專利名稱：柴油發(fā)動機的渦輪增壓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種專用于兩沖程柴油發(fā)動機的渦輪增壓裝置，該裝置包括至少一個渦輪增壓器，該渦輪增壓器由來自發(fā)動動的廢氣驅動，用以將增壓的廢氣供給發(fā)動機；至少一個位于至少一個渦輪增壓器下游的內冷卻器，用以降低廢氣的溫度；和至少一個輔助的鼓風機，該鼓風機設計成離心式鼓風機，用于在操作期間，載荷降到預定值時將附加的廢氣和廢氣壓供給發(fā)動機。
在內冷卻器的通道上冷卻空氣時，增壓后的廢氣中的自然的濕氣將會或多或少地冷凝下來。
這些冷凝的水在與廢氣一起進入發(fā)動機氣缸時將會對氣缸套和活塞環(huán)帶來巨大的損害。
從專利文獻DE 199 11 252可以知道，采用一種水分離器來除去兩沖程柴油發(fā)動機的增壓和冷卻的廢氣流中的水滴。
這種已知的水分離器主要包括一個旋流部分，該部分具有下排放腔，用來在廢氣通過時，獲取和釋放旋流部分的彎曲的內表面上的水滴。這種水分離器效果很好，但渦輪增壓裝置的結構復雜，因此增加了制造相應發(fā)動機的成本。
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種上述類型的渦輪增壓裝置，該裝置結構簡單、價格便宜。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種上述類型的渦輪增壓裝置，該裝置設置成主要采用已形成該裝置的發(fā)動機零件。
本發(fā)明的第三個目的在于提供一種上述類型的渦輪增壓裝置，它能比已知方法更有效地除去供到如兩沖程柴油發(fā)動機的增壓和冷卻的廢氣中的冷凝水。
按照本發(fā)明的新穎和獨特的特征，至少一個離心式鼓風機的入口連到至少一個內冷卻器的出口，而鼓風機自己的出口連到作為發(fā)動機一部分的廢氣容器中。
一種渦輪增壓裝置通常包括至少一個由發(fā)動機的廢氣通過渦輪驅動的渦輪增壓器，和至少一個內冷卻器，用來使增壓廢氣的溫度冷卻到合適的溫度。
另外，該渦輪增壓裝置通常包括一個或多個離心式輔助的鼓風機，插入它們是用來補償加到發(fā)動機上的渦輪增壓效果的降低。
然后，這些離心式鼓風機并連到一定數(shù)量的單向閥上，這些單向閥安置成具有足夠大的流動區(qū)，以允許渦輪增壓器在全功率、重載荷上工作，同時在此期間離心式鼓風機不工作。
按照本發(fā)明，這些離心式鼓風機還用作水分離器，在重載荷和輪載上的廢氣在操作時受迫流過這些風機的整個容積。
因此，可以得到一個很大的優(yōu)點，即對傳統(tǒng)上采用的水分離器和單向閥來說，節(jié)省了成本。
另外，離心式鼓風機比上述傳統(tǒng)的水分離器更能從加壓和冷卻的廢氣中除去冷凝的水。
這主要是由于下列事實與旋流裝置不同，離心式鼓風機具有轉動的風輪，該風輪產生了有效的離心力，該離心力使廢氣中的冷凝水離開廢氣并將其推到鼓風機的彎曲的內表面上，于是水從鼓風機中出來，同時干燥的廢氣進入發(fā)動機的氣缸。
為了促進這項有益的效果，每個風輪在操作期間總是在轉動，在預設的低載荷量級以下由一個電動機驅動，而在這個量級以上，內燃機/渦輪增壓器的廢氣壓足夠高，則由內燃機/渦輪增壓器產生的氣流帶動。
