專利名稱：具有渦輪的氣缸蓋以及運(yùn)行具有所述類型氣缸蓋的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有渦輪的氣缸蓋，該氣缸蓋有至少兩個(gè)氣缸，而每個(gè)氣缸有經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)將排氣排出氣缸的至少一個(gè)排氣口，為了此目的每個(gè)排氣口通過(guò)排氣管道相 連，以及在該氣缸蓋中至少兩個(gè)氣缸的排氣管道在該氣缸蓋內(nèi)合并形成總排氣管道，從而 形成整體的排放歧管，而渦輪布置在總排氣管道中。本發(fā)明還涉及運(yùn)行具有所述類型氣缸蓋的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)”的表述尤其包括火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，而且也包 括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和混合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有相互連接形成氣缸的氣缸體和氣缸蓋。該氣缸體有保持活塞或氣缸 襯套的氣缸孔?；钊B同氣缸襯套和氣缸蓋一起以軸向移動(dòng)方式在氣缸襯套中被導(dǎo)向，并 且形成內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。氣缸蓋通常用來(lái)保持閥門(mén)驅(qū)動(dòng)。為了控制充氣交換，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)需要有控制元件 和用于致動(dòng)該控制元件的致動(dòng)裝置。在充氣交換過(guò)程中，燃燒氣體經(jīng)由至少兩個(gè)氣缸的排 氣口被排放并且燃燒室經(jīng)由進(jìn)氣口被充氣，即新鮮混合氣或新鮮空氣被引入。為了控制充 氣交換，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中幾乎毫無(wú)例外地使用提升閥門(mén)作為控制元件，該提升閥門(mén)在內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了擺動(dòng)上升運(yùn)動(dòng)并且該提升閥門(mén)以這種方式打開(kāi)且關(guān)閉進(jìn)氣口 和排氣口。移動(dòng)閥門(mén)所需的閥門(mén)致動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括閥門(mén)本身，被稱為閥門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。閥門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的是在正確的時(shí)間打開(kāi)并關(guān)閉燃燒室的進(jìn)氣口和排氣口，要求 快速打開(kāi)最大可能的流體橫截面以便使進(jìn)氣和出氣的氣流的節(jié)流損失保持較低以及以便 確保最大可能地用新鮮的混合氣充滿燃燒室，以及有效的，也即是完全地排放排氣。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通向進(jìn)氣口的進(jìn)氣管和連接排氣口的排氣管或排氣管道至少部分 地整合到氣缸蓋中。氣缸的排氣管道通常被合并形成總排氣管道。合并排氣管道形成總排 氣管道通常，且在本發(fā)明范圍內(nèi)，被稱為排氣歧管。在根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋中，至少兩個(gè)氣缸的排氣管道被合并形成總排氣管道，從 而在該氣缸蓋內(nèi)形成一體式排氣歧管。根據(jù)本發(fā)明，在歧管下游，渦輪被布置在總排氣管道 中。于是在渦輪下游，如果適當(dāng)，則排氣可提供到一個(gè)或多個(gè)排氣后處理系統(tǒng)。在氣缸蓋/渦輪組合的設(shè)計(jì)中，需要將排氣渦輪機(jī)盡可能靠近內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣 口布置，即盡可能靠近氣缸的排氣口，以便能最優(yōu)利用熱排氣的排氣焓(該熱排氣的排氣 焓通過(guò)排氣壓力和排氣溫度而顯著確定)，并能以此方式確保渦輪增壓器的快速反應(yīng)性能。此外，熱排氣進(jìn)入各種排氣后處理系統(tǒng)的路徑還應(yīng)盡可能短，以便提供給該排氣 盡可能短的冷卻時(shí)間，并且該排氣后處理系統(tǒng)能盡可能快地達(dá)到它們的運(yùn)行溫度或啟動(dòng)溫度，特別是在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)后。在這樣的連接中，根本上尋求使在氣缸的排氣口和排氣后處理系統(tǒng)之間或在氣缸 的排氣口和渦輪之間的部分排氣管道的熱慣性最小化，其可通過(guò)減小所述部分的質(zhì)量和長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，將排氣歧管整合到氣缸蓋中，即在氣缸蓋中如在根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋中合 并排氣管道，是有利的。由于排氣歧管整合到氣缸蓋中因此排氣管道的長(zhǎng)度減小。以這種方式，管道容積 即渦輪上游該歧管的排氣管道的容積減小，并且因此渦輪的響應(yīng)性能提高。而且，變短的排 氣管道還導(dǎo)致了排氣系統(tǒng)或渦輪上游的排氣歧管的熱慣性減小，以致使渦輪入口處排氣的 溫度增加，由于以上原因渦輪入口處排氣的焓也更高，并且渦輪下游可能提供的排氣后處 理系統(tǒng)更快地達(dá)到所需的運(yùn)行溫度。