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具有排氣渦輪增壓的液體冷卻內燃發(fā)動機的制作方法

文檔序號:5202809閱讀:140來源:國知局
專利名稱:具有排氣渦輪增壓的液體冷卻內燃發(fā)動機的制作方法
具有排氣渦輪增壓的液體冷卻內燃發(fā)動機相關申請的交叉引用本申請要求2011年8月10日提交的歐洲專利申請?zhí)?1177050. 9的優(yōu)先權,為了全部目的其整個內容通過引用結合于此。
背景技術
內燃發(fā)動機可以包括連接于汽缸體的至少一個汽缸蓋,以形成一個或更多個汽缸。為了保持活塞和/或汽缸套,可以形成曲軸箱的汽缸體具有多個汽缸孔,汽缸孔對應于發(fā)動機中的汽缸的數(shù)目?;钊梢栽谄滋變纫暂S向運動的方式被引導,并且與汽缸套和汽缸蓋一起形成內燃發(fā)動機的燃燒室。內燃發(fā)動機可以被增壓以增加發(fā)動機的功率輸出。對發(fā)動機提供增壓包括提供給燃燒室的壓縮進氣。用于提供增壓的裝置包括渦輪增壓器和機械增壓器。機械增壓器可以包括經(jīng)由傳動裝置機械地驅動的壓縮機,而渦輪增壓器可以利用排氣來驅動渦輪,該渦輪·依次又旋轉連接于壓縮機。具體說,在渦輪增壓器中壓縮機和渦輪可以設置在同一個軸上。熱排氣流可以供給渦輪,在所述渦輪中膨脹以釋放能量并且使得安裝在軸承殼體中的軸旋轉。由排氣流供給渦輪并最終供給軸的能量用來驅動同樣設置在該軸上的壓縮機。該壓縮機輸送并壓縮供給它的充氣。結果實現(xiàn)發(fā)動機的增壓。排氣潤輪增壓器例如相對于機械式增壓器(mechanical charger)(例如,機械增壓器(supercharger))的好處之一是在壓縮機和內燃發(fā)動機之間不需要用于傳輸功率的機械連接。相反,諸如機械增壓器的機械式增壓器為了驅動壓縮機從內燃發(fā)動機的曲軸汲取能量,因而降低發(fā)動機的功率輸出并且不利地影響發(fā)動機的效率。相反,渦輪增壓器利用被引導到周圍環(huán)境的熱排氣中的排氣能量。增壓的內燃發(fā)動機可以具有充氣冷卻設備,其構造成冷卻進入汽缸之前的壓縮的燃燒空氣。結果,供給的充氣的密度被進一步增加。以這種方式,冷卻同樣有助于增大提供給汽缸的空氣的密度。換句話說,增加燃燒室的容積效率。增壓發(fā)動機,具體說渦輪增壓發(fā)動機,能夠使發(fā)動機的功率增大同時保持不變的汽缸掃氣容積,或在保持相同功率的情況下能夠減小汽缸工作容積。因此增壓發(fā)動機提供單位排量功率輸出的增加和/或提供增大的功率-重量比。對于相同的車輛邊界條件,因此能夠將載荷集中(load collective)朝著燃料消耗率較低的較高載荷移動。這也叫做精簡尺寸(downsizing)。但是,在排氣渦輪增壓的結構中遇到問題,其中希望在寬范圍的轉速范圍上實現(xiàn)性能增加。在一些發(fā)動機中,如果旋轉速度下降為低于某個旋轉速度經(jīng)常觀察到嚴重的轉矩下降。而且一些發(fā)動機中,發(fā)動機轉矩特性改進可以是希望的。為了實現(xiàn)增強的轉矩特性,已經(jīng)進行嘗試減小渦輪截面尺寸并且同時減小排氣排出。如個排氣質量流量超過閾值,一部分排氣流在排氣排出的路線內通過繞過“廢氣門渦輪”的旁通管路被弓丨導。但是,所述方法在相對高轉速的情況下具有一些不利之處。已經(jīng)進行過其他的嘗試,通過提供串聯(lián)和/或并聯(lián)設置的多個渦輪增壓器來改進發(fā)動機的轉矩特性。但是,與自然吸氣式發(fā)動機相比,增壓發(fā)動機可以增大通過增加進氣壓力引起的發(fā)動機上的熱載荷。結果對發(fā)動機中冷卻設施提出了更高的要求。為了將熱載荷保持在限度之內,增壓的內燃發(fā)動機可以具有冷卻設備,也叫做發(fā)動機冷卻設備。冷卻設備采取空氣冷卻設備或液體冷卻設備的形式都是可能的。由于通過液體冷卻設備能夠明顯地消散更大量的熱,因此液體冷卻設備可以用在許多發(fā)動機中。在一些液體冷卻設備中,可以提供汽缸體冷卻劑套和汽缸蓋冷卻劑套。冷卻劑套可以包括橫穿汽缸體和/或汽缸蓋的冷卻劑通道。增加冷卻劑通道增加了結構的復雜性。此外,冷卻劑通道可以減小承載有機械載荷和熱載荷的汽缸蓋或汽缸體的強度。而且,液體冷卻設備的熱被消散給汽缸蓋或汽缸體內部的冷卻劑,通常是具有添加劑的水。在這種情況下,冷卻劑可以由泵輸送,使得它循環(huán),該泵可以設置在冷卻回路中并且可以由牽引機械驅動裝置機械地驅動。消散給冷卻劑的熱因此從汽缸蓋或汽缸體內部排出,并且在換熱器中再一次從冷卻劑抽出。通風容器可以設置在冷卻回路中。該通風容器可以使冷卻劑或冷卻回路通風。換句話說,蒸氣可以從冷卻回路中的冷卻劑除去并且流到通風容器。像內燃發(fā)動機本身一樣,排氣渦輪增壓器中的渦輪可以具有增加的熱載荷。因此, 在一些現(xiàn)有技術渦輪增壓器中的渦輪外殼可以用含鎳的耐熱材料制造和/或可以具有液體冷卻設備。