Металлические стойки впускного коллектора

Описан впускной коллектор, имеющий верхнюю часть кожуха с верхним краевым фланцем, нижнюю часть кожуха с нижним краевым фланцем, и по меньшей мере одну металлическую стойку, имеющую первую пластину и вторую пластину. Первый и второй краевые фланцы соединены методом сварки трением, и первая пластина стоек присоединена методом сварки трением к нижней части кожуха. Нижняя и верхняя части кожуха выполнены по существу из полимерного или пластикового материала. Металлическая стойка выполнена преимущественно из алюминия или других подходящих металлов или сплавов. Верхняя и нижняя части кожуха ограничивают внутреннее полое пространство, и часть стойки между первой и второй пластинами пересекает это полое пространство.

Описание

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТОЙКИ ВПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА

Область техники, к которой относится полезная модель

Настоящее раскрытие относится к впускным коллекторам для двигателей внутреннего сгорания.

Уровень техники

Обычно впускные коллекторы для двигателей внутреннего сгорания изготавливают из полимерных материалов (см., например, патенты США 5,640,937 и 6,199,657). Известно, что в целях снижения уровня шума, исходящего от поверхности впускного коллектора, обусловленного возникновением резонансных частот на некоторых скоростях двигателя, на поверхность впускного коллектора устанавливают внутренние и внешние системы крепления, а также внутренние стойки, изготовленные из основного материала коллектора. Чтобы обеспечить желаемое снижение уровня шума, используют полимерные внутренние стойки с такой площадью поперечного сечения, которая уменьшает площадь потока внутри впускного коллектора, тем самым, ограничивая максимальную мощность двигателя. Эта проблема особенно важна для двигателей без наддува, т.е. не имеющих наддува входящего воздушного потока, такого как наддув нагнетателями или турбокомпрессорами. Для компенсации уменьшения площади потока во впускном коллекторе, вызванного использованием таких стоек, можно было бы увеличить размер входного коллектора, однако это привело бы к соответствующему увеличению общего размера коллектора, что увеличило бы его стоимость и вес, а также усложнило монтаж. Кроме того, больший коллектор потребовал бы использования стоек большего диаметра или большего количества стоек, еще более усложняя ситуацию. Даже в случае использования коллектора большего размера, стойки могли бы привести к формированию завихрений в поле течения потока, что привело бы к шуму на определенных частотах и (или) возникновению нежелательных схем потока на входе двигателя.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является обеспечение желаемого снижения уровня шума без уменьшения площади потока внутри впускного коллектора и без увеличения общего размера коллектора.

В целях преодоления, по меньшей мере, одной из проблем, представлен впускной коллектор, имеющий кожух, изготовленный в основном из полимерного материала, и первую металлическую стойку, соединенную с кожухом в двух местах соединения на внутренней поверхности кожуха, при этом стойка изготовлена преимущественно из металла. Первая стойка присоединена к кожуху в двух местах соединения: на первом и

2

втором концах первой стойки; при этом часть первой стойки между первым и вторым концами первой стойки не соединена с кожухом, т.е. проходит через полость, ограниченную кожухом. Кожух имеет верхнюю часть, имеющую первый краевой фланец, и нижнюю часть, имеющий второй краевой фланец. Верхняя часть соединена с нижней частью на первом и втором краевых фланцах. Первое из двух мест соединений первой стойки находится на верхней части кожуха, второе из двух мест соединений первой стойки находится на нижней части кожуха. Места соединений стрежней размещаются не на фланцах (смещены относительно фланцев). В некоторых вариантах коллектор имеет вторую (дополнительную) металлическую стойку, при этом первый конец второй стойки присоединен к третьему (дополнительному) месту соединения на верхней части кожуха, а второй конец второй стойки присоединен к четвертому (дополнительному) месту соединения на нижней части кожуха.

В некоторых вариантах воплощения стойки имеют на большей части своей длины преимущественно цилиндрическую форму, и имеют пластины на первом и втором концах стоек.

Стойка имеет первую пластину на первом конце и вторую пластину на втором конце; причем стойка присоединена к двум местам соединения кожуха на первой и второй пластинах, а стойка между первой и второй пластинами в основном не соприкасается с кожухом. В вариантах с несколькими стойками, стойки в основном расположены вдоль направления потока, проходящего через коллектор. В двух местах соединения материал должен иметь толщину большую, чем в прилегающих к местам соединения областях.

