專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的火花點(diǎn)火式 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有一壓縮機(jī)。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，常規(guī)使用的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)提供沖壓式壓氣或共振管壓氣或 者這兩種壓氣類型的組合。在增壓式內(nèi)燃機(jī)的情況下，被吸入的燃燒空氣的壓縮導(dǎo)致了空 氣溫度的增加。要避免進(jìn)一步的增壓并為此將用于冷卻增壓空氣的一個(gè)增壓空氣冷卻器 定位在壓縮機(jī)的下游。這是旨在使發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的危險(xiǎn)減到最小。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的原因，通常 不可能通過更大的增壓空氣冷卻器來進(jìn)一步降低增壓空氣溫度。因此，為了提高增壓空氣 冷卻器的效率，在其下游設(shè)置了多個(gè)膨脹裝置，以便進(jìn)一步降低燃燒空氣溫度。例如，DE 10002482A1披露了這樣一種用于增壓空氣冷卻的裝置，在該裝置中，處于升高的增壓壓力 下的燃燒空氣在一個(gè)背壓閥處膨脹。在這里，背壓閥定位在增壓空氣冷卻器與內(nèi)燃機(jī)空氣 進(jìn)氣系統(tǒng)之間。DE 3627312A1同樣披露了一種用于降低增壓空氣溫度的膨脹控制裝置，通過該膨 脹控制裝置獲得了增壓空氣的絕熱的部分膨脹。在此，該膨脹控制裝置具有一個(gè)類似于噴 嘴的管道段，該管道段是以拉瓦爾噴嘴的方式設(shè)計(jì)的，該類似于噴嘴的管道段被安排在空 氣進(jìn)氣系統(tǒng)上游的進(jìn)氣管線中。從現(xiàn)有技術(shù)中已知的在離開增壓空氣冷卻器的出口的下游 用于冷卻增壓空氣的這些措施需要在進(jìn)氣管線中安排一個(gè)膨脹裝置，并且由此在車輛的發(fā) 動(dòng)機(jī)艙中要求額外的、結(jié)構(gòu)上的耗費(fèi)。因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中能夠獲得增壓空 氣的膨脹而需無結(jié)構(gòu)上的耗費(fèi)。根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的一種 裝置來解決。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于，分配器管長度與一等效的分配器管直徑相 關(guān)地被這樣確定尺寸使得在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)之內(nèi)能夠通過膨脹實(shí)現(xiàn)增壓壓力 的降低，其中，該增壓空氣膨脹部分地發(fā)生在增壓充氣腔中、在相應(yīng)的進(jìn)氣管中和/或在分 配器管之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明能夠在燃燒空氣進(jìn)入該分配器管的入口與離開該進(jìn)氣管的出口之 間獲得連續(xù)的、但并非必須均勻的膨脹。利用根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過所獲得的膨脹，在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)之內(nèi) 產(chǎn)生增壓空氣的有效冷卻而無需使用額外的可運(yùn)動(dòng)的部件。這樣，提供了一種用于增壓式 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的成本有利的并且有效的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，其中，根據(jù)本發(fā)明的膨脹空氣進(jìn)氣系 統(tǒng)既適合于增壓式火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，也適合于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。通過本發(fā)明尤其是使增壓式火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震燃燒傾向被降至最小。由此， 由于產(chǎn)生了混合汽溫度的降低，即使在高轉(zhuǎn)速下也能夠?qū)崿F(xiàn)使點(diǎn)火角度向最佳值方向移 位。這是因?yàn)椋ㄟ^根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，避免了增壓空氣冷卻器下游的氣體動(dòng)態(tài)壓 縮并且附加地在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)部獲得了膨脹而帶來燃燒空氣溫度的降低。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，分配器管長度與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速相關(guān)地確定 尺寸。因此，這種空氣進(jìn)氣系統(tǒng)被最佳地使用在增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，并且特別在跑車中允 許在較高的負(fù)荷點(diǎn)和轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到有目標(biāo)的協(xié)調(diào)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，分配器管長度與等效分配器管直徑相關(guān)地這樣構(gòu)造使得等效分配器管直徑與分配器管長度之比為0. 05至0. 14。在此，特別是當(dāng)額定轉(zhuǎn)速 在每分鐘5500與7000轉(zhuǎn)之間時(shí)，該進(jìn)氣管長度應(yīng)被確定為不大于200mm或150mm。在此， 等效分配器管直徑與分配器管長度之比優(yōu)選為0. 066,0. 114或0. 136。這樣，在該空氣進(jìn)氣 系統(tǒng)之內(nèi)發(fā)生被壓縮的燃燒空氣的最佳膨脹，使得離開空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的燃燒空氣以顯著更 低的溫度流入汽缸蓋中的進(jìn)氣道。通過空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的分配器管的這種新的幾何尺寸確定，與常規(guī)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)相 比得到具有小直徑的分配器管，使得發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的結(jié)構(gòu)耗費(fèi)得以優(yōu)化。