CN1667262A - 用于直接喷射燃料的内燃机的双材料燃料歧管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于内燃机(1)的燃料歧管(11)，该燃料歧管(11)具有供给管(16)和连接体(15)，该供给管(16)适于在压力下将燃料分配到喷嘴(12)，并由第一种材料(B)制造，该连接体(15)在内部结合该供给管(16)，并适于能够机械连接该发动机(1)中的燃料歧管(11)；该连接体(15)用不同于第一种材料(B)的第二种材料(A)制造，并且通过将第二种材料(A)浇铸在包含该供给管(16)的铸模中来制造。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料歧管及其制造方法。
本发明特别有利地用于直接将汽油喷射进内燃机的燃料歧管的生产中，内燃机中供有汽油。下面对其清楚地描述而没有不必要的细节。
背景技术
近年来，已经出现将汽油直接喷射进汽缸的汽油内燃机，在这些内燃机中，汽油是在压力下供给连接于一系列喷嘴(每个汽缸一个)的燃料歧管，喷嘴被周期性地驱动以在燃料歧管内保持的压力作用下将部分汽油喷进各自的汽缸内。
在已知的间接喷射汽油的内燃机中，在燃料歧管中汽油的压力相当低(通常在2至4个大气压之间)，因此，在这些已知的间接喷射汽油的内燃机中，燃料歧管通常用塑料(一般是模制工艺聚合物(technopolymer))制造并用一系列螺钉固定于通常也是由塑料制造的进气歧管，这是因为塑料容易加工并十分经济。但是，在直接喷射汽油的内燃机中，燃料歧管中汽油的压力比较高(普遍在100至200个大气压之间)，塑料制造的燃料歧管不具有良好的机械性能，并且因此不能以必要的安全裕度经受直接喷射汽油通常具有的比较高的汽油压力。
为了确保发动机必要的机械强度，在已知的直接喷射汽油的发动机中，已经选定使用用钢制造的燃料歧管，但是，由于这些燃料歧管必须经过很多机械加工和焊接操作，因而成本相当高，此外，这种方案使它必须将钢制的燃料歧管通过必须单独加工的连接凸缘连接于空气歧管，因而进一步增加了生产成本。
已经有人提出使用通过金属型铸造方法铸造的铝铸件制造的燃料歧管，但是，由于金属型铸造方法是一种相当慢的铸造方法，当零件从铸模中取出之后需要很多加工操作，并且零件最小厚度不小于4-5mm，因此这种燃料歧管显然也是成本相当高的。为了试图降低由铸铝制造的燃料歧管的成本，已经有人提出利用压力铸造法用触变性的(thixotropic)铝制造燃料歧管。但是，实验性的测试已经表明用铝制造的歧管不能总是保证令人满意机械强度，特别是当燃料歧管中汽油的压力大于150个大气压时。而且，用铝制造的歧管不能获得抵抗由从商业途径获得的某些燃料(特别是对含有较高百分比的乙醇或甲醇的燃料)引起的腐蚀的足够能力，因此需要对暴露在汽油中的燃料歧管的零件进行阳极化涂覆，或镍电镀涂覆。但是，这些涂覆处理是复杂而昂贵的，并且不能使其总是能够保证必要的抗腐蚀性，特别是，在发动机正常运行期间，当燃料歧管中汽油的温度相当高的时候(甚至在100℃以上)。
JP 921766A公开了一种进气歧管，其具有进气歧管主体和与其一体设置的燃料分供管(fuel rail)，该进气歧管主体具有多个支管，该支管具有进气口和臂部分。该燃料分供管由圆柱形管材构成，该圆柱形管材用金属管体和金属铸造而成的铸造插入件形成，以通过铸造和插入该管材的外壁表面而掩盖并固定该管材；构成该管材的管材体用轧制形成，并且因此具有良好的抗燃料渗透性能
GB 2390116A公开了一种用于内燃机的进气歧管，燃料分供管和模制的喷嘴装配组件；模制的塑料喷嘴单元每个具有与进气歧管连通的空气流道通道和接纳燃料喷射阀的燃料通道，并且通过焊接于每个通道外表面的回旋状的密封件密封于燃料分供管。可以用钢制成的燃料分供管包括喷射阀，包括阀致动线圈的电子单元模制在喷嘴单元内并连接于供给输出端。喷嘴单元上的密封件分别密封该歧管和发动机汽缸体。
DE 19953942A1公开了一种用于喷射内燃机的燃料供给系统，具有燃料管，其上拧入一个用于每个燃料喷嘴的连接组件。该连接组件具有内管，该内管从燃料管上的孔连接到连接于每个喷嘴的连接凸缘。该连接组件适合使用燃料管的各种发动机，该燃料管切割成一定尺寸并以适当的间隔钻有分配孔。该组件可以用压模铸造或金属/塑料模制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于内燃机的燃料歧管，该歧管没有上述缺点，具体说，它容易并经济地实现。
