一種柴油機的共用進氣箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柴油機的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱向所述柴油機的所有氣缸提供進氣，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)；所述共用進氣箱包括共用進氣腔、缸蓋高溫水進水總管和缸蓋高溫水排水總管。本發(fā)明共用進氣箱布置于柴油機的V角之中，可增加柴油機布置的緊湊性；此外還集成了缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進水總管，這種設計可進一步提高柴油機布置的緊湊性。
【專利說明】一種柴油機的共用進氣箱

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機【技術領域】，尤其涉及一種柴油機的共用進氣箱。

【背景技術】
[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)動機轉速和負荷的增長，相繼按順序投入運行。在轉速或負荷低于某設定值時，切斷一臺或幾臺增壓器渦輪的廢氣以及壓氣機的空氣供給，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，改善柴油機低工況的燃油經(jīng)濟性、動力性和排放性。而當發(fā)動機轉速或負荷高于某設定值時，令被切斷的一臺或幾臺增壓器重新投入使用，以保證發(fā)動機的高工況性能。相繼增壓技術是解決柴油機與增壓器匹配矛盾，提高柴油機低工況性能的有效方法之一。
[0003]相繼增壓技術最早是在上世紀七十年底由MTU公司在其1163-03系列柴油機上采用的，到了九十年代初期，該公司的595系列相繼增壓柴油機實現(xiàn)了全工況優(yōu)化控制，被譽為九十年代最先進的機型。
[0004]目前，相繼增壓系統(tǒng)在小型柴油機上有被應用，例如，申請?zhí)?01080020951.5提出的帶有相繼增壓系統(tǒng)的內燃機，其缺點是:需要在受控增壓器上加裝驅動裝置，附加輔助裝置較多，結構復雜。
[0005]相繼增壓系統(tǒng)在大型船用V型柴油機上也有被應用，例如，申請?zhí)枮?01210230427.1,201210469116.0及201220641946.2提出的柴油機相繼增壓結構，它們進氣管路均采用柴油機每列氣缸一根進氣總管的方式，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)有技術的上述缺點，本領域技術人員致力于開發(fā)一種結構簡單、所占空間較小的相繼增壓系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[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的全工況性能，且系統(tǒng)結構緊湊，使柴油機的整體尺寸得以控制。
[0008]本發(fā)明提供的技術方案為:一種V型柴油機定壓相繼增壓系統(tǒng)，包括:多個氣缸組成的兩列氣缸、對應多個氣缸的多根排氣支管、定壓排氣總管、共用進氣箱、第一渦輪增壓器、第二潤輪增壓器、第一前進氣管、第二前進氣管、第一后排氣管、第二后排氣管、空氣冷卻器、進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設置于第一前進氣管中，第二渦輪增壓器的第二壓氣機設置于第二前進氣管中，空氣冷卻器連接所述兩根前進氣管和共用進氣箱，用于冷卻進氣；共用進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置于第一后排氣管中，第二渦輪增壓器的第二渦輪設置于第二后排氣管中；進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氣和排氣，進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入專門設計的共用進氣箱體，并經(jīng)連接法蘭進入氣缸；排氣經(jīng)排氣支管進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出口與渦輪入口分別設有進氣截止閥與排氣截止閥。在柴油機轉速較低的工況時，通過關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，氣缸進氣量增加，降低碳煙排放及排氣溫度，同時遠離增壓器喘振線。
[0010]進一步地，該定壓相繼增壓系統(tǒng)還包括進排氣旁通管和進排氣旁通閥。在第二渦輪增壓器切入運行后的一定工況范圍內(一般在切入點至75 %工況時，優(yōu)選50 %?75 %工況)，開啟進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，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，并可提高壓氣機的效率。
[0011]優(yōu)選地，為了使該柴油機的空間結構更緊湊，上述共用進氣箱布置于柴油機V角之內，而兩臺渦輪增壓器沿軸向同軸相鄰地布置于柴油機兩列氣缸V角之間的上述共用進氣箱之上，回路設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一端。
[0012]優(yōu)選地，該定壓排氣總管的內徑為氣缸缸徑的0.9?1.2倍。
[0013]共用進氣箱的有效氣流橫截面積與氣缸直徑和沖程有關。優(yōu)選地，該共用進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氣允許波動大小有關。
[0014]優(yōu)選地，共用進氣箱的箱壁可設計成匹配V型柴油機的形狀，如頂壁為水平，側壁為傾斜，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氣箱上布置渦輪增壓器。此外，還可設置腳座，以使其可方便地直接安裝在柴油機上。
[0015]優(yōu)選地，所述共用進氣箱的側壁厚度為9?Ilmm,頂壁厚度為14?16mm,腳座厚度為18?22mm。
[0016]進一步地，共用進氣箱還可集缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進水總管于一體。如本發(fā)明實施例2中所述那樣，共用進氣箱經(jīng)過特殊設計，該共用進氣箱除有可供中冷后的氣體進入的共用進氣腔外，還包括缸蓋高溫水排水總管與缸蓋高溫水進水總管，管道集成在公用進氣箱中可以節(jié)省空間。
[0017]進一步地，缸蓋高溫水排水總管設置于共用進氣箱的上部，缸蓋高溫水進水總管設置于共用進氣箱的下部，如將缸蓋高溫水排水總管分為兩根，分別設置于共用進氣箱上部的兩側，對應兩列氣缸的位置；將缸蓋高溫水進水總管設置為一根，統(tǒng)一向兩列氣缸提供冷卻水。缸蓋高溫水進水總管中水溫較低，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氣箱體內氣體的流動(如果靠下會加熱下部氣體，熱氣體密度低會向上流動，造成箱體內氣體上下對流)。
