具有双通道涡轮的增压内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法技术

本发明专利技术涉及一种增压内燃发动机，其包括借助于分开两个通道的外壳壁内的至少一个开口，在涡轮外壳内流体连接所述两个通道的双通道涡轮，其中提供至少一个可移置壁部以用于响应于排气流速来打开外壳壁内的开口从而优化涡轮性能。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考 本申请要求于2013年2月20日提交的德国专利申请第102013202744.3号的优先权，其全部内容包含在此以供参考。
技术介绍
增压内燃发动机可包括至少两个汽缸，其中每个汽缸均具有用于排出排气的出口。汽缸的排出管路可经配置形成排气歧管。排气歧管可被连接至涡轮增压器的入口，从而增加更宽的发动机操作范围上的功率密度。一种途径是合并汽缸的排气管路从而形成第一组和第二组，这样一组汽缸排气管路内的动态波现象至少可能对另一组汽缸具有不利影响。另一种途径是将汽缸排气管路合并至涡轮上游的单个总排气管路内。进一步，已知这样的概念，即两个排气歧管能够连接至彼此以及彼此分离。本专利技术人所注意到的上述途径的一个潜在问题是当汽缸的排气管路可合并至第一和第二组时，会不利地干扰充气交换。这种途径将不允许涡轮在高负荷向进行最佳操作。本专利技术人所注意到的另一个潜在问题是单个总排气管路在涡轮上游提供较大体积的排气并且可削弱较低排气流率时的涡轮操作。另外，连接排气歧管可导致残留气体问题以及引发爆震。
技术实现思路
至少部分地解决上述问题的一个潜在途径涉及增压内燃发动机，其具有带至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中汽缸具有用于排出排气的至少一个出气口。进一步，出气口可与排气管路邻接，且所述至少两个汽缸可按如下的方式配置，即形成具有至少一个汽缸的两组，其中汽缸组的汽缸的排气管路合并形成总排气管路，以致形成排气歧管。两个总排气管路可被连接至双通道涡轮，该双通道涡轮包括安装在涡轮外壳内的可旋转轴上的转子，这样一个总排气管路被连接至涡轮的两个进气口中的一个。其中进气口与涡轮的一个通道邻接，且双通道可借助于外壳壁彼此分开地到转子，这样双通道的排气流可彼此分开地被引导至转子。进一步，借助于转子上游和进气口下游的外壳壁内的至少一个开口打开，涡轮的双通道在涡轮外壳内可连接至彼此。这样可允许涡轮在较高排气流率和较低排气流率时的最佳操作。另一个潜在途径是发动机的方法，其包括调节可移置壁，其用于打开和关闭转子上游和进气口下游的涡轮外壳的外壳壁内的开口，从而经开口流体地连接涡轮外壳的双通道，以响应于超过阈值的排气流率。以这种方式，依据发动机工况，能够调节涡轮增压器外壳内的多个通路之间的连通，从而提高整体性能。应当理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍精选构思，其将在【具体实施方式】中进一步说明。这并不意味着确立所述主题事项的关键或基本特征，其范围仅由【具体实施方式】后的权利要求限定。此外，所述的主题事项不限制于解决上述或在本专利技术中任何部分指出的任何不利的实施方式。【附图说明】图1a示例性示出双流式涡轮的基本设计，截面垂直于转子旋转轴线。图1b示例性示出双流涡轮的基本设计，截面垂直于转子旋转轴线。图1c示例性示出沿图1b所指截面A-A的图1b所示双流润轮。图2a示例性示出增压内燃发动机的第一实施例的双流式涡轮，截面垂直于转子旋转轴线，且通道分开。图2b示意性示出相对于图2a旋转90°的图2a所示润轮的截面。图2c示意性示出图2a所示涡轮，截面垂直于转子旋转轴线，且通道连接。图2d示意性示出相对于图2c旋转90°的图2c所示润轮的截面。图3a示意性示出在关闭位置沿排气流方向可移动的可移置壁体。图3b示意性示出在打开位置沿排气流方向可移动的可移置壁体。