CN200968244Y - 空气加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气加热器，用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热。所述的空气加热器包括一个加热元件，此加热元件具有一个基本上平坦的部分以及一个凸缘部。所述凸缘部与所述平坦部设置成具有一角度。所述平坦部相对于所述凸缘部而言位于气流的上游位置。一个结构可操作地将加热元件设置成与进入发动机燃烧室内的空气连通。此外，还公开了一种热膨胀接头，用于将加热元件和框架彼此连接起来。

Description

空气加热器

相关申请的参考

本实用新型要求在2005年5月9日递交的美国临时申请60/679,097的权益。在此将上述申请结合入本文中作为参考。

技术领域

本实用新型大致上涉及用于内燃机的空气加热器。更具体地，本实用新型涉及一种空气加热器，其包括一个加热元件，该加热元件具有一个或多个沿其长度方向延伸的凸缘。此外，本实用新型涉及一种热膨胀的接头，用于将多个叠置的加热元件彼此连接起来。

背景技术

空气加热器可用于机动车辆中，以在空气进入内燃机的燃烧室之前对其进行加热。典型的空气加热器包括由基本上呈平坦状的金属条带形成的加热元件，所述加热元件在电流通过时散发热量。由于将发动机及其相关附件封装在发动机舱内变得相当地困难，进气管、进气歧管以及内燃机头部的几何形状经常需要从车辆外部流入的进气在进入到燃烧室之前转过90度。许多时候，进气加热器位于该90度弯曲处或与之接近。因此，一个技术需求是不仅在进入燃烧室之前对空气进行加热，而且还对空气进行引导，从而优化通过进气部件并进入到燃烧室时的进气气流。

此外，通常地，空气加热器的加热元件工作一段时间，直至发动机变热，然后在相当长的一段时间内不工作。这个热循环导致加热元件膨胀和收缩与其热膨胀系数相对应的量。取决于加热元件在空气加热器中安装的方式，在热循环过程中，可能会在加热元件上施加不期望的应力。因此，需要提供一种热膨胀接头，其能将加热元件正确地支撑和安装在空气加热器内而不会引起不利的应力。

实用新型内容  本实用新型的目的在于提供一种用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热的空气加热器，其不仅能在进入燃烧室之前对空气进行加热，而且还能对空气进行引导，从而优化通过进气部件并进入到燃烧室时的进气气流。另外，本实用新型还提供了一种热膨胀接头，其能将加热元件正确地支撑和安装在空气加热器内而不会引起不利的应力。

为此，本实用新型提供了一种用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热的空气加热器。所述空气加热器包括一个加热元件，此加热元件具有一个大致平坦的部分以及一个凸缘部。所述凸缘部与所述平坦部设置成具有一角度。所述平坦部相对于所述凸缘部而言位于气流的上游位置。一个结构可操作地将加热元件设置成与进入发动机燃烧室内的空气连通。

本实用新型也提供了另一种用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热的空气加热器。所述空气加热器包括：一个设置在气流内的一件式的加热元件，该加热元件具有一个大致平坦的部分和一个加厚部，所述加厚部沿所述加热元件的后边缘与所述平坦部成一角度延伸；以及一个用于耦合定位所述加热元件的结构，该结构可操作地保持所述加热元件的位置，使其与进入发动机燃烧室内的空气相连通。

此外，描述了用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热的另一种形式的空气加热器。该空气加热器包括一个框架，所述框架具有一个延伸穿过所述框架的孔。具有第一和第二端的加热元件设置成与所述的孔连通。一个保持件将加热元件的第一端耦合到所述框架。所述保持件可操作地相对于框架移动，从而允许加热元件在加热器的工作过程中热膨胀和收缩。应当理解：在对某些实施方式进行描述时，详细描述及特定的示例仅用于解释，而不是对本实用新型的范畴进行限制。

由于设置了引导气流以及提高元件刚度以最小化元件在热循环中的位移的凸缘，本实用新型的空气加热器不仅有利于对进气进行加热，还有利于改变气流的方向。而且，由于保持件，如热膨胀接头的设置，加热元件能在加热器的操作过程中进行热膨胀和收缩，不会引起不利的应力。

