如，由相同铸件形成并作为单个部件被机加工或烧结。
应理解的是，管子31的配置结构被气密式地密封到压缩机入口48、平台37和传感器体34。管子31可被焊接、钎焊、拧入或压入压缩机入口和平台37，从而用作平台的结构支撑。
在该实施例中，压缩机入口48的较大直径开口端46还包括DIN3021-3-A外周肋插口特征47，用以使进气通道24与软管夹69保持结合。该插口47的外径被调整以装配空气管道24。
MAF传感器30要求开口端46与直径缩小区域45之间存在显著直径差异。例如，如果直径缩小区域45包括32.66mm的内径，则开口端46的相应内径应在50mm到70mm之间，以保持在MAF传感器组件30的操作范围之内。在其他实施例中，MAF传感器的操作范围可改变。
由于涡轮增压器40的压缩机42引入湍流，所以在该系统60中不需要文丘里管的扩散喷嘴(其通常存在于该类型的传统的MAF传感器中)，这意味着不需要扩散喷嘴的流动直化效果。
参照图7到图11，根据本发明的另一实施例的节流件被总体示出为150。该实施例的相应的部件被标记为相对于图2-6高出100。下面仅更详细地讨论不同之处。
节流件150包括节流阀152，其借助致动器153和节流件壳体141可旋转地打开和关闭节流件。壳体141包括入口148和出口149，其中节流件入口从阀152和节流件致动器153轴向地向上游延伸。节流件入口148包括与第一实施例的文丘里管66类似形式的文丘里管166，该文丘里管由与节流件壳体的一部分相同的铸件形成，从而最小化整体节流件150的总体占用空间。节流件150典型地安装到发动机的入口歧管62。在替换的实施例中，可使用例如双桶或滑板节流件等不同的节流件。
节流件150还包括两个孔132、133，所述孔径向延伸穿过入口148的壁而进入文丘里管166。然而，该实施例与第一实施例的不同之处在于，安装平台137由与入口壳体148的剩余部分相同的铸件形成，且孔132、133的整个长度由铸件限定。
图12到图16示出了能够方便地被描述为根据本发明的第三实施例的“独立式”MAF传感器组件230，该图的相应的部件被标记为相对于图7-11高出100。下面仅更详细地讨论不同之处。
独立式MAF传感器230经由恒定张力软管夹269固定到进气管道224的下游端80。在替换的实施例中，可使用适于操作环境的其它保持方法。独立式MAF传感器组件230还包括V带夹272，该独立式MAF传感器组件能通过该V带夹被固定到空气流量控制部件的上游端，例如固定到标准涡轮增压器压缩机壳体(图中未示出)、标准节流件(图中未示出)或标准引入歧管壳体(图中未示出)中任一者的开口端。在替换的实施例中，可使用适于操作环境的不同气密接口。如同第一和第二实施例，MAF传感器组件230包括两个测量管235、236，所述测量管从传感器延伸进入文丘里管266和两个测量口274、276。
在该实施例中，附接到独立式MAF传感器组件230的进气管道224包括独立式MAF传感器的弧形上游，其中弧形的曲率由角α限定。管道224限定轴线Z-Z，该轴线对应于紧接弧形上游的管道的中心线。独立式MAF传感器230限定旋转轴线Y-Y，相当于如上所述的轴线X-X，其中角α被限定为轴线Z-Z和Y-Y之间的角。在该实施例中，角α被示出为90°，然而在替换实施例中，其可为任何角度。
独立式MAF传感器230限定对应于MAF传感器的中心线的轴线B-B，该轴线相对于轴线Y-Y以90°的角度被固定。角α因此限定了轴线B-B与Z-Z之间的共同面。MAF传感器230的轴线B-B相对于入口管道224的轴线Z-Z限定角β。角β相当于轴线B-B与Z-Z之间的旋转角，在该实施例中该旋转角是0°。在其他实施例中，如图13所示，角β能在±30°之间变化。一旦角α固定，则角β可改变±30°而无需MAF传感器230进行再校准。
这些构造产生可重复的气流，其允许MAF传感器组件230确定空气流量在精确度可接受的水平之内。如果在该范围之内的角度无法用于入口管道224，那么入口管道可包括直的区域，其长度等于管道的内径的七倍。同样，在不考虑下游部件和供其安装的其余上游管道的情况下，独立的单元可被安装在进气管道之内而无需另外的校准。相似的考虑可应用到第一和第二实施例的组件的上游管道。
文丘里管和传感器板37的表面粗糙度根据MAF传感器规范来设置，可对这些表面实施附加加工或处理以满足该规范。
典型地，IC发动机使例如活塞、连杆、曲轴、凸轮轴、推杆、阀、飞轮等内部部件在一个生产线上被组装。通常，例如启动马达、交流发电机、涡轮增压器、中间冷却器、节流件、油泵等各种外部安装的辅助部件也通过使用适合的支架和紧固件(例如螺栓)在第一生产线上的相同的第一位置处被组装。这些辅助的部件被称作“随机(on engine，在发动机上)”。
发动机和前述“随机”的部件在第二位置被安装进机器(例如反铲装载机、伸缩臂叉车、装载机铲斗、挖掘机摆、滑移装载机、拖拉机、发电机等工作机)是常见的，该第二位置通常远离第一位置(例如，在不同地点的不同工厂或大型工厂的不同部分)。在该安装期间，发动机将连接到冷却系统(热交换器和关联软管)、燃料系统(燃料箱、燃料过滤器等)以及吸气系统(前述空气过滤器和进气管道)。这些都可以为该机器的特别包装需求而定制，以制造出紧凑、通风良好、便于维护且可靠的布局。
