用於內燃機的增壓空氣通道的製作方法
2023-12-11 07:00:57
用於內燃機的增壓空氣通道的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於內燃機的增壓空氣通道，其包含殼體（10），該殼體具有至少一個用於燃燒空氣的進入口（10a）和至少一個排出口（10b），該增壓空氣通道還包含設置在殼體（10）中的、可由流體穿流的熱交換器（1），該熱交換器用來冷卻和/或加熱增壓空氣，其中該殼體（10）被通過角牽板（12、3）加強以抵抗燃燒空氣的壓力，其中角牽板（12、13、1）在結構上與熱交換器（1）集成在一起。
【專利說明】用於內燃機的增壓空氣通道
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的用於內燃機的增壓空氣通道。
【背景技術】
[0002]W02010/118848A1描述了一種增壓空氣通道，其中熱交換器設置在內燃機的引導增壓空氣的進氣管殼體中。此外，在進氣管殼體中還設置有角牽板，藉助該角牽板能夠改善殼體相對於增壓空氣的壓力的穩定性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是，提供一種用於內燃機的增壓空氣通道，它構造得穩定且緊湊。
[0004]對於根據本發明的上述增壓空氣通道，此目的藉助權利要求1的典型特徵得以實現。通過角牽板和熱交換器的集成，一方面只需較小的構造空間，另一方面在燃燒空氣的壓力造成的強烈負載區域中來適宜地支撐該殼體。
[0005]在本發明的意義中，集成的構造方式在此包含至少兩個可能的變形方案。在一種變形方案中，角牽板根據熱交換器受到的力構成為單獨的構件，但是它設置得與熱交換器相鄰。在另一變形方案中，該熱交換器自身是角牽板的組成部分，並因此受到至少一部分用於抵抗壓力的支撐力。
[0006]在本發明的意義中，燃燒空氣尤其理解為壓縮的增壓空氣，它根據構造方式也可包含循環廢氣等的混合物。增壓空氣通道優選構成為進氣管，它與內燃機的汽缸頭直接鄰接。在通常優選的構造形式中規定，熱交換器構成為具有封頭法蘭(Deckflansch)的嵌入物，其中該熱交換器嵌入殼體中的孔口中，並且該孔口由封頭法蘭封閉。將按本發明的角牽板與該構造形式結合起來，是尤其有利的，因為該孔口會減弱殼體的剛性，因此角牽板在此區域中尤其有效。
[0007]在本發明的第一優選的實施例中，該角牽板包含穿透熱交換器的拉杆，該拉杆優選至少穿透殼體的壁板。在優選的、但不是必要的情況下，拉杆與熱交換器固定相連，這一點相當於上述角牽板根據熱交換器受到的力構成為單獨的構件的變形方案。尤其能夠在熱交換器的長度上設置多個拉杆，以便通過更大的區域分散地攔截壓力。
[0008]在優選的、但不是必要的細節構造中，熱交換器構成為管束式熱交換器，其具有多列被流體穿流的管子。在此，拉杆在兩個前後相繼的管列之間穿透熱交換器，這在構造上可容易實現。
[0009]在備選的細節構造中，熱交換器構成為堆盤式熱交換器。在此該拉杆能夠在堆盤的與缺口重疊的範圍內穿透熱交換器，這一點是優選的，但不是必要的。這種缺口能夠例如成型為穿孔的碗體，並且具有隆起的邊緣，其中前後相繼的圓盤的碗體邊緣水密地彼此釺
焊在一起。
[0010]在另一優選的實施例中，角牽板包含錨栓兀件,該錨栓兀件與殼體以及熱交換器的至少一個管板相連。錨栓元件還與熱交換器的兩個相對而置的管板相連，這一點是優選的，但不是必要的。在這種構造形式中，熱交換器自身起角牽板的作用，作用在殼體上的壓力引導到該角牽板中。通過將錨栓元件和管板的連接，所述力至少局部地引導到管板中，該管板是熱交換器的尤其穩定的部件。因此，熱交換器的損壞危險通過作為角牽板的功能得以降低。該管板優選是由扁管構成的交換器網的組成部分，這些扁管插入管板中。管板可例如是水箱的一部分。為了實現簡單的製造，該管板構成為簡單的金屬片材成型件，其具有用於扁管的通道。在有利的改進方案中，該錨栓元件構成為在熱交換器的長度上延伸的型材橫梁。該型材可例如以T形、L形或其它方式成型，以便使它能形狀配合地嵌入殼體上的相應容納部中。尤其該型材橫梁能夠在端部上不規則地成型和/或加工，以便簡單地與管板連接。
