本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行增壓的內(nèi)燃機(jī)的方法以及排氣引導(dǎo)系統(tǒng)，該增壓的內(nèi)燃機(jī)具有分別由多個氣缸構(gòu)成的多個氣缸組和多個排氣渦輪增壓器，其中，能夠由第一氣缸組的氣缸的第一排氣門以及第二氣缸組的氣缸的第一排氣門給至少一個第一排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣，并且其中能夠由該第一氣缸組的氣缸的第二排氣門以及該第二氣缸組的氣缸的第二排氣門經(jīng)過第二排氣歧管給至少一個第二排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣。

背景技術(shù)：

作為用于減少燃料消耗以及co2排放的有效措施，已證實(shí)有用的是與內(nèi)燃機(jī)的增壓相關(guān)聯(lián)的排量減小，普遍已知為“縮小尺寸(downsizing)”。在此，在與直接噴射燃料的共同作用下，可以開發(fā)出用于減少燃料消耗以及co2排放的巨大潛力。這通過機(jī)械部件的減小的內(nèi)部摩擦、通過該內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)向更高的負(fù)荷范圍偏移以及通過該內(nèi)燃機(jī)的重量的減小(通過較小的排量或活塞和/或還通過減少的氣缸數(shù)量)而實(shí)現(xiàn)。

從現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)踐中已知多種解決可能性，這些解決可能性還部分地著手解決在對增壓而言必要的增壓器、尤其優(yōu)選使用的排氣渦輪增壓器的運(yùn)行中的特別情況。

例如由de4242494c1已知的是，為該排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)設(shè)置一個可調(diào)節(jié)的氣流引導(dǎo)器件。在此，尤其為多級的渦輪機(jī)設(shè)置對應(yīng)地適配的多個氣流引導(dǎo)器件。應(yīng)在該氣流引導(dǎo)器件的調(diào)節(jié)和幾何形狀中實(shí)現(xiàn)該適配。在此類渦輪機(jī)中占主導(dǎo)的運(yùn)行狀況(即在也許很高的轉(zhuǎn)速下相對高的溫度)在某些情況下在用于調(diào)節(jié)該引導(dǎo)器件的可移動部件中可能導(dǎo)致功能問題。

由de102007058296a1已知一種排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)，其渦輪機(jī)殼體具有在渦輪機(jī)輪的圓周上分布地安排的、分別在不同的圓周角范圍內(nèi)延伸的多個流入室，這些流入室可以由排氣流的不同支流加載。

在de102008020405a1中展示并描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣渦輪增壓器，其渦輪機(jī)殼體具有至少兩條螺旋通道，其中至少一條螺旋通道具有至少兩個流體上分開的螺旋通道區(qū)段，這些螺旋通道區(qū)段能夠與該內(nèi)燃機(jī)的不同的排氣管路相聯(lián)接。

并且de102010060110a1最終揭示并描述了一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)具有分別由多個氣缸構(gòu)成的多個氣缸組和多個排氣渦輪增壓器，其中由該第一氣缸組的氣缸的第一排氣門經(jīng)過一個第一排氣歧管為指派給該第一氣缸組的第一排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣，而由該第一氣缸組的氣缸的多個第二排氣歧管經(jīng)過該第一氣缸組的第二排氣歧管給指派給該第一氣缸組的第一排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣，其中能夠由該第二氣缸組的氣缸的第一排氣門經(jīng)過該第二氣缸組的一個第一排氣歧管為指派給該第二氣缸組的第二排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣，并且其中能夠由該第二氣缸組的氣缸的第二排氣門經(jīng)過該第二氣缸組的第二排氣歧管為指派給該第二氣缸組的第二排氣渦輪增壓器供應(yīng)排氣。在此，該第一和該第二氣缸組的第一排氣歧管彼此耦合并且具有不同的流動橫截面，由此可以改善增壓。應(yīng)依賴于該內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來接通或斷開該第二排氣渦輪增壓器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從此類現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于運(yùn)行具有多個氣缸組的增壓的內(nèi)燃機(jī)的方法和一種用于應(yīng)用此類方法的、內(nèi)燃機(jī)的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)，除了在燃料消耗減少和排放減少的情況下增大功率外，該方法的突出之處在于顯著地改善了在內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時、在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)和/或不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的響應(yīng)特性以及在該內(nèi)燃機(jī)的整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的負(fù)荷特性。