在氣缸內(nèi)排氣管道的合并還允許驅(qū)動(dòng)裝置的密集封 裝，其是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展的重要目的。本發(fā)明的主題還包括具有至少兩個(gè)氣缸的氣缸蓋，在本發(fā)明的氣缸蓋中，每個(gè)排 氣口通過(guò)排氣管道連接，并且至少兩個(gè)氣缸的排氣管道在氣缸蓋內(nèi)合并形成總排氣管道。然而，除了已經(jīng)詳細(xì)討論的陳述的優(yōu)點(diǎn)外，將排氣歧管整合到氣缸蓋中以便縮減 管道的長(zhǎng)度并且減小渦輪上游排氣容積的大小也在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題。這些由在排氣排放系統(tǒng)中，尤其是在充氣交換過(guò)程中出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)現(xiàn)象引起 的。在充氣交換過(guò)程中從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中排出燃燒氣體基本上是基于兩種不同 的機(jī)理。當(dāng)排氣閥門(mén)靠近充氣交換開(kāi)始的下止點(diǎn)處打開(kāi)時(shí)，由于燃燒結(jié)束時(shí)普遍存在于氣 缸中的高壓力級(jí)和燃燒室與排氣歧管之間的相關(guān)高壓力差，燃燒氣體高速穿過(guò)排氣口進(jìn)入 排氣系統(tǒng)。所述的壓力驅(qū)動(dòng)流過(guò)程伴隨著高壓峰值，該高壓峰值也可稱為預(yù)載荷排放并且 其沿排氣管道以聲速傳播，同時(shí)由于摩擦力，隨著距離的增加壓力在較大或較小程度上消 失或減小。在充氣交換的進(jìn)一步的過(guò)程中，氣缸和排氣管道中的壓力是基本平衡的，因此燃 燒氣體由于活塞的行程運(yùn)動(dòng)而基本上排放。在低載荷或低轉(zhuǎn)速即較小排氣量時(shí)，預(yù)載荷排放能被有利地用于脈沖增壓，由于 脈沖增壓，則在低渦輪轉(zhuǎn)速下也可能獲得渦輪高壓力比。當(dāng)在排氣渦輪增壓的情況下使用 渦輪時(shí)，以這種方式可能會(huì)產(chǎn)生高充氣壓力比，即高進(jìn)氣壓力，而同時(shí)僅具有較小排氣量即 低載荷或低轉(zhuǎn)速。此外，脈沖增壓已經(jīng)證明對(duì)于加速渦輪葉輪即對(duì)于增加渦輪的轉(zhuǎn)速尤其有利，考 慮到增加的動(dòng)力需求，則該脈沖增壓可能是必需的。在非增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣量大致相當(dāng)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和/或載荷，特 別是作為存在的負(fù)載控制的函數(shù)。在具有量控制的傳統(tǒng)火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，在恒定的轉(zhuǎn) 速下，排氣量還隨著載荷的增加而增加，而在具有質(zhì)量控制的傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣量取 決于轉(zhuǎn)速。對(duì)于增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)而言，特別是具有排氣渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，必須考慮 的是在進(jìn)氣側(cè)的充氣壓力可隨著載荷和/或轉(zhuǎn)速而變化，并且會(huì)影響排氣量。因此上面以 簡(jiǎn)化形式所討論的在排氣量和載荷或轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系在所述的一般形式中不適用。于是重點(diǎn)通常應(yīng)該放在排氣量而不是載荷或轉(zhuǎn)速上。在多氣缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，脈沖增壓可利用成組的排氣管道以各個(gè)氣缸的高壓，特 別是各個(gè)氣缸的預(yù)載荷排放被保持在排氣排放系統(tǒng)中的這種方式而協(xié)助完成。如果壓力波 動(dòng)在排氣管道中是劇烈的，而尤其不能相互削弱或相互抵消，則是有利的。在相對(duì)高載荷或高轉(zhuǎn)速即具有相對(duì)高的排氣量時(shí)，相反，排氣 管道中的壓力波動(dòng) 是不利的，因?yàn)檫@種壓力波動(dòng)尤其在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的能量傳輸中也可引起波動(dòng)，并且可能損 壞渦輪和排氣渦輪增壓器。事實(shí)上，在所述運(yùn)行條件下，需要在渦輪上游很少變化的壓力， 因此在所謂的沖壓進(jìn)氣增壓情況下，需要消除壓力脈沖，其可通過(guò)渦輪上游相對(duì)大的排氣 容積來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這方面，靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪的布置已經(jīng)證明會(huì)產(chǎn)生不良后果。為了在特性曲線圖的所有區(qū)域，即具有較小排氣量和相對(duì)較大排氣量的最優(yōu)化運(yùn) 行而設(shè)計(jì)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于以上所述的動(dòng)態(tài)波動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生了目標(biāo)沖突。為了盡可能靠 近發(fā)動(dòng)機(jī)布置渦輪而整合排氣歧管產(chǎn)生了具有較小排氣量的良好的運(yùn)行特性。