專利名稱：廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，它具有至少一個氣缸，預(yù)壓縮的燃料-空氣混合物在氣缸中被壓縮并燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸排出并在渦輪機(jī)中被降壓。在所謂的高壓廢氣再循環(huán)中，從氣缸中排出的廢氣的一部分在渦輪機(jī)中降壓之前，通過高壓再循環(huán)管路被回收，這個管路裝有廢氣冷卻裝置。在所謂的低壓廢氣再循環(huán)中，從氣缸中排出的并在渦輪機(jī)中降壓的廢氣的一部分，通過裝有廢氣冷卻裝置的低壓再循環(huán)管路回收，并與新鮮空氣一起在壓縮機(jī)中預(yù)壓縮，并在增壓空氣冷卻裝置中冷卻，所述裝置包括至少一個冷卻回路，它穿過至少一個熱交換器芯體。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，它具有至少一個氣缸，在氣缸中燃料一空氣混合物被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣v缸中排出并在渦輪機(jī)中被降壓，這個渦輪機(jī)裝有高壓廢氣再循環(huán)管路或低壓廢氣再循環(huán)管路，管路中的腐蝕危險被減低了。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)具有至少一個氣缸，在氣缸中燃料-空氣混合物被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸中排出并在渦輪機(jī)中被降壓，其中，一部分從氣缸排出的廢氣在渦輪機(jī)中被降壓之前或之后，通過高壓或低壓廢氣再循環(huán)管路被回收，所述管路裝有廢氣冷卻裝置，它包括一個或至少兩個冷卻回路，這些回路穿過沿廢氣的流動方向串聯(lián)的熱交換器芯體。在這種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)中，發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，即沿廢氣流動方向布置在盡可能下游的熱交換器芯體以豎立的方式布置，這樣，熱交換器芯體就平行于重力的作用線，被廢氣從下往上或從上往下穿流，同時，在熱交換器芯體的下端部設(shè)有冷凝液匯集和/或排放裝置。而熱交換器芯體基本平行于重力作用線的布置也是足夠的。
高壓再循環(huán)管路是指尚未在渦輪機(jī)中降壓的廢氣的再循環(huán)管路。被回收的廢氣在壓縮機(jī)中與被壓縮的新鮮空氣混合。在與被回收的廢氣混合之前，被壓縮的新鮮空氣在增壓空氣冷卻裝置中被冷卻。布置在盡可能下游的熱交換器芯體被低溫冷卻回路穿過或被冷卻空氣穿流。通過低溫冷卻，被回收的廢氣溫度下降直到產(chǎn)生冷凝液。通過熱交換器芯體根據(jù)發(fā)明在盡可能下游的布置和成形，可以阻止冷凝液在熱交換器芯體內(nèi)部、特別是在熱交換器母體(Wrmeübertragermatrix)中的聚積。通過這種方式可以減少熱交換器所受到的腐蝕。這樣還可以在制造熱交換器芯體時采用低成本的材料。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，布置在盡可能下游的熱交換器芯體中的冷卻回路采用空氣作為冷卻劑。熱交換器芯體優(yōu)選地被周圍空氣穿流或環(huán)流。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，布置在盡可能下游的熱交換器芯體中的冷卻回路采用低溫冷卻液作為冷卻劑。低溫冷卻液優(yōu)選為傳統(tǒng)的低溫冷卻液。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，在布置在盡可能下游的熱交換器芯體中，被回收的廢氣被冷卻，直到析出冷凝液。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)具有至少一個氣缸，在氣缸中燃料-空氣混合物被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸中排出并在渦輪機(jī)中被降壓，其中，一部分從氣缸排出并在渦輪機(jī)中被降壓的廢氣，通過裝有廢氣冷卻裝置的低壓廢氣再循環(huán)管路被回收，并與新鮮空氣一起在壓縮機(jī)中預(yù)壓縮，并在增壓空氣冷卻裝置中冷卻，所述裝置包括至少一個冷卻回路，它穿過至少一個熱交換器芯體。在這種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)中，前面所述的發(fā)明目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，即熱交換器芯體以豎立的方式布置，這樣，熱交換器芯體就平行于重力的作用線，被廢氣與新鮮空氣從下往上或從上往下穿流，同時，在熱交換器芯體的下端部設(shè)有冷凝液匯集和/或排放裝置。而熱交換器芯體基本平行于重力作用線的布置也是足夠的。
