支座壳体和内燃机
本发明涉及一种用于内燃机的支座壳体,该内燃机带有发动机组和增压器组,发动机组带有V型布置的气缸,该增压器组被设计用于两级增压且具有低压级和高压级和废气反馈机构,其中,支座壳体被设计用于支撑增压器组的至少一些组件。本发明还涉及一种根据权利要求15的前序部分的内燃机,其带有发动机组和增压器组以及支座壳体,发动机组带有V型布置的气缸。
开头部分所述类型的内燃机利用废气涡轮增压器来提高功率,当前特别是采用两级增压以及废气反馈的方式。增压器组通常安置在内燃机的曲轴箱的顶侧,在此既要考虑车辆或船只的空间情况,又要考虑对增压空气的输送和内燃机废气排出有影响的内燃机设定情况。针对增压器组的安装状态例如可以考虑的是,将其前侧指配于内燃机的力侧,而将其背侧指配于内燃机的力反侧,其中在内燃机的力反侧进行废气排出。对于内燃机的制造商来说,这意味着,他必须针对同一种内燃机预备不同的支座壳体、弯管和用于增压器组的不同的润滑剂管路和冷却剂管路。
由DE 44 32 073 A1已知一种带有用于废气涡轮增压器的底脚的支座壳体。两者可以在两个不同的安装状态下安置在内燃机上。这种方案的问题是,部件繁多。
本申请人的DE 101 22 406 A1公开了一种支座壳体,其带有设置在支座壳体内腔中的用于冷却剂和润滑剂的通道,其中,用于润滑剂反馈的通道在支座壳体中设置在旋转轴线的延长段上。由于增压器组可以围绕该旋转轴线从第一安置状态过渡至第二安置状态,所以这意味着针对不同的安置状态也能显著地减少部件。
希望针对带有废气反馈的两级增压也能有利地实现减少带有V形布置的气缸的内燃机的部件。
在此,本发明的目的是,提出一种支座壳体和一种内燃机,其对V形布置的气缸具有减小的安装空间需求,且能实现进一步减少部件。
有关支座壳体的目的通过开头部分所述类型的支座壳体得以实现,根据本发明,针对该支座壳体也规定了权利要求1的特征部分的特征。本发明也涉及权利要求15的内燃机。
本发明基于如下构思:支座壳体针对内燃机的V形布置的气缸的中间空间能以改善的方式用于引导增压器组的流体。本发明在此已认知到,利用V形缸组的中间空间能显著地避免外部的流体引导机构。增压器组的流体引导机构通常安置在增压器组的顶侧。根据本发明的方案设计支座壳体能实现把用于增压器组的流体引导机构设置在V形缸组的中间空间内-即实际上以极其紧凑的方式设置在增压器组的下方。
根据本发明为此规定,针对增压器组的至少一些组件,支座壳体具有在其内腔中形成的增压空气通道、冷却流体通道、冷却剂通道和润滑剂通道。否则需要的相应外部的流体引导机构被省去-替代地,本发明的方案规定,使得这些流体引导机构在V形缸组的中间空间内引导,其方式为,这些流体引导机构在支座壳体的内腔中形成。V形缸组的中间空间是内燃机发动机组的平行于内燃机曲轴轴线延伸的顶侧柱形空间,该空间由于发动机组气缸V形地布置而从横截面大致呈三角形的底侧狭窄侧面向上展宽;即发动机组的在V形布置的气缸的A侧与B侧之间的顶侧自由空间。本发明已认识到,该中间空间可以用于形成流体通道,因而在避免外部流体引导机构的情况下导致显著地提高内燃机的包装密度或集成度。本发明还认识到,可以把流体引导机构设计得足够可靠-这在支座壳体的内部空间中形成流体引导机构的情况下实现。
本发明的有利改进可由从属权利要求得到,且具体地给出了有利的方案,使得能够按照所提出的目的实现上述方案以及实现其它优点。
