设置有燃料共轨的一体式进气歧管 【技术领域】
本发明涉及一种设置有燃料共轨的一体式进气歧管。
背景技术
内燃发动机设置有多个气缸，每个气缸借助于至少一个进气门连接至进气歧管并借助于至少一个排气门连接至排气歧管。进气歧管通过设置有蝶形阀的供给管接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，而且借助于相应的进气管连接至气缸，每个进气管在至少一个进气门处终止。
在现代内燃发动机中，进气歧管日益形成几何构形可变的类型，即设置有扼流装置，所述扼流装置根据发动机的速度(即根据驱动轴的旋转角速度)改变进入进气管的空气引入截面，从而在减少发动机污染排放的同时提高其性能。在低速下，减小经过进气管的空气引入截面，以便在所吸入的气流中产生湍流，这会促进空气与燃料在气缸中混合；由于存在这些促进混合的湍流，所有喷入的燃料都会燃烧，因而由燃烧产生的污染排放得以减少。在高速下，使经过进气管的空气引入截面最大化以便允许气缸完全填充，因而允许产生最大可能功率。
比如，上述类型的扼流装置可以是滚流装置或者涡旋装置。对于每个进气管而言，滚流装置使用的是能够在启动位置(或扼流位置)与休止位置(最大打开位置)之间移动的扼流元件，在启动位置中，扼流元件减小进气管的横截面，在休止位置中，扼流元件不使进气管的空气引入截面产生任何减小。涡旋系统为每个进气管设置两个通道，对于每个进气管而言，涡旋系统使用的是插入在两个通道之一中的扼流元件，而且所述扼流元件能够在启动位置与休止位置(或最大打开位置)之间移动，在启动位置中扼流元件完全关闭相应的通道，在休止位置中扼流元件不使相应的通道的空气引入截面产生明显的减小。
在过去几年中，直接燃料喷射式内燃发动机已变得越来越普遍；在这种类型的发动机中，将加压燃料供给至直接连接至一组喷射器(每个发动机气缸对应一个)的燃料共轨，所述喷射器被循环致动以将存在于共轨中的部分加压燃料直接喷入相应的气缸中。共轨中的燃料的压力很高(汽油发动机中通常在100个大气压至200个大气压之间的范围，柴油发动机中通常在1000个大气压至2000个大气压之间的范围)；为了确保所需的机械强度，当前市场所销售的直接喷射式发动机中，所使用的是全部由钢制成的共轨，该共轨搁置在进气歧管的本体上，并借助于多个紧固螺钉进行固定，所述紧固螺钉旋入形成在发动机的头部中的螺纹孔中，从而横穿并紧固形成为穿过进气歧管的通孔以及形成为穿过焊接至共轨的紧固法兰的通孔。然而，构造紧固法兰以及将紧固法兰焊接至共轨需要较长且较复杂的机加工操作，这大大增加了共轨的总成本。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种设置有燃料共轨的一体式进气歧管，所述进气歧管没有上述缺陷，具体而言，所述进气歧管容易制造而且制造成本低廉。
根据本发明，提供一种用于设置有头部的内燃发动机的一体式进气歧管，所述头部中形成有多个气缸；所述进气歧管包括：
所述进气歧管的本体，所述本体中限定有进气室和多个进气管，所述进气室接收来自外部环境的新鲜空气，每个所述进气管将所述进气室连接至所述内燃发动机的相应的气缸；
若多个紧固托架，每个所述紧固托架从所述进气歧管的本体的壁突起并且具有第一通孔；
多个紧固螺钉，每个所述紧固螺钉布置为穿过所述紧固托架的第一通孔并且适于旋入所述内燃发动机的头部中以将所述进气歧管的本体固定至所述头部；以及
燃料共轨，所述燃料共轨由所述进气歧管的本体支撑并且具有筒状导管，从所述筒状导管突起有多个杯状件，每个所述杯状件适于联接至所述内燃发动机的燃料喷射器；
所述进气歧管的特征在于，其包括多个支撑支架，所述支撑支架从所述进气歧管的本体的壁突起并且被布置在所述紧固托架的旁边以与所述紧固托架本身一起限定壳体承座，所述壳体承座适于容纳所述燃料共轨，所述燃料共轨布置在所述紧固托架与所述支撑支架之间。
【附图说明】
