CN109891181A - 由塑料材料制成的空气分配器及制造该空气分配器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种空气分配器(1)，其包括由塑料材料制成的两个半壳(2)和由塑料材料制成的板(4)叠层，所述半壳(2)限定在内部设置所述板(4)叠层的容积，所述板(4)叠层包括两个端板(40)，且所述板(4)叠层在其相邻板(4)之间限定适用于流体循环的中间空间(10)集。所述板(4)叠层中的板(4)彼此附接，每个端板(40)附接至所述两个半壳(2)中的一个，且所述两个半壳(2)彼此附接。

Description

由塑料材料制成的空气分配器及制造该空气分配器的方法
技术领域
本发明涉及一种由塑料材料制成的空气分配器及用于制造该空气分配器的方法。
背景技术
通常，空气分配器也被称为进气歧管，其包括进气口和多个出气口，所述出气口旨在连接至发动机的气缸盖以将燃烧燃料所需的空气传送至发动机的每个气缸。
已知的是在分配器内部设置热交换器以在循环通过分配器的朝向发动机的空气和循环通过热交换器的一种或多种流体之间进行热交换。该热交换器通常由铝板叠层形成。通常具有矩形形状的这种板形成平行六面体块。由于在热交换器内施加的压力，在制造过程中添加螺丝和螺栓装置。
具有集成的交换器的这些分配器的第一个缺点在于由热交换器的平行六面体形状所致的过大的体积。这种形状不允许热交换器最佳地占据可用容积。
第二个缺点在于在热交换器和分配器之间存在旁路效应。流入分配器的空气的一部分穿过热交换器和分配器之间存在的间隙之间而绕过热交换器。这种旁通流降低效率并阻碍在分配器的出口处获得均匀的空气温度。
另一缺点在于制造方法的时长，为了确保机械强度，所述制造方法需要用全部独立插入的螺丝、螺栓和桥接器来紧固。
发明内容
此外，本发明旨在通过提供一种空气分配器及用于制造该空气分配器的方法来克服全部或部分的上述缺点，所述空气分配器提供改进的机械强度、紧凑性和效率，所述方法允许在保持优良的机械强度的同时减少制造时长。
为此目的，本发明涉及一种空气分配器，其包括由塑料材料制成的两个半壳和由塑料材料制成的板叠层，所述半壳限定在内部设置所述板叠层的容积，所述板叠层包括两个端板，所述板叠层在其相邻板之间限定适用于流体循环的中间空间集，其中，所述板叠层中的板彼此紧固，各个端板紧固至所述两个半壳中的一个，且所述两个半壳彼此紧固。
因此，根据本发明的分配器提供改进的机械强度、紧凑性和效率。
所述半壳的彼此的直接紧固与所述板的彼此的直接紧固和所述端板至所述半壳的紧固相结合，这提供了增加的耐压性。
此外，所述端板固定至所述半壳的事实使得防止了端板和半壳之间的空气通路，从而避免旁路效应。
所述半壳和所述板由塑料材料制成，这提供了这样的可能性：根据与靠近发动机的可用容积最佳地对应的预定的形状而成型。
根据优选的实施例，所述板叠层中的所述板通过胶合彼此紧固，并且每个端板通过胶合紧固至所述两个半壳中的一个，而所述两个半壳通过焊接彼此紧固。
这些特性提供了改进的耐压性，受限的旁路效应，并在制造过程中节省了时间。
根据优选的实施例，所述分配器包括至少一个引导加强柱，该柱在连接所述两个半壳的同时穿过所述板叠层中的板。
因此，改进了机械强度。
根据优选的实施例，所述两个半壳中的至少一个和紧固抵靠该至少一个半壳的端板在它们之间限定适用于流体循环的中间空间，此中间空间与所述中间空间集中的至少一个中间空间流体联通。
该配置允许通过将分配器中可用的最大空间分配给热交换功能来提高效率。
根据优选实施例，所述两个半壳中的至少一个和紧固抵靠该至少一个半壳的端板包括互锁元件，该互锁元件配置成允许将该半壳和该端板互锁。
所述互锁元件有助于端板相对于半壳的正确定位，允许减少组装时长。所述互锁元件也限制了旁路效应。
根据优选实施例，所述互锁元件包括凹槽和旨在定位在凹槽内的脊部，该凹槽和该脊部成形为根据紧固到该半壳的端板的轮廓的形状而延伸。
这允许有效地减少旁路效应。
所述凹槽进而可以由两个平行的脊部限定。所述凹槽最好比所述脊部更宽，使得当所述脊部插入所述凹槽中时在所述脊部的任一侧上存在间隙。优选地，在凹槽内沉积有用于将端板紧固到相应的半壳的胶。该间隙需要端板相对于相应的半壳非常精确地定位。为此，所述空气分配器可包括刻纹或花键类型的定位构件。
