CN203476492U - 用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型讨论了一种用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置，所述发动机（2）包括具有多个汽缸（4）的发动机组（6）、一个或多个汽缸盖（8）、至少一个排气歧管（12）、至少一个进气歧管、以及两个涡轮增压器（16、18），这两个涡轮增压器串联布置以由发动机的排气旋转并且用于将空气充入发动机的汽缸（4）中，两个涡轮增压器具有排气进口壳体（20、26）、排气出口壳体（22、28）以及压缩机壳体（32、38），其中涡轮增压器定位在发动机（2）的端部处并由公共托架（14）支撑/紧固至公共托架（14），第一涡轮增压器（16）的排气出口壳体（22）借助波纹管（24）附接至第二涡轮增压器的排气进口壳体（26）。

Description

用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置

技术领域

本实用新型涉及用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置。 

在本说明书中，术语“大型发动机”是指可以产生150kW以上单缸功率的这样的内燃发动机。通常，这种大型发动机例如用作船舶或发电厂中的主推进发动机或辅助发动机以产生热和/或电。 

背景技术

在现代发动机中，利用空气对内燃发动机的汽缸进行充气是常用实践。充气提高了发动机的效率并且对排放具有积极影响。大概用于将空气充到汽缸中的最常用的装置是涡轮增压器。涡轮增压器是指由发动机的排气驱动的泵送装置。涡轮增压器围绕在轴承的中心部处布置在该轴承上的轴来设置。轴的两端设置有由外壳围绕的转子。两个外壳都具有进气口和出气口。当涡轮增压器的外壳的进气口紧固至从发动机引出排气的管道时，在轴的一端处，转子-外壳组合称作涡轮。排气使涡轮转子旋转，由此涡轮增压器的轴也旋转。在轴的相反端处，转子-外壳组合称作压缩机。该压缩机的转子通过外壳的进口将空气吸入外壳中，并且以增加的压力迫使空气离开出气口。通常，出气口与发动机的进气歧管流动连通，由此，流入发动机汽缸中的空气处于升高的压力。这意味着汽缸充有空气，由此空气的密度较高，在所充的空气中存在更多的氧，并且在汽缸中可以燃烧更多的燃料。那样，与正常的吸气机相比，汽缸的功率输出增大。 

然而，众所周知的事实是，涡轮增压器不能在整个发动机的每分钟转数范围内以相等的效率工作。这是由于在发动机的不同每分钟转数中所需的空气的量是变化的。换言之，如果涡轮增压器设计成能够处理和加压在发动机以全速和全负荷运行时所需的所有空气，那么涡轮增压器以及其外壳和转子的物理尺寸大。大型涡轮增压器的大的、且重的、转子-轴-转子组合不能在发动机每分钟转数低且排气流量小时迅速加速。这样的发动机的低排气流量不能以能够如期望程度地升高空气压力的速度来旋转大 型涡轮增压器的轴。因此对节流的响应是弱且缓慢的。 

为了解决上述问题，已提出将两个涡轮增压器串联连接。换言之，小涡轮增压器设计成处理少量气体和空气，并且能够以低发动机每分钟转数操作，并且大涡轮增压器能够满足发动机在全速下为其气体流量设定的要求。这种涡轮增压器装置称作双涡轮增压器装置。该装置工作使得较小涡轮增压器的涡轮的排气进口与发动机的排气歧管流动连通地附接。离开较小涡轮增压器涡轮的排气被吸到较大涡轮增压器的涡轮的排气进口，以用于使较大涡轮增压器的轴和压缩机运行。新鲜空气首先被吸入较大涡轮增压器的压缩机，空气从该压缩机流到较小涡轮增压器的空气进口。换言之，空气流在某种意义上与排气流相反。这种双涡轮增压器装置工作使得当发动机转速较低时，并由此来自发动机的排气流也低时，排气仍能够旋转较小涡轮增压器的轴从而确保对于吸入空气的足够高的充气压力。由此，较小涡轮增压器也称作高压涡轮增压器，较大涡轮增压器称作低压涡轮增压器。流到较大涡轮增压器的涡轮的排气能够缓慢地旋转该较大涡轮增压器的轴，由此其压缩机能够至少充分地增大空气压力。然而，发动机转速一增大，排气的量就增大，甚至较大的涡轮增压器也能够增大充气压力。同时地，较小的涡轮增压器的增大充气压力的能力逐渐减小，使得由整个双涡轮增压器装置形成的充气压力如所期望的那样保持基本上不变。 

