活塞式內燃發動機的製作方法

2023-05-02 15:35:56 3

專利名稱：活塞式內燃發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種活塞式內燃發動機，特別是涉及一種二衝程大型柴油發動機，其具有至少一個氣缸，在氣缸的後面設置一個排氣總管而在氣缸的前面設置一個增壓空氣存儲器並且具有至少一個廢氣渦輪增壓器，其渦輪可以由排氣總管供給廢氣並且其壓氣機供給增壓空氣存儲器以增壓空氣，一個增壓空氣冷卻器設置在增壓空氣存儲器的前面，其中設置一個用於廢氣再循環的裝置，該廢氣可以相對於壓氣機在壓力側混合到增壓空氣中。
背景技術：
通過廢氣的一部分的再循環能夠減少NOx的排出量，這是所期望的。相對於廢氣渦輪增壓器的壓氣機，廢氣與增壓空氣在壓力側的混合具有這樣的優點，即壓氣機和與其一起的整個廢氣渦輪增壓器可以比較小。此外，藉此確保敏感的壓氣機葉輪不與廢氣發生接觸。
在由US-A-5 611 204已知的開頭所述類型的設備中，為了使廢氣與增壓空氣混合，在增壓空氣冷卻器的後面設置一個噴射器裝置。然而在增壓空氣冷卻器後面的區域中，增壓空氣還只具有比較小的動壓力。為了實現廢氣與增壓空氣的混合，在此，噴射器裝置必須對增壓空氣進行強烈的加速，這導致能量損失。因此可達到混合率向上是大大受限制的。

發明內容
由此出發，因此本發明的目的是，用簡單而低成本的方式改進開頭所述類型的設備，使其不僅可以達到高的混合率，而且還能完全或在相當大程度上防止能量損失。
按照本發明，這個目的在一種相關類型的配置中這樣來達到，即將廢氣與增壓空氣的混合設定在增壓空氣冷卻器的上遊。
在增壓空氣冷卻器的上遊增壓空氣以較高的速度進行螺旋形運動。因此出現較高的增壓空氣的動壓力。相反，靜壓力較小。另一方面在排氣總管中僅存在靜壓力。因此產生一個足夠大的壓力降，以便沒有多大的附加支持就能夠混合較多的廢氣，由此，可以充分實現開頭所述的基本優點並且仍然保持結構上的較少費用。因此利用按照本發明的措施可以避免已知設置開頭所述的缺點而保留其優點。因此獲得特別好的經濟性。
上述措施的有利的實施形式和合乎目的的進一步構成說明於諸從屬權利要求中。這樣，廢氣與增壓空氣的混合合乎目的地至少部分地設置在壓氣機的出氣殼體的區域。增壓空氣的動壓力在那裡是最高的。
在這種情況下建議，通過一個環形的筋條連接抽氣接管與廢氣渦輪增壓器的壓氣機的出氣殼體。以這種方式得到一個環形室，其可以用作可供以廢氣的、與出氣殼體的內腔連通的集氣室。在這種情況下集氣室與出氣殼體內腔之間的連通可簡單地通過穿過共同的壁的孔來實現。這樣的措施因此可以用有利的方式將混合裝置一體結合於壓氣機殼體中。因此得到一個最簡單的、低成本的和緊湊的裝置，其實際上可以不設置附加的部件。
按照另一實施形式，可以設置一個周圍嵌接壓氣機抽氣接管的、可連接於再循環管道的環形管道，該環形管道通過由其分出的短管在出氣殼體壁部分上設置有混合口。在該實施形式中可以不用出氣殼體與進氣管之間的筋條，這常常是符合要求的。
另一可附加使用或替換使用的可能性可能在於，將廢氣與增壓空氣的混合至少部分地設置在從壓氣機的出氣殼體通向增壓空氣冷卻器的一個增壓空氣管道的部分中。只要其包括一個擴散器，則混合將合乎目地在擴散器的上遊實現。所述的措施使混合裝置形成良好的可接近性並因此能夠以有利的方式實現一種簡單的附加配置。
另一合乎目的的措施可能在於，在可供以廢氣的再循環管道的區域中設置一個調節裝置。以這種方式能夠調節出所要求的混合率。
另一有利的措施可能在於，將增壓空氣冷卻器設計成設有用於噴入冷卻劑的噴嘴的直接冷卻器。其以有利的方式可特別防止內部的汙染，從而廢氣的供給和因此在增壓空氣冷卻器的上遊進行廢氣與增壓空氣的混合是完全沒有問題的。
上述措施的其他有利的實施形式和合乎目的的進一步構成說明於其餘的從屬權利要求中並且由以下藉助於附圖的實例描述可更詳細地得知。


在以下描述的附圖中圖1為一二衝程大型柴油發動機具有通向廢氣渦輪增壓器的壓氣機的再循環管道的示意圖；圖2為一個具有一體結合於壓氣機殼體中的混合裝置的實施形式之剖面；圖3為圖2的一個變型；圖4為一按照本發明的二衝程大型柴油發動機具有通入增壓空氣管道的再循環管道的示意圖；以及圖5為按照圖4的裝置的供給裝置的剖面。
具體實施例方式
本發明的主要應用領域是柴油發動機，特別是二衝程大型柴油發動機，如船用發動機。這種發動機的基本結構和工作方式是已知的，因此在這方面不再需要更詳細地說明。
在圖1和4中示出了一種二衝程大型柴油發動機的一個氣缸1，活塞2容納於其中，活塞2限定一個燃燒室3。在氣缸蓋的區域設置一個通過閥4可控制的廢氣出口5，其通過一個排氣接管6與一個排氣總管7相連接。上述發動機的全部氣缸1或至少一組氣缸1均配置到該排氣總管7上。