Также представлен впускной коллектор, имеющий верхнюю часть кожуха с первым краевым фланцем, нижнюю часть кожуха со вторым краевым фланцем, и по меньшей мере одну металлическую стойку, имеющую первую пластину и вторую пластину. Первый и второй краевые фланцы соединены между собой методом сварки трением, и первая пластина соединена с верхней частью кожуха методом сварки трением, и вторая пластина соединена с нижней частью кожуха методом сварки трением. Верхняя и нижняя части кожуха изготовлены из полимерного или пластикового материала. Металлическая стойка состоит преимущественно из алюминия или других подходящих металлов или сплавов. Верхняя и нижняя части кожуха ограничивают внутреннее полое пространство, и часть стойки между первой и второй пластинами пересекает это полое пространство.

Технология изготовления впускного коллектора включает в себя: литьевое прессование верхней части кожуха, имеющей первый краевой фланец, литьевое прессование нижней части кожуха со вторым краевым фланцем, и сварку трением верхней

3

и нижней частей кожуха на первом и втором краевых фланцах. По меньшей мере, одна стойка расположена между верхней и нижней частями кожуха, причем первый конец каждой стойки приварен трением к одной из частей кожуха одновременно со свариванием трением верхней и нижней частей кожуха. Пластины прикрепляют к стойкам сваркой или формируют методом холодной штамповки. В одном из вариантов одна из стоек присоединена к верхней или нижней частям кожуха методом сварки трением до того, как выполняют соединение верхнего и нижнего кожуха методом сварки трением на их соответствующих фланцах. Верхняя часть кожуха и нижняя часть кожуха изготовлены из полимерного материала, а стойки являются преимущественно металлическими.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой разрез впускного коллектора с полимерными стрежнями;

Фиг. 2 представляет собой разрез впускного коллектора с алюминиевыми стрежнями;

Фиг. 3 представляет собой изображение стойки с пластинами на двух концах; и

Фиг. 4 представляет собой блок-схему одного из вариантов способа изготовления впускного; и

Фиг. 5 представляет собой диаграмму смоделированных результатов испускаемого шума в зависимости от частоты для впускных коллекторов со стойками, проходящими через внутреннюю полость впускных коллекторов.

Осуществление полезной модели

Специалистам в данной области техники понятно, что различные признаки вариантов полезной модели, проиллюстрированные и описанные со ссылкой на любой из чертежей, можно комбинировать с признаками, проиллюстрированными на одном или более других чертежей для получения альтернативных вариантов полезной модели, которые подробно не описаны или не проиллюстрированы. Комбинации проиллюстрированных признаков предоставляют характерные варианты воплощения для типового применения. Однако для некоторых форм применения или осуществления настоящей полезной модели могут потребоваться различные комбинации или модификации признаков, соответствующих идее настоящего решения.

На Фиг. 1 изображен разрез впускного коллектора 10, имеющего верхнюю часть 12 кожуха и нижнюю часть 14 кожуха, образующих кожух, ограничивающий полость 16. Верхняя часть 12 кожуха и нижняя часть 14 кожуха соединены на первом фланце 18 и втором фланце 20. Верхняя часть 14 кожуха имеет две стойки 22, направленные вниз, а нижняя часть 16 имеет две стойки 24, направленные вверх. Части кожуха соединены

4

между собой методом сварки трением, во время которой края стоек 22, 24 сварены между собой методом сварки трением и образуют единую стойку, расположенную между верхней частью 12 кожуха и нижней частью 14 кожуха. Диаметр стоек 22, 24 таков, что они создают помехи потоку воздуха, проходящему через впускной коллектор 10.

На Фиг. 2 изображен разрез впускного коллектора ПО, выполненного в соответствии с одним из вариантов воплощения; впускной коллектор имеет верхнюю часть 112 кожуха и нижнюю часть 114 кожуха, образующих кожух, который ограничивает полостью 116. Верхняя часть 112 кожуха и нижняя часть 114 кожуха соединены на первом фланце 118 и втором фланце 120. Между верхней частью 112 кожуха и нижней частью 114 кожуха закреплены три металлические стойки 126. Вариант с тремя алюминиевыми стойкими приводится в качестве примера и не имеет ограничивающего характера. Варианты представленного решения предполагают возможность использования большего или меньшего числа стоек, а также стоек, изготовленных из других материалов. Части 112 и 114 кожуха соединены между собой методом сварки трением. На каждом конце стержня 128 стоек 126 имеются пластины 130. Однако на Фиг. 2 видна только нижняя пластина. Каждая пластина 130 крепится на предварительно определенное место соединения 132 верхней части 112 кожуха или нижней части 114 кожуха. В одном варианте воплощения полимерный материал кожуха в предварительно определенных местах соединения 132 имеет большую толщину, чем в прилегающих к предварительно определенным местам соединения 132 областях (таким как область 134) кожуха.

