一種柴油機(jī)的共用進(jìn)氣箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柴油機(jī)的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱向所述柴油機(jī)的所有氣缸提供進(jìn)氣，其有效氣流橫截面積＝(缸徑2/4×沖程)/缸心距×A，其中A為修正系數(shù)；所述共用進(jìn)氣箱包括共用進(jìn)氣腔、缸蓋高溫水進(jìn)水總管和缸蓋高溫水排水總管。本發(fā)明共用進(jìn)氣箱布置于柴油機(jī)的V角之中，可增加柴油機(jī)布置的緊湊性；此外還集成了缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進(jìn)水總管，這種設(shè)計可進(jìn)一步提高柴油機(jī)布置的緊湊性。
【專利說明】一種柴油機(jī)的共用進(jìn)氣箱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種柴油機(jī)的共用進(jìn)氣箱。

【背景技術(shù)】
[0002]相繼增壓(Sequential Turbo Charging, STC)系統(tǒng)是指由兩臺或兩臺以上潤輪增壓器并聯(lián)組成的增壓系統(tǒng)，隨著增壓發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增長，相繼按順序投入運行。在轉(zhuǎn)速或負(fù)荷低于某設(shè)定值時，切斷一臺或幾臺增壓器渦輪的廢氣以及壓氣機(jī)的空氣供給，使廢氣集中流過工作著的增壓器渦輪，增加其廢氣流量，提高渦輪效率，從而能夠充分利用廢氣能量，提高增壓壓力，改善柴油機(jī)低工況的燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性和排放性。而當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷高于某設(shè)定值時，令被切斷的一臺或幾臺增壓器重新投入使用，以保證發(fā)動機(jī)的高工況性能。相繼增壓技術(shù)是解決柴油機(jī)與增壓器匹配矛盾，提高柴油機(jī)低工況性能的有效方法之一。
[0003]相繼增壓技術(shù)最早是在上世紀(jì)七十年底由MTU公司在其1163-03系列柴油機(jī)上采用的，到了九十年代初期，該公司的595系列相繼增壓柴油機(jī)實現(xiàn)了全工況優(yōu)化控制，被譽(yù)為九十年代最先進(jìn)的機(jī)型。
[0004]目前，相繼增壓系統(tǒng)在小型柴油機(jī)上有被應(yīng)用，例如，申請?zhí)?01080020951.5提出的帶有相繼增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，其缺點是:需要在受控增壓器上加裝驅(qū)動裝置，附加輔助裝置較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0005]相繼增壓系統(tǒng)在大型船用V型柴油機(jī)上也有被應(yīng)用，例如，申請?zhí)枮?01210230427.1,201210469116.0及201220641946.2提出的柴油機(jī)相繼增壓結(jié)構(gòu)，它們進(jìn)氣管路均采用柴油機(jī)每列氣缸一根進(jìn)氣總管的方式，排氣管路也采用每列氣缸一根排氣總管的方式，通過排氣連通閥使得兩列氣缸排氣管聯(lián)通。這樣的進(jìn)氣管路布置空間較大，排氣管路通過連通閥相通會使兩列排氣相通時節(jié)流損失加大。
[0006]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、所占空間較小的相繼增壓系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種適用于中置增壓器的V型柴油機(jī)定壓相繼增壓系統(tǒng)，該相繼增壓系統(tǒng)不需要增加過多的輔助裝置即可改善單級高壓比柴油機(jī)的全工況性能，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，使柴油機(jī)的整體尺寸得以控制。
