[發(fā)明專利]具有排氣渦輪增壓裝置的內(nèi)燃發(fā)動機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710593710.3
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107642410B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·M·金德爾;H·弗里德里希斯;J·克默林;V·斯米利亞諾夫斯基;A·庫斯克;F·A·薩默霍夫
• 申請（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B37/02;F02B37/18
• 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: 徐東升;趙蓉民

本申請描述了用于使在渦輪增壓發(fā)動機的排氣歧管中包括腔室的發(fā)動機運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以改善發(fā)動機效率并且提供控制發(fā)動機排氣部件的溫度的方式。所述腔室位于排氣歧管的外壁與排氣歧管的內(nèi)壁之間。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年7月21日提交的德國專利申請?zhí)?02016213386.1的優(yōu)先權(quán)。為了所有目的，上面提及的申請的整個內(nèi)容以引用方式被并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于使渦輪增壓發(fā)動機運轉(zhuǎn)的方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)可以具體地用于減少發(fā)動機冷起動排放并且在較高發(fā)動機負(fù)荷下減小發(fā)動機排氣背壓。

背景技術(shù)

前述提到的類型的內(nèi)燃發(fā)動機例如被用作機動車輛驅(qū)動單元。在本發(fā)明的背景下，詞語“內(nèi)燃發(fā)動機”包含奧托循環(huán)發(fā)動機、柴油發(fā)動機、以及利用混合燃燒過程的混合動力內(nèi)燃發(fā)動機、以及不僅包含內(nèi)燃發(fā)動機而且包含能夠在驅(qū)動方面連接到內(nèi)燃發(fā)動機并從內(nèi)燃發(fā)動機吸收動力或作為可切換輔助驅(qū)動裝置輸出額外動力的電機的混合動力驅(qū)動裝置。

內(nèi)燃發(fā)動機的增壓主要用于增加功率。燃燒過程所需的空氣被壓縮，因此較大的空氣質(zhì)量可以在每個工作循環(huán)提供給各汽缸。以此方式，能夠增加燃料質(zhì)量且因而增加平均壓力。

增壓是用于增加內(nèi)燃發(fā)動機功率且同時保持掃氣容積不變的適當(dāng)手段，或者是用于減小掃氣容積且同時保持功率相同的適當(dāng)手段。在任意情況下，增壓均導(dǎo)致體積功率輸出的增加并且導(dǎo)致更有利的功率-重量比。如果掃氣容積減小，則可以將負(fù)荷集中地朝向較高負(fù)荷移位，在較高的負(fù)荷下比燃料消耗率較低。通過增壓結(jié)合合適的變速器構(gòu)造，可以實現(xiàn)所謂的自動降速(downspeeding)，借此也可以實現(xiàn)較低的比燃燒消耗。

因此，在內(nèi)燃發(fā)動機的研發(fā)過程中，增壓一直致力于使燃料消耗最小化，即改善內(nèi)燃發(fā)動機的效率。

對于增壓，一般使用排氣渦輪增壓器，其中壓縮機和渦輪被布置在同一軸上。熱排氣流被供應(yīng)到渦輪，并且隨著能量的釋放而在所述渦輪中膨脹，因此使得軸旋轉(zhuǎn)。通過排氣流向渦輪并且最終向軸供應(yīng)的能量被用于驅(qū)動同樣被布置在該軸上的壓縮機。壓縮機傳送并且壓縮向其供給的充氣空氣，因此獲得汽缸的增壓。增壓空氣冷卻裝置可以被額外地提供，在被壓縮的充氣空氣進入汽缸之前，通過該增壓空氣冷卻裝置對被壓縮的充氣空氣進行冷卻。

例如相比于機械增壓器，排氣渦輪增壓器的優(yōu)點是，在增壓器與內(nèi)燃發(fā)動機之間不存在或不需要用于傳遞動力的機械連接；這樣的機械連接占據(jù)發(fā)動機艙中的額外的結(jié)構(gòu)空間，并且對組件的布置有不可忽視的影響。機械增壓器完全從內(nèi)燃發(fā)動機提取用于驅(qū)動它所需的能量并且由此減少輸出動力并且因此不利地影響效率，而排氣渦輪增壓器利用熱排氣的排氣能量。

在排氣渦輪增壓的構(gòu)造中遇到問題，其中基本上試圖在所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都獲得顯著的性能增加。在通過排氣渦輪增壓器進行增壓的內(nèi)燃發(fā)動機的情況下，當(dāng)未達(dá)到某一發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，觀察到顯著的扭矩下降。所述影響是不期望的，并且是排氣渦輪增壓的最嚴(yán)重的缺點中一種。

如果考慮充氣壓力比依賴于渦輪壓力比，那么所述扭矩下降是可以理解的。如果例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速被降低，這導(dǎo)致較小的排氣流并且因此導(dǎo)致較低的渦輪壓力比。這具有以下效果：隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，充氣壓力比同樣減小，這相當(dāng)于扭矩下降。

在現(xiàn)有技術(shù)中，試圖使用各種各樣的措施來改善排氣渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機的扭矩特性。

一種這樣的措施例如是渦輪橫截面的小型化設(shè)計并且同時提供排氣放氣設(shè)備。這樣的渦輪也被稱為廢氣門渦輪。如果排氣質(zhì)量流量超過臨界值，那么一部分排氣流在所謂的排氣放氣的過程中經(jīng)由旁通管路被引導(dǎo)經(jīng)過渦輪。所述方法具有這樣的缺點，在相對高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下增壓行為是不足的。

此外，增壓式內(nèi)燃發(fā)動機的扭矩特性可以借助于并聯(lián)布置的多個渦輪增壓器(即借助于并聯(lián)布置的相對小的渦輪橫截面的多個渦輪)來進一步改善，渦輪隨著增加的排氣流率而被連續(xù)地激活，類似于順序增壓。