用于内燃发动机的增压空气引导元件的制作方法
【专利摘要】用于内燃发动机的增压空气引导元件(23)和水环元件(40)构造成经由所述增压空气引导元件(23)向所述水环元件(40)供给冷却水。具体地，冷却水通道系统(50A，50B)可结合到所述增压空气引导元件(23)的壁结构中，并且包括位于所述增压空气引导元件(23)的气缸单元侧朝向所述增压空气引导元件(23)的顶侧敞开的至少一个开口、和位于所述增压空气引导元件(23)的可接近侧的至少一个开口，所述可接近侧与所述气缸单元侧对向。此外，螺钉引导孔(64A，64B)在所述增压空气引导元件(23)的特定布置可允许所述增压空气引导元件(23)用于直列构型和V构型的内燃发动机。
【专利说明】用于内燃发动机的增压空气引导元件
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及内燃发动机，更具体地涉及用于内燃发动机的增压空气系统和冷却系统。
【背景技术】
[0002]中速内燃发动机包括大量构件。这些构件中的一些经受例如在气缸单元的构件一诸如活塞一处进行维修。除物理磨损外，各种构件还可能遭遇化学活性物质，例如侵蚀性的燃料和排气。
[0003]内燃发动机排出空气污染物的复杂混合物。这些空气污染物由诸如氮氧化物(NOX)的气态化合物和也被称为碳烟的固体颗粒物质组成。由于增强的环境保护意识，废气排放标准已变得越来越严格，可根据发动机的类型、发动机尺寸和/或发动机等级来规定由发动机排放到大气中的NOx和碳烟的量。
[0004]为了确保遵守对NOx的规定，可实行用于使排气混合到增压空气中的被称为排气再循环(EGR)的策略。EGR可降低NOx排放。作为示例性的EGR系统，欧洲申请EP 2 218896 Al公开了一种具有EGR的涡轮增压发动机。作为另一示例，欧洲申请EP 2 333 292 Al公开了一种利用特别成形的混合管道构型进行排气再循环的两级涡轮增压发动机。
[0005]除固有地遭受排气的任何腐蚀的常规排气系统外，EGR系统还通过向增压空气添加腐蚀性排气而使增压空气系统的构件遭到排气的腐蚀。
[0006]中速内燃发动机的大尺寸可能导致具有尺寸与燃烧发动机相似的大型增压空气系统和大型排气系统。例如，增压空气或排气管道可沿着内燃发动机从一个涡轮增压器延伸到另一个涡轮增压器。复杂的结构影响发动机的特定构件的可维修性(使用可靠性，耐用性)。
[0007]此外，中速内燃发动机可适于使用产生排气——所述排气对与之接触的构件具有破坏性、例如腐蚀性——的燃料，诸如柴油、轻燃料油(LFO)、重燃料油(HFO)、包括第一代生物燃料(例如，棕榈油、菜籽油、基于动物脂肪的油)和第二代生物燃料(例如，由非食品种子——即废生物质——制成的油)的替代燃料。
[0008]本发明至少部分地针对改善或克服现有技术系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一方面，用于具有多个气缸单元的内燃发动机的进气歧管的增压空气引导元件可包括通流部段和位于该通流部段的气缸单元侧的供给部段，所述通流部段包括使增压空气引导元件的前侧与增压空气引导元件的后侧流体连通的第一通路，所述供给部段包括使增压空气引导元件的顶侧与第一通路流体连通的第二通路。所述增压空气引导元件还可包括结合到所述增压空气引导元件的壁结构中的冷却水通道系统，所述冷却水通道系统包括位于所述通流部段的气缸单元侧朝向所述增压空气引导元件的顶侧敞开的至少一个开口、和位于所述增压空气引导元件的可接近侧的至少一个开口，所述可接近侧与所述气缸单元侧对向。
[0010]根据本发明的另一方面，用于安装至内燃发动机的发动机缸体的水环元件可包括具有环绕通孔的壁结构以在所述水环元件的安装状态下提供用于相应的气缸衬套的通路的气缸衬套部段、和用于在水环元件的安装状态下冷却气缸衬套的冷却系统，其中，所述冷却系统可具有导管结构，所述导管结构具有位于所述壁结构的外侧的至少一个开口，所述至少一个开口朝向所述水环元件的发动机缸体侧敞开。
[0011]根据另一方面，一种内燃发动机可包括发动机缸体，所述发动机缸体具有:顶侧；第一端侧和第二端侧，所述第二端侧与所述第一端侧对向；安装在所述顶侧并具有延伸到所述发动机缸体中的气缸衬套的多个气缸单元；和增压空气系统，所述增压空气系统包括用于将增压空气分配给所述多个气缸单元中的每一个气缸单元的进气歧管，其中所述进气歧管包括多个如上所述的增压空气引导元件。所述内燃发动机还可包括多个如上所述的水环元件，每个所述水环元件都安装在所述顶侧，使得每个水环元件的冷却系统的所述至少一个开口和相应的增压空气元件的冷却水通道系统的所述至少一个开口流体连通。
[0012]在增压空气引导元件的一些实施例中，所述冷却水通道系统可包括供给通道和返回通道，所述供给通道和返回通道都具有位于所述通流部段的所述气缸单元侧的开口，所述开口基本上在第二排出开口敞开的方向上敞开。
[0013]在一些实施例中，增压空气引导元件可以是一体式铸造部件。附加地或替代地，水环元件可以是一体式铸造部件。
[0014]在一些实施例中，多个增压空气弓I导元件可构造成提供从压缩的出口到气缸单元中的每一者的流体连通结构。
[0015]一般而言，与集成在发动机缸体内的内部进气歧管相比，位于发动机缸体外部的进气歧管可提供良好的接近且可易于安装、操作和更换。这特别是适用于由增压空气引导元件组成的进气歧管。
