CN102257257A - 进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种进气装置，所述进气装置用于让气体进入到机动车辆燃烧发动机的气缸盖的进气容积中。所述装置包括用于向所述气缸盖提供气体的阀(10)，所述阀与所述气缸盖的进气容积直接和经由热交换器(14)间接连通，所述阀(10)和所述热交换器(14)安装在板(21)上，所述板(21)用于直接安装在所述气缸盖上。通过本发明，所述装置为紧凑且对振动相对不敏感。

Description

进气装置
技术领域
本发明涉及一种进气装置，所述进气装置用于让气体进入到机动车辆燃烧发动机的气缸盖中。术语“气体”应理解为指的是可能已加有液态和/或气态燃料的空气或者空气和废气的混合物。
背景技术
机动车辆燃烧发动机包括一般由多个气缸形成的燃烧室，氧化剂和燃料的混合物在所述多个气缸中燃烧以使发动机工作。所述氧化剂包括空气，依据发动机装配有或不装配有涡轮增压器，空气可以被压缩或可以不被压缩。空气也可以与废气混合，这些废气随后称为EGR(废气再循环)气体。允许进入燃烧室的气体称为进气。
所述进气在进气岐管处被接收，所有本领域技术人员应广义理解英文术语“进气岐管”。岐管在气缸的入口处被安装在燃烧室的气缸盖上。依赖于发动机的速度，气体可被冷却、部分冷却或不进行冷却。由此，存在有通向岐管的两个管子：一个管子将进气直接运送至岐管，而另一个管子经由热交换器间接运送进气，热交换器能用于冷却穿过热交换器的气体或在某些情况下加热气体。
现有技术中的热交换器容纳在一般由塑料制成的壳体中。除了容纳热交换器的功能之外，壳体常设计成还形成热交换器的入口箱和/或出口箱。依赖于发动机的构造，壳体也通常支撑一些数量的其它零件，例如连接器的构件、阀、进气岐管、废气进气模块等。
除了这些支撑物品的要求之外，壳体承受与压缩的进气的流动相关的压力负载。尤其是，壳体的盖子覆盖整个壳体并承受所有压力。更甚者，这个壳体承受它支撑的所有零件所产生的振动。
因此，像这样的壳体必须强化，以使壳体在压力负载下不会“膨胀”或者不会由于振动而造成损坏。这种强化是昂贵的且意味着使壳体加重。
此外，发动机制造商永远追求的目标之一在于将入口进气装置制造得尽可能紧凑。
发明内容
本发明着眼提供一种进气装置，所述装置紧凑然而同时对所述装置内的压力负载具有良好的抵抗性。
为此，本发明涉及一种进气装置，用于让所述气体进入到机动车辆燃烧发动机的气缸盖的进气容积中，所述进气装置包括用于给所述气缸盖提供气体的阀，所述阀与所述气缸盖的所述进气容积直接地和经由热交换器间接地连通，其特征在于，所述阀和所述热交换器安装在板上，所述板用于直接安装在所述气缸盖上。
借助本发明，现有技术中的热交换器的出口箱或岐管被省略。该岐管被简单的安装板来取代。出口箱形成的容积和由板形成的容积之间的差可以补偿或可以不补偿；在一个实施例中，所述气缸盖的容积增加，以补偿与出口箱对应的容积损失；例如，在这种情况下，所述气缸盖的容积可增加与现有技术中的出口箱的容积相等的容积。
所述安装板允许所述进气装置更刚性，因为均为刚性零件的所述冷却器和所述阀直接安装在所述安装板上，而不像现有技术中它们容纳在对振动高度敏感的塑料壳体内。此外，因为所述各种零件的分离，可设法以在无螺栓定位在所述容积内或与所述冷却器的容积连通的方式将所述热交换器和所述阀安装在所述板上；由此，即使螺钉自身松掉，也不会有任何螺钉被气缸吸入并损坏发动机的风险。所述进气装置还变得装配更简单，因为所有所需要的均针对将装配到所述气缸盖上的所述板，其它零件安装在所述板上。
根据一个实施例，所述阀为双阀，所述双阀包括：进气管；直接排气管，其安装在所述板上并直接通向所述气缸盖的所述进气容积；以及间接排气管，其通向所述加热器的入口箱，所述箱安装在所述热交换器上，所述箱优选直接安装在所述热交换器上。