具体地规定,在支座壳体的内腔中形成的增压空气通道被设置用于引导增压器组的高压级和/或低压级的增压空气。这也提供了如下优点:支座壳体中的增压空气通道可以设有被构造成扩压器的入口,而未设置单独的外部的扩压器部分。类似地,这适用于增压空气通道的至少一个出口、优选两个出口。支座壳体优选具有两个通至高压增压空气冷却器的接头。无论通至高压涡轮增压器的接头,还是通至高压增压空气冷却器的至少一个优选两个接头,都以优选的方式设置有扩压器,该扩压器与支座壳体整体地形成。特别是可以借助通至高压增压空气冷却器的两个接头实现有利地减小流动速度,进而提高效率。总之,可以在增压空气通道中产生较小的流动速度,这导致提高了增压器组或内燃机的效率。在支座壳体的内腔中形成的增压空气通道优选具有入口和至少一个出口优选两个出口,它们与支座壳体的内腔一起整体地形成扩压器。
此外规定,在支座壳体的内腔中形成冷却流体通道。根据本发明的该设计方案,该冷却流体通道被设置用于引导增压器组的废气反馈机构的冷却流体。用于在废气反馈中规定的废气冷却的外部的冷却流体管路由此可以在很大程度上省去。支座壳体的内腔优选规定了冷却流体通道,用于把废气反馈冷却器的冷却流体引导至冷却流体出口、引导至冷却流体反馈冷却器。该冷却流体通道可以有利地用于对也设置在支座壳体的内腔中的增压空气通道进行冷却。相应的流体通道优选沿反流方向构造。由此实现提高对增压空气的冷却效果以及工作可靠地把流体通道安置在支座壳体的内腔中的协同作用。
另外,根据本发明规定,在支座壳体的内腔中构造有用于冷却剂的通道和用于润滑剂的通道-优选适当数量的这种通道。这些通道被设置用于增压器组的高压级和/或低压级。
优选在支座壳体的内腔中形成用于高压级的高压涡轮增压器的用于冷却剂的通道和用于润滑剂的通道。可以有利地特别工作可靠地把用于高压级的高压涡轮增压器的冷却剂通道和润滑剂通道安置在支座壳体中。
支座壳体优选具有用于增压空气的至少一个中间冷却器的支撑机构和用于增压空气的高压增压空气冷却器的支撑机构。有利地规定,特别是增压器组的冷却器无振动地且工作可靠地安置在支座壳体上。
支座壳体优选也具有用于高压涡轮增压器的支撑机构,该高压涡轮增压器也可以如同高压涡轮增压器的用于冷却剂的通道和用于润滑剂的通道一样工作可靠地被支座壳体承载。
按照支座壳体的特别优选的构造设计,它具有设置在前侧支架部分和背侧支架部分之间并把这些支架部分连接起来的鞍状部分。在支座壳体安置于内燃机上的情况下,前侧支架部分优选设置在内燃机的力侧。在支座壳体安置于内燃机上的情况下,背侧支架部分优选设置在内燃机的力反侧。这种布置方式有利于设定车辆,但不是强制性的。支座壳体的优选的特别是在附图中示出的实施方式优选也适合于内燃机上的扭转180°的布置情况,如果需要这样的话。对此,具体情况参见本中请人的DE 101 22 406 A1的公开内容,该文献在此援引为本申请的公开内容。
根据该改进的鞍状部分构造有底侧的基座部分和顶侧的流体引导部分,其中,基座部分具有用于把支座壳体安置在内燃机顶侧的固定机构。按照本发明的设计方案,规定把流体引导通道安置在支座壳体中-根据改进,安置在前侧、背侧的支架部分和流体引导部分中-以及把增压器组的组件安置在支座壳体上。对此,具体情况参见从属权利要求2和3以及其它从属权利要求。
流体引导部分和前侧支架部分为了支撑中间冷却器而优选具有顶侧的支撑机构。背侧支架部分优选大致具有扭转的L形横截面或T形横截面。L形横截面或T形横截面的边腿特别是形成用于高压涡轮增压器的顶侧的支撑面。所述边腿尤其还可以具有用于发动机构件尤其空气过滤器的连接板条。通常也可以把其它发动机构件比如空气过滤器、废气消声器、柴油颗粒过滤器、用于催化还原的设备(特别是SCR)等安置在支座壳体上。
