CN103485866A - 涡轮增压发动机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压发动机，包括排气歧管、与所述排气歧管连接的进气管以及与所述进气管连接的涡轮增压器，所述涡轮增压发动机还包括冷却水套，所述冷却水套包括设置于所述排气歧管的管壁上的第一冷却水套和设置于所述进气管的管壁上的第二冷却水套，所述第一冷却水套和所述第二冷却水套连通为一体。本发明的涡轮增压发动机，降低废气进入涡轮增压器的温度，进而降低涡轮增压器的温度，减少涡轮增压器的故障率。

Description

涡轮增压发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种带有冷却装置的涡轮增压发动机。

背景技术

随着人们生活水平的提高和汽车工业的快速发展，汽车越来越多的应用于人们的日常生活中。人们在选购汽车时，必然会关注汽车的质量和性能等因素，首先会考虑选择一个好的发动机。

发动机是汽车的“心脏”，为汽车的行走提供动力，它关系着汽车的动力性、经济性、环保性。发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此，在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压器是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮转动，涡轮转动同时带动同轴的叶轮转动，叶轮压送空气，使之增压进入发动机气缸。装有涡轮增压器的发动机（简称涡轮增压发动机）其输出的最大功率与未装增压器的发动机相比，可增加约40%。涡轮增压发动机由于其具有极强的动力和扭矩输出以及较低的油耗，已逐渐成为市场上的主流发动机。

然而，涡轮增压发动机经过增压之后，其工作压力和温度都大大升高，涡轮增压器温度过高会大大增加涡轮增压器的故障率和降低使用寿命。因此，有效降低涡轮增压器的温度，减少涡轮增压器的故障率，是目前亟待解决的一个重要问题。

目前，涡轮增压器一般采取在涡轮增压器本体壳内设冷却水套来进行冷却降温。然而，此种方法冷却的气体是经过了发动机燃烧室及涡轮增压器之后的高温气体，此时气体的温度较高，流经的过程对各部件损害较大，如果能在废气排出发动机而未进入涡轮增压器之前就对其进行有效的冷却降温，将可以在一定程度上降低涡轮增压器的热负荷，减少涡轮增压器零部件的损伤，并有效降低涡轮增压器的故障率。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种能够在发动机排气歧管和涡轮增压器进气管中对发动机废气进行有效降温的涡轮增压发动机。

一种涡轮增压发动机，包括排气歧管、与所述排气歧管连接的进气管以及与所述进气管连接的涡轮增压器，所述涡轮增压发动机还包括冷却水套，所述冷却水套包括设置于所述排气歧管的管壁上的第一冷却水套和设置于所述进气管的管壁上的第二冷却水套，所述第一冷却水套和所述第二冷却水套连通为一体。

进一步地，所述冷却水套为中空腔体结构，所述冷却水套环绕所述排气歧管和所述进气管设置。

进一步地，所述冷却水套的内壁为波浪形或锯齿形。

进一步地，所述排气歧管包括排气总管和与所述排气总管连通的至少一分歧管路，所述第一冷却水套设置于所述排气总管的管壁上和所述至少一分歧管路的管壁上。

进一步地，所述第一冷却水套设置在所述排气歧管的内壁和外壁之间，所述第二冷却水套设置在所述进气管的内壁和外壁之间。

进一步地，所述进气管的外壁于靠近所述涡轮增压器处设置有进水孔，所述进水孔与所述第二冷却水套连通，所述排气歧管的外壁于靠近发动机缸盖处设置有出水孔，所述出水孔与所述第一冷却水套连通。

进一步地，所述涡轮增压发动机还包括腔体，所述腔体包括设置于所述第一冷却水套与所述排气歧管的外壁间的第一腔体和设置于所述第二冷却水套与所述进气管的外壁间的第二腔体。

进一步地，所述排气歧管的内壁设置有第一排气孔，所述第一排气孔与所述第一腔体连通，所述第一排气孔内设置有朝向所述排气歧管的内壁开启的第一单向阀，所述进气管的内壁设置有第二排气孔，所述第二排气孔与所述第二腔体连通，所述第二排气孔内设置有朝向所述进气管的内壁开启的第二单向阀。