在開篇所述的用于運(yùn)行增壓的內(nèi)燃機(jī)的方法中或在用于應(yīng)用此類方法的內(nèi)燃機(jī)的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)中，根據(jù)本發(fā)明的目的以如下方式實(shí)現(xiàn)：當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時或在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)和/或不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，每個氣缸組通過與第一排氣門相連接的第一排氣歧管能夠在至少一個第一排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)的流入?yún)^(qū)域中以在該渦輪機(jī)的流入?yún)^(qū)域中可分配的支流通道給該第一排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)供應(yīng)排氣；而當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時或在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)和/或不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，該第二排氣渦輪增壓器是未激活的，并且只有當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速更高或較高時或者在全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，該第二排氣渦輪增壓器才能夠借助于打開第二排氣門并經(jīng)過該第二排氣歧管供應(yīng)排氣而接通。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，由于與第二排氣歧管相連接的第二排氣門的氣門行程＝0或最小氣門行程，能夠?qū)崿F(xiàn)不激活該第二渦輪增壓器。

特別有利的是，例如在全負(fù)荷運(yùn)行狀況下經(jīng)過該第一氣缸組的第一排氣歧管的排氣體積流量與經(jīng)過該第二氣缸組的第一排氣歧管的排氣體積流量能夠經(jīng)過受閥瓣或閥控制的膨脹管相連。

根據(jù)本發(fā)明的方法可以優(yōu)選地用內(nèi)燃機(jī)的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中該第一排氣歧管實(shí)施為具有小的橫截面并且能夠以小的長度連接在進(jìn)入該排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)中的排氣入口處。

用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)的突出之處優(yōu)選在于：安排有至少在該第一排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)中彼此分開地、優(yōu)選圍繞該渦輪機(jī)的葉輪螺旋狀地延伸的流入通道，流入通道用于引導(dǎo)分配后的排氣支流。

在高轉(zhuǎn)速下或在全負(fù)荷下對排氣渦輪增壓器的最佳運(yùn)行狀態(tài)而言便利的是：用于給該第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機(jī)供應(yīng)排氣流的第二排氣門被設(shè)計(jì)為很早地打開。便利的是，通過由凸輪軸進(jìn)行氣門控制的、以特別寬的輪廓設(shè)置的凸輪來實(shí)現(xiàn)早打開。

優(yōu)選地，用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)被實(shí)施為徑流式渦輪機(jī)。然而同樣可設(shè)想的是應(yīng)用軸流式或還有“混流式”渦輪機(jī)。

由于第一排氣歧管的用于以盡可能最短的路徑直接連接到這些氣缸組的(在該第一渦輪增壓器的第一渦輪機(jī)的流入?yún)^(qū)域處的)相應(yīng)的第一排氣門以及第一排氣歧管的具有小的流動橫截面的設(shè)計(jì)方式，通過由于在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)中的燃燒的周期性過程導(dǎo)致的該渦輪機(jī)的沖擊性的加載實(shí)現(xiàn)了在低轉(zhuǎn)速下在排氣增壓時特別好的響應(yīng)特性。此外，這尤其在多氣缸內(nèi)燃機(jī)中還以如下方式有利地實(shí)現(xiàn)：在該內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行中如下地選擇這些單獨(dú)的氣缸的點(diǎn)火間隔，使其具有盡可能最大的間隔。

根據(jù)本發(fā)明的方法以及用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)尤其適合于應(yīng)用于機(jī)動車輛的內(nèi)燃機(jī)。

除了在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)或不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下改善了運(yùn)行狀況之外，在負(fù)荷較高的運(yùn)行狀態(tài)下，由于通過排氣流的不同供應(yīng)提高了在渦輪機(jī)上游的排氣引導(dǎo)體積，根據(jù)本發(fā)明的方法以及對應(yīng)的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用使得平均排氣溫度明顯下降。通過在第一排氣渦輪增壓器中的排氣引導(dǎo)的對應(yīng)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)增強(qiáng)所謂的阻滯增壓原理(stauaufladungsprinzips)。