由此，所述装置包括所述板，所述热交换器和所述双阀安装在所述板上，所述入口箱安装在所述热交换器上并连接于所述双阀。这些自含式零件独立但连在一起的事实进一步提高了整体刚度，而且如果适当的话，能够避免在连通容积内存在任何螺钉。
根据一个具体实施例，所述热交换器和所述板形成所述进气装置的结构部件。
根据一个实施例，所述板由固体材料制成，在所述板中形成允许与所述气缸盖的所述进气容积流体连通的至少两个孔口。
根据一个实施例，所述板由具有适于允许在所述阀和所述气缸盖之间进行热交换的导热率的材料制成，具体地，所述板由金属材料制成，例如由钢、铝合金或铝制成。
由此，通过允许所述阀和所述气缸盖之间进行热交换，直接安装在发动机的所述气缸盖上且成为发动机的冷构件的所述板起到冷却所述阀的作用。当所述板由金属制成时，所述板还具有允许所述装置对振动相对不敏感并实现结构功能。
根据一个具体实施例，所述双阀包括位于所述双阀的外表面上、至少位于所述双阀的所述直接排气管的区域中的散热片。
根据一个具体实施例，所述热交换器的所述入口箱的内表面上定位有散热片，以实现对流动穿过所述入口箱的气体进行预冷却的功能。
根据一个实施例，所述板和所述热交换器形成为一体机构。
根据一个实施例，所述板包括：前面，其用于安装在所述气缸盖上；以及后面，其用于安装在所述热交换器上；所述前面和所述后面以彼此成一角度地面对。
本发明还涉及一种机动车燃烧发动机，其包括：燃烧室；气缸盖，其具有进气容积；以及进气装置，用于让所述气体进入到所述气缸盖的进气容积内，所述进气装置具有上文说明的所述装置的特征。
附图说明
从参照附图的本发明所述的装置和发动机的优选实施例的以下说明中，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1用于本发明的发动机的气体的流体回路结构的功能框图；
-图2示出了本发明所述的装置的一个实施例的分解立体图；
-图3示出了图2的所述装置一旦已被组装的立体图；以及
-图4示出了图3的所述装置的侧视图。
具体实施方式
参考图1，本发明的发动机1包括燃烧室13，在这种情况下，燃烧室13由四个气缸构成，如众所周知的，活塞在气缸中安装成能够移动。发动机的进气2被允许经由涡轮增压器3进入，涡轮增压器3包括由涡轮机3b驱动的压缩机3a，涡轮机3b由废气4驱动。在已经驱动涡轮机3b之后，废气4或者经由排气管6被排出或者被“再循环”，就是说废气4被再喷射到进气流2中。这种废气再循环就是所谓的“低压”废气再循环(EGR)。为此，EGR气体7在阀8处被抽出、在低压EGR热交换器9中被冷却、并被喷射到压缩机3a上游的进气流2中。以这种方式将进气2与EGR气体7混合使得能够减少氮氧化物的排放。
因此，进气2、7在它们进入压缩机3a时仅包括空气2或者包括空气2和低压EGR气体7的混合物，该混合物由调节低压废气7再循环的阀8来调节。这些进气2、7在压缩机3a中被压缩并被运送到进气装置11的阀10，从而能让所述进气进入到发动机的气缸盖12的所述进气容积中。
气缸盖12为机动车辆燃烧发动机的众所周知的构件。气缸盖12形成发动机的上部。气缸盖为铸件，一般为铸铁或铸铝的铸件，在四冲程发动机中，如在本实例中所描述的，所述铸件通常包括进气管、排气管、水箱(在液冷发动机的情况下)或散热片(在风冷发动机的情况下)。具体地，气缸盖12形成用于进入到气缸中的气体的进气容积。实际上，气缸盖12封闭燃烧室13的气缸顶部并形成该燃烧室13容积的一部分，这是公知的。当这个说明谈及让气体进入气缸盖12或谈及阀和气缸盖12之间直接和间接连通时，针对气体吸入(或进入)到气缸中，这当然涉及进入到气缸盖的容积中或与气缸盖的容积连通。
装置11的进气阀10为双阀，就是说，进气阀10包括进气管10a和两个排气管10b、10c。第一排气管10b直接通向气缸盖12的进气容积；在下文中，该排气管被称为直接排气管10b。第二排气管10c通向热交换器14的入口，热交换器14的出口通向气缸盖12的进气容积；因此，这个第二排气管10c经由所述热交换器14间接通向气缸盖12的进气容积；在下文中，那个阀将被称为间接排气管10c。在这种情况下，热交换器为冷却器14，就是说该热交换器设计成冷却流过所述热交换器的气体。依据一个具体实施例，在发动机的某些使用模式下，热交换器同样可以用于加热气体。