[0016]例如，由补充给增压空气的排气引起的腐蚀可导致损坏增压空气系统的构件——诸如进气歧管的增压空气引导元件。因为例如空气引导元件和混合管道可作为如损坏可随后被更换的单独的铸造部件形成，所以位于外部的损坏构件的更换可容易地进行并且不会影响发动机缸体。
[0017]此外，如上所述的水环元件和增压空气引导元件的构型可允许在不需要拆卸增压空气系统和冷却水系统的情况下拆卸气缸盖和水环元件以进行维修。
[0018]定位在不同位置的冷却水排放端口可进一步简化水环元件的更换。
[0019]如本文公开的增压空气引导元件的构型还可允许实现用于不同构型、诸如直列构型或V构型的内燃发动机的增压空气引导元件。
[0020]本发明的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是直列构型的内燃发动机的示意性透视图；
[0022]图2是图1的内燃发动机的示意性剖视图；
[0023]图3是水环元件和增压空气引导元件的示意性透视图；
[0024]图4是用于直列构型的处于安装状态下的水环元件、增压空气引导元件和冷却水管道的示意性剖视图；
[0025]图5和图6是图3的增压空气引导元件的进一步的示意性透视图；
[0026]图7是用于直列构型的处于安装状态下的水环元件、增压空气引导元件和冷却水管道的示意性剖视图；
[0027]图8是增压空气在图1的内燃发动机内的流动的示意图；
[0028]图9是增压空气引导元件的又一实施例的示意性透视图；和
[0029]图10是经安装状态下的图9的增压空气引导元件和水环元件的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0030]以下是对本公开的示例性的实施例的详细描述。文中所述和附图所示的示例性的实施例旨在教导本发明的原理，从而使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同应用实施并使用本发明。因此，示例性的实施例并非旨在成为且不应该被认为是对专利保护范围的限制性说明。相反，专利保护范围应该通过所附权利要求来限定。
[0031]本发明可部分基于以下认识:EGR可导致损坏增压空气系统，这引起对增压空气系统的损坏构件进行容易的更换的潜在需求。因此，公开了用于中速发动机的新构型，其可改善受EGR影响的那些构件的可接近性/可达性(可接近以例如进行维修、替换等的能力)，并且特别是允许将那些受影响的构件实施为可替换部件。
[0032]为了降低EGR的影响，进一步认识到去除侵蚀性的冷凝物可延长受影响的构件的寿命，并且特别是设想到可为增压空气引导元件设置排出系统。
[0033]具体地，增压空气进气歧管可由组件化的铸造增压空气引导元件组成，所述增压空气引导元件中的每一者与相应的水环元件特定地相互作用。由于水环元件可能需要被更频繁地拆卸以维修气缸单元，故提出一种可允许向水环元件供给冷却水并且可在维修气缸单元的同时保持安装的增压空气引导元件。
[0034]此外，认识到特定设计选择允许将增压空气引导元件应用至直列发动机构型和V构型。具体地，可为各种发动机构型、诸如直列和V构型提供诸如安装件、冷却水排出系统和冷凝物排出系统的特征，从而在更换部件的设计工作和计算逻辑中实现提高的效率。
[0035]此外，本发明公开了用于以紧凑方式使涡轮增压系统与进气歧管连通以实施EGR的混合管道。
[0036]参照图1和图2，内燃发动机I可包括直列布置的多个气缸单元16A-16I。作为示例，图1示出9个气缸单元。内燃发动机I可包括发动机缸体10，所述发动机缸体容纳曲轴并为气缸单元16A-16I提供支承,所述气缸单元安装在所述发动机缸体上并且穿过位于发动机缸体10的顶侧21的气缸开口进入发动机缸体10的内部中。气缸开口 IlB在图2中示出。
[0037]内燃发动机I还可包括两级涡轮增压系统12，其具有形成顺序涡轮增压系统的低压级涡轮增压器26和高压级涡轮增压器28。一般而言，涡轮增压器可适用于使用发动机的排气的热量和压力来驱动压缩机以压缩用于发动机的增压空气。内燃发动机I还可包括未示出的燃料箱、一个或多个催化剂系统和发动机控制单元。
[0038]气缸单兀16A-16I都可包括气缸盖部分17、燃烧室和用于引导气缸衬套内的活塞的关联气缸。活塞可连接到曲轴。如图2A所示，罩盖17C可覆盖并保护气缸盖部分17的顶部以及设置在气缸盖部分上的机械部件和流体连通部件。气缸单元16A-16I的内部构件未详细示出。
[0039]除顶侧21外，发动机缸体10还可具有端侧18L和18H，所述端侧在由气缸单元16A-16I的纵向布置限定的长度方向19上对置。发动机缸体10还可具有在与长度方向19正交的方向上对置的两对向长侧20A、20B。气缸单元16A-16I可成直线地布置在两端侧18L和18H之间并与两长侧20A、20B平行。
[0040]内燃发动机I可包括增压空气系统，该增压空气系统包括例如进气歧管22和排气系统，该排气系统包括例如排气歧管24。对于EGR而言，可在排气系统与增压空气系统之间设置流体连通结构36，使得可以受控方式使排气在充入燃烧室之前与增压空气混合。在图1中，流体连通结构36可通入到可在增压空气进入进气歧管22之前提供的混合管道29中。此外，可存在用于向增压空气系统内的预压缩增压空气添加添加剂(例如水)的入口。
