一种具有两个可停用汽缸的四缸发动机制造技术

本发明专利技术涉及直列式四缸行程活塞式发动机(5)，其中四个汽缸(11、12、13)和(14)中的两个汽缸(13、14)可以被选择性地停用以便改善燃料消耗或者以便支持发动机加热过程。发动机(5)具有带有四个曲柄(11T、12T、13T、14T)的平面曲轴(40)。用于两个相邻汽缸(11、12)的曲柄(11T、12T)同相，而用于其他汽缸(13、14)的曲柄(13T、14T)异相180°。停用汽缸(13、14)，其中供应至汽缸(13、14)的燃料被中断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】—种具有两个可停用汽缸的四缸发动机
本专利技术涉及一种内燃发动机，并且尤其涉及一种四缸直列活塞式发动机，其中能够停用两个汽缸以便改善燃料消耗。
技术介绍
众所周知，发动机常常在远低于能够产生的动力输出水平下运转。这种部分负载运转常常导致发动机在远低于发动机能够实现的热效率水平下运转，从而损害了燃料效率。 因此，需要使可从发动机获得的动力更好地适应于施加在发动机上的负荷，从而使发动机始终尽可能地非常接近其最大运转效率运转。本专利技术的专利技术人已经认识到，如果发动机运转在部分负载下通过选择性地停用四缸发动机的两个汽缸能够更好地实现这样适应。 如果为了减少发动机的排放而将排气处理装置(例如，催化转化器、NOx捕集器或碳烟捕集器)耦接至发动机，那么通常就需要将排气处理装置加热至能使其充分有效来执行其指定功能的温度之上，这种温度通常称为“启动温度”。然而，与发动机在满负载运转的情况下产生的排气温度相比，发动机在低负载或部分负载(其中所有汽缸都正在运转)的情况下的排气温度相对较低。本专利技术的专利技术人因此已经认识到，选择性的汽缸停用的另一优点在于，通过停用两个汽缸中的一个能够增加其余工作汽缸的排气温度，从而减少任何排气处理装置需要在从冷态启动后实现其各自启动温度的时间。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种具有改善的燃料效率的四缸发动机。 根据本专利技术的第一方面，提供了一种四缸直列往复活塞式内燃发动机，其中外汽缸和相邻的内汽缸运转(一起被称为主汽缸)，而与其串联的另外两个相邻汽缸可停用地运转(副汽缸)。汽缸中的每一个都容纳各自的活塞使得活塞能够滑动，活塞被各自的连杆可运转地连接到各自的具有四个曲柄的曲轴的曲柄。 根据本专利技术的第二方面，显著减小排气歧管的体积。排气系统中的动态波过程或压力波动是多缸内燃发动机的热力学偏移的工作汽缸在气体交换期间相互影响的原因，并且尤其还可以彼此损害。可以导致更差的扭矩特性或减小的动力范围。如果各个汽缸的排气管相互分开地行进更长的距离，则可以抵消汽缸在气体交换期间的相互影响。 然而，后者引起涡轮增压器的退化的响应特性。燃烧气体在气体交换期间自内燃发动机的汽缸的排出本质上基于两种不同机制。如果在气体交换开始的时候排气门靠近下止点打开，由于接近汽缸中的燃烧结束时发生的高压以及相关的燃烧室与排气管道之间的高压差，燃烧气体以高速流过出气口进入排气系统。所述压力驱动的流动过程伴有高压峰值，其也被称为排气前的震动，并沿排气管以声速传播，其中随着距离的增加并且取决于由于摩擦而导致的管道路由选择，压力几乎猛烈地下降(即减小)。 另外，在气体交换的过程中，汽缸中的压力与排气管中的压力基本相等，因此由于活塞的往复运转而在很大程度上排出燃烧气体。 取决于排气排放系统的具体实施例，自汽缸传出的压力波不仅经过所述汽缸的至少一个排气管，而且还经过其他汽缸的排气管，并且甚至可能向上到达在各个管的末端处提供的打开的排气开口。 在气体交换期间，已经被排入或被引入排气管的排气因此能够再次进入汽缸，并且由于自另一汽缸传出的压力波甚至还有其他可能。 为了避免各个汽缸的排气管相互分开地行进更长的距离，四个汽缸的排气管被合并以形成排气歧管。汽缸的排气管由此被分级合并，并且甚至以如下方式进行合并，即在每个实例中，夕卜汽缸的至少一个排气管和相邻内汽缸的至少一个排气管被合并以形成部分排气管，以及以此方式形成的两组汽缸的部分排气管被合并以形成总排气管。通过这种措施，可以减小所有排气管的总距离和排气管的体积。此外，具有针对各组汽缸优化的增压的空气供给的涡轮增压器可以被布置为用于各组汽缸中的每一个。可以通过利用两个相互并联布置的具有合适的小涡轮横截面的涡轮增压器来改善涡轮增压器的响应特性。如果多组汽缸包含不同的排量，这是特别有利的。优选地，涡轮包含可变几何形状，因此不管是低与高旋转速率还是低与高负荷，涡轮几何形状的调节都能够发生。 排气管由此可以被部分地或全部地被集成在至少一个汽缸盖内。排气管或部分排气管有时在一起被称为排气歧管。 之前描述的涉及汽缸在气体交换期间的相互影响的问题与内燃发动机的结构设计具有增加的相关性，因为在设计排气歧管时，会注意到趋于短排气管的趋势。 由于多个原因，因此有利的是，从各自的排气开口开始一直到排气歧管中的聚集点(其中排气管在聚集点处被合并为共用的总排气管，并且汽缸的热排气在聚集点处聚集)尽可能短地实施汽缸的排气管，例如以便基本上将排气歧管集成在至少一个汽缸盖内，并且以便尽可能在汽缸盖内进行排气管到总排气管的合并。 一方面，这导致内燃发动机的更紧凑的结构和发动机舱中的整个驱动单元的更密集的封装。