从而，进入到阀10的进气管10a中的进气2、7可以经由直接排气管10b直接进入到气缸盖12中或者经由间接排气管10c间接进入到气缸盖12中，间接排气管10c迫使该进气穿过热交换器14。双阀10设计成进气2、7能全部或部分通过排气管10b、10c中的一个和/或另一个；由此，能够调节经过热处理(例如冷却)的进气2、7的比例和未经历这种处理的比例。
进气2、7与燃料混合并且在燃烧室13中燃烧。一旦离开燃烧室13，处于高压下的废气15被收集在排气岐管16中并且被引导向涡轮机3b，如上文所解释的。
这些高压废气17中的一些也可以被再循环。因此，EGR管17形成在排气岐管16上，以分出废气流中的一些，这些EGR气体17的流量由阀18来调节。这些EGR气体17在热交换器19中被冷却并直接再喷射到气缸盖12中。这就是所谓的“高压”废气再循环。
由此，废气能经由低压EGR与压缩机3a上游的进气2混合或者经由高压EGR与气缸盖12中的进气2混合。
进气装置11包括双阀10、热交换器14、通向热交换器14的入口箱20和安装板21或单板21。
为了清楚的目的，参照顶(上)、底(下)以及右和左侧位置来讨论这些零件；这些位置相对于图2的热交换器14的定向进行选择，但是绝不排除热交换器14(且由此进气装置11)可安装在发动机上的任何方式。
热交换器14包括上壁22、下壁23、右侧侧壁24和左侧侧壁25。这些壁22，23，24，25均由金属(在这种情况下为铝)制成。所述壁形成金属箱，所述金属箱形成结构件或壳体，在所述金属箱中，热交换器14包括位于入口部分26和出口部分27之间的一叠(或一摞)板(未示出)，在所述板之间形成气体通道；所述板为中空的，并且流体(在此为冷却剂，例如水)设计成在所述板内流动。从而，经过热交换器14的气体经由设计成足够薄的所述板而与在这些板中流动的水进行热交换。因此，所述一叠板形成与从入口部分26到出口部分27穿过热交换器14的进气2、7进行热交换的装置。冷却剂经由入口管和出口管(未示出)来提供，所有板彼此连通。于是，这就是所谓的板式热交换器。
总之，诸如这样的热交换器14包括限定壳体的金属结构22-25，所述壳体内定位有与从入口部分26到出口部分27穿过所述壳体的气体进行热交换的所述装置。这种结构对于本领域技术人员而言是众所周知的，而且在此无需进一步对其进行详述。当然，可采用任何其它合适类型的热交换器。
依据所示的实施例，热交换器14和安装板21形成进气装置11的结构部件。结构部件指的是所述装置的负载支承结构部件。具体地，像这样的部件(在这种情况下由金属制成)具有的机械强度性能允许它支撑所述装置的与它连接的其它构件、同时还提供了与所述发动机的剩余部分的连接，整个所述装置通过这个部件而可被安装并保持在所述发动机上。从而，双阀10和热交换器14的入口箱20安装在热交换器14上和板21上，板21安装在发动机的气缸盖12上。
安装板21由固体材料制成，在这种情况下，安装板21具有恒定厚度，在这种具体情况下，厚度小于3cm且优选处于0.5cm和2.5cm的厚度之间。在这种情况下，板21中形成有允许双阀10和热交换器14分别与气缸盖12的进气容积之间流体连通的至少两个孔口。在所述板的左侧部分，所述板包括矩形孔口28，矩形孔口28的尺寸对应于(且在这种情况下等于)热交换器14的出口部分27的尺寸。在所述板的右侧部分，所述板包括圆形孔口29，圆形孔口29的横截面对应于(且在这个情况下为相等于)双阀10的直接排气管10b的出口横截面。