[0041]进气歧管22可在顶侧21上方沿长度方向19延伸，并且可与各气缸单元16A-16I均流体连通。因此，顶侧21可构造成用于将增压空气进气歧管22—具体地，该增压空气进气歧管的如下描述的构件——安装在该顶侧上。顶侧21可以不存在任何会提供从发动机缸体内的流体增压空气通路(即，压缩机连通结构)34到进气歧管22的流体连通的增压空气开口。
[0042]进气歧管22可连接至气缸单元16A-16I的进气开口并经由混合管道29连接至高压涡轮增压器28。气缸单元16A-16I中的每一者都可设置至少一个进气门(未示出)，其构造成用于接通或关断进气歧管22与相应的气缸单元的燃烧室之间的流体连通。
[0043]进气歧管22与发动机缸体10分开，并且可包括安装在顶侧21的一系列单独构造的增压空气引导元件23A-23I。例如，顶侧21可包括用于将增压空气引导元件23A-23I安装在其上的螺孔。如下文公开的，这些螺孔中的一些螺孔可正交地延伸到顶侧21中，而另一些螺孔可相对于顶侧21以不等于90°的角延伸到发动机缸体中。
[0044]增压空气引导元件23A-23I可构造为单独的部件，以允许各个气缸单元的分段组装。此外，本文描述的具体构型可允许在不移除相应的增压空气引导元件的情况下维修气缸单元,诸如维修气缸单元的气缸衬套、活塞、气门等。
[0045]如图2所示，排气歧管24可设置在进气歧管22上方。例如，排气歧管24的各部分可通过示意性地示出的安装件25而与增压空气元件附接。排气歧管24—例如，每个部分-可与各气缸单兀16A-16I流体连通。气缸单兀16A-16I中的每一者都可包括排气门
(未示出)，该排气门构造成用于接通和关断相应的气缸单元16A-16I的燃烧室与排气歧管24之间的流体连通。
[0046]—般而言，当内燃发动机I运转时，燃烧室可被充入经由进气歧管22提供的增压空气。在燃烧后，燃烧过程产生的排气可自气缸单元16A-16I经由排气歧管24释放。
[0047]如图1所示，低压级涡轮增压器26可包括经由共同的轴机械地连接的压缩机Q和涡轮?Υ。类似地，高压级涡轮增压器28可包括经由共同的轴连接的压缩机Ch和涡轮TH。压缩机Q的入口(进气口)可构造成吸入用于燃烧过程的增压空气。一般而言，压缩机Q的出口(排气口)可经由压缩机连通结构34与压缩机Ch的入口流体连通。
[0048]低压级涡轮增压器26可在端侧18L(也称为低压侧)例如直接地或与其它构件——诸如增压空气冷却块/冷却体，例如第一冷却器30等——结合为单元地固定地附接在发动机缸体10上。
[0049]高压级涡轮增压器28可在端侧18H(也称为高压侧)例如直接地或与其它构件——诸如增压空气冷却块/冷却体，例如第二冷却器32等——结合为单元地固定地附接在发动机缸体10上。
[0050]通过将涡轮增压器26、28安装在发动机缸体10的对向两侧上，可使安装简化并且可有效地利用空间，同时使得易于从长侧20A、20B和从顶部接近发动机的构件(用以例如进行维修等)。
[0051]压缩机连通结构34可在整体/ 一体铸造的发动机缸体10内提供从端侧18L到端侧18H的通路，但在其它部位是气密的。如图2所示，压缩机连通结构34可以是与铸造发动机缸体10成一体的管道系统，该管道系统可构造成承受至少3、4或5bar的增压空气压力。在中速大型内燃发动机的情况中，压缩机连通结构34可具有数米——例如5m——的长度。
[0052]压缩机Q的出口可经由第一冷却器30与压缩机连通结构34连通。压缩机Ch的出口可经由第二冷却器32和混合管道29与进气歧管22连通。
[0053]在发动机I运转期间，增压空气可在充入气缸单元16A-16的燃烧室之前被压缩和冷却两次。例如，对于中速大型内燃发动机而言，压缩机Q可在180°C下将增压空气压缩到3-5bar。冷却器30可将增压空气从约180°C冷却到45°C。压缩机Ch可在180°C下将增压空气压缩到7-8bar，并且冷却器32可将增压空气从约180°C冷却到45°C。
[0054]冷却可在增压空气系统及其构件内引起冷凝。具体地，在EGR或各类燃料的作用下，冷凝物可能变得具有化学活性，并且特别是可能对增压空气系统的在冷凝物可能聚集的区域内的壁结构产生影响。如本文公开的，增压空气引导元件可设置有用于将侵蚀性的冷凝物从增压空气系统中去除的特殊的排放端口。
[0055]在燃烧室内，可通过活塞的运动引起增压空气的进一步压缩。在压缩循环结束时，适量的燃料——如柴油、船用柴油、重燃料油、替代燃料或它们的混合物——可被喷射到燃烧室内。燃料可与经压缩的增压空气燃烧并产生排气，所述排气可经由排气歧管24排出。
[0056]排气歧管24的出口可与涡轮Th的入口连通。涡轮Th的出口可经由涡轮管道连通结构35与涡轮IY的入口流体连通，并且涡轮IY的出口可释放排气。排气系统还可包括可布置在涡轮管道连通结构35外部或内部的一个或多个催化剂系统和/或一个或多个排气过滤系统。
[0057]内燃发动机I的上述运转可提供动力以使曲轴转动例如用于驱动发电机。