下面参照附图描述本发明，附图示出了本发明的非限制性的实施方式，其中：
图1是设置有几何构形可变的进气歧管的内燃发动机的示意图，所述进气歧管根据本发明制造并设置有滚流式扼流系统；
图2是出于清楚示出图1中的进气歧管的本体的目的而去除一些零件的示意性立体图；
图3和4是图2中的进气歧管的本体的细节的两个视图，分别是剖视图和分解剖视图；
图5是出于清楚示出图1中的进气歧管的目的而去除一些零件的局部分解的示意性立体图；
图6是出于清楚示出图1中的进气歧管的安装元件的目的而去除一些零件的放大侧视图；
图7是图1中的进气歧管的滚流式扼流系统的致动器的示意图。
【具体实施方式】
图1中，附图标记1总体表示设置有头部2的内燃发动机，所述头部2中有四个气缸3(图1中仅示出了其中一个)，每个气缸3借助于两个进气门4(图1中仅示出了其中一个)而连接至进气歧管4，并且借助于两个排气门7(图1中仅示出了其中一个)而连接至排气歧管6。
进气歧管4通过能够在关闭位置与最大打开位置之间移动的蝶形阀8接收新鲜气体(即来自外部环境的空气)，并且借助于相应的进气管9(图1中仅示出了其中一个)而连接至气缸2，每个进气管9通过相应的进气门4来调节。同样地，排气歧管5借助于相应的排气管10(图1中仅示出了其中一个)而连接至气缸2，每个排气管10通过相应的排气门6来调节；用于将由燃烧产生的气体排放至大气中的排放管11(部分示出)引自排气歧管5。
低压泵(未图示)将燃料(比如汽油、柴油、甲烷或液化石油气)从燃料箱(未图示)供给至高压泵12，所述高压泵12进而将燃料供给至共轨13；一组喷射器14(每个气缸3对应一个)连接至共轨13，每个喷射器被循环致动以将存在于共轨13中的部分加压燃料喷入相应的气缸3中。
进气歧管4具有可变的几何构形，而且包括扼流系统15，所述扼流系统15根据发动机1本身的速度改变进气管9的空气引入截面。根据图1中所示的实施方式，扼流系统13是滚流式，而且包括用于每个进气管9的扼流阀16，所述扼流阀16具有扼流元件15，该扼流元件15安装在轴18上以在致动装置19的偏置力的作用下绕着旋转轴线20旋转，所述旋转轴线20横向地布置于相应的进气管9。在使用中，每个扼流元件17在致动装置19的偏置力的作用下在启动位置与休止位置之间旋转，在启动位置中扼流元件17减小进气管9的空气引入截面，而在休止位置中扼流元件17不使进气管9的空气引入截面产生任何明显的减小。
根据不同的实施方式(未图示)，扼流系统15是涡旋式(swirl type)；在这种情况下，每个进气管9分成两个并置的并列通道，并且扼流系统15包括对应于每个进气管9的扼流阀16，所述扼流阀16沿着进气管9的两个通道之一进行安装，而且适于改变整个通道本身的空气引入截面。具体而言，每个扼流阀16能够在启动(或扼流)位置与休止(或最大打开)位置之间移动，在启动位置中扼流阀16通过完全关闭相应的通道而减小进气管9的空气引入截面，而在休止位置中扼流阀16不使进气管9的空气引入截面产生明显的减小。
优选地，设置单个公共致动装置19，所述公共致动装置19机械地连接至四个扼流阀16的所有扼流体17；具体而言，四个扼流阀16的扼流体17装配在同一公共轴18上，所述公共轴18接收来自致动装置19的运动。
如图2所示，进气歧管4包括由模制塑料材料制成的本体21。在进气歧管4的本体21中有管状进气室22，所述管状进气室22通过蝶形阀8接收来自外部环境的新鲜空气；而且，在进气歧管4的本体21中有四个进气管9，每个进气管9将进气室22连接至相应的内燃发动机1分气缸3，而且在连接法兰24处以出口23终止，所述连接法兰24适于联接至内燃发动机1的头部2。
如图2、3和4所示，四个紧固托架26从进气歧管4的本体21的壁25处突起，每个紧固托架26垂直地布置于壁25并具有圆形截面内通孔27和直径小于内孔27的圆形截面外通孔28。为了将进气歧管4的本体21固定至内燃发动机1的头部2，紧固螺钉29穿过每个紧固托架26的外孔28而插入，该螺钉旋入形成为穿过内燃发动机1的头部2的相应的螺纹盲孔(未图示)中。
