具有单独的排气歧管的涡轮增压发动机以及运行这种发动机的方法技术

本发明专利技术提供一种涡轮增压内燃发动机的系统和方法。一个示例性系统包括带有至少两个汽缸的汽缸盖，每个汽缸有至少两个排气开口，排气开口中至少有一个是可接合的。该系统进一步包括被整合到汽缸盖内并将可接合开口连接到第一涡轮增压器涡轮机的第一排气歧管，以及被整合到汽缸盖内并将非可接合开口连接到与第一涡轮机并行的第二涡轮增压器涡轮机的单独的第二排气歧管。

【技术实现步骤摘要】

本申请针对涡轮增压内燃发动机的系统和方法。
技术介绍
内燃发动机具有汽缸体以及至少一个汽缸盖，它们相互连接形成汽缸，为了控制气体交换，内燃发动机需要控制元件(通常是阀门的形式)以及操作这些控制元件的操作装置。移动这些阀门所需的包括阀门自身的阀门操作机构指的是阀动装置。汽缸盖经常用于容纳该阀动装置。在气体交换的过程中，通过汽缸的排气开口来实现燃烧气体的排出，而通过入口开口来实现燃烧空间的填充，即新鲜混合物的吸入或新鲜空气的吸入。在正确的时间打开或闭合入口开口和排气开口是阀动装置的任务，其中快速打开最大可能的流动横截面的目的是为了最小化进入气流或排出气流的节流损耗，并从而确保燃烧室最大可能地充有新鲜混合物和有效的(即完全的)排气排出。根据现有技术，汽缸因而通常装备有两个或更多入口开口或排气开口。通到入口开口的入口端口以及连接排气开口的排气端口(即排气管)根据现有技术被至少部分地整合到汽缸盖内。汽缸的排气管通常汇合在一起以形成公共的总排气管或被分组从而形成两个或更多个总排气管。排气管汇合以形成总排气管通常大体被称为排气歧管，其中位于总排气管中涡轮机的上游的总排气管的一部分被看作是排气歧管的一部分。为了内燃发动机增压目的，在歧管下游，排气被馈送给至少两个排气涡轮增压器的涡轮机，并且如果必要的话被馈送给一个系统或多个系统以用于排气后处理。相对于机械增压器，排气涡轮增压器的优势举例来说，对于涡轮增压器和内燃发动机之间的动力传递，没有机械连接存在，或不必要有机械连接。尽管机械增压器由从内燃发动机接收的能量完全驱动，且因此减少可用动力且不利地影响发动机效率，但是排气涡轮增压器采用的是热排气的能量。排气涡轮增压器包括被布置在相同轴上的压缩机和涡轮机，其中热排气流被馈送到涡轮机并在这个涡轮机内膨胀，伴随着能量输出，因此使得轴旋转。由于高的旋转速度ητ，抗摩擦轴承优选地用于支撑该轴。从排气流输送到涡轮机且最终到轴的能量被用于驱动也被布置在该轴上的压缩机。压缩机输送且压缩被馈送到该压缩机的增压空气，因此完成了汽缸的增压过程。若有必要，在进入汽缸前压缩的燃烧空气被冷却来提供对增压空气的冷却。增压首要地用作增加内燃发动机的动力。在这种情况下，燃烧过程所需的空气被压缩，因此，在每个工作循环能够将更大质量的空气馈送到每个汽缸。因此，燃料质量且因而平均压力能得以增加。增压是在不改变扫气容积的情况下增加内燃发动机动力或在具有相同动力的情况下减少扫气容积的适当手段。在每种情况下，增压导致动力-体积比的增加并且导致更加令人满意的动力-质量比。在相同的车辆边界条件的情况下，因此总共的负载能够移向较高的负载，即比油耗较低的情况。内燃发动机的涡轮增压器设计常常存在困难。理想情况下，涡轮增压器会在所有旋转速度范围内给发动机提供明显的动力增加。不过，当涡轮增压发动机没有达到特定旋转速度时，会观察到力矩的急剧下降。当考虑到增压压力比依赖于涡轮机压力比时，这种力矩下降是可理解的。发动机旋转速度的下降导致更小的排气质量流和因此导致更小的涡轮机压力比。因此，增压压力比也朝向更小的旋转速度减小，而这等同于等同于力矩的下降。抵消涡轮增压发动机中增压压力下降的一个已知方法包括减少涡轮机横截面面积从而增加涡轮机压力比。不过，与消除力矩下降不同，该方法会导致力矩下降发生在较小 的旋转速度处。