[0058]参照图1，进气歧管22可设置在发动机缸体10外部，并且可由一系列增压空气引导元件23A-23I组成，所述增压空气引导元件用于将增压空气从高压级涡轮增压器28引导至气缸单元16A-16I中的每一者。增压空气引导元件23A-23I可被制造成铸造部件，利用例如4个螺钉将其安装在发动机缸体10的顶部上。相邻的增压空气引导元件可经由简易导管(平滑导管)流体连通，以将供给到增压空气引导元件23A-23I中的第一个增压空气引导元件的增压空气分配至位于下游的增压空气引导元件。
[0059]图3和图4示出增压空气引导元件23及其与水环元件40的相互作用。具体地，图3示出处于未组装状态下的用于连同水环元件40 —起安装在发动机缸体10上的示例性的增压空气引导元件23的透视图。图4然后以剖视图示出已安装在发动机缸体10上的增压空气引导元件23和水环元件40。增压空气引导元件23和水环元件40都可制造成铸造部件。
[0060]水环元件40可包括阀驱动进给槽部分41和用于向相应的气缸单元的气缸衬套提供冷却水的水环部分(即，气缸衬套部段)42。阀驱动进给槽部分40可包括适于使用于操作阀的驱动杆延伸穿过其中的开口 43B。水环元件40可以是用于将气缸盖部分17安装在其上的基础。控制空气通孔43C也可结合到水环元件40的壁结构中，以向气缸盖部分17提供加压的控制空气。
[0061]水环元件40可包括6个螺钉引导孔43A，所述6个螺钉引导孔环绕水环部分42布置并在该水环部分的壁结构内例如沿气缸轴线的方向延伸。对于各气缸单兀16A-16I而言，发动机缸体10的顶侧21可具有环绕活塞开口的6个螺孔。将水环元件40连同相应的气缸单元(图4中未示出)一起安装在发动机缸体10的顶侧21上可例如利用穿过螺钉引导孔43A的螺钉来完成。
[0062]在直列构型中，发动机缸体10的顶侧21可包括在从第一端侧18L到第二端侧18H的方向上成直线地布置的一系列活塞开口，而在V构型中，对于两个气缸组中的每一组而言，顶侧可包括相对于另一组气缸倾斜且具有成直线布置的一系列活塞开口的顶部分。
[0063]在安装状态下，气缸衬套可从相应的气缸盖部分17穿过相应的水环部分42并进一步穿过顶侧21延伸到发动机缸体10内。
[0064]水环部分42可构造成用于在发动机运转期间将冷却剂(例如，发动机的高温冷却回路的冷却水)引导到气缸衬套周围并朝向气缸盖17引导，以冷却气缸衬套和气缸盖。在安装状态下，水环部分42可环绕相应的气缸衬套使得水环部分42与气缸衬套之间存在间隙，该间隙形成在气缸衬套周围的水路径。
[0065]水环元件40可包括用于接收来自增压空气引导元件23的冷却水并使冷却水返回增压空气引导元件23的冷却水连通结构。如图4所示，供给连通结构44A可穿过水环部分42的壁结构延伸。供给连通结构44A可在壁结构的外部形成龙头状结构，使得水进入开口形成为朝向水环元件40的发动机缸体侧敞口。
[0066]在气缸衬套周围循环并被向上引导到气缸盖中的冷却水可从气缸盖返回到返回连通结构44B中。返回连通结构44B可包括在壁结构内例如沿气缸轴线的方向延伸的通道44C。返回连通结构44B可在壁结构的外部形成龙头状结构，使得水排出开口形成为朝向水环元件40的发动机缸体侧敞开。返回连通结构44B的龙头状结构可靠近供给连通结构44A的龙头状结构设置。
[0067]由于水连通结构向下朝向水环元件40的发动机缸体侧指向，故所述水连通结构可例如经由密封插入件47连接至如下描述的增压空气引导元件23的冷却水通道的对等水连通结构。
[0068]增压空气引导元件23可在内部包括空气通道系统。具体地，增压空气引导元件23可在增压空气引导元件23的第一侧上具有进入开口(进气开口)45A并在与第一侧对向的第二侧上具有第一排出开口(排气开口)45B，借此在被安装到顶侧21上时在长度方向19上提供从第一侧到第二侧(具体地，到第一排出开口 45B)的流体连通结构(第一通路 48A)。
[0069]如上文参考图1所说明的，相邻的增压空气引导系统23A-23I可流体连通，借此使一系列增压空气引导元件23A-23I的流体连通结构成直线地扩展并形成进气歧管22。
[0070]再参照图3，每个增压空气引导元件23都还可包括可与第一通路48A流体连通的第二排出开口 45C，借此提供从第一侧到第二排出开口 45C的流体连通结构(第二通路48B)。第二排出开口 45C可位于增压空气引导元件23的水环元件侧，并且可构造成用于向相应的气缸单元的增压空气入口提供增压空气连通结构。
[0071]参照图2，气缸盖部分17可包括第一管状延伸部17A和第二管状延伸部17B。第一管状延伸部17A可形成气缸单元的增压空气入口并连接至相应的增压空气引导元件23的第二排出开口 45C。第二管状延伸部17B可形成气缸盖部分17的排气出口并连接至排气歧管24。
[0072]增压空气引导元件23可包括集成在其壁结构中的冷却水通道，所述冷却水通道用于使冷却系统的冷却水管道70 (在图4中示出)与水环元件40的冷却水连通结构流体连通起来。具体地，在安装状态下，供给通道50A可使供给管道与供给连通结构44A的水进入开口流体连通，而返回通道50B可使返回管道与返回连通结构44B的排出开口流体连通。
[0073]供给通道50A和返回通道50B可在增压空气引导元件23的壁结构内延伸。在水环元件侧，供给通道50A和返回通道50B均可包括在与开口 45C敞开方向相同的方向上(在安装状态下，在远离发动机缸体10的方向上)敞开的开口 52，使得例如当密封插入件47位于开口 51内时，水环元件40可下降到发动机缸体10上并且可在供给连通结构44A与供给通道50A之间以及在返回连通结构44B与返回通道50B之间建立水密连接(即，不漏水的连接)。类似地，可在不拆卸增压空气引导元件23的情况下移除水环元件40。