本发明的另一个目的提供一种生产用于内燃机的燃料歧管的方法，其没有上述缺点，具体说，它容易并经济地实现。
因此，本发明涉及用于内燃机的具有许多喷嘴的燃料歧管，该燃料歧管包括供给管和连接体，该供给管适于在压力下将燃料分配到喷嘴，并由第一种材料制造，该连接体连接于该供给管并适于能够机械连接该发动机内的燃料歧管，该燃料歧管的特征在于，该连接体用不同于第一种材料的第二种材料制造，以不可拆卸的方式完全地或基本完全地在内部与该供给管结合，并且在包含该供给管的铸模中通过铸造该第二种材料制造而成。
附图说明
下面将参考附图描述本发明，附图示出多个非限制性的实施例，其中：
图1是具有本发明的燃料歧管的直接喷射汽油的内燃机的示意图；
图2是图1的燃料歧管的可能的实施例的透视图；
图3是图2的燃料歧管的主视图；
图4是图1的燃料歧管的供给管的透视图；
图5是连接于图1的发动机汽缸盖的图2的燃料歧管沿V-V线的剖视图；
图6是图1的燃料歧管的另一个实施例的透视图；
图7是图1的燃料歧管的又一个实施例的透视图。
具体实施方式
在图1中，内燃机用附图标记1总的表示并包括设置有四个汽缸3(图1只示出其中一个)的汽缸盖2，每个汽缸由至少一个相应的进气阀5连接于进气歧管4并由至少一个相应的排气阀7连接于排气歧管6。该进气歧管4通过蝶阀8接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，该蝶阀可以在关闭位置和最大打开位置之间调节；排气管9从排气歧管6延伸并具有一个或多个催化转换器(未详细示出)，用于将在汽缸3内的燃烧产生的气体排放到大气中。
低压泵(未详细示出)将汽油从油箱(未详细示出)供给高压泵10，该高压泵又将汽油供给燃料歧管11；该燃料歧管11连接于一系列喷嘴12(每个汽缸3一个)，每个喷嘴被周期性地驱动，以在该燃料汽缸内保持的压力下将一部分汽油喷进各自的汽缸3。燃料歧管11中的汽油压力值通过压力调节器13被随时保持等于所希望的值，该压力调节器连接于该燃料歧管11并适于将任何过剩的汽油排放到再利用管，该再利用管将该过剩的汽油回返回到该低压泵(的未示出)的上游。该燃料歧管11还连接于传感器14，该传感器14适于测量该燃料歧管11中的汽油压力。
如图2至图5所示，该燃料歧管11包括连接体15和供给管16，该连接体15由材料A制造并适于能够机械连接该发动机1中的燃料歧管11，该供给管16由不同于材料A的材料B制造，并被结合在该连接体15内，为具有对称的中心轴线17的基本圆柱形的形状，适于在压力下将汽油分配到喷嘴12。换句话说，该连接体以不可拆卸的方式完全地或基本完全地在内部结合该供给管。
重要的是注意抗汽油压力的机械性能通常是该供给管16独自的任务，换句话说，供给管16的大小做成使它能够单独经受汽油压力，尽管覆盖该供给管16的连接体15的存在增加了供给管的机械强度。但是，在一些情况下，连接体15也可以具有抵抗通过该供给管16供给的汽油的压力的结构功能，换句话说，供给管16不能单独经受汽油压力，并且覆盖该供给管16的连接体15的存在给予该供给管16经受汽油压力所必须的机械强度。
在优选实施例中，材料B是2mm厚的不锈钢，而材料A是3mm厚的铝。在这种情况下，供给管16可以通过利用容易且经济地实现的剪切制造，重要的是注意当不锈钢的厚度大于2mm时不能利用剪切。换句话说，连接体15的机械作用允许使用由不锈钢制造的比较薄的供给管，其可以用剪切制造。
连接体15具体包括横向地设置于供给管16的凸缘18，其具有多个通孔19，使它能够由相应的螺钉20固定于该发动机的汽缸盖2，并包括四个连接件，每个连接件适于使各自的汽缸3与进气歧管4连通。该凸缘18包括基本平面的板22，板从该供给管16的中部横向延伸到供给管16；每个连接件21包括从该板22相对于该板所在的平面以垂直方式升高的管状体23。每个管状体的上端部分优选形成的形状有利于连接从该进气歧管4延伸的相应的管。该板22的下表面24，即相对于该管状体23相对的表面，是平面，并具有非常小的表面粗造度，以便能够以防渗漏的方式(可设置密封垫)与该汽缸盖2的相应的上表面25连接。
一系列连接于该板22和供给管16的加强肋26相对于该板22所在的平面并相对于供给管16的轴线17以垂直方式设置。该凸缘18包括一系列的隆起区27，经由其每个隆起区，设置相应的通孔19，用于通过用于该发动机1的汽缸盖2的连接螺钉20。一部分加强肋26从该隆起区27开始，而剩下的一部分加强肋26从该管状体23开始。
