CN108603436B - 多缸活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

一种发动机(1)包括：发动机体(19)，其中，气缸(2、3)布置成第一列(A)和第二列(B)；用于所述发动机的每列(A、B)的高压涡轮增压器(5、7)和低压涡轮增压器(4、6)；第一涡轮增压器支架(16)，其具有支撑所述高压涡轮增压器(5、7)的支撑表面(22)；和第二涡轮增压器支架(17)，其布置在所述发动机(1)的所述自由端处并且包括支撑所述低压涡轮增压器(4、6)的支撑表面(23)，所述支撑表面(23)处于比所述第一涡轮增压器支架(16)的所述支撑表面(22)低的高度。

Description

多缸活塞发动机
技术领域
本发明涉及一种多缸活塞发动机，具体而言涉及一种具有改进布置的多缸活塞发动机。
背景技术
在诸如船舶和电站发动机的大型活塞发动机中，两级涡轮增压变得越来越常见。在两级涡轮增压中，两个涡轮增压器串联布置。来自发动机的废气被导入高压涡轮增压器，从高压涡轮增压器进入低压涡轮增压器。进气的压力在低压涡轮增压器中升高到第一水平并且在高压涡轮增压器中升高到较高的第二水平。利用两级涡轮增压，可提高发动机的效率，因为可更有效地利用废气的能量。两级涡轮增压还使得能够实现较高的进气压力。利用较高的进气压力，可针对给定的发动机排量实现较高的功率输出，从而使得能够使用较小的发动机。另外，较高的进气压力允许进气阀在进气冲程(米勒循环(Millercycle))期间提早闭合，从而有助于减少NOX排放。
在V型发动机中，每列发动机通常设置有自身的涡轮增压器。因此，具有两级涡轮增压的V型发动机可包括两个高压涡轮增压器和两个低压涡轮增压器。特别是放置比高压涡轮增压器更大和更重的低压涡轮增压器通常是有问题的。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的多缸活塞发动机。在如下所述的发动机中给出了根据本发明的发动机的特征化特征。
根据本发明的一种发动机具有驱动端和自由端并且包括：发动机体，其中，气缸布置成第一列和第二列；第一高压涡轮增压器，其包括被布置成接收来自所述第一列的所述气缸的废气的涡轮机和用于向所述发动机的所述气缸供应加压进气的压缩机；第二高压涡轮增压器，其包括被布置成接收来自所述第二列的所述气缸的废气的涡轮机和用于向所述发动机的所述气缸供应加压进气的压缩机；第一低压涡轮增压器，其包括被布置成接收来自所述第一高压涡轮增压器的所述涡轮机的废气的涡轮机和用于向所述第一高压涡轮增压器的所述压缩机供应加压进气的压缩机；第二低压涡轮增压器，其包括被布置成接收来自所述第二高压涡轮增压器的所述涡轮机的废气的涡轮机和用于向所述第二高压涡轮增压器的所述压缩机供应加压进气的压缩机；以及第一涡轮增压器支架，其具有支撑所述高压涡轮增压器的支撑表面。所述发动机还包括第二涡轮增压器支架，所述第二涡轮增压器支架布置在所述发动机的所述自由端处并且包括支撑所述低压涡轮增压器的支撑表面，所述第二涡轮增压器支架的所述支撑表面处于比所述第一涡轮增压器支架的所述支撑表面低的高度。
在根据本发明的所述发动机中，大而笨重的低压涡轮增压器布置在比典型的涡轮增压布局中低的高度。因此，涡轮增压系统的重心降低，从而改善了涡轮增压系统的动态行为并且减少了振动。
根据本发明的一个实施方式，所述发动机布置在底架上，并且所述第二涡轮增压器支架被所述底架支撑。因此，第二涡轮增压器支架不需要单独的底架。第一涡轮增压器支架可按传统方式被发动机体支撑。
根据本发明的一个实施方式，所述第二涡轮增压器支架的中心线与所述发动机的纵向中心线对准。所述低压涡轮增压器可相对于所述发动机的纵向中心线对称布置。
根据本发明的一个实施方式，所述第二涡轮增压器支架附接有泵盖。这允许容易地触及泵盖和泵盖内的泵。
根据本发明的一个实施方式，所述第二涡轮增压器支架包括水管道和/或油管道。实际上，当泵盖附接于第二涡轮增压器支架时，尤为如此。
第二涡轮增压器支架可附接于发动机体，或者它可在发动机的纵向方向上布置在距发动机体一定距离处。
根据本发明的一个实施方式，所述发动机包括低压增压空气冷却器和高压增压空气冷却器，并且所述低压涡轮增压器被支撑在比所述发动机的所述高压增压空气冷却器低的表面上。所述表面也可比所述发动机的所述低压增压空气冷却器低。
根据本发明的一个实施方式，增压空气冷却器附接于所述第二涡轮增压器支架。