[0074]在增压空气引导元件23的壁结构内，供给通道50A和返回通道50B可首先沿着发动机缸体侧然后沿着可接近侧(access side)(该可接近侧与水环元件侧对向)围绕通路48A延伸约180°。
[0075]在可接近侧的上部部分，可设置用于建立通向冷却水管道的流体连通结构的两对开口。所述开口可在取决于发动机构型的类型地允许接近的方向上敞开。例如，用于直列构型的一对开口可在远离发动机的方向上在水平方向上敞口，而用于V构型的一对开口可在远离发动机的方向上在竖直方向上敞口，如参考图5和图6所述的。
[0076]对于每一对开口而言，其可在安装状态下沿长度方向19在通路48A的轴线方向上靠近彼此地定位。
[0077]如图5所示，用于直列构型的开口 60A可在可接近侧敞开，而用于V构型的开口60B可在增压空气引导元件23的顶侧敞开。螺孔61可设置在一对开口的两侧，以附接用于连接至如图4所示的冷却水管道70的连接管道元件49。
[0078]可靠近两对开口设置具有螺孔61的安装表面62，用于安装保持器一诸如图2中的保持器25-以保持排气歧管24。
[0079]参照图5和图6，增压空气引导元件23的冷却水通道还可包括冷却水排放端口，例如位于冷却水通道的中央部分内的冷却水排放端口 52A、和位于水环元件侧的例如在开口45A敞开方向上敞开的冷却水排放端口 52B。如本领域技术人员理解的，在运转期间冷却水排放端口 52A、52B可直接在增压空气引导元件23处关闭以关断冷却回路。替代地，当排出管道连接至冷却水排放端口 52A、52B时可相隔一些距离地执行关闭。
[0080]冷却水排放端口 52A还可允许使冷却水通道在铸造之后固化(硬化)。例如，可将冷却水通道铸造成具有从冷却水排放端口 52A基本上成直线延伸的两个部分。
[0081]在一些实施例中，可设置冷凝物排放端口，以使第一通路48A在冷凝物于运转期间可能积聚的位置处与外部流体连通。例如，冷凝物排放端口 54A可靠近冷却水排放端口52B设置(例如设置在冷却水排放端口旁边)并与内部连通，用于在增压空气引导元件23安装在直列构型发动机上时去除冷凝物。对于V构型而言，冷凝物排放端口 54B可位于开口 45B下方并与内部连通，以在增压空气引导元件23安装在V构型发动机上时去除冷凝物(参看图6)。
[0082]可经由插入螺钉引导孔内的4个螺钉安装增压空气引导元件23。例如，增压空气引导元件23可在水环元件侧包括基本上正交地朝向发动机缸体侧指向的两个螺钉引导孔64A。增压空气引导元件23还可在可接近侧包括两个螺钉引导孔64B，这两个螺钉引导孔64B可相对于螺钉引导孔64A成一定角度地定位。在发动机缸体10内可分别设置相对于顶侧21正交地延伸的螺孔和与顶侧21成例如70°角的螺孔。
[0083]可根据增压空气引导元件所应用的V构型来选择角度。例如，具有两个气缸组的V构型可以发动机缸体顶侧的气缸组部段之间的倾斜角为特征。在一些实施例中，水平过渡侧2IA可连接气缸组部段。
[0084]当增压空气引导元件23安装在V构型的发动机上时，螺钉引导孔64A可正交地指向各气缸组部段(图7中未示出)，并且螺钉引导孔64B可正交地指向V-发动机缸体1A的水平过渡部段(即，水平过渡侧)21A。
[0085]如图7中示例性示出的，块体(块状件)66可附接——例如，旋抒——至水平过渡侧21A，以桥接螺钉引导孔64B与发动机缸体1A之间的空间。螺钉引导孔64A和螺钉引导孔64B的角度取向可允许在将增压空气引导元件23与直列和V构型发动机一起使用时接近螺钉。
[0086]水环元件40和增压空气引导元件23的外部形状可构造成使得可在不需要拆卸用于直列和V构型的增压空气引导元件23的情况下移除和安装水环元件40。
[0087]作为示例，图8示意性地示出了增压空气在增压空气系统中的流动。增压空气可自压缩机Q—该压缩机Q从外部吸入增压空气一通过冷却器30和压缩机连通结构34，然后才被压缩机Ch进一步压缩。增压空气可自压缩机Ch经过冷却器32和混合管道29，然后才被进气歧管22分配至各气缸单元。进气歧管22可由增压空气引导元件23组成。具体地，增压空气引导元件23可连接至气缸单元16A-16I的气缸盖部分的相应的增压空气入口(即，第一管状延伸部)17A。
[0088]混合管道29可经由阀(未示出)与用于使增压空气系统与排气系统连通的流体连通结构36流体连通。由此，排气可以受控方式与增压空气混合，然后才经由进气歧管22被分配至燃烧室。
[0089]混合管道29还可包括当安装在高压冷却器32与进气歧管22之间时位于最低点处的冷凝物排出装置。
[0090]一般而言，各种排放端口可连接至共同的排出系统，从而在例如于海上应用中发生的各种运转状况下确保适当的排出。
[0091]图9和图10示出增压空气引导元件123及其与水环元件140的相互作用的替代实施例。具体地，图9示出增压空气引导元件123的透视图，而图10以剖视图示出通过安装状态下的增压空气引导元件123和水环元件140的冷却剂流。下文不会详细描述全部特征。然而，本领域技术人员结合第一实施例将理解的是，各种实施例的特征可相似地应用于其它实施例，诸如增压空气引导元件123和水环元件140都可制造成铸件，可设置用于冷却系统和空气系统的排放端口，以及使用夹固或螺栓连接法兰(凸缘)。