EP I 384 857 A2和德國特許公開說明書DE 10 2008 001 257 Al公開了液體冷卻的渦輪和渦輪外殼。渦輪增壓的內燃發(fā)動機的熱排氣也可以導致軸承殼體的高熱載荷,并且因此導致渦輪增壓器軸的軸承的高熱載荷。而且,大量的熱可以傳輸給提供給軸承用于潤滑的機油。由于渦輪增壓器的軸的高旋轉速度,該軸承可以形成為滑動軸承而不是滾動軸承。由于該軸和軸承殼體之間的相對運動,所以在該軸和軸承孔之間形成能夠支撐載荷的液力潤滑薄膜。增加機油的溫度降低機油的粘稠度,因而使機油的摩擦特性變差。因此,增加機油的溫度將加速機油的老化,從而使機油的潤滑特性變差。這兩種現(xiàn)象能夠使機油的服務周期縮短并且改變軸承的功能性能力并且能夠造成對軸承的功能性能力的危險,其中甚至能夠不可逆地破壞軸承,并且因此破壞渦輪增壓器。因此內燃發(fā)動機的渦輪增壓器的軸承殼體可以具有液體冷卻設備。在這里,在軸承殼體的液體冷卻設備和上面提到的渦輪外殼的液體冷卻設備之間必需進行區(qū)別。然而,兩個液體冷卻設備可以相互連接,可選地為僅僅間歇地連接,也就是說,彼此流體地連通。與發(fā)動機冷卻或渦輪外殼的冷卻不同,為了減少由于熱過載對渦輪外殼造成的不可逆的損壞,當車輛已經(jīng)停止時,也就是說內燃發(fā)動機已經(jīng)關掉時,在內燃發(fā)動機已經(jīng)關掉之后至少一段時間,可以希望保持軸承殼體的冷卻。這可以由通過車載蓄電池供給動力的附加的、電操作泵來實現(xiàn),當內燃發(fā)動機已經(jīng)關掉時這個泵經(jīng)由連接冷卻劑管路輸送冷卻劑通過軸承殼體,并且因此即使當內燃發(fā)動機不運行時也提供軸承殼體和軸承的冷卻。但是,附加泵的設置是相對代價高的措施。一些發(fā)動機可以不包括附加的泵。在這種情況下,從發(fā)動機冷卻設備的冷卻回路通過排氣渦輪增壓器的軸承外殼,到通風容器為止的連接冷卻劑管路至少在軸承殼體上游構造成上升管路。在內燃發(fā)動機關掉時冷卻劑的輸送可以熱虹吸效應實現(xiàn),其主要基于兩種機制。即使當內燃發(fā)動機關掉時,由于從被加熱的軸承殼體到位于該連接冷卻管路中的冷卻劑的熱的傳導仍在繼續(xù),所以冷卻劑的溫度增加,結果,冷卻劑的密度減小并且由冷卻劑占據(jù)的容積增加。冷卻劑的過熱可以進一步導致冷卻劑的部分蒸發(fā),并且因此冷卻劑變成氣相。在兩種情況下冷卻劑膨脹并且占據(jù)較大的容積,結果最終更多的冷卻劑沿著通風容器的方向移動,也就是,輸送。由于負壓升高,冷卻劑被供給。但是,本發(fā)明人已經(jīng)認識到,由于利用熱虹吸將冷卻劑輸送到軸承殼體中的若干問題。由于在車輛的發(fā)動機艙中的有限的空間條件,可能不能將該連接冷卻劑管路形成為軸承殼體上游的上升管路或實現(xiàn)在軸承殼體和通風容器之間的豎直高度中熱虹吸效應所需要的壓差。其理由如下。在排氣渦輪增壓器的使用中希望設置至少一個增壓器的渦輪與內燃發(fā)動機的出口相鄰,也就是說與汽缸的出口孔相鄰,以便能夠利用熱排氣的焓,該焓由排氣壓力和排氣溫度明確確定,并且確保渦輪增壓器快速響應行為。為了上面提到的理由,排氣渦輪增壓器的渦輪可以直接設置在汽缸蓋上,并且因此在具有比較高的豎直高度的位置,也就是說在內燃發(fā)動機中的安裝位置中相對于其他部件和組件設置在高點。渦輪或軸承殼體的這個安裝位置使得將軸承殼上游的該連接冷卻劑管路構造成豎直高度持續(xù)增加的升高管路很困難。這是因為通風容器不能設置在軸承殼體之上的任意 高度。具體說,為了安全原因,也就是說,由于對車輛的碰撞性能的要求,安裝在發(fā)動機艙中的部件和組件可以保持與發(fā)動機罩預定的距離。保持與發(fā)動機罩規(guī)定的安全距離不可避免導致在軸承殼體和通風容器之間的只有很小的高度差,或者在特定情況下,甚至負高度差,其中軸承殼體處在比通風容器高的豎直高度。前面提到的封裝限制使得難以利用熱虹吸來冷卻軸承殼體到希望的水平。特別是,當通風容器處在不適宜的位置時,阻止從軸承殼體輸送的冷卻劑的阻力增加。結果是在軸承殼體中的更長的駐留時間,其中冷卻劑可能大大過熱并且壓力迅速升高,甚至在軸承殼體上游的連接冷卻劑管路中。結果,在特定的冷卻劑蒸汽中,比較高的壓力的過熱的冷卻劑蒸氣,可以經(jīng)由連接冷卻劑管路進入通風容器中。這可以首先導致用塑料制造的容器的熱過載、損壞或破壞。其次,增加的容器壓力可以導致設置在容器開口中的壓力控制閥以不可控的方式打開并將氣化的冷卻劑釋放到環(huán)境中。這可以引起不希望的噪音的產(chǎn)生,特別是一種哨聲。容器一般具有封閉容器開口的蓋子,該開口用于注入冷卻劑并且經(jīng)常也用來容納壓力控制閥。大大地過熱的冷卻劑也可以對蓋子和/或蓋子密封起作用,導致蓋子粘滯(sticking)。還有,上面提到的壓力和溫度狀況可以導致冷卻劑的脈動輸送,其中冷卻劑經(jīng)由連接冷卻劑管路以波動方式引進到通風容器中。這導致冷卻劑起泡沫和空氣富化。這種效果,與通風容器的真正目的(即對冷卻劑脫氣,也就是說通風)背道而馳。