如前所述，本發(fā)明基于這樣一個概念所有的廢氣在任何時候必須通過用作輔助鼓風機的離心式鼓風機，或者換句話說，這些離心式鼓風機必須設置成有效地允許比傳統(tǒng)的要多的廢氣通過。
因此，采用的離心式鼓風機的尺寸與傳統(tǒng)上采用的這種渦輪增壓裝置的輔助鼓風機的不同，由此能滿足通常要求，即一個具有小的流動區(qū)域的鼓風機能在全載荷時提供約50米/秒的廢氣的最大流速。
按照本發(fā)明，該離心式鼓風機能以多種方式安置，例如它們具有水平的、垂直的或傾斜的轉動軸。
在一個有利的實施例中，每個離心式鼓風機安置成具有至少一個水平軸。
按照本發(fā)明，在每個離心式鼓風機罩的底部可設計一個排放腔，上述腔具有指向與廢氣流方向相反方向的裂口，用來將分離的冷凝水導入腔中，還具有一個出口，用來將獲取的冷凝水導出該腔。
分離的冷凝水將沿著鼓風機罩的彎曲壁傾斜地流向鼓風機的出口，在此期間通過裂口的水流入排放腔，如上所述，該裂口指向氣流的相反方向。
為了確保通過排放腔獲取的冷凝水從鼓風機中除去，可沿從排放腔延伸的一個區(qū)域放置穿孔板，該穿孔板在離鼓風機彎曲外壁的一定距離上向上延伸或貼靠鼓風機出口，上述穿孔板與外壁一起限定了一個進入排放腔的排放通道。
在通過的氣流的干擾下，尚未被排放腔獲取的冷凝水通過穿孔板上的孔進入排放通道，此后在重力作用下沿該通道向下流入下方的排放腔中。
為了防止在排放通道中產生相反方向的氣流，這種氣流會影響作用在冷凝水上的重力，在排放通道上最好設計流動阻力裝置，該裝置作為例子可以是插在該通道中的絲網(wǎng)。
另外，在兩個排放通道之間可設有一個隔板，來將排放腔分成第一部分和第二部分，來自指向氣流方向相反方向的裂口的冷凝水流過第一部分，指向流動方向的沒有通過裂口流出的冷凝水從第二部分流出。通過使分離的冷凝水通過它們自己的出口流出相應的排放腔，該相反方向的冷凝水流可有效地在排放腔中分開，氣流不會對作用在冷凝水上的重力產生負面影響。
顯然，本發(fā)明的渦輪增壓裝置能有效地從增壓和冷卻的廢氣中除去冷凝的水，這些廢氣作為例子是供到工作中的兩沖程柴油發(fā)動機上的。
另外，當在離心式鼓風機入口和內冷卻器的出口之間插入一個單獨的水分離器時，可以獲得附加的安全性，即可防止與廢氣一起的冷凝水進入相應發(fā)動機的氣缸。
下面參照附圖描述示例性的實施例，來更詳細地說明本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明渦輪增壓裝置的示意性的端視圖；圖2是圖1中渦輪增壓裝置細節(jié)的側視圖；圖3是圖1和2中的渦輪增壓裝置的第一個實施例的示圖；圖4是圖1和2中的渦輪增壓裝置的第二個實施例的示圖；圖5是圖3和4中的裝置的離心式鼓風機的剖視圖，和圖6是圖5中鼓風機的彎曲壁的放大的部分視圖。
下面是一個例子，假定本發(fā)明的渦輪增壓裝置用于兩沖程柴油發(fā)動機上。
