[发明专利]车辆装置及其运转方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及位于由内燃发动机驱动的车辆前端区域的装置。本发明还涉及运转这种装置的方法。

【背景技术】

内燃发动机具有汽缸体和汽缸盖，其彼此连接以形成独立的汽缸，即燃烧室。汽缸盖总体上用于固定配气机构。在排气和填充循环过程中，燃烧气体经由排气口排出并且填充燃烧室，即新鲜混合气体或新鲜气体经由进气口被吸入。为了控制排气和填充循环，在四冲程发动机内用作为控制元件的气门使用提升气门，其在内燃发动机的运转期间执行往复冲程运动并且这样打开并关闭进气口和排气口。移动气门所需的气门驱动机构(包括阀门自身)被称为气门机构。

中冷器通常设置在内燃发动机的进气侧。中冷器降低引入的新鲜气体或引入的新鲜混合物的温度并且因此增加了用于汽缸的新鲜充气的密度。这样，较冷却的充气导致更好地将空气或新鲜混合物填充进燃烧室内。强制进气内燃发动机通常装备有中冷器，尽管大体上也能够在自然吸气发动机上提供中冷器。

通过中冷器冷却充气主要用于增加内燃发动机的动力。燃烧过程所需的空气由于冷却而被压缩，从而使得其能够在每个运转循环为每个汽缸供应更多质量的空气。因此能够增加燃料质量以及平均压力。

而且，通过充气冷却降低新鲜充气的温度导致在内燃发动机上的低热应力以及排气内的低浓度的氮氧化物(即减少的氮氧化物排放)。

内燃发动机总体上对充气冷却运转的边界条件的变化的响应非常敏感。因此，即使是温度和/或通过中冷器导引的空气质量的非常小的变化也能够导致来自内燃发动机的可用功率(即可用扭矩)相对较大的波动。

在强制进气内燃发动机的情况下该问题特别明显，其中充气冷却影响已经在空气进入燃烧室之前压缩的燃烧气体(即高密度空气)。

除了中冷器，内燃发动机或发电机通常具有热交换器，特别是冷却装置。

在燃烧期间通过燃料的放热化学转化释放的热量部分经由界定燃烧室的壁通过汽缸盖和汽缸体，以及部分经由排气流通过邻近部件和环境消散。为了限制发动机上的热应力，引入至汽缸盖和汽缸体的一些热量必须再次从汽缸盖或汽缸体去除。通过辐射和热传导从内燃发动机的表面消散至环境中的热量并不足以有效冷却，因此总体上通过强制对流来特意产生冷却。

大体上，可以空气冷却系统或液体冷却系统来实施该“发动机冷却系统”。在空气冷却的情况下，内燃发动机设有吹风机，通过引导流过汽缸盖或汽缸体的空气带走热量。

相反，液体冷却要求内燃发动机或汽缸盖装备有冷却套，即提供运载冷却剂穿过汽缸盖的冷却剂管道，并且这需要以复杂结构设计汽缸盖。在这种情况下，汽缸盖的强度(其承受高机械应力和热应力)一方面由于引入冷却剂管道受到减弱。另一方面，在空气冷却的情况下，不需要将热量首先传导至汽缸盖的表面以便消散。热量被传送至汽缸盖自身内的冷却剂(总体上为含有添加剂的水)。在这里，通过设置在冷却回路内的泵传送冷却剂，使得其在冷却套内循环。这样，释放至冷却剂的热量从汽缸盖内消散并且再次从热交换器内的冷却剂去除。

由于液体比空气具有更高的热容，通过液体冷却能够比通过空气冷却消散多得多的热量。

在燃烧期间通过燃料的放热化学转化释放的热量不仅消散至邻近燃烧室的壁、排气流和可能的发动机冷却剂消散，并且可能部分消散至发动机机油。为了保持在最大可允许机油温度内，经由油底壳由于热传导和自然对流的热消散通常不充分，使得需要提供机油冷却器。

当代内燃发动机越来越多地装备排气再循环系统(EGR)。排气再循环(即排气从内燃发动机的排气侧再循环至内燃发动机的进气侧)被认为有利于符合未来的排放限制，特别是对氮氧化物排放的限制。由于形成氮氧化物不仅需要过量的空气还需要高温，一个用于减少氮氧化物排放的方法在于使用具有较低燃烧温度的燃烧过程(即燃烧方法)，其中排气再循环为降低温度的一个方法。

随着排气再循环速度增加，氮氧化物排放能够显著地减少。排气再循环率x_EGR由下面的公式确定：

x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_Frischluft)

其中m_EGR为再循环排气质量并且m_Frischluft为供应的新鲜空气或充气(如果需要可为压缩的)。

在柴油发动机的情况下，排气再循环也适合在部分负荷范围下减少未燃烧的碳氢化合物排放，在火花点火发动机的情况下，其适合用于通过减少节气损失来降低燃料消耗。