专利名称：用于卷绕管的柔性套管衬套的制作方法
技术领域：
本发明涉及機管，特别劍于鮮进气系统的機管。更特别地，本发
明涉及一种用于在巻绕管的内径中平滑ifet]Q衬套的柔性套管衬套。
背景技术：
机动^的内燃t/lia气系统(AIS)，通常如图1中的10，是一个复杂而
良好协调的系统，用以平難2常彼此紧张的需斜n限制。
通常地， 一个带有气流量传感器组件10a的空气清洁 :—4^括巻 绕管14的空气清洁器出口管组件12连接到发动mis气歧管(未示出)。各种
不同长度和尺寸的機气管用来传送洁净的、从空气过滤器至拨动丰腿气歧管 之间过滤而且计量过的空气。通常地，因为机动糊发动机箱体内剤蹄啲空 间，这些織管具有复杂的蜿W^构。
出口管组件必须实现以下的主要功能提供具有最小的干扰流阻(压力损 失)的平滑气流；吸收所有的工况中发动机扭转力矩转动的发动aii动避免
发动机振动传输到车身结构；抵抗在真空下的失稳；维持所有系统连接的密封； 并且 管的柔性以减轻空气过滤器运转的压力。
具有挑战性的是^^f有的这些需粒间保持洽当的平衡，因为很多需求是 相互冲突的。例如，为适应发动t腿动，出口管组件12必须具有柔性，此柔 性由气管的管壁18中的巻绕部分16提供，从而提供一种巻绕管14，巻绕管具 有巻绕部分14a和在其每一侧的一,部分14b。
#^管通常利用注射或吹塑的方法形成。，管通常利用软性材料制成， 例如热塑性弹性体(TPE)，，胶。柔性依赖于巻绕管的参数，例如材料硬度， 管壁厚度，，和长度。巻绕管14的巻绕部分16的特征在于多个被提升的圆 周方向的脊20(见图1B),其允许麟管侧壁18的压縮，拉伸，偏转和扭曲。
因此，巻绕管作为解耦机构用于组装，发动腿动，振动吸收和噪音，振动及 酸濯性(NVH)的控制。
尽，绕管14在吸收发动IHJI动和隔离振动方面十分有效，但巻绕管的
问题是巻绕部分16的内圆周脊20具有很大的表面粗f驗，并且每个脊具有一 个空腔22不利地影响此处的气流.脊20的表面和空腔22产生气流阻力和逆向 湍流空气CF,其与气流F方向相反，因此，ilil，管14的压力损失增加。 这种摩擦阻力在本领域中公知为"摩擦压力损失"。特别地，具有高复巻角度 的巻绕管进一步限制气流，原因是大量的流动紊流。
穿过，管的摩擦压力损^1:部，基于流体的特性，例如流体的密度、 液体的黏度和液体的流速。然而最重要地，巻绕管管壁的表面粗糙度对摩擦压 力损失影响最大。
因为織部分有内部圆周脊，其具有大的表面粗糙度，当气MM徵尧管 时，气流由雌面粗糙度强烈地受影响。表面粗糙度是很多高雷诺数流体在流 体力学中公知的必须规定的特性。事实上，雷诺数(Re)越高，粗糙度的影响 可倉該MM著。粗ftt壁的摩擦系数可以由以下公式计算
其中/为粗糙管壁的摩擦系数，R"樣雷诺数，e 4樣管壁粗糙高度(例 如，在此情况下为巻绕高度)，而d 4拨管直径。等式1表明巻绕部分高度e 越高，管壁粗糙摩擦越大。
对于圆管内的气流，头压力损失可以，为
<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
其中L是管长度，V是管内气流的平均速度。
水平管的压力损失为
<formula>formula see original document page 5</formula> (3)
结合等式2和3,由于管壁粗糙摩擦的压力损失可以导出为
<formula>formula see original document page 5</formula> (4) 由等式4，其表示压力损^E接地与管壁粗f驗擦系数/成正比。因此， 为了减少压力下降，重要的是将管壁粗f，擦系数减到最小。由等式1，减少纖高度会M^管M擦，但^S会与管的柔性需求相冲突。为了吸收发动机