图4a示意性示出在关闭位置沿旋转轴线可移动的可移置壁体。图4b示意性示出在打开位置沿旋转轴线可移动的可移置壁体。图5示意性示出内燃发动机的例子。图6示出操作可移置壁体的方法。【具体实施方式】一种增压内燃发动机具有带至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中每个汽缸均具有用于将排气排出汽缸的至少一个出气口，且出气口与排气管道邻接。所述至少两个汽缸可按以如下方式配置，即形成具有至少一个汽缸的两组，且汽缸组的汽缸的排气管路合并形成总排气管路，以致形成排气歧管。进一步，所述两个总排气管路可被连接至双通道涡轮，该双通道涡轮包括被安装在涡轮外壳内的旋转轴上的转子，这样一个总排气管路连接至涡轮的两个进气口中的一个，其中进气口与涡轮的一个通道邻接，且双通道可通过外壳壁彼此分开地到转子，这样双通道的排气流可彼此分开地被引导至转子。进一步，提供了 一种用于操作所述类型内燃发动机的方法。表达“内燃发动机”具体包含奥托循环发动机，但也包含柴油发动机和混合型内燃发动机，也就是说可使用混合燃烧过程操作的内燃发动机。内燃发动机具有可连接至彼此以形成汽缸的汽缸体和汽缸盖。汽缸盖通常用于保持气门驱动。为了控制充气交换，内燃发动机需要大体为气门形式的控制元件和用于致动这些控制元件的致动装置。所考虑的用于气门移动的气门致动机构(包括气门自身)被称为气门驱动。充气交换期间，燃烧气体可经所述至少两个汽缸的出气口被排放，且经进气口产生对燃烧室的充气，也就是说引入新鲜混合物或充气。根据现有技术，邻接出气口的排气管路可以至少部分地被并入汽缸盖内且可以合并以便形成共用总排气管路，或成组从而形成两个或更多个总排气管路。排气管路合并以形成总排气管路一般被称为排气歧管。汽缸的排气管路合并的方式可在特定情况下，也就是在排气排放系统的特定配置中，基本取决于具有优先级的内燃发动机的操作范围，也就是说内燃发动机操作行为最佳的操作范围。在增压内燃发动机的情况中，在排气排放系统内提供排气涡轮增压器的至少一个涡轮，且其试图在较低发动机转速和/或负荷范围(也就是说在相对低的排气流率的情况)下呈现令人满意的操作行为，则选择所谓的脉冲增压。本文中，为了增压的目的以及为了改善内燃发动机的操作行为，应该利用在排气排放系统中具体是在充气交换期间出现的动态波现象。基本基于两种不同的机制在充气交换期间将燃烧气体排出内燃发动机的汽缸。当开始充气交换时出口阀打开接近下止点时，燃烧气体以较高速度流经出气口进入排气排放系统，这是由于在燃烧结束时汽缸内盛行的高压水平以及燃烧室和排气管路之间的相关高压差所致。所述压力驱动的流动过程通过高压力峰值促进，其中高压力峰值还被称为出口前振动，其沿着排气管路以声速传播，同时随着前进距离的增加，压力因摩擦而有较大或较小程度地耗散，也就是说减少。在充气交换的进一步过程中，汽缸和排气管路内的压力可相等，这样燃烧气体不再是主要以压力驱动的方式被排空，而是由于活塞的往复运动而被排出。在较低负荷或发动机转速下，也就是说在较低排气流率下，出口前振动可有利地用于脉冲增压作用，因此即使在较低涡轮转速下也能获得较高的涡轮压力比。以这种方式，即使在仅有较低排气流率的情况下，也就是说在较低负荷和/或较低发动机转速下，也能够通过排气涡轮增压的方式产生较高的充气压力比，也就是说入口侧上的高充气压力。脉冲增压作用已被证明特别有利于加速涡轮转子，也就是说增加涡轮旋转速度，该速度在内燃发动机怠速操作期间或较低负荷时会明显下降，且在增加负荷要求的情况下在通过排气流的方式尽可能较少地延迟的情况下应该频繁地再次增加该速度。转子的惯性以及轴轴承布置内的摩擦通常减慢转子加速至较高旋转速度，从而阻止充气压力立即上升。为了能够利用排气排放系统中所出现的动态波现象，尤其是出口前振动，为了脉冲增压作用以便改善内燃发动机的操作行为，必须维持排气排放系统内的压力峰值或出口前振动。尤为有利地是如果在排气管路内加本文档来自技高网...