附圖說明

在附圖中示出并描述了本發(fā)明的主題的多個實(shí)施例。借助這些實(shí)施例對本發(fā)明主題或本發(fā)明的方法的特征、優(yōu)選改進(jìn)方案和細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)說明。

在此，本發(fā)明不限制于所示和所描述的實(shí)施例，例如具有6個氣缸的內(nèi)燃機(jī)。而本發(fā)明還可以在具有多個分開的氣缸組的內(nèi)燃機(jī)中實(shí)現(xiàn)：該內(nèi)燃機(jī)包括呈例如v型、w型、列式或還有箱式安排的2個、4個或更多個氣缸。

該附圖以示意性圖示示出了本發(fā)明的主題，尤其參照從氣缸出口直至排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)的排氣流延伸。

在附圖中：

圖1示出了經(jīng)過6氣缸內(nèi)燃機(jī)的排氣門的排氣流延伸的示意性圖示，以具有所指派的排氣渦輪增壓器的兩個氣缸組來安排該6氣缸內(nèi)燃機(jī)；

圖2示出了用一個渦輪增壓器運(yùn)行時的增壓壓力曲線，不同于用兩個渦輪增壓器運(yùn)行時的增壓壓力曲線；

圖3、4、5、6和7以部分橫截面示意性地示出了用于實(shí)施本發(fā)明的方法的渦輪機(jī)殼體或其流入?yún)^(qū)域。

具體實(shí)施方式

帶有兩個分別為三氣缸的氣缸組2和3的內(nèi)燃機(jī)1以自身從現(xiàn)有技術(shù)已知的方式在每個氣缸2.1、2.2和2.3或3.1、3.2和3.3中具有兩個進(jìn)氣門4并且同樣地在每個氣缸中分別具有排氣門5.1和排氣門5.2。該第一氣缸組2的所有三個氣缸2.1、2.2和2.3的這些排氣門5.1，就在這些氣缸中的燃燒過程之后的排氣流而言，通過一條共用的排氣歧管6串聯(lián)連接。同樣地，該第二氣缸組3的氣缸3.1、3.2和3.3的這些排氣門5.1，就在這些氣缸中的燃燒過程之后的其排氣流而言，通過一條共用的排氣歧管7相連接。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，這些排氣歧管6或7通入該至少一個排氣渦輪增壓器9.2或11.2的該至少一個渦輪機(jī)8.2或12.2的排氣流入?yún)^(qū)域中。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，該排氣渦輪增壓器9.2或11.2可以根據(jù)運(yùn)行狀況接通或斷開。

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時或在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)和/或不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，在兩個氣缸組2和3中的這些排氣門5.1關(guān)閉(通過例如在致動進(jìn)氣門和排氣門的凸輪軸上的對應(yīng)的凸輪來控制)，即設(shè)置有行程＝0或充其量最小行程，使得在燃燒沖程中排他地或幾乎排他地通過這些排氣門5.2并且經(jīng)過相對短且以小的橫截面實(shí)施的排氣歧管13.1、13.2、13.3或14.1、14.2、14.3給與這個/這些排氣渦輪增壓器9.2或11.2平行地安排的排氣渦輪增壓器9.1或11.1的這個或這些渦輪機(jī)8.1或12.1供應(yīng)全部排氣流。由此實(shí)現(xiàn)，通過內(nèi)燃機(jī)的這些燃燒沖程尤其在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)在該排氣渦輪增壓器中的沖擊性的增壓過程，這導(dǎo)致該增壓的內(nèi)燃機(jī)的特別好的響應(yīng)特性。

在圖1所示的實(shí)施例中，這些排氣歧管13.1、13.2、13.3或14.1、14.2、14.3示出為分開地引導(dǎo)到進(jìn)入渦輪機(jī)8.1或12.1的該流入?yún)^(qū)域中的多條管路。但是當(dāng)然還可容易地設(shè)想的是，與排氣歧管6或7類似地，在一個管路中將從這些排氣門噴出的排氣流組合，或者在一個共用的排氣歧管內(nèi)將該排氣流引導(dǎo)到例如三條分開的引導(dǎo)通道中，以便然后在流入?yún)^(qū)域中將該排氣流以多條、例如三條支流分配到這些渦輪機(jī)8.1或12.1中(參見下述的關(guān)于圖3至圖7的詳細(xì)說明)。