如图4所示，该供给管16由主圆柱形管状通道28形成，垂直于该主圆柱形管状通道28的一系列辅助圆柱形管状通道29分开地设置在该主圆柱形管状通道28上。每个辅助圆柱形管状通道29适于以防渗漏的方式安放各自的喷嘴12。该主圆柱形管状通道28包括两个相对的开口端30和31。开口端30连接于用于在压力下将汽油供给燃料歧管11的高压泵10，而开口端31由相关的螺纹帽32封闭。开口端31的目的是在供给管16的模制加工期间能够正确地制造该主圆柱形管状通道28。在开口端31附近，该主圆柱形管状通道28包括适于容纳压力调节器13的开口33和适于容纳压力传感器14的开口34。
图6示出该燃料歧管11的实施例，其稍稍不同于图2至图5所示的实施例。两个实施例之间的区别主要与连接体15的形状有关。
根据图7所示的不同的实施例，该连接体15单独包括管状套(jacket)35，其包围该供给管16和多个钻孔的支架36，每个支架相对于该供给管16横向设置，并适于由相应的螺钉(未示出)机械地连接于汽缸盖2。
为了制造燃料歧管11，供给管16用材料B与连接体15分开制造，该供给管16设置在反向(negatively)复制该连接体15的形状的铸模中(已知的，未示出)，并且将材料A施加于该铸模中以围绕该供给管16形成该连接体15。材料A优选用压力铸造法，或喷铸法供给到包含供给管16的铸模中。该供给管16可以通过将通道29焊接于通道28制造该供给管16，或通过液压成型形成整个金属管形状来制造该供给管16。
以这种方式，供给管16基本上埋入该连接体15中，换句话说，该连接体15以基本全面的方式覆盖该供给管16。
在使用时供给管16受高压汽油流的作用，为此，形成供给管16的材料B是具有良好机械强度和良好抗腐蚀性的材料。形成该供给管16的材料优选为不锈钢(例如，诸如不锈钢316的300系列的不锈钢)。如果要求抗腐蚀性大于不锈钢的话，作为一种选择，形成供给管16的材料B是镍合金。
连接体15不与汽油接触，并且因此不必能够经受汽油的压力或汽油产生的腐蚀，为此，形成该连接体15的材料A是容易加工的经济的材料。形成该连接体15的材料A优选为铝，或者如果要求较大的机械强度的话，为触变性的铝。作为一种选择，形成该连接体15的材料A为塑料，或热塑性类的或热固性类的，例如形成该连接体15的材料A可以是工艺聚合物、ABS、尼龙或环氧树脂。形成该连接体15的材料A也可以是不同于铝的金属材料，例如镍合金。材料A的一个很重要的要求是其熔点低于材料B的熔点，以便材料A能够在包含由材料B制造的供给管16的铸模中铸造而不会引起供给管16的损坏或变形。
从上面所述应当理解，具有不同功能的内套(供给管16)和外皮(连接体15)通过两种不同的制造方法用两种不同的材料制造。该内部件(供给管16)由具有经受汽油压力和由汽油引起的腐蚀的结构功能的材料B制造；而该外部件(连接体15)由具有能够机械连接该发动机1中的燃料歧管11的机械连接功能的材料A制造。两种材料的不同功能使其能够分开以优化几何形状、材料和制造工艺。
根据未示出的另一个实施例，该供给管16由两种或更多中不同的材料形成，和/或该连接体15由两种或更多中不同的材料形成。
各种试验测试已经表明，上述的该燃料歧管11特别经济并容易制造，并且同时使得在接近300巴(bar)的汽油供给压力下工作十分安全，具体说，该燃料歧管11特别经济并容易制造，由于具有复杂形状的该连接体15用容易加工的材料A制造，而由比较难加工的材料B制造的该供给管16的形状不太复杂。而且，上述的燃料歧管11优化了对腐蚀的抵抗能力，这种腐蚀使由所有商业途径获得的燃料产生的，特别是那些含有较高百分比的乙醇或甲醇的燃料所产生的。这种结果是由于该燃料歧管11的所有与汽油接触的零件是用材料B制造的(一般为不锈钢)，这种材料特别能够抗腐蚀。
应当理解，上述的燃料歧管可以有利地用于不使用汽油作燃料的内燃机，例如用LPG、甲烷、酒精或柴油作燃料的内燃机。
作为上述许多优点的结果，该燃料歧管11的构造方法可以用于包括使用时受燃料流作用的管子和连接于该管子并适于机械连接该发动机内的该部件的连接体的内燃机的任何部件。
Claims (43)