应理解的是，通过改变MAF的位置，本发明能够使MFA通过其整体或部分的整合以及其位于已经被安装在发动机上的部件上的支撑件而成为“随机”的部件。这意味着其可在整个机器建造的早期阶段被组装，从而在一定程度上标准化组装方式，并可以无需校准或减少校准。同时，该方式可能需要将附加的周围空气温度传感器装配到机器，可以预料，这一微不足道的附加成本通过上面概述的成本节约而显著地抵消。
本文所使用的术语“单体部件”是指通过例如铸造、烧结、锻造或模制等加工、由相同的相连块体或统一块体形成的部件，而且不包括由通过例如焊接、粘合、钎焊而结合到一起的两个或多个部分形成的部件。
虽然上文已经参照一个或多个优选的实施例描述了本发明，应理解的是，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可进行各种改变和修改。
压差传感器可以由不同的传感器代替，例如导叶仪传感器(vane meter sensor)、冷线传感器。用热线或膜式传感器替换压差传感器也不再需要把分离的温度传感器并入MAF传感器。
在其他实施例中，可使用替代结构。例如，入口可被焊接、钎焊、胶合或用紧固件固定到其相关的空气流量控制部件。除了铸造以外，壳体可以被制造、锻造或模制。

Claims (21)

1.一种用于内燃机的进气系统，包括进气管道，所述进气管道具有包括开口的上游端和用于连接到空气流量控制部件的下游端；还包括质量空气流量传感器组件，所述质量空气流量传感器组件的位置离所述下游端比离所述上游端更近，
其中，所述质量空气流量传感器组件包括文丘里管形式的气压传感器，且其中，未设有所述文丘里管的下游扩散喷嘴。
2.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器组件被安装成接近所述空气流量控制部件的上游入口。
3.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述文丘里管包括用于所述质量空气流量传感器组件的测量管的孔，以使所述测量管延伸通过所述孔。
4.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器组件还包括温度传感器。
5.根据权利要求4所述的进气系统，其中，所述温度传感器是热敏电阻。
6.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述文丘里管包括入口和出口，文丘里管系统的所述出口和所述入口的内径之比在1:1.5到1:2.2之间。
7.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述进气管道包括位于所述质量空气流量传感器组件的上游处的、具有预定角度的弯曲部。
8.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述进气管道包括位于所述质量空气流量传感器组件的上游处的直线部，所述直线部等于所述进气管道的直径的至少七倍。
9.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述空气流量控制部件包括壳体。
10.根据权利要求9所述的进气系统，其中，所述壳体包括平台，所述平台供所述质量空气流量传感器组件的质量空气流量传感器安装于其上。
11.根据权利要求9所述的进气系统，其中，所述壳体由一个或多个铸造部件形成。
12.根据权利要求9所述的进气系统，其中，所述壳体包括从所述空气流量控制部件向上游延伸的延伸部。
13.根据权利要求12所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器组件的质量空气流量传感器被直接安装在所述壳体上。
14.根据权利要求13所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器能拆卸地固定到所述壳体。
15.根据权利要求14所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器能拆卸地固定到所述壳体的上游的延伸部。
16.根据权利要求12所述的进气系统，其中，所述空气流量控制部件的壳体的上游处的延伸部包括所述文丘里管。
17.根据权利要求16所述的进气系统，其中，所述壳体是铸造部件，且所述文丘里管由与所述壳体相同的铸件形成。
18.根据权利要求12所述的进气系统，其中，所述壳体的上游处的延伸部包括插口，所述插口供进气管道安装到其上。
19.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述质量空气流量传感器组件是独立的质量空气流量传感器组件，其是分离的并能附接到所述空气流量控制部件。
20.根据权利要求19所述的进气系统，其中，所述独立的质量空气流量传感器组件被附接到所述空气流量控制部件的壳体的上游处。
21.根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述空气流量控制部件是涡轮增压器、节流件或入口歧管。
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