CN102265010A - 活塞式发动机冷却组件 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压活塞式发动机(1)，其包括发动机体(15)、在发动机体上安装的支架(14)以及用于使冷却液在发动机的冷却回路(39，40)中循环的至少一个冷却液泵(12，13)。支架(14)包括用于被加压的增压空气的空气壳体(18)，在空气壳体(18)中布置有用于冷却增压空气的冷却器(9，11)。此外，支架(14)包括泵模块(27)，在泵模块中布置有冷却液泵(12，13)。

Description

活塞式发动机冷却组件
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的涡轮增压活塞式发动机。
在发电厂中以及船只中作为主发动机和备用发动机使用的大型涡轮增压活塞式发动机中，可以执行两级增压，即，首先在低压增压器中执行增压然后在高压增压器中执行增压。增压空气在两个增压级之间以及在高压增压器之后在引导到发动机气缸之前被冷却。在大型发动机中，涡轮增压器和增压空气冷却器尺寸很大，因此难以将它们与发动机适配相连。由于发动机的顶部没有太多的空间，涡轮增压器和空气冷却器通常由在发动机体的端部上安装的支架来承载。在大型发动机中，涡轮增压器和具有连接通道的空气冷却器很重，从而在支架上存在很大的载荷，并且质心远离发动机体。这引起例如振动、隔离、噪音以及密封问题。支架与发动机体之间的安装表面区域通常非常小，从而不允许在支架上放置质量大的物体。此外，用于冷却液的泵适配在发动机体的端部，这使得更难以将这些部件放置在最佳位置。进行一级增压的活塞式发动机也伴随有类似问题。
本发明的目的是提供一种解决方案，通过该解决方案能够减少上述问题。
本发明的目的通过权利要求1中所公开的内容而实现。根据本发明的涡轮增压活塞式发动机包括发动机体、在所述发动机体上安装的支架以及用于使冷却液在所述发动机的冷却回路中循环的至少一个冷却液泵。所述支架包括用于被加压的增压空气的空气壳体，在所述空气壳体中布置有增压空气冷却器。此外，所述支架包括泵模块，所述冷却液泵布置在所述泵模块中。
通过本发明获得了极大的好处。因为增压空气冷却器和泵模块两者都适配在支架中或者与支架成一体，所以泵模块不需要发动机体中的单独的安装点，从而获得了用于支架的更大的安装表面。此外，冷却器和泵模块可以相互靠近定位，从而它们之间的管线很短，这减少了置于支架上的质量。
下面，参照所附的示意图以实施例的方式来描述本发明，在附图中：
图1是进行两级涡轮增压的活塞式发动机的示意图；
图2示出了根据图1的活塞式发动机，在该活塞式发动机的发动机体上安装有支架；
图3是根据图2的活塞式发动机的侧视图；以及
图4图示了从上方观察到的根据图2和图3的支架。
图1是进行两级涡轮增压的活塞式发动机1的示意图。发动机1是例如在船只和发电厂中作为主发动机和备用发动机使用的大型活塞式发动机。发动机1包括用于将燃烧用空气传送到气缸10的入口通道2以及用于将废气从气缸10排出的排气通道17。发动机1设置有低压涡轮增压器3，该低压涡轮增压器3包括低压压缩机4和低压涡轮机5。此外，发动机1设置有高压涡轮增压器6，该高压涡轮增压器6包括高压压缩机7和高压涡轮机8。入口通道2的在低压压缩机4和高压压缩机7之间的部分设置有用于低压增压空气的冷却器9(低压冷却器)。此外，发动机1包括增压空气容器26，在该增压空气容器26中存储被高压压缩机7加压的增压空气。入口通道2的在高压压缩机7和用于增压空气的增压空气容器26之间设置有用于高压增压空气的冷却器11(高压冷却器)。
高压冷却器和低压冷却器连接到低温冷却回路39，低温冷却液通过低温泵12在该低温冷却回路39中循环。在冷却液的流动方向上低压冷却器9位于高压冷却器11之前。还可以将润滑油冷却器16连接到低温冷却回路，该润滑油冷却器16冷却发动机的润滑油。在冷却液的流动方向上润滑油冷却器16位于高压冷却器11之后。发动机还包括用于冷却发动机体15的高温冷却回路40。高温冷却液通过高温泵13在该高温冷却回路中循环。而且，发动机1包括润滑油泵56，润滑油通过该润滑油泵56在发动机的润滑回路57中循环。
排气通道17通过旁路通道28连接到入口通道2。旁路通道28的第一端在低压压缩机4和低压冷却器9之间的一位置处连接到入口通道2，并且第二端在高压涡轮机8和低压涡轮机5之间的一位置处连接到排气通道17。旁路通道28设置有旁通阀29，通过该旁通阀29来调节增压空气在旁路通道28中的流动。
此外，排气通道17通过第二旁路通道30连接到入口通道2。第二旁路通道30的第一端在高压压缩机7与高压冷却器11之间的一位置处连接到入口通道2，并且第二端在废气的流动方向上在高压涡轮机8之前的一位置处连接到排气通道17。第二旁路通道30设置有第二旁通阀31，通过该第二旁通阀31来调节增压空气在通道中的流动。