该方案也涉及一种内燃机,据此,带有废气反馈的两级增压具有低压级和高压级,低压级带有第一和第二低压涡轮增压器,高压级带有高压涡轮增压器。每个涡轮增压器都具有废气涡轮机和可由该废气涡轮机驱动的增压空气压缩机。高压涡轮增压器尤其具有高压废气涡轮机和可由该高压废气涡轮机驱动的高压增压空气压缩机。低压涡轮增压器尤其具有低压废气涡轮机和可由该低压废气涡轮机驱动的低压增压空气压缩机。低压级在当前优选为双重设计。根据一种特别优选的改进,增压器组也规定了两个低压涡轮增压器和一个高压涡轮增压器的三增压器布置方式。本发明的该方案已表明特别有利于三增压器布置方式。
根据一种特别优选的改进,支座壳体一体地设计。特别地,为了改进内燃机,把支座壳体作为唯一的支座壳体在内燃机的顶侧利用固定机构安置在V形缸组的中间空间中。根据本发明的该方案,增压器组的多个组件包括用于增压空气的中间冷却器、用于增压空气的高压增压空气冷却器和高压涡轮增压器。它们按照本发明的方案采用特别优选的方式在顶侧被支座壳体支撑,并在底侧被供应以流体(增压空气、冷却剂和润滑剂)。
下面参照附图介绍本发明的实施例。这些附图并未仅仅必需地尺寸精准地示出实施例,确切地说,可用来介绍的附图以示意性的和/或略微变形的形式绘出。为了补充可由附图直接看出的教导,参见所提到的现有技术。在此应考虑到,可以在不偏离本发明的通用构思的情况下,对实施方式的形式和细节进行多种多样的改型和改变。在说明书、附图以及权利要求书中公开的发明特征,无论单独地还是任意组合地,对于本发明的改进都很重要。此外,在说明书、附图和/或权利要求书中公开的至少两个特征的全部组合都落入本发明的范围内。本发明的通用构思并不局限于下面所示的被介绍的优选实施方式的确切形式或细节,或者并不局限于相比于在权利要求书中要求权利保护的主题被限定的主题。就给出的测量范围而言,处于所述界限之内的值也应被公开为极限值,且可任意使用并可要求权利保护。
本发明的其它优点、特征和细节可由对优选实施例的如下说明以及参照附图得到;其中:
图1为根据一种示范性的构造实施方式的带有发动机组和增压器组的内燃机的顶侧的俯视图;
图2针对图1的增压器组从内燃机的力侧(KS)方向示出支座壳体的前侧立体图;
图3为从内燃机的力反侧(KGS)方向示出支座壳体的背侧立体图。
为简明起见,在下面针对相同的或相似的部分或者在功能上相同的或相似的部分采用相同的附图标记。
本发明的一种特别优选的实施方式在当前将借助一种内燃机来介绍,该内燃机按照三增压器布置方式利用废气反馈机构进行两级增压,即带有第一废气-低压涡轮增压器、第二废气-低压涡轮增压器和废气-高压涡轮增压器以及设置有废气反馈热交换器的废气反馈机构。
为此,内燃机1000具有增压器组100以及发动机组200,该发动机组带有V形布置的气缸A1-A6和B1-B6。增压器组100具有第一低压级、第二低压级、高压级以及废气反馈单元。在俯视图1中根据一种示范性的构造实施方式示出了内燃机1000的下述部分。低压级具有第一或第二由废气AG驱动的用于压缩增压空气LL的低压涡轮增压器11、21。高压级具有由废气AG驱动的用于进一步压缩增压空气LL的高压涡轮增压器31。未详细示出的可由废气AG驱动的废气涡轮机和可由该废气涡轮机驱动的增压空气压缩机形成了每个涡轮增压器11、21、31。