發(fā)明內容
為了解決上面提到的至少一部分問題,提供一種發(fā)動機中的熱虹吸系統(tǒng)。該熱虹吸系統(tǒng)包括穿過(traverse)軸承殼體的冷卻劑導槽(channel),該軸承殼體包括在連接于軸的軸承中,該軸機械地連接于渦輪增壓器中的渦輪和壓縮機;與穿過發(fā)動機的汽缸蓋和汽缸體至少其中之一的至少一個冷卻劑通道流體連通的通風(ventilation)容器,該至少一個冷卻劑通道包括在冷卻回路中;以及熱虹吸冷卻劑管道,其具有與該冷卻劑導槽的出口和通風容器的進口流體連通的進口,該進口設置在該通風容器中的液體和蒸氣冷卻劑之間的界面的豎直下面。當熱虹吸冷卻劑管道中的冷卻劑被引進到通風容器中進入容納在該容器中的液體冷卻劑中時,被加熱的冷卻劑的溫度下降。結果,通風容器的殼體以及通風容器中的其他部件,例如可以設置在該容器的頂部附近的抽取閥,變差的可能性減小。以這種方式,熱虹吸系統(tǒng)使得熱能夠從渦輪增壓器軸承消除,而且在同時減少由于來自該熱虹吸冷卻劑管道的被加熱的冷卻劑而使通風容器變差的可能性。從下面單獨的或結合附圖的詳細描述將容易明白本發(fā)明的上面的優(yōu)點和其他優(yōu)點和特征。應當明白,提供上面的概述是為了以簡單的形式引進選擇的構思,這種構思在詳細描述中進一步描述。這并不意味著視為所指出主題的關鍵的或基本的特征,所主張主題的范圍由權利要求唯一地限定。而且,所主張的主題不限 于解決上面或本發(fā)明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。


圖I以側視圖示意地示出增壓液體冷卻內燃發(fā)動機的第一實施例;和圖2示出增壓液體冷卻內燃發(fā)動機的第二實施例。在下面更詳細地描述附圖。
具體實施例方式本文中將描述增壓液體冷卻內燃發(fā)動機。該內燃發(fā)動機可以包括至少一個汽缸蓋,該汽缸蓋能夠在裝配端側連接于汽缸體,其中,為了形成冷卻回路,設置用于輸送冷卻劑的泵、熱交換器和通風容器;和至少一個排氣渦輪增壓器,在該排氣渦輪增壓器中壓縮機和渦輪設置在可旋轉地安裝在液體冷卻的軸承殼體中的同一個軸上,其中,為了形成液體冷卻設備,該軸承殼體通過連接冷卻劑管路連接于該內燃發(fā)動機的冷卻回路中,并且設置在該泵和通風容器之間,該連接冷卻劑管路在被液體冷卻劑作用的點處通向該通風容器,除了一定量的液體冷卻劑之外,該通風容器還包括一定量的氣體。這種設置能夠增加軸承殼體的冷卻。在一些示例中,該連接冷卻劑管路在液體冷卻劑的液面之下通向該通風容器。換句話說,在利用熱虹吸效應的情況下,來自軸承殼體的加熱的(例如,過熱的)并且可能氣態(tài)的冷卻劑被輸送到通風容器的液體冷卻劑部分中。在冷卻劑液面之上引進加熱的(例如,過熱的)冷卻劑可以立即給通風容器的內壁施加熱應力,并可能損壞,如果加熱的冷卻劑在液面之下輸送,則它直接與已經(jīng)在容器中的液體冷卻劑混合,其中升高的該混合的溫度明顯低于該加熱的冷卻劑的溫度。因此,容器的熱載荷明顯減少,因而減少通風容器的熱變差的可能性。因此,在減少通風容器上的熱載荷的同時,可以增加軸承殼體的冷卻。而且,經(jīng)由連接冷卻劑管路將加熱的冷卻劑引進到通風容器中的液體冷卻劑中可以抑制該冷卻劑的脈動輸送,在該脈動輸送中來自軸承殼體的冷卻劑以波動的形式引進通風容器中。在這方面,在引進所述冷卻劑期間冷卻劑中空氣的非常顯著的起泡沫和富化將減少并且在一些情況下可以避免。通過在液面之下引進冷卻劑不僅降低容器溫度,容器壓力也可以降低,并且因此設置在容器上的壓力控制閥的無意中的打開也可以減少。因此不希望的噪音,例如哨聲的產(chǎn)生的機會可以減少。由于容器中的冷卻劑液體不是固體而是可移動的,因此液面的位置決定于容器的安裝位置或當前位置。為了形成固定的明確的參考點,參考停止在平坦的地面上并具有在安裝位置的內燃發(fā)動機的車輛,也就是說,具有在安裝位置的通風容器的車輛。發(fā)動機可以包括兩個汽缸,每個汽缸具有至少一個用于從汽缸排出排氣的排氣口孔,并且排氣管路連接于每個排氣口孔,其中該至少兩個汽缸的排氣管路匯合,在該汽缸蓋內形成至少一個一體的排氣歧管,以形成通向該至少一個渦輪增壓器的渦輪中的至少一個排氣管路。在具有排氣渦輪增壓的內燃發(fā)動機中,可以希望設置至少一個渦輪靠近該汽缸的排氣口。發(fā)動機中的排氣管路在汽缸蓋內匯合是合適的,其中形成至少一個一體的排氣歧管。因而排氣管路的長度減少。管道的容積,也就是說該渦輪上游的排氣管路的容積減小,并且因此增強渦輪的響應行為。變短的排氣管路也導致減少該渦輪上游的排氣系統(tǒng)的熱慣性,并且因此增加在渦輪進口處的溫度,結果在該渦輪進口處的排氣的焓也較高。還有,排氣管路在汽缸蓋內的匯合允許驅動單元的緊密的封裝。