相反，渦輪上游加長(zhǎng)的排氣管道和擴(kuò)大的排氣容積，在相對(duì)高載荷或高轉(zhuǎn)速時(shí)即 具有相對(duì)較大的排氣量時(shí)，將有利于消除壓力峰或沿排氣路徑均衡壓力，但在低載荷和低 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)將利用壓力峰阻止脈沖增壓。以上面所述內(nèi)容為背景，本發(fā)明的目的是根據(jù)本發(fā)明背景技術(shù)(即通用類型)提 供了具有渦輪的氣缸蓋，它可優(yōu)化成在相對(duì)較大的排氣量下工作，而無(wú)需靠近發(fā)動(dòng)機(jī)布置 渦輪，而這種布置相對(duì)于相對(duì)較小排氣量是有利的。本發(fā)明另一部分目的是詳細(xì)說(shuō)明運(yùn)行具有所述類型氣缸蓋的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。第一部分目的利用具有渦輪的氣缸蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)，該氣缸蓋有至少兩個(gè)氣缸，其中每 個(gè)氣缸有經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)將排氣排出氣缸的至少一個(gè)排氣口，為了此目的每個(gè)排氣口通 過(guò)排氣管道相連，并且在該氣缸蓋中，至少兩個(gè)氣缸的排氣管道在該氣缸蓋內(nèi)合并，形成整 體的排氣歧管，從而形成總排氣管道，而同時(shí)渦輪布置在該總排氣管道中，以及該氣缸蓋其 特征是提供了能與在至少兩個(gè)氣缸與渦輪之間的排氣管道相連的至少一個(gè)可活化的排氣 容積。在根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋中，渦輪上游排氣排放系統(tǒng)的容積可以改變，特別是通過(guò) 活化和去活化至少一個(gè)附加的排氣容積，為了此目的其是可切換設(shè)計(jì)。因此渦輪上游總的 排氣容積能適用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的不同的運(yùn)行條件，尤其適于不同的排氣量，并且在此方面 能最優(yōu)化。以這種方式，解決現(xiàn)有技術(shù)所知的目標(biāo)沖突是可能的，該目標(biāo)沖突由位于渦輪 上游的排氣容積的不同特定工作點(diǎn)(operating-point-specific)的需求概況(demand profile)引起的，特別是首先具有相對(duì)較小排氣量的小容積以便實(shí)現(xiàn)脈沖增壓，以及其次 具有相對(duì)較大排氣量的盡可能大的容積以便消除壓力峰值并且以便在沖壓進(jìn)氣增壓情況 下提供僅稍微變化的排氣壓力。在相對(duì)較小排氣量時(shí)，至少一個(gè)可活化的排氣容積仍保持關(guān)閉，從而渦輪上游的 排氣容積通過(guò)單個(gè)的排氣管道的部分容積構(gòu)成，其還包括總排氣管道，且如果適當(dāng)，則還包 括歧管的部分排氣管道，在各個(gè)氣缸的排氣管道合并情況下，可形成所述歧管，下面將進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明。因此，根據(jù)本發(fā)明，由排氣歧管的整合所引起的靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪布置，允許具有較小排氣量的脈沖增壓，其利用壓力峰值在排氣排放系統(tǒng)中傳播，并因此在低渦輪轉(zhuǎn)速下 有高的渦輪壓力比。具有相對(duì)較大排氣量、被認(rèn)為不利的壓力波動(dòng)通過(guò)活化至少一個(gè)附加的排氣容積 而可被削弱即減緩，且最好甚至消除。這里，渦輪上游的排氣容積擴(kuò)大，這通過(guò)提供附加容 積，其中排氣能在該附加容積內(nèi)傳播，或通過(guò)隨著體積的增加同時(shí)加長(zhǎng)排氣管道來(lái)實(shí)現(xiàn)，關(guān) 于優(yōu)選實(shí)施例的描述下面將做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所基于的第一個(gè)目的，是特別提供了具有根據(jù)背景技術(shù)的渦輪的氣缸蓋， 其優(yōu)選工作于具有相對(duì)較大排氣量，而無(wú)需將渦輪布置成靠近發(fā)動(dòng)機(jī)(而這種靠近發(fā)動(dòng)機(jī) 的布置對(duì)應(yīng)相對(duì)較小排氣量是有利的)，因此該目的可被實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋中，至少兩個(gè)氣缸的排氣管道被合并形成總排氣管道，從而 在該氣缸蓋內(nèi)形成一體式的排放歧管。在這方面，氣缸蓋的實(shí)施例具有例如直列布置的四 個(gè)氣缸，其中外汽缸的排氣管道和/或內(nèi)汽缸的排氣管道在各種情況下被合并形成總排氣 管道，這樣的氣缸蓋同樣是根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋。具有兩個(gè)總排氣管道的后一個(gè)實(shí)施例適于裝有不止一個(gè)渦輪或當(dāng)使用雙流式渦 輪時(shí)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在該雙流式渦輪中入口區(qū)有兩個(gè)進(jìn)氣管，在所述兩個(gè)進(jìn)氣管內(nèi)開(kāi)有汽 缸的排氣管道，所述排氣管道成組結(jié)合。多流式渦輪能使氣缸的排氣管道成組地合并成為可能，并且使成組結(jié)合的所述排 氣管道彼此分離地供給渦輪成為可能。這里，排氣管道以在其中的動(dòng)態(tài)波動(dòng)現(xiàn)象不能彼此 削弱的這種方式被優(yōu)選地組合即合并。