[0008]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種V型柴油機(jī)定壓相繼增壓系統(tǒng)，包括:多個氣缸組成的兩列氣缸、對應(yīng)多個氣缸的多根排氣支管、定壓排氣總管、共用進(jìn)氣箱、第一渦輪增壓器、第二潤輪增壓器、第一前進(jìn)氣管、第二前進(jìn)氣管、第一后排氣管、第二后排氣管、空氣冷卻器、進(jìn)氣截止閥以及排氣截止閥，其特征在于，兩列氣缸共用一個共用進(jìn)氣箱，定壓排氣總管連接所有排氣支管并形成回路；其中，第一渦輪增壓器的第一壓氣機(jī)設(shè)置于第一前進(jìn)氣管中，第二渦輪增壓器的第二壓氣機(jī)設(shè)置于第二前進(jìn)氣管中，空氣冷卻器連接所述兩根前進(jìn)氣管和共用進(jìn)氣箱，用于冷卻進(jìn)氣；共用進(jìn)氣箱與所述多個氣缸相連；第一后排氣管和第二后排氣管與定壓排氣總管相連，第一渦輪增壓器的第一渦輪設(shè)置于第一后排氣管中，第二渦輪增壓器的第二渦輪設(shè)置于第二后排氣管中；進(jìn)氣截止閥和排氣截止閥分別用于控制第二渦輪增壓器的進(jìn)氣和排氣，進(jìn)而控制第二渦輪增壓器的運行與否。
[0009]該相繼增壓系統(tǒng)在運行時，經(jīng)空氣冷卻器冷卻后的氣體進(jìn)入專門設(shè)計的共用進(jìn)氣箱體，并經(jīng)連接法蘭進(jìn)入氣缸；排氣經(jīng)排氣支管進(jìn)入容積較大且兩端連通的定壓排氣總管，定壓排氣總管通過后排氣管與兩臺渦輪相連，排氣經(jīng)渦輪排向大氣；其中，第二渦輪增壓器的壓氣機(jī)出口與渦輪入口分別設(shè)有進(jìn)氣截止閥與排氣截止閥。在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低的工況時，通過關(guān)閉該兩處截止閥使第二渦輪增壓器停止運行，從而使得第一渦輪增壓器的流量增大、壓比提高，氣缸進(jìn)氣量增加，降低碳煙排放及排氣溫度，同時遠(yuǎn)離增壓器喘振線。
[0010]進(jìn)一步地，該定壓相繼增壓系統(tǒng)還包括進(jìn)排氣旁通管和進(jìn)排氣旁通閥。在第二渦輪增壓器切入運行后的一定工況范圍內(nèi)(一般在切入點至75 %工況時，優(yōu)選50 %?75 %工況)，開啟進(jìn)排氣旁通閥讓一部分空氣不經(jīng)氣缸而直接通入排氣管內(nèi)，從而使運行中的兩臺渦輪增壓器中流通氣體的流量增大，最終使該相繼增壓系統(tǒng)不易喘振，并可提高壓氣機(jī)的效率。
[0011]優(yōu)選地，為了使該柴油機(jī)的空間結(jié)構(gòu)更緊湊，上述共用進(jìn)氣箱布置于柴油機(jī)V角之內(nèi)，而兩臺渦輪增壓器沿軸向同軸相鄰地布置于柴油機(jī)兩列氣缸V角之間的上述共用進(jìn)氣箱之上，回路設(shè)計的排氣總管布置于兩臺增壓器下部的外圍空間中，空氣冷卻器布置于柴油機(jī)一端。
[0012]優(yōu)選地，該定壓排氣總管的內(nèi)徑為氣缸缸徑的0.9?1.2倍。
[0013]共用進(jìn)氣箱的有效氣流橫截面積與氣缸直徑和沖程有關(guān)。優(yōu)選地，該共用進(jìn)氣箱的有效氣流橫截面積=(缸徑2/4X沖程)/缸心距XA，其中A為修正系數(shù)，其與氣缸布置方式和進(jìn)氣允許波動大小有關(guān)。
[0014]優(yōu)選地，共用進(jìn)氣箱的箱壁可設(shè)計成匹配V型柴油機(jī)的形狀，如頂壁為水平，側(cè)壁為傾斜，其傾斜的角度視V角的大小和布置空間而定，有利于將其布置于V角之中，水平的頂壁則便于在共用進(jìn)氣箱上布置渦輪增壓器。此外，還可設(shè)置腳座，以使其可方便地直接安裝在柴油機(jī)上。
[0015]優(yōu)選地，所述共用進(jìn)氣箱的側(cè)壁厚度為9?Ilmm,頂壁厚度為14?16mm,腳座厚度為18?22mm。
[0016]進(jìn)一步地，共用進(jìn)氣箱還可集缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進(jìn)水總管于一體。如本發(fā)明實施例2中所述那樣，共用進(jìn)氣箱經(jīng)過特殊設(shè)計，該共用進(jìn)氣箱除有可供中冷后的氣體進(jìn)入的共用進(jìn)氣腔外，還包括缸蓋高溫水排水總管與缸蓋高溫水進(jìn)水總管，管道集成在公用進(jìn)氣箱中可以節(jié)省空間。
[0017]進(jìn)一步地，缸蓋高溫水排水總管設(shè)置于共用進(jìn)氣箱的上部，缸蓋高溫水進(jìn)水總管設(shè)置于共用進(jìn)氣箱的下部，如將缸蓋高溫水排水總管分為兩根，分別設(shè)置于共用進(jìn)氣箱上部的兩側(cè)，對應(yīng)兩列氣缸的位置；將缸蓋高溫水進(jìn)水總管設(shè)置為一根，統(tǒng)一向兩列氣缸提供冷卻水。缸蓋高溫水進(jìn)水總管中水溫較低，缸蓋高溫水出水總管中水溫較高，同時較高溫度的水管靠上可以避免減小進(jìn)氣箱體內(nèi)氣體的流動(如果靠下會加熱下部氣體，熱氣體密度低會向上流動，造成箱體內(nèi)氣體上下對流)。