进一步地，所述涡轮增压发动机还包括水泵、散热器、及发动机水箱，所述水泵、散热器、及发动机水箱与所述冷却水套连接在一起形成冷却循环系统回路。

进一步地，所述冷却循环系统回路中还设置有节温器，通过所述节温器控制所述冷却循环系统的开启与关闭。

本发明实施例的技术方案带来的有益效果是：上述涡轮增压发动机包括设置于发动机的排气歧管的管壁上的第一冷却水套和设置于涡轮增压器的进气管的管壁上的第二冷却水套，降低废气进入涡轮增压器的温度，进而降低涡轮增压器的温度，减少涡轮增压器的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例涡轮增压发动机局部立体结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图1的I-I处剖视放大示意图；

图4是图2的II处的局部放大示意图；

图5是本发明实施例涡轮增压发动机的冷却循环系统的结构组成图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种涡轮增压发动机100。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

请参见图1、图2及图3，本发明实施例的涡轮增压发动机100，包括排气歧管10、与排气歧管10连接的进气管20、与进气管20连接的涡轮增压器30以及设置于排气歧管10的管壁122、142和进气管20的管壁22上的冷却水套40。

排气歧管10包括排气总管12以及与排气总管12连接的4个分歧管路14。排气总管12一端与分歧管路14一端连接，另一端与进气管20连接。分歧管路14另一端与发动机缸盖(图未示)连接。可以理解，分歧管路14至少为一个，具体数量与发动机气缸数量相对应。排气总管12具有管壁122，管壁122包括内壁126和外壁124。分歧管路14具有管壁142，管壁142包括内壁146和外壁144。分歧管路14的外壁144于靠近发动机缸盖处设置有出水孔16。分歧管路14的内壁146近发动机缸盖处设置有第一排气孔18。

进气管20一端与排气总管12连接，另一端与涡轮增压器30连接。进气管20具有管壁22，管壁22包括内壁224和外壁222。进气管20的外壁222于靠近涡轮增压器30处设置有进水孔24。进气管20的内壁224远离涡轮增压器30处设置有第二排气孔26。

涡轮增压器30包括轴承体32、安装在轴承体上的涡轮机34和压气机36。涡轮机34与进气管20连接。

冷却水套40包括第一冷却水套42和第二冷却水套44，第一冷却水套42和第二冷却水套44连通为一体。第一冷却水套42设置于排气总管12的管壁122上和分歧管路14的管壁142上，第一冷却水套42与出水孔16连通，出水孔16至少为一个。第二冷却水套44设置于进气管20的管壁22，第二冷却水套44与进水孔24连通。第一冷却水套42和第二冷却水套44可以是中空腔体结构，环绕排气歧管10或进气管20设置，在铸造排气歧管10和进气管20时一次成型，其中第一冷却水套42设置在排气歧管10的内壁126、146和外壁124、144之间，第二冷却水套44设置在进气管20的内壁224和外壁222之间。冷却液从进水孔24流入，从出水孔16流出，冷却水套40中冷却液流向与废气流向相反，逆流冷却增大冷却水套40与废气的换热时间，提升冷却水套40的换热效率。请再参见图4，第一冷却水套42的管壁422和第二冷却水套44的管壁442均为波浪形或锯齿形，增大第一冷却水套42和第二冷却水套44的换热面积，可以提升冷却水套40的冷却能力。

