CN102369347B - 用于具有沿进气通道布置的磁铁的内燃机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种涡轮增压器(3)，其由经由至涡轮增压器(3)的废气进口(35)的来自内燃机(1)的废气驱动，-所述涡轮增压器(5)具有用于通常为大气压的燃烧空气的轴向进口(31)，该燃烧空气依次经过进气口(5)、进气通道(4)、具有进口(36)的弯管部分(37)处的出口(34)，-所述进气通道(4)具有非磁性材料的至少一个弓形壁(41)，其相对于所述进气通道(4)具有面向内的表面(43)和面向外的表面(45)，-其中，沿着所述弓形壁(41)布置有一连串至少三个磁铁(6)，其具有指向主要垂直于所述壁(41)的连续地相反的磁化强度方向，并且其中每个磁铁(6)的磁极面(61)通常与所述壁(41)平齐，并且-所述磁铁之间的相互间隙具有所述进气通道横截面的第一宽度的至少一半长。

Description

用于具有沿进气通道布置的磁铁的内燃机的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种用于经由至涡轮增压器的废气进口供给内燃机燃烧空气的装置。

背景技术

在涡轮增压器在低转速时提供增加功率的情况的发动机中，我们使用具有限压阀，也被称作“废气门阀”的涡轮增压器。该涡轮增压器比发动机实际需要的大。涡轮增压器以超负荷的方式设计尺寸并且将在低转速时达到已经所需的充气压力。当发动机到达上述转速时，涡轮增压器提供过多的空气，并且剩余压力变得过高。废气门阀具有从进气歧管向下延伸至作用到阀上的薄膜致动器的空气软管。当充气压力超过预定值时，薄膜上的压力变得过高，从而其经由棒打开废气门阀。废气然后通过涡轮增压器并且流出到排气系统，因此压力停止增加。一旦进气调节器减小，涡轮增压器中涡轮上的废气的量减少，并且进气歧管中的空气压力减少。废气门阀将关闭，并且所有废气将再次通过涡轮增压器。

对具有涡轮增压器的发动机最重要的是具有无阻碍的空气供给以及排气系统中尽可能少的干扰。涡轮增压器将排出气体减速并且在某种程度上作为消音器工作。涡轮增压器和其与排气系统和进气口的连接特别需要良好的保养与检查。除润滑涡轮增压器中的轴承之外，油对于冷却轴承壳体也具有重要的作用。来自涡轮壳体的热量传递到轴承和润滑油中。当发动机在高负载下运行时，油被强烈地加热，因此所有的涡轮增压发动机必须配备油散热器。此外，发动机还应当具有适于具有涡轮增压器的发动机的润滑油。

涡轮增压器增加发动机功率，这样更多的空气被增加到燃烧中，从而在每个工作周期中更多的燃料被喷射和燃烧。没有涡轮增压器的吸入式发动机可能使用多至10％的高比例的它们所产生的能量吸入在空气中。柴油机的一个问题是在上面转速范围中仅可能具有足够高的空气供给。此外，由于喷射系统的磨损以及相当大的点火延迟，如果发动机状态在总体上看很差，这通常会产生碳烟。碳烟通常与过高的燃料和空气比一起而被看见并且超过在所谓的富燃烧时喷射的燃料混合物的一部分的上燃点极限，并且可能是燃料的不完全燃烧。这样的不完全燃烧还可能产生废气中一氧化碳含量的增加并且因此有毒。本发明寻找其它手段以减少这样的碳烟。