而且，在这个过程中设置限制，即，对于涡轮机横截面面积的减小设置限制，这是因为期望的增压和动力增加要是尽可能不受限的，即使在高旋转速度，即具有大排气体积的情况下也如是。提高涡轮增压发动机的力矩特性的另一个已知方法采用废气门涡轮机。当排气量超出临界值时，打开关断元件，以便借助于旁路管(一般是指“排气排出”)导引排气中的某些绕过涡轮机或涡轮机叶轮。这个过程在较高旋转速度或较大排气量的情况下有增压性能不足的缺点。提高涡轮增压内燃发动机力矩特性的另一个已知方法采用多个并置的涡轮增压器，例如，具有小横截面面积的涡轮增压器，其中增加数量的涡轮机被与具有增加排气量接合(例如，通过启用连接涡轮机的汽缸排气阀门以使得排气从汽缸流过涡轮机)。不过，由于与每个涡轮机的单独外壳有关的成本的原因，这个方法会过于昂贵，特别是因为涡轮机外壳必须经受高温负载，而这通常需要由贵重的材料组成，例如，包含镍的材料。
技术实现思路
为了解决上述问题并且实现其他不同优势，本文的专利技术人已经指出了各种涡轮增压内燃发动机系统和方法的例子。在一个例子中，涡轮增压内燃发动机包括至少一个带有至少两个汽缸的汽缸盖，每个汽缸具有至少两个排气开口，所述排气开口包括至少一个可接合开口和至少一个不可接合开口，排气管邻接每个排气开口。而且，发动机包括第一排气歧管，第一排气歧管包括邻接至少两个汽缸的可接合开口的排气管，第一排气歧管的排气管在汽缸盖内合并以形成连接到第一涡轮增压器的第一涡轮机的第一总排气管；以及第二排气歧管，第二排气歧管包括邻接至少两个汽缸的不可接合开口的排气管，第二排气歧管的排气管在汽缸盖内合并以形成连接到第二涡轮增压器的第二涡轮机的第二总排气管。从第一涡轮机上游的第一排气歧管分支出的第一旁路管、从第二涡轮机上游的第二排气歧管分支出的第二旁路管以及第一涡轮机和第二涡轮机共用一个公共的涡轮机外壳。通过这种方式，通过利用两个单独的排气歧管(而不是涡轮机上游的单个连续管道系统)，改善了发动机的操作行为。例如，通过其排气连续流过的第二涡轮机上游的管道体积被减少，这在低负载或低旋转速度(例如，小排气量)时是有优势的，尤其关于响应行为是有利的。进一步地，通过利用根据上述例子的两个单独的排气歧管，排气系统的管的长度和体积减少了，因此减少了发动机的重量，使得能有更加紧凑的结构。发动机重量的减少也有利于降低发动机的成本。应当理解上述概述提供了以简单形式介绍了在下面详细描述中进一步阐述的概念选择。本概述并非为了鉴定所要求事项的关键特征或基本特征，本专利技术的范围由权利要求唯一定义。而且，所要求事项不限制解决任何上述所记录的缺点或本公开任何部分缺点的实施。附图说明图I示出示例涡轮增压内燃发动机的示意图。图2示出第二示例涡轮增压内燃发动机的局部示意图。 图3提供了可包含在图I和图2所示涡轮增压内燃发动机内的连接通道和排气管的截面图。图4示出涡轮增压内燃发动机的示例操作方法，其结合在图I和图2所示发动机例子使用。图5示出涡轮增压内燃发动机的示例控制方法，其结合图4所示的方法使用。具体实施例方式图I简要示意出示例涡轮增压内燃发动机I。在本专利技术范围内，术语“内燃发动机”包括具体地奥托发动机，不过也包括柴油发动机和混合动力内燃发动机。发动机I是四缸直列发动机，其中汽缸3沿汽缸盖2的纵向轴线排列，即呈直线。每个汽缸3具有两个排气开口 4a、4b，其中用于将排气从汽缸3排出的排气管5a、5b邻接每个排气开口 4a、4b。虽然图I描绘一个汽缸盖，但是在某些例子中，发动机I可以包括一个以上的汽缸盖。例如，若多个汽缸以分裂成两个汽缸组的形式排列，发动机可包括两个汽缸盖。类似地，当如图I所示的汽缸盖具有四个汽缸时，每个汽缸盖可包括两个或更多汽缸。发动机I进一步配备有两个排气涡轮增压器8、9。