[0092]增压空气引导元件123在内部包括空气通道系统。具体地，增压空气引导元件123在该增压空气引导元件123的第一侧上具有进入开口(进气开口)145A、在与第一侧对向的第二侧上具有第一排出开口(排气开口)145B，由此在被安装到发动机缸体的顶侧上时沿长度方向19提供从第一侧到第二侧(具体地，到第一排出开口 145B)的流体连通结构(第一通路 148A)。
[0093]如上文参考图1所说明的，相邻的增压空气引导系统可流体连通，由此使一系列增压空气引导元件的流体连通结构成直线地扩展并形成进气歧管22。与图3的夹固构型形成对照，在图9的实施例中通过螺纹表明了螺栓连接法兰构型。
[0094]再参照图9，每个增压空气引导元件123都还包括与第一通路148A流体连通的第二排出开口 145C，由此提供从第一侧到第二排出开口 145C的各自安装至各气缸单元的流体连通结构(第二通路148B)。如图10所示，第二排出开口 145C设置在增压空气引导元件123的水环元件侧。
[0095]增压空气引导元件123包括集成在其壁结构内的一对冷却水通道，所述冷却水通道连接至连接管道元件49 (在图4中示出)以使冷却水管道70 (在图4中示出)与水环元件140的冷却水连通结构流体连通。
[0096]具体地，在安装状态下，供给通道150A从供给进入开口 160Bs延伸至供给排出开口 151s，而返回通道150B从返回进入开口 151r延伸至返回排出开口 160Br。供给进入开口 160Bs、供给排出开口 151s、返回进入开口 151r和返回排出开口 160Br基本上在供给部段的第二通路148B在增压空气引导元件123的顶侧处敞开的方向上敞开。供给进入开口160Bs、供给排出开口 151s、返回进入开口 151r、返回排出开口 160Br和第二排出开口 145C的基本上相同的取向简化了水环元件140和增压空气引导元件123的组装和拆卸以及进出冷却水管道的简单冷却水回路的设置。
[0097]换言之，供给通道150A使冷却水管道与供给连通结构144A的例如以龙头状方式构造的水进入开口 144As流体连通，而返回通道150B使返回管道与返回连通结构144B的水排出开口 144Br流体连通。
[0098]供给通道150A和返回通道150B在增压空气引导元件123的壁结构内延伸。在增压空气引导元件123的壁结构内，供给通道150A和返回通道150B可首先沿着发动机缸体侧然后沿着可接近侧(该可接近侧与水环元件侧对向)围绕通路148A延伸约180°。
[0099]与图3的实施例形成对照，用于直列构型和V构型的仅一对开口 160Bs、160Br在远离发动机的方向上在水平方向上敞开，例如，在增压空气引导元件123的顶侧处敞开，借此进一步简化了冷却通道系统。此外，设置了安装表面162，用于安装保持器以保持例如排气歧管。
[0100]增压空气引导元件123的冷却水通道150A和150B还可包括冷却水排放端口，例如，在冷却水通道的中央部内的冷却水排放端口 152A、和位于水环元件侧例如在开口 145A敞开的方向上敞开的冷却水排放端口(未示出)。如本领域技术人员理解的，冷却水排放端口可被密封以在运转期间关断冷却回路。
[0101]在一些实施例中，可设置冷凝物排放端口，以使第一通路148A在冷凝物在运转期间可能积聚的位置处与外部流体连通。例如，靠近冷却水排放端口 152A的冷凝物排放端口154A与内部连通用于在增压空气引导元件123安装在直列构型发动机中时去除冷凝物。对于V构型而言，可如结合图6所公开的设置冷凝物排放端口。
[0102]图6和图7以及相应的描述也适用于基本上正交地朝向发动机缸体侧指向的螺纹引导孔、和位于可接近侧的螺纹引导孔164B——所述可接近侧可相对于螺纹引导孔成一定角度地定位。
[0103]水环元件140和增压空气引导元件123的外部形状可构造成使得可在不需要拆卸用于直列和V构型的增压空气引导元件123的情况下移除和安装水环元件140。
[0104]参照图10，示例性地示出了冷却水从气缸单元到水管道的返回路径。
[0105]冷却水从气缸盖(未示出)经位于水环元件140的顶部的返回导管开口 244Br进入冷却水返回导管(即，返回连通结构)144B中。所述顶部构造成例如气缸盖交界面。冷却水返回导管144B沿着水环元件140的壁基本上轴向地延伸并形成具有水排出开口 144Br的龙头状结构。与返回通道150B的密封连接由装配到返回导管开口 244Br和返回进入开口151r中的密封插入件147提供。返回通道150B在增压空气元件123的底部从水环元件侧延伸到可接近侧，然后向上弯曲到达增压空气元件123的顶侧以通入返回排出开口 160Br。在朝向返回排出开口 160Br弯曲之前，提供了通向冷却水排放端口 152A的直的连通结构。返回流用箭头200表示。
[0106]冷却水供给基本上以相似的方式构造，差别在于供给连通结构144A通入水环元件140的内部。
[0107]工业适用性