【技术保护点】
增压内燃发动机，包括带有至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中每个汽缸具有用于将排气排出所述汽缸的至少一个出气口，且每个出气口与排气管路邻接；至少两个汽缸被配置成形成两组且每组在每种情况下具有至少一个汽缸；每个汽缸组的汽缸的所述排气管路在每种情况下合并形成总排气管路，以致形成排气歧管；所述两个总排气管路被连接至双通道涡轮，所述双通道涡轮包括被安装在涡轮外壳内的可旋转轴上的转子，这样在每种情况下一个总排气管路被连接至所述涡轮的所述两个进气口中的一个，其中每个进气口与所述涡轮的一个通道邻接，且所述两个通道通过外壳壁彼此分开地到转子，以致所述两个通道的排气流彼此分开地被引导至所述转子；其中借助于所述转子上游且所述进气口下游的所述外壳壁内的至少一个开口打开，所以所述涡轮的所述两个通道在所述涡轮外壳内能够连接至彼此。

【技术特征摘要】
2013.02.20 DE 102013202744.31.增压内燃发动机，包括带有至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中每个汽缸具有用于将排气排出所述汽缸的至少一个出气口，且每个出气口与排气管路邻接； 至少两个汽缸被配置成形成两组且每组在每种情况下具有至少一个汽缸； 每个汽缸组的汽缸的所述排气管路在每种情况下合并形成总排气管路，以致形成排气歧管； 所述两个总排气管路被连接至双通道涡轮，所述双通道涡轮包括被安装在涡轮外壳内的可旋转轴上的转子，这样在每种情况下一个总排气管路被连接至所述涡轮的所述两个进气口中的一个，其中每个进气口与所述涡轮的一个通道邻接，且所述两个通道通过外壳壁彼此分开地到转子，以致所述两个通道的排气流彼此分开地被引导至所述转子；其中 借助于所述转子上游且所述进气口下游的所述外壳壁内的至少一个开口打开，所以所述涡轮的所述两个通道在所述涡轮外壳内能够连接至彼此。2.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述双通道涡轮是双流式涡轮，其中在垂直于所述转子的旋转轴线的截面上观察，所述两个通道中的一个被布置在另一个顶部，并且被布置成至少沿弧形段以不同半径按螺旋形包围所述转子。3.根据权利要求2所述的增压内燃发动机，其中所述双流式涡轮的所述两个进气口被布置成在所述外壳内距离所述涡轮的轴在不同半径距离处。4.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述双通道涡轮是双流涡轮，其中所述两个通道被布置成彼此相邻并且至少沿弧形段以相等半径按螺旋形包围所述转子。5.根据权利要求4所述的增压内燃发动机，其中所述双流涡轮的所述两个进气口被布置在所述外壳内距离所述涡轮的轴在相同半径距离处。6.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述外壳壁是被固定地连接至所述外壳的不可移动壁。7.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中提供至少一个可移置壁部以用于打开所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·M·金德尔，N·A·斯科恩，V·斯米利亚诺夫斯基，R·斯塔尔曼，A·索梅沃夫，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US