圖1中所示的渦輪增壓裝置主要依次包括一定數(shù)量的渦輪增壓器1，它們由來自兩沖程柴油發(fā)動機的廢氣驅動并用來對供到發(fā)動機氣缸(未示出)的廢氣增壓；一定數(shù)量的內冷卻器2，它們用于降低廢氣的溫度；一定數(shù)量的接受器3，它們用于將內冷卻器2連到一個或多個離心式鼓風機4上，在操作期間來自渦輪增壓器1的廢氣通過，用于通過降低發(fā)動載荷將附加的廢氣和廢氣壓力供給發(fā)動機；和一個廢氣容器5，它設置成包含一定壓力下的廢氣容積，并連接到發(fā)動機的氣缸上。
圖2是圖1中的渦輪增壓裝置的一部分的側視圖。如圖所示，在此情況下的裝置包括兩個接受器3，每個都連接到兩臺離心式鼓風機4上，然后再連接到廢氣容器5上。
在圖3中示意性地示出了圖1和2中的渦輪增壓裝置的第一個實施例。
在圖示的情況下，具有兩個相互獨立的輔助鼓風機，它們能將廢氣供給發(fā)動機。因此可得到很大的操作可靠性，這些裝置中的一個能在第二個或多或少地不能正常工作時仍能保持發(fā)動機運轉。
在操作期間，渦輪增壓器1產生增壓的廢氣，這些廢氣通過氣管6供到內冷卻器2。兩個氣管6相互連接到配置管7上，這樣，即使一個輔助鼓風機不能工作也能使系統(tǒng)起作用。氣體配置管7還可放在內冷卻器2后方，此時廢氣已經(jīng)過冷卻了。
離心式鼓風機4的入口9通過兩根另外的氣管8連到內冷卻器8的出口10上，一個如蝶閥11那樣的閥插在兩根氣管8的每根上，如果一個鼓風機不能工作，該閥可用來關閉該風機的相應部分中的廢氣循環(huán)。
在內冷卻器2的通道中冷卻的增壓的廢氣通過兩根氣管8流入離心式鼓風機，于是在鼓風機強力轉動下，廢氣從離心式鼓風機導向其出口12。
廢氣通過兩根附加的氣管13最終導向廢氣容器5，于是該容器充裝了合適容量的增壓的、冷卻的廢氣，這些廢氣在發(fā)動機起動和工作時供給兩沖程柴油發(fā)動機的氣缸(未示出)。
在渦輪增壓器1中的增壓的廢氣中含有的自然的濕氣，在通過內冷卻器的廢氣通道期間至少一部分冷凝下來。
但該冷凝的水必須不到達發(fā)動機的氣缸，因為它將損壞氣缸套和活塞環(huán)等構件。按照本發(fā)明，該冷凝的水在廢氣通路中被除去了，廢氣通過兩個離心式鼓風機的每一個時設有一個排放腔24，來自排放腔24的獲取的冷凝水通過水管16a釋放出去，下面將詳細描述這項重要的功能。
圖4是圖3所示的渦輪增壓裝置的另一實施例的示意性示圖。同樣的部件采用同樣的參照數(shù)字。
在這種情況下，單獨的水分離器14插在兩根管8的每一根上，該分離器設計成已知方式的旋流部分。在增壓的、冷卻的廢氣通過該部分時，氣體中的冷凝水受到離心力的影響，使冷凝水拋到旋流部分的彎曲的壁上，在該壁上的水由安置在旋流部分下部的第二排放腔15獲取，獲取的水從該排放腔通過第二水管16b排出水分離器14。
圖4中的單獨的水分離器14增加了用渦輪增壓裝置產生的增壓、冷卻的廢氣來供給發(fā)動機時除去冷凝水的可靠性。
然而，主要效果是由本發(fā)明的圖3的第一個實施例和圖4的第二個實施例的離心式鼓風機4來獲得的，下面將參照圖5和6來詳細描述這一點。
圖5是離心式鼓風機4的剖視圖，該鼓風機主要包括一個鼓風機罩17，一個風輪18，一根軸19，軸上具有一定數(shù)量的向后彎曲的葉片20。在操作期間，風輪在箭頭所示方向上轉動。
該風輪具有入口9和出口12，進入入口9的氣體在風輪18轉動時快速轉動，并由如漸開線形狀的彎曲的壁23引導到出口12。