通過在氣缸套區域設置的可由活塞控制的掃氣口8向燃燒室3供以增壓空氣。掃氣口8與一個環形室連通，該環形室通過一根供氣接管9與一個增壓空氣存儲器10相連接。該增壓空氣存儲器10同排氣總管7一樣在上述發動機的全部或至少一組氣缸1上延伸。增壓空氣存儲器10通過一個增壓空氣管道11與廢氣渦輪增壓器13的壓氣機12的出口相連接，渦輪14可供以廢氣並且為此藉助於一根排氣管15與排氣總管7相連接。
一個增壓空氣冷卻器16設置在增壓空氣管道11中，通過該冷卻器16冷卻利用壓氣機壓縮的增壓空氣。增壓空氣冷卻器16可以設計成空氣/水熱交換器。在所示的實例中以有利的方式將其設計成直接冷卻器，其設有可供以水的噴嘴17以便噴入冷卻水。噴嘴17的供水沒有更詳細地示出。
為了降低NOx的排出量，一部分廢氣被再循環，亦即將一部分廢氣混合到供給掃氣口8的增壓空氣中。為此設置一根由排氣總管7或如所示實例中由排氣管15分支出的再循環管道18。其設有一個設計成可調節的單向閥的調節裝置19。通過調節裝置19的操作可以調節通過再循環管道18的容積流量並從而調節混合率，因而始終可以達到最佳的情況。廢氣與增壓空氣的混合在本發明的全部實施形式中相對於壓氣機12在壓力側實現，亦即在壓氣機12的葉輪的下遊和增壓空氣冷卻器16的上遊實現。
在按圖1的裝置中用實線表示的再循環管道18直接通向壓氣機12。由圖2和3可知，壓氣機12具有一個按傳動方式與渦輪14相連的葉輪20、一個在葉輪20前面設置的安裝於未更詳細示出的消音器的抽氣接管21以及一個在葉輪20後面設置的周圍嵌接抽氣接管21的螺旋形出氣殼體22，其周圍嵌接抽氣接管21。
在根據圖2的實例中，廢氣與增壓空氣混合用的裝置一體結合於壓氣機12中。出氣殼體22在這種情況下通過一個環形筋條23支承到中心的抽氣接管21上。以這種方式得到一個封閉的環形室24。環形室24連接於再循環管道18並且通過優選構成為孔的、在出氣殼體22的限定該環形室的壁部分上的混合口25與在出氣殼體22的內部延伸的氣流通道相連接。因此環形室24用作可進入廢氣的、歸屬於出氣殼體22的環形集氣室。再循環管道18的接頭合乎目的地設置在筋條23的部分中。在所示實例中筋條23設有連接管26，再循環管道18凸緣連接於該連接管26上。
在根據圖3的實例中，設置一個周圍嵌接抽氣接管21、接近出氣殼體22的環形管道33，其連接於再循環管道18，在所示實例中，所述環形管道33設有一個連接管34，再循環管道18凸緣連接於該連接管34。在該實施形式中出氣殼體22同樣設有混合口25。其位於出氣殼體22的接近環形管道33的壁部分上。混合口25也可以適當地構成為孔，並通過由環形管道33分出的短管35連接於環形管道33。在該實施形式中可以完全或部分地去掉抽氣接管21與出氣殼體22之間的一個筋條。在按圖3的實施形式中只是在圓周的一部分上設置筋條23。
在按照圖4的實施形式中，廢氣與增壓空氣的混合不是直接在壓氣機12的區域實現，而是在增壓空氣管道11的連接於壓氣機12的出氣殼體22上的一部分區域實現。這種情況通常設有一個圖5中所示的通入增壓空氣冷卻器16的擴散器11a。廢氣與增壓空氣的混合合乎目的地在擴散器11a的上遊實現，在那裡增壓空氣實際上具有同樣的動壓力如同在離開壓氣機12的出口殼體22時一樣。
在根據圖5的實施例中，增壓空氣管道11在壓氣機12的出氣殼體22與擴散器11a之間的區域設有一個凸緣連接於出氣殼體22的端部和擴散器11a的入口的接頭27，其具有一跨接出氣殼體22與擴散器11a之間距的管道部分11b，其為了形成混合口28設有徑向孔並且穿過包括優選構成為環形室的集氣室29的箱體30。該箱體30設有一連接管31，混合管道18凸緣連接於該連接管31。雖然，這裡也可以代替環形集氣室29而類似於圖3設置一個環形管道，其通過短管與混合口28相連接。一般，為了實現廢氣的充分混合，增壓空氣的動壓力是足夠用的。在這種情況下管道部分11b可以設計成具有在其全長上保持相同直徑的管段。在所示實例中管道部分11b設有一個配置混合口的收縮部分32，其導致增壓空氣的加速，亦即導致動壓力的提高並因此導致靜壓力的下降。
必要時顯然可以大致根據圖5的方式接連地設置多個裝置，如圖4中用虛線所示的。同樣可以設想，可以大致根據圖2或3的方式直接在壓氣機12的出氣殼體中設置一個或多個這樣與廢氣的混合相組合的裝置。這用虛線示於圖1中。因此，顯然本發明並不限於所示的諸實施例。
權利要求