而且,熱排氣到不同排氣后處 理裝置的路徑也縮短并且給予排氣冷卻下來的時間很少,結果排氣后處理系統(tǒng)快速度達到其運行溫度或起燃溫度,特別是在內燃發(fā)動機的冷起動之后。發(fā)動機還可以包括分成具有至少一個汽缸的兩組(例如發(fā)動機組)的至少三個汽缸,并且每個汽缸組的汽缸的排氣管路匯合以形成具有形成的排氣歧管的排氣管路。這個例子可以用在具有雙通道渦輪的發(fā)動機中。雙通道渦輪可以具有有兩個進氣導管的進氣區(qū),其中兩個排氣管路以這樣的方式連接于該雙通道渦輪,即一個排氣管路分別通向一個進氣導管。在排氣管路中引導的兩個排氣流在該渦輪的下游選擇地匯合。但是,汽缸或排氣管路的分組對利用多個渦輪或排氣渦輪增壓器也提供好處,其中在每種情況下一個排氣管路連接于一個渦輪。此外,在內燃發(fā)動機的安裝位置中,內燃發(fā)動機可以包括,到通風容器的連接冷卻劑管路的進口孔比軸承殼體的出口孔處在較高的豎直高度,連接冷卻劑管路連接于這個出口孔。軸承殼體和通風容器之間的正高度差通過熱虹吸效應幫助冷卻劑的輸送,其中通風容器的進口孔比軸承殼體的出口孔處在較大的豎直高度。發(fā)動機還可以包括構造成升高的管路的連接冷卻劑管路。為了利用或改進熱虹吸效應,可以希望該連接冷卻劑管路至少在軸承殼體的上游構造成升高的管路,其中豎直高度持續(xù)地增加。但是在其他的示例中,該發(fā)動機在安裝位置可以包括該連接冷卻劑管路通風容器的進口孔,該通風容器的進口孔設置在比軸承殼體的出口孔低的豎直高度處,該連接冷卻劑管路連接于這個出口孔。應當明白,當可以希望通風容器到發(fā)動機罩的安全距離時,由于封裝的限制可以用這種發(fā)動機結構。發(fā)動機在泵和軸承殼體之間還可以包括設置在該連接冷卻劑管路中的冷卻器。該冷卻器減少在進入軸承殼體之前的冷卻劑的溫度,并且因此有助于增加通過吸入熱來加熱軸承殼體中冷卻劑所需要的駐留時間。當發(fā)動機被關掉時(例如,在操作中不進行燃燒),該軸承殼體可以由其他機制,例如熱虹吸,冷卻一段時間,以減少過熱的可能性。在又一些示例中,該冷卻器可以通過空氣冷卻運行。
此外,在一些示例中,提供給軸承的冷卻可以設計為空氣和/或液體冷卻。由于比較少量的熱必需消散在軸承殼體的冷卻中,因此可以在軸承殼體的冷卻劑導槽的上游更成本有效地提供空氣冷卻器。但是,其他的空氣冷卻器位置也已經(jīng)考慮到,例如軸承殼體中的冷卻劑導槽的下游。利用空氣冷卻器有附加的好處。例如,冷卻系統(tǒng)可以具有電運行的風扇馬達(例如高性能電運行的風扇馬達),該馬達驅動風扇葉輪并且被旋轉以即使在機動車輛停止時(也就是說車輛靜止時或僅僅在低車速時)也對冷卻系統(tǒng)的換熱器提供希望的空氣質量流量。該風扇葉輪可以在車輛前端區(qū)設置在換熱器附近或離換熱器一定距離處。設置在軸承殼體上游的空氣冷卻器可以以這樣的方式設置在發(fā)動機艙中,即通過風扇引導的空氣流圍繞空氣冷卻器流動并且由于對流的結果有助于將表面上的熱帶走。這種設置具有若干好處,特別在是在內燃發(fā)動機關閉之后,風扇還被電運行一段短時間并且希望對軸承殼體中的冷卻劑的過熱保持冷卻。為了上述理由,內燃發(fā)動機的實施例可以使用,其中冷卻器設置在汽缸體和冷卻回路的換熱器之間?!?br> 此外,發(fā)動機可以包括構造成調節(jié)冷卻劑通過量(throughput)(例如通過通風容器)的節(jié)流元件。該節(jié)流元件可以在泵和通風容器之間設置在連接冷卻劑管路中。在一些示例中,通過通風容器的冷卻劑通過量可以被減少并且在一些情況下被最小化。而且,該節(jié)流元件在連接冷卻劑管路中可以設置在軸承殼體的下游。但是,在其他例子中節(jié)流元件在連接冷卻劑管路中可以設置在軸承殼體的上游,因為在軸承殼體的上游,液體冷卻劑通過該節(jié)流元件并且被節(jié)流,而在軸承殼體的下游,存在被加熱并且可能蒸發(fā)的冷卻劑,并且節(jié)流對于利用熱虹吸效應輸送冷卻劑可以具有確定的效果,具體說,可以改進脈動輸送。發(fā)動機還可以包括閥,該閥可以根據(jù)冷卻劑溫度自控。該閥可以在泵和通風容器之間設置在連接冷卻劑管路中。該閥可以調節(jié)到通風容器的冷卻劑通過量。在一些示例中,該閥可以構造成在低冷卻劑溫度下減少通過軸承殼體的冷卻劑的輸送,特別是在內燃發(fā)動機的冷起動之后和在預熱階段期間。在一些例子中,在低冷卻劑溫度下,冷卻劑的冷卻或輸送可能是不希望的,因為這阻礙內燃發(fā)動機和其組件的快速加熱。因此在一些示例中,通過通風容器的冷卻劑通過量特別是在低冷卻劑溫度下可以減少。冷卻劑在通風容器中的一定駐留時間時對于通風可能是需要的,并且因此通過量被減少。第二,在低冷卻劑溫度狀態(tài)期間,冷卻劑粘滯性增加,因而冷卻劑中的空氣變濃。也可以叫做恒溫器閥的自控閥可以根據(jù)冷卻劑溫度來改變或調節(jié)連接冷卻劑管路的流動截面,并且因此以當冷卻劑溫度升高時增加該通過量的方式控制通過軸承殼體的冷卻劑通過量,。因此,經(jīng)由閥輸送到通風容器的冷卻劑的量隨著冷卻劑的溫度降低而減少。另一方面,當冷卻劑的溫度升高時,經(jīng)由閥到通風容器中的冷卻劑流也一樣升高。這引起冷卻劑基于溫度并且因此基于熱虹吸效應供給到通風容器中。此外,該閥在連接的冷卻劑管道中可以設置在軸承殼體的上游。而且,該閥在連接的冷卻劑管道中可以設置在軸承殼體的下游。恒溫器閥可以被在軸承殼體中加熱的冷卻劑沖擊。這可以是有利的,因為閥能夠對減少軸承殼體中的冷卻劑的溫度的延遲做出反應,并且因此在控制冷卻劑的流量中適應于軸承殼體中的當前的熱管理。