此外，发动机1设置有用于越过低压涡轮机5传送废气的旁路通道32。旁路通道32的第一端在低压涡轮机5之前的一位置处连接到排气通道17，并且第二端连接到低压涡轮机5之后的一位置处。旁路通道32设置有旁通阀33，通过该旁通阀33来调节废气在旁路通道32中的流动。发动机1还设置有用于越过高压涡轮机8传送废气的第二旁路通道34。第二旁路通道34的第一端在流动方向上在高压涡轮机8之前的一位置处连接到排气通道17，并且第二端连接到高压涡轮机8之后的一位置处。第二旁路通道34设置有第二旁通阀35，通过该第二旁通阀35来调节废气在第二旁路通道34中的流动。
发动机1设置有用于对增压空气进行湿润的增压空气湿润器41。而且，发动机1还设置有用于对增压空气进行湿润的第二增压空气湿润器42。湿润器41、42将水雾喷射到增压空气。增压空气湿润器41在低压压缩机4和低压冷却器9之间的一位置处将水雾喷射到入口通道2。第二增压空气湿润器42在高压压缩机7和高压冷却器11之间的一位置处将水雾喷射到入口通道2。增压空气湿润器41、42包括用于喷射水雾的喷嘴。
在入口通道2中设置有液滴分离器43以便从增压空气去除水滴。在入口通道2中还设置有第二液滴分离器44以便从增压空气去除水滴。液滴分离器43可以在低压冷却器9和增压空气湿润器41的喷射点之间的一位置处布置在入口通道2中。可替代地，液滴分离器43可以在低压冷却器9和高压压缩机7之间的一位置处布置在入口通道2中。第二液滴分离器44可以在第二增压空气湿润器42和高压冷却器11之间的一位置处布置在入口通道2中。可替代地，第二液滴分离器44可以在高压冷却器11和增压空气容器16之间的一位置处适配在入口通道2中，或者适配在增压空气容器26中。
在发动机体15上安装有支架14，在图2至图4中更详细地示出了支架的结构。支架14包括用于增压空气的空气壳体18。空气壳体18是入口通道2的一部分。空气壳体18与支架14成一体。空气壳体18包含低压空间36和高压空间37，该低压空间36用于被低压压缩机4加压的增压空气，该高压空间37用于被高压压缩机7加压的增压空气。低压冷却器9适配在低压空间36中，并且高压冷却器11适配在高压空间37中。低压空间36布置在高压空间37的端部，使得高压空间37位于低压空间36和发动机体15之间。低压空间36和高压空间37具有至少一个公共分隔壁38，该分隔壁38在图4中以虚线示出。低压空间36还可以布置在高压空间37的两侧。空气壳体18的端部可以被打开，从而用于增压空气的冷却器9、11可以通过例如适配在该端部的盖子80(如图2所示)而保持在空气壳体18中以及从该空气壳体18移除。
支架14包括泵模块27。泵模块27可以与支架14成一体或者能拆卸地安装到支架14上。高压泵12和/或低压泵13适配在泵模块27中。此外，润滑油泵56适配在泵模块27中。泵12、13和56从发动机的曲轴获得动力。泵模块27抵靠发动机体15布置。低压涡轮增压器3和高压涡轮增压器6被支撑在支架14上。这里，涡轮增压器3、6布置在支架14的顶部上。空气壳体18位于支架14的下部，在低压涡轮增压器3和高压涡轮增压器6的下方。润滑油冷却器16(如图1所示)安装在支架14上。旁通阀29、30和旁通阀33、35可以安装在支架14上。入口空气湿润器41和/或第二入口空气湿润器42可以被安装或者被支撑在支架14上。湿润器41、42的喷嘴可以位于空气壳体18中。液滴分离器和第二液滴分离器可以适配在空气壳体18中。在图1中通过虚线框起了这些可以集成、支撑或者安装在支架14上的发动机部件。
空气壳体18的盖子19设置有入口20和出口21，该入口20用于将来引低压压缩机4的增压空气传送到低压空间，该出口21用于将冷却的增压空气从空气壳体中的低压空间36排出。而且，空气壳体的盖子19还设置有第二入口22，该第二入口22用于将来自高压压缩机7的增压空气传送到空气壳体中的高压空间37。盖子19设置有第二出口23，该第二出口23用于将冷却的增压空气从空气壳体的高压空间37排出。此外，盖子19设置有入口和出口24，该入口和出口24用于将低温冷却液传送到冷却器9、11和16并且用于将其从冷却器9、11和16排出。入口和出口24以及冷却器9、11和16可以经由适配在支架14中的通道而相互连接。在支架14的侧部上具有用于高温冷却液的入口和出口25。