根据优选实施例，所述板叠层中的每个板包括从所述板的一侧延伸的两个偏转器元件，相邻板的偏转器元件被重叠地布置以形成旨在阻碍所述板和所述半壳之间的空气通路的偏转器壁。
因此，进入分配器的空气被引导到板叠层的相应的中间空间，而不是在板叠层和半壳之间滑动。这允许限制旁路效应。
根据另一方面，本发明涉及一种车辆，特别是机动车辆，其包括具有上述特征的空气分配器。
该车辆得益于具有集成的热交换器的分配器，该分配器由于对在发动机附近可用的空间的最佳占用而提供了改进的紧凑性和效率。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于制造空气分配器的方法，其中所述制造方法包括：
将板叠层中的相邻板彼此紧固；
将端板分别紧固至两个半壳；以及
将半壳彼此紧固。
根据本发明的方法允许在确保高耐压性的同时节省制造时间。
根据优选的实施例，所述板叠层中的所述板通过胶合彼此紧固，并且每个端板通过胶合紧固至所述两个半壳中的一个，而所述两个半壳通过焊接彼此紧固。
因此，该方法允许省去螺丝连接和螺栓连接步骤，从而减少制造时长。
根据优选实施例，半壳的焊接发生在将板胶合在一起并且将每个端板胶合到相应的半壳之后。
这导致制造时间显著节省至这样的程度：使得在半壳的焊接期间和之后在掩蔽的时间内发生胶的聚合。
另外，在焊接时粘合剂的聚合没有完成，并且所述焊接涉及趋向于使半壳更靠近在一起的尺寸变化，在焊接期间获得了板的夹紧效果，这改善了耐压性。
根据优选实施例，板叠层中的所有板预先彼此胶合以形成块，然后通过将每个端板胶合到相应的半壳上而将该块紧固到半壳上。
此特性允许减少制造时长。
根据优选实施例，所述半壳中的一个包括至少一个引导加强柱，并且其中所述方法包括通过沿着引导加强柱平移板使得所述板相对于所述半壳中的一个而定位的步骤，所述引导加强柱插入通过所述板叠层中的板的开口。
这些特征的优点在于相对于相应的半壳更精确且更快地定位该板。
根据优选实施例，引导加强柱与所述半壳中的一个一体形成。
考虑到由此在引导加强柱与相应的半壳之间获得的连接强度，所述柱可以更窄，使得板之间的热交换表面更大。因此在不损害耐压性的情况下提高了效率。
附图说明
通过如下作为非限制性示例给出的实施例的详细描述并参考附图，将清楚地体现本发明的其他特征和优点，在附图中：
图1和图2是根据本发明实施例的分配器的分解立体图，
图3是根据本发明实施例的分配器的侧视图，
图4是根据本发明实施例的分配器的半壳的顶视图，
图5是根据本发明实施例的分配器的半壳和板的顶视图，
图6是根据本发明实施例的分配器的半壳和板的顶视图，
图7是根据本发明实施例的分配器的板叠层的立体图。
具体实施方式
图1和图2显示根据本发明实施例的分配器。空气分配器1包括两个半壳2和板4叠层。板4叠层形成热交换器。两个半壳2在它们之间限定旨在用于接收板叠层4的容积。
空气分配器1包括进气口6和多个出气口8，所述出气口8旨在连接至发动机的气缸盖(未示出)以将燃烧燃料所必需的空气传送至发动机的每个气缸。进气口6和出气口8通向由两个半壳2限定的容积。由板4叠层形成的热交换器布置在进气口6和出气口8之间，使得进入分配器1的空气穿过板4叠层以在离开之前进行热传递。限定进气口6和出气口8的导管可以与两个半壳2中的一个或两个一体地形成，并且可以由于两个半壳的组装而形成，如图1至图3所示。
空气分配器1由塑料材料制成。更准确地，板4叠层中的板4由包括导热填料的塑料材料(例如包含石墨和/或碳填料的聚酰胺66(PA66))制成，以便提供在20℃下大于0.6W.m-1.K-1的热导率，优选地等于或大于1W.m-1.K-1。
半壳2也由塑料材料制成(优选地不同于构成板4的塑料材料)，其旨在承受高压(例如高达约9巴)和高温(例如约200℃到220℃)。该塑料材料可以特别地是聚酰胺6(PA6)或聚酰胺66(PA66)。
塑料材料的使用允许制造这样的分配器形状，其可以最佳地插入发动机附近可用的空间中，并且确保由板形成的热交换器占据分配器内可用的最大容积，从而具有高效率。
板4叠层包括在预定的堆叠方向(例如直线堆叠方向)上一个接一个地堆叠的板4。板4叠层包括多个板4，并包括两个端板40，其他板4在两个端板40之间延伸。板4可以具有相同的形状和相同的尺寸。
