专利名称：流体分配歧管的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体分配。特别地，本发明直接涉及气态流体流入或者流出内燃机。尤其但不限于，空气和/或空气/燃料混合物的入口进入一个或多个这样的内燃机汽缸。虽然会有内燃机(internal combustion engine)的进气歧管(intake manifold)作为具体参考以便说明目的，但需明确的是，本发明也可用于其它的申请用途，因此，一个流体的流动，特别是气态流体的流动，被平均地分成多个流动。
背景技术：
内燃机使用进气歧管将空气/燃料分配到发动机的汽缸里。在每个汽缸向下的“诱导(induction)”撞击的过程中，活塞移动所产生的真空将混合物引入发动机的燃烧室。空气/燃料混合物“诱导(induction)”到内燃机是一个复杂的现象。在所有操作条件下提供统一的空气/燃料混合物到每个汽缸是非常困难的。
人们已尝试用很多方法去解决这一问题。一种方法是每个汽缸使用分开的独立的歧管。但是，这样一种设计安排常常仅限用于赛车发动机，因为对于日常使用于马路的轿车来说，该方案的制造成本太高。对于多数马路用轿车来说，所有汽缸只使用一个平面歧管，或者在某些情况下，会用双面歧管，即一个歧管只应用于一半数量的汽缸。这种类型的歧管设计会出现一个汽缸会向另一个汽缸“抢(rob)”空气/燃料混合物的趋势。
另外，进气歧管的设计会影响发动机的扭矩和功率输出。发动机转速需要低的扭矩，但也需要高的功率。在现有技术的解决方法中，所提供的低扭矩的歧管设计需牺牲高的功率输出，反之亦然。为了解决这些对立的需求，目前的一些现代车辆会使用一个能根据发动机的操作条件产生形状“变化(changes)”的进气歧管。这通常是指作为双长度或者可变的多个进气歧管。然而，需再次指出这样的设计在工业制造中的成本相对都是很高的。
发明内容
因此，本发明的总目标就是解决，或至少改善上面所述的一个或多个缺点。
根据本发明的一个方面，提供一个用于平均分配流体到多个通道(runner)的歧管。所述歧管包括接纳所述流体的室；所述的多个通道操作地连接于所述的室，以接收所述的平均分配的所述流体；以及在所述室中的分配装置，用于将所述流体平均地分到所述多个通道中的每个通道。
优选地，在所述室与所述多个通道的接触面上，所述多个通道的总横截面面积与所述室的横截面面积是基本上相等的。
优选地，所述多个通道中的每个通道在其与所述室的各个交界面均有一个基本相同的横截面面积。
优选地，所述多个通道中的每个通道均有一个基本相同的长度。
优选地，所述多个通道中的每个通道均与所述室形成一个基本相同的角度。
当本发明被用作内燃机的歧管时，优选地，所述多个通道各自独立于其与所述室的分界面，并在该发动机的点火顺序中依次地对应相关的进气阀。
优选地，所述分配装置基本上同心地定位于所述的室。
优选地，所述分配装置是一个锥形主体。
优选地，所述锥形主体具有一个较大的底端，该底端与所述多个通道中的每个通道在所述各自界面的基本相等的部分重合。
对于用于内燃机的进气歧管，当在汽缸中的活塞向下运动时，燃烧室中产生低压以致一股负波在进气口和歧管的通道间穿行。当该波到达冲气室时，它被反射回到发动机。这个返回波有助于撞击更多的空气到燃烧室，以致当进气阀再次打开时，负波可到达进气阀。为脉冲调谐所设计的吸入系统是大部分汽车工程师，尤其是赛车工程师所希望达到的结果。