[0108]本文中，术语“内燃发动机”可指可被用作固定/静止动力提供系统——诸如用于生产热量和/或电的发电厂——的主发动机或辅助发动机的内燃发动机，以及可以用在诸如巡洋舰班轮、货船、集装箱船和油轮的船舶/船只中的内燃发动机。用于内燃发动机的燃料可包括柴油、船用柴油、重燃料油、替代燃料或它们的混合物以及天然气。
[0109]此外，如文中所用的术语“内燃发动机”包括但不特定受限于任何这样的发动机，即，在所述发动机中使用氧化剂实现燃料的燃烧以产生高温和高压气体，所述气体直接施加至发动机的可移动构件一诸如活塞或涡轮叶片并使所述可移动构件移过一定距离，由此产生机械能。因此，如文中所用，术语“内燃发动机”包括活塞式发动机和涡轮机。
[0110]用于本文公开的两级涡轮增压系统构型的内燃发动机的示例包括在500至100rpm的范围内运转的中速内燃柴油发动机，比如由德国基尔的卡特彼勒发动机有限及两合公司(Caterpillar Motoren GmbH&C0.KG)制造的 M20、M25、M32、M43 系列的直列和 V型发动机。
[0111]中速内燃发动机可以是大型独立发动机，其因此可提供对发动机缸体的端侧的合理接近。
[0112]在此，流体连通结构一般可对应于这样的构件，S卩，所述构件例如经由具有由侧壁连接的至少两个开口的内部通路一诸如管道一来形成流体连通。提供增压空气系统和排气系统的流体通路的构件可例如通过如在一些图中示出的法兰连接部(凸缘连接件)而彼此连接。
[0113]在一些实施例中，相邻的增压空气引导元件可经由管道——如简易导管或波纹管一流体连通。
[0114]此外，安装方案和冷却通道系统的方案可彼此独立地增加至增压空气引导元件。
[0115]如本文公开的增压空气引导元件和水环元件的设计可应用于单级或多级涡轮增压发动机。
[0116]此外，增压空气引导元件可单独或结合地包括集成在其壁结构中的冷却通道的方案和利用成角度的安装通道的安装的方案中的每一者。
[0117]尽管文中已描述本发明的优选实施例，但可加入改进和修改而不脱离所附权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种用于具有多个气缸单元(16A-16I)的内燃发动机(I)的进气歧管(22)的增压空气引导元件(23)，所述增压空气引导元件(23)包括: 通流部段，其包括使所述增压空气引导元件(23)的前侧与所述增压空气引导元件(23)的后侧流体连通的第一通路(48A)； 位于所述通流部段的气缸单元侧的供给部段，该供给部段包括使所述增压空气引导元件(23)的顶侧与所述第一通路(48A)流体连通的第二通路(48B);和 结合到所述增压空气引导元件(23)的壁结构中的冷却水通道系统，该冷却水通道系统包括位于所述通流部段的气缸单元侧朝向所述增压空气引导元件(23)的顶侧敞开的至少一个开口、和位于所述增压空气引导元件(23)的可接近侧的至少一个开口，所述可接近侧与所述气缸单元侧对向。
2.根据权利要求1所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述冷却水通道系统包括供给通道(44A)和返回通道(44B)，所述供给通道和所述返回通道都具有位于所述通流部段的气缸单元侧的开口，所述开口基本上在所述供给部段的第二通路(48B)在所述顶侧敞开的方向上敞开。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述冷却水通道系统还包括位于至少一个冷却水通道的中央部分内的冷却水排放端口(52A)和/或靠近位于所述气缸单元侧的所述至少一个开口的冷却水排放端口(52B)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述增压空气引导元件还包括冷凝物排放端口(54A，54B)，所述冷凝物排放端口使所述第一通路(48A)在冷凝物于运转期间积聚的位置处与外部流体连通。
5.根据权利要求4所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，直列冷凝物排放端口(54A)靠近至少一个冷却水通道的中央部分内的冷却水排放端口设置，和/或V构型冷凝物排放端口(54B)设置在所述第一通路(48A)的第一排出开口(45B)下方。
6.根据前述权利要求中任一项所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述增压空气引导元件还包括:位于水环元件侧、基本上正交地朝向所述发动机缸体侧指向的第一螺钉引导孔^4A)，以及位于所述可接近侧、与所述第一螺钉引导孔^4A)成一角度延伸的第二螺钉引导孔^4B)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述通流部段包括位于所述增压空气引导元件(23)的前侧的进入开口(45A)、和位于所述增压空气引导元件的与所述前侧对向的后侧的第一排出开口(45B)，所述第一通路(48A)形成在所述通流部段内并且使所述进入开口(45A)与所述第一排出开口(45B)流体连通，和/或所述供给部段包括位于所述增压空气引导元件(23)的顶侧的第二排出开口(45C)并且所述第二通路(48B)形成在所述供给部段内并使所述第二排出开口(45C)与所述第一通路(48A)流体连通。