[0011]在可能的、但非必要的改進方案中，型材橫梁至少逐段地與熱交換器的側表面釺焊在一起。除了接受分布更好力以外，還能實現更好的屏障，以防止熱交換器的側面上的燃燒空氣的洩露。側表面在此理解為熱交換器的各側面封閉體，例如是交換器網的側面板或蓋板，亦或指交換器網的末端肋條或末端交換管。
[0012]在尤其適宜的改進方案中，錨栓元件形狀配合地嵌入管板的成型部件中，從而確保簡單且有效的力傳遞。該成型部件可指缺口或例如指碗狀凹處。此外根據需要，該錨栓元件還可與管板釺焊在一起。只要它構成缺口，則尤其可在成型部件的區域中形成水密的釺焊。
[0013]根據需要，在管板的面向錨栓元件的側面上可設置熱交換器的水箱。該水箱可與該成型部件重疊，但這不是必要的。在重疊的情況下，需要水密的成型部件，它可例如藉助碗狀的凹處構成，亦或藉助缺口與所用錨栓元件的水密釺焊構成。如果該錨栓元件與兩個相對而置的管板相連，則還能以不同的方式實現與兩個管板的各自連接。
[0014]在本發明的其它實施例中，角牽板構成為殼體的至少一個與熱交換器鄰接的成型部件。該成型部件可設置在熱交換器的旁邊，亦或穿透熱交換器。角牽板可同時引導增壓空氣，這一點是優選的，但不是必要的。這種成型部件可例如材料統一地與殼體成型為一體。它例如可指從殼體壁板上突出的肋條，它在安裝過程中與相對而置的壁板的相對而置的結構相連，例如藉助粘貼、螺紋連接和/或焊接。該至少一個成型部件將熱交換器支撐或保持在至少一個方向上，這一點是優選的，但不是必要的。在這種變形方案中，角牽板不僅與熱交換器鄰接，而且與它直接接觸。總的說來，創造了一種成本低廉且可以將多個功能集成起來的角牽板方案。
[0015]在另一優選的實施例中，角牽板設置在熱交換器的側面上。在此，優選在角牽板和殼體之間存在著形狀配合的連接。在通常有利的細節構造中，角牽板在此構成為平面的構件(尤其是金屬片材成型件)，它具有使增壓空氣穿流的缺口。這種構件可簡單且成本划算地製成。該從側面設置的角牽板可根據需要構成為單獨的構件，它在熱交換器釺焊之後在與殼體安裝時用。
[0016]備選地，該從側面設置的角牽板也可構成為與熱交換器焊成一體或整體的構件。在本發明的通常有利的改進方案中，角牽板包含設置在殼體上加強板。通過這種加強板，可根據設計在力引導的區域中加固殼體，和/或該力通過加強板分散在更大的殼體區域上。該加強板可尤其是縱向體，如同U形或L形彎曲的金屬片材體或有機片材體。
[0017]在尤其優選的實施例中，角牽板包含有機片材。在此，整個角牽板或只是一部分(例如加強板)可構成為有機片材。該有機片材優選形狀配合和/或材料配合地連接到殼體的塑料材料上，因此最佳地分散角牽板受到的力。有機片材通常指纖維複合材料，尤其是連續的纖維增強的、熱塑性的纖維複合材料。從以下描述的實施例以及從屬權利要求中得出本發明的其它優點和特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面藉助附圖詳細地闡述了本發明的多個優選的實施例。
[0019]圖1示出了根據本發明的第一實施例的熱交換器的立體圖；
[0020]圖2示出了增壓空氣通道中的圖1的熱交換器的剖面圖；
[0021]圖3示出了根據本發明的第二實施例的熱交換器的俯視圖；
[0022]圖4出了增壓空氣通道中的圖3的熱交換器的剖面圖；
[0023]圖5示出了本發明的另一實施例的殼體半部的立體圖，其具有構成為角牽板的成型部件；
[0024]圖6示出了本發明的另一實施例，其具有側面的角牽板；
[0025]圖7示出了圖6的實施例的變形方案；
[0026]圖8示出了圖6的實施例的另一變形方案；