當閥設置在軸承殼體的上游時,時間延遲可以由以下事實引起,即在閥能夠對殼體中存在的溫度通過打開而做出反應之前,位于閥和軸承殼體之間的連接冷卻劑管路中的冷卻劑被熱傳導初始加熱。然而,正如已經(jīng)提到的,該閥在連接冷卻劑管路中可以設置在軸承殼體的上游。該閥也可以結合在軸承殼體中,其能夠降低對軸承殼體中的溫度的反應的延遲。此外,閥的部件,例如閥殼體,可以由軸承殼體一體形成,并且軸承殼體的冷卻可以用來冷卻該閥。這得到另外的好處,具體說是緊湊的結構和重量的節(jié)省。該閥也可以結合在內燃發(fā)動機中,結果上面提到的好處可以以類似的方式實現(xiàn)。該閥可以被設計以便持續(xù)可調,或以便能夠以兩級方式切換。持續(xù)可調的閥允許根據(jù)寬范圍運行狀態(tài)的要求向軸承殼體供給冷卻劑。該閥在關閉狀態(tài)具有滲漏流。所述滲漏流可以在低溫時防止連接冷卻劑管路的完全關閉,結果不能完全防止冷卻劑的輸送。然而,閥的一定程度的滲漏,也就是說缺少密封,可以是有利的,以便允許可以設置在閥中的并且可以開始打開程序的熱元件被冷卻劑 沖擊。連接冷卻劑管路也可以通過汽缸體。在安裝位置,汽缸體可以設置在發(fā)動機艙的下部。也就是說在低于渦輪的豎直高度處。如果連接冷卻劑管路然后通過渦輪上游的汽缸體,這可以是有利的,特別是關于利用熱虹吸效應和形成連接冷卻劑管路作為上升管路。在這種結構中,被冷卻的渦輪和軸承殼體設置成豎直地高于汽缸體。但是,也可以用如下內燃發(fā)動機的實施例,即其中在連接冷卻劑管路通過汽缸體。在其中渦輪設置在汽缸體上面的內燃發(fā)動機的情況下,在其面向汽缸蓋的裝配端側的這側上,連接冷卻劑管路也從汽缸蓋通向渦輪的軸承殼體而不需要省去將該管路構造成上升管路。該至少一個渦輪可以被設計成徑向渦輪,也就是說流向/接近旋轉葉片的流基本徑向地行進。在這里“基本徑向地”是指徑向的速度分量大于軸向的速度分量。如果接近的流徑向地進行,則速度分量與渦輪的軸或軸線相交(例如,以直角)。為了使流能夠徑向地流向轉子葉片,用于供給排氣的進口區(qū)可以構造成環(huán)繞螺旋的或蝸殼的,使得到渦輪的排氣流入基本徑向地行進。但是,該至少一個渦輪可以構造成軸向渦輪,其中沿著軸向的速度分量大于沿著徑向的速度分量。此外,該至少一個渦輪可以具有可變的渦輪幾何形狀,其通過調節(jié)渦輪的幾何形狀或有效渦輪截面能夠更準確地適應內燃發(fā)動機的相應的工作點。在這種情況下,用于影響流向的可調節(jié)的導向葉片可以設置在渦輪的進口區(qū)。相反,對于旋轉轉子的轉子葉片,導向葉片可以不與渦輪的軸一起旋轉。如果渦輪具有固定的不變的幾何形狀,導向葉片可以設置在進口區(qū)以便不僅是靜止的而且也是完全不可運動的,也就是說,剛性地固定。相反,在可變的幾何形狀的情況下,導向葉片可以設置成是靜止的但不是完全不可運動的,而是可繞其軸線轉動使得流向轉子葉片的流能夠被調節(jié)。此外,發(fā)動機可以包括渦輪和壓縮機串聯(lián)或并聯(lián)設置的多個渦輪增壓器。圖I以側視圖示意地示出增壓液體冷卻內燃發(fā)動機I的第一實施例。術語“內燃發(fā)動機”包括壓縮點火發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機)、火花點火發(fā)動機以及混合內燃發(fā)動機。為了參考設置參豎直軸線50。該豎直軸線50可以平行于重力軸線。發(fā)動機I可以包含在車輛70中。在所示的實施例中,車輛70可以位于所示實施例的平坦的底面上。但是,已經(jīng)預期到其他相對車輛和發(fā)動機取向。該內燃發(fā)動機I可以包括連接于汽缸體Ib的一側(例如,裝配端側,頂側)lc的汽缸蓋la。因此汽缸蓋Ia和汽缸體Ib連接在一起。發(fā)動機冷卻回路2包括泵2a。該泵構造成輸送或流動冷卻劑通過冷卻回路2。泵2a經(jīng)由連接冷卻劑管路5a連接于通風容器2b。冷卻劑管道5a包括進口 62和出口 64。該進口 62接入通風容器2b中。因此,該進口與通風容器2b流體連 通。在一些示例中,進口62可以豎直地設置在該連接冷卻劑管路5c的出口的下面。但是其他的相關位置也是預期的。出口 64與泵2a的進口 32流體連通(例如,直接流體連通),在本文中更詳細地描述。