На Фиг. 3 показана металлическая стойка 126 со стержневой частью 128 и пластинами 130 на первом и втором концах стержневой части 128. Стержневая часть может иметь цилиндрическую или любую другую подходящую форму, например, квадратную или прямоугольную, при этом длинная сторона прямоугольника должна быть по существу параллельна потоку входного коллектора. Пластины 130 могут быть отформованы холодным методом из материала стержневой части, т.е. первоначально изготавливают стержневую часть, имеющую длину большую, чем длина готовой детали, а из запаса длины формируют пластины 130. Альтернативно, пластины 130 могут быть присоединены к стержневой части стойки методами холодного формования: таким как, например, холодная штамповка (поковка); или методами горячей обработки, такими, например, как сварка трением или контактная сварка; либо любыми иными возможными методами.

На Фиг. 4 изображена блок-схема, описывающая процесс изготовления впускного коллектора, в котором верхняя часть кожуха изготовлена литьем под давлением на этапе 40, и нижняя часть кожуха которого изготовлена литьем под давлением на этапе 42.

5

Стойка с пластинами на концах изготовлена с применением перечисленных выше или любых других технологий, блок 44. В блоке 46 одну из пластин стойки (или одного конца каждой стойки, если используется несколько стоек) приваривают трением к нижней части кожуха. В блоке 48 сваривают трением нижнюю часть кожуха с присоединенной стойкой (стойками) и верхнюю часть кожуха. При соединении двух частей кожуха методом сварки трением, не приваренный конец стойки приваривают методом сварки трением к верхней части кожуха во время сваривания трением двух частей кожуха.

В процессе сварки трением изготовленных из одинакового материала частей, таких как верхняя часть кожуха и нижняя часть кожуха (в одном из вариантов воплощения), поверхность материала в месте стыка плавится, и две части соединяются в единую деталь, при этом поверхность детали остается холодной. В случае сварки трением детали из алюминия и детали из полимера, имеющего более низкую температуру плавления, чем алюминий, полимер плавится и скрепляется с деталью из алюминия. Согласно некоторым вариантам изобретения, стойки снабжены пластинами, дающими дополнительную поверхность для скрепления, в отличие от такого варианта, при котором полимерная деталь соединяется с концом стойки, не имеющей пластины.

Как альтернативный вариант, сначала один конец стойки прикрепляют к верхней части кожуха перед сбором верхней и нижней части кожуха. Еще в одном варианте оба конца стоек приваривают трением во время сваривания трением верхней и нижней частей кожуха. Стойки могут удерживаться на месте специальными креплениями, оставляющими доступ через одно или несколько впускных отверстий коллектора.

На Фиг. 5 показана компьютерная модель зависимости излучаемого шума от частоты для трех конфигураций коллектора: с двумя полимерными стойками 60, двумя алюминиевыми стойками 62, и тремя алюминиевыми стойками 64. В случае использования алюминиевых стоек издается меньше шума, чем в случае использования полимерных стоек, за исключением диапазона частот на уровне 1250 Гц, несмотря на то, что алюминиевые стойки имеют намного меньшее поперечное сечение, препятствующее потоку внутри впускного коллектора. Вариант 64 с использованием трех стоек обеспечивает более эффективное снижение шума, чем варианты 60, 62, на большей части диапазонов частот, но установка третьей стойки усложняет конструкцию.

Несмотря на то, что было приведено детальное описание предпочтительного варианта конструкции, специалистам в данной области техники понятно, что в объеме нижеприведенной формулы возможны иные конструкции и варианты. Там где описан один или несколько вариантов воплощения, предоставляющих преимущества или предпочтительных по сравнению с другими вариантами и (или) известным уровнем

6

техники в отношении одной или нескольких желаемых характеристик, специалисту понятно, что для достижения желаемых параметров системы можно использовать сочетание различных элементов полезной модели для достижения желаемых характеристик системы, которые могут зависеть от особенностей ее применения или воплощения. Эти характеристики включают в себя следующие элементы, без ограничения перечисленным: стоимость, прочность, долговечность, затраты за срок службы, сбытовые качества, внешний вид, компоновку, размер, удобство обслуживания, вес, возможность производства, лёгкость сборки и т.д. Например, могло бы быть полезно установить во впускном коллекторе много стоек для максимально возможного снижения шума; однако с точки зрения стоимости, веса и наличия помех, целесообразно использовать меньшее количество стоек. Варианты полезной модели, описанные как менее целесообразные по сравнению с другими вариантами в отношении одной или нескольких характеристик, входят в объем описываемого решения.