本发明实施例的涡轮增压发动机100，还设置有法兰50。法兰50包括排气歧管连接法兰52和进气管连接法兰54。排气歧管连接法兰52设置有螺栓连接孔522和冷却水套连接孔524，排气歧管连接法兰52一端与排气总管12连接。进气管连接法兰54设置有螺栓连接孔542和冷却水套连接孔544，进气管连接法兰54一端与进气管20连接。螺栓连接孔522、542为中空结构，螺栓56的螺杆可以从螺栓连接孔522、542穿过，螺栓连接孔522、542至少为2个，优选4个，螺栓连接孔522、542的数量相同、大小相同、位置互相对应。冷却水套连接孔524一端与第一冷却水套42连通，冷却水套连接孔544一端与第二冷却水套44连通，冷却水套连接孔524、544至少为1个，优选多个，冷却水套连接孔524、544数量相同、大小相同、位置互相对应。螺栓56穿过螺栓连接孔522、542将排气歧管连接法兰52和进气管连接法兰54固定连接，冷却水套连接孔524另一端和冷却水套连接孔544另一端在两个连接法兰52、54的接合面连接。可以理解，法兰50还可以是具有法兰功能的其他部件。排气歧管连接法兰52和进气管连接法兰54间还安装有密封垫片58，密封垫片58不仅可以保持排气歧管10与进气管20密封连接，还能保持冷却水套连接孔524、544密封连接。

请参见图2再结合参见图4，涡轮增压发动机100还包括腔体60。腔体60包括第一腔体62和第二腔体64。第一腔体62设置于第一冷却水套42与排气歧管10的外壁124、144间，第一腔体62与第一排气孔18连通。第一排气孔18设置有朝向分歧管路14的内壁146开启的第一单向阀182，第一排气孔18的轴线方向与分歧管路14的轴线方向夹角α为锐角。第二腔体64设置于第二冷却水套44与进气管20的外壁222间，第二腔体64与第二排气孔26连通。第二排气孔26上设置有朝向进气管20的内壁224开启的第二单向阀262，第二排气孔26的轴线方向与进气管20的轴线方向夹角β为锐角。可以理解，腔体60可以是真空的封闭腔体。

腔体60的作用原理：废气在分歧管路14中流动时产生的射流作用，位于第一单向阀182和分歧管路14的内壁146的第一排气孔18产生负压，如果该部分的压力低于第一腔体62内的压力，第一单向阀182在压力差的作用下开启，释放第一腔体62内的部分压力，最终使得第一腔体62内的压力与该部分压力保持一致，第一单向阀182关闭。第一腔体62内的压力保持低于分歧管路14的内壁146压力。同理，废气在进气管20中流动时也可产生射流作用，位于第二单向阀262和进气管20的内壁224的第二排气孔26产生负压，如果该部分的压力低于第二排气孔26内的压力，第二单向阀262在压力差的作用下开启，释放第二腔体64内的部分压力，最终使得第二腔体64内的压力与该部分压力保持一致，第二单向阀262关闭。第二腔体64内的压力保持低于进气管20的内壁224压力。

腔体60不仅可以阻止排气歧管10和进气管20内热量向排气歧管外壁和进气管外壁传递的作用，还可以起到隔绝噪音的作用，也就是说腔体60既具有阻热的功效又具有隔音的功效，具有安全性和环保性。

基于本发明实施例中的冷却水套40，以下再给出涡轮增压发动机100的冷却循环系统的工作流程。

请参见图5，冷却循环系统包括水泵81、节温器82、散热器83、发动机水箱84及冷却水套40。水泵81与冷却水套40连接，冷却水套40与节温器82连接，节温器82与散热器83连接，散热器83与发动机水箱84连接，发动机水箱84再与水泵81连接，上述各部件通过连接管85连接在一起形成冷却循环系统回路。可以理解，冷却循环系统还可以包括发动机缸盖水套86，发动机缸盖水套86连接在冷却水套40与节温器82之间，发动机缸盖水套86设置于发动机缸盖的管壁上。

冷却循环过程：冷却液从发动机水箱84中经水泵81抽出后，流入冷却水套40的进水孔24，依次流经第二冷却水套44和第一冷却水套42后，从冷却水套40的出水孔16流出，然后流向节温器82，之后再流向散热器83，经过散热器83散热冷却后，流入发动机水箱84，完成整个冷却循环。可以理解，冷却循环过程还可以为：冷却液经过水泵81后，流入冷却水套40的进水孔24，依次流经第二冷却水套44和第一冷却水套42后，从冷却水套40的出水孔16流出，然后流经发动机缸盖水套86，然后流经节温器82，之后再流向散热器83，经过散热器83散热冷却后，流入发动机水箱84，完成整个冷却循环。