转动并消除来自车身体结构的发动机振动，巻绕管必须具有最小12毫米的巻 绕高度以，足够的柔性。巻绕高度的大小^根据等式1形成很大的摩擦系 数。例如，150就长的機管并具有80毫米的直径和12毫米的巻绕高度， 摩擦系数在200g/s的繊时是0.089。基于^t等式1， 2， 3禾卩4计算，管 壁粗糙摩擦肖隨成0.1KPa的摩擦压力损失。
公知的是传超拨动机的空气越多，发动机就旨,产生更大的动力。穿过 巻绕管的，部分的压力损失意f^i^A发动机的空气较少。因此，发动机动 力输出因巻绕管弓胞的压力损失而减小。
在巻绕管中减少压力损失的一个可选方式是M^，量并且减短巻绕管。 虽然^1>的纖部分育^^1>空，擦阻力，但它仍然具有固有的问题。首先， 比较少的 部分^减少管的吸收发动机振动能力。发动M动可能容易地 被传超ij车身体结构。因此，来自发动机的继振动可能弓跑驾驶者和乘客的 不适。第二，因为巻绕部分较少，每i^^必须承受较多的发动机位置偏移。 因此，较短旋绕管的耐久性总是非常地令人关注。最后，较短巻绕管需要在车 辆组装工厂的更多的组装工作，通常，这种类型的管能引发人机工程学问题， 因为增加了组装费用和时间。
另夕卜一个方式是设计具有駄内部直径的機管。尽管在巻绕管内降低了 压力损失，但大直径巻绕管具有一些限制。作为一般规则，巻绕管必须在发动 机壳体内和其他部fH呆持25毫米的距离，即本领域公知的"动态间隙"，其确 保在发动机转矩转动条件下巻绕管和周围的部件之间没有硬,。因此，巻绕 管的大小和工作路径被限定在当今机动车辆的紧密的发动机部件中。财卜，由 于其标准的设计尺寸发动机节流阀阀体和空气流量传自具有相对小直径。如 果巻绕管直径相对于这些部件过大，气流在流量传感器的出口将承受突然地扩 大而在发动机节流阀阀体的入口将承受突然地收縮。这种气流的突然地扩充和 收缩能引起显著的压力损失。
因此，本领域中保留的要求是机动车辆内 1的將系统，这种系统的出 口空气组4袍括一个能避免其固有的摩擦压力损失的織管。
发明内容
本发明是用于机动车辆内燃机的一种进气系统，其中出口空气组件包括一 ^h^W套管的巻绕管，由itbt绕管进行其必要的NVH控制，以避免伴随传统
#^管固有的摩擦力压力损失。
本发明在巻绕管的管壁内侧提供一个套管衬套。套管衬套提供从中i!31的 层流，由此气流避免和巻绕的脊和腔之间的任何交互作用，而皿一步提供管 的柔性。套管衬套具有从一端到另一端的平滑、连续的平坦内表面("平滑， 连续的平坦内表面"意为内表面没有巻绕、中断或其他不规则的外形)以给一 致的气流提供较小的压力损失，而且同时，套管衬套具有足够的柔性以保持巻 绕管相应发动t腿动的性能，例如压缩、延长、扭转、错位等。
套管衬套^m糊柔软(也就縣性)材糊鹏，鋼半刚性的，或刚 性的材料做成，例如橡胶、热塑性弹性体(TPE)、塑料、聚丙烯等。套管衬套 制造为管状，3131，例如，模制方法、吹塑模制方法、挤出模制方法或任何 其他适当的方法制造。套管衬套被设置为相对于巻绕管的巻绕部分同轴，且至 少是共端的，套管衬套的夕凍面邻接巻绕管的一瞎绕部分，而且是紧连的巻绕 部分的最内径。套管衬套M在套管衬套的一端至捲绕管的附接装置长期地设 置在巻绕管的内部，由此套管衬套相对的自由端可以自由地在巻绕管内滑动以 响应，管的运动。
套管衬套提供一个从一端到另一端具有平滑的、连续的平坦内表面的巻绕 管，优选地是具有不变内径的，由此套管衬套有效地减小了巻绕管1 擦以不
同方式引起的压力损失，同时将气流分离、紊流和涡流最小化。此外，因为套 管衬套具有一个在巻绕管移动时可相对于巻绕管自由滑动的自由端，其能保持
巻绕部分易于弯曲和扭转的性能以响应弓摩的运动和振动。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于机动糊内燃机的进气系统，其 中出口空气组件包括一个带有套管的巻绕管，由此巻绕管进行其必要的NVH 控制，以避免伴P逭传统機管固有的摩擦压力损失。.