這兩個排氣歧管6或7理想地同樣實(shí)施為在這些排氣門5.1的排出區(qū)域與這個/這些排氣渦輪增壓器9.2或11.2的該渦輪機(jī)8.2或12.2的流入?yún)^(qū)域之間盡可能直接地連接。這些排氣歧管6或7優(yōu)選地設(shè)計(jì)為具有用于大的體積流量的大的橫截面。在內(nèi)燃機(jī)的高轉(zhuǎn)速或全負(fù)荷下期望的均勻的增壓或阻滯增壓首先以如下方式實(shí)現(xiàn)：這些排氣歧管13或14實(shí)施為具有相對大的橫截面。除此之外，可以通過這些排氣歧管6或7的長度的相對應(yīng)的適配產(chǎn)生對應(yīng)大的體積，使得形成均勻的體積流量。

在內(nèi)燃機(jī)1的較高的負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下或在全負(fù)荷下、即在對應(yīng)更高或較高的轉(zhuǎn)速下，這兩個氣缸組2和3的這些排氣門5.1再次被凸輪軸的凸輪控制而打開。理想地，通過用于控制這些排氣門5.1的、以特別寬的輪廓實(shí)施的凸輪來實(shí)現(xiàn)打開，使得實(shí)現(xiàn)非常提早地打開第二排氣門5.1并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)與這些排氣渦輪增壓器9.1或11.1并聯(lián)連接的這個/這些排氣渦輪增壓器9.2或11.2(通過向其渦輪機(jī)8.2或12.2中饋送排氣)的接通。由于早打開，排氣流從這些氣缸的噴出首先僅產(chǎn)生在連接這兩個氣缸組2或3的這些排氣門5.1的、大體積的排氣歧管6或7上，由此減小或分解了壓力沖擊并且實(shí)現(xiàn)了在這些排氣歧管中的很大程度上均勻的質(zhì)量流量。

此外特別有利的是，這些排氣歧管6或7通過膨脹管15相連接。可以用閥瓣16.1或16.2(或閥)來打開過關(guān)閉該膨脹管15。在例如部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)中或在低轉(zhuǎn)速下，這些閥瓣關(guān)閉(如還有這些排氣門5.1)，使得短地并且以小的橫截面實(shí)施的第一排氣歧管13.1、13.2、13.3或14.1、14.2、14.3的小的體積針對沖擊增壓起作用。在全負(fù)荷運(yùn)行中或在高轉(zhuǎn)速下，通過打開閥瓣16.1或16.2來增大用于排氣流的體積，使得能夠?qū)崿F(xiàn)相對應(yīng)地輔助從沖擊增壓向阻滯增壓的過渡。

在圖2中以曲線圖(在轉(zhuǎn)速n上記錄增壓壓力d)展示了轉(zhuǎn)速與由排氣渦輪增壓器9.1或11.1可提供的增壓壓力之間的關(guān)聯(lián)。在關(guān)閉的排氣門5.1和未激活的排氣渦輪增壓器9.2或11.2中，由于小的體積以及這些排氣歧管13.1、13.2、13.3或14.1、14.2、14.3在排氣門5.2的區(qū)域處與該排氣渦輪增壓器9.1或11.1的渦輪機(jī)8.1或12.1的流入?yún)^(qū)域的直接地、以最短路徑進(jìn)行的連接，在該排氣渦輪增壓器9.1或11.1中的增壓壓力d出現(xiàn)了非常快速的上升(參見圖2中的曲線k1)。由于在第一排氣歧管13.1、13.2、13.3或14.1、14.2、14.3中的小的體積和體積流量，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速n上升時，增壓壓力d在某些情況下突然下降。為了避免所謂的“渦輪遲滯(turbolochs)”，在增壓壓力d下降之前接通/打開(圖2中的接通區(qū)域z)這些排氣門5.1并且由此接通該第二渦輪增壓器組的這個/這些第二渦輪增壓器9.2或11.2。借助對應(yīng)大體積地實(shí)施的第二排氣歧管6或7，出現(xiàn)了向渦輪增壓器中的體積流量的明顯增大以及由此出現(xiàn)從沖擊波增壓向均勻的阻滯增壓的過渡。

