[發明專利]增壓內燃發動機和運行這種類型的內燃發動機的方法

有效

• 申請號: 201210081326.2
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102691568B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: N·A·斯科恩;R·弗萊德菲爾特;G·巴奇;K·S·庫巴赫
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02B37/007
• 分類號: F02B37/007;F02B37/18;F01N13/10
• 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

相關申請

本申請要求于2011年3月25日提交的歐洲專利申請No.11159786.0的優先權，其全部內容為了所有目的通過引用合并于此。

技術領域

本公開涉及具有至少兩個排氣渦輪增壓器的增壓內燃發動機。

背景技術

內燃發動機具有相互連接從而形成汽缸的汽缸體和至少一個汽缸蓋。為了控制充氣交換，內燃發動機需要控制元件(通常采取閥的形式)和用于啟動所述控制元件的促動裝置。閥運動所需的閥促動機構(包括閥本身)被稱為閥驅動。汽缸蓋通常用于容納該閥驅動機構。

在充氣交換過程中，燃燒氣體經由汽缸出氣口被排出，而燃燒室的進氣(也就是引入新鮮混合物或新鮮空氣)經由進氣口發生。閥驅動機構的目的在于在正確的時刻打開和關閉進氣口和出氣口，試圖快速打開最大可能的流動橫截面，從而保持流入和流出氣體的節氣損失較小，并從而確保燃燒室充有新鮮混合物和有效的(即完全的)排氣排出。因此，汽缸還通常具有兩個或更多個進氣口和出氣口。

根據先前的系統，通向進氣口的進氣管和連結出氣口的出氣管(即排氣管線)被至少部分地整合到汽缸蓋中。汽缸的排氣管線總體合并從而形成一個公共的總排氣管線，或分組從而形成兩個或更多個總排氣管線。排氣管線合并從而形成總排氣管線在本公開的背景下一般被稱作排氣歧管，且總排氣管線中位于設置在總排氣管線中的渦輪上游的一部分根據本公開被認為屬于排氣歧管。

在歧管下游，在本案中排氣為了增壓內燃發動機的目的被供送到至少兩個排氣渦輪增壓器的渦輪，并且如果合適的話就供送到排氣后處理裝置的一個或更多個系統。

排氣渦輪增壓器包括設置在同一根軸上的壓縮機和渦輪，熱排氣被供送至渦輪并且在所述渦輪中膨脹進而使能量釋放，從而使軸旋轉。由于高旋轉速度的原因，軸通常保持在滑動軸承內。由排氣流供送至渦輪并最終供送至軸的能量用于驅動同樣布置在軸上的壓縮機。壓縮機運送并壓縮供送至其的充氣，從而獲得對汽缸的增壓。如果合適的話，設置有充氣冷卻裝置，從而在進入汽缸之前冷卻壓縮的燃燒空氣。

增壓主要用于增加內燃發動機的功率。在此，燃燒過程所需的空氣被壓縮，從而可以在每個工作循環中向每個汽缸供送更大的空氣質量。這樣，可以增加燃料質量，并因此增加平均有效壓力。增壓是用于增加內燃發動機功率同時保持不變的容積排量，或者說是用于減小容積排量同時保持相同功率的合適方式。在任何情況下，增壓導致容積功率輸出的增加和功率重量比的增加。因此對于相同的車輛邊界條件，能夠使負荷集合轉移向比燃料消耗較低的較高負荷。

配置排氣渦輪增壓的通常會造成一些困難，在所述配置中基本上試圖獲得所有轉速范圍中的可觀的性能改善。但是，已經觀察到在未達到某一轉速的情況下會造成嚴重的轉矩下降。如果考慮到充氣壓力比取決于渦輪壓力比，則所述轉矩下降是可以理解的。例如在柴油發動機的情況下，如果減小發動機轉速，則將導致較小的排氣質量流并且因此導致較低的渦輪壓力比。其結果是充氣壓力比類似地朝向較低轉速減小，這相當于轉矩下降。

在此，通過減小渦輪橫截面的尺寸并相關地增大渦輪壓力比來抵消充氣壓力的下降基本是可能的。但是這只是使轉矩下降進一步移向較小轉速的方向。此外，所述方法(也就是說減小渦輪橫截面的尺寸)會受到限制，因為期望的增壓和性能改善應該即使在高轉速的情況下(也就是說在高排氣量的情況下)也可以是可能的而沒有受到限制。

一種用來提高增壓內燃發動機的轉矩特性的措施例如是渦輪橫截面的小型設計且同時提供排氣排放設施。這樣的渦輪也稱作廢氣門渦輪。如果排氣質量流超過閾值，則在所謂的排氣排放的過程中一部分排氣流經由繞過渦輪的旁通管線而被引導。該方法的缺點在于增壓行為在相對高轉速時或在相對大的排氣量的情況下是不足的。

發明內容

發明人已經認識到上述方法的問題并且在本文中提供了至少部分解決它們的系統。在一個示例性實施例中，增壓內燃發動機，其包括：具有至少兩個汽缸的至少一個汽缸蓋，其中每個汽缸具有用于排放排氣的至少兩個出氣口，所述出氣口中的至少一個被設計為可啟用出氣口，并且每個出氣口都與排氣管線連結；第一排氣歧管，其中至少兩個汽缸的可啟用出氣口的排氣管線合并，從而形成第一總排氣管線，該第一總排氣管線連接至第一排氣渦輪增壓器的渦輪；以及第二排氣歧管，其中至少兩個汽缸的其他出氣口的排氣管線合并從而形成第二總排氣管線，該第二總排氣管線連接至第二排氣渦輪增壓器的渦輪；其中第一排氣管線和所述第二排氣管線經由不能關閉的至少一個連接管在這兩個渦輪上游永久連接至彼此。