本发明的这个目的以及附加的目的、特征和优点将从下面雌实施例的说 明中变得显而易见。
图1是现有J^:中机动^内燃机的进气系统的透视图。 图lA是一^Ht视图，详细表示了现有抜求中进气系统巻绕管的巻绕部分， 如图1中圆1A所示。
图IB简要示出了当类似于图1中的进气系统在运转时，类似于图1A中
显示的巻绕t^绕部分P(跑处的计Ml产生的气流图样。
图2是依照本发明的用于机动糊内舰的进气系繊见图。
图2A是一^it视图，详细标了依照本发明的进气系统，麟绕管的巻
绕部分具有有效地安装的套管衬套，如图2中圆2A所示。
图3简要示出了当类似于图2中的进气系统在运转时，类似于图2A中显
示的放置在巻绕管的巻绕部分套管衬套内径中附近处的计算机产生的气流图样。
图4A是^m本发明的具有套管衬套的直线结构的織管的截面图，其中
套管衬套以第一种形式附到巻绕管上。
图4B是如图4A的截面图，其中当前的纖管沿着箭头E承受扩充展。 图4C是如图4A的截面图，其中当前的^管沿着箭头C承受收縮。 图5A是^M本发明具有套管衬套的直线结构的巻绕管截面图，其中套管
衬套以第二种形式附接到巻绕管上。
图5B是依照本发明具有套管衬套的弯管结构的巻绕管截面图，其中套管
衬套以第1中形式附接到巻绕管上。
具体实施例方式
J赃参考附图，图2到图5B描述了依照本发明的套管衬錢绕管的不同 方面和例子。
如图2和2A所示，^M本发明的套管衬錢绕管100的特征是设置在巻 绕管106的管壁104内侧104a的套管衬套102。机动，内燃机的进气系统 (AIS) 108通常包括具有气流流量传感器组件的空气清洁器，空气清洁器通
过其出口管组件no连接到发动man歧管(未示出)的节流阀阀体，所述的
出口管组件110包括套管衬*#绕管100。
套管衬套102具有平滑的、连续的平坦内表面102a，在其附接端和自由 端102c， 102d之间，其3im^^供空，流F，，以此气 免了#^尧管106 巻绕部分106a的巻绕116的脊112和凹腔114的{對可相互作用，而皿一步地 提供适当的管柔性，原因在于套管衬套只附接到巻绕管的一端，即附接端102c， 而另一端自由端102d，可以在機管辯由向地胸。因此，可以理解，套管衬 套102育巨樹共一致的层流且沿管的压力损失很小，同时，套管衬套只在其一端
附接，以相对于^t滑动，而且以此维持巻绕管的柔性以响应发动机的运动， 例如压縮、延长，弯曲、偏移等，如果套管衬套本身錢性的，巻绕管的柔性 还育腿一步提高。
套管衬套102优选由柔软(，性)材料组成，例如橡胶、热塑性弹性体 (TPE)等，或由刚性的或半刚性的材料组成，例如塑料職丙烯等。套管衬 套102具有管状结构，并且，例如，可以fflii注辦難U、吹塑模制、挤出模制 或倒可其鹏当的方法制成。
套管衬套102与機管106的機部分106同轴地，并至少共终端地布置 (也即，至少要和纖部分106长度相同)，其中套管衬套的外表面102b在巻 绕管管壁的一啳绕部分106b邻接于其内侧104a,并且邻接于巻绕116的最内 径116ID。 ^JiJ4，套管衬套延长舰纖部分的两端以使套管衬套邻接第一 和第二一微部分，甚至機管在操作中被扩大时。
套管衬套102通过将在套管衬套附接端102c附接到機管細啳绕部分 的附^S而长期地布置在管106的内部，而另一端，自由端102d肯,在巻 绕管内自由地滑动。ifciMfe，附接端^±^亍气 点。