此外，還可以通過打開膨脹管15中的閥瓣16.1或16.2來補(bǔ)充體積增大，以引導(dǎo)排氣流。在圖2中用箭頭a或b展示了膨脹管15的打開。在箭頭a中，該膨脹管是關(guān)閉的；參見箭頭b，一旦在非常高轉(zhuǎn)速下的增壓壓力d有下降的危險，則該膨脹管打開。

如上文已經(jīng)描述的，便利的是，通過提早打開排氣門5.1使該第二渦輪增壓器9.2或11.2的該接通區(qū)域與這個或這些渦輪增壓器9.1或11.1的該運(yùn)行區(qū)域重疊。這可以通過具有對應(yīng)寬的輪廓的排氣門5.1實(shí)現(xiàn)，這些排氣門可以實(shí)現(xiàn)早打開第二排氣門5.1。

根據(jù)本發(fā)明的方法或用于實(shí)施本發(fā)明的方法的排氣引導(dǎo)系統(tǒng)能夠以有利的方式得到輔助：將排氣流的該流入?yún)^(qū)域?qū)?yīng)地設(shè)計(jì)到排氣渦輪增壓器的這些渦輪機(jī)中。這樣可以將尤其排氣歧管13、14(但在適當(dāng)時還有排氣歧管6、7)的體積流量在該渦輪機(jī)8.1、8.2、12.1、12.2的該流入?yún)^(qū)域中分配成多個支流。這可以通過借助通道20或21(參見圖3)的兩道流動(例如在4氣缸內(nèi)燃機(jī)中)或通過借助通道22、23和24(參見圖4)的三道流動(例如在6氣缸內(nèi)燃機(jī)中)實(shí)現(xiàn)。借助此類的體積流量分配，該渦輪機(jī)的葉輪l在其圓周上分布均勻地加載。

在圖5、6和7中示意性地展示了用于排氣渦輪增壓器的增壓機(jī)的殼體構(gòu)型。圖5示出了成雙形式的流動通道的構(gòu)造(通道25和26)。圖6和圖7借助通道27、28或29和30示出了略有不同的成雙形式的構(gòu)造。

無論如何特別便利的是，這還適用于在圖5至7中所示的這些通道的成雙安排，這些通道的通入口在該渦輪機(jī)的葉輪l上螺旋狀偏置地分布在該葉輪l的外周上。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言當(dāng)然可以理解的是，該排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)的葉輪可以實(shí)施為徑流式、軸流式或還有“混流式”的型式(徑流-軸流)。

附圖標(biāo)記清單

1內(nèi)燃機(jī)

2氣缸組

2.1、2.2、2.3氣缸

3氣缸組

3.1、3.2、3.3氣缸

4進(jìn)氣門

5.1第二排氣門

5.2第一排氣門

6氣缸組2的第二排氣歧管

7氣缸組3的第二排氣歧管

8.1排氣渦輪增壓器9.1的渦輪機(jī)

9.1排氣渦輪增壓器

9.2排氣渦輪增壓器

11.1排氣渦輪增壓器

12.1排氣渦輪增壓器11.1的渦輪機(jī)

12.2排氣渦輪增壓器11.2的渦輪機(jī)

13.1、13.2、13.3氣缸組2的第一排氣歧管

14.1、14.2、14.3氣缸組3的第一排氣歧管

15膨脹管

16.1、16.2閥瓣/閥

31催化器

32催化器

33末端消聲器

34末端消聲器

a關(guān)閉的膨脹管15

b打開的膨脹管15

z接通區(qū)域

n轉(zhuǎn)速

d增壓壓力

k1＝圖2中的曲線1

k2＝圖2中的曲線2

l葉輪