涡轮增压器和与其结合布置的设备（例如空气滤清器、增压空气冷却器、润滑***、冷却***等）需要大量的空间。涡轮增压器经常安装的位置位于发动机的顶部，如例如US-A-5,697,217所示。然而，该安装具有几个缺点，这激发了对涡轮增压器和设备的更好的位置的研究。第一，尤其是在大型发动机中，涡轮增压器以及其余设备是重的，并且因此需要坚固的梁或平台，在这些坚固的梁或平台上，涡轮增压器以及其余设备被支撑在发动机上方。由于布置在汽缸盖上方的阀机构、燃料喷射设备等，并且尤其是必须供它们的维修之用的空间，因此涡轮增压器和它们的设备不能布置得太靠近发动机。第二，有时发动机上方的空间是有限的，或者有时涡轮增压器是需要发动机上方的附加空间的唯一装置，由此为了节省空间涡轮增压器应该安装到发动机附近的一些其他位置。而且，当涡轮增压器布置在发动机的端部处时，它们正常安装在单独的支架上，使得涡轮增压器之间的用于空气和排气的管道是复杂的并且需要大量空间。 

本实用新型的目的在于设计一种比现有技术装置更紧凑的双涡轮增压器装置。 

本实用新型的另一目的在于提供一种供涡轮增压器安装的使得它们不会占据发动机上方的空间的位置。 

实用新型内容

本实用新型的至少一个目的由用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置来满足，该发动机包括具有多个汽缸的发动机组、一个或更多个汽缸盖、至少一个排气歧管、至少一个进气歧管，并且两个涡轮增压器串联布置以由所述发动机的排气旋转，并且为了将空气充入所述发动机的汽缸中，两个涡轮增压器均具有排气进口壳体、排气出口壳体以及压缩机壳体，其中，所述涡轮增压器定位在所述发动机的端部处并由公共托架支撑/紧固至该公共托架，使得位于所述两个涡轮增压器之间的第一增压空气管道布置成至少部分地位于所述公共托架下方，第一涡轮增压器的所述排气出口壳体借助波纹管附接至第二涡轮增压器的所述排气进口壳体。 

所述两个涡轮增压器均具有轴向排气进口壳体。 

所述第一涡轮增压器具有径向排气进口壳体。 

所述第一涡轮增压器的所述排气进口壳体直接连接至所述排气歧管。 

所述托架紧固至所述发动机组的端部、或紧固至所述汽缸盖、或紧固至两者。 

在所述第一增压空气管道内布置有增压空气冷却器。 

第二增压空气管道将所述第二涡轮增压器连接至所述进气歧管，所述管道布置成至少部分地位于所述公共托架下方。 

在所述第二增压空气管道内布置有增压空气冷却器。 

本实用新型的至少一个目的由大型内燃发动机来满足，该大型内燃发动机包括具有多个汽缸的发动机组、一个或更多个汽缸盖、至少一个排气歧管、至少一个进气歧管以及两个涡轮增压器，所述两个涡轮增压器串联布置以由所述发动机的排气旋转并且用于将空气充入所述发动机的汽缸内，两个涡轮增压器均具有排气进口壳体、排气出口壳体以及压缩机壳体，所述发动机设置有上述双涡轮增压器装置。 

本实用新型，当解决上述问题中的至少一个时也产生许多优点，这些优点中的几个优点罗列如下： 

·双涡轮增压器装置可以安装成使得在发动机上方不需要复杂的支撑结构， 

·双涡轮增压器装置设计成使得它装配到有限空间中。例如，它基本上不会增加 直列式发动机的宽度。 

·两个涡轮增压器和它们的排气和增压空气管道以及辅助设备（如，增压空气冷却器）设计成使得包装的尺寸是紧凑的，并且大体上在直列式发动机的宽度范围内装配。 

然而，应该理解的是，所列的优点仅是可选的，由此如果要获得优点中的一个或多个，还有赖于将实用新型投入实践的方式。 

附图说明

在下文中，根据附图更详细地解释本实用新型的涡轮增压器装置，附图中： 

图1是本实用新型的涡轮增压器装置的示意性立体图，以及 

图2是根据本实用新型的优选实施方式的涡轮增压器装置的示意性俯视图。 

具体实施方式

图1和图2示意地示出了本实用新型的涡轮增压器装置。内燃发动机（局部剖开）由附图标记2示出。发动机具有位于发动机组6中的多个汽缸4，以及一个或更多个汽缸盖8。汽缸盖8设置有将排气引至排气歧管12的排气管道10。在发动机2的端部处，飞轮FW端（这里所示的）或相对端设置有托架14。该托架14可以紧固至汽缸体6的端面，紧固至汽缸盖8的端面，或紧固至上述两个端面。托架14具有不同尺寸的且紧固在其上的两个涡轮增压器16和18。两个涡轮增压器16和18在它们串联布置使得它们彼此流动连通时形成双涡轮增压器装置。 

较小的、即高压涡轮增压器16的涡轮的排气进口壳体20紧固至发动机的排气歧管12以接收排气。较小的涡轮增压器16的气体出口壳体22经由波纹管24紧固至较大、即低压涡轮增压器18的气体进口壳体26以用于在其中引入排气。波纹管24布置在附接至公共托架14的涡轮增压器16和18之间以用于吸收涡轮增压器的热感应膨胀。较大涡轮增压器18的气体出口壳体28将排气排至排气管等（未示出）。 