[0018]進(jìn)一步地，缸蓋高溫水排水總管、中冷后共用進(jìn)氣腔和缸蓋高溫水進(jìn)水總管與氣缸蓋具有統(tǒng)一的安裝平面，可一次安裝密封三個接口。
[0019]本發(fā)明的V型柴油機(jī)定壓相繼增壓系統(tǒng)可應(yīng)用于船用中高速V型柴油機(jī)。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1.本發(fā)明將常規(guī)的兩根進(jìn)氣總管合并為一個共用進(jìn)氣箱體，此箱體起到穩(wěn)定氣體壓力的作用，同時提高了柴油機(jī)的緊湊性。
[0022]2.傳統(tǒng)的排氣管路是通過連通閥將兩列排氣管相通，這樣會加大節(jié)流損失。本發(fā)明的定壓排氣總管經(jīng)專門設(shè)計，將兩列氣缸排氣連成回路，可減小一臺渦輪增壓器停止工作時的排氣流動損失。
[0023]3.增加排氣管的內(nèi)徑使其變成定壓排氣總管，可起到穩(wěn)定氣體壓力的作用，進(jìn)而促進(jìn)本相繼增壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
[0024]4.本發(fā)明共用進(jìn)氣箱與渦輪增壓器布置于柴油機(jī)的V角之中，排氣總管布置于兩臺增壓器下部的外圍空間中，空氣冷卻器布置于柴油機(jī)一端，此種布置方式可有效減小柴油機(jī)高度、寬度與長度，增加柴油機(jī)布置的緊湊性。
[0025]5.本發(fā)明的共用進(jìn)氣箱集成了缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進(jìn)水總管，這種設(shè)計可進(jìn)一步提高柴油機(jī)布置的緊湊性。
[0026]6.本發(fā)明的共用進(jìn)氣箱的缸蓋高溫水排水總管、共用進(jìn)氣腔和缸蓋高溫水進(jìn)水總管與氣缸蓋具有統(tǒng)一的安裝平面，可一次安裝密封三個接口，提高了安裝的便利性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例1的V型側(cè)面視圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實施例2共用進(jìn)氣箱垂直于軸向的截面圖；
[0030]圖4是本發(fā)明實施例2的高溫水流動方向示意圖；
[0031]附圖不一定按照比例繪制，其中某些技術(shù)特征可能以較夸張的比例或者以示意性的形式表現(xiàn)出來，且某些常規(guī)細(xì)節(jié)可能為了清晰和簡潔而被省略。

【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)的描述。
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示，本發(fā)明V型柴油機(jī)定壓相繼增壓系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例包括:由多個氣缸I組成的兩列氣缸、空氣冷卻器2、共用進(jìn)氣箱3、排氣支管4、定壓排氣總管5、第一后排氣管6、第二后排氣管7、第一前進(jìn)氣管8、第二前進(jìn)氣管9、第一渦輪增壓器10、第二渦輪增壓器11 ;其中，第一渦輪增壓器10包括設(shè)置在第一前進(jìn)氣管8中的第一壓氣機(jī)12和設(shè)置在第一后排氣管6中的第一渦輪13，第二渦輪增壓器11包括設(shè)置在第二前進(jìn)氣管9中的第二壓氣機(jī)14和設(shè)置在第二后排氣管7中的第二渦輪15 ;此外，第二前進(jìn)氣管9中還設(shè)有進(jìn)氣截止閥16，第二后排氣管7中還設(shè)有排氣截止閥17。除上述組件以外，該定壓相繼增壓系統(tǒng)還包括進(jìn)排氣旁通管18以及設(shè)于其中的進(jìn)排氣旁通閥19。
[0035]第一前進(jìn)氣管8和第二前進(jìn)氣管9都與空氣冷卻器2相連，空氣冷卻器2還與共用進(jìn)氣箱3相連，共用進(jìn)氣箱3通過連接法蘭分別與多個氣缸I相連；多個氣缸I又通過排氣支管4與定壓排氣總管5相連，定壓排氣總管5為回路設(shè)計，其有兩個排氣出口，分別為第一后排氣管6和第二后排氣管7 ;進(jìn)排氣旁通管18的一端連在空氣冷卻器2的出口和共用進(jìn)氣箱3的進(jìn)口之間，另一端與定壓排氣總管5相連。