附图说明

通过详细的描述以及附图，可更完全地对本实用新型进行理解，其中：

图1为一个依据本实用新型的教示的、示例性进气组件的分解立体图；

图2为图1进气组件的局部分解立体图；

图3示出了本实用新型的加热元件的多个立体图；

图4为进气组件一个可选实施方式的局部分解立体图；

图5示出了进气组件另一个可选实施方式的局部分解立体图；

图6为本实用新型示例性热接头的局部剖视图；

图7为本实用新型进气组件的局部剖视立体图；

图8为进气组件另一个可选实施方式的立体图；

图9示出了带肩螺栓一个可选实施方式的组装图以及分解立体图；以及

图10示出了带肩螺栓另一个可选实施方式的组装立体图以及分解立体图。

具体实施方式

下文对于优选实施方式的描述仅仅是示例性的而不是用于对本实用新型及其应用或使用进行限制。

图1-3涉及第一实施方式的进气组件4，其构造成安装到内燃机的头部(未示)。典型地，一个也没有示出的进气管安装到进气组件4与所述头部相对的一侧。有效地，进气组件4夹在发动机的进气管和头部之间。进气组件4包括一个盖板5，所述盖板5具有一个与第二通孔7相邻的第一通孔6。一个第一加热器分组件8位于孔6内并耦合到盖板5。一个第二加热器分组件9耦合到盖板5并位于孔7内。两个加热器分组件8和9都位于给内燃机的燃烧汽缸提供气体的空气通道内。一个带状件10将加热器分组件8和9电连接到电源连接组件11。如图2所示，加热器分组件8和加热器分组件9彼此基本类似。因此，仅对加热器分组件8进行详细的描述。

加热器分组件8包括一个加热元件12，该加热元件具有一个第一端13、一个第二端14、以及多个位于所述第一端和第二端之间的弯褶16。加热器分组件9的类似构件标以相同的标号但包括一个’后缀。第一端13和13’电耦合到板5。第二端14和14’构造成通过一个导电端子15耦合到带状件10，从而使得可对加热元件12供电。典型地，加热元件12安装在一对保持件17内，以在操作期间支撑加热元件。

如上所述，加热元件和保持件分组件位于内燃机的空气通道内，以在进气进入燃烧室之前对其进行加热。在图中，气流的方向以箭头18指示。气流穿过多个大致平坦的部分22的宽度方向。加热元件12还包括多个加厚的或凸缘部20。每个凸缘部20位于加热元件12邻近平坦部22的一边。加厚部20沿大致呈平坦状的元件部分22的长度方向延伸，并延伸过该长度的大部分。每个凸缘部都包括一个主体23，该主体23通过两个端部25而连接到平坦部22之一。可以想到，凸缘部20可在各加热元件12的制造过程中通过低成本的冲压操作而形成。因此，应当理解，加热元件12是连续的、一体的部件，其中凸缘部和平坦部彼此一体地形成。

凸缘20的目的在于引导气流以及提高元件刚度，以最小化元件在热循环中的位移。发动机温度测试已经证明：通过增加凸缘20，在发动机起动(engine cranking)之前，进气流中的热量分布得到了改善。此外，每个凸缘20都帮助气流方向的改变，从在进气管(未示)内沿第一方向流动而改变成与其成90度的方向而进入汽缸中。进气歧管及进气管设计中的现有趋势是：实质地减小空气进行90度换向的空间。本实用新型不仅有利于对进气进行加热，还有利于改变气流的方向。

每个加热元件12电耦合到进气组件4的多个部件并与剩余的部件电绝缘。由此，用于形成进气组件4的各不同部件行使电绝缘或导电的功能。例如，每个保持组件包括固定在壳体26内的绝缘件24。此外，其他的电绝缘部件——例如垫片和/或衬套可用于确保在进气组件4内保持一个正确的导电路径。

图4-10涉及第二实施方式的进气组件40。进气组件40包括一个盖板42，所述盖板构造成位于进气管和内燃机头部之间，就像上文的进气组件4一样。所述盖板42包括一个与给内燃机的燃烧室提供气流的空气通道相连通的孔44。示出加热元件46与热膨胀接头50配合地工作。接头50将基本上线性延伸的、平行的且间隔开的加热元件46的端部52可操作地彼此连接起来。附图示出了每个加热元件46，其具有大致呈平坦的部分55和一个凸缘56。