1. Впускной коллектор для двигателя внутреннего сгорания, содержащий:

кожух, выполненный, по существу, из полимерного материала;

первую стойку, соединенную с кожухом в двух местах соединения на внутренней поверхности кожуха, причем стойка выполнена, по существу, из металла.

2. Впускной коллектор по п.1, в котором первая стойка прикреплена к двум местам соединения с кожухом на первом и втором концах первой стойки, при этом часть стойки между первым и вторым концами первой стойки не соприкасается с кожухом.

3. Впускной коллектор по п.1, в котором:

кожух состоит из верхней части, имеющей первый краевой фланец, и нижней части, имеющей второй краевой фланец;

верхняя часть и нижняя часть соединены между собой первым и вторым краевыми фланцами;

первое из двух мест соединения, в котором первая стойка прикреплена к кожуху, расположено на верхней части кожуха;

второе из двух мест соединения, в котором первая стойка прикреплена к кожуху, расположено на нижней части кожуха; и

места соединения смещены относительно фланцев,

4. Впускной коллектор по п.1, в котором кожух состоит из верхней части кожуха и нижней части кожуха, а два места соединения, в которых первая стойка прикреплена к кожуху, представляют собой первое место соединения, расположенное на верхней части кожуха, и второе место соединения, расположенное на нижней части кожуха, дополнительно содержащий:

вторую стойку, первый конец которой прикреплен к третьему месту соединения на верхней части кожуха, а второй конец прикреплен к четвертому месту соединения на нижней части кожуха.

5. Впускной коллектор по п.1, в котором первая стойка является, по существу, цилиндрической на большей части длины и имеет пластины на первом и втором концах первой стойки.

6. Впускной коллектор по п.1, в котором первая стойка имеет первую пластину на первом конце, первая стойка имеет вторую пластину на втором конце, причем первая стойка прикреплена к двум местам соединения кожуха на первой и второй пластинах, а стойка, по существу, не касается кожуха между первой и второй пластинами.

7. Впускной коллектор по п.1, дополнительно содержащий: по меньшей мере одну дополнительную стойку, выполненную из металла, прикрепленную к кожуху в двух дополнительных местах соединения на внутренней поверхности кожуха, в котором первая стойка и по меньшей мере одна дополнительная стойка распложены по одной линии с направлением потока, проходящего по коллектору.

8. Впускной коллектор по п.1, в котором толщина материала кожуха в двух местах соединения больше, чем толщина материала в областях, прилегающих к двум местам соединения.

9. Впускной коллектор для двигателя внутреннего сгорания, содержащий:

верхнюю часть кожуха, имеющую первый краевой фланец;

нижнюю часть кожуха, имеющую второй краевой фланец;

металлическую стойку, имеющую первую пластину и вторую пластину,

в котором первый и второй краевые фланцы соединены методом сварки трением, первая пластина соединена методом сварки трением с верхней частью кожуха, и вторая пластина соединена методом сварки трением с нижней частью кожуха.

10. Впускной коллектор по п.9, в котором верхний и нижний кожухи выполнены из полимерного материала.

11. Впускной коллектор по п.9, в котором металлическая стойка выполнена преимущественно из алюминия.

12. Впускной коллектор по п.9, в котором верхняя и нижняя части кожуха ограничивают внутреннее полое пространство, а часть стойки между первой и второй пластинами пересекает это полое пространство.

13. Впускной коллектор по п.9, дополнительно содержащий:

по меньшей мере одну дополнительную стойку, имеющую первую и вторую пластины на концах дополнительной стойки, причем первая пластина дополнительной стойки приварена к верхней части кожуха, а вторая пластина приварена к нижней части кожуха.

14. Впускной коллектор по п.9, в котором металлическая стойка приварена к верхней и нижней частям кожуха в предварительно определенных местах на внутренней поверхности частей кожуха, при этом предварительно определенные места имеют большую толщину, чем поверхности кожуха, прилегающие к ним.