[0027]圖9示出了本發明的另一實施例，其具有片狀的角牽板；
[0028]圖1Oa至IOc示出了根據本發明的角牽板的變形方案，其具有加強板。
【具體實施方式】
[0029]圖1和圖2所示的熱交換器I構成為管束式熱交換器。多個扁管2在第一列2a和第二列2b中堆積成交換器網，其中在分別前後相繼的扁管2之間設置有肋條3。扁管堆垛或扁管行列的端側由連續的、片狀金屬板形式的側面部件4封閉。
[0030]扁管2以其開放的管端分別插入管板5、6的通道中。管板5、6與水箱7、8相連，在該水箱中尤其液態的冷卻流體分布在交換管中。
[0031]熱交換器在此構成為U形流動熱交換器。管板中的一個5同時構成封頭法蘭，並且具有分開的水箱7，以便藉助接口 9來導入和導出流體。相對而置的管板6具有未分開的水箱，用來使流體偏轉180度。熱交換器的至少扁管2、肋條3、側面部件4以及管板5、6(尤其還有水箱7、8)是基於鋁製成的，並且在釺焊爐中彼此釺焊。
[0032]熱交換器作為插入物設置在具有殼體10的增壓空氣通道中，其具有用於增壓空氣的進入口 IOa和排出口 10b。增壓空氣通道10在此尤其可由塑料亦或由鋁構成並且具有孔口，熱交換器能夠嵌入該孔口中。在此，構成為封頭法蘭的管板5封閉了該孔口。在此，在該管板5中設置有洞口 5a，用來把熱交換器固定在殼體上。
[0033]此外，熱交換器I在側面部件4中還具有多個連續的缺口 11，這些缺口與相鄰管列2a,2b之間的間隙重疊。在嵌入殼體10中之後，角牽板12以拉杆的形式(在此是螺杆)通過洞口 IOc插入殼體10中，它們通過缺口 4和間隙完全穿透熱交換器(見圖2的剖面圖)。該角牽板12藉助螺母12a從殼體10外面固定。因為角牽板12完全穿透熱交換器1，它構造得與角牽板集成在一起。然而，它與熱交換器I不是一體成型的，因此熱交換器I和角牽板12的熱膨脹能夠相互獨立進行。[0034]熱交換器I在正常運行時作為增壓空氣冷卻器來用，其中在特殊的運行情況下也可以用來加熱空氣。熱交換器I在殼體中被處於超壓之下且加熱的增壓空氣在X-方向上穿流，其中熱量通過繞流的扁管排放到流經管中的流體上。通過燃燒空氣的壓力，使殼體10在機械方面負載。在Z-方向上，通過角牽板12相對於超壓來支撐殼體。
[0035]在按圖3和圖4的第二實施例中，熱交換器I與第一實施例一樣在其構造上構成為可嵌入的、由扁管構成的管束式熱交換器。與第一實施例的區別在於，熱交換器自身是角牽板的組成部成，其用來相對於燃燒空氣的壓力來支撐殼體10。
[0036]為此，上方和下方的錨栓元件13固定在熱交換器I上。錨栓元件13構成為型材橫梁，它藉助其端部分別形狀配合或材料配合地容納在相對而置的管板5、6的成型部件14中。
[0037]這些型材橫梁能夠以任意的方式例如作為擠壓型材製成，和/或以其它方式例如通過切削加工、衝壓或鑄造製成。
[0038]型材橫梁在此具有T形的橫截面，其中T形橫截面的橫向梁能夠形狀配合地嵌入殼體的相對應的容納部15中。型材橫梁的端部13a能夠為了與管板5、6的成型部件14匹配而成型和/或再加工。圖3示例性地示出了型材橫梁的端部的兩個備選的加工方式。燃燒空氣的作用在殼體上的壓力以這種方式通過容納部15在Z方向上引導到型材橫梁13上，並且通過型材橫梁13至少引導到熱交換器I的管板5、6中。型材橫梁13適宜地貼靠在熱交換器I的側面部件4或側表面上，因此它們同時構成有效的屏障物，以防燃燒空氣不期望地洩露在熱交換器的外側上。為了實現進一步地機械加固，並且為了改善密封性以防洩露，錨栓元件13還能與熱交換器的側面部件4平面地釺焊在一起。
[0039]管板5、6中的成型部件14尤其能夠構成為缺口或構成為碗狀的凹處。它們能夠根據需要與管板5、6的水箱7、8重疊，亦或位於水箱的外面。在按圖3的所示實施例中，成型部件14為此位於管板的從邊緣側伸出的魚尾板區域中。
