[发明专利]限制内燃发动机热负载的方法

说明书

技术领域

本发明涉及限制和减少内燃发动机热负载的方法，所述内燃发动机具有至少一个汽缸盖，所述内燃发动机具有至少一个汽缸。

本发明还涉及实施这种方法的内燃发动机。

背景技术

以上描述的内燃发动机类型被用于机动车辆的驱动装置。在本发明的背景下，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和火花点火发动机，并且还包含混合内燃发动机，即使用混合燃烧过程运行的内燃发动机。

内燃发动机具有至少一个汽缸盖以形成了至少一个汽缸(即燃烧室)，所述汽缸盖被连接至汽缸体。在充气交换期间，燃烧气体经由出口被排出并且燃烧室被充气，即经由所述至少一个汽缸的进口引入新鲜混合物或新鲜空气。为了控制充气交换，在四冲程发动机中，几乎仅使用提升阀作为控制元件，该提升阀在内燃发动机的运行期间执行往复提升运动，并且以此方式打开以及关闭进口和出口。气门运动所需的气门致动机构包括气门本身被称为气门驱动装置。

汽缸盖用来保持控制元件，并且在顶置凸轮轴的情况下保持整个气门驱动装置。在火花点火内燃发动机中，所需要的火花装置也被设置在汽缸盖内，并且此外在直喷内燃发动机中，喷射装置可被设置在汽缸盖内。

为了在汽缸盖和汽缸体之间形成适当的连接，即密封燃烧室的连接，必须提供足够数量的足够大的孔，这些孔一起极大地影响了汽缸盖的结构设计。

如果内燃发动机具有液体冷却装置，则在汽缸盖中通常形成多个冷却剂导管或至少一个冷却剂套，冷却剂导管或冷却剂套引导冷却剂穿过汽缸盖；这要求高复杂性的汽缸盖结构。

通过以上描述清楚的是：内燃发动机的汽缸盖是高热负载和机械负载部件。因此，进一步增加了对于汽缸盖的要求。在此背景下，必须考虑的是，对内燃发动机的更大比例增压——借助于排气涡轮增压器或机械增压器。由于在发动机舱内更密集的封装以及整合到汽缸盖内的零件和部件的增加(例如排气歧管的整合)，内燃发动机的热负载和汽缸盖的热负载尤其增大，因此冷却系统被迫提高要求并且必需采取措施来可靠地防止内燃发动机的热过载。

对于发动机冷却装置基本可采用空气冷却装置或液体冷却装置的方式。在空气冷却装置的情况下，内燃发动机配备有风扇，其中通过引导空气流经过汽缸盖表面而实现热量的耗散。

由于液体比空气具有更高的热容量，所以使用液体冷却装置比使用空气冷却装置可耗散更多的热量。为此原因，内燃发动机越来越多地配备液体冷却装置。

液体冷却装置要求内燃发动机或汽缸盖配备冷却剂套，即引导冷却剂穿过汽缸盖的冷却剂导管装置。在热交换器中被耗散至冷却剂的热量从冷却剂中被再次抽出，所述热交换器被优选设置在车辆的前部区域。

不管被设计为空气冷却装置还是液体冷却装置，发动机冷却装置一般均根据所发生的最大冷却需求被设计。这种方法的结果是发动机冷却装置对于正常驱动运行是超尺寸的，即相对于所发生的平均冷却需求是超尺寸的。

为了可靠地防止内燃发动机的过热，发动机冷却装置的冷却能力被设计为用于具有极高冷却需求或最大冷却需求的运行状态，所述运行状态以车辆的低速度同时高负载为特征(即，例如关于加速期间和爬坡驾驶期间发生的运行状况)，以便能够即便在最不利的状况下提供所需冷却能力。在这种状况下，没有热耗散所需的空气流，发动机冷却装置不得不处理(即耗散)极大热量。

根据以上描述的方案来设计发动机冷却装置会导致不成比例的大尺寸，即超尺寸的冷却装置。结果，空气冷却装置的风扇或液体冷却装置的热交换器(即冷却器)具有非常大的尺寸，即使这对于正常驾驶运行是不需要的，也就是说除了少量极端驾驶情况之外，这不是必须的。

特别地，液体冷却装置情况下的这种设计导致非常大的冷却器，所述冷却器对于被安装在车辆的前部区域而言是非常困难的。

在此背景下，还必须考虑冷却器不可能被放大到任意期望的程度，因为一般提供了其他热交换器(具体是冷却装置)，以便保证内燃发动机的可靠、无误运行，或者以便优化内燃发动机的运行，并且过大的冷却器在其设置和尺寸方面明显限制了其他热交换器。

其他热交换器的一些示例将在以下被提到并且描述，以便说明这个问题。

因为燃料燃烧释放的热量不仅被耗散到限制燃烧室的壁、排气流以及可能的发动机冷却剂中，还部分被耗散到发动机油中。由于热传导和自然对流经油盘的热耗散通常不足以达到可接受的最大油温度，因此必须提供额外的油冷却器。