在圖示的情況下，該離心式鼓風機具有水平的轉動軸。在罩的底部設置了一個排放腔，在該腔的上部區(qū)域，一塊穿孔板25放置在離彎曲壁23相當短的距離上，上述板設計成具有多個孔26并向上延伸或升到貼靠鼓風機罩的出口12。
鼓風機罩的穿孔板25和彎曲壁23確定了一個排放通道27。在該通道中，插入了一個如圖6中局部視圖示出的放大的網(wǎng)28。
排放腔24由隔板29分成第一和第二部分30和31。第一部分30通過裂口30與鼓風機罩17的內部連通，該裂口指向鼓風機罩的主流方向，還有一塊擋板33放置在離裂口32一段距離的位置。排放通道27通向第二部分31。
在排放腔24的兩部分中分別具有第一和第二出口34和35，如箭頭所示，它們將獲取的冷凝水導出腔外。
正如圖中所示，這種渦輪增壓裝置設計成使所有的廢氣在任何時間上均被迫通過離心式鼓風機4，每個鼓風機連到一個電動機上(圖5中未示出)或類似的機器上，該機器安置成由鼓風機在正?；蛉d時驅動，并在預定的降低的主發(fā)動機載荷時驅動鼓風機。另外，每個離心式鼓風機可通過一個用來分別進行連接和脫開的連接裝置連接到它的發(fā)動機上。
這個結構導致下列事實在預定的輕載荷時的離心式鼓風機實際能象輔助鼓風機一樣工作，用來為發(fā)動機提供附加的廢氣和廢氣壓，而在重載荷時的風輪由渦輪增壓器產生的廢氣被動地轉動。
因此，該鼓風機輪在工作期間和在有效地將圖5中所示的含有水滴的廢氣推向鼓風機罩17的彎曲壁時均可在至少為500轉/分鐘的轉速上轉動。
水滴36打擊彎曲壁23、25，其速度分量指向鼓風機罩的出口，并同時受到穿過鼓風機的廢氣流作用在相同的方向上向前驅動。
在此期間，部分冷凝的水沿鼓風機罩17的彎曲壁23、25流向鼓風機罩的出口，通過裂口32進入排放腔24的第一部分30，在該腔中由擋板33向下引導，通過排放腔的第一出口34流出鼓風機。
沒有被排放腔的第一部分獲取的冷凝水繼續(xù)流向鼓風機罩的出口，但在穿孔板25上流動。在此期間，受到離心力的冷凝水和廢氣通過穿孔板的孔26進入排放通道27，該通道引導已獲取的冷凝水向下，流到下方的排放腔的第二部分31中，然后再通過第二出口35流出。
安置在鼓風機罩彎曲壁23的起始位置的第二排放通道37用來獲取冷凝水，在這一點上，冷凝水向下流到彎曲壁上。已獲取的冷凝水向下流到側壁上，再流到罩的彎曲壁23、25上，再以上面指出的方式排出鼓風機罩。
圖4的渦輪增壓裝置的更具體的結構示在圖1中，其中中間腔3起到與具有出口16b的水分離器相應的旋流部分的作用。另外，還示出了離心式鼓風機的兩個出口34和35。
權利要求
1.一種專用于兩沖程柴油發(fā)動機的渦輪增壓裝置，包括至少一個渦輪增壓器(1)，該渦輪增壓器由來自發(fā)動機的廢氣驅動，用來將增壓的廢氣供給發(fā)動機，至少一個內冷卻器(2)，該內冷卻器位于至少一個渦輪增壓器(1)的下游，用來降低廢氣的溫度；和至少一個輔助的鼓風機(4)，該鼓風機設計成離心式鼓風機，用來在操作時載荷降到一預定值時將附加的廢氣和廢氣壓供給發(fā)動機，其特征在于離心式鼓風機(4)的入口連到至少一個內冷卻器(2)的出口上，而鼓風機的自己的出口(12)連到發(fā)動機的一個廢氣容器(5)上。
