[發明專利]具有平行布置的渦輪的氣缸蓋以及運行具有所述類型氣缸蓋的內燃發動機的方法

有效

• 申請號: 201010135597.2
• 申請日: 2010-03-15
• 公開（公告）號: CN101858273A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: K·庫爾貝奇;D·博姆曼;R·弗里德菲爾特
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02F1/24
• 分類號: F02F1/24
• 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

本發明涉及具有平行布置的渦輪的氣缸蓋，該氣缸蓋具有至少兩個氣缸，而每個氣缸具有至少一個將排氣排出氣缸的排氣口以及連接每個排氣口的排氣管路，并且在該氣缸蓋中至少兩個氣缸的排氣管路在該氣缸蓋內合并形成總排氣管路，從而形成整體的排放歧管，而平行布置的兩個渦輪被提供在排放歧管下游。

本發明還涉及運行具有所述類型氣缸蓋的內燃發動機的方法。

背景技術

內燃發動機具有為了形成單獨的氣缸，即燃燒室，而相互連接的氣缸體和氣缸蓋。為了保持活塞或氣缸襯套，氣缸體具有相應的許多氣缸孔。活塞以軸向移動方式在氣缸襯套中被導向并連同氣缸襯套和氣缸蓋以形成內燃發動機的燃燒室。

氣缸蓋通常用來保持閥門驅動機構。為了控制充氣交換，內燃發動機需要有控制元件例如提升閥門和用于致動該控制元件的致動裝置。在充氣交換過程中，燃燒氣體經由排氣口被排放并且經由進氣口燃燒室發生充氣，即吸入新鮮混合氣或新鮮空氣。移動閥門所需的閥門致動機構，包括閥門本身，被稱為閥門驅動機構。

閥門驅動機構的目的是在正確的時間打開并關閉燃燒室的進氣口和排氣口，要求快速打開最大可能的流體橫截面以便保持較低的進氣和出氣的氣流的節流損失并確保最大可能地用新鮮的混合氣充滿燃燒室，以及有效的，也即是完全地，排放排氣。因此燃燒室還通常可增加地裝配有兩個或多個進氣口和排氣口。

根據現有技術，通向進氣口的進氣管和連接排氣口的排氣管或排氣管路被至少部分地整合到氣缸蓋中。本文，至少兩個氣缸的排氣管路在氣缸蓋內通常被合并為總排氣管路。將排氣管路合并為總排氣管路通常，且在本發明范圍內，被稱為排氣歧管。

于是在渦輪下游，如果適當，排氣可提供給另一個裝置，例如提供給渦輪，特別是排氣渦輪增壓器的渦輪和/或排氣處理系統。

當使用排氣渦輪增壓器時，根本上尋求將增壓器的渦輪盡可能靠近內燃發動機或氣缸蓋的排氣口布置，以便能最優地利用熱排氣的排氣焓，其中熱排氣的排氣焓通過排氣壓力和排氣溫度而顯著確定，并能確保渦輪增壓器的快速反應性能。此外，熱排氣進入不同的排氣處理系統的路徑還應盡可能短，以便提供給該排氣盡可能短時間冷卻，并且該排氣處理系統能盡可能快地達到它們的運行溫度或啟動溫度，特別是在內燃發動機冷啟動后。

因此在氣缸的排氣口和排氣處理系統之間或在氣缸的排氣口和渦輪之間的排氣管路的部分的熱慣性也應該盡可能地低，其可通過減小相應部分的質量和長度來實現。

為了實現所述目標，如在根據本發明的氣缸蓋中，在氣缸蓋內合并排氣管路以便形成整體的排氣歧管是有利的。由于排氣歧管的整合，排氣管路的長度減小，因此不僅在總排氣管路中提供的渦輪上游的排氣系統的熱慣性減小，而且渦輪上游排氣管路的管路體積，即排氣體積也被減小。這提高了渦輪的響應性能并且進入渦輪的進氣口處的排氣焓被增加。

雖然單個渦輪可輕松地緊密聯接，即緊靠氣缸蓋設置時，然而由于歧管的整合，已經證明的現有技術的問題是多個渦輪同時緊密聯接布置，例如如果在是本發明的主題的氣缸蓋中，平行布置的兩個渦輪被提供在排氣歧管下游。

然而，增壓式內燃發動機通常裝配有多個排氣渦輪增壓器以便提高內燃發動機的扭矩特性。這個方法的背景原因是當使用單個渦輪增壓器時，當未達到一定的轉速時會出現顯著的扭矩下降。

如果考慮到充氣壓力比是依賴于渦輪壓力比，所述的扭矩下降是可以理解的。如果例如在柴油發動機中，發動機速度減小，或在火花點燃式發動機中，負載減小，這引起了較小的排氣質量流，這將產生較低的渦輪壓力比并且因此產生相當于扭矩下降的較低的充氣壓力比。

在本文，對于利用渦輪橫截面尺寸的減小抵消的充氣壓力的下降，從而使渦輪壓力比的相應的增加是基本上可能的。因此，為了改善渦輪增壓式內燃發動機的扭矩特性，由平行布置的較小渦輪橫截面的兩個渦輪替代的單個渦輪是有利的。

例如，這種渦輪配置使兩個渦輪中的一個在相對低排氣量時被停用并且所有的排氣被供給小橫截面的單個渦輪以由此僅以低排氣量產生足夠高的充氣壓力。如果排氣量超過了預先可限定的排氣量，第二個渦輪被啟用，即被開啟。為了啟用和停用，必須提供用于在兩個渦輪之間分隔排氣質量流的控制元件。