板4叠层在相邻板4之间限定中间空间10集。每个中间空间10旨在用于板4之间的流体循环，以特别地允许在该中间空间10与相邻的中间空间中循环的流体之间的热交换。
其中，该中间空间集包括开放的中间空间100和封闭的中间空间102。优选地，开放的中间空间100和封闭的中间空间102在堆叠方向上交替设置。
封闭的空间102彼此流体连接，以允许流体循环通过所有这些封闭的中间空间102。因此，热交换器包括流体进入通道和排出通道，其可以由多个入口开口104和出口开口106形成，任选地被周壁108围绕，并且例如通过板4形成，每个板4具有入口开口104和出口开口106。分配器1还包括流体进入口34和流体排出口36，流体进入口34和流体排出口36穿过两个半壳2中的一个，并且流体进入口34和流体排出口36均通向封闭的中间空间102中的一个，以允许形成封闭的中间空间中的流体的入口和出口。
开放的中间空间100具有与分配器的进气口6连通的入口开口以及与分配器1的出气口8连通的出口开口。因此，开放的中间空间100在此旨在用于空气循环，而封闭的中间空间102可用于传热流体(例如乙二醇水)的循环，用于与穿过分配器1和开放的中间空间100的空气进行热交换。
如图2和图4中可见，两个半壳2中的一个或两个可以与相应的端板40限定与其他封闭的中间空间102连通的封闭的中间空间102。
为了确保高耐压性，板4叠层中的板4彼此紧固，特别是彼此胶合，而两个半壳2直接彼此紧固，特别是焊接。此外，端板40分别紧固(特别是胶合)到两个半壳2中的全部中。
因此应注意，板4仅紧固在一起。只有端板40紧固至半壳2，特别是紧固至半壳2的底壁20。因此，在此处，在板4的部段和半壳2(特别是半壳2的侧壁22)之间存在间隙。
“直接彼此紧固”意指着彼此紧固接触，而不是通过插入彼此紧固的部分之间的部件而紧固。
优选地，板叠层中的板通过胶合彼此紧固。
每个端板优选通过胶合紧固到两个半壳中的一个上。
两个半壳最好通过焊接彼此紧固。
不需要螺丝或螺栓来增强分配器1的机械强度。
优选地，半壳的焊接界面处于与板4的堆叠方向基本垂直的平面中，使得焊接操作具有半壳2夹紧板4的效果。
结合半壳2的焊缝最好是连续的，并且优选地沿循半壳2的边缘24或外轮廓。
根据图1和图2中所示的示例，每个半壳2具有底壁20和侧壁22。其中，两个半壳2紧固(特别是焊接)在位于其侧壁22的端部处的边缘24处。替选地，两个半壳2中只有一个可以具有侧壁22，而两个半壳2中的另一个可以仅由底壁20形成。然后，第一半壳2的侧壁22的边缘24直接紧固在形成第二半壳2的壁20上。
用于将板4胶合在一起或用于将端板40胶合到相应的半壳2上的胶例如是环氧树脂胶或基于硅树脂的胶的类型，特别地允许承受热交换器内相对高的温度。
半壳2的焊接可以通过振动、红外线或两者的组合来进行。优选地，半壳2通过红外线焊接，这为组装的部件提供了特别是为分配器寻求的更好的性能。
如图1和图4所示，分配器1最好包括一个或多个引导加强柱12，以允许增强分配器1的耐压性。引导加强柱12连接两个半壳2。这些柱12的一端固定在两个半壳2中的一个上，相对端固定在两个半壳2中的另一个上。
优选地，如图中可见，柱12与两个半壳2中的一个一体地形成，并且在其端部处紧固，特别是焊接在另一个半壳2上，这允许在改善机械强度的同时减少制造时长。
应注意，柱12最好是直线的，并且可沿堆叠方向延伸。柱12穿过板4叠层中的板4，以连接两个半壳2的底壁20。因此，板4设置有通孔46，其中通孔46是对齐的，柱12延伸穿过通孔46。
两个半壳中的一个或两个和相应的端板可包括互锁元件，该互锁元件例如由互补的凹槽30和脊部41形成。凹槽30可以形成在从底壁20突出的脊部28内部，如图1、图2和图4中可见，而相应的端板40包括该凹槽的互补脊部41。脊部28显示出相应的端板40的轮廓，也就是说基本具有该端板40的轮廓的形状，并且旨在支承抵靠端板40的面向半壳2的面42的边缘。脊部28实现了施用例如胶水的区域。因此，端板40通过凹槽30和脊部41之间的互锁而紧固到相应的半壳2。特别是在图1和图4中可见的密封件32可定位在凹槽30中。