作为本发明的另一个特点，所述分配装置还能包括一个移动装置，使所述分配装置能在所述室中较好地轴向移动，因而可提供一个改变所述负波到进气阀的返回时间安排的装置。
在本发明所述的包括移动装置的实施例中，所述移动装置可以是机械地移动，或者是电动地移动，或者是真空操控下移动。
另外，对于一个用于汽车内燃机的进气歧管，众所周知空间约束会限制吸入系统的几何学结构，最通常的情形是在吸入系统中需要锐弯，以引导进来的空气与/或空气/燃料混合物的湍流，这反过来导致一个对燃烧室不均匀的分配。这股湍流是由在冲气室内表面的流体的界面层的分离所导致。如果内表面不平滑的话，该湍流可以减少。
因此，作为本发明的另一个特点，取决于几何学的需要，所述分配装置的外表面可以有一个基本不平滑的表面。类似地，作为本发明另一个特点，所述室的内表面可以有一个基本不平滑的表面。一个合适的所述不平滑表面包括粗糙的铸件、波纹、凹槽或者皱脊。
对于一个用于内燃机的进气歧管，众所周知任何一个发动机的功率和扭矩的输出都取决于通道的长度、通道的直径和冲气室的体积，而这些参数又取决于阀的尺寸、进气口的尺寸与所需转速rpm的范围。值得欣慰的是，本发明所述的歧管可平等地用于为每个特殊的发动机确定这些适用的参数。因而，这样可以确定通道的必要横截面面积。
本发明的另一个特点还包括(a)一个用于所述分配装置和/或所述室的加热装置，以帮助在所述分配装置和/或所述室中的空气/燃料混合物的汽化；(b)一个用于所述分配装置和/或所述室的冷却装置，以使密度较高的空气/燃料混合物进入燃烧室；(c)对于V型或扁平型的发动机，或对于涡轮增压或者机械增压或者两者并存的发动机，所述歧管可以双数地使用，每个歧管分别用于在点火顺序中交替使用的汽缸。
本发明的元件可以由现有技术所知的任何合适的材料制成。这些材料包括金属(如钢铁和铝)、塑料和碳纤维；这些元件的合适与否取决于它们在使用时的温度和/或压力。
作为本发明的第二方面，提供了一个用于平均分配流体到多个通道的方法。所述方法包括上述的歧管的使用。
虽然本发明为用于汽车中内燃机的进气歧管找到特别的用途，值得欣慰的是，其操作原理是能同样适用于作为排气歧管，这样的排气歧管能平均地和有效地从一系列邻近排气端口处提取废气。
本发明的一个较佳实施例将结合下列附图加以描述，其中图1是根据本发明所制造的歧管的透视图。该歧管附于内燃机的汽缸盖上。
图2是发动机在有本发明所述歧管与没有本发明所述歧管时的扭矩值的测力计的结果输出图。
图3是发动机在有本发明所述歧管与没有本发明所述歧管时的马力值的测力计的结果输出图。
具体实施例方式
参见图1，歧管(5)附于四汽缸内燃机的一个汽缸盖(6)的入口侧，其具有一个顺序为1342的点火顺序。歧管(1)包括一组通道(1、2、3、4)、一室(7)和一个同中心固接于室(7)中的圆锥形的主体(8)。该室(7)有一个带有外表面的圆锥形，该外表面本质上与内圆锥主体(8)平行，除了其中一末端(9)的延展用于引导(或直接固接于)到一个空气入口/节流阀主体。在室(7)的横截面的另一末端(10)的圆连接到每一个通道(1、2、3、4)，因此末端(10)基本上平均地分布到四个象限，每个象限有大致相同的横截面面积。通道(1、2、3、4)连接到末端(10)的顺序是汽缸1342的点火顺序。每个通道(1、2、3、4)的容量是基本相同的。直接邻近室末端(10)的通道(1、2、3、4)的各个末端弯曲向着它们各自作用的汽缸的入口阀。内圆锥主体(8)固接在室(7)内，以致该主体较宽的一端(11)在它们与末端(10)的交叉点处与通道(1、2、3、4)平均地重合，并定位在(或接近于)该末端(10)。