低压级分别具有沿增压空气LL的输送方向分别置于增压空气压缩机之后的低压增压空气冷却器14或24。高压级具有沿增压空气LL的输送方向置于高压增压空气压缩机33之后的高压增压空气冷却器34。增压空气LL经由空气过滤器输送给低压级,然后经由低压增压空气引导机构从低压级输送给高压级。随后,增压空气经由高压增压空气引导机构60在高压级内部从高压增压空气压缩机33输送至高压增压空气冷却器34。经过如此压缩和冷却的增压空气LL在混合路段上与来自废气反馈机构的废气混合。混合路段和废气反馈机构在废气反馈单元的废气反馈热交换器之后为双重设计-即针对V形布置(A1-A6或B1-B6)的每个气缸列都进行设计。在混合路段上分别连接着用于V形布置的气缸A1-A6或B1-B6的A侧或B侧的入口弯管引导机构。
在废气侧,废气AG可从A侧(气缸A1-A6)的出口弯管或从B侧(气缸B1-B6)的出口弯管要么输送给废气反馈机构,要么输送给带有废气涡轮机的废气排出机构。
在图1中除了可看到在内燃机1000的发动机组200上的构件外,还可看到由低压级以及高压级和废气反馈单元构成的增压器组100的部分。内燃机的发动机组200可从气缸A1-A6(A侧)的或气缸B1-B6(B侧)的被盖罩盖住的气缸盖看到,这些气缸是发动机组200的V形布置的部分。增压器组100设置在发动机组200的顶侧,并按所述方式针对两级的增压和废气反馈采用三增压器布置方式构造。当前,增压器组100的多个组件被在图2和图3中所示的支座壳体1支撑。被支座壳体1支撑的组件在图1中可看到。这些组件包括用于增压空气的也称为用于增压空气LL的中间冷却器的上述第一和第二低压增压空气冷却器14、24、上述高压增压空气冷却器34和高压涡轮增压器31。此外,由增压器组100的顶侧的俯视图1可看到用于增压空气LL的进气壳体和用于废气AG的出口。还可看到第一和第二低压涡轮增压器11、21以及上述废气反馈热交换器49。由图1可见,增压器组100借助图2和图3的在发动机组200的顶侧在V形布置的气缸A1-A6或B1-B6的中间空间中的支座壳体1被固定。
参照图2和图3,支座壳体1被构造成唯一的一体的壳体部分。支座壳体1的壳体部分具有多个一体地相互连接的区域。这些区域在下面包括面向力侧KS的前侧的支架部分2以及面向力反侧KGS的背侧的支架部分3和把这些支架部分2、3连接起来的鞍状部分4。鞍状部分4本身具有与其一体地形成的底侧的基座部分4.1和位于该基座部分上方的顶侧的流体引导部分4.2。后者大致为鞍状,且在其腰部有一个桥形件C从A侧A伸展至B侧B,该桥形件在其端部分别具有尚待介绍的用于支撑中间冷却器-即第一和第二低压增压空气冷却器14、24-的支点。原则上将参照图2介绍支座壳体1的功能,并参照图3介绍其它构造。
按照所述设计,支座壳体1设置有底侧的固定机构710,这些固定机构用于把支座壳体1安置在内燃机1000的发动机组200的顶侧。当前,固定机构710以螺钉孔的形式在基座部分4.1的接触凸缘(Sitzflansch)711上形成。在支座壳体1的流体引导部分4.2的内腔中设有用于引导当前高压级的增压空气LL的增压空气通道5。具体而言,增压空气通道5用于在高压涡轮增压器31的高压压缩机33与高压级的高压增压空气冷却器34之间,至少部分地形成高压级中的高压增压空气引导机构60,其在图2中象征性地示出。