通過根據(jù)本發(fā)明來 確定尺寸，根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)特別是在高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)完全扭轉(zhuǎn)了已知的共振增 壓效果。獲得了燃燒空氣的膨脹而不是壓縮，并且燃燒空氣被進(jìn)一步冷卻。因此，燃燒室中 的燃料/空氣混合物處于較低的溫度，從而能夠功率最佳地調(diào)整內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)刻。 因此能夠獲得發(fā)動(dòng)機(jī)效率的改進(jìn)，并同時(shí)特別是在高負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速時(shí)獲得更高的發(fā)動(dòng)機(jī)功 率連同有利的燃料消耗。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有一列或兩列汽缸，汽缸總數(shù)為 六。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在B0xer型的火花點(diǎn)火式6缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種空氣進(jìn)氣系統(tǒng) 導(dǎo)致明顯的效率提高。盡管如此，這種空氣進(jìn)氣系統(tǒng)同樣適合于具有四個(gè)汽缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，為獲得汽缸充氣的進(jìn)一步改進(jìn)(特別是在增壓式火 花點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中)，本發(fā)明規(guī)定，通過壓縮機(jī)附加地提高增壓壓力，以便補(bǔ)償由在空氣 進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)所獲得的膨脹而導(dǎo)致的增壓壓力降低。優(yōu)選調(diào)整一個(gè)比常規(guī)增壓壓力高5%至 15%的增壓壓力。在此，所述常規(guī)增壓壓力介于0.9巴與1.5巴之間。通過調(diào)整得更高的增壓壓力，在壓縮機(jī)下游，燃燒空氣溫度提高，這樣，通過調(diào)整 得更高的燃燒空氣溫度水平，在增壓空氣冷卻器中排出更大量的熱量。根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)該增 壓空氣冷卻器產(chǎn)生更高的溫度差，比在常規(guī)增壓壓力下大約高出5%至15%。以此方式，在 該增壓空氣冷卻器的下游，燃燒空氣的溫度僅略高于用常規(guī)或傳統(tǒng)增壓所獲得的溫度，因 為在該增壓空氣冷卻器處所排出的熱量比在常規(guī)增壓壓力條件下所排出的熱量高出3%到 10%之間。在此通過使用根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)所獲得的額外的熱增益導(dǎo)致燃燒室中 的燃料/空氣混合物的更低的溫度，因?yàn)樵谶M(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻燃燒室中的壓力水平以及溫度 水平都比常規(guī)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)中的低出3%到4%。因此，在帶有增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)車中，特 別是在高負(fù)荷點(diǎn)和高轉(zhuǎn)速時(shí)，能夠在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下獲得更有利的燃料消耗或者在相 同的燃料消耗下獲得更高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方案中，在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過使用 與根據(jù)本發(fā)明的膨脹空氣進(jìn)氣系統(tǒng)向結(jié)合的、具有可調(diào)節(jié)的渦輪幾何特征的排氣渦輪增壓 器，在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)之內(nèi)獲得的燃燒空氣膨脹不斷地與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適配。這樣，在 根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中能夠獲得點(diǎn)火時(shí)刻的優(yōu)化并因此獲得效率上的進(jìn)一步的提高。從說明書中可以了解進(jìn)一步的特征和特征組合。本發(fā)明的具體實(shí)施例在附圖中以 簡化的形式示出并且在以下的描述中進(jìn)行了更詳細(xì)的說明。在附圖中示出

圖1示出了帶有以兩列布置的汽缸的增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn) 氣系統(tǒng)的圖示，
圖2是根據(jù)圖1的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第一實(shí)施例的示意圖，圖3是根據(jù)圖1的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第二實(shí)施例的示意圖，圖4是帶有單列布置的汽缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第 三實(shí)施例的示意圖，圖5是根據(jù)圖4的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第四實(shí)施例的示意圖，圖6是根據(jù)圖1的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第五實(shí)施例的示意圖，圖7是根據(jù)圖4的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)按照第六實(shí)施例的示意圖，圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)之內(nèi)的壓力、溫度和質(zhì)量流 的變化曲線的示意圖，圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的尺寸關(guān)系的示意圖，圖10是一內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的增壓溫度的一個(gè)示意圖，圖11是根據(jù)圖1的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)對內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響的一個(gè)示意 圖，并且圖12是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中在“進(jìn)氣門關(guān)閉”時(shí)刻的、與所調(diào)定 的轉(zhuǎn)速相關(guān)的汽缸增壓的溫度值的一個(gè)示意圖具有增壓作用的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1具有至少一個(gè)汽缸2，在該汽缸中，在活塞(它以在 縱向上可移動(dòng)的方式保持在汽缸2中)與汽缸蓋之間形成一個(gè)燃燒室(未示出)。