热膨胀接头50包括一个带肩螺栓58，该带肩螺栓58延伸穿过形成于各加热元件46中的孔57。带肩螺栓58包括两个凸缘60。可在带肩螺栓58的凸缘60与螺母62之间设置多个导电和绝缘的垫片，所述螺母与带肩螺栓58的端部螺纹接合，以正确地限定通过各加热元件46的电流通路。盖板42包括一个支持件64，所述支持件具有一个长形孔或槽缝66，以容纳带肩螺栓58。工作时，带肩螺栓58可沿轴向在槽缝66内自由地平移。这通过使用带肩螺栓58而不是普通的螺纹紧固件而实现。特别地，螺母62将加热元件与垫片夹紧在凸缘60上。由此，压力不施加在支持件64上，而将加热元件固定在带肩螺栓58的柄部上。从而，带肩螺栓58和槽缝66之间的滑动配合使得加热元件46可以在操作过程中膨胀和收缩，而不会给加热元件增加不利的应力，如果加热元件在两端处固定，则会产生应力。因为支持件64的一端包括有槽缝66，加热元件46的相对端使用普通螺纹紧固件70刚性地安装到一个结构上。

在另一个实施方式中，长形的槽缝66构造成一个如图5所示的开口槽缝67。由此，带肩螺栓58’可如图6和7所示的那样构造成一个一体的部件。特别地，槽缝67延伸的长度足够地长，以确保带肩螺栓58’在加热元件46的任何温度下都保持在槽缝67内。一体的带肩螺栓58’包括一个柄部59’，该柄部具有一体形成的、彼此间隔开的凸缘60’。

图8-10涉及另一实施方式的进气组件100。进气组件100与进气组件40基本类似，但是其热膨胀接头不同。因此，类似的构件将保持其先前的参考标号。进气组件100包括一个热膨胀接头102，该热膨胀接头102具有一个与盖板106一体形成的支持件104。支持件104包括一个长形的、形成为封闭槽缝的孔108。

图9和10示出了可选实施方式的带肩螺栓，所述带肩螺栓构造成多件式的、延伸穿过封闭槽缝108的组件。一个带肩螺栓组件120(图9)包括一个阶梯式的轴部122，其在每一端都具有外螺纹部124。一个中央部分126限定了一个增大的外直径，该直径的尺寸大于延伸穿过垫片130的孔128。中央部分126的尺寸构造成：在封闭槽缝108内轴向地滑动并提供上述实施方式所描述的对热膨胀的缓解作用。中央部分126限定了一对肩部132，其可反作用于来自于螺母134的载荷，从而将加热元件46夹紧在肩部132和螺母134之间。这个设置确保了夹紧载荷并没有施加在支持件104上，以确保上述的功能。

图10示出了另一可选实施方式的带肩螺栓组件150。带肩螺栓组件150包括一个第一端轴(headed shaft)152以及一个第二端轴154。第一端轴152包括一个内螺纹孔156，以选择性地容纳形成在第二端轴154上的外螺纹柄158。示于图10中的两件式组件可操作地与封闭槽缝108一起使用，并提供了一种通过热膨胀接头来支撑加热元件46的方式。

此外，上文的描述仅仅公开及描述了本实用新型的示例实施方式。本领域内的技术人员将通过这种描述以及附图和权利要求而容易地理解可对之进行各种改变、修改和变动，而不会偏离在下文权利要求中所限定的本实用新型的精神和范畴。

Claims (20)

1.一种空气加热器，用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热，其特征在于，所述空气加热器包括：

一个加热元件，该加热元件具有一个大致平坦的部分和一个凸缘部，所述凸缘部与所述平坦部成一角度，所述平坦部相对于所述凸缘部位于气流的上游位置；以及

一个结构，所述结构用于将所述加热元件定位成与进入发动机燃烧室内的空气相连通。

2.如权利要求1所述的空气加热器，其特征在于，所述凸缘部大致呈平坦状。

3.如权利要求2所述的空气加热器，其特征在于，所述的加热元件包括多个180度的弯曲部以及多个设置在所述弯曲部之间的平坦部，所述加热元件进一步包括多个邻近所述多个平坦部的凸缘部，其中所述平坦部彼此间隔开且彼此之间大致平行设置。