也械其他可能性，将套管衬套的附接端102c附接在巻绕管的非巻绕部 分，例如ail夹具，两傾雌的附接方式130， 132分别地显示在图4A到4C 和图5A及5B中。
参照图4A，巻绕管106'具有管壁104',管壁104'包Jg^部分106a'和第 —M二—捲部分1061b， 1062b,分别iffi于巻绕部分的任意一侧。巻绕部分 116'结构的尺寸和縫由应用纖管106对NVH适当的控制来确定。
套管衬套102'提供具有平滑的、连续的、平坦内表面102a'的巻绕管106'， 该内表面在其具有的附接端和自由端102c'， 102d'之间，作为 的实施例， 恒定的内部直径，跨越巻绕部分106a，，由此套管衬套有效地减少巻绕管壁摩 擦以其他方式致的压力损失，并且同时最小化M免气流分离、湍流和涡流。
織管106'^^已知的方法伟隨，且套管衬套102可M:樹可适当的方法 制成，例如舰注射模制方法、吹塑模制、挤出模制，雌娜柔软(也即柔 性)材料，例如橡胶、热塑性弹性体(IPE)等，或刚'隨半刚性材料，例如 塑料，聚丙烯等。轴向对齐于套管衬套的一个心轴(未显示)设置在巻绕管内， 用于fflil可选的附接方式将其固定。
图4A到4C中，第一附接方式130被用于将套管衬套102'的附接端102c， 固定到巻绕管106'的第一^,部分1061b，。織管和套管衬套，经由心轴， WC置进入一^Nf接夹具(未显示)内，因此烤盘焊接方法能确保在套管衬套 附接端102c产生在套管衬套的附接端和機管的管壁104'的内侧104a'之间的 连接B，在巻绕管的第一非巻绕部分1061b邻接套管衬套的附接端外表面 102b，。现在套管衬套的每个附接端102c，和相对的自由端102d'形成一个封闭 套管口 134a、 134b，，分别对应織管106'的第一和第二与^#^部分1061b，、 1062b'。作为替f^盘焊接的方法，可以用粘性物将套管衬套的附接端粘合到 巻绕管的第一 一,部分。
第一接头138容纳于套管衬套102'的附接端102c，，而一个环形夹具140 密封地将第一一,部分1061b紧固在套管衬套附接端和第一接头上。夹具140 提供箝位，其作为附接方式能代替粘合B。，管106的第二一瞎绕部分1062b 接收第二接头142,因而第二环形夹具144密封地将第二一啳绕部分紧固到第 二接头上，而不影响套管衬套102'自由端102d'的可滑动性。第一接头138可以， 例如，与气流量传麟齢形成AIS，并且第二接头142可以，例如，与节流 阀阀体^，因此气流被指向g箭头F。
由于套管衬套102'具有自由端102d'，所述的自由端在巻绕管移动时能够 相对于巻绕管106'自由地滑动，其能保^^管的柔性和扭鹏巨力，以响应发 动,动和振动，如果套管衬套本身是柔性的，这种能力会被提高。例如第一 个例子，图4B例证了一种情形，其中第二接头142可扩展地移动远离第一接 头138，所述的扩展指向目箭头E的方向。可以看到保持了封闭套管口 134b， 即使套管衬套102怖自由端102d，相对于巻绕管106'的第二^瞎绕部分1062b 滑动。对于第二个例子，图4C例证了一种情形，其中第二接头142向第一配 件138收縮地移动，所述的收縮指向髓箭头C的方向。可以看到封闭套管口 134b被保持，即使套管衬套102'的自由端102d，相对于巻绕管106怖第二非巻 绕部分腕b辭力。