在使用中，空气/燃料混合物从A方向进入室(7)，其经过圆锥主体(8)喷洒成四个相同的气流，然后当发动机的各个入口阀打开时，每个气流经过各自的通道(1、2、3、4)。因为通道(1、2、3、4)在发动机的点火顺序中都与室(7)连接，所以当下一个入口阀打开时，每股气流都会帮助附近的气流克服原始惯性，因而引导成一平滑的、持续的和平均的空气/燃料混合物流到每个燃烧室。
上面所描述的如图1所示的那种歧管适用于众多的车辆，包括(a)丰田花冠(ToyotaCorolla)轿车的4汽缸双凸轮发动机(twin cam engine)；(b)以LPG为燃料的福特猎鹰(Ford Falcon)轿车的6汽缸发动机；(c)福特猎鹰(Ford Falcon)轿车的V8 Cleveland发动机。
图2显示了带有厂制进气歧管(B线)的6汽缸的福特猎鹰(Ford Falcon)发动机与装入本发明所述歧管(C线)的扭矩输出(第三个换档)。当装入本发明所述歧管(D点)，最大扭矩比厂制歧管(E点)的大且其产生于较低的发动机转速。需注意的是，得到D行比得到E行需要更高的发动机温度，且尚未算入所需的温度补偿。因此，实际的扭矩数字的差异比图2所示的要大。
图3说明了带有厂制进气歧管(F线)的图2的6汽缸的福特猎鹰(Ford Falcon)发动机与装入本发明所述歧管(G线)的功率输出(第三个换档)。当与没有装入本发明所述歧管的汽车比较，本发明所述歧管通过路面速度测试可明显地增加所给出的任意一个发动机转速的功率。需注意的是，得到G线比F线需要更高的发动机温度，且尚未算入所需的温度补偿。因此，实际的功率数字的差异比图3所示的要大在所有的设备中，装入本发明所述歧管的车辆显示了(i)明显增加的灵活性，每辆车在第三个换档中顺利地从行车道驶出；(ii)给出一个山的坡度，与没有装入本发明所述歧管的车辆比较，每辆车以一个合适的速度行驶上山，本发明至少高出一个换档；(iii)与没有装入本发明所述歧管的车辆比较，本发明增加了最大扭矩，并且是在更低的发动机转速下增加的；(iv)与没有装入本发明所述歧管的车辆比较，本发明的任何一个发动机转速的功率都增加了。
当作为汽车中内燃机的进气歧管使用时，本发明提供许多优点，包括当进气阀打开时，能够克服空气/燃料混合物的原始惯性；能够使空气/燃料混合物平均地分布到每一个燃烧室；当进气阀打开时，能够调谐负波，可帮助更多的空气/燃料混合物在下一次打开进气阀时进入该阀；随着空气/燃料混合物的更加均匀和持续，燃料喷射器可以靠近燃烧室放置，当混合物流经歧管时，更少的燃料从空气/燃料悬浮液中流失，因而允许使用更小的燃料喷射器。因此本发明可以明显节省生产成本。另外，还可以在燃烧室使用其他的燃料喷射器，以在更高的发动机转速下增加功率；因为空气/燃料流的改进，通过发动机管理系统可以认识到本发明的更优越的特点。使用如LPG等汽油流体的发动机管理系统，尤其特别受益，使得这种功率的发动机更易于启动；增加了灵活性，导致更少的换档变化和/或更经济的换档；在较低的发动机转速下，增加了扭矩最大值；以及增加了任意给出的发动机转速的功率。
上面描述的实施例仅应被理解为本发明各个方面的例证，任何修改和变更均没有超出以下权利要求所界定的发明概念的定义范围。
权利要求
1.一个用于平均分配流体到多个通道的歧管，所述歧管包括接纳所述流体的室；所述的多个通道可操作地连接于所述室，以接收所述平均分配的所述流体；以及在所述室中的分配装置，用于将所述流体平均分到所述多个通道中的每个通道。