燃料共轨13具有金属筒状导管30，从该筒状导管30突起有四个杯状件31，每个杯状件31适于与内燃发动机1的燃料喷射器14联接；燃料共轨13的导管30借助于四个支撑支架32由进气歧管4的本体21支撑，所述支撑支架32从进气歧管4的本体21的壁25垂直地突起而且布置在紧固托架26的附近以与紧固托架26本身一起限定壳体承座33，所述壳体承座33适于容纳燃料共轨13，所述共轨13布置在紧固托架26与支撑支架32之间；根据附图中所示的优选实施方式，每个支撑支架32面向相应的安装托架26；根据不同的实施方式(未图示)，每个支撑支架32布置于两个相应的安装托架之间。
根据附图中所示的优选实施方式，紧固托架26的外通孔28与进气歧管4的本体21的壁25间隔开，从而使得燃料共轨紧固在进气歧管4的本体21的壁25与紧固螺钉29之间。
而且，根据附图中所示的优选实施方式，紧固托架26布置于燃料共轨13的杯状件31处；在每个紧固托架26中，内通孔27布置在进气歧管4的本体21的壁25与外通孔28之间，而且适于容纳燃料共轨13的杯状件31。根据不同的实施方式(未图示)，紧固托架26布置在燃料共轨13的杯状件31之间，因而紧固托架26没有内通孔27。
如前所述，进气歧管4的本体4由模制塑料材料制成；为了避免在负荷下发生坍缩，每个紧固托架26的外通孔28由金属抗坍缩套管34包套。根据附图中所示的优选实施方式，每个紧固托架26的金属抗坍缩套管34从外通孔28突出并朝向支撑支架32延伸至外通孔28以外。在这种实施方式中，每个紧固托架26的金属抗坍缩套管34呈“L”形且设置有肘状延伸部35，所述肘状延伸部35布置为平行于且面向支撑支架32以有利于形成适于容纳共轨13的壳体承座33；而且，每个紧固托架26具有管状延伸部36，所述管状延伸部36在内部由金属抗坍缩套管34包套、相对于外通孔28同轴布置并在与支撑支架32相反的一侧形成外通孔28的延伸部。根据不同的实施方式(未图示)，每个金属抗坍缩套管34不从外孔28朝向支撑支架32突出。
限定在支撑支架32与紧固托架26之间、并进一步由金属抗坍缩套管34界定的壳体承座33的尺寸设计为以最小可能间隙容置燃料共轨13；如此，一旦燃料共轨13已布置在壳体承座33中，则燃料共轨13本身即稳固地联接至进气歧管4的本体21。
值得注意的是，附图中所示的金属抗坍缩套管34从外通孔28突出并朝向支撑支架32延伸至外通孔28以外的实施方式中，一旦燃料共轨13已布置在壳体承座33中，则金属抗坍缩套管34本身可以插入外通孔28中；如此，金属抗坍缩套管34插入外通孔28中阻挡了壳体承座33中的燃料共轨13。
如图5所示，设置安装元件37，所述安装元件37呈矩形形状并固定至连接法兰24，从而布置在连接法兰24与内燃发动机1的头部2之间，而且使布置为朝向连接法兰24的内环形密封件38和布置为朝向内燃发动机1的头部2的外环形密封件39成一体。换句话说，如图6所示，安装元件37呈扁平形状，具有支撑内环形密封件38的内表面以及平行于内表面40且与内表面40相对的、并支撑外环形密封件39的外表面41。
根据优选实施方式，安装元件37由模制塑料材料制成，并且环形密封件38和39在安装元件37本身的相反侧上覆盖模制在安装元件37上。
如图5所示，安装元件37支撑多个元件42(所述元件42也合并在安装元件37本身中)，所述元件42布置在进气管9的出口23之间并联接至进气歧管4的本体21以将扼流系统15的轴18保持就位。换句话说，当安装进气歧管4时，扼流系统15的支撑四个扼流元件17并与四个扼流元件17成一体的轴18插入进气歧管4的本体21中，从而将扼流元件17布置于相应的进气管9中；然后安装元件37在进气管9的出口23处通过将元件42布置在轴18的相应部分上并因此而限定闭合承座而联接至进气歧管4的本体21，在所述闭合承座中轴18可以绕着旋转轴线20自由旋转，但不会进行任何平移。