此外,在支座壳体1的内腔中-即在流体引导部分4.2的内腔中-形成用于引导废气反馈单元的冷却流体KF的冷却流体通道6。具体而言,在流体引导部分4.2的内腔中形成冷却流体通道6,用于把冷却流体KF从废气反馈热交换器49引导至未详细示出的冷却流体反馈冷却器48。其在图3中象征性地示出。最后,在支座壳体的内腔中形成用于冷却剂的通道7和用于润滑剂的通道8,即当前用于在图3中象征性地示出的高压涡轮增压器31的通道。
参照图2,前侧支架部分2具有通至高压增压空气冷却器34的第一和第二增压空气出口501、502。此外,前侧支架部分2具有用于来自废气反馈冷却器49的冷却流体KF的入口503。两个增压空气出口501、502和入口503在面向前侧支架部分2的前侧的凸缘510上形成。该凸缘510至少在第二增压空气出口502的区域中带有用于高压增压空气冷却器34的固定机构520,从而可以通过固定机构520把高压增压空气冷却器34在当前拧紧在凸缘510上。
支架部分2在前侧支架部分2的与凸缘510相对的一侧-即在支架部分2的面向鞍状部分4的一侧-具有从支座壳体1的A侧A伸展至B侧B的桥形件D。该桥形件D在当前带有四个支点,用于形成称为中间冷却器的低压增压空气冷却器14、24的支撑机构530。低压增压空气冷却器14、24还支撑在流体引导部分4.2的桥形件C的支撑机构730上。当前,支撑机构530以四个支点的形式在前侧支架部分2上形成,支撑机构730以两个支点的形式在流体引导部分4.2的顶侧形成-它们在前侧支架部分2或流体引导部分4.2的桥形件D或C上的间距均相等。总有一个支点形成盲孔(Augsackloch),其被设置用于容纳带有内螺纹的每一个螺钉。中间冷却器,即第一低压增压空气冷却器14或第二低压增压空气冷却器24因而可以拧紧在支撑机构530、730上,由此在顶侧被支撑机构530、730支撑地安置在发动机组200上。
背侧的支架部分3在当前-如由图3可见-大致具有扭曲的L形横截面。扭曲的L形横截面的边腿S形成连接板条,在其内腔中形成用于高压涡轮增压器31特别是当前的废气高压涡轮机的冷却剂和润滑剂的通道7、8。边腿S的连接板条也用作高压涡轮增压器31的支撑机构。为此,边腿S具有支撑面810以及分别与支撑面810的边缘连接的背侧的侧面820以及旁侧的侧面830。旁侧的侧面830具有在图2中详细示出的可看到的连接孔831,通过所述连接孔可以把空气过滤器15拧到支座壳体1上。支撑面810也具有多个连接孔811,通过这些连接孔可以把高压涡轮增压器31特别是废气高压涡轮机在支撑于支撑面810上的情况下拧紧。此外,通过背侧支架部分3的L形横截面的边腿S和叉形部G,无论支撑面810还是背侧的侧面820,都设置有用于高压涡轮增压器311的冷却剂和润滑剂的上述位于内部的通道7、8的接头870或880。
总之可以看出,支座壳体1主要由支架部分2、3和鞍状部分4构成。前侧支架部分2和鞍状部分4共同地承载着第一低压增压空气冷却器14和第二低压增压空气冷却器24形式的中间冷却器。附加地,可以把高压增压空气冷却器34固定在前侧支架部分2上。背侧支架部分3用于承载增压器组100的高压涡轮增压器31以及空气过滤器15。