双阀10的直接排气管10b围绕安装板21的圆形孔口29装配到圆形孔口29的区域中、并由此直接通向气缸盖12的进气容积。阀10的间接排气管10c连接于气体入口管口20′，气体经由该气体入口管口20′进入热交换器14的入口箱20中。因为气缸盖14刚好在板21之后直接形成热交换器14的出口容积，所以间接排气管10c经由热交换器14与气缸盖12的进气容积间接连通。为此，让进气进入到热交换器14中的入口箱20限定了一个容积，所述容积的前部20″敞开以面对热交换器14的入口部分26；在这种情况下，两个部分20″、26相同。由此，入口箱20在它的前部20″的区域通向热交换器14、而在它的入口管口20′的区域通向阀10的间接排气管10c。
由此，供给到双阀10的进气管10a的进气2、7能流过双阀10的直接排气管10b并直接通向气缸盖12的进气容积，或者能流过间接排气管10c并通向热交换器14的入口箱20且随后在这个热交换器的板之间流动、并且一离开热交换器14就通向气缸盖的进气容积。
更具体地，进气管10a和两个排气管10b、10c可以设计成使得引进的气体能流过直接排气管10b、或者流过间接排气管10c、或者流过这二者；在本发明已说明的实施例中，因为阀10的结构，所以气体不能同时流过管10b、10c。
在这种情况下，阀10包括两个蝶阀(未示出)，各蝶阀处于相应的排气管10b、10c中。当然，任何其它流动调节装置绝对能设想替代所述蝶阀，例如阀部件或闸门。
蝶阀可各自由相应致动马达来驱动。依据本发明已描述的实施例，单个马达33驱动两个蝶阀。在这种情况下，例如，阀10可为诸如在本申请人公司于2006年4月26日提交的专利申请号为0603711的专利申请中所描述的阀。像这样的阀不允许用于打开管道10b、10c的所有可能的选择，并且仅允许下列三个操作模式：
-第一模式，在该第一模式下，直接排气管10b的蝶阀部分地打开或者全部打开，可在它的关闭位置和它的打开位置之间调整，同时间接排气管10c的蝶阀关闭；
-第二模式，在第二模式下两个蝶阀均关闭；以及
-第三模式，在第三模式下，直接排气管10b的蝶阀关闭而间接排气管10c的蝶阀打开。
从一个模式到另一个模式的切换能通过将马达33连接于所述蝶阀的专门传动装置来实现，如前述专利申请中所述。
采用像这样的双阀10：
-在第一操作模式下，进气2、7被直接导入到气缸盖12中，进气的流量由直接排气管10b的打开至不同程度的蝶阀来调节；
-在第二操作模式下，向气缸盖12供给气体被关闭；以及
-在第三操作模式下，进气2、7经由热交换器14被间接导入到气缸盖12中。
将值得注意的是，采用像这样的和像上面所述的双阀10，不可能将进气2、7分成一个直接而另一个间接地通向气缸盖12的两个同步流；此外，间接流不能被调整(间接排气管10c的蝶阀或者被打开或者被关闭)。当然，或者通过具有一个马达致动一个蝶阀的两个马达或者通过采用任何其它合适的装置，双阀10可设计成允许这种操作模式。在此使用的阀10所提供的优点在于它极其紧凑且使用非常简单。
热交换器14通过螺接、焊接、铆接或任何其它合适的手段安装在安装板21上。同样，双阀10通过任何合适的手段而安装在板21上，尤其是通过螺接穿过设置在间接排气管10b末端的孔口30。热交换器14的入口箱20通过螺接、焊接、铆接、粘接剂粘接、紧固件、卡扣或任何合适的手段连接于热交换器14，入口箱20为相对重量轻的零件且它的壁可以薄。
在这种情况下，安装板21采用螺钉安装在发动机的气缸盖12上。为此，在所示出的实施例中，板21具有安装凸耳31，各安装凸耳穿出有用于螺钉的孔32，螺钉拧到气缸盖12的相应孔中。
在这种情况下，依据一个未示出的具体实施例，利用与将板21螺接于气缸盖12的相同的螺纹孔，安装板21螺纹紧固到热交换器14的壳体上。更具体地，在这种情况下热交换器14的壳体可包括围绕它的出口部分27支撑安装凸耳的凸缘，安装凸耳穿出有设计成处于与板21的凸耳31和孔32面对的孔。从而，同一螺钉能用于安装热交换器14、板21和气缸盖12。
依据示出的实施例，进气装置11被预组装，双阀10、热交换器14、壳体20和板21如上所述地一个安装在一个上，随后板21安装在气缸盖12上，以将整个机构固定就位。