為了此目的，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選具有四個(gè)或更多的氣 缸。多功能的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖增壓通常以這種方式實(shí)現(xiàn)，因此在低轉(zhuǎn)速時(shí)提供了較大的扭矩。然而，這樣的實(shí)施例尤其是有利的，即氣缸蓋的所有氣缸的排氣管道在該氣缸蓋 中被合并形成單一的即公共的總排氣管道。在該實(shí)施例中，排氣脈沖也能被用于脈沖增壓， 其在機(jī)動(dòng)客車(chē)中通常以這種方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋尤其適于增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在該增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中由于 在排氣排放系統(tǒng)中相對(duì)高的最大氣缸壓力和壓力波動(dòng)表現(xiàn)尤為突出，排氣量變化會(huì)更加劇 烈，致使現(xiàn)有技術(shù)中已知的由在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的不同排氣量所引起的問(wèn)題是 特別顯著的。因此這樣的實(shí)施例是有利的，即在該實(shí)施例中渦輪是排氣渦輪增壓器的組成部 分。氣缸蓋的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例與從屬權(quán)利要求聯(lián)系起來(lái)說(shuō)明。氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中至少一個(gè)可活化的排氣容積包括一側(cè)打 開(kāi)的并且能經(jīng)由連接管道與排氣管道相連即可活化的氣體容積。具有相對(duì)較大的排氣量時(shí)，優(yōu)選渦輪上游較大的即增加的排氣容積以便減緩排氣 管道中的壓力脈沖并且實(shí)現(xiàn)沖壓進(jìn)氣增壓(ramsupercharging)。根據(jù)本發(fā)明，這可通過(guò)提 供附加的容積來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本實(shí)施例，該附加的容積通過(guò)一側(cè)打開(kāi)即排氣不能流過(guò)的氣體 容積構(gòu)成。一側(cè)打開(kāi)的氣體容積其特征是在一段時(shí)間延遲后已經(jīng)流入的氣體再次從該氣體 容積中逸出，即從所述氣體容積涌出，并且僅在一定的時(shí)間內(nèi)可被收集或儲(chǔ)存。
這樣的事實(shí)也可有利地被利用——利用在一側(cè)打開(kāi)的氣體容積的合理設(shè)計(jì)——借助于涌現(xiàn)的附加的排氣流來(lái)進(jìn)一步減緩排氣管道中的壓力波動(dòng)，即，使存在于排氣排放 系統(tǒng)中的壓力變平穩(wěn)。這里，利用這個(gè)事實(shí)，即穿過(guò)排氣管道道的壓力波動(dòng)隨反應(yīng)管道、線 路或一側(cè)打開(kāi)的容積的打開(kāi)或關(guān)閉末端的波動(dòng)而傳播。于是排氣管道中的排氣流和排氣壓 力是由傳播和反射的排氣流或壓力波疊加引起的。這里，氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中整合到氣缸蓋的腔體構(gòu)成了一側(cè) 打開(kāi)的氣體容積。一側(cè)打開(kāi)的氣體容積的這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致了緊湊設(shè)計(jì)并且確保了全部驅(qū)動(dòng)單 元的密集封裝，這是由于可活化的排氣容積被整合到氣缸蓋中。所述的方法尤其適合于在其中渦輪的渦輪殼體至少部分整合到氣缸蓋的實(shí)施例， 因而氣缸蓋和至少部分渦輪殼體形成了單一部件。例如以貯存器形式存在的氣缸蓋外部的 附加的排氣容積的布置將很難實(shí)現(xiàn)渦輪如此緊靠氣缸蓋的這種布置。氣缸蓋和渦輪殼體的整體式設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是由于省略不必要的連接元件而產(chǎn)生的。 從原則上說(shuō)，氣密、高熱負(fù)荷的結(jié)構(gòu)和氣缸蓋與渦輪之間的高成本的連接因此可省掉。氣缸蓋和渦輪殼體在本文可作為鑄造部件構(gòu)成，由例如能引起尤為明顯的重量減 輕的鋁、或鑄鐵、或其他鑄造材料構(gòu)成。然而氣缸蓋的實(shí)施例同樣是有利的，在該實(shí)施例中氣缸蓋外部提供的貯存器形成 了一側(cè)打開(kāi)的氣體容積。所述的實(shí)施例能改造市場(chǎng)上已有的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。為了這個(gè)目的， 于是在氣缸蓋外部提供貯存器是必要的，經(jīng)由連接管道該貯存器與渦輪上游的總排氣管道 相連接。然而，通過(guò)腔體的整合，本實(shí)施例還適于不進(jìn)一步使氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜化，其 中該氣缸蓋已承受熱和/機(jī)械高負(fù)載。如果至少一個(gè)可活化的排氣容積包括氣體容積，該氣體容積一側(cè)打開(kāi)的并且能經(jīng) 由連接管道與排氣管道相連接即活化，則氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中關(guān)閉元 件被提供在連接管道中，通過(guò)致動(dòng)該關(guān)閉元件，一側(cè)打開(kāi)的氣體容積能被活化或去活化。