另一方面，在制造与组装以及重量减小(特别是通过汽缸盖内排气歧管的充分集成)期间，出现成本优势。 此外，短排气管可以对被提供在汽缸下游的排气处理系统的布置与运转具有有利影响。热排气到排气处理系统的路径应当尽可能短，使得几乎没有给排气冷却的时间，并且排气处理系统尽可能快地达到其工作温度或启动温度，尤其是在内燃发动机的冷启动之后。 在这方面，正在努力最小化汽缸处的排气开口与排气处理系统之间的排气管的区段的热惯性，这可以通过减小所述区段的质量和长度(即通过缩短相应的排气管)来实现。 在通过排气涡轮增压器增压的内燃发动机的情况下，目的是尽可能靠近排气(即尽可能靠近汽缸的排气开口)布置涡轮，以便以此方式能够最佳地利用由排气压力和排气温度大体确定的热排气的排气焓，并且以便保证涡轮增压器的快速响应特性。由此还应当最小化汽缸的排气开口与涡轮之间的管系统的热惯性和体积，由于此原因，进而所述管系统的管的缩短(例如通过排气歧管在汽缸盖内的至少部分集成)是有目的的。 排气歧管越来越经常地被集成在汽缸盖内，以便参与提供在汽缸盖中的冷却，并且以便不必由成本高昂的耐高热材料制成。 如上所述，例如通过在汽缸盖中的集成来缩短排气歧管的排气管具有多种优势，而且此外，所有排气管的总距离的缩短还会导致各个排气管的缩短，因为这些已经在排气开口下游被立即合并，从而激化了汽缸在气体交换期间的相互干涉问题。 例如，在其汽缸以点火顺序1-3-4 - 2运转的四缸直列式发动机的情况下，短排气管还会导致在气体交换期间第四汽缸不利地影响在点火顺序方面先于它的第三汽缸(即之前被点火的汽缸)，并且导致自第四汽缸排出的排气在第三汽缸排气门关闭之前进入第三汽缸。 在上述背景下，根据本专利技术的第三方面，使用曲轴，通过曲轴，一组汽缸中的汽缸完全相同地机械运行，即在相同的时间点经过上止点(TDC)和下止点(BDC)。为了这个目的，两个汽缸的相关联的曲柄可以不包含围绕曲轴的纵向轴线在周向方向上的偏移。那么通过点火顺序来实现360° Kff的热力学偏移。 为了实现关于所有四个汽缸的各自的180° KW的点火分开，一组汽缸的曲柄相对于另一组汽缸的曲柄在周向方向上旋转(即偏移)180°。角度在质量平衡方面优选是180°，而且可以很容易地在例如175°与185°之间。 根据本专利技术的内燃发动机是具有带有短排气管的紧凑排气歧管并且同时消除汽缸在气体交换期间的相互干涉问题的内燃发动机。 根据本专利技术的内燃发动机还可以包含分配在两组汽缸上的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四缸直列往复活塞式内燃发动机(5)，其包含以下：两个相邻的主汽缸(11、12)和两个被布置为与所述主汽缸相邻的副汽缸(13、14)，其中所述汽缸中每一个都容纳各自的活塞(11P、12P，13P、14P)使得它能够滑动，所述活塞被各自的连杆可运转地连接到各自的四曲柄曲轴的曲柄，其中用于所述两个主汽缸的所述曲柄被同相布置，而用于所述副汽缸的所述曲柄相对于所述两个主汽缸异相180°(±5°)布置，以及所述副汽缸能够被选择性地停用，并且其中所述发动机(5)的排气管(6)包括用于所述主汽缸(11、12)的排气歧管区段(6a)和用于所述副汽缸(6b)的另一排气歧管区段(6b)，其中所述曲轴(40)每旋转一次，做功行程在所述两个主汽缸(11、12)中的一个中发生，并且所述两个副汽缸中的一个的所述做功行程与所述主汽缸的所述做功行程异相，从而停用所述副汽缸(13、14)，以便增加自所述发动机排出的排气、流过所述发动机的润滑油和/或流过所述发动机的冷却液的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.08 EP 12154407.6;2011.11.10 GB 1119370.31.一种四缸直列往复活塞式内燃发动机(5)，其包含以下:两个相邻的主汽缸(11、12)和两个被布置为与所述主汽缸相邻的副汽缸(13、14)，其中所述汽缸中每一个都容纳各自的活塞(IIP、12P，13P、14P)使得它能够滑动，所述活塞被各自的连杆可运转地连接到各自的四曲柄曲轴的曲柄，其中用于所述两个主汽缸的所述曲柄被同相布置，而用于所述副汽缸的所述曲柄相对于所述两个主汽缸异相180° (±5° )布置，以及所述副汽缸能够被选择性地停用，并且其中所述发动机(5)的排气管(6)包括用于所述主汽缸(11、12)的排气歧管区段(6a)和用于所述副汽缸(6b)的另一排气歧管区段(6b)，其中所述曲轴(40)每旋转一次，做功行程在所述两个主汽缸(11、12)中的一个中发生，并且所述两个副汽缸中的一个的所述做功行程与所述主汽缸的所述做功行程异相，从而停用所述副汽缸(13、14)，以便增加自所述发动机排出的排气、流过所述发动机的润滑油和/或流过所述发动机的冷却液的温度。2.根据权利要求3所述的发动机， 其中所述分开的排气歧管区段(6a、6b)被汽缸盖冷却套(51、51’ )...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·韦博，M·威尔斯，R·弗莱德菲尔特，G·巴奇，
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