根据本发明的设计方案,增压器组100的至少所述组件的流体引导通道在组件下方形成-即在支座壳体1的内腔中形成-,从而它们能借助支座壳体1安置在V形布置的气缸A1-A6或B1-B6的中间空间内-即安置在内燃机的A侧A与B侧B之间。具体而言,-在中间冷却器14、24和高压增压空气冷却器34和高压涡轮增压器31的下方-设置有用于引导增压空气LL的增压空气通道5和用于引导废气反馈冷却器49的冷却流体KF的冷却流体通道6。由此实现不仅特别紧凑地而且运行可靠地把这些通道5、6安置在支座壳体1的内腔中。此外,所述流体通道-即增压空气通道5和冷却流体通道6-经过布置,使得能实现利用冷却流体KF来冷却增压空气LL的协同效果。具体地在当前规定,流体引导部分4.2具有通至前侧支架部分2的未详细示出的前侧的流体通路以及通至高压涡轮增压器31和冷却流体反馈冷却器48的旁侧的流体通路。
在B侧B设置有旁侧的增压空气入口750,同时形成用于引导来自高压压缩机33的增压空气LL的扩压器。在流体引导部分4.2的相对的A侧A设置有用于把冷却流体KF引导至冷却流体反馈冷却器48的流体出口760。在支座壳体1的前侧-即在前侧支架部分2上-在高压增压空气冷却器34的两个增压空气出口501之间设置有用于来自废气反馈冷却器49的冷却流体KF的入口503。这种布置方式不仅能实现尽可能利用面积地
在连接凸缘510上进行安置,而且还能实现尽可能靠近空间地(raumnah)传递热量地接触增压空气通道5和冷却流体通道6。前侧支架部分2的在前侧凸缘510上的冷却流体接头503为此具有基本上Y形的横截面。用于增压空气LL的增压空气出口501、502也按照扩压器的方式构造,这也改善了与冷却流体通道6的传递热量的接触。特别地,由于在增压空气出口501、502以及在增压空气入口750形成扩压器,实现了特别好的流动均匀化,并实现了减小增压空气LL的流动速度。由此实现在支座壳体1中进行更好的热交换,进而也实现提高内燃机1000的增压效率。在支座壳体1的内腔中在前述前提条件下-即流体引导部分4.2和用于引导增压空气LL的增压空气通道5和用于引导冷却流体KF的通道6的布置、构造和连接方式-它们可被流向相反的流体(增压空气LL和冷却流体KF)流过。这在图2和图3中用表明增压空气LL和冷却流体KF的箭头的相应的箭头方向表示。总之,增压空气引导机构60的来自高压级的-即直接来自高压压缩机33的-比较热的增压空气LL由此遇到在支座壳体1的流体引导部分4.2中的比较热的冷却流体KF。在前侧支架部分2处,已经比较冷的增压空气LL紧邻冷却流体KF直接从废气反馈冷却器49引出,在那里,所述增压空气尚有较低的温度。在支座壳体1中增压空气LL与冷却流体KF之间的温度差由此通过对增压空气LL和冷却流体KF的逆流引导有利地相互抵消。
总之,本发明涉及一种用于内燃机100的支座壳体1,内燃机带有发动机组200和增压器组100,发动机组带有V型布置的气缸A1-A6、B1-B6,该增压器组被设计用于两级增压且具有低压级和高压级和废气反馈机构,其中,支座壳体1被设计用于支撑增压器组100的至少一些组件。
本发明的方案规定,支座壳体1在内燃机1000的发动机组200的顶侧设置在V形布置的气缸的中间空间中,且尤其被构造成唯一的特别是被构造成一体的支座壳体1。为此,支座壳体1具有:
底侧的固定机构720,用于把支座壳体1安置在发动机组200顶侧;
在支座壳体1的内腔中形成的增压空气通道5,用于引导增压器组100的高压级和/或低压级的增压空气LL;
在支座壳体1的内腔中形成的冷却流体通道6,用于引导增压器组的废气反馈机构100的冷却流体KF;
用于增压器组100的高压级和/或低压级的在支座壳体1的内腔中形成的用于冷却剂的通道7和用于润滑剂的通道8;和
用于增压器组100的高压级和/或低压级的至少一些组件的顶侧的支撑机构530、730。
附图标记清单