2.根据权利要求1所述的歧管，其特征在于在所述室与所述多个通道的接触面上，所述多个通道的总横截面面积与所述室的横截面面积是基本上相等的。
3.根据权利要求1或2所述的歧管，其特征在于所述多个通道中的每个通道在其与所述室的各个交界面均有一个基本相同的横截面面积。
4.根据权利要求1至3之一所述的歧管，其特征在于所述多个通道中的每个通道均有一个基本相同的长度。
5.根据权利要求1至4之一所述的歧管，其特征在于所述多个通道中的每个通道均与所述室形成一个基本相同的角度。
6.根据权利要求1至5之一所述的歧管，其特征在于当用于内燃机时，所述多个通道各自独立于其与所述室的分界面，并在该发动机的点火顺序中依次地对应相关的进气阀。
7.根据权利要求1至6之一所述的歧管，其特征在于所述分配装置基本上同心地定位于所述的室。
8.根据权利要求2至7之一所述的歧管，其特征在于所述分配装置是一个锥形主体。
9.根据权利要求8所述的歧管，其特征在于所述锥形主体具有一个较大的底端，该底端与所述多个通道中的每个通道在所述各自界面的基本相等的部分重合。
10.根据权利要求1至9之一所述的歧管，其特征在于所述分配装置还包括一个移动装置，使所述分配装置能在所述室中移动。
11.根据权利要求10所述的歧管，其特征在于所述移动装置可以是机械地移动，或者是电动地移动，或者是真空操控下移动。
12.根据权利要求1至11之一所述的歧管，其特征在于所述分配装置的外表面有一个基本不平滑的表面。
13.根据权利要求1至12之一所述的歧管，其特征在于所述室的内表面有一个基本不平滑的表面。
14.根据权利要求12或13所述的歧管，其特征在于所述不平滑表面选自以下类群粗糙的铸件、波纹、凹槽或者皱脊。
15.根据权利要求1至14之一所述的歧管，其特征在于还包括一个用于所述分配装置的加热装置。
16.根据权利要求1至15之一所述的歧管，其特征在于还包括一个用于所述室的加热装置。
17.根据权利要求1至16之一所述的歧管，其特征在于还包括一个用于所述分配装置的冷却装置。
18.根据权利要求1至17之一所述的歧管，其特征在于还包括一个用于所述室的冷却装置。
19.一种内燃机，包括至少一个如权利要求1至18之一所述的歧管。
20.一个用于平均分配流体到多个通道的方法，所述方法包括如权利要求1至18之一所述的歧管的使用。
全文摘要
本发明公开了一种适合使用于内燃机的进气歧管(1)。该歧管(1)包括一组通道(1、2、3、4)、一间圆锥形的室(7)和一个同心地固接于室(7)的圆锥形的分配主体。该室(7)有一个固接于空气入口/节流阀主体的末端(9)。室(7)另外一末端(10)连接到每个通道(1、2、3、4)，以使末端(10)平均地分布到四个象限，每个象限有相同的横截面面积。通道(1、2、3、4)连接到末端(10)的顺序是汽缸1342的点火顺序。每个通道(1、2、3、4)的容积相同。直接邻近室末端(10)的通道(1、2、3、4)的各个末端弯曲向着它们各自作用的汽缸的入口阀。内圆锥分配主体(8)固接在室(7)内，以致该主体较宽的一端(11)在它们与末端(10)的交叉点处与通道(1、2、3、4)平均地重合，并定位在(或接近于)该末端(10)。
文档编号F02M35/10GK101031715SQ200580026021
公开日2007年9月5日 申请日期2005年5月30日 优先权日2004年6月1日
发明者史蒂芬·威塞尔斯 申请人:史蒂芬·威塞尔斯