8.根据前述权利要求中任一项所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述冷却水通道系统包括: 供给通道(44A)，该供给通道具有位于所述通流部段的可接近侧的供给进入开口(60B)和位于所述通流部段的气缸单元侧的供给排出开口(51)， 返回通道(44B)，该返回通道具有位于所述通流部段的气缸单元侧的返回进入开口(51)和位于所述通流部段的可接近侧的返回排出开口 ^OB),以及 其中，所述供给进入开口(60B)、所述供给排出开口(51)、所述返回进入开口(51)和所述返回排出开口(60B)基本上在所述供给部段的第二通路(48B)在所述顶侧敞开的方向上敞开。
9.根据权利要求8所述的增压空气引导元件(23)，其特征在于，所述供给进入开口(60B)、所述供给排出开口(51)、所述返回进入开口(51)和所述返回排出开口(60B)取向成使得水环元件(40)的冷却系统能从与连接管道元件(49)安装到所述供给进入开口(60B)和所述返回排出开口(60B)上的一侧相同的一侧安装到所述供给排出开口(51)和所述返回进入开口(51)上。
10.一种用于安装在内燃发动机(I)的发动机缸体(10)上的水环元件(40)，所述水环元件(40)包括: 气缸衬套部段(42)，该气缸衬套部段具有环绕通孔的壁结构以在所述水环元件(40)的安装状态下提供用于相应的气缸衬套的通路；和 用于在所述水环元件(40)的安装状态下冷却所述气缸衬套的冷却系统，该冷却系统具有导管结构，所述导管结构具有位于所述壁结构的外部的至少一个开口，所述至少一个开口朝向所述水环元件(40)的发动机缸体侧敞开。
11.根据权利要求10所述的水环元件(40)，其特征在于，所述冷却系统包括: 冷却水供给导管(44A)，该冷却水供给导管延伸穿过所述水环元件(40)的壁结构并且构造成在所述水环元件(40)的安装状态下向形成在相应的气缸衬套与所述壁结构之间的冷却腔室供给冷却水，和 冷却水返回导管(44B)，该冷却水返回导管构造成在所述水环元件(40)的安装状态下使冷却水返回， 其中，所述冷却水供给导管(44A)和所述冷却水返回导管(44B)都包括位于所述水环元件(40)的壁结构的外侧的开口，所述开口朝向所述水环元件(40)的发动机缸体侧敞开。
12.根据权利要求11所述的水环元件(40)，其特征在于，位于所述水环元件(40)的壁结构的外侧的开口由从所述壁结构的外侧延伸出来的龙头状结构提供。
13.根据权利要求10至权利要求12中任一项所述的水环元件(40)，其特征在于，所述冷却水返回导管(44B)包括位于所述水环元件(40)的壁结构内的通道，该通道具有位于气缸盖交界面处的开口。
14.一种内燃发动机(1)，包括: 发动机缸体(10)，该发动机缸体具有顶侧(21)、第一端侧(18L)和第二端侧(18H)，该第二端侧(18H)与所述第一端侧(18H)相反； 多个气缸单元(16A-16I)，所述多个气缸单元安装在所述顶侧(21)并具有进入所述发动机缸体(10)中的气缸衬套； 增压空气系统，该增压空气系统包括用于将增压空气分配给所述多个气缸单元(16A-16I)中的每一者的进气歧管(22)，其中所述进气歧管(22)包括多个安装在所述顶侧(21)的根据权利要求1至9中任一项所述的增压空气引导元件(23A-23I);和 多个根据权利要求10至13中任一项所述的水环元件(40)，每个所述水环元件都安装在所述顶侧(21)，使得每个水环元件(40)的冷却系统的所述至少一个开口和相应的增压空气元件(23)的冷却水通道系统的所述至少一个开口流体连通。
15.根据权利要求14所述的内燃发动机(I)，其特征在于，所述多个增压空气引导元件(23A-23I)中的每一者的第二排出开口(45C)与相应的气缸盖部分(17)的增压空气入口(17A)流体连通。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的增压空气引导系统(23)，其特征在于，所述第一通路(48A)的方向基本上取向成与穿过所述水环元件(41)的水环部分(42)的通路的方向正交。
17.根据权利要求14至权利要求16中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述发动机缸体(10)的顶侧(23)包括用于第一气缸组的第一部段、用于第二气缸组的第二部段和水平过渡部段(21A)，所述第一部段和第二部段相对于彼此倾斜以形成所述内燃发动机(I)的V构型，并且所述第一气缸组的增压空气引导元件(23)的第一螺钉引导孔(64A)与所述第一部段正交地延伸，所述第二螺钉引导孔(64B)与所述水平过渡部段(21A)正交地延伸。
18.根据权利要求14至权利要求17中任一项所述的内燃发动机(I)，其特征在于，所述发动机缸体(10)、所述增压空气引导元件(23)和所述水环元件(40)中的至少一者是一体式铸造构件。
【文档编号】F02F1/14GK104204442SQ201380018839
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年4月3日 优先权日:2012年4月5日
【发明者】B·巴金蒂, W·瑞贝雷恩, C·里克特, F·赛德尔 申请人:卡特彼勒发动机有限及两合公司