应注意，密封件48可设置在相邻的板4之间，以确保板4叠层的密封，特别是封闭的中间空间102的密封。密封件48可以布置在将板4连接在一起并且在适当的情况下将端板40连接到相应的半壳2的胶合区域内。
如图5和图6所示，板4叠层中的板4均包括从板4的一侧延伸到两个半壳2中的任一个的侧壁42的两个偏转器元件50。这些偏转器元件50在分配器的进气口6的两侧延伸，并且部分地限定开放的中间空间100的入口开口。因此，偏转器元件50防止进入分配器1的空气在热交换器和分配器1的侧壁42之间通过，这限制了旁路效应。如图7可见，板4的偏转器元件50重叠地布置，使得偏转器元件50集形成偏转器壁，该偏转器壁旨在阻止热交换器和分配器1之间的空气通路。偏转器元件50的端部支承抵靠半壳2中的任一个，优选固定在半壳2的任一个，例如胶合到相应的半壳2上。
如图7中所示，板4可以具有前缘52，前缘52成形为在开放的中间空间100的入口处促进层流。
此外，如图5中可见，板4可具有在面42上突出的障碍物或钉54，其部分地限定例如开放的中间空间100。这促进了中间空间内的湍流，从而提高热交换效率。
本发明还涉及一种车辆，特别是机动车辆，其包括具有全部或部分上述特征的空气分配器1。
本发明还涉及一种用于制造具有上述全部或部分特征的空气分配器1的方法，因此空气分配器1特别地包括由塑料材料制成的两个半壳2和由塑料材料制成的板4叠层，半壳2限定在其内部设置板4叠层的容积，该板4叠层包括两个端板40，并且在其相邻板4之间限定适用于流体循环的中间空间10集。板4和/或半壳2可以通过注射成型制造。
所述制造方法包括：将板4叠层中的相邻板4彼此紧固，优选地胶合；将端板40分别紧固，优选地胶合到两个半壳2中的全部；以及将半壳2直接紧固，优选地焊接在一起。
因此应注意，板4仅紧固在一起。仅端板40紧固至半壳2。不需要螺丝或螺栓来增强分配器1的机械强度。
优选地，半壳的焊接界面处于与板4的堆叠方向基本垂直的平面中，使得焊接操作具有半壳2夹紧板4的效果。
结合半壳2的焊缝最好是连续的，并且优选地沿循半壳2的边缘24或外轮廓。
用于将板4胶合在一起或用于将端板40胶合到相应的半壳2上的胶例如是环氧树脂胶或基于硅树脂的胶的类型，特别地允许承受热交换器内相对高的温度。
半壳2的焊接可以通过振动、红外线或两者的组合来进行。优选地，半壳2通过红外线焊接，这为组装的部件提供了特别是为分配器寻求的更好的性能。
优选地，半壳2的焊接发生在将板4胶合在一起且每个端板40胶合到相应的半壳2之后，但是在用于这些胶合的胶的完全聚合之前。这使得在制造时长方面节省了大量时间，因为胶的交联发生在掩蔽时间内。此外，考虑到焊接产生的尺寸变化，焊接的效果是使半壳2更靠近在一起；因此，在将板结合在一起并将端板40结合到相应的半壳2的胶聚合之前，半壳2夹紧板4叠层。
任选地，该方法可以包括在焊接期间和/或在板4结合在一起并且将端板40结合到半壳2的胶的聚合期间将半壳彼此压靠的步骤。
该方法还可包括通过借助板4叠层中的板4的一个或多个相应的开口46将板4叠层中的板插在一个或多个引导加强柱12上而使板4相对于半壳2中的一个定位的步骤。
该定位步骤可有利地包括预先胶合板4(包括端板40)的步骤，以便预先形成构成板4叠层的块，如图7中可见。然后，将该块相对于两个半壳2中的一个而定位(适当情况下通过沿插入开口46的柱12平移)，并通过相应的端板40胶合到该半壳2上。然后将另一个半壳2胶合到另一个端板40上，然后将半壳彼此焊接在一起。
替选地，所述定位步骤可以通过一个板4接着一个板4地执行，从端板40开始，端板40一旦就位就胶合到相应的半壳2上。其它板4在它们定位时彼此粘合，以另一个端板40结束，其胶合到另一个半壳2上。然后将半壳2彼此焊接在一起。
应注意的是，柱12最好与两个半壳2中的任一个一体地模制，这允许改善时间节省和最终的鲁棒性。
在适当的情况下，该方法可以包括将偏转器元件50的端部胶合到半壳2上，以便消除旁路效应。
当然，本发明决不限于上述实施例，该实施例仅作为示例给出。在不脱离本发明的保护范围的情况下，特别是从各种装置的构造或通过替换技术等同物的观点来看，可以进行修改。

Claims (14)