附图说明
以下，将参照附图来更详细地描述本发明的实施方式，在附图中，
图1示意性示出了活塞发动机的涡轮增压系统；
图2示意性示出了被布置成驱动发电机的涡轮增压发动机；
图3示出了根据本发明的第一实施方式的涡轮增压系统布局；
图4示出了图3的涡轮增压系统布局的侧视图；
图5示出了图3的涡轮增压系统布局的俯视图；
图6示出了根据本发明的第二实施方式的涡轮增压系统布局；
图7示出了图6的涡轮增压系统布局的侧视图；
图8示出了图6的涡轮增压系统布局的俯视图；
图9示出了根据本发明的第三实施方式的涡轮增压系统布局；
图10示出了图9的涡轮增压系统布局的侧视图；以及
图11示出了图9的涡轮增压系统布局的俯视图。
具体实施方式
图1示意性示出了多缸活塞发动机1的进气系统和排气系统。发动机1包括布置成V型配置的多个气缸2、3。因此，发动机1是V型发动机。当从发动机1的飞轮端看时，发动机1左手侧的气缸2形成A列，右手侧的气缸3形成B列。在图1的示例中，发动机1包括12个气缸2、3，但是发动机1可包括任何合理的偶数个数(例如，14、16、18或20个)气缸2、3。发动机1是大型内燃发动机，诸如，船舶的主发动机或辅助发动机或在发电厂用于发电的发动机。发动机1的气缸孔为至少150mm。
发动机1设有两级涡轮增压系统。因此，发动机1的进气分两个阶段加压。在第一阶段中，进气的压力从环境压力升高到第一水平。在第二阶段中，进气的压力从第一水平升高到比第一水平高的第二水平。发动机1的涡轮增压系统包括用于发动机1的每个列A、B的两个涡轮增压器4、5、6、7。针对发动机1的A列设置第一低压涡轮增压器4，针对发动机1的B列设置第二低压涡轮增压器6。类似地，针对发动机1的A列设置第一高压涡轮增压器5，针对发动机1的B列设置第二高压涡轮增压器7。低压涡轮增压器4、6负责涡轮增压的第一阶段，高压涡轮增压器5、7负责涡轮增压的第二阶段。每个涡轮增压器4、5、6、7均包括压缩机4a、5a、6a、7a和涡轮机4b、5b、6b、7b。
来自A列的气缸2的废气被第一废气接收器20接收。废气从第一废气接收器20被输送到第一高压涡轮增压器5的涡轮机5b。废气从第一高压涡轮增压器5的涡轮机5b被输送到第一低压涡轮增压器4的涡轮机4b。来自B列的气缸3的废气被第二废气接收器21接收。废气从第二废气接收器21被输送到第二高压涡轮增压器7的涡轮机7b。废气从第二高压涡轮增压器7的涡轮机7b被输送到第二低压涡轮增压器6的涡轮机6b。
首先，发动机1的进气被第一低压涡轮增压器4的压缩机4a和第二低压涡轮增压器6的压缩机6a接收。进气从第一低压涡轮增压器4的压缩机4a被输送到第一高压涡轮增压器5的压缩机5a。进气从第二低压涡轮增压器6的压缩机6a被输送到第二高压涡轮增压器7的压缩机7b。在第一低压涡轮增压器4的压缩机4a和第一高压涡轮增压器5的压缩机5a之间布置有第一低压增压空气冷却器8。在第二低压涡轮增压器6的压缩机6a和第二高压涡轮增压器7的压缩机7a之间布置有第二低压增压空气冷却器10。进气从高压涡轮增压器5、7的压缩机5a、7a被输送到空气接收器12。在第一高压涡轮增压器5的压缩机5a和空气接收器12之间布置有第一高压增压空气冷却器9，并且在第二高压涡轮增压器7的压缩机7a和空气接收器12之间布置有第二高压增压空气冷却器11。作为两个高压增压空气冷却器9、11的替代，进气可经由单个高压增压空气冷却器从高压涡轮增压器5、7的压缩机5a、7a引入空气接收器12中。
进气从空气接收器12被引入发动机12的气缸2、3中。作为与A列和B列二者的气缸2、3连接的单个空气接收器12的替代，发动机1的进气系统可包括两个空气接收器。因此，来自第一高压涡轮增压器5的压缩机5a的进气可被引入第一空气接收器中，并且来自第二高压涡轮增压器7的压缩机7a的进气可被引入第二空气接收器中。进气将从第一空气接收器被引入A列的气缸2中，并且进气将从第二空气接收器被引入B列的气缸3中。