现有技术的缺点

涡轮增压器从发动机出来的高压和高温废气驱动。因此其利用了否则将会损失的能量。涡轮推动气泵，该气泵将空气吹入到进气口吸入（实际上是进气吹动）歧管。采用的涡轮增压器的容量比具有相同的燃料喷射能力的对应的吸入式发动机用于获得清洁燃烧所需的稍高。在上面的转速范围内，当废气逐渐地用大的力和速度推动废气涡轮时，比其消耗的更多空气泵入到发动机中。发动机机油中的碳烟损坏油，进一步导致增加磨损并且因此降低发动机的寿命。磨损的提前降临还减少发动机功率。由于环境原因和健康规定，释放至出口空气的碳烟是非常不受欢迎的，尤其是柴油发动机必须或多或少地频繁地开动的位置，并且需要频繁的清洁。在一些石油平台上的问题是，用于发电机的柴油发动机的碳烟对船员的健康问题产生一定程度的影响。目前，废气歧管的大规模的清洁需要将碳烟的水平保持在足够低。当柴油发动机变得磨损时，该问题变得更严重。

涡轮增压器并不对全部发动机都有好处。为了利用涡轮增压器，发动机必须在足够高的转速下工作。在以相当低的工作转速运行的挖掘机以及其它生产机器中，无论如何其与在进气口使用磁铁相关。

用于推动发电机的目前的柴油发动机可以具有24升的活塞排量或以上并且可以受益于使用根据本发明的弓形进气通道上的涡轮增压器。目前的增压涡轮在发动机约1200rpm时传送约16立方米/分钟的大量空气。柴油发动机通常推动发电机，该发电机进一步推动海上钻井平台、采油平台、FPSO船、或类似的石油设备上的液压系统，顶推装置以及类似的电力需求设备。根据本发明的涡轮增压器还可以在陆上工厂中使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于涡轮增压器的进气通道，其中，所述涡轮增压器由经由涡轮增压器的废气进口的来自内燃机的废气驱动，以及一种涡轮增压器，以改善发动机的燃烧性能。

本发明是一种涡轮增压器（3），该涡轮增压器（3）由经由至涡轮增压器（3）的废气进口（35）的来自内燃机（1）的废气驱动。涡轮增压器（3）具有用于通常处于大气压力的燃烧空气的轴向进口（31），该燃烧空气依次经过进气口（5）、进气通道（4）、具有进口（36）的弯管部分（37）处的出口（34）。所述进气通道（4）具有非磁性材料的至少一个弓形壁（41），其相对于所述进气通道（4）具有面向内的表面（43）和面向外的表面（45），其中，沿着该弓形壁（41）布置有一连串至少三个磁铁（6），其具有指向主要垂直于所述壁（41）的连续地相反的磁化强度方向，并且其中，每个磁铁的磁极面（61）通常与所述壁（41）平齐，并且，所述磁铁之间的相互间隙具有所述进气通道横截面的第一宽度的至少一半长。

本发明的优点

本发明的优点是，磁铁布置在希望空气以高速且均匀的空气流通过的、沿进气通道中空气流的径向内部。对申请人而言，与当它们沿进气通道的相反的、外壁布置时相比，明显改进了发动机的燃烧性能。这允许在不损失功率的情况下稍微减小转速，或当减少碳烟的同时，减小燃料消耗。磁铁沿着所述通道的壁的外表面布置，从而不延伸到将减小流动截面积的区域的空气流中。本发明额外的优点是磁铁沿所述通道布置有间隙，这允许磁铁的磁场延伸入通道横截面中并且在相邻的临近磁铁的相反指向的磁场上不会被“缩短”。

在进气通道的弓形壁上具有磁铁的涡轮增压器的大型柴油机因此可以减少碳烟并且因此提供较小的维护成本，改进了健康状况，并且稍稍减少了噪声水平和/或改进的发动机功率。

附图说明

本发明在所附的附图中示出，其中

图1是由来自柴油发动机的废气驱动的涡轮增压器的示意性视图。见下面的图2，涡轮增压器具有用于燃烧空气的轴向进口，该轴向进口具有通常设有背景技术中的空气过滤器的环形凸缘。