利用該關(guān)閉元件，連接管道的流體橫截面是可改變的；特別地，連接管道可打開(kāi)即 活化排氣，以及封閉即去活化排氣。實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中關(guān)閉元件是閥門(mén)、滑動(dòng)件、風(fēng)門(mén)等等。實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中關(guān)閉元件優(yōu)選借助于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器 而被電氣控制、液壓控制、氣動(dòng)控制、機(jī)械控制或電磁控制。關(guān)閉元件優(yōu)選能以或被完全關(guān)閉或完全打開(kāi)的兩級(jí)方式進(jìn)行切換，其使控制簡(jiǎn)化 并且尤其提供了成本優(yōu)勢(shì)。然而該關(guān)閉元件還可以連續(xù)可變的方式切換以便防止在驅(qū)動(dòng)該 關(guān)閉元件的過(guò)程中突然的扭矩下降或扭矩增加，即從脈沖增壓轉(zhuǎn)變成沖壓進(jìn)氣增壓或者反 之?？焖匍_(kāi)關(guān)的關(guān)閉元件，尤其是其開(kāi)關(guān)頻率有對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)量級(jí)的關(guān) 閉元件，可被針對(duì)性地用來(lái)模擬出現(xiàn)在氣缸的單一工作循環(huán)且在排氣管道中傳播的壓力 波，即模擬渦輪上游排氣管道中的壓力分布圖。氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中一側(cè)打開(kāi)的氣體容積有大于連接管道的 最大橫截面。氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中至少一個(gè)活化的排氣容積包括氣體容積，排氣能流過(guò)該氣體容積并且通過(guò)致動(dòng)調(diào)整元件其能與排氣管道連接以及在活化狀態(tài)下其形成了部分排氣排放系統(tǒng)。如果必要，關(guān)于在連接管道中提供的關(guān)閉元件已經(jīng)論述的內(nèi) 容也類似地適用于調(diào)整元件，因此參考相關(guān)關(guān)閉元件的部分描述。在本實(shí)施例中，一旦從脈沖增壓轉(zhuǎn)變成沖壓進(jìn)氣增壓，不僅附加的容積被提供，排 氣能流過(guò)的氣體容積也被提供，當(dāng)氣體容積活化時(shí)其成為排氣排放系統(tǒng)的一部分。本文，由于所述的排氣管道的容積擴(kuò)大因而至少一個(gè)排氣管道有利地變長(zhǎng)。為此，實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中在兩側(cè)都是打開(kāi)的管道區(qū)段形成排氣能流 過(guò)的氣體容積，同時(shí)該管道區(qū)段與排氣管道相連并且在活化狀態(tài)下增加了所述排氣管道的 長(zhǎng)度。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，排氣管道的長(zhǎng)度表示排氣口和渦輪之間的距離。在本文中，實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中總排氣管道在渦輪上游分成通向渦輪 的兩個(gè)不同長(zhǎng)度的排氣管道，其中相對(duì)長(zhǎng)的排氣管道包括在兩側(cè)都打開(kāi)的并且能與總排氣 管道相連的管道區(qū)段。在所述實(shí)施例中，渦輪上游的容積的擴(kuò)大是由不同長(zhǎng)度的兩個(gè)排氣管道之間的長(zhǎng) 度差引起的，即由于從短的排氣管道到相對(duì)長(zhǎng)的排氣管道的變化引起的。根據(jù)所述實(shí)施例 的一個(gè)改進(jìn)，相對(duì)長(zhǎng)的排氣管道可同時(shí)有相對(duì)大的流量橫截面，因而由于活化所產(chǎn)生的容 積擴(kuò)大更加突出。這里，實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中，總排氣管道分成兩個(gè)螺旋形排氣管道，相 對(duì)長(zhǎng)的排氣管道包括在兩側(cè)都是打開(kāi)的并且能與總排氣管道相連的管道區(qū)段。所述實(shí)施例 適于其入口區(qū)包括螺旋形殼體或蝸桿形殼體的渦輪。氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中每個(gè)氣缸有至少兩個(gè)排氣口用于從氣缸 排放排氣。在排放充氣交換過(guò)程中產(chǎn)生的排氣的過(guò)程中，主要目的是盡快打開(kāi)最大可能的 流量橫截面以便確保排氣的有效排放，因此提供超過(guò)一個(gè)的排氣口是有利的。本文，氣缸蓋的實(shí)施例是有利的，在該實(shí)施例中首先在至少兩個(gè)氣缸的部分排氣 管道合并形成總排氣管道之前，每個(gè)氣缸的至少兩個(gè)排氣口的排氣管道合并形成與氣缸相 連的部分排氣管道。所有排氣管道的總長(zhǎng)度以這種方式縮短。分級(jí)合并排氣管道以形成總排氣管道也 有助于更加緊湊即氣缸蓋的更小的體積設(shè)計(jì)，因而尤其有助于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙重量的減小和更 加有效的封裝。然而氣缸蓋的實(shí)施例也可是有利的，在該實(shí)施例中每個(gè)氣缸有將排氣排放出氣缸 的排氣口。所使用的渦輪可具有通過(guò)調(diào)節(jié)能適應(yīng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)工作點(diǎn)的變幾何渦輪。本 文，影響流向的導(dǎo)向葉片被布置在渦輪的入口區(qū)。與旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)子葉片相比，導(dǎo)向葉片不能與渦輪的軸一起旋轉(zhuǎn)。如果使用具有 可變幾何的渦輪，適當(dāng)布置導(dǎo)向葉片使其靜止，但并不是使其完全不動(dòng)，而是圍繞它們的軸 使其可旋轉(zhuǎn)從而能影響接近旋轉(zhuǎn)葉片的流體。相反，如果渦輪有固定的、不變的幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向葉片被布置在入口區(qū)以便使其不 僅僅是靜止的，而且還完全不動(dòng)，即嚴(yán)格固定。本發(fā)明所基于的第二部分目的，特別是詳細(xì)說(shuō)明運(yùn)行具有以上所述實(shí)施例的氣缸 蓋的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法的目的，通過(guò)一種方法實(shí)現(xiàn)，在該方法中如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量超過(guò)預(yù)先可限定的排氣量，至少一個(gè)可活化的排氣容積與在至少兩個(gè)氣缸與渦輪之間的排 氣管道相連。與根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋有關(guān)的論述同樣適用于根據(jù)本發(fā)明的方法。如果根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋被用于具有量調(diào)節(jié)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中載 荷通過(guò)新鮮混合氣物的量來(lái)控制，根據(jù)本發(fā)明的該方法意味著在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中， 至少一個(gè)可活化的排氣容積與在至少兩個(gè)氣缸與渦輪之間的排氣管道相連，如果假定有固 定轉(zhuǎn)速，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷超過(guò)預(yù)先可限定的載荷，因而在所述類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣 量相當(dāng)于載荷，同時(shí)排氣量隨著增加的載荷而增加并且隨著減小的載荷而減小。相反，如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是基于質(zhì)量調(diào)節(jié)，在該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中載荷通過(guò)新鮮混合氣 的成分來(lái)控制并且排氣量實(shí)質(zhì)上僅因轉(zhuǎn)速而不同，即與轉(zhuǎn)速成比例，于是根據(jù)本發(fā)明運(yùn)行 所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)預(yù)先可限定轉(zhuǎn)速，至少一個(gè)可活化的 排氣容積與在至少兩個(gè)氣缸與渦輪之間的排氣管道相連，因而在該情況下，排氣量隨著增 加的轉(zhuǎn)速而增加并且隨著減小的轉(zhuǎn)速而減小。如果適當(dāng)?shù)脑?，必須考慮內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是增壓的。僅當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量超過(guò)預(yù)先可限定的排氣量并且在預(yù)先可限定的時(shí)間段 At中遠(yuǎn)大于預(yù)先可限定的排氣量時(shí)，方法變型是有利的，在該方法變型中至少一個(gè)可活化 的排氣容積與排氣管道相連。介紹可活化的排氣容積的另外的活化條件旨在防止在脈沖增壓與沖壓進(jìn)氣增壓 之間過(guò)度的頻率模式改變，尤其是如果排氣量?jī)H短暫地超過(guò)預(yù)先可限定的排氣量并且然后 再次下降，或在沒(méi)有超過(guò)需要轉(zhuǎn)變到?jīng)_壓進(jìn)氣增壓情況下圍繞排氣量的預(yù)先可限定的值波 動(dòng)，而轉(zhuǎn)變成沖壓進(jìn)氣增壓。相似的方法被有利地用來(lái)從沖壓進(jìn)氣增壓轉(zhuǎn)變到脈沖增壓，即用于去活化至少一 個(gè)可活化容積。


基于根據(jù)圖la、lb、2a和2b的兩個(gè)示例性實(shí)施例，本發(fā)明將在下面詳細(xì)地描述，其 中圖Ia示意地表示具有處于去活化狀態(tài)的可活化的排氣容積的氣缸蓋的第一個(gè)實(shí) 施例；圖Ib示意地表示圖Ia所述的氣缸蓋的實(shí)施例，其具有處于活化狀態(tài)的可活化的 排氣容積；圖2a示意地表示氣缸蓋的第二個(gè)實(shí)施例，該氣缸蓋具有處于去活化狀態(tài)的可活化的排氣容積，以及；圖2b示意地表示圖2a所述的氣缸蓋的實(shí)施例，其具有處于活化狀態(tài)的可活化排氣容積。參考符號(hào)1.氣缸蓋2.渦輪3.氣缸
4a.排氣口4.排氣管道5.排氣排放系統(tǒng)6.排氣歧管7.總排氣管道7a.短排氣管道7b.長(zhǎng)排氣管道8.可活化的排氣容積9. 一側(cè)打開(kāi)的氣體容積10.連接管道11.腔體12.關(guān)閉元件13.排氣能流過(guò)的氣體容積14.調(diào)整元件15.兩側(cè)是打開(kāi)的管道區(qū)段16a.短螺旋形排氣管道16b.長(zhǎng)螺形旋排氣管道17.渦輪殼體18.葉輪