在图2中，示意性示出了图1的发动机1的侧视图。根据本发明的第一实施方式，发动机1包括涡轮增压系统布局。从A列的方向，示出发动机1。发动机1被布置成驱动发电机13。发动机1具有前端和后端。发电机13与发动机1的后端联接。因此，后端是发动机1的飞轮端和驱动端。前端是自由端。发动机1可被布置成驱动例如船舶的螺旋桨轴，而非与发电机13联接。根据本发明，发动机1的涡轮增压器4、5、6、7布置在发动机1的自由端处。在图2中，只可看到发动机1的A列侧的涡轮增压器4、5。发动机1和发电机13布置在同一底架14上。底架14在弹性支撑件15的作用下被支撑在地板结构、船体或其他类似结构上。底架14不一定也支撑发电机13，但是发电机13还可设置有自身的底架。发动机1还包括第一涡轮增压器支架16和第二涡轮增压器支架17。第一涡轮增压器支架16被配置成支撑高压涡轮增压器5、7。第一涡轮增压器支架16包括支撑表面22，高压涡轮增压器5、7被支撑在支撑表面22上。
第二涡轮增压器支架17被配置成支撑低压涡轮增压器4、6。第二涡轮增压器支架17包括支撑表面23，低压涡轮增压器4、6被支撑在支撑表面23上。涡轮增压器支架16、17二者布置在发动机1的自由端处。针对高压涡轮增压器5、7和低压涡轮增压器4、6使用单独的涡轮增压器支架16、17允许将低压涡轮增压器4、6放置在较低高度处。第二涡轮增压器支架17的支撑表面23处于比第一涡轮增压器支架16的支撑表面22低的高度。第二涡轮增压器支架17的支撑表面23也在发动机1的发动机体的上表面下方。低压涡轮增压器4、6比高压涡轮增压器5、7更大且更重。通过降低涡轮增压系统的重心，可减少振动。
发动机1还设置有泵盖18。在图2的实施方式中，泵盖18附接于第二涡轮增压器支架17。泵盖18被配置成容纳诸如油泵和冷却水泵的发动机1的不同辅助设备。第一涡轮增压器支架16由发动机体支撑。第二涡轮增压器支架17布置在发动机1的底架14上。低压增压空气冷却器8、10附接于第一涡轮增压器支架16。
图3至图5更详细示出了图2的实施方式。在图3至图5中，可看到发动机1的发动机体19的部分。第一涡轮增压器支架16部分布置在发动机体19的上方。因此，发动机体19在垂直方向上支撑第一涡轮增压器支架16。高压涡轮增压器5、7布置在发动机体19的上表面的高度上方。这允许高压增压空气冷却器9、11放置在高压涡轮增压器5、7下方。因此，低压涡轮增压器4、6可靠近发动机体19布置，并且第二涡轮增压器支架17可被发动机1的底架14支撑。
第二涡轮增压器支架17附接于发动机体19的后端。在垂直方向上，第二涡轮增压器支架17被(图3至图5中未示出的)发动机1的底架14支撑。因此，在发动机1的自由端处，底架14在发动机1的纵向方向上延伸超过发动机体19。第二涡轮增压器支架17还可设置有用于将其支撑在地面上的自身的底架，或者第二涡轮增压器支架17可借助弹性支撑元件被直接支撑在地面上。然而，实际上配置第二涡轮增压器支架17，使得一个底架14可以支撑发动机1和第二涡轮增压器支架17二者并且还可以支撑发电机3。第二涡轮增压器支架17的纵向中心线与发动机1的纵向中心线对准。低压涡轮增压器4、6相对于发动机1的纵向中心线对称布置。因此，第二低压涡轮增压器6与在发动机1的纵向中心线的相对侧的第一低压涡轮增压器4直接相对。
在图3至图5的实施方式中，发动机1的泵盖18附接于第二涡轮增压器支架17。发动机1的油泵和冷却介质泵布置在泵盖18内。第二涡轮增压器支架17包括用于容纳用于将来自发动机1的曲轴的动力传输到布置在泵盖18内的泵的轴的空间。第二涡轮增压器支架17还可设置有用于容纳不同管道(例如，冷却介质管道)的空间。诸如冷却介质管道的不同管道也可被集成于第二涡轮增压器支架17。通过将泵盖18布置在第二涡轮增压器支架17的后端处，可容易地触及布置在泵盖18内的泵。在图3至图5的实施方式中，低压增压空气冷却器8、10附接于第一涡轮增压器支架16的侧面。高压增压空气冷却器9、11布置在第一涡轮增压器支架16内。第二涡轮增压器支架17的上面支撑有低压涡轮增压器4、6的上表面23处于增压空气冷却器8、9、10、11下方。
图6至图8示出了本发明的第二实施方式。该实施方式类似于第一实施方式，但是第二涡轮增压器支架17未附接于发动机体19。替代地，第二涡轮增压器支架17布置在距发动机体19一定距离处。另外，泵盖18没有附接于第二涡轮增压器支架17，而是以传统方式在发动机1的自由端处附接于发动机体19。这种布置的益处在于，不需要用于将来自发动机1的曲轴的动力传输到泵盖18的轴。然而，泵盖18内的泵比第一实施方式中更难以触及。其他差异在于，低压增压空气冷却器8、10附接于第二涡轮增压器支架17的侧面，而非第一涡轮增压器支架16的侧面。
