[发明专利]往复运动活塞内燃机的多重扩散器和往复运动活塞内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及用于往复运动活塞内燃发动机的多重扩散器，特别是用于二冲程大柴油机的多重扩散器，和具有根据本发明的多重扩散器的对应于独立权利要求前序部分的往复运动活塞内燃机。

背景技术

为了对往复运动活塞内燃机的性能实现改进，比如，例如用于船或电能生产的固定装置的大柴油发动机，在燃烧冲程中通过通常设计为排气涡轮增压器的压力充入组或者压力感应系统将高压新鲜空气引入到圆柱形的燃烧室中。就此而论，可以使用在燃烧周期之后离开燃烧室的排出气体的热能部分。为了上述目的，通过开放出口阀将热排出气体从圆柱形燃烧室中传送到增压组中。所述增压组基本上由涡轮组成，所述涡轮通过在压力作用下进入增压组的热排出气体进行驱动。关于其作用，所述涡轮驱动转子，通过转子新鲜空气得以进入和受到压缩。所谓的扩散器，一种具有连接在作为压缩机的具有转子涡轮的下游的脱水器和入口接收器的填充空气冷却器，该装置通常仅仅被称为涡轮增压器，并且在二冲程大柴油发动机的情形中，但是不仅是在这种情形下，被设计为径向压缩机。从作为压缩机的具有转子的涡轮出来的压缩新鲜空气，还称为填充空气或者扫气空气，最终被进料到大柴油机的圆柱形个体燃烧室中。由此，通过使用这种类型的增压组，新鲜空气的供应可以得到增加，并且圆柱形燃烧室中的燃烧处理效率可以得到升高。

在大柴油发动机的情形中，空气的进料发生在气缸的不同位置。由此，例如，在纵向排出的二冲程发动机中，经设置在气缸下部区域的波状表面上的排出槽，空气被引入到气缸的燃烧室中。在四冲程发动机中，进料空气通常经一个或者多个设置在气缸盖上的进气阀被引入到气缸的燃烧室中。就此而论，二冲程发动机同样是确定已知的，其在气缸盖中装配有代替气缸下部区域的排出槽的进气阀。

就此而论，为了向气缸提供新鲜空气，上述扩散器具有至关紧要的重要性。如本领域普通技术人员所熟知，扩散器基本上是漏斗形分散的气流通道。其通常用于延迟，即减速气流流动，从而根据熟知的伯努利定律，得到高压。为了避免扩散器中的气流从扩散器内壁上分离和在亚声速流中形成漩涡，比如这通常存在于运行状态的往复运动活塞内燃机的扩散器上，这将导致功率降低，因此扩散器的双孔径角2θ不能超过约16°，优选8°。这意味着由扩散器壁与扩散器纵向轴形成的孔径角应当尽可能小于大约8°，优选小于4°。就此而论，已知，特别是使用离心通风机提供旋转泵、喷射泵、离心式压缩机等等亚声速扩散器下游时，需要通过有效将动能转化为压力回收能量。

上述孔径角的限制具有一些显著的缺点。由此，如果要达到预定的效率，在纵向轴上就不可能低于某一安装尺寸。这意味着，取决于应用和要获得的效率程度，扩散器将必须具有某一最小长度，这在狭窄的条件下自然是非常不利的，例如当在二冲程大柴油发动机中，通过扩散器连接的涡轮增压器和填充空气冷却器之间没有可利用的充足空间时。

另一方面，这意味着，如果扩散器的某一结构长度由于几何边界条件不能延长时，流入新鲜空气的动能向压力能的转化将仅仅只能在有限的程度上实现，这将导致扩散器效率程度的降低。

在某些情形中，该难题可以通过使用多重扩散器得到解决。本领域普通技术人员应当理解，多重扩散器是同轴成套使用的多个扩散器，由此它们形成多重扩散器。换言之，两个或者更多个具有相同或者不同孔径角的不同尺寸的圆锥形中空主体，例如，彼此同轴成套使用。由此，例如，多个同轴圆锥形室中的新鲜空气从扩散器入口被传送到扩散器出口时，多重扩散器的外护层可以具有显著大于2θ＝16°的孔径角，彼此内置的多重扩散器的圆锥形表面上的流动不会分离。这样，尽管多重扩散器的结构长度同正常的扩散器相比较短，但是在某些情况下，同正常的扩散器相比，仍然可以获得充分的效率程度或者甚至改进的效率程度。

一种用于往复运动活塞内燃机中的上述类型的多重扩散器的实施方案描述于DE 19710408A1中。

然而，已经表明，已知的多种扩散器很难适用于往复运动活塞内燃机中，特别是其中充气组(换言之，涡轮增压器)被设计成离心式压缩机的内燃机中，这是因为会产生气流分离以及由此会伴随产生涡流的不利作用，由此效率度会显著降低，从而使得将已知的多重扩散器用于活塞式发动机(特别是二冲程大柴油发动机)中将不划算，由于上述原因，它们迄今为止还未用于大柴油发动机中，例如Wrtsil公司的大柴油发动机。

另一方面，主要是由于成本原因和同样由于结构几何原因，同常规应用的扩散器相比，急需降低往复运动活塞内燃机(特别是二冲程大柴油发动机)中扩散器的结构长度和/或同时升高效率度。

发明内容