具體實(shí)施例方式圖Ia示意地表示具有處于去活化狀態(tài)的可活化排氣容器8的氣缸蓋1的第一個(gè) 實(shí)施例。氣缸蓋1有三個(gè)直列布置的氣缸3。在充氣交換過(guò)程中從氣缸3排出的排氣經(jīng)由 排氣排放系統(tǒng)5排出。為了此目的，每個(gè)氣缸3有通過(guò)排氣管道4相連的排氣口 4a。該三 個(gè)氣缸3的排氣管道4在氣缸蓋1內(nèi)合并形成總排氣管道7，從而形成一體式的排氣歧管 6。在該排氣歧管6的下游，由于歧管6的整合，渦輪2被布置在總排氣管道7中，渦輪2緊 靠發(fā)動(dòng)機(jī)布置是可能的，即與氣缸蓋1直接相鄰。以這種方式，渦輪2上游的較小的排氣容 積可實(shí)現(xiàn)，這種方式相對(duì)于較小排氣量是有利的，因?yàn)檩^小排氣量促使脈沖增壓。在圖Ia所述的實(shí)施例中，可活化(可使用)的排氣容積8包括氣體容積9，該氣 體容積9 一側(cè)開(kāi)口并且通過(guò)與氣缸蓋1結(jié)合為一體的腔體11構(gòu)成，以及其能經(jīng)由連接管道 10與渦輪2上游外汽缸3的排氣管道4相連，并且因此能被致動(dòng)。一側(cè)開(kāi)口的氣體容積9 有大于連接管道10的最大的橫截面。用作關(guān)閉元件12的風(fēng)門(mén)在連接管道道10中被提供，通過(guò)驅(qū)動(dòng)該風(fēng)門(mén)一側(cè)打開(kāi)的氣體量9能被活化(被使用)或去活化(不被使用)。在本實(shí)例中，關(guān)閉元件12被設(shè)計(jì)以便其能以兩級(jí)方式被切換并且因而或被完全 關(guān)閉(見(jiàn)圖la)或完全打開(kāi)(圖lb)，在活化狀態(tài)(見(jiàn)圖lb)，關(guān)閉元件12為排氣打開(kāi)連接 管道10，以及在去活化狀態(tài)(見(jiàn)圖la)，所述的關(guān)閉元件12關(guān)閉連接管道10，絕對(duì)氣密的封 閉是不需要的。
圖Ib示意地表示了圖Ia所述的氣缸蓋1的實(shí)施例，其中可活化的排氣容積8處于 活化狀態(tài)。相對(duì)于圖Ia所述的切換狀態(tài)僅有的區(qū)別將被解釋，由于此原因另外引用圖la。 相同的參考符號(hào)用于相同的部件。與圖Ia所述的切換狀態(tài)相比，可活化的排氣容積8在圖Ib中被活化，即與氣缸 蓋1為一體的腔體9經(jīng)由連接管道10與排氣歧管6相連。為了這個(gè)目的，關(guān)閉元件12以 某種方式切換使連接管道10打開(kāi)，并且排放排氣。以這種方式，渦輪2上游的排氣容積變 大，其對(duì)于相對(duì)較大的排氣量是優(yōu)選的以便減緩排氣管道4、7中的壓力脈動(dòng)并且實(shí)現(xiàn)沖壓 進(jìn)氣增壓。
圖2a示意地表示了氣缸蓋1的第二個(gè)實(shí)施例，其具有處于去活化狀態(tài)的可活化的 排氣容積8。布置在總排氣管道7中的渦輪2有渦輪殼體17。排氣通過(guò)螺旋形入口區(qū)供給葉輪 18。該總排氣管道7將渦輪2上游即葉輪18的上游分成通向渦輪2的不同長(zhǎng)度的兩個(gè)螺 旋形排氣管道7a、7b、16a、16b。通過(guò)致動(dòng)布置在總體排氣管道7中并且在本例中被設(shè)計(jì)為 樞轉(zhuǎn)安裝的風(fēng)門(mén)的控制部件14，短的排氣管道7a、16a或長(zhǎng)的排氣管道7b、16b被活化，即與 總排氣管道17相連并且提供排氣。假定具有相同尺寸的線性橫截面，則渦輪2上游體積的擴(kuò)大是由不同長(zhǎng)度的兩個(gè) 螺旋形排氣管道16a、16b之間的長(zhǎng)度差造成的。在圖2a所示的實(shí)施例中，可活化的排氣容積8因而包括氣體容積13，通過(guò)致動(dòng)調(diào) 整元件14排氣能流過(guò)該氣體容積13并且該氣體容積13能與總排氣管道17相連接，以及 在活化狀態(tài)下，該氣體容積13構(gòu)成了部分排氣排放系統(tǒng)5。排氣能流過(guò)的氣體容積13這里通過(guò)管道區(qū)段15形成，該管道區(qū)段15在兩側(cè)都 是打開(kāi)的并且在活化狀態(tài)下其增加了總排氣管道7的長(zhǎng)度并且其是長(zhǎng)螺旋形排氣管道7b、 16b的部分。通過(guò)去活化如圖2a所示的長(zhǎng)螺旋形排氣管道7b、16b，總排氣管道7與短的螺旋形 排氣管道7a、16a相連接并且實(shí)現(xiàn)了渦輪2上游的小的排氣容積，這樣適于小的排氣量或脈 沖增壓。圖2b示意地表示圖2a所述的氣缸蓋1的實(shí)施例，其中排氣容積8被活化。相對(duì) 于圖2a所述的切換狀態(tài)僅有的區(qū)別將被解釋，由于此原因另外引用圖2a。相同的參考符號(hào) 用于相同的部件。與圖2a所示的切換狀態(tài)相比，可活化的排氣容積8在圖2b中被活化?？刂圃?14被切換，即風(fēng)門(mén)被樞轉(zhuǎn)，以此種方式總排氣管道7與長(zhǎng)螺旋形排氣管道7b、16b相連接。 以這種方式，渦輪2上游的排氣容積被擴(kuò)大，為了具有相對(duì)大的排氣量的沖壓進(jìn)氣增壓其 有利于減緩排氣管道7、7b中的壓力脈沖。
權(quán)利要求
一種具有渦輪(2)的氣缸蓋(1)，該氣缸蓋具有至少兩個(gè)氣缸(3)，其中每個(gè)氣缸(3)具有經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)(5)將所述排氣排出所述氣缸(3)的至少一個(gè)排氣口(4a)，為了此目的，每個(gè)排氣口(4a)通過(guò)排氣管道(4)相連，并且在該氣缸蓋中至少兩個(gè)氣缸(3)的所述排氣管道(4)合并從而在所述氣缸蓋(1)內(nèi)形成總排氣管道(7)以形成一體式的排氣歧管(6)，而所述渦輪(2)布置在所述總排氣管道(7)中，其中至少一個(gè)可活化的排氣容積(8)被提供，所述排氣容積(8)可與在所述至少兩個(gè)氣缸(3)與所述渦輪(2)之間的排氣管道(4、7)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋(1)，其中所述至少一個(gè)可活化的排氣容積(8)包括 