低壓再循環(huán)管路是指已經(jīng)在渦輪機(jī)中降壓的廢氣的再循環(huán)管路。被回收的廢氣與新鮮空氣混合。與新鮮空氣混合的廢氣在壓縮機(jī)中預(yù)壓縮，并在增壓空氣冷卻裝置中冷卻。通過熱交換器芯體根據(jù)發(fā)明的布置和成形，可以阻止冷凝液在熱交換器芯體內(nèi)部、特別是在熱交換器母體中的聚積。通過這種方式可以減少熱交換器所受到的腐蝕。這樣還可以在制造熱交換器芯體時采用低成本的材料。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，被回收并與新鮮空氣在壓縮機(jī)中一起被預(yù)壓縮的廢氣在熱交換器芯體中被冷卻，直到析出冷凝液。冷卻也可分成多個級進(jìn)行，即在多個穿過若干熱交換器芯體的冷卻回路中進(jìn)行，這些熱交換器芯體沿與新鮮空氣混合的廢氣的流動方向串聯(lián)。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，在熱交換器芯體中采用空氣作為冷卻劑。熱交換器芯體優(yōu)選地被周圍空氣穿流或環(huán)流。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，熱交換器芯體被廢氣沿重力方向從上往下穿流。這種布置也被稱為豎流式布置，在本發(fā)明中被證明特別具有優(yōu)點(diǎn)。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，冷凝液匯集和/或排放裝置包括冷凝液的收集槽。收集槽優(yōu)選地布置在熱交換器芯體的下部集氣箱中。而下部集氣箱也可由與熱交換器母體不同的材料制成。這樣就可以取消單獨(dú)的收集槽。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，冷凝液的收集槽由不銹鋼或塑料形成。通過這種方式可以減少由于冷凝液的腐蝕而帶來的磨損。
廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，冷凝液匯集和/或排放裝置包括冷凝液排出口，它設(shè)在熱交換器芯體中。冷凝液排出口優(yōu)選地布置在冷凝液匯集裝置的最低處。



下面通過附圖和兩個實(shí)施例對本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)說明。在這里，在權(quán)利要求和說明書所提及的特征無論是其自身還是任意組合都是構(gòu)成發(fā)明的部分。其中， 圖1是根據(jù)發(fā)明的、帶有高壓廢氣再循環(huán)管路的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的管路圖； 圖2是根據(jù)發(fā)明的、帶有低壓廢氣再循環(huán)管路的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的管路圖。

具體實(shí)施例方式 圖1中是帶有所謂的高壓廢氣再循環(huán)管路的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)1的管路圖。廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)1包括一個氣缸體4，在其中裝有六個往復(fù)運(yùn)動的活塞5。如箭頭8所示，新鮮空氣從周圍環(huán)境中進(jìn)入到廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)1中。新鮮空氣被輸往壓縮機(jī)10，在那里它被壓縮。壓縮后的新鮮空氣通過管路11進(jìn)入到增壓空氣冷卻器12，被壓縮的新鮮空氣在那里被冷卻。經(jīng)過壓縮和冷卻的新鮮空氣通過管路14輸送到氣缸體4，如箭頭15所示。