1.活塞式內燃發動機，特別是二衝程大型柴油發動機，其具有至少一個氣缸(1)，在氣缸的後面設置一個排氣總管(7)而在氣缸的前面設置一個增壓空氣存儲器(10)，並且具有至少一個廢氣渦輪增壓器(13)，其渦輪(14)可以供以廢氣而其壓氣機(12)供給增壓空氣存儲器(10)以增壓空氣，在增壓空氣存儲器的前面設置一增壓空氣冷卻器(16)，其中設置一個用於廢氣再循環的裝置，該廢氣可以相對於壓氣機(12)在壓力側混合到增壓空氣中，其特徵在於，廢氣與增壓空氣的混合設定在增壓空氣冷卻器(16)的上遊。
2.按照權利要求1所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，廢氣與增壓空氣的混合至少部分地設置在壓氣機(12)的出氣殼體(22)的區域中。
3.按照權利要求2所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，在出氣殼體(22)與由其包圍的壓氣機(12)的抽氣接管(21)之間的區域設置一個環形的集氣室(24)，該集氣室(24)設有一個可連接於可供以廢氣的再循環管道(18)的廢氣入口和通入出氣殼體(22)內腔的混合口(25)。
4.按照權利要求3所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，集氣室(24)通過一將出氣殼體(22)與壓氣機(12)的抽氣接管(21)相連接的筋條(23)構成，該筋條(23)包括廢氣入口，並且混合口(25)設計成在出氣殼體(22)的限定集氣室(24)的壁部分上的孔。
5.按照權利要求2所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，設置一接近壓氣機(12)的出氣殼體(22)的、優選周圍嵌接壓氣機側的抽氣接管(21)的環形管道(33)，其可連接於可進入廢氣的再循環管道(18)並且通過由環形管道(33)分出的短管(35)在出氣殼體(22)壁部分上設置有通入出氣殼體(22)內腔的混合口(25)。
6.按照上述權利要求之一項所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，廢氣與增壓空氣的混合至少部分地設置在增壓空氣管道(11)從壓氣機(12)的出氣殼體(22)通向增壓空氣冷卻器(16)的一個管道部分的區域中。
7.按照權利要求6所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，增壓空氣管道(11)設有在增壓空氣冷卻器(16)的前面設置的擴散器(11a)並且廢氣與增壓空氣的混合設置在擴散器(11a)的上遊。
8.按照權利要求6或7所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，一個由可連接於可供以廢氣的再循環管道(18)的、優選構成為環形室的集氣室(29)包圍的增壓空氣管道(11)的管道部分(11b)優選設有設計成孔的混合口(28)。
9.按照權利要求6或7所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，一個設有混合口(28)的增壓空氣管道(11)的管道部分(11b)由一可連接於可供以廢氣的再循環管道(18)之環形管道包圍，該環形管道通過短管與混合口(28)相連接。
10.按照權利要求8或9所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，管道部分(11b)在混合口(28)的區域具有收縮部分(32)。
11.按照上述權利要求之一項所述的活塞式內燃機發動機，其特徵在於，在可供以廢氣的再循環管道(18)的區域設置一個調節裝置(19)。
12.按照上述權利要求之一項所述的活塞式內燃發動機，其特徵在於，增壓空氣冷卻器(16)設計成設有用於噴入冷卻劑的噴嘴(17)的直接冷卻器。
全文摘要
在具有至少一個氣缸(1)的活塞式內燃發動機中,在氣缸(1)的後面設置一根排氣總管(7)而在氣缸(1)的前面設置一個增壓空氣存儲(10),並且具有至少一個廢氣渦輪增壓器(13),其渦輪(14)可供以廢氣而其壓氣機(12)供給增壓空氣存儲器(10)以增壓空氣,在增壓空氣存儲器(10)的前面設置一個增壓空氣冷卻器(16),其中設置一個用於廢氣再循環的裝置,該廢氣可以相對於壓氣機(12)在壓力側混合到增壓空氣中,並通過將廢氣與增壓空氣的混合設定在增壓空氣冷卻器(16)的上遊可以達到高的混合率並在相當大程度上避免功率損失。
文檔編號F02M25/07GK1379172SQ0210830
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月28日 優先權日2001年4月4日
發明者尼爾斯·謝姆特魯普 申請人:曼B與W狄賽爾公司