1.一种空气分配器(1)，其包括由塑料材料制成的两个半壳(2)和由塑料材料制成的板(4)叠层，所述半壳(2)限定在内部设置所述板(4)叠层的容积，所述板(4)叠层包括两个端板(40)，且所述板(4)叠层在其相邻的板(4)之间限定适用于流体循环的中间空间(10)集，其中，所述板(4)叠层中的板(4)彼此紧固，每个端板(40)紧固至所述两个半壳(2)中的一个，且所述两个半壳(2)彼此紧固。
2.根据权利要求1所述的分配器(1)，其中，所述板(4)叠层中的所述板(4)通过胶合彼此紧固，并且每个端板(40)通过胶合紧固至所述两个半壳(2)中的一个，而所述两个半壳(2)通过焊接彼此紧固。
3.根据权利要求1或2所述的分配器(1)，其中，所述分配器(1)包括至少一个引导加强柱(12)，该引导加强柱(12)在连接所述两个半壳(2)的同时穿过所述板(4)叠层中的所述板(4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分配器(1)，其中，所述两个半壳(2)中的至少一个半壳和紧固抵靠所述至少一个半壳的所述端板(40)在所述至少一个半壳和所述端板之间限定适用于流体循环的中间空间(102)，所述中间空间(102)与所述中间空间(10)集中的至少一个中间空间(10)流体联通。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分配器(1)，其中，所述两个半壳(2)中的至少一个半壳和紧固抵靠所述至少一个半壳的所述端板(40)包括互锁元件，所述互锁元件配置成允许将所述至少一个半壳(2)和所述端板(40)互锁。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的分配器(1)，其中，所述互锁元件包括凹槽(30)和旨在定位在所述凹槽(30)内部的脊部(41)，所述凹槽(30)和所述脊部(41)成形为根据紧固到所述半壳(2)的端板(40)的轮廓的形状而延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的分配器(1)，其中，所述板(4)叠层中的所述板(4)各自包括从所述板(4)的一侧延伸的两个偏转器元件(50)，相邻板(4)的偏转器元件(50)被重叠地布置以形成旨在阻碍所述板(4)和所述半壳(2)之间的空气通路的偏转器壁。
8.一种车辆，特别是机动车辆，所述车辆包括根据权利要求1至7中任一项所述的空气分配器(1)。
9.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的空气分配器的方法，其中，所述方法包括：
-将所述板(4)叠层中的相邻的板(4)彼此紧固；
-将所述端板(40)分别紧固至所述两个半壳(2)中的全部；以及
-将所述半壳(2)彼此紧固。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述板(4)叠层中的所述板(4)通过胶合彼此紧固，并且每个端板(40)通过胶合紧固至所述两个半壳(2)中的一个，而所述两个半壳(2)通过焊接彼此紧固。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述半壳(2)的焊接发生在将所述板(4)胶合在一起并且将每个端板(40)胶合到相应的半壳(2)之后。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述板(4)叠层中的所有板(4)预先彼此胶合以形成块，然后通过将每个端板(40)胶合到相应的半壳(2)而将所述块紧固到所述半壳(2)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，所述半壳(2)中的一个包括至少一个引导加强柱(12)，并且所述方法包括通过沿着所述引导加强柱(12)平移所述板(4)使得所述板(4)相对于所述半壳(2)中的一个而定位的步骤，所述引导加强柱(12)插入穿过所述板(4)叠层中的所述板(4)的开口。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述引导加强柱(12)与所述半壳(2)中的一个一体地形成。
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