本发明的进气装置11提供了许多优点。
首先，安装板21为薄部件，这使得装置11更紧凑。接着，板21由高强度材料制成，从而板可以依然更薄。
另外，进气装置11的用于让气体进入到气缸盖12中的两个最重零件为热交换器14和双阀10。这两个零件安装在刚性板21上(刚性板21直接安装在气缸盖12上)的事实降低了装置11对振动的敏感性。
此外，进气装置11变得更易于装配：一旦箱20、热交换器14和阀10已装配到安装板21上，就只是简单地将安装板安装在气缸盖12上。
此外且依据一个实施例，安装板21由具有适于允许双阀10和气缸盖12之间热交换的导热率的材料制成。导热率越大，这些热交换将进行得越快。具体地，在这种情况下，安装板21由金属材料制成，更具体地由钢、铝合金或铝制成。利用这种导热率，板21实现冷却双阀10的功能，而且尤其是冷却双阀的驱动马达33。将发生的是板促进为发动机的冷构件的气缸盖12与双阀10之间的热交换。在所述气缸盖设置有许多冷却装置的范围内，气缸盖12为发动机的冷构件；由此，所述气缸盖在板21被安装的区域中的温度典型地为大约90°，从而允许双阀10及其驱动马达33被冷却。
例如，双阀10的本体主要由铝制成。由此，在气缸盖12和双阀10的驱动马达33之间的热交换容易经由安装板21和双阀10的铝本体而进行。
依据在此描述的具体实施例，双阀10在其外表面上，至少在双阀的直接排气管10b的区域中，包括散热片34，这些散热片用于将热更好地从双阀10尤其从双阀的驱动马达33吸取到气缸盖12中。
依据一个具体实施例，热交换器14的入口箱20也由具有良好导热率的材料(例如金属)制成。由此，入口箱20、热交换器14、双阀10的本体以及安装板21形成热交换器组装体，热可容易在所述热交换器组装体内通过。
依据一个具体实施例，在热交换器14的入口箱20的内表面上定位有未示出的散热片。进气装置11由此实现预冷却流过入口箱20的气体的功能。除了在气体进入热交换器14之前冷却气体之外，散热片也用于使该气体均匀化，由此促进随后在热交换器14内的热交换。散热片的尺寸为所述散热片引入气体流沿所述散热片流动的导热率和压降之间折衷的结果。
在已说明的所述实施例中且如在图4中能看到的，安装板21的前面21a和后面21b彼此成一角度α。板21经由它的前面21a安装在气缸盖12的上表面上。此外，热交换器14的出口部分27平行于板21的后面21b安装。由此，因为板21的前面21a和后面21b之间的角度α，所以当进气装置11安装在气缸盖12上时，在热交换器14的出口部分27和气缸盖12的上表面之间存在角度。因为这个上表面大体水平，所以在热交换器14的出口部分27和水平面之间存在着角度，这促进在气缸盖12中去除在热交换器14中可能形成的任何冷凝物。
依据在图2至图4中未示出的但是结合图1已在上面说明的实施例，可提供高压EGR***17。像这样的装置允许从发动机气缸的出口抽出的废气被引入到气缸盖12的进气容积中。
在这里说明的实施例中，与现有技术的气缸盖的进气容积相比，气缸盖12的进气容积增加。这是因为现有技术的发动机包括这样的空气岐管，所述空气岐管形成热交换器的出口箱且安装在气缸盖12的进气容积上，但是本发明的发动机简单地具有板加上气缸盖12的进气容积。如果希望气体从热交换器的出口部分进入到气体进入气缸中的位置的容积与现有技术中一样大，尽管这不是严格必须的，那么气缸盖12的进气容积能被增加，以补偿由于将岐管转换成板21所导致的容积损失；为此，气缸盖12可例如做得更高。将值得注意的是，气缸盖12的容积形成了用于多个气缸的进气容积；换句话说，气缸盖12的所述进气容积形成了通向所有气缸上的单个容积；所述进气容积的功能是为气缸提供气体。