图5A描述了同图4A相同的结构特征，其中类似的部件由与最初相似的 字母-数字指示，除了当前的第二个附接方式132被用于将套管衬套102"的附 接端102c"附接在巻绕管106"的第一一,部分106bl'。巻绕管和套管衬套经 由心轴，被置于一个环,具(未显示)中，由此靴的TPE、橡胶麟似地
适当材料注入模具形成一个环状体R，其提供相对于套管衬套的附接端102c" 和巻绕管的管壁104的接合B'。
图5B描述了一个与图5A类似的结构，只包括作为第二附接方式132的 示例，其中类似的部件M31与之前糊以字母-数字指示，除了当前的巻绕管106'" 和套管衬套102"'构造为弯管结构。可以 <顿形状的结构都可以应用到本 发明的实际使用中。
CFD仿真模拟已经被用来分析进气系统的套管衬套的效果，并将在接下 来讨论。
公知的是气流被分^7层流(平滑的流动)或涡流(不平的或混乱的流动)。 层流移动空气耗费^4、的能源，意糖 >的压力损失。巻绕管具有引起涡流 和压力损失的内圆周脊，原因在于其粗糙的表面(如Jd^参考图1B的讨论)。
图3描述了依照本发明用于进气系统的巻绕管套管衬套内的气流。结果显 示，在巻绕管中引入套管衬套不但减少了压力损失而且调节了下游气流。CFD 模拟显示进气系统的压力损失由于套管衬套在200g/s明确地减少了 6%。套 管衬套能改善气流运动并M^压力损失。套管衬套提供非常小的摩擦阻力且不 扰乱气流。
若没有套管衬套，徵部分产生紊乱而且限制气流，如图1B所示，其中 紊乱的层具有随机的速度矢量并且一些紊乱层中的速度矢量摩擦于，或对立 于，3tn气流。此外，被P艮制于巻绕部分的气流保持旋涡流而消耗流动能量。 涡流干扰主流气流而妨碍气流移动。因此，它耗费较多的能量在旋绕管中流动 气流。这种客砂卜肖遣转^压力损失。
对照于本发明，套管衬套减少了旋绕管中气流内在摩擦所引起的压力损 失。套管衬套的作用在于最小化内表面的粗糙度。没有将能量浪费在气流涡流 上。如图3所示，所有的气^^量F'術旨附瞷的方向。若具有套管衬套,
气流由许多层流所组成。没有明显的气流干扰。反过来，降低了气流的摩擦压 力损失。
实际的气流测试进一步确认了套管衬套的优点。手工制作的套管衬套被安 装在进气系统的一个巻绕管内。巻绕管内带有套管衬套的进气系统的压力损失 在200g / s比没有套管衬套的^管低大约5%0
本领域的技术人员可以根据本发明上述的，实施例进行改变或修正。实 施这种改变或修正并未偏离本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求 限定。
权利要求
1.一种具有套管衬套的卷绕管，包括卷绕管，包括卷绕部分和一对非卷绕部分，其中所述的一对非卷绕部分的一个非卷绕部分分别地设置在所述的卷绕部分的每侧；套管衬套设置在所述卷绕管内且跨越所述的卷绕部分，所述的套管衬套具有附接端和相对的自由端；以及所述套管衬套的附接装置在其附接端上附接到所述卷绕管的非卷绕部分；其中所述套管衬套的所述自由端可以自由地在所述卷绕管中滑动以响应所述卷绕管的运动；以及其中所述套管衬套的所述的自由端和附接端各自形成相对于所述卷绕管的每个所述非卷绕部分的各自密闭套管口。
2. 如权利要求1所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的巻 绕管和所述的套管衬套是具有柔性的。