內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)1通過一臺壓縮機(jī)8吸入燃燒空氣。在本發(fā)明的情況下，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的增壓可以通 過一臺壓縮機(jī)8進(jìn)行，該壓縮機(jī)構(gòu)造為排氣渦輪增壓器的組成部分、機(jī)械式壓縮機(jī)的組成 部分或者電氣式壓縮機(jī)的組成部分。通過燃燒空氣的壓縮，增壓空氣溫度上升。為了降低 所述增壓空氣溫度，將一臺增壓空氣冷卻器9連接在壓縮機(jī)8的下游。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個(gè)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3，在該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)中，增壓空 氣通過一個(gè)空氣導(dǎo)向通道5被送入一個(gè)分配器管4。在圖1中示出的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3被設(shè) 計(jì)為用于帶有兩列汽缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1，這樣，為每個(gè)汽缸列設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣歧管或者說增壓 充氣腔6。在每列汽缸的每個(gè)增壓充氣腔6上設(shè)置了三個(gè)進(jìn)氣管7，通過這些進(jìn)氣管7可以 將增壓空氣供給汽缸蓋中的進(jìn)氣道(未示出)，并接著供給到燃燒室。兩個(gè)增壓充氣腔6連 接到一個(gè)中心分配器管4上。在此，每個(gè)增壓充氣腔6與對應(yīng)配置的進(jìn)氣管7構(gòu)造成一體。 根據(jù)本發(fā)明，在這兩個(gè)增壓充氣腔6之間安排了一個(gè)分配器管4，分配器管4在本實(shí)施例中 是由一個(gè)分配器模塊4a以及兩個(gè)管道段4b構(gòu)成的，這兩個(gè)管道段與對應(yīng)的增壓充氣腔構(gòu) 造成一體?？梢酝ㄟ^一些帶式卡箍或者通過一種類似卡口的閉鎖裝置來進(jìn)行連接。根據(jù)本發(fā)明，分配器管長度Lv與等效的分配器管直徑Dv相關(guān)地這樣確定尺寸使 得在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3內(nèi)通過有目的的膨脹而發(fā)生燃燒空氣增壓壓力的降低，這種膨脹部分 地發(fā)生在該增壓充氣腔中和/或在該分配器管之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，該膨脹發(fā)生在燃燒空氣 進(jìn)入分配器管4的入口(例如從分配器模塊4a起)與離開進(jìn)氣管7的出口之間的一個(gè)區(qū) 域中。根據(jù)各個(gè)汽缸2的點(diǎn)火順序不同，在該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)之內(nèi)出現(xiàn)振蕩，其中，與各個(gè)對 應(yīng)的燃燒室相關(guān)地，在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)能夠連續(xù)地、但并非必需均勻地實(shí)現(xiàn)增壓空氣膨脹。 以此方式，可以降低進(jìn)入燃燒室時(shí)的增壓空氣溫度并因此可以降低燃燒室中的燃料/空氣 混和汽溫度，這樣可以在降低燃料消耗率的同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)氣管道中的振蕩空氣在較冷的膨脹階段期間被吸入，用于準(zhǔn)備混合汽，其結(jié)果是燃燒室中的燃料/空氣混和汽的溫度被降低了。這意味著效率的明顯提高在六缸的Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率下獲得了大約15%的燃料消耗下降。本發(fā)明特點(diǎn)在于，在此所說明的膨脹進(jìn)氣系統(tǒng)3高度地適合于帶有六個(gè)或四個(gè)汽 缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1。對于一臺增壓式六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，分配器管長度Lv可通過以下公式確定200-4/3 X Ls+1. 7 X η;2.22 X (Dv-30) < Lv < 7. 2 X 106/ηΝ_1· 5 X Ls在增壓式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，分配器管長度Lv的范圍(在該范圍中膨脹空氣進(jìn) 氣系統(tǒng)可以獲得多種有利的結(jié)果)是由以下公式確定的34 X Dv-650-4/3 X Ls < Lv在此，Ls對應(yīng)于增壓充氣腔6與汽缸蓋(未示出)之間的進(jìn)氣管長度。值、表示 分配器管長度，其中該分配器管長度應(yīng)根據(jù)實(shí)施例不同而被不同地確定。Lv是第一與第二 增壓充氣腔6之間的連接管的管道長度。在根據(jù)圖3和圖5的分別帶有氣箱(tank)4c和 11的實(shí)施例中，Lv是分配器管道段之和，LV = LV1+LV2。此外，nN對應(yīng)于該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的額定 轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速下獲得最大功率。在分配器管4帶有可變的橫截面積Av(X)的情況下，該連接管的內(nèi)容積Vv通過以 下公式來確定Vv = / Av (χ) dx，其中 Am = VvZLv在此，χ是沿管道中心線的路程坐標(biāo)。在一