在一些實施例中通風容器2b可以包括塑料和/或金屬。箭頭60表示通過連接冷卻劑管路5a的冷卻劑的大致流動。但是,應當理解,冷卻劑流動可以具有附加的復雜性。脫氣的(degassed)冷卻劑經(jīng)由設置在泵2a下游的連接冷卻劑管路5a供給了冷卻回路2。內燃發(fā)動機I由包括設置在共用的軸上的壓縮機和渦輪的排氣渦輪增壓器3增壓。該軸可旋轉地安裝在液體冷卻的軸承殼體4中。冷卻劑導槽20穿過軸承殼體4并且可以包括在發(fā)動機冷卻回路2中。冷卻劑導槽20的進口 22與連接冷卻劑管路5b的出口 23流體連通(例如,直接流體連通)。該冷卻劑導槽20還包括出口 4c。直接流體連通是指不存在設置在流體連通的部件之間的中間部件。連接冷卻劑管路5b的進口 24與也被稱作一個或更多個冷卻劑通道26的可拆卸點的出口 7流體連通。該一個或更多個冷卻劑通道26被示出穿過汽缸體lb。但是,應當明白,該一個或更多個冷卻劑通道可以可替換地或附加地穿過汽缸蓋la。一個或更多個冷卻劑通道26包括與泵2a的出口 30流體連通(例如,直接流體連通)的一個或更多個進口 28。應當理解,該附加的冷卻劑通道可以與泵2a的出口 30流體連通。該附加的冷卻劑通道也可以與泵2a的進口 32流體連通。以這種方式,冷卻劑可以循環(huán)通過汽缸體和/或汽缸蓋。應當明白,連接冷卻劑管路5b的進口可以豎直地位于在進口 22的下面。但是,已經(jīng)考慮了其他有關的位置。冷卻器6 (例如,空氣冷卻器、渦輪空氣冷卻器等)可以連接于冷卻劑管路5b。冷卻器6可以構造成在冷卻劑流動通過該冷卻劑導槽20之前除去來自該冷卻劑的熱。因此,空氣冷卻器設置在冷卻劑導槽20的上游??諝饫鋮s器可以圍繞冷卻劑導槽流動空氣,以除去來自該冷卻劑的熱。但是,在其他的例子中可以利用車輛的運動圍繞空氣冷卻器來循環(huán)空氣。箭頭34表示通過連接冷卻劑管路5b的冷卻劑的大致流。發(fā)動機I還包括連接冷卻劑管路5c。應當明白連接冷卻劑管路(5a、5b和/或5c)可以根據(jù)引進的次序叫做第一連接冷卻劑管路、第二連接冷卻劑管路和/或第三連接冷卻劑管路。而且,在一些實施例中連接冷卻劑管路可以是熱虹吸冷卻劑管路。另外,連接冷卻劑管路(5a、5b和/或5c)可以在汽缸體Ib和汽缸蓋Ia的外部。連接冷卻劑管路5c包括與冷卻劑導槽20的出口 4c流體連通(例如,直接流體連通)的進口 36。連接冷卻劑管路5c還包括開口在通風容器2b中的出口 2d。如圖所示,出口 2d位于液體冷卻劑液面2c的下面。因此,出口 2d位于液體冷卻劑內。在一些示例中,連接冷卻劑管路可以延伸進入通風容器中的液體冷卻劑中,以增加連接冷卻劑管路的冷卻。如圖所示,通風容器2b容納一定量的液體冷卻劑2e和一定量的液體冷卻劑2f。因此,液體冷卻劑液面2c在液體和氣態(tài)冷卻劑的交界處。在所示的示例中,連接冷卻劑管路5c的出口 2d比連接冷卻劑管路5c的進口 36位于更高的豎直高度處。因此,冷卻劑導槽20的出口 4c位于連接冷卻劑管路5c的出口 2d的下面。但是,在其他實施例中,出口 2d可以位于進口 36的下面。軸承殼體4 (具體是穿過該軸承殼體的冷卻劑導槽20)和通風容器2b之間的豎直高度的正差有助于熱虹吸效應。當連接冷卻劑管路5c不在下游方向上繼續(xù)沿著其長度增加豎直高度時,該熱虹吸效應甚至可以在所示的實施例中實現(xiàn)。箭頭38示出通過連接冷卻劑管路5c的冷卻劑的大致流動。但是,在一些實施例中,該連接冷卻劑管路5c可以在下游方向上沿著其長度繼續(xù)增加豎直高度。正如前面所討論的,連接冷卻劑管路5c在冷卻劑水液面2c下面通向通風容器2b。來自軸承殼體4中冷卻劑導槽20的加熱的(例如過熱的)且可能氣態(tài)的冷卻劑因此被輸送 到通風容器2b的液體冷卻劑2e中。在冷卻劑液面2c下面的加熱的冷卻劑的輸送產(chǎn)生與容器2b中液體冷卻劑直接的混合,因此明顯減少容器2b的熱載荷。此外,容器2b具有封閉容器開口 40的蓋子2f,該容器開口 40用來用冷卻劑填充該容器,并且容納壓力調節(jié)閥42.內燃發(fā)動機I還可以包括流量調節(jié)元件95。該流量調節(jié)元件可以位于連接冷卻劑管路(5a、5b和5c)其中之一中。應當明白附加的流量調節(jié)元件可以設置連接冷卻劑管路(5a、5b和5c)中。該流量調節(jié)元件可以是構造成調節(jié)連接冷卻劑管路中的冷卻劑流的節(jié)流閥元件。在一些實施例中,該節(jié)流閥元件可以經(jīng)由控制器控制。但是,在其他實施例中,流量調節(jié)元件95可以是自控閥元件(例如,恒溫器元件)。該流量調節(jié)元件可以構造成改變連接冷卻劑管路中的冷卻劑流量。具體說,在一個實施例中,流量調節(jié)元件可以構造成響應冷卻劑溫度的降低而減少冷卻劑流量,并且響應冷卻劑溫度的升高而增加減少冷卻劑流量。但是已經(jīng)考慮到其他的控制方法。