根据优选实施方式，安装元件37以拼接的方式固定至本体21的连接法兰24；换句话说，连接法兰具有承座43，所述承座43反向地复制安装元件37的形状。一旦安装元件37插入连接法兰24的承座43中，安装元件37即在进气歧管4的本体21固定至内燃发动机1的头部2时被夹在连接法兰24与内燃发动机1的头部2之间。
根据附图中所示的优选实施方式，本体21的连接法兰24具有多个通孔44，所述通孔44与紧固至内燃发动机1的头部2中的相应紧固螺钉29交叉；安装元件37具有与通孔44同轴布置的多个通孔45。
如图7所示，扼流系统15的轴18设置有齿轮46，所述齿轮46布置于所述轴18本身的一端；致动装置19具有活动杆47，所述活动杆47能够线性移动，而且设置有齿条48，所述齿条48与扼流系统15的轴18的齿轮46啮合。
根据图7中所示的优选实施方式，扼流系统15的轴18的齿轮46具有环形槽49，致动装置19的活动杆47插入在所述环形槽49中以形成轴18的轴向限制。如此，扼流系统15的轴18的紧固大为简化，因为不再需要端止推轴承的存在来提供轴18的轴向限制；而且，致动装置19的活动杆47插入扼流系统15的轴18的齿轮46的环形槽49中使得能够简单且快速地重置及补偿各种部件的全部轴向结构性公差。
优选地，致动装置19是气动式，而且包括：在一侧由柔性膜51界定的致动室50，所述柔性膜51机械地连接至活动杆47；三向电磁阀52，所述三向电磁阀52用于将致动室50连接至抽吸源53以便使柔性膜51变形并因此而使活动杆47朝向第一冲程端偏置；以及弹簧54，所述弹簧54机械地联接至活动杆47以使该活动杆47朝向与第一冲程端相反的第二冲程端偏置。根据如图7所示的可能实施方式，三向电磁阀52将致动室50连接至抽吸源53(即打开而使致动室50减压)，因而弹簧54布置在致动室50内以便使柔性膜51从致动室50本身向外偏置；根据可替代的实施方式(未图示)，三向电磁阀52将致动室50连接至压缩源53(即打开而使致动室50加压)，因而弹簧54布置在致动室50外以使柔性膜51向致动室本身的内部偏置。
根据图7所示的实施方式，设置容纳罩体55，所述容纳罩体55与外部环境以气体方式隔离，而且容置有扼流系统15的轴18的齿轮46以及致动装置19的至少一部分；在这种实施方式中，致动装置19的电磁阀52可选择地将致动室50连接至进气室22和连接至抽吸源或压缩源53中的任一者。在这种实施方式中，扼流系统15的轴18没有密封件，因此容纳罩体55以气体方式连接至进气管9，并因此而连接至进气室22；当轴18必须绕着旋转轴线20自由旋转时，这样的特征是有利的，因为将密封件联接至轴18要相当复杂。
根据可替代的实施方式(未图示)，扼流系统15的轴18设置有布置在齿轮46的上游的密封件以便密封进气管9的容纳罩体55；在这种实施方式中，致动装置19的电磁阀52可选择地将致动室50连接至外部环境和联结至抽吸源或压缩源53中的任一者。
上述进气歧管4制造起来特别容易且成本低廉，因为燃料共轨13与本体21的机械连接仅通过将燃料共轨13插入壳体承座33中即可一并实现，所述壳体承座33限定在支撑支架32与紧固托架26之间。因此，燃料共轨13没有通常焊接至导管30的紧固法兰24，因此燃料共轨13的制造成本大大降低。
上述进气歧管4组装起来特别简单且成本低廉，因为联接安装元件37(使密封件38及39和扼流系统15的轴18的夹持元件42成一体)是简单且快速的，而且可以容易地实现自动化(即通过机床来执行而无需操作员的任何人工干预)。
上述进气歧管4组装起来特别简单且成本低廉，因为将致动装置19的活动杆47联接至扼流装置15的轴18是极其简单和快速的，从而能够将由致动装置19产生的运动传递至轴18。