4.如权利要求3所述的空气加热器，其特征在于，所述凸缘部彼此间隔开且彼此之间大致平行设置。

5.如权利要求1所述的空气加热器，其特征在于，所述加热元件是一个一体的连续部件，其所述的凸缘部和平坦部一体地形成。

6.如权利要求5所述的空气加热器，其特征在于，所述凸缘部延伸长度小于所述平坦部的全长，且所述凸缘部包括一个主体，所述主体在其两端处通过端部而连接到所述平坦部，所述端部与所述平坦部成一角度延伸。

7.如权利要求5所述的空气加热器，其特征在于，进一步包括与所述加热元件间隔开的另一个加热元件，所述另一个加热元件具有一个凸缘部和一个平坦部，所述加热元件和另一个加热元件的平坦部彼此大致平行地设置。

8.一种空气加热器，用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热，其特征在于，所述空气加热器包括：

一个设置在气流内的一件式的加热元件，该加热元件具有一个大致平坦的部分和一个加厚部，所述加厚部沿所述加热元件的后边缘与所述平坦部成一角度延伸；以及

一个用于耦合定位所述加热元件的结构，该结构可操作地保持所述加热元件的位置，使其与进入发动机燃烧室内的空气相连通。

9.如权利要求8所述的空气加热器，其特征在于，所述结构包括一个板，所述板适于设置在发动机头部和发动机的进气管之间。

10.如权利要求9所述的空气加热器，其特征在于，所述板包括一个一体地形成的支持件以及一个紧固件，所述紧固件将所述加热元件附接到所述支持件。

11.如权利要求10所述的空气加热器，其特征在于，所述的紧固件和支持件构造成：当所述加热元件的温度升高而长度增加时，允许两者之间的相对运动。

12.如权利要求8所述的空气加热器，其特征在于，所述加热元件包括多个180度的弯曲部以及多个设置在所述弯曲部之间的平坦部，所述加热元件进一步包括多个邻近所述平坦部的凸缘部，其中所述平坦部彼此间隔开且彼此之间大致平行设置。

13.一种空气加热器，用于对进入到内燃机燃烧室内的空气进行加热，其特征在于，该空气加热器包括：

一个框架，所述框架具有一个延伸穿过所述框架的孔；

一个加热元件，该加热元件具有第一和第二端，所述加热元件设置成与所述孔连通；以及

一个保持件，所述保持件将加热元件的第一端耦合到所述框架，所述保持件可操作地相对于所述框架移动，从而允许所述加热元件在所述加热器的操作过程中热膨胀和收缩。

14.如权利要求13所述的空气加热器，其特征在于，所述保持件包括一个容置在一个槽缝中的紧固件，所述槽缝形成在所述框架内，所述紧固件不能沿第一方向移动，但能够沿与该第一方向大致垂直的第二方向移动。

15.如权利要求14所述的空气加热器，其特征在于，所述槽缝的一端是开口的。

16.如权利要求14所述的空气加热器，其中，所述框架包括一个具有第一和第二相对表面的支持件，所述紧固件具有第一和第二间隔开的凸缘，所述第一凸缘位于与所述支持件的第一表面相同的一侧，而所述第二凸缘位于与所述支持件的第二表面相同的一侧，其中所述第一和第二凸缘可操作地限制所述紧固件相对于所述支持件在所述第一方向上的移动。

17.如权利要求16所述的空气加热器，其特征在于，所述加热元件夹紧在所述第一凸缘和螺母之间，所述螺母与所述紧固件螺纹接合。

18.如权利要求17所述的空气加热器，其特征在于，进一步包括设置成与所述孔连通的另一个加热元件，所述另一个加热元件夹紧在所述第二凸缘和另一个螺母之间，所述另一个螺母与所述紧固件螺纹接合。

19.如权利要求18所述的空气加热器，其特征在于，所述紧固件包括一个可与一第二部分分开的第一部分，所述第一部分包括所述第一凸缘，所述第二部分包括所述第二凸缘。

20.如权利要求19所述的空气加热器，其特征在于，所述第一部分螺接到所述第二部分。

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