[0036]在柴油機(jī)高工況運行時，兩臺渦輪增壓器10和11都工作，進(jìn)氣截止閥16和排氣截止閥17開啟，進(jìn)排氣旁通閥19關(guān)閉，空氣分別經(jīng)第一壓氣機(jī)12與第二壓氣機(jī)14進(jìn)入第一前進(jìn)氣管8和第二前進(jìn)氣管9，并共同進(jìn)入空氣冷卻器2降溫，冷卻后的氣體進(jìn)入共用進(jìn)氣箱3，進(jìn)氣從共用進(jìn)氣箱3中經(jīng)連接法蘭進(jìn)入氣缸1，排氣經(jīng)排氣支管4進(jìn)入定壓排氣總管5，再經(jīng)第一后排氣管6中的第一渦輪13和第二后排氣管7中的第二渦輪15排向大氣；在柴油機(jī)低工況運行時，截止閥16、17關(guān)閉，第二渦輪增壓器11停止運行，并開啟進(jìn)氣排旁通閥19使運行的第一渦輪增壓器10流通氣體的流量增大，從而不喘振。
[0037]如圖2所示，本實施例的共用進(jìn)氣箱3布置于柴油機(jī)V角之內(nèi)，兩臺渦輪增壓器10和11沿軸向同軸相鄰布置于柴油機(jī)兩列氣缸V角之間的共用進(jìn)氣箱3之上；定壓排氣總管5連接所有氣缸的排氣支管4并形成回路。圖中的箭頭表示了氣流的方向。
[0038]實施例2
[0039]如圖3所示，本實施例的共用進(jìn)氣箱3經(jīng)過特殊設(shè)計:共用進(jìn)氣箱3的頂部為平面，下部沿軸向(空氣流動方向)的兩側(cè)為斜面，還包括一個腳座；空氣經(jīng)中冷后進(jìn)入共用進(jìn)氣腔32，除此以外還集成了缸蓋高溫水排水總管31與缸蓋高溫水進(jìn)水總管33，該缸蓋高溫水排水總管31分為左右兩根，分別對應(yīng)了左右兩列氣缸。這種設(shè)計可提高柴油機(jī)布置的緊湊型，且缸蓋高溫水排水總管31、中冷后共用進(jìn)氣腔32和缸蓋高溫水進(jìn)水總管33與氣缸蓋具有統(tǒng)一的安裝平面，可一次安裝密封三個接口，提高了安裝的便利性。
[0040]圖4是圖2中定壓排氣總管5、共用進(jìn)氣箱3和氣缸I部分的局部放大圖，其中110是氣缸缸蓋、120是水套、130是氣缸缸套，圖中虛線和箭頭代表了高溫水的流動方向。結(jié)合圖3和圖4，高溫水從缸蓋高溫水進(jìn)水總管33先進(jìn)入水套120，冷卻氣缸缸套130的上部，然后進(jìn)入氣缸蓋110，最后由缸蓋高溫水排水總管31排出，帶走缸套及缸蓋的熱量，起到降低氣缸缸套與缸蓋熱負(fù)荷的作用。
[0041]以上通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱向所述柴油機(jī)的所有氣缸提供進(jìn)氣。
2.如權(quán)利要求1所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱的有效氣流橫截面積=(缸徑2/4X沖程)/缸心距XA，其中A為修正系數(shù)，其與氣缸布置方式和進(jìn)氣允許波動大小有關(guān)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱包括共用進(jìn)氣腔、缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進(jìn)水總管。
4.如權(quán)利要求3所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱的制造采用鑄造方法。
5.如權(quán)利要求3所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱的材料為鑄鐵。
6.如權(quán)利要求3所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述缸蓋高溫水排水總管設(shè)置于所述共用進(jìn)氣箱的上部，所述缸蓋高溫水進(jìn)水總管設(shè)置于所述共用進(jìn)氣箱的下部，中間部分為所述共用進(jìn)氣腔。
7.如權(quán)利要求6所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述柴油機(jī)為V型柴油機(jī)，所述共用進(jìn)氣箱設(shè)置于所述V型柴油機(jī)的V角內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述缸蓋高溫水排水總管為兩根，分別對應(yīng)所述V型柴油機(jī)的兩列氣缸。
9.如權(quán)利要求8所述的共用進(jìn)氣箱，其特征在于，所述共用進(jìn)氣箱的頂壁為水平面，所述共用進(jìn)氣箱的下部沿軸向的兩側(cè)面為斜面。
10.如權(quán)利要求8所述的共用進(jìn)氣箱在船用中高速V型柴油機(jī)上的應(yīng)用。
【文檔編號】F01N13/08GK104265520SQ201410362937
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】諶祖迪, 王新權(quán), 閆萍, 仲杰, 鄭亮, 黃立 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所