机械增压的内燃发动机制造技术

本实用新型专利技术涉及机械增压的内燃发动机，其具有至少两个汽缸，其中每个汽缸具有至少一个出气口、至少一个进气口、至少一个排气涡轮增压器、并且提供了排气再循环装置。本实用新型专利技术提供所述类型的内燃发动机，该内燃发动机在部分停用期间其运行行为被优化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
机械增压的内燃发动机
本技术涉及具有至少两个汽缸的机械增压内燃发动机，其中，每个汽缸具有由排气管路连接以便经由排气排放系统排放排气的至少一个出气Π,每个汽缸具有由进气管路连接以便经由进气系统供给增压空气的至少一个进气Π,提供至少一个排气涡轮增压器，其包括设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，至少两个汽缸构造为使得它们形成至少两组，每组中具有至少一个汽缸，其中第一组的至少一个汽缸是即便在该内燃发动机的部分停用的情况下也在运行的汽缸，并且第二组的至少一个汽缸形成为能够以与负荷有关的方式被切换的汽缸，并且提供排气再循环装置。本技术还涉及用于操作所述类型的内燃发动机的方法。
技术介绍
上面所述类型的内燃发动机用作机动车辆驱动单元。在本技术的上下文中，词语“内燃发动机”包括柴油发动机和奥托循环发动机以及混合动力内燃发动机，也就是，利用混合动力燃烧处理运行的内燃发动机。在内燃发动机的开发中，基本目标是燃料消耗的最小化，其中进行努力的重点是关于获得提高的整体效率。燃料消耗和因此的效率造成了问题，特别是在奥托循环发动机的情况下，也就是，在应用点火内燃发动机的情况下。其原因在于奥托循环发动机的运行过程的原理。负荷控制通常借助设置在进气系统中的节气门活板进行。通过调节节气门活板，在节气门活板下游的进气压力可以减少到更大或更小的程度。节气门活板关闭越多，也就是所述节气门活板遮挡进气系统越多，则进气在节气门活板两端的压力损失越大，并且在节气门活板下游和进入至少两个汽缸即燃烧室中的入口上游的进气的压力越低。对于恒定的燃烧室容积，以这种方式借助进气的压力来设置空气质量即空气的量是可行的。这也说明了为什么数量调节已被证明特别是在部分负荷范围中是不利的，因为低负荷需要进气系统的高度的节流和显著的压力减少，由此随着减少负荷和增加节流，进气交换损失增加。为了减少所述损失，已经研发出对应用点火内燃发动机的去节流(dethrottling)的各种策略。为了解决奥托循环发动机的去节流的一种途径是例如具有直接喷射的奥托循环发动机做功过程。燃料的直接喷射是用于实现分层的燃烧室充气的合适的手段。在一定的限度内，到燃烧室中的燃料的直接喷射因此允许奥托循环发动机中的品质调节。混合物形成通过到汽缸中或到位于汽缸中的空气中的燃料的直接喷射而产生，而不是通过燃料被引进到进气系统中的进气中的外部混合物形成。解决奥托循环发动机的去节流的另一种途径由汽缸停用提供，也就是，在一定负荷范围内的各汽缸的停用。部分负荷操作中的奥托循环发动机的效率能够借助部分停用而被提高，也就是增加，因为如果发动机功率保持不变，则多汽缸内燃发动机的一个汽缸的停用增加了对保持运行的其他汽缸的负荷，使得节气门活板能够或者必需进一步打开以便引进更多的空气质量到所述汽缸中，因而整体上实现内燃发动机的去节流。在部分停用期间，在较高负荷区域中永久地运行工作的汽缸，在较高负荷区域中的燃料消耗率(specificfuel consumption)较低。负荷集合由此朝着较高负荷移动。在部分停用期间保持运行的汽缸由于供给的较大的空气质量或混合物质量而进一步具有改进的混合物形成，并且容许较高的排气再循环速率。