[0040]在按圖3的實施例中，型材橫梁13在俯視圖中部分越過管板5、6的邊緣。為了確保作為封頭法蘭的簡單功能，可例如規定，只有當管板6嵌入殼體的孔口中時，型材橫梁才突出來並且位於與管板5重疊的位置內，該管板起封頭法蘭的作用。
[0041]在圖5所示的實施例中，在殼體10中設置多個角牽板12，其形式是與材料構成為一體的隆起。具有隆起12的殼體10能夠例如是塑料-澆鑄件。(未示出的)熱交換器在角牽板12之間安裝在殼體中，因此它的側壁貼靠在角牽板12上並且通過該角牽板保持位置。角牽板12中的幾個在輸入側IOa上構成為具有彎曲的輪廓，以便起空氣引導元件的作用並且使空氣偏轉約90度進入熱交換器中。角牽板12中的幾個在輸出側具有筆直的橫截面，其中它同樣實現空氣引導功能，因為它將分別與內燃機的各汽缸對應的多個輸出端IOb分隔開來。其它角牽板12設計成中間隆起，它與圖2的實施例類似地例如在兩個交換列之間的區域中穿透熱交換器。
[0042]這些隆起或角牽板12在組裝狀態下與另一殼體部件的(未示出的)相對應的對置部件固定相連。該耐張力的連接能夠例如通過粘貼、焊接和/或螺紋連接來實現。
[0043]在按圖8的實施例中，角牽板12包含由金屬構成的拉杆，該拉杆從側面設置在熱交換器I旁邊，並且將熱交換器I的上方和下方的側面部件16相互連接起來。熱交換器構成為管束式熱交換器，並且側面部件18在此作為輪廓清晰的(Profilierte)金屬片材成型件與熱交換器I固定地釺焊在一起。該側面部件16具有突出的邊緣16a，該邊緣嵌入加強板17中。該加強板17是由U形彎曲的、由有機片材構成的條帶，它分別材料配合且形狀配合地容納在由塑料澆鑄而成的殼體10的袋狀物18中。角牽板因此通過側面部件18、加強板17、袋狀物18和拉杆12共同構成。
[0044]在按圖7的實施方案中存在著與圖6類似的布局，但在該布局部中拉杆12與加強板17構成集成的單元。該單元能夠例如由金屬構成，亦或例如由有機片材構成。根據需要，角牽板12與熱交換器I釺焊在一起，或作為單獨的部件裝上。如同圖6的實施例的一樣，熱交換器可尤其嵌入加強板17中。
[0045]在圖7中示出了圖6的原理的另一變形體。在此，在把熱交換器I裝在加強板17中之後，鉚上和/或擰上角牽板12。角牽板12能夠設置在該側上，亦或如圖2的實施例一樣穿透熱交換器I。圖9示出了一個實施例，其中角牽板12根據金屬片材成型件19的形式構成為平面構件。與例如圖6的側面部件不同，金屬片材成型件19設置在熱交換器I的進氣側和/或排氣側的端面5上，並尤其與熱交換器焊接在一起。金屬片材成型件19在兩個肋條19a之間具有缺口 19b，增壓空氣能夠穿透這些缺口。金屬片材部件19從邊緣高出熱交換器I並且具有結構20 (此處的形狀是洞口)，它藉助該結構與殼體可負荷拉力地(zugbelastbar)相連。
[0046]圖9的剖面圖示出了，例如殼體半部IOc的凸出的鼻狀物20穿透洞口 19c，因此金屬片材部件19形狀配合地與殼體10相連。適宜地,金屬片材部件19容納在殼體上的兩個殼體半部10c、IOd連接的區域22中。在此，該殼體半部10c、IOd在其間形成中空腔和/或迷宮，該迷宮用密封件21通過噴射孔22填充。備選地，也可插入預成型的密封件。
[0047]圖1Oa至IOc的圖面示出了補充的變形體，用來把集成的角牽板12與加強板17結合起來。在圖1Oa的情況下，角牽板12藉助末端的螺紋23擰入殼體10的容納部24中，其中加強板17尤其材料配合地集成在容納部的區域中。該加強板在此用來實現更好的力分布，並且更好地固定螺紋23。
[0048]在圖1Ob的實施例中，拉杆至少在一側上成型為鉚釘，它從外側藉助密封墊圈24嵌入殼體10中。形式為有機片材的加強板17設置在用於加固的嵌入區域中，並且同樣被鉚釘穿透。
[0049]在圖1Oc的實施例中，角牽板或鉚釘12還具有端側的止動鉤25，角牽板藉助該止動鉤制動地穿透相對而置的殼體部件，該殼體部件同樣由加強板17加固。另一加強板17設置得使用於熱交換器I的容納部成型，並與密封件26相鄰。
