具有涡轮的机械增压内燃发动机和控制涡轮冷却的方法技术

本发明专利技术涉及具有涡轮的机械增压内燃发动机和控制涡轮冷却的方法，公开了操作内燃发动机中的发动机系统的方法，包括在第一工况期间，使冷却剂循环通过涡轮壳体中的冷却套，涡轮壳体至少部分包围涡轮转子，并且在第二工况期间，用来自排放罐的空气替换冷却套内的冷却剂。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】具有涡轮的机械増压内燃发动机和控制涡轮冷却的方法相关申请的交叉引用本申请要求2014年9月16日提交的德国专利申请N0.102014218587.4的优先权，该专利的全部内容在此通过弓I用而被合并以用于各种目的。
本专利技术涉及内燃发动机中涡轮的冷却布置。
技术介绍
排气驱动的祸轮增压器被包含在内燃发动机内以增加发动机的功率输出与重量的比。涡轮增压器中的涡轮可能经受高温状态。因此，可以经由被耦接到发动机的散热器的发动机冷却系统支路来冷却涡轮。此外，涡轮可以由对高温排气系统状态较不敏感的材料构造。但是，可以经受高温状态的材料可能是昂贵的。而且，在其他工况期间，涡轮和发动机可以具有不同的冷却要求。因此，在发动机操作的某些周期中，涡轮和/或发动机可以被提供不充分的冷却或变暖。
技术实现思路
在一种途径中，存在一种操作内燃发动机中的发动机系统的方法，该方法包括在第一工况期间，使冷却剂循环通过至少部分地包围涡轮转子的涡轮壳体内的冷却套，以及在第二工况期间，用来自排放罐中的空气替换冷却套中的冷却剂。用这种方式，可以在某些工况期间经由液体冷却系统冷却涡轮并且在其他的工况期间用空气填充涡轮以使排气系统组件能够更快地变热。在冷启动期间以及发动机已经暖机时的发动机操作期间，可以选择性地冷却涡轮以改进发动机操作。【附图说明】图1显示了内燃发动机的第一实施例的涡轮以及辅助回路，并且被显示为垂直于涡轮轴的局部剖面，所述涡轮可以被液体冷却；图2显示了控制冷却至少一个涡轮的方法，所述涡轮被配置为被液体冷却并且被包含在机械增压内燃发动机内；以及图3显示了操作内燃发动机中的发动机系统的方法。【具体实施方式】本文描述了被用作马达车辆驱动单元的内燃发动机。如所述，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和奥托循环发动机以及还有混合动力内燃发动机，其利用混合动力燃烧过程，该表述还包含混合动力驱动器，其不仅包括内燃发动机还包括电机，电机可以根据驱动器被连接到内燃发动机，并且从内燃发动机接收功率，或者作为可切换辅助驱动器而额外地输出功率。本公开所述的机械增压内燃发动机具有液体冷却布置。发动机可以具有至少一个汽缸盖，其具有至少两个汽缸并且具有排气涡轮增压器的至少一个涡轮，涡轮可以是液体冷却的，其中每个汽缸具有至少一个出气口以便将排气排出汽缸并且每个出气口邻接排气管路，排气管路合并以形成至少一个排气总管，以便形成至少一个排气歧管，排气总管通向至少一个涡轮，涡轮具有涡轮壳体并且具有流管，流管引导排气通过涡轮壳体，并且至少一个涡轮具有至少一个冷却套，冷却套集成在壳体内以便形成冷却布置。本公开也描述了用于控制冷却至少一个涡轮的方法，所述涡轮是液体冷却的且属于上述类型的内燃发动机。内燃发动机可以具有汽缸体和至少一个汽缸盖，汽缸盖在其组装件端侧互相连接以形成至少两个汽缸，即燃烧室。为了保持活塞或汽缸套，汽缸体可以具有相应数量的汽缸孔。活塞可以用轴向可移动的方式在汽缸套内被引导，并且与汽缸套和汽缸盖一起形成内燃发动机的燃烧室。汽缸盖也可以用于保持气门驱动器。为了控制充气交换，控制元件和致动控制元件的致动设备可以被包含在内燃发动机内。在充气交换期间，通过出气口将燃烧气体排出并且对燃烧室充气，即通过进气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，可以将提升阀用作控制元件，在内燃发动机的操作期间，提升阀进行振荡的升降运动，并且提升阀用这种方式打开和关闭进气口和出气口。对于气门的运动所要求的气门致动机构(包含气门本身)被称为气门驱动器。在一些发动机中，通向进气口的进气管道以及排气管道，即邻接出气口的排气管路，可以被至少部分地整合在汽缸盖内。合并排气管路以形成排气总管通常被称为排气歧管。在一些发动机中，在至少一个排气歧管的下游，排气可以被供应给排气涡轮增压器的至少一个涡轮，并且可以被引导通过一个或多个排气后处理系统。因为经常被用于高热负载的涡轮壳体的含镍材料，特别是涉及被优选用于汽缸盖的材料(例如铝)是昂贵的，所以涡轮的生产成本可以比较高。不仅含镍材料本身的成本而且加工这些材料的成本也是比较高的。