連接冷卻劑管路(5a、5b和5c)、冷卻劑導槽20、通風容器2b、冷卻器6、泵2a和/或閥95可以包括在熱虹吸系統(tǒng)96中。冷卻回路2也可以包括熱交換器98。該熱交換器98可以連接于穿過汽缸體Ic或汽缸蓋Ia至少其中之一的冷卻劑通道。在一些實施例中,熱交換器98可以連接于冷卻劑通道26之一。圖2示出包括在圖I所示的發(fā)動機I中示例性排氣渦輪增壓器3的詳細視圖。渦輪增壓器3包括通過軸204機械地連接于渦輪202的壓縮機200。壓縮機200與圖I所示的發(fā)動機I中的至少一個燃燒室流體連通。而且,在一些實施例中,進氣節(jié)流閥可以設置在壓縮機200的下游。具體說,壓縮機200構造成為燃燒室提供增壓的進氣。渦輪202構造成與燃燒室流體連通。具體說,渦輪202構造成接收來自燃燒室的排氣。應當明白一個或更多個控制裝置可以設置在該渦輪的上游和/或下游。以這樣的方式,渦輪增壓器3利用排氣驅動該渦輪。該渦輪進而又轉動驅動該壓縮機的軸。軸承206可以機械地連接于軸204。軸承206可以支撐軸204并且能夠使軸旋轉。也示出包括在軸承中的軸承殼體4。還示出冷卻劑導槽20的進口 22和出口 4c。還示出連接冷卻劑管路5c和連接冷卻劑管路5c的進口 36。此外,在圖2中還示出連接冷卻劑管路5b和其出口 23。
應當明白,本文所公開的結構和程序在性質上是示范性的,并且這些具體的實施例不被認為是限制性的,因為許多變化是可能的。例如,上述技術可以用于其他類型的直列發(fā)動機、對置發(fā)動機、V型發(fā)動機等。本發(fā)明的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和結構、以及其他特征、功能和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
權利要求具體指出被認為是新穎的且非顯而易見的一些實施例和子組合。這些權利要求可能涉及“一”元件或“第一”元件或其等同用于。這些權利要求應當理解為包括一個或更多個這種元件的結合,既不要求也不排除兩個或兩個以上的這種元件。其他實施例和所公開的特征、功能、元件和/或性質的其他組合和子組合可以通過修改這些權利要求或通過在這個或相關申請中提出新的權利要求來主張。因此,這些權利要求,無論比原權利要求的范圍更寬、更窄、相等或不同,都認為包含在本發(fā)明的主題內。
權利要求
1.一種發(fā)動機中的熱虹吸系統(tǒng),包括 穿過軸承殼體的冷卻劑導槽,所述軸承殼體被包括在連接于軸的軸承中,所述軸機械地連接于渦輪增壓器中的渦輪和壓縮機; 通風容器,該通風容器與穿過所述發(fā)動機的汽缸蓋和汽缸體至少其中之一的至少一個冷卻劑通道流體連通,所述至少一個冷卻劑通道被包括在冷卻回路中;以及 熱虹吸冷卻劑管道,其具有與所述冷卻劑導槽的出口和通風容器的進口流體連通的進口,所述進口豎直地設置在所述通風容器的液體和蒸氣冷卻劑之間的界面的下方。
2.根據(jù)權利要求I所述的熱虹吸系統(tǒng),其中豎直高度在下游方向上沿著所述熱虹吸冷卻劑管道的長度持續(xù)地增加。
3.根據(jù)權利要求I所述的熱虹吸系統(tǒng),還包括第二熱虹吸冷卻劑管道,所述第二熱虹吸冷卻劑管道包括與所述通風容器和被包括在所述冷卻回路中的泵的進口流體連通的進□。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱虹吸系統(tǒng),其中所述泵的出口與所述至少一個冷卻劑通道流體連通。
5.根據(jù)權利要求3所述的熱虹吸系統(tǒng),還包括設置在所述第二熱虹吸冷卻劑管道中的流量調節(jié)閥,所述流量調節(jié)閥調節(jié)所述第二熱虹吸冷卻劑管道中的冷卻劑的流量。
6.一種增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,包括 連接于汽缸體的一側的汽缸蓋; 冷卻回路,所述冷卻回路包括與穿過所述汽缸蓋和所述汽缸體至少其中之一的冷卻劑通道流體連通的泵、與所述泵流體連通的熱交換器、以及與所述泵流體連通的通風容器,所述通風容器容納一定量的液體冷卻劑和一定量的氣體冷卻劑并且與所述泵流體連通;和排氣渦輪增壓器,所述排氣渦輪增壓器包括經(jīng)由可旋轉地安裝在液體冷卻的軸承殼體中的軸連接于渦輪的壓縮機,所述軸承殼體包括穿過所述液體冷卻的軸承殼體的冷卻劑導槽,所述冷卻劑導槽與連接冷卻劑管路流體連通,該連接冷卻劑管路具有在所述量的液體冷卻劑中通入所述通風容器的出口。
7.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,其中所述連接冷卻劑管路的所述出口比與所述連接冷卻劑管路的進口直接流體連通的所述冷卻劑導槽的出口在更高的豎直高度處。
8.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,其中所述連接冷卻劑管路在豎直高度上持續(xù)地增加。
