[發明專利]具有液體冷卻式渦輪機的內燃機和用于冷卻渦輪機的方法

有效

• 申請號: 201110296095.2
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102444463A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: J·梅林;L·斯塔姆普;K·S·庫巴赫;B·斯坦納;C·韋伯;F·J·布林克曼;F·克拉默;J·格羅格
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B39/00;F01D25/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明涉及一種具有至少一個液體冷卻式渦輪機的內燃機，其中具有渦輪機殼體的所述渦輪機具有整合在所述殼體中的至少一個冷卻套以便形成液體冷卻布置。

本發明也涉及一種用于冷卻所述內燃機的所述至少一個渦輪機的方法。

背景技術

內燃機常常設有一個渦輪機或多個渦輪機。這樣做可能有各種原因。通常，為了壓縮在進氣側的增壓空氣，設法在廢氣渦輪增壓的背景下借助于渦輪機而利用熱廢氣的廢氣焓。例如EP?1640596B1公開了一種所述類型的內燃機，其中可以借助于串聯布置的兩個廢氣渦輪增壓器執行增壓空氣的兩級壓縮，或者取決于廢氣流速，也可以借助于具有不同尺寸的兩個增壓器中的一個執行單級壓縮。

在至少一個渦輪機的下游，如果適用的話，廢氣然后被引導通過一個或多個廢氣后處理系統。

渦輪機的生產成本是比較高的，原因是用于高熱負荷渦輪機殼體的、經常包含鎳的材料昂貴，尤其與優選地用于氣缸蓋的材料(例如鋁)相比。不僅材料本身的成本高，而且用于渦輪機殼體的所述材料的加工成本也高。

所以如果可以由更廉價的材料(例如鋁)生產渦輪機，則在成本方面將是極其有利的。鋁的使用在渦輪機的重量方面也將是有利的。的確如此，尤其是考慮到基本上需要的靠近發動機的渦輪機的布置導致相對而言尺寸較大的、大體積殼體，原因在于因為受限制的空間條件的緣故借助于凸緣和螺栓連接渦輪機和氣缸蓋需要大的渦輪機進氣區域，原因也在于必須為組裝工具提供足夠的空間。大體積殼體與相應的高重量相關聯。因此，在渦輪機靠近發動機布置的情況下，由于相對高的材料的使用，所以鋁優于能承受較高熱負荷的材料的重量優點是特別明顯的。

為了能夠使用更廉價的材料生產渦輪機，根據現有技術，渦輪機設有冷卻布置，例如液體冷卻布置，所述冷卻布置顯著減小了由熱廢氣產生的渦輪機和渦輪機殼體的熱負荷并且因此允許使用能承受較低熱負荷的材料。

通常，渦輪機殼體設有至少一個冷卻套以便形成冷卻布置。現有技術公開了兩種構思，在一種構思中殼體是鑄件并且冷卻套在鑄造工藝期間形成為整體殼體的一體組成部分，在另一種構思中殼體是模塊化結構，其中用作冷卻套的腔在組裝期間形成。

例如在已公開的德國申請DE?102008011257A1中描述了根據后一個構思設計的渦輪機。通過為實際渦輪機殼體提供外罩，使得在殼體和與殼體間隔開布置的至少一個外罩構件之間形成冷卻劑可以引入其中的腔，從而形成渦輪機的液體冷卻布置。由外罩擴展的殼體于是包括冷卻套，由于該原因，在本發明的背景下，所述殼體也被認為是渦輪機的殼體。

EP?1384857A2類似地公開了一種渦輪機，所述渦輪機的殼體設有冷卻套，所述冷卻套裝有海水。渦輪機殼體是以單件形式形成的鑄件。

由于常規地用作冷卻劑的水的高比熱容，借助于液體冷卻可以從殼體去除大量的熱。熱被消散到殼體的內部中的冷卻劑并且隨著冷卻劑被排出。熱隨后在熱交換器中再次從冷卻劑被去除。

基本上有可能的情況是，渦輪機的液體冷卻布置配備有獨立的熱交換器或者在液體冷卻內燃機的情況下為了該目的使用發動機冷卻布置的熱交換器(也就是說，不同液體冷卻布置的熱交換器)。后一種選擇僅僅需要兩個回路之間的相應連接。

為液體冷卻布置提供渦輪機使得有可能由熱阻較小的材料(例如低合金鋼、鑄鐵、鋁)生產外殼。在另一個方面，在這里，由渦輪機殼體中的冷卻劑吸收的熱量可以為40kW或更高。在熱交換器中從冷卻劑再次去除如此大量的熱并且借助于空氣流將熱消散到環境經證明是有問題的。

現代的機動車輛驅動器適當地配備有大功率風扇電機以便在熱交換器處提供足夠高的熱傳遞所需的空氣質量流動。然而，不能任意增大或任意擴大對于熱傳遞重要的另一個參數，具體而言，為熱傳遞提供的表面積，原因是在各種熱交換器通常布置在其中的車輛前端區域中的空間可用性受到限制。

除了用于發動機冷卻的熱交換器以外，現代的機動車輛常常具有另外的熱交換器，特別是冷卻裝置。