较大的，即低压涡轮增压器18经由空气滤清器/***30将空气接收到其压缩机壳体32，空气从该压缩机壳体经由设置有第一可选增压空气冷却器34的第一中间增压空气管道36排到高压涡轮增压器16的压缩机壳体38的空气进口。在压缩机壳体38中加压的空气经由设置有第二可选增压空气冷却器42的第二中间增压空气管道 40排到发动机2的进气歧管（未示出）。 

根据本实用新型的优选实施方式，托架14是能够承载整个双涡轮增压器装置的重量的架状坚固构件。在图中所示的实施方式中，托架已定位在发动机的端部的这样的高度处：即，使得排气歧管12能够将排气直接排入较小涡轮增压器16的轴向排气进口。涡轮增压器16和18已布置成使得较小涡轮增压器16将排气沿径向排入较大涡轮增压器18的轴向排气进口中。换言之，最容易的安装能够使得较小的、高压涡轮增压器具有大体上平行于发动机的曲轴的轴线（或平行于发动机的纵向）延伸的其轴线，并且低压涡轮增压器的轴线具有横向于曲轴的轴线的其轴线。借助所述装置，两个涡轮增压器可以非常靠近彼此，由此它们仅占据发动机的端部处的小空间。例如，如果高压涡轮增压器具有径向排气进口壳体，并且接收如图所示的，即直接来自排气歧管的排气，由此，高压涡轮增压器的轴线横向于发动机，增压空气进口必须朝向发动机的一侧布置。这意味着，增大从低压涡轮增压器到高压涡轮增压器的增压空气行进距离并且增大横向于发动机的、将由双涡轮增压器将占据的空间。因此，通过利用二者都具有轴向排气进口壳体的涡轮增压器，对于紧凑的整体构造的要求被最佳地满足。 

为进一步实现紧凑构造，选择的是将处理增压空气的装置布置成使得它们由托架14支撑，从而增压空气管道36和40以及可选的增压空气冷却器34和42至少部分地位于托架14下方，并且可能延伸得比涡轮增压器16和18还要稍微更远离发动机的端部。 

用于上述安装的另选方案使得，两个涡轮增压器的轴线均横向于发动机的纵向。在这样的情况下，较小的高压涡轮增压器的涡轮是径向的，即，它沿径向接收排气并且沿轴向将排气排到较大涡轮增压器的排气进口壳体。在该情况下，两个涡轮增压器的涡轮也借助波纹管连接。 

上面讨论的图示出了基本上在发动机的宽度的范围内，即，基本上没有增大发动机的宽度要求的新颖的双涡轮增压器装置。尽管这是与直列发动机结合的事实，但显然该双涡轮增压器装置也适于V形发动机，其中至少沿发动机的横向的空间要求不是难以满足。因此，本实用新型的双涡轮增压器装置可以也用于V形发动机。 

应该理解的是，上述仅是新颖的且具有创造性的双涡轮增压器装置的示例性描述。上述说明不应被理解为以任何手段限制本实用新型，但是本实用新型的整个范围 仅由所附权利要求限定。从上面的描述应该理解的是，本实用新型的单独的特征可以与其它单独的特征结合使用，即使这样的结合在说明书或附图中未被具体示出。 

Claims (8)

1.一种用于大型内燃发动机的双涡轮增压器装置，所述发动机（2）包括具有多个汽缸（4）的发动机组（6）、一个或多个汽缸盖（8）、至少一个排气歧管（12）、至少一个进气歧管、以及两个涡轮增压器（16、18），所述两个涡轮增压器串联布置以由所述发动机的排气旋转并且用于将空气充入所述发动机的汽缸（4）中，所述两个涡轮增压器（16、18）均具有排气进口壳体（20、26）、排气出口壳体（22、28）以及压缩机壳体（32、38），第一涡轮增压器（16）的所述排气出口壳体（22）借助波纹管（24）附接至第二涡轮增压器（18）的所述排气进口壳体（26），所述双涡轮增压器装置的特征在于，所述涡轮增压器（16、18）定位在所述发动机（2）的端部处并且紧固至公共托架（14），使得位于所述两个涡轮增压器（16、18）之间的第一增压空气管道（36）布置成至少部分地位于所述公共托架（14）下方。 

2.如权利要求1所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，所述两个涡轮增压器（16、18）均具有轴向排气进口壳体（20、26）。 

3.如权利要求1所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，所述第一涡轮增压器（16）具有径向排气进口壳体。 

4.如权利要求1或2所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，所述第一涡轮增压器（16）的所述排气进口壳体（20）直接连接至所述排气歧管（12）。 

5.如权利要求1所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，所述托架（14）紧固至所述发动机组（6）的端部、或紧固至所述汽缸盖（8）、或紧固至两者。 

6.如权利要求1所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，在所述第一增压空气管道（36）内布置有增压空气冷却器（34）。 

7.如权利要求1所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，第二增压空气管道（40）将所述第二涡轮增压器（18）连接至所述进气歧管，所述管道（36）布置成至少部分地位于所述公共托架（14）下方。 

8.如权利要求7所述的双涡轮增压器装置，其特征在于，在所述第二增压空气管道（40）内布置有增压空气冷却器（42）。 

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