由于上述已经陈述的原因，如果可以由不太昂贵的材料(例如，铝或铸铁)生产出涡轮，则由此断定，关于成本方面，其将会是非常有益的。关于涡轮的重量，使用铝也将会是有利的，尤其当考虑到紧凑耦合布置的涡轮导致相对大尺寸的、宽大的壳体时，因为涡轮和汽缸盖通过法兰和螺钉的连接由于受限的空间条件而要求有大的涡轮入口区域，还因为必须为组装工具提供足够的空间。宽大的壳体与相应高重量相关。铝相对于可承受高应力的材料的重量优势在考虑比较高的材料利用而将涡轮布置得靠近发动机的情况下是特别显著的。为了可以使用更便宜的材料来生产涡轮，涡轮可以被装备有冷却装置，例如，装备有液体类型的冷却布置，其可显著降低涡轮和涡轮壳体由于热排气而产生的热负载，并且因此允许使用低热高负载的材料。关于冷却剂，其通常由配备有添加剂的水-乙二醇混合物组成。有关其他的冷却剂，水具有无毒、容易得到和便宜，且还有非常高的热容的优点，由于该原因，水适合提取和散逸相当大量的热，这基本上被认为是有利的。涡轮壳体可以被装备有冷却套以便形成冷却布置。在以前的涡轮设计中，有两种概念，即壳体是铸造零件且在铸造过程期间冷却套被形成为整体式壳体的整体构成零件，以及壳体是模块化构成的概念，其中在组装期间形成了用作冷却套的空腔。例如，根据后一种概念设计出的涡轮被描述在德国公开的说明书DE102008011257A1中。涡轮的液体类型的冷却布置通过装备有套装的实际涡轮壳体形成，从而在壳体和被布置为与壳体分隔开的至少一个套装元件之间形成可以引入冷却剂的空腔。由此，被扩展以包含套装布置的壳体包含冷却套。此外，EP 1384857A2同样公开了其壳体装备有冷却套的涡轮。DE 102007017973A1描述了用于形成汽化冷却的涡轮套装的构造配套元件。由于液体的高比热容，特别是常用的水，可以通过液体类型的冷却系统从壳体中提取大量的热。热量散逸到壳体内部的冷却剂并且与冷却剂一起排出。散逸到冷却剂的热量被再次从热交换器内的冷却剂中提取。对于涡轮的液体类型的冷却布置，其可能装备有分离的热交换器，或者处在液体冷却的内燃发动机(对于发动机冷却布置的热交换器)情况中，即可以使用不同液体类型的冷却布置的热交换器。后者要求两个回路之间有相应的连接。马达车辆驱动器经常被装备有大功率风扇马达以提供(在热交换器处)期望水平的热传递所需要的空气质量流量。在某些情况中，液体类型的冷却布置的目标可以不是在所有工况下从内燃发动机和/或涡轮壳体提取最大可能数量的热。而是以适当的方式控制液体类型的冷却布置以达到期望的发动机组件工作温度。为了减少摩擦损失并且因此减小内燃发动机的燃料消耗，可以期望发动机油的快速升温，特别是在冷启动之后(例如，发动机已经冷却到周围环境的环境温度且从冷却状态启动的情况下)。内燃发动机暖机阶段期间发动机油的快速升温确保了油粘度的相应的快速下降并且因此减少了摩擦以及摩擦损失，特别是减少了被供应油的轴承(例如曲轴轴承)内的摩擦及摩擦损失。发动机油的快速升温以减少摩擦损失也可以通过快速加热内燃发动机本身而被支持，快速加热内燃发动机进而可以凭借减少暖机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械增压式内燃发动机，其包括：具有两个汽缸的汽缸盖；用于所述汽缸盖的液体类型的冷却布置；排气涡轮增压器中的涡轮，其中：每个汽缸具有至少一个出气口以便将排气排出所述汽缸，并且每个出气口邻近排气管路，所述排气管路合并以形成至少一个排气总管，从而形成至少一个排气歧管，所述排气总管通向所述至少一个涡轮，所述涡轮具有涡轮壳体并且具有流管，所述流管引导排气通过所述涡轮壳体；以及所述至少一个涡轮具有至少一个冷却套，所述冷却套被集成在所述壳体中，以便形成冷却布置；其中所述至少一个冷却套可连接到所述液体类型的冷却布置；所述至少一个冷却套被布置在辅助回路中，所述辅助回路与所述液体类型的冷却布置分离并且包括排放罐，所述排放罐能够被填充空气和冷却剂并且经由通风管路可连接经由第一端口到所述涡轮壳体的所述至少一个冷却套，所述通风管路引导空气并且通过第一关闭元件可关闭；泵被装备在冷却剂引导回流管路中，所述冷却剂引导回流管路能够被关闭并且经由第二端口将所述涡轮壳体的所述至少一个冷却套连接到所述排放罐；以及冷却剂引导旁通管路被装备以用于绕过所述泵，所述冷却剂引导旁通管路能够被关闭并且经由所述第二端口将所述排放罐连接到所述涡轮的所述至少一个冷却套。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H·M·金德尔，V·斯米利亚诺夫斯基，A·库斯克，F·A·萨默候夫，M·福斯汀，J·克默林，
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