[0050]應理解，不同實施例的單個特徵能夠根據需要有意義地彼此組合。
【權利要求】
1.一種用於內燃機的增壓空氣通道，其包含殼體(10)，該殼體具有至少一個用於燃燒空氣的進入口( IOa)和至少一個排出口( 10b)，該增壓空氣通道還包含設置在殼體(10)中的、可由流體穿流的熱交換器(I)，該熱交換器用來冷卻和/或加熱增壓空氣，其中該殼體(10)被通過角牽板(12、3)加強以抵抗燃燒空氣的壓力，其特徵在於，角牽板(12、13、1)在結構上與熱交換器(I)集成在一起。
2.根據權利要求1所述的增壓空氣通道，其特徵在於，熱交換器(I)構成為具有封頭法蘭(5)的嵌入物，其中該熱交換器嵌入殼體(10)中的孔口中，並且該孔口由封頭法蘭(5)封閉。
3.根據權利要求1或2所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板包含穿透熱交換器Cl)的拉杆(12)，該拉杆尤其穿透殼體(10)的至少一個壁板。
4.根據權利要求3所述的增壓空氣通道，其特徵在於，熱交換器構成為管束式熱交換器(1)，其具有多列被流體穿流的管子(2)，其中拉杆(12)在兩個前後相繼的管列(2a、2b)之間穿透熱交換器(I)。
5.根據權利要求3所述的增壓空氣通道，其特徵在於，熱交換器構成為堆盤式熱交換器，其中該拉杆(12 )在堆盤的與缺口重疊的範圍內穿透熱交換器。
6.根據上述權利要求中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(13、I)包含錨栓兀件(13),該錨栓兀件與殼體(10)以及至少一個管板(5、6)相連,尤其與熱交換器(I)兩個相對而置的管板(5、6)相連。
7.根據權利要求6所述的增壓空氣通道，其特徵在於，該錨栓元件(13)構成為在熱交換器(I)的長度上延伸的型材橫梁(13)。
8.根據權利要求7所述的增壓空氣通道，其特徵在於，型材橫梁(13)至少逐段地與熱交換器(I)的側表面(4 )釺焊在一起。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，錨栓元件(13)形狀配合地嵌入管板(5、6)的成型部件(14)中。
10.根據上述權利要求中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(12)構成為殼體的至少一個與熱交換器鄰接的成型部件，其中該角牽板(12)尤其可引導增壓空氣。
11.根據上述權利要求中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(12)設置在熱交換器(I)的側面上，其中尤其在角牽板(12)和殼體(10)之間存在著形狀配合的連接。
12.根據權利要求11所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(12)在此構成為平面的構件(19)、尤其是金屬片材成型件，它具有使增壓空氣穿流的缺口( 19b)。
13.根據上述權利要求中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(12)包含設置在殼體上的加強板(17)。
14.根據上述權利要求中任一項所述的增壓空氣通道，其特徵在於，角牽板(12、16、17、18)包含有機片材(17)，其尤其形狀配合和/或材料配合地連接到殼體(10、18)的塑料材料上。
【文檔編號】F28F9/26GK103547778SQ201280021907
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月7日 優先權日:2011年5月5日
【發明者】克裡斯蒂安·紹姆維貝, 烏爾裡克·德嫩, 卡爾-恩斯特·赫梅爾 申請人:貝洱兩合公司, 曼胡默爾福奧公司