图2是如上所述的这样的空气过滤器的示图，该空气过滤器具有布置在径向进口上的栅格（在附图的右侧示出）以及其环形凸缘内的轴向进口（在左侧示出）。

图3示出了从空气的外部进气通道到如上所示的涡轮增压器的过渡部，其中，空气的外部进气通道在其轴向连接到过渡部的连接处具有长方形横截面。这样的外部进气通道可以从发动机室的外部供给燃烧空气至涡轮增压器。

图4示出了直的进气通道，其具有布置为用于连接至图3所示的过渡件的矩形横截面。相对于空气路径的内部沿进气通道的外部的壁上布置有磁铁。

图5示出了根据本发明的进气通道的实施例，其中，整个进气通道是弓形的并且具有沿弯曲部分的内部短路径布置的磁铁。磁铁安装在沿弯曲部分的内部短路径的壁上的盒中。

图6示出了根据本发明的进气通道的实施例，其中，进气通道具有直的主轴，但其中，进气通道的其中一个壁是弓形的并且具有沿弓形壁的向内的弓形表面布置的磁铁。磁铁在这里也安装在沿进气通道弓形壁的短的内部路径的盒中。最右端示出了磁铁的磁矩通常是怎样垂直地指向弓形壁的，并且磁矩的方向分别通过壁向内或向外地交替地相反，并且磁铁布置有比通道的横截面的至少一半大的间隙。

具体实施方式

本发明在此描述一种涡轮增压器（3）其是经由至涡轮增压器（3）的废气口（35）的由来自内燃机（1）的废气驱动的。这样的涡轮增压器在图1中示出并且属于现有技术。涡轮增压器（3）具有用于主要低于大气压的燃烧空气的轴向进口（31），燃烧空气依次经过进气口（5）、进气通道（4）、具有进口（36）的弯管部分（37）的出口（34）。

进气通道（4）的横截面可以是圆的，稍微椭圆或长方形的，并且见图4，用于大型发动机的经常是长方形。见图5和图6，如计算在进气道的纵截面中，根据本发明的优选实施例的进气通道具有至少一个弓形壁（41）。弓形壁（41）由能稍微磁化的材料制成，例如不锈钢或耐酸钢，或优选地不能磁化的材料制成，例如塑料，铝，铜和其它无磁性的材料制成，并且具有相对于进气通道（4）的内表面（43）和面向外的表面（45）。请见图5和图6，沿着进气通道（4）的短的内部路径放置的该弓形壁（41），布置有一连串至少三个磁铁（6），其具有指向相对于弓形壁（41）主要成直角的连续地相反的磁化强度方向，并且因此穿过流入气流。每个磁铁（6）的面向内的磁极面（61）与该壁（41）齐平。

沿着至涡轮的进气口中的弓形表面的磁铁提供了减少来自柴油机的碳烟。对碳烟减少的一个可能的解释是流入空气的流动模式稍稍改变从而获得了稍微改进的空气与燃料的混合，但本专利申请没有寻求任何力学方面的解释。本发明引起了发动机的效果曲线的小改变，这可能为运行提供稍稍修改的方式并且相对于磁铁安装在进气通道之前的方式提供了改变的振动模式。这将引起发动机的转速稍微可容许降低，但是同时维持转矩，可替换地，采用稍微提高功率时的相同转速。

根据本发明的优选实施例，每个磁铁（6）布置在壁的外表面（45）上，并且在不间断通过壁（41）的面向内的表面（43）的情况下，每个磁铁（6）的磁极面（61）通常与壁（41）的面向内的表面（43）齐平。通过这种方式，面向内的表面（43）可以保持光滑并且避免形成湍流，否则这已经形成湍流，并且磁铁的指向内的表面还将不会阻止空气流。每个磁铁（6）可以布置在盒（62）中，盒（62）布置在壁（41）的面向外的表面（45）上。如图5所示，为了提供用于安装的良好的支承，支承盒（62）凸缘的壁的那部分中的材料横截面增加，请尤其参见图6的横截面。