因以下原因而获得关于效率的其他优点，即被停用的汽缸，由于没有燃烧，因此不产生由于从燃烧气体到燃烧室壁的热传递引起的任何壁热损失。即使柴油发动机，即自动点火内燃发动机，由于它们所基于的品质调节，与上面所述的通过关于汽缸的充气的节流或数量调节来调节负荷的奥托循环发动机相比具有较高的效率，即较低的燃料消耗，但即便在柴油发动机的情况下，关于燃料消耗和效率也存在改进的潜力和改进的要求。同样在柴油发动机的情况下，用于减少燃料消耗的一个概念是汽缸停用，即在一定负荷范围内的各汽缸的停用。在部分负荷运行中，通过部分停用可以提高即增加柴油发动机的效率，因为即使在柴油发动机的情况下，在恒定的发动机功率的情况下，多汽缸内燃发动机的至少一个汽缸的停用也增加了对仍然在运行的其他汽缸的负荷，使得所述汽缸在较高负荷区域内运行，在较高负荷区域内燃料消耗率较低。在柴油发动机的部分负荷运行中的负荷集合朝着较高的负荷移动。在部分停用期间保持运行的汽缸由于较大的供给的燃料质量，也就是由于较富的混合物，而进一步容许较高的排气再循环速率。关于壁热损失，可以获得和奥托循环发动机的情况同样的优点，为此参考给出的相应的说明。在柴油发动机的情况下，在由于所用燃料量减少而引起减少负荷的情况下，作为品质调节的一部分，部分停用也旨在防止燃料空气混合物变得过稀。现代内燃发动机日益普遍地配备了排气涡轮增压装置和用于减少碳氧化物排放的目的的排气再循环装置，其中所述设备的特征件彼此矛盾或者可能彼此矛盾并且与部分停用的概念矛盾，如将在以下简要说明的。机械增压是在保持不变的工作容积(swept volume)的同时用于增加内燃发动机功率，或在保持相同的功率的同时用于减小工作容积的合适的手段。在任何情况下，机械增压导致容积功率输出的增加和提高的功率重量比。因此，对于相同的车辆边界条件，可以将负荷集合朝着较高的负荷移动，在较高的负荷下，燃料消耗率较低。这还被称为缩小尺寸。机械增压因此帮助在内燃发动机开发中的不断努力以最小化燃料消耗，也就是提高内燃发动机的效率。减少污染排放物是另一个基本目的。通过目标的机械增压的配置，获得关于效率和同样关于排气排放物两者的优点是可能的。通过例如对柴油发动机适当的机械增压，因此能够减少氮氧化物排放物，而没有任何效率损失。同时能够有利地影响碳氢化合物排放物。例如与机械增压器有关的排气涡轮增压器的优点是在增压器和内燃发动机之间不需要用于传递功率的机械连接。虽然机械增压器从内燃发动机抽取了用于驱动该机械增压器所需要的全部能量，并且因而减少了输出功率并且因此不利地影响了效率，但是排气涡轮增压器利用了热排气的排气能量。排气涡轮增压装置的配置提出了难题。根据现有技术，在未达目标的一些发动机转速的情况下通常观察到严重的扭矩下降。如果考虑到充气压力比取决于涡轮压力比，所述扭矩下降是能够理解的。如果发动机转速减小，则这导致较小的排气质量流量并且因此导致较低的涡轮压力比。结果，在较低的发动机转速的引导下，充气压力比同样减小，其等于扭矩下降。充气压力的下降基本上能够通过涡轮横截面尺寸的减小而抵消，但是这导致在高发动机转速下的缺点，在高发动机转速下，希望的机械增压和功率增量同样可以具有不受限制的方式并且到达希望的程度。因此，试图通过各种措施提高机械增压内燃发动机的扭矩特性，例如，借助在排气排放系统中以并联和/或串联布置提供的多个机械增压器即排气涡轮增压器和/或机械增压器。在同时利用排气涡轮增压装置和排气再循环装置的情况下，如果借助高压EGR装置从在该至少一个排气涡轮增压器的涡轮的上游的排气排放系统抽取再循环排气，并且该再循环排气不 再可用于驱动涡轮，则存在矛盾。