每个排气涡轮增压器8、9均包括被布置在相同轴上的涡轮机8a、9a和压缩机8b、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压内燃发动机，其包括：至少一个汽缸盖，所述汽缸盖带有至少两个汽缸，每个汽缸具有至少两个排气开口，所述至少两个排气开口包括至少一个可接合开口和至少一个非可接合开口，排气管邻接每个排气开口；第一排气歧管，所述第一排气歧管包括邻接所述至少两个汽缸的所述可接合开口的排气管，所述第一排气歧管的排气管合并到所述汽缸盖内以形成连接第一涡轮增压器的第一涡轮机的第一总排气管；第二排气歧管，所述第二排气歧管包括邻接所述至少两个汽缸的所述非可接合开口的排气管，所述第二排气歧管的排气管合并到所述汽缸盖内以形成连接第二涡轮增压器的第二涡轮机的第二总排气管；在所述第一涡轮机上游从所述第一排气歧管分支出的第一旁路管；以及在所述第二涡轮机上游从所述第二排气歧管分支出的第二旁路管；其中所述第一涡轮机和所述第二涡轮机共用公共涡轮机外壳。

【技术特征摘要】
2011.05.12 EP 11165846.41.一种涡轮增压内燃发动机，其包括 至少一个汽缸盖，所述汽缸盖带有至少两个汽缸，每个汽缸具有至少两个排气开口，所述至少两个排气开口包括至少一个可接合开口和至少一个非可接合开口，排气管邻接每个排气开口 ； 第一排气歧管，所述第一排气歧管包括邻接所述至少两个汽缸的所述可接合开口的排气管，所述第一排气歧管的排气管合并到所述汽缸盖内以形成连接第一涡轮增压器的第一涡轮机的第一总排气管； 第二排气歧管，所述第二排气歧管包括邻接所述至少两个汽缸的所述非可接合开口的排气管，所述第二排气歧管的排气管合并到所述汽缸盖内以形成连接第二涡轮增压器的第二涡轮机的第二总排气管； 在所述第一涡轮机上游从所述第一排气歧管分支出的第一旁路管；以及 在所述第二涡轮机上游从所述第二排气歧管分支出的第二旁路管； 其中所述第一涡轮机和所述第二涡轮机共用公共涡轮机外壳。2.根据权利要求I所述的发动机，其中所述公共涡轮机外壳的至少一部分与所述汽缸盖一体成形。3.根据权利要求I所述的发动机，其中所述第一旁路管和所述第二旁路管在节点处汇合以形成被至少部分整合到所述公共涡轮机外壳内的公共旁路管，并且其中被设置在该节点处的关断元件在打开位置和闭合位置之间可调节，其中在所述打开位置时该关断元件将两个旁路管连接到所述公共旁路管，在所述闭合位置时该关断元件将两个旁路管隔离于所述公共旁路管。4.根据权利要求I所述的发动机，其中所述公共涡轮机外壳包括至少一个铸造部件。5.根据权利要求I所述的发动机，其中所述第一旁路管和所述第二旁路管至少部分地整合到所述公共涡轮机外壳和/或所述汽缸盖内。6.根据权利要求I所述的发动机，其中所述第一排气歧管和所述第二排气歧管通过被整合到所述汽缸盖内的至少一个非可闭合连接通道在所述第一涡轮机和所述第二涡轮机上游被永久地互连，并且其中所述连接通道的最小横截面面积Aaiw, v小于排气管的最小横截面面积Aito, Ex。7.根据权利要求6所述的发动机，其中Aquot,v小于或等于O.2A一。8.根据权利要求6所述的发动机，其中所述连接通道是连接所述第一旁路管和所述第二旁路管的传输通道。9.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包括 使得排气通过被整合到汽缸盖内的第二排气歧管从所述汽缸盖的每个汽缸中的至少一个非可接合开口流动到第二涡轮机；以及 选择地启用每个汽缸的至少一个可接合开口，以便使得排气通过被整合到所述汽缸盖内的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·库巴奇，N·A·斯科恩，G·巴奇，R·弗莱德菲尔特，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：