新鮮空氣在氣缸體4中燃燒，在這一過程中產(chǎn)生廢氣。廢氣通過廢氣管路18進(jìn)入到渦輪機(jī)19中，它在其中被降壓。如箭頭20所示，在渦輪機(jī)19中降壓的廢氣被排放到周圍空氣中。當(dāng)然，并不是所有的廢氣在渦輪機(jī)中被降壓。至少一部分廢氣通過高壓再循環(huán)管路21從廢氣管路18中分流，并通過閥22回收到管路14中，如箭頭24所示。被回收的廢氣通過廢氣冷卻裝置的第一級26和第二級27冷卻。如連接線30所示，壓縮機(jī)10由渦輪機(jī)19驅(qū)動。
在高壓廢氣再循環(huán)管路中，回收的廢氣被冷卻到盡可能低的溫度，這在排放方面特別具有優(yōu)勢。為此，在圖1中所示的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)1中，冷卻分兩級26和27進(jìn)行。第二級27的冷卻劑基本上采用空氣和低溫冷卻劑。由于第二級27中的低溫冷卻，冷凝液會非常強(qiáng)烈地析出。舉例來說，冷凝液為酸液，但大部分為水。通過低溫冷卻，廢氣再循環(huán)在排放和消耗方面的潛力可以比單級系統(tǒng)得到更充分的利用。按照本發(fā)明，也被稱為低溫級的第二級27的熱交換器芯體中的管垂直布置，即平行于重力的作用線。這種垂直布置也被稱為豎立式布置，而通過這種布置可以避免冷凝液在熱交換器芯體的熱交換器母體中聚積。。這樣就減少了冷卻器所受到的腐蝕，從而可以使用低成本的材料，甚至可以使用鋁。
舉例來說，熱交換器芯體可以是圓管式冷卻器或類似于圓管式熱交換器的管束的熱交換器，它由鋼、銅鋅合金或鋁合金制成。熱交換器芯體也可以按鋁元件的疊置結(jié)構(gòu)制造。
第二級27的熱交換器芯體優(yōu)選地被廢氣從上往下穿流。為了避免冷卻器進(jìn)口和出口處的氣箱受到損壞，優(yōu)選的是將冷凝液收集到一個特別的容器內(nèi)，然后將它從冷卻器中排出。這個容器可以是由塑料或不銹鋼制成的嵌件，也可以是帶有特殊涂層的氣體箱。氣體箱也可以由與熱交換器母體不同的材料制成。
圖2中是帶有所謂的低壓廢氣再循環(huán)管路的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)41的管路圖。廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)41包括一個氣缸體44，在其中裝有六個往復(fù)運(yùn)動的活塞45。如箭頭48所示，新鮮空氣被送入到廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)41中。送入的新鮮空氣通過空氣過濾器49和管路51進(jìn)入到壓縮機(jī)53中，在那里新鮮空氣被壓縮。壓縮后的新鮮空氣通過管路55進(jìn)入到增壓空氣冷卻器56并在那里被冷卻。經(jīng)過壓縮和冷卻的新鮮空氣通過管路57輸送到氣缸體44，如箭頭58所示。
在氣缸體44中，通過管路57輸入的新鮮空氣以燃料空氣混合物的形式燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣。廢氣通過廢氣管路60進(jìn)入到渦輪機(jī)61中，在那里廢氣被降壓。如連接線62所示，渦輪機(jī)61用于驅(qū)動壓縮機(jī)53。
在渦輪機(jī)61中被降壓的廢氣通過布置著微塵濾清器65的管路64到達(dá)節(jié)氣門66。按照節(jié)氣門66的位置，一部分廢氣被排放到周圍環(huán)境中，如箭頭67所示。而另一部分廢氣則通過低壓廢氣再循環(huán)管路70進(jìn)入到廢氣冷卻器72中?；厥盏膹U氣在廢氣冷卻器72中被冷卻。被冷卻的回收廢氣通過布置著閥74的管路73，在管路51中與通過過濾器49吸入的新鮮空氣混合或聚集，如箭頭76所示。廢氣和新鮮空氣的混合物在壓縮機(jī)53中被壓縮，并在增壓空氣冷卻器56中被1冷卻，然后送到氣缸體44中。
按照本發(fā)明，增壓空氣冷卻器54為豎流式冷卻器，即又被稱為增壓空氣的新鮮空氣和廢氣混合物從上往下穿過增壓空氣冷卻器。在冷卻過程中產(chǎn)生的冷凝液沿流動方向從冷卻器中排出，并在出口箱中被收集到一個由不銹鋼或塑料制成的、適合的槽內(nèi)。通過減少冷凝液在冷卻器母體(Kühlermatrix)中的聚積或減少冷凝液在冷卻器母體中的停留時間，使部件所受到的腐蝕減少。這樣就可以延長使用壽命。
權(quán)利要求