通过涡轮的减少的排气质量流量导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，其等于较小的增压空气流量。较小的增压空气流量也可以具有压缩机运行超过喘振限度的作用。在排气再循环速率Xkk增加的情况下，引进到涡轮中的排气流量进一步减小，并且上面所述的问题加剧。如果考虑到为了实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械增压的内燃发动机(10)，其具有至少两个汽缸(1，2，3，4)，其特征在于： 每个汽缸(1，2，3，4)具有由排气管路(7)连接以用于经由排气排放系统(8)排放排气的至少一个出气口； 每个汽缸(1，2，3，4)具有由进气管路(5)连接以用于经由进气系统(6)供给增压空气的至少一个进气口； 提供至少一个排气涡轮增压器(12)，其包括设置在所述排气排放系统(8)中的涡轮(12a)和设置在所述进气系统(6)中的压缩机(12b)； 至少两个汽缸(1，2，3，4)，其被配置为使得它们形成至少两组，其中每组具有至少一个汽缸(1，2，3，4)，其中第一组的至少一个汽缸(1，4)是即便在所述内燃发动机(10)的部分停用的情况下也在运行的汽缸(1，4)，并且第二组的至少一个汽缸(2，3)形成为能够以与负荷有关的方式切换的汽缸(2，3)，以及 提供排气再循环装置即EGR装置(15)， 其中 该排气再循环装置(15)包括再循环管路(17)，该再循环管路(17)在所述至少一个排气涡轮增压器(12)的涡轮(12a)的下游从所述排气排放系统(8)分支，并且该再循环管路(17)在关联的压缩机(12b)的上游通向所述进气系统(6)，并且在该再循环管路(17)中设置有用于调节再循环的排气量的阀(19)。...

【技术特征摘要】
2012.10.16 DE 102012218808.81.一种机械增压的内燃发动机(10)，其具有至少两个汽缸(I，2，3，4)，其特征在于: 每个汽缸(1，2，3，4)具有由排气管路(7)连接以用于经由排气排放系统⑶排放排气的至少一个出气口； 每个汽缸(1，2，3，4)具有由进气管路(5)连接以用于经由进气系统(6)供给增压空气的至少一个进气口 ； 提供至少一个排气涡轮增压器(12)，其包括设置在所述排气排放系统(8)中的涡轮(12a)和设置在所述进气系统(6)中的压缩机(12b)； 至少两个汽缸(1，2，3，4)，其被配置为使得它们形成至少两组，其中每组具有至少一个汽缸(1，2，3，4)，其中第一组的至少一个汽缸(1，4)是即便在所述内燃发动机(10)的部分停用的情况下也在运行的汽缸(1，4)，并且第二组的至少一个汽缸(2，3)形成为能够以与负荷有关的方式切换的汽缸(2，3)，以及 提供排气再循环装置即EGR装置(15)， 其中 该排气再循环装置(15)包括再循环管路(17)，该再循环管路(17)在所述至少一个排气涡轮增压器(12)的涡轮(12a)的下游从所述排气排放系统(8)分支，并且该再循环管路(17)在关联的压缩机(12b)的上游通向所述进气系统(6)，并且在该再循环管路(17)中设置有用于调节再循环的排气量的阀(19)。2.根据权利要求1所述的机械增压的内燃发动机(10)，其特征在于提供排气涡轮增压器(12)，其包括设置在该排气排放系统(8)中的涡轮(12a)和设置在所述进气系统(6)中的压缩机(12b)。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国辉，W·维莱姆斯，L·巴奇，H·H·鲁兰德，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：新型
国别省市：美国;US