图9至图11示出了本发明的第三实施方式。第三实施方式类似于第一实施方式和第二实施方式。如在第二实施方式中一样，第二涡轮增压器支架17没有附接于发动机体19，而是布置在距发动机体19一定距离处。泵盖18附接于发动机体19。第二涡轮增压器支架17比其他实施方式中的低。因此，低压涡轮增压器4、6可布置得比其他实施方式中的更低。低压增压空气冷却器8、10以与第一实施方式中类似的方式附接于第一涡轮增压器支架16。
本领域的技术人员应该理解，本发明不限于上述实施方式，而是可在随附权利要求书的范围内变化。

Claims (10)

1.一种具有驱动端和自由端的多缸活塞发动机(1)，该发动机(1)包括：
-发动机体(19)，其中，气缸(2、3)布置成第一列(A)和第二列(B)；
-第一高压涡轮增压器(5)，其包括被布置成接收来自所述第一列(A)的所述气缸(2)的废气的涡轮机(5b)和用于向所述发动机(1)的所述气缸(2、3)供应加压进气的压缩机(5a)；
-第二高压涡轮增压器(7)，其包括被布置成接收来自所述第二列(B)的所述气缸(3)的废气的涡轮机(7b)和用于向所述发动机(1)的所述气缸(2、3)供应加压进气的压缩机(7a)；
-第一低压涡轮增压器(4)，其包括被布置成接收来自所述第一高压涡轮增压器(5)的所述涡轮机(5b)的废气的涡轮机(4b)和用于向所述第一高压涡轮增压器(5)的所述压缩机(5a)供应加压进气的压缩机(4a)；
-第二低压涡轮增压器(6)，其包括被布置成接收来自所述第二高压涡轮增压器(7)的所述涡轮机(7b)的废气的涡轮机(6b)和用于向所述第二高压涡轮增压器(7)的所述压缩机(7a)供应加压进气的压缩机(6a)；以及
-第一涡轮增压器支架(16)，其具有支撑所述第一高压涡轮增压器(5)和所述第二高压涡轮增压器(7)的支撑表面(22)，
其特征在于，所述发动机(1)包括第二涡轮增压器支架(17)，所述第二涡轮增压器支架(17)布置在所述发动机(1)的所述自由端处并且包括支撑所述第一低压涡轮增压器(4)和所述第二低压涡轮增压器(6)的支撑表面(23)，所述第二涡轮增压器支架(17)的所述支撑表面(23)处于比所述第一涡轮增压器支架(16)的所述支撑表面低的高度，其中，所述发动机(1)和所述第二涡轮增压器支架(17)一起布置在底架(14)上并由所述底架(14)支撑，并且其中所述发动机(1)包括低压增压空气冷却器(8、10)和高压增压空气冷却器(9、11)，并且所述第一低压涡轮增压器(4)和所述第二低压涡轮增压器(6)被支撑在比所述发动机(1)的所述高压增压空气冷却器(9、11)低的所述支撑表面(23)上。
2.根据权利要求1所述的发动机(1)，其中，所述第一涡轮增压器支架(16)被所述发动机体(19)支撑。
3.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第二涡轮增压器支架(17)的中心线与所述发动机(1)的纵向中心线对准。
4.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第一低压涡轮增压器(4)和所述第二低压涡轮增压器(6)相对于所述发动机(1)的纵向中心线对称布置。
5.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第二涡轮增压器支架(17)附接有泵盖(18)。
6.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第二涡轮增压器支架(17)包括水管道和/或油管道。
7.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第二涡轮增压器支架(17)附接于所述发动机体(19)。
8.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述第二涡轮增压器支架(17)在所述发动机(1)的纵向方向上布置在距所述发动机体(19)一定距离处。
9.根据权利要求1所述的发动机(1)，其中，所述第一低压涡轮增压器(4)和所述第二低压涡轮增压器(6)被支撑在比所述发动机(1)的所述低压增压空气冷却器(8、10)低的所述支撑表面(23)上。
10.根据权利要求1或2所述的发动机(1)，其中，所述低压增压空气冷却器(8、10)附接于所述第二涡轮增压器支架(17)。
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