[發(fā)明專利]具有集成排氣歧管的發(fā)動機(jī)設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980127592.0
• 申請日: 2009-08-05
• 公開（公告）號: CN102099558A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·庫荷爾巴茨
• 申請（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號: F02F1/24
• 分類號: F02F1/24;F01N3/04;F02F1/40
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于權(quán)利要求1前序部分所述的發(fā)動機(jī)設(shè)備以及基于權(quán)利要求12或13的前序部分所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)

為在未來的幾年里對實(shí)現(xiàn)減少CO₂排放做出實(shí)際的貢獻(xiàn)，與直接噴射及增壓型汽油發(fā)動機(jī)相結(jié)合的發(fā)動機(jī)精簡技術(shù)被看作是合理的解決方案。為在各種車輛(Flotte)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，必須在謹(jǐn)慎兼顧耐久性(對于顧客與車輛的)、行駛性能及成本等方面的同時優(yōu)化推進(jìn)汽油直接噴射發(fā)動機(jī)精簡(Otto-DI-Downsizing)系統(tǒng)。

對于小轎車，歐盟委員會已將針對2012年度的最大油耗下的CO₂排放目標(biāo)值擬定為130g/km。遵守這一未來的限值是汽車生產(chǎn)商在規(guī)劃驅(qū)動裝置藍(lán)圖時的主要著眼點(diǎn)。

在減少CO₂排放的道路上，基于迄今為止的汽油發(fā)動機(jī)技術(shù)(利用進(jìn)氣管噴射、能夠改變氣門控制正時且能夠進(jìn)行排氣再循環(huán)的自然進(jìn)氣發(fā)動機(jī))，可以通過在減小摩擦和熱量管理領(lǐng)域中采取適當(dāng)技術(shù)投入的方法來開發(fā)其他潛力。

對于歐洲市場上的中小型汽車，通過將采用新型汽油發(fā)動機(jī)燃燒方法(分層設(shè)計(jì)，均勻自點(diǎn)火)或采用發(fā)動機(jī)精簡設(shè)計(jì)作為最重要的步驟來實(shí)現(xiàn)上述CO₂目標(biāo)值是可行的。為進(jìn)一步減少CO₂排放，發(fā)動機(jī)精簡設(shè)計(jì)也可以與其他燃燒方法措施相結(jié)合。

就發(fā)動機(jī)精簡設(shè)計(jì)的市場成功而言，起決定作用的因素是滿足不同的客戶期待，尤其是兼顧日常實(shí)際使用中的油耗、駕駛愉悅感、良好的噪音表現(xiàn)以及可承受的成本。

特別地，對于所述設(shè)計(jì)中已增壓區(qū)域的強(qiáng)化利用需要特別注意避免燃料富集以保護(hù)構(gòu)件，并需確保良好的動態(tài)起動特性。避免燃料富集在一定限度內(nèi)可以通過采用特別具有溫度穩(wěn)定性的材料來實(shí)現(xiàn)，但這會導(dǎo)致制造成本的增加。此外，在高效的小型動力機(jī)構(gòu)中，提供必要的熱功率將更加困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，對背景技術(shù)中提到類型的發(fā)動機(jī)設(shè)備以及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)行改善，以使得燃料富集即便在增壓區(qū)域中也不會出現(xiàn)，從而起到保護(hù)構(gòu)件的目的，和/或?qū)崿F(xiàn)在排氣道中應(yīng)用更少的具有溫度穩(wěn)定性的材料，并同時還應(yīng)改善排氣處理設(shè)備的起動特性。

上述目的是借助于具有如權(quán)利要求1所述之特征的發(fā)動機(jī)設(shè)備，借助于具有如權(quán)利要求12和13所述之特征的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)得以實(shí)現(xiàn)的。

各從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明的其他有利設(shè)計(jì)方案。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)已經(jīng)確定的是，集成在氣缸蓋中的排氣歧管不僅特別緊湊、特別節(jié)省材料，而且使得排氣在氣缸蓋中的液體冷卻設(shè)計(jì)充分有效的情況下可以得到有效的冷卻，這樣，氣缸蓋出口處的排氣溫度在所有發(fā)動機(jī)工況下均能被限制在一個最大值之下，該最大值明顯低于在可比較的具有傳統(tǒng)排氣歧管的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中出現(xiàn)的排氣溫度最大值。由此，一方面，可以將溫度穩(wěn)定性更小的材料應(yīng)用于其他的排氣裝置(特別是對于渦輪機(jī)和連接在排氣歧管上的渦輪增壓機(jī)的渦輪機(jī)殼體)上，和/或省去在高負(fù)荷時所需要的通過混合添加潤滑油脂進(jìn)行人為排氣降溫的做法。因此針對特定的汽車目標(biāo)群，或者可以降低制造成本，或者可以改善燃油消耗值，或者實(shí)現(xiàn)兼顧所述兩方面的優(yōu)點(diǎn)。

但是，在氣缸蓋中對排氣實(shí)施相應(yīng)的有效冷卻，需要對冷卻劑管路進(jìn)行非常精確的設(shè)計(jì)，以防止在氣缸蓋中出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象，這種局部過熱可能會使得氣缸蓋上所用的鋁合金迅速損壞。因此就需要大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化和模擬程序，以確保此種氣缸蓋的熱與機(jī)械耐久性。

不過，對于一種特別有效的排氣冷卻，容易讓人產(chǎn)生這種憂慮，即，催化式排氣凈化器或另一排氣處理設(shè)備在冷起動后的預(yù)熱時間可能延長，而這又是必須采取額外的、消耗燃料的對應(yīng)措施。但令人意外的是，事實(shí)表明，利用根據(jù)本發(fā)明的集成排氣歧管，排氣處理裝置的起動特性反而得到了改善。其原因基本可以這樣來解釋：由于其結(jié)構(gòu)緊湊，因而集成排氣歧管所具有的排氣道內(nèi)表面比常規(guī)外排氣歧管的更小，這是因?yàn)榧膳艢馄绻苤械膯我慌艢獾揽梢愿绾喜⒌娇偱艢夤苤小５鞘聦?shí)已證明，對于催化式排氣凈化器的起動特性而言，排氣道乃至排氣處理設(shè)備的總面積是重要的參數(shù)。至于所述排氣道是水冷或只是氣冷的，對于發(fā)動機(jī)起動不久之后的排氣預(yù)熱特性實(shí)際上不重要，這是因?yàn)樵诶淦饎訒r，排氣管壁與排氣之間的溫度梯度在任何情況下都是很大的。

另外，通過使連通至渦輪增壓器的排氣道盡可能地短，可改善負(fù)荷發(fā)生短暫變化時的響應(yīng)特性。