[发明专利]具有涡轮的气缸盖以及运行具有所述类型气缸盖的内燃发动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有涡轮的气缸盖，该气缸盖有至少两个气缸，而每个气缸有经由排气排放系统将排气排出气缸的至少一个排气口，为了此目的每个排气口通过排气管道相连，以及在该气缸盖中至少两个气缸的排气管道在该气缸盖内合并形成总排气管道，从而形成整体的排放歧管，而涡轮布置在总排气管道中。

本发明还涉及运行具有所述类型气缸盖的内燃发动机的方法。

在本发明的范围内，“内燃发动机”的表述尤其包括火花点燃式发动机，而且也包括柴油发动机和混合内燃发动机。

背景技术

内燃发动机有相互连接形成气缸的气缸体和气缸盖。该气缸体有保持活塞或气缸衬套的气缸孔。活塞连同气缸衬套和气缸盖一起以轴向移动方式在气缸衬套中被导向，并且形成内燃发动机的燃烧室。

气缸盖通常用来保持阀门驱动。为了控制充气交换，内燃发动机需要有控制元件和用于致动该控制元件的致动装置。在充气交换过程中，燃烧气体经由至少两个气缸的排气口被排放并且燃烧室经由进气口被充气，即新鲜混合气或新鲜空气被引入。为了控制充气交换，在四冲程发动机中几乎毫无例外地使用提升阀门作为控制元件，该提升阀门在内燃发动机运行过程中实现了摆动上升运动并且该提升阀门以这种方式打开且关闭进气口和排气口。移动阀门所需的阀门致动机构，包括阀门本身，被称为阀门传动机构。

阀门传动机构的目的是在正确的时间打开并关闭燃烧室的进气口和排气口，要求快速打开最大可能的流体横截面以便使进气和出气的气流的节流损失保持较低以及以便确保最大可能地用新鲜的混合气充满燃烧室，以及有效的，也即是完全地排放排气。

发明内容

根据现有技术，通向进气口的进气管和连接排气口的排气管或排气管道至少部分地整合到气缸盖中。气缸的排气管道通常被合并形成总排气管道。合并排气管道形成总排气管道通常，且在本发明范围内，被称为排气歧管。

在根据本发明的气缸盖中，至少两个气缸的排气管道被合并形成总排气管道，从而在该气缸盖内形成一体式排气歧管。根据本发明，在歧管下游，涡轮被布置在总排气管道中。于是在涡轮下游，如果适当，则排气可提供到一个或多个排气后处理系统。

在气缸盖/涡轮组合的设计中，需要将排气涡轮机尽可能靠近内燃发动机的排气口布置，即尽可能靠近气缸的排气口，以便能最优利用热排气的排气焓(该热排气的排气焓通过排气压力和排气温度而显著确定)，并能以此方式确保涡轮增压器的快速反应性能。

此外，热排气进入各种排气后处理系统的路径还应尽可能短，以便提供给该排气尽可能短的冷却时间，并且该排气后处理系统能尽可能快地达到它们的运行温度或启动温度，特别是在内燃发动机冷启动后。

在这样的连接中，根本上寻求使在气缸的排气口和排气后处理系统之间或在气缸的排气口和涡轮之间的部分排气管道的热惯性最小化，其可通过减小所述部分的质量和长度来实现。

这里，将排气歧管整合到气缸盖中，即在气缸盖中如在根据本发明的气缸盖中合并排气管道，是有利的。

由于排气歧管整合到气缸盖中因此排气管道的长度减小。以这种方式，管道容积即涡轮上游该歧管的排气管道的容积减小，并且因此涡轮的响应性能提高。而且，变短的排气管道还导致了排气系统或涡轮上游的排气歧管的热惯性减小，以致使涡轮入口处排气的温度增加，由于以上原因涡轮入口处排气的焓也更高，并且涡轮下游可能提供的排气后处理系统更快地达到所需的运行温度。在气缸内排气管道的合并还允许驱动装置的密集封装，其是内燃发动机的发展的重要目的。

本发明的主题还包括具有至少两个气缸的气缸盖，在本发明的气缸盖中，每个排气口通过排气管道连接，并且至少两个气缸的排气管道在气缸盖内合并形成总排气管道。

然而，除了已经详细讨论的陈述的优点外，将排气歧管整合到气缸盖中以便缩减管道的长度并且减小涡轮上游排气容积的大小也在内燃发动机运行过程中产生问题。

这些由在排气排放系统中，尤其是在充气交换过程中出现的动态波动现象引起的。

在充气交换过程中从内燃发动机的气缸中排出燃烧气体基本上是基于两种不同的机理。当排气阀门靠近充气交换开始的下止点处打开时，由于燃烧结束时普遍存在于气缸中的高压力级和燃烧室与排气歧管之间的相关高压力差，燃烧气体高速穿过排气口进入排气系统。所述的压力驱动流过程伴随着高压峰值，该高压峰值也可称为预载荷排放并且其沿排气管道以声速传播，同时由于摩擦力，随着距离的增加压力在较大或较小程度上消失或减小。

在充气交换的进一步的过程中，气缸和排气管道中的压力是基本平衡的，因此燃烧气体由于活塞的行程运动而基本上排放。