2.按照權利要求1的渦輪增壓裝置，其特征在于一個排放腔(24)具有至少一個入口(32)，用于引導通過離心式鼓風機(4)流動的、冷卻的廢氣中分離的冷凝水流入排放腔(24)；和至少一個出口(34，35)，用于引導已獲取的冷凝水流出排放腔，該出口設計成位于至少一個離心式鼓風機(4)的鼓風機罩(17)的下部區(qū)域。
3.按照權利要求2的渦輪增壓裝置，其特征在于該至少一個離心式鼓風機(4)的風輪(18)具有水平的轉動軸。
4.按照權利要求2或3的渦輪增壓裝置，其特征在于用于將冷凝水引導到至少一個離心式鼓風機的排放腔(24)的至少一個入口(32)包括至少一個裂口形式的孔(32)，該孔指向離心式鼓風機(4)的主流方向。
5.如權利要求2、3或4的渦輪增壓裝置，其特征在于一個穿孔板(25)放置在離至少一個離心式鼓風機(4)的彎曲外壁(23)一定距離的位置上，該穿孔板離開該離心式鼓風機(4)的排放腔(24)延伸到或向上貼靠出口(12)，上述板與外壁(23)一起確定一個進入排放腔(24)的排放通道(27)。
6.根據(jù)權利要求5的渦輪增壓裝置，其特征在于排放通道(27)設計成具有至少一個流動阻力裝置(28)。
7.按照權利要求6的渦輪增壓裝置，其特征在于排放通道(27)的流動阻力由插在排放通道中的網(wǎng)(28)構成。
8.按照權利要求5、6或7的渦輪增壓裝置，其特征在于一塊隔板(29)插在排放腔(24)中，將排放腔(24)分為第一部分(30)和第二部分(31)，第一部分具有它的至少一個指向裂口形開口(32)方向的流動方向，第二部分具有位于排放腔(24)中的排放通道(17)的出口，這兩個部分(30，31)中的每一個都具有至少一個出口(34，35)，用于將獲取的冷凝水導出相應的部分。
9.按照權利要求1-8中任何一個的渦輪增壓裝置，其特征在于至少一個離心式鼓風機(4)的入口(9)和至少一個內冷卻器的出口(12)之間的連接是通過插入一個單獨的水分離器進行的。
10.按照權利要求1-9中任何一個的渦輪增壓裝置，其特征在于至少一個離心式鼓風機(4)連到一個電動機上，該電動機設置成在發(fā)動機的預定載荷降低時轉動離心式鼓風機，在載荷較小降低時由離心式鼓風機來轉動。
全文摘要
一種專用于兩沖程柴油發(fā)動機的渦輪增壓裝置包括一個由來自發(fā)動機的廢氣驅動的至少一個渦輪增壓器(1)，用于將增壓的廢氣供給發(fā)動機；至少一個位于渦輪增壓器下游的、用于降低廢氣溫度的氣體冷卻器(2)，和至少一個輔助鼓風機(4)，該鼓風機用于在操作時載荷降低到一預定值時將附加的廢氣和廢氣壓供給發(fā)動機。該至少一個離心式鼓風機(4)的入口連到至少一個內冷卻器(2)的出口上，而它的出口連到發(fā)動機的廢氣容器(5)上。該渦輪增壓裝置利用已形成該裝置一部分的離心式鼓風機，因此結構簡單而便宜，并能在工作時從將供到柴油發(fā)動機的增壓和冷卻的廢氣中有效地除去冷凝水。
文檔編號F04D29/70GK1518636SQ02812354
公開日2004年8月4日 申請日期2002年6月15日 優(yōu)先權日2001年6月22日
發(fā)明者尼爾斯·謝姆特拉普, 尼爾斯 謝姆特拉普, B 索恩, 彼得·B·索恩 申請人:曼B與W狄賽爾公司