[0018]進一步地，缸蓋高溫水排水總管、中冷后共用進氣腔和缸蓋高溫水進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型柴油機定壓相繼增壓系統(tǒng)可應用于船用中高速V型柴油機。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1.本發(fā)明將常規(guī)的兩根進氣總管合并為一個共用進氣箱體，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，進而促進本相繼增壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
[0024]4.本發(fā)明共用進氣箱與渦輪增壓器布置于柴油機的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一端，此種布置方式可有效減小柴油機高度、寬度與長度，增加柴油機布置的緊湊性。
[0025]5.本發(fā)明的共用進氣箱集成了缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進水總管，這種設計可進一步提高柴油機布置的緊湊性。
[0026]6.本發(fā)明的共用進氣箱的缸蓋高溫水排水總管、共用進氣腔和缸蓋高溫水進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的結構示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例1的V型側面視圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實施例2共用進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]下面將結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細的描述。
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示，本發(fā)明V型柴油機定壓相繼增壓系統(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、第一前進氣管8、第二前進氣管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包括設置在第一前進氣管8中的第一壓氣機12和設置在第一后排氣管6中的第一渦輪13，第二渦輪增壓器11包括設置在第二前進氣管9中的第二壓氣機14和設置在第二后排氣管7中的第二渦輪15 ;此外，第二前進氣管9中還設有進氣截止閥16，第二后排氣管7中還設有排氣截止閥17。除上述組件以外，該定壓相繼增壓系統(tǒng)還包括進排氣旁通管18以及設于其中的進排氣旁通閥19。
[0035]第一前進氣管8和第二前進氣管9都與空氣冷卻器2相連，空氣冷卻器2還與共用進氣箱3相連，共用進氣箱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 ;進排氣旁通管18的一端連在空氣冷卻器2的出口和共用進氣箱3的進口之間，另一端與定壓排氣總管5相連。
[0036]在柴油機高工況運行時，兩臺渦輪增壓器10和11都工作，進氣截止閥16和排氣截止閥17開啟，進排氣旁通閥19關閉，空氣分別經(jīng)第一壓氣機12與第二壓氣機14進入第一前進氣管8和第二前進氣管9，并共同進入空氣冷卻器2降溫，冷卻后的氣體進入共用進氣箱3，進氣從共用進氣箱3中經(jīng)連接法蘭進入氣缸1，排氣經(jīng)排氣支管4進入定壓排氣總管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；在柴油機低工況運行時，截止閥16、17關閉，第二渦輪增壓器11停止運行，并開啟進氣排旁通閥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，本實施例的共用進氣箱3布置于柴油機V角之內，兩臺渦輪增壓器10和11沿軸向同軸相鄰布置于柴油機兩列氣缸V角之間的共用進氣箱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，本實施例的共用進氣箱3經(jīng)過特殊設計:共用進氣箱3的頂部為平面，下部沿軸向(空氣流動方向)的兩側為斜面，還包括一個腳座；空氣經(jīng)中冷后進入共用進氣腔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，分別對應了左右兩列氣缸。這種設計可提高柴油機布置的緊湊型，且缸蓋高溫水排水總管31、中冷后共用進氣腔32和缸蓋高溫水進水總管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。結合圖3和圖4，高溫水從缸蓋高溫水進水總管33先進入水套120，冷卻氣缸缸套130的上部，然后進入氣缸蓋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荷的作用。
[0041]以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種柴油機的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱向所述柴油機的所有氣缸提供進氣。
2.如權利要求1所述的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進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氣允許波動大小有關。
3.如權利要求1或2所述的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱包括共用進氣腔、缸蓋高溫水排水總管和缸蓋高溫水進水總管。
4.如權利要求3所述的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱的制造采用鑄造方法。
5.如權利要求3所述的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱的材料為鑄鐵。
6.如權利要求3所述的共用進氣箱，其特征在于，所述缸蓋高溫水排水總管設置于所述共用進氣箱的上部，所述缸蓋高溫水進水總管設置于所述共用進氣箱的下部，中間部分為所述共用進氣腔。
7.如權利要求6所述的共用進氣箱，其特征在于，所述柴油機為V型柴油機，所述共用進氣箱設置于所述V型柴油機的V角內。
8.如權利要求7所述的共用進氣箱，其特征在于，所述缸蓋高溫水排水總管為兩根，分別對應所述V型柴油機的兩列氣缸。
9.如權利要求8所述的共用進氣箱，其特征在于，所述共用進氣箱的頂壁為水平面，所述共用進氣箱的下部沿軸向的兩側面為斜面。
10.如權利要求8所述的共用進氣箱在船用中高速V型柴油機上的應用。
【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)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】諶祖迪, 王新權, 閆萍, 仲杰, 鄭亮, 黃立 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所