9.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,其中所述連接冷卻劑管路的所述出口比與所述連接冷卻劑管路的進口直接流體連通的所述冷卻劑導槽的出口在更低的豎直高度處。
10.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在第二連接冷卻劑管路中的冷卻器,該第二連接冷卻劑管路位于所述泵和穿過所述液體冷卻的軸承殼體的冷卻劑導槽的進口之間。
11.根據(jù)權利要求10所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,其中所述冷卻器是空氣冷卻器。
12.根據(jù)權利要求10所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,其中所述冷卻器設置在所述汽缸體和所述冷卻回路的所述熱交換器之間。
13.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在第二連接冷卻劑管路中的節(jié)流元件,該第二連接冷卻劑管路包括通入所述通風容器中的進口和與所述泵的進口直接流體連通的出口,所述節(jié)流元件調節(jié)所述第二連接冷卻劑管路中的冷卻劑流量。
14.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在所述連接冷卻劑管路中的節(jié)流元件,所述節(jié)流元件調節(jié)所述連接冷卻劑管路中的冷卻劑流量。
15.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在第二連接冷卻劑管路中的節(jié)流元件,所述第二連接冷卻劑管路位于所述泵和穿過所述液體冷卻的軸承殼體的所述冷卻劑導槽的進口之間,所述節(jié)流元件調節(jié)所述第二連接冷卻劑管路中的冷卻劑流量。
16.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在第二連接冷卻劑管路中的自控閥元件,該第二連接冷卻劑管路包括通入所述通風容器中的進口和與所述泵的進口直接流體連通的出口,所述自控閥元件被配置為調節(jié)通過所述通風容器的冷卻劑的流量。
17.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在第二連接冷卻劑管路中的自控閥元件,所述第二連接冷卻劑管路位于所述冷卻劑導槽的進口和一個或更多個所述冷卻劑通道的出口之間。
18.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括設置在所述連接冷卻劑管路中的自控閥元件。
19.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括第二連接冷卻劑管路,所述第二連接冷卻劑管路位于所述冷卻劑導槽的進口和一個或更多個所述冷卻劑通道的出口之間,所述一個或更多個冷卻劑通道穿過所述汽缸體。
20.根據(jù)權利要求6所述的增壓液體冷卻內燃發(fā)動機,還包括第二連接冷卻劑管路,所述第二連接冷卻劑管路位于所述冷卻劑導槽的進口和一個或更多個冷卻劑通道的出口之間,所述一個或更多個所述冷卻劑通道穿過所述汽缸蓋。
21.—種發(fā)動機熱虹吸系統(tǒng),包括 穿過軸承中的軸承殼體的冷卻劑導槽,所述軸承連接于渦輪增壓器的渦輪軸; 與穿過發(fā)動機汽缸蓋的冷卻回路冷卻劑通道流體連通的通風容器和 熱虹吸冷卻劑管道,所述熱虹吸冷卻劑管道具有與冷卻劑導槽的出口以及所述容器的進口流體連通且豎直地設置在所述容器中的液體和蒸氣冷卻劑之間的界面下方的進口。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)動機中的熱虹吸系統(tǒng)。該熱虹吸系統(tǒng)包括穿過軸承殼體的冷卻劑導槽,該軸承殼體包括在連接于軸的軸承中,該軸機械地連接于渦輪增壓器中的渦輪和壓縮機;與穿過該發(fā)動機的汽缸蓋和汽缸體至少其中之一的至少一個冷卻劑通道流體連通的通風容器,該至少一個冷卻劑通道包括在冷卻回路中;以及熱虹吸冷卻劑管道,其具有與冷卻劑導槽的出口和通風容器的進口流體連通的進口,該進口豎直地設置在該通風容器的液體和蒸氣冷卻劑之間的界面的下方。
文檔編號F01P11/04GK102953799SQ20121028478
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日2011年8月10日
發(fā)明者B·布林克曼, J·梅林 申請人:福特環(huán)球技術公司
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