1.一种用于具有许多喷嘴(12)的内燃机(1)的燃料歧管(11)，该燃料歧管(11)包括供给管(16)和连接体(15)，该供给管(16)适于在压力下将燃料分配到喷嘴(12)，并由第一种材料(B)制造，该连接体(15)连接于该供给管(16)并适于能够机械连接该发动机(1)中的燃料歧管(11)；该燃料歧管(11)的特征在于，该连接体(15)用不同于第一种材料(B)的第二种材料(A)制造，以不可拆卸的方式完全地或基本完全地在内部结合该供给管(16)，并且在包含该供给管(16)的铸模中通过模铸该第二种材料(A)制造而成。
2.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该第一种材料(B)是金属材料。
3.根据权利要求2的燃料歧管(11)，其中该第一种材料(B)是不锈钢。
4.根据权利要求2的燃料歧管(11)，其中该第一种材料(B)是镍合金。
5.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是金属材料。
6.根据权利要求5的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是铝。
7.根据权利要求6的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是触变性铝。
8.根据权利要求5的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是镍合金。
9.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是塑料。
10.根据权利要求9的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是热塑性塑料。
11.根据权利要求9的燃料歧管(11)，其中该第二种材料(A)是热固性塑料。
12.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该连接体(15)还由不同于该第一种材料(B)和第二种材料(A)的第三种材料制造。
13.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中第二种材料(A)通过压力铸造法供给到包含该供给管(16)的铸模中。
14.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中第二种材料(A)通过喷铸法供给到包含该供给管(16)的铸模中。
15.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该发动机(1)包括具有多个汽缸(3)的头汽缸盖(2)；该连接体(15)包括多个支架，每个支架相对于该供给管(16)横向设置并适于机械地连接于该汽缸盖(2)。
16.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该发动机(1)包括设有多个汽缸(3)的汽缸盖(2)；多个喷嘴(12)，每个喷嘴连接于该燃料歧管(11)并适于将燃料喷进各自的汽缸(3)中；以及连接于该汽缸盖(2)的进气歧管(4)，以便为汽缸(3)供给新鲜空气；包括横向设置于该供给管(16)的凸缘(18)的连接体(15)包括多个通孔(19)，以便能够由相应的螺钉(20)固定该发动机(1)的汽缸盖(2)，还包括多个连接件(21)，每个连接件(21)使各自的汽缸(3)与进气歧管(4)连通。
17.根据权利要求16的燃料歧管(11)，其中该凸缘(18)包括基本平面的板(22)，其从该供给管(16)的中部横向地延伸到该供给管(16)，每个连接件(21)包括管状体，其垂直于该板(22)所在的平面从该板(22)升高。
18.根据权利要求17的燃料歧管(11)，其中该板(22)的下表面是平面并具有非常小的表面粗造度，以使它能够以防止渗漏的方式连接于该汽缸盖(2)相应的上表面(25)
19.根据权利要求17的燃料歧管(11)，其中设置一系列的加强肋(26)，并且该加强肋设置成垂直于该板(22)所在的平面并且与该板(22)和该供给管(16)两者相关。
20.根据权利要求19的燃料歧管(11)，其中该凸缘(18)包括一系列隆起区(27)，经由每个隆起区设置相应的通孔(19)，用于通过用于该发动机(1)的汽缸盖(2)的连接螺钉。