当发动机2运行时，燃烧用空气被引导至低压压缩机4，燃烧用空气的压强通过该低压压缩机4上升到大约4巴。接着，低压增压空气被引导至在支架中形成的低压空间36，在该低压空间36中低温增压空气被低压冷却器9冷却。冷却的增压空气从低压空间36被引导至高压压缩机7，增压空气的压强通过该高压压缩机7上升到大约8巴。接着，高压增压空气被引导至高压空间37并且被高压冷却器11冷却。冷却的高压增压空气从高压空间37被引导至增压空气容器26，并且从增压空气容器26被进一步引导至气缸10而被用作燃烧用空气。增压空气由被引导至冷却器9、11的低温冷却液进行冷却。来自气缸10的废气被传送通过高压涡轮机8，然后通过低压涡轮机5。高压涡轮机8驱动高压压缩机7，并且低压涡轮机5驱动低压压缩机4。根据发动机1的负载和运行状况，增压空气的一部分可以沿着旁路通道28和/或第二旁路通道30从入口通道2被引导至排气通道17。类似地，废气的一部分可以沿着旁路通道32被引导越过低压涡轮机5和/或沿着第二旁路通道34被引导越过高压涡轮机8。
本发明还有可替代的实施方式。
发动机1还可以是进行一级增压的涡轮发动机，这样它仅包括一个涡轮增压器和一个用于冷却增压空气的冷却器。那么，在空气壳体18中仅有一个用于被加压的增压空气的空间。

Claims (14)

1.一种涡轮增压活塞式发动机(1)，该发动机包括发动机体(15)、在所述发动机体上安装的支架(14)以及用于使冷却液在所述发动机的冷却回路(39，40)中循环的至少一个冷却液泵(12，13)，所述发动机的特征在于，所述支架(14)包括用于被加压的增压空气的空气壳体(18)，在所述空气壳体(18)中布置有用于冷却增压空气的冷却器(9，11)，并且所述支架(14)包括泵模块(27)，所述冷却液泵(12，13)布置在所述泵模块中。
2.根据权利要求1所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，在所述支架(14)上支撑有涡轮增压器(3，6)。
3.根据权利要求1或2所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述发动机(1)包括低压涡轮增压器(3)和高压涡轮增压器(6)。
4.根据权利要求3所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述低压涡轮增压器(3)和/或所述高压涡轮增压器被支撑在所述支架(14)上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述空气壳体(18)包括用于低压增压空气的低压空间(36)以及用于高压增压空气的高压空间(37)，所述低压空间(36)设置有用于低压增压空气的冷却器(9)，并且所述高压空间(37)设置有用于高压增压空气的冷却器(11)。
6.根据权利要求5所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述高压空间(37)位于所述低压空间(36)和所述发动机体(15)之间。
7.根据权利要求5或6所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述低压空间(36)和所述高压空间(38)具有至少一个公共分隔壁(38)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机(1)，其特征在于，所述冷却液泵是用于使冷却液在所述发动机的低温冷却回路(39)中循环的低温泵(12)，用于冷却增压空气的所述冷却器(9，11)连接至所述低温冷却回路。
9.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，所述冷却液泵是用于使冷却液在所述发动机的高温冷却回路(40)中循环的高温泵(13)，所述高温冷却回路冷却所述发动机体(15)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，在所述泵模块(27)中布置有润滑油泵(56)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，所述泵模块(27)与所述支架(14)成一体。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，所述泵模块(27)以能拆卸的方式安装在所述支架(14)上。
13.根据上述权利要求中任一项所述的活塞式发动机，其特征在于，在所述空气壳体(18)中设置有用于从所述增压空气中去除水滴的至少一个液滴分离器(43，44)。
14.根据权利要求13所述的活塞式发动机，其特征在于，在增压空气的流动方向上，所述液滴分离器(43，44)适配到用于低压增压空气的所述冷却器(9)之前的位置处和/或用于高压增压空气的所述冷却器(11)之前的位置处。
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