3. 如权利要求1所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的套 管衬餘其所述的附接端和自由端之间具有平滑的、连续的平坦内表面。
4. 如权利要求3所述的具有套管衬套的，管，其特征在于，所述的巻 绕管和所述的套管衬套是具有柔性的。
5. 如权利要求3所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的附 接装置包括结合。
6. 如权利要求5所述的具有套管衬套的機管，其特征在于，所述的巻 绕管和所述的套管衬套是具有柔性的。
7. 如权利要求5所述的具有套管衬套的機管，其特征在于，所述的结
8. 日如权利要求7所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的巻 绕管和所述的套管衬套是具有柔性的。
9. 如权利要求5所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的结 合包括包覆模制。
10. 如权禾腰求9所述的具有套管衬套的麟管，其特征在于，所述的巻 绕管和所^&套管衬套是具有柔性的。
11. 如权利要求3所述的具有套管衬套的纖管，其特征在于，所述的附 ,置包括夹具。
12. 如权利要求11所述的具有套管衬套的巻绕管，其特征在于，所述的 巻绕管和所述的套管衬套是具有柔性的。
13. —种进气系统，包括 空气清洁器；以及被连接到所述空气清洁器的空气清洁器出口管组件，所述出口管组件包括巻绕管，包括巻绕部分和一对3瞎绕部分，其中所述的一对一瞎绕部分的 一个与瞎绕部分分别地^fi在所述巻绕部分的敏lj:套管衬套设置在所述巻绕管内且i^^ 述的巻绕部分，所述的套管衬套具 有附接端和相对的自由端；以及所述套管衬套的附接體在其附接端上附接到戶;M巻绕管的一離部分；其中所述套管衬套的所述自由端可以自由地在所述巻绕管中滑动以响应所 述，管的运动；以及其中所述套管衬套的所述自由端和附接端^分另哋形成一个相对于所述 巻尧管的所述3瞎绕部分的密闭套管口。
14. 如权利要求13所述的进气系统，辦征在于，所述的套管衬*￡其 所述的附接端和自由端之间具有平滑的、连续的平坦内表面。
15. 如权利要求14所述的进气系统，辦征在于，戶服的巻绕管和所述 的套管衬套是具有柔性的。
16. 如权利要求14所述的鹏系统，其特征在于，还包括 被所述的套管衬套的所述附接端密闭地接收的所述空气清洁器的第--接头；以及鄉; 述巻绕管的一瞎绕部分密闭地接收的第二接头，^^ 述套管衬套的所述的自由端分别地与之形成所述的密闭套管口 。
17. 如权利要求16所述的酌系统，其特征在于，所述的巻绕管和所述 的套管衬套是具有柔性的。
全文摘要
本发明涉及一种用于卷绕管的柔性套管衬套以及一种进气系统，其中出口空气组件包括具有套管衬套的卷绕管。套管衬套设置在卷绕管内且跨越卷绕部分，其中套管衬套的附接端被附接到卷绕管的非卷绕部分，其中自由端可以自由地在所述卷绕管中滑动，并且其中套管衬套的自由端和套管衬套的附接端各自作为密闭套管口，由此气流成层状地通过而不必考虑卷绕。
文档编号F16L11/11GK101100966SQ20071013880
公开日2008年1月9日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者J·黄, L·李, T·W·奥斯坦 申请人:通用汽车环球科技运作公司