一側(cè)打開(kāi)的并且能經(jīng)由連接管道(10)與排氣管道(4、7)相連即活化的氣體容積(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣缸蓋(1)，其中整合在所述氣缸蓋(1)中的腔體(11)形成 了一側(cè)打開(kāi)的所述氣體容積(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣缸蓋(1)，其中提供在所述氣缸蓋(1)外部的貯存器形成 了一側(cè)打開(kāi)的所述氣體容積(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中的任一個(gè)權(quán)利要求所述的氣缸蓋(1)，其中關(guān)閉元件(12)被 提供在所述連接管道(10)中，通過(guò)所述關(guān)閉元件(12)的致動(dòng)，一側(cè)打開(kāi)的所述氣體容積 (9)可被活化或去活化。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中的任一個(gè)權(quán)利要求所述的氣缸蓋(1)，其中一側(cè)打開(kāi)的所述 氣體容積(9)有大于所述連接管道(10)的最大橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸蓋(1)，其中所述至少一個(gè)可活化的排氣容積(8)包括 氣體容積(13)，排氣可流過(guò)所述氣體容積(13)并且通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)元件(14)的致動(dòng)可與排氣 管道(4、7)相連，以及在活化狀態(tài)所述氣體容積(13)形成了部分排氣排放系統(tǒng)(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸蓋(1)，其中兩側(cè)都打開(kāi)的管道區(qū)段(15)形成了所述氣 體容積(13)，排氣可流過(guò)所述氣體容積(13)，所述管道區(qū)段(15)可連接到排氣管道(4、7) 以及在活化狀態(tài)增加了所述排氣管道(4、7)的長(zhǎng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣缸蓋(1)，其中所述總排氣管道(7)在所述渦輪(2)的上 游分成不同長(zhǎng)度的兩個(gè)排氣管道(7a、7b)，所述排氣管道(7a、7b)都通向所述渦輪(2)，其 中所述相對(duì)長(zhǎng)的排氣管道(7b)包括所述管道區(qū)段(15)，該管道區(qū)段(15)兩側(cè)都是打開(kāi)且 可與所述總排氣管道(7)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣缸蓋(1)，其中所述總排氣管道(7)分成兩個(gè)螺旋形排氣 管道(16a、16b)，其中所述相對(duì)長(zhǎng)的排氣管道(7b、16b)包括所述管道區(qū)段(15)，管道區(qū)段 (15)兩側(cè)都是打開(kāi)的且可與所述總排氣管道(7)相連。
11.運(yùn)行具有氣缸蓋(1)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，具有至少兩個(gè)氣缸(3)的氣缸蓋，其 中每個(gè)氣缸(3)具有經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)(5)將排氣排出所述氣缸(3)的至少一個(gè)排氣口 (4a)，為此每個(gè)排氣口(4a)通過(guò)排氣管道(4)相連，并且在所述氣缸蓋中，至少兩個(gè)氣缸 (3)的所述排氣管道(4)合并形成總排氣管道(7)，從而在所述氣缸蓋(1)內(nèi)形成一體式排 氣歧管(6)，而所述渦輪(2)布置在所述總排氣管道(7)中，其中如果所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所 述排氣量超過(guò)預(yù)先可限定的排氣量，則所述至少一個(gè)可活化的排氣容積(8)與在所述至少兩個(gè)氣缸(3)與所述渦輪(2)之間的排氣管道(4、7)相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中僅當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所述排氣量超過(guò)預(yù)先可 限定的排氣量并且在預(yù)先可限定的時(shí)間段At中大于所述預(yù)先可限定的排氣量時(shí)，所述至 少一個(gè)可活化的排氣容積(8)與所述排氣管道(4、7)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有渦輪(2)的氣缸蓋(1)，該氣缸蓋有至少兩個(gè)氣缸(3)，其中每個(gè)氣缸(3)有經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)(5)將排氣排出氣缸(3)的至少一個(gè)排氣口(4a)，為此，每個(gè)排氣口(4a)通過(guò)排氣管道(4)相連，并且在該氣缸蓋中至少兩個(gè)氣缸(3)的排氣管道(4)合并形成總排氣管道(7)，從而在該氣缸蓋(1)內(nèi)形成整體的排氣歧管(6)，而渦輪(2)布置在該總排氣管道(7)中。本發(fā)明還涉及用來(lái)運(yùn)行具有所述類型的氣缸蓋(1)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
文檔編號(hào)F02F1/24GK101825035SQ20101011952
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者K·庫(kù)爾貝奇 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司