[发明专利]具有涡轮增压装置的内燃机

说明书

本发明涉及一种内燃机，包括：燃烧气缸，设置有活塞和燃烧室；进气阀；排气阀；排气管和涡轮增压装置。发动机进一步包括：排气气缸，设置有排气活塞和排气室，其中，排气室被布置为通过能够由排气阀关闭的通道或开口与燃烧室流体连通，并且其中，排气室被布置为与排气管开放式流体连通，从而允许在排气阀打开时离开燃烧室的废气在排气室与排气管之间分配。

技术领域

本发明涉及一种设置有涡轮增压装置的内燃机。本发明还涉及一种用于运转这种发动机的方法以及一种设置有这种发动机以推进车辆的车辆。

背景技术

来自内燃机的废气包含可用在涡轮增压器中的能量，其中，废气驱动连接到压缩机的涡轮，压缩机压缩供给到发动机的进气。

如果在正常气压下吸入的空气体积与冲程体积一样大，则燃烧气缸的容积效率(VE)为100％。当进气歧管和排气歧管发生共振时，自然吸气发动机能够达到100％的VE。涡轮增压发动机可以达到VE100％。

通常，当发动机转速(每分钟转数)低时，即当发动机速度低时，小型涡轮增压器是有效的。在高转速下，废气的体积太大，无法由涡轮增压器处理，并且一些废气被允许通过废气门。因此，小型涡轮增压器在高转速下效率不高。另一方面，大型涡轮增压器在高发动机速度下是有效的，但在转速低时却不是，并且大型涡轮增压器还具有更多的涡轮增压迟滞，即，具有更显著的响应延迟。

借助电动混合技术，由于电动马达提供即时扭矩并且能够补偿涡轮增压迟滞，因此可以减少或消除大型涡轮增压器的缺点。涡轮增压器还可以设置有电机/发电机，其可以使用电来使涡轮增压器旋转得更快或更慢以存储能量。然而，这些措施需要一定的能量供应。

高压废气可以将大量能量传递给涡轮增压器。然而，如果压力太高，则由于高的背压，在排气冲程中会在气缸中留下太多的废气。留在燃烧室中的废气稀释了在随后的进气冲程中引入的空气，并对发动机的效率产生负面影响。

气缸少的发动机具有不均匀的废气，即，废气压力随时间变化很大，并且这种发动机不能向涡轮增压器提供与气缸更多的发动机一样高的平均废气压力。

图1至图3分别示出1缸4冲程发动机、2缸4冲程发动机和3缸4冲程发动机的废气流。x轴示出曲轴的旋转的度数(因此也示出时间)，并且y轴示出从气缸出来的废气流表示。由于如果连杆无限长，则这将是活塞运动，因此来自每个气缸的流已近似为正弦曲线。然后，在活塞将废气推出的阶段期间，该正弦曲线乘以1，并且在排气阀关闭的其余时间期间，该正弦曲线乘以0。一个完整的4冲程循环对应于曲轴的两转(720度)。在1/2转(180度)期间，废气从每个气缸排出；在剩余的11/2转(540度)期间，没有废气排出。实际上，排气阀可以稍早打开并且稍晚关闭，如此每个废气循环可因此实际上比180度稍长一些，并且在开始时更强劲。

如果排气歧管的体积较小，则可以增加涡轮增压器的压力。如果转速较低，则此方法效果很好，但如果转速较高，则排气歧管的背压将阻止气缸呼气，并且过多的废气将保留在气缸中。因此，如果能够在避免与高背压有关的负面影响的同时提供高废气压力，则将是有利的。

为了减小背压，已经提出增加排气歧管的体积。与这种布置相关联的缺点是涡轮增压器响应的延迟以及较大的排气歧管需要更多的空间。另外，传送到涡轮增压器的废气的压力降低。

另外，通常期望使涡轮增压器适应不同的工作负荷。为此，已经提出了几何结构可变的涡轮增压装置。与这种布置相关联的一些一般挑战是成本、可靠性和控制。

在该领域中仍然需要改进。

发明内容

本发明的一般目的是提高涡轮增压内燃机的效率。

本发明涉及一种内燃机，包括：

设置有第一活塞的至少第一燃烧气缸，所述第一活塞布置为在所述第一燃烧气缸的轴向方向上往复运动；