21.根据权利要求20的燃料歧管(11)，其中一些加强肋(26)从该隆起区(27)开始。
22.根据权利要求19的燃料歧管(11)，其中一些加强肋(26)从该管状体(23)开始。
23.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该供给管(16)由主圆柱形管状通道(28)形成，从该主圆柱形管状通道(28)还分开地形成一系列辅助圆柱形管状通道(29)，这些通道(29)设置成垂直于该主圆柱形管状通道(28)；每个辅助圆柱形管状通道(29)适于以防止渗漏的方式安放各自的喷嘴(12)。
24.根据权利要求23的燃料歧管(11)，其中该主圆柱形管状通道(28)具有两个相对的端(30、31)，其中一个用于在压力下供给燃料，而另一个被相应的螺纹帽(32)封闭。
25.根据权利要求24的燃料歧管(11)，其中在由螺纹帽(32)封闭的端部(3 1)的附近，该主圆柱形管状通道(28)包括适于接纳压力调节器(13)的第一开口(33)和适于接纳压力传感器(14)的第二开口(34)。
26.根据权利要求1的燃料歧管(11)，其中该连接体(15)还具有用于经受通过该供给管(16)供给的燃料的压力的结构功能。
27.根据权利要求26的燃料歧管(11)，其中该第一种材料(B)为厚度为2mm的不锈钢，而该第二种材料为厚度为3mm的铝。
28.一种制造如权利要求1的用于内燃机(1)的燃料歧管(11)的方法，该燃料歧管(11)包括供给管(16)和连接体(15)，该供给管(16)适于在压力下将燃料分配到喷嘴(12)，并由第一种材料(B)制造，该连接体(15)连接于该供给管(16)并适于能够机械连接该发动机(1)中的燃料歧管(11)；该方法的特征在于包括如下步骤：
与该连接体(15)分开，单独制造该供给管(16)；
将该供给管(16)设置在负向复制该连接体(15)的形状的铸模中，并且
通过将不同于该第一种材料(B)的第二种材料(A)供给该铸模中，以围绕该供给管(16)模制该连接体(15)。
29.根据权利要求28的方法，其中该第一中材料(B)是金属材料。
30.根据权利要求29的方法，其中该第一种材料(B)是不锈钢。
31.根据权利要求29的方法，其中该第一种材料(B)是镍合金。
32.根据权利要求28的方法，其中该第二种材料(A)是金属材料。
33.根据权利要求32的方法，其中该第二种材料(A)是铝。
34.根据权利要求33的方法，其中该第二种材料(A)是触变性铝。
35.根据权利要求32方法，其中该第二种材料(A)是镍合金。
36.根据权利要求28方法，其中该第二种材料(A)是塑料。
37.根据权利要求36的方法，其中该第二种材料(A)是热塑性塑料。
38.根据权利要求36的方法，其中该第二种材料(A)是热固性塑料。
39.根据权利要求28的方法，其中该连接体(15)还由不同于该第一种材料(B)和第二种材料(A)的第三种材料制造。
40.根据权利要求28的方法，其中第二种材料(A)通过压力铸造法供给到包含该供给管(16)的铸模中。
41.根据权利要求28的方法，其中第二种材料(A)通过喷铸法供给到包含该供给管(16)的铸模中。
42.一种内燃机(1)的部件(11)，包括供给管(16)和连接体(15)，该供给管(16)由第一种材料(B)制造，并且在使用中受到燃料流的作用，该连接体(15)连接于该供给管(16)并适于能够机械连接该发动机(1)中的部件(11)；该部件(11)的特征在于，该连接体(15)用不同于第一种材料(B)的第二种材料(A)制造，以不可拆卸的方式完全地或基本完全地在内部结合该供给管(16)，并且在包含该供给管(16)的铸模中通过浇铸该第二种材料(A)制造而成。
43.一种制造如权利要求42的部件(11)的方法，该部件(11)包括供给管(16)和连接体(15)，该供给管(16)由第一种材料(B)制造，并且在使用中受到燃料流的作用，该连接体(15)连接于该供给管(16)并适于能够机械连接该发动机(1)中的部件(11)；该方法的特征在于包括如下步骤：
与该连接体(15)分开，单独制造该供给管(16)；
将该供给管(16)设置在负向复制该连接体(15)的形状的铸模中，并且
通过将不同于该第一种材料(B)的第二种材料(A)供给该铸模中，以围绕该供给管(16)模制该连接体(15)。
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