根据本发明的涡轮增压器（3）优选布置为主要为大气压的燃烧空气的进口。通过这种方式，可能耗用用于薄膜渗滤作用的能量或使用单独存储的加压空气。

根据本发明的优选实施例，弓形壁（41）构成进气通道（4）的较短的内部路径。这在图5和图6中示出。为了让空气继续以与进气通道（4）中的相同方向的曲率半径运行，弓形壁（41）以与弯管部分（37）相同的横向方向弯曲。以这样的方式，避免了用于进入空气的转动方向的不必要的变化。

弓形壁（41）以20度至90度之间的角度转变方向。根据优选实施例，其没有转变90度那么多，但其在26度至60度之间的角度转变方向。

在磁铁之间应当有一间隙，从而它们不会终结闭合并且因此不在部分角度上废除它们的效果。如图6所示，磁铁之间的内部间隙应当至少有如壁（41）上以直角计算的进气通道的第一宽度的一半宽。这些间隙还可以基于通道中的流动速度计算和修改，以便如果通道中的流通速度高，磁铁可以布置有为通道的第一宽度的几倍的间隙，并且如果通道中的流动速率低，磁铁可以布置有等于或小于进气通道的第一宽度的间隙，但仍然比进气通道的宽度的一半宽。沿进气通道的磁体之间的间隙在实施例中是可调节的。根据本发明的实施例，磁铁可以安装在部分重叠但不透气的板上的相互可移动的保持器上。取决于进气通道中的空气流动速度，为了调整磁铁之间的相互间隙，那些板可以布置为沿进气通道的方向中的轨道移动。通过这种方式，磁铁的间隙可以相对于空气流通速率或柴油机的转速调整。

Claims (11)

1.一种用于涡轮增压器（3）的进气通道（4），所述涡轮增压器（3）由经由至涡轮增压器（3）的废气进口（35）的来自内燃机（1）的废气驱动，

-所述涡轮增压器（3）具有用于通常为大气压力的燃烧空气的轴向进口（31），该燃烧空气依次经过进气口（5），所述进气通道（4），具有进口（36）的弯管部分（37）处的出口（34），

-所述进气通道（4）具有非磁性材料的至少一个弓形壁（41），其相对于所述进气通道（4）具有面向内的表面（43）和面向外的表面（45），

其特征在于

-沿着所述弓形壁（41）布置有一连串至少三个磁铁（6），其具有指向垂直于所述壁（41）的连续相反的磁化强度方向，并且具有通常与所述壁（41）平齐的每个磁铁（6）的磁极面（61），并且

-所述磁铁之间的相互间隙是在弓形壁（41）上以直角计算的进气通道横截面的第一宽度的至少一半长。

2.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

每个磁铁（6）安装在所述壁的面向外的表面（45）上，并且其中，每个磁铁（6）的磁极面（61）通常与壁（41）的面向内的表面（43）齐平。

3.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述进气通道（4）具有通常为矩形的横截面。

4.根据权利要求2所述的进气通道（4），其特征在于，

每个磁铁（6）布置在盒（62）中，所述盒（62）安装在所述壁（41）的面向外的表面（45）上。

5.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述燃烧空气通常是大气压的。

6.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述弓形壁（41）构成弯曲的进气通道（4）的内部短路径。

7.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述弓形壁（41）以与所述弯管部分（37）的相同方向转变方向。

8.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

为了相对于在所述进气通道中的空气流通速度调整所述磁铁之间的相互间隙，所述磁铁（6）安装在布置为沿所述进气通道（4）的方向上的轨道可移动的相互可移动的支架上。

9.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述弓形壁（41）以20度与90度之间的角度转变方向。

10.根据权利要求1所述的进气通道（4），其特征在于，

所述弓形壁（41）以26度与60度之间的角度转变方向。

11.一种涡轮增压器（3），所述涡轮增压器（3）由经由至涡轮增压器（3）的废气进口（35）的来自内燃机（1）的废气驱动，所述涡轮增压器（3）具有如前述权利要求中的任意一项所限定的进气通道（4）。

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