依据未示出的实施例，板21和热交换器14形成为一体机构；换句话说，板21与热交换器14的壳体一起形成为直接零件，这两个零件14、21形成为单个物件。实际上，在这种情况下，在不存在中间部件的情况下，热交换器14直接装配在气缸盖12上，热交换器14的壳体包括用作板21的部分。在这种情况下，热交换器14的壳体优选地通过突出的凸耳来伸出，突出的凸耳穿出有用于附接阀10的孔；这个凸耳执行与如上所述的板21的带有孔29的右侧部分相同的功能，双阀10的直接排气管10b安装在孔29上。
申请人公司还意欲覆盖一种进气装置，所述进气装置包括热交换器，所述热交换器与其直接安装在所述气缸盖上的安装板形成为一体，而不管是否所述装置包括用于给所述气缸盖提供气体的阀。当像这样的阀未包括在所述进气装置中时，所述阀可设置在气体供给回路中的任意其它位置，在这种情况下优选设置在所述热交换器的上游。像这样的进气装置的部件(热交换器、板)无需进行描述，因为所述部件的结构类似于或整体等同于上文中参照附图说明的所述装置的部件。

Claims (10)

1.一种进气装置，其用于让气体进入到机动车辆燃烧发动机的气缸盖(12)的进气容积中，所述进气装置包括用于向所述气缸盖(12)提供气体的阀(10)，所述阀与所述气缸盖(12)的进气容积直接地和经由热交换器(14)间接地连通，其特征在于，所述阀(10)和所述热交换器(14)安装在板(21)上，所述板用于直接安装在所述气缸盖(12)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀为双阀(10)，所述双阀包括：进气管(10a)；直接排气管(10b)，所述直接排气管安装在所述板(21)上并且直接通向所述气缸盖(12)的进气容积；以及间接排气管(10c)，所述间接排气管通向所述加热器(14)的入口箱(20)，所述入口箱安装在所述热交换器(14)上，优选地所述入口箱直接安装在所述热交换器上。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其中，所述热交换器(14)和所述板(21)形成所述进气装置的结构部件。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的装置，其中，所述板(21)由固体材料制成，在所述板中形成至少两个孔口(28，29)，所述至少两个孔口允许与所述气缸盖(12)的进气容积流体连通。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的装置，其中，所述板(21)由具有适于允许在所述阀(10)和所述气缸盖(12)之间进行热交换的导热率的材料制成，具体地，所述板(21)由金属材料制成，例如由钢、铝合金或铝制成。
6.根据权利要求2和5所述的装置，其中，所述双阀(10)包括散热片(34)，所述散热片位于所述双阀的外表面上、至少在所述双阀的直接排气管(10b)的区域中。
7.根据权利要求2和权利要求5或6中的一项所述的装置，其中，在所述热交换器(14)的入口箱(20)的内表面上定位有散热片(34)，以实现对流过所述入口箱(20)的气体进行预冷却的功能。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的装置，其中，所述板(21)和所述热交换器(14)形成为一体机构。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的装置，其中，所述板(21)包括：前面(21a)，所述前面用于安装在所述气缸盖(12)上；以及后面(21b)，所述后面用于安装在所述热交换器(14)上；所述前面(21a)和所述后面(21b)以彼此成一角度(α)地面对。
10.一种机动车燃烧发动机，其包括：燃烧室(13)；气缸盖(12)，所述气缸盖具有进气容积；以及进气装置(11)，所述进气装置用于让气体进入到所述气缸盖(12)的进气容积内，所述进气装置(11)具有根据权利要求1至9中的一项所述的装置的特征。
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