控制原理：由于冷却循环系统回路中设置有节温器82，可以通过节温器82控制该冷却循环系统的开启与关闭。当发动机低温启动时，节温器82关闭，冷却循环系统关闭，保证发动机启动；当发动机工作后，发动机排出废气变热，排气歧管10的管壁122、142和进气管20的管壁22的温度随之升高，节温器82开启，冷却循环系统开启，第一冷却水套42对排气歧管10的管壁122、142进行冷却降温，第二冷却水套44对进气管20的管壁22进行冷却降温，从而在发动机的排气歧管10和涡轮增压器的进气管20中对废气先行进行冷却降温，使废气在未进入涡轮增压器30之前即进行有效的降温，进而降低涡轮增压器30的温度。

本发明实施例的技术方案带来的有益效果是：上述涡轮增压发动机100包括设置于发动机的排气歧管10的管壁122、142上的第一冷却水套42和设置于涡轮增压器的进气管20的管壁22上的第二冷却水套44，降低废气进入涡轮增压器30的温度，进而降低涡轮增压器30的温度，减少涡轮增压器30的故障率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮增压发动机（100），包括排气歧管（10）、与所述排气歧管（10）连接的进气管（20）以及与所述进气管（20）连接的涡轮增压器（30），其特征在于：所述涡轮增压发动机（100）还包括冷却水套（40），所述冷却水套（40）包括设置于所述排气歧管（10）的管壁（122、142）上的第一冷却水套（42）和设置于所述进气管（20）的管壁（22）上的第二冷却水套（44），所述第一冷却水套（42）和所述第二冷却水套（44）连通为一体。

2.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述冷却水套（40）为中空腔体结构，所述冷却水套（40）环绕所述排气歧管（10）和所述进气管（20）设置。

3.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述冷却水套（40）的内壁为波浪形或锯齿形。

4.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述排气歧管（10）包括排气总管（12）和与所述排气总管（12）连通的至少一分歧管路（14），所述第一冷却水套（42）设置于所述排气总管（12）的管壁（122）上和所述至少一分歧管路（14）的管壁（142）上。

5.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述第一冷却水套（42）设置在所述排气歧管（10）的内壁（126、146）和外壁（124、144）之间，所述第二冷却水套（44）设置在所述进气管（20）的内壁（224）和外壁（222）之间。

6.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述进气管（20）的外壁（222）于靠近所述涡轮增压器（30）处设置有进水孔（24），所述进水孔（24）与所述第二冷却水套（44）连通，所述排气歧管（10）的外壁（124、144）于靠近发动机缸盖处设置有出水孔（16），所述出水孔（16）与所述第一冷却水套（42）连通。

7.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述涡轮增压发动机还包括腔体（60），所述腔体（60）包括设置于所述第一冷却水套（42）与所述排气歧管（10）的外壁（124、144）间的第一腔体（62）和设置于所述第二冷却水套（44）与所述进气管（20）的外壁（222）间的第二腔体（64）。

8.如权利要求7所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述排气歧管（10）的内壁（126、146）设置有第一排气孔（18），所述第一排气孔（18）与所述第一腔体（62）连通，所述第一排气孔（18）内设置有朝向所述排气歧管（10）的内壁（126、146）开启的第一单向阀（182），所述进气管（20）的内壁（224）设置有第二排气孔（26），所述第二排气孔（26）与所述第二腔体（64）连通，所述第二排气孔（26）内设置有朝向所述进气管（20）的内壁（224）开启的第二单向阀（262）。

9.如权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述涡轮增压发动机还包括水泵（81）、散热器（83）、及发动机水箱（84），所述水泵（81）、散热器（83）、及发动机水箱（84）与所述冷却水套（40）连接在一起形成冷却循环系统回路。

10.如权利要求9所述的涡轮增压发动机，其特征在于：所述冷却循环系统回路中还设置有节温器（82），通过所述节温器（82）控制所述冷却循环系统的开启与关闭。

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