[发明专利]具有排气涡轮增压装置的内燃发动机

说明书

本申请描述了用于使在涡轮增压发动机的排气歧管中包括腔室的发动机运转的系统和方法。所述系统和方法可以改善发动机效率并且提供控制发动机排气部件的温度的方式。所述腔室位于排气歧管的外壁与排气歧管的内壁之间。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月21日提交的德国专利申请号102016213386.1的优先权。为了所有目的，上面提及的申请的整个内容以引用方式被并入本文。

技术领域

本发明涉及用于使涡轮增压发动机运转的方法和系统。所述方法和系统可以具体地用于减少发动机冷起动排放并且在较高发动机负荷下减小发动机排气背压。

背景技术

前述提到的类型的内燃发动机例如被用作机动车辆驱动单元。在本发明的背景下，词语“内燃发动机”包含奥托循环发动机、柴油发动机、以及利用混合燃烧过程的混合动力内燃发动机、以及不仅包含内燃发动机而且包含能够在驱动方面连接到内燃发动机并从内燃发动机吸收动力或作为可切换辅助驱动装置输出额外动力的电机的混合动力驱动装置。

内燃发动机的增压主要用于增加功率。燃烧过程所需的空气被压缩，因此较大的空气质量可以在每个工作循环提供给各汽缸。以此方式，能够增加燃料质量且因而增加平均压力。

增压是用于增加内燃发动机功率且同时保持扫气容积不变的适当手段，或者是用于减小扫气容积且同时保持功率相同的适当手段。在任意情况下，增压均导致体积功率输出的增加并且导致更有利的功率-重量比。如果扫气容积减小，则可以将负荷集中地朝向较高负荷移位，在较高的负荷下比燃料消耗率较低。通过增压结合合适的变速器构造，可以实现所谓的自动降速(downspeeding)，借此也可以实现较低的比燃烧消耗。

因此，在内燃发动机的研发过程中，增压一直致力于使燃料消耗最小化，即改善内燃发动机的效率。

对于增压，一般使用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮被布置在同一轴上。热排气流被供应到涡轮，并且随着能量的释放而在所述涡轮中膨胀，因此使得轴旋转。通过排气流向涡轮并且最终向轴供应的能量被用于驱动同样被布置在该轴上的压缩机。压缩机传送并且压缩向其供给的充气空气，因此获得汽缸的增压。增压空气冷却装置可以被额外地提供，在被压缩的充气空气进入汽缸之前，通过该增压空气冷却装置对被压缩的充气空气进行冷却。

例如相比于机械增压器，排气涡轮增压器的优点是，在增压器与内燃发动机之间不存在或不需要用于传递动力的机械连接；这样的机械连接占据发动机舱中的额外的结构空间，并且对组件的布置有不可忽视的影响。机械增压器完全从内燃发动机提取用于驱动它所需的能量并且由此减少输出动力并且因此不利地影响效率，而排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。

在排气涡轮增压的构造中遇到问题，其中基本上试图在所有发动机转速范围内都获得显著的性能增加。在通过排气涡轮增压器进行增压的内燃发动机的情况下，当未达到某一发动机转速时，观察到显著的扭矩下降。所述影响是不期望的，并且是排气涡轮增压的最严重的缺点中一种。

如果考虑充气压力比依赖于涡轮压力比，那么所述扭矩下降是可以理解的。如果例如发动机转速被降低，这导致较小的排气流并且因此导致较低的涡轮压力比。这具有以下效果：随着发动机转速降低，充气压力比同样减小，这相当于扭矩下降。

在现有技术中，试图使用各种各样的措施来改善排气涡轮增压内燃发动机的扭矩特性。

一种这样的措施例如是涡轮横截面的小型化设计并且同时提供排气放气设备。这样的涡轮也被称为废气门涡轮。如果排气质量流量超过临界值，那么一部分排气流在所谓的排气放气的过程中经由旁通管路被引导经过涡轮。所述方法具有这样的缺点，在相对高的发动机转速下增压行为是不足的。

此外，增压式内燃发动机的扭矩特性可以借助于并联布置的多个涡轮增压器(即借助于并联布置的相对小的涡轮横截面的多个涡轮)来进一步改善，涡轮随着增加的排气流率而被连续地激活，类似于顺序增压。