1.廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)具有至少一個氣缸，被壓縮機(jī)(10)預(yù)壓縮的燃料一空氣混合物在氣缸中被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸中排出并在渦輪機(jī)(19)中被降壓，其中，一部分從氣缸排出的廢氣在渦輪機(jī)(19)中被降壓之前或之后，通過高壓或低壓廢氣再循環(huán)管路被回收，所述管路裝有廢氣冷卻裝置，它包括一個或至少兩個冷卻回路，這些回路穿過沿廢氣的流動方向串聯(lián)的熱交換器芯體(26、27)，其特征在于，沿廢氣流動方向布置在盡可能下游的熱交換器芯體(27)以豎立的方式布置，這樣，熱交換器芯體(27)就平行或基本平行于重力的作用線，被廢氣從下往上或從上往下穿流，同時，在熱交換器芯體的下端部設(shè)有冷凝液匯集和/或排放裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，布置在盡可能下游的熱交換器芯體(27)中的冷卻回路采用空氣作為冷卻劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，布置在盡可能下游的熱交換器芯體(27)中的冷卻回路采用低溫冷卻劑作為冷卻劑。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在布置在盡可能下游的熱交換器芯體(27)中，被回收的廢氣被冷卻，直到析出冷凝液。
5.廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)具有至少一個氣缸，被壓縮機(jī)(53)預(yù)壓縮的燃料—空氣混合物在氣缸中被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸中排出并在渦輪機(jī)(61)中被降壓，其中，一部分從氣缸排出并在渦輪機(jī)(61)中被降壓的廢氣，通過裝有廢氣冷卻裝置(72)的低壓廢氣再循環(huán)管路被回收，并與新鮮空氣一起在壓縮機(jī)(53)中預(yù)壓縮，并在增壓空氣冷卻裝置(56)中冷卻，所述裝置包括至少一個冷卻回路，它穿過至少一個熱交換器芯體，其特征在于，熱交換器芯體以豎立的方式布置，這樣，熱交換器芯體就平行或基本平行于重力的作用線，被廢氣與新鮮空氣從下往上或從上往下穿流，同時，在熱交換器芯體的下端部設(shè)有冷凝液匯集和/或排放裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，被回收并與新鮮空氣一起在壓縮機(jī)(53)中被預(yù)壓縮的廢氣在熱交換器芯體中被冷卻，直到析出冷凝液。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，熱交換器芯體被廢氣或廢氣和新鮮空氣沿重力方向從上往下穿流。
8.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷凝液匯集和/或排放裝置包括冷凝液的收集槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷凝液的收集槽由不銹鋼或塑料形成。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷凝液匯集和/或排放裝置包括冷凝液排出口，它設(shè)在熱交換器芯體中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其具有至少一個氣缸，被壓縮機(jī)(10)預(yù)壓縮的燃料—空氣混合物在氣缸中被壓縮和燃燒，在這一過程中產(chǎn)生了廢氣，廢氣從氣缸中排出并在渦輪機(jī)(19)中被降壓，其中，一部分從氣缸排出的廢氣在渦輪機(jī)(19)中被降壓之前或之后，通過高壓或低壓廢氣再循環(huán)管路被回收，所述管路裝有廢氣冷卻裝置，它包括至少兩個冷卻回路，這些回路穿過沿廢氣的流動方向串聯(lián)的熱交換器芯體(26、27)。本發(fā)明的目的在于提供一種廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，能夠經(jīng)濟(jì)性地生產(chǎn)并獲得高產(chǎn)量。為了實(shí)現(xiàn)該目的，沿廢氣流動方向布置在盡可能下游的熱交換器芯體(27)以豎立的方式布置，這樣，熱交換器芯體(27)就平行或基本平行于重力的作用線，被廢氣從下往上或從上往下穿流，同時，在熱交換器芯體的下端部設(shè)有冷凝液匯集和/或排放裝置。
文檔編號F02M25/07GK101124395SQ200680005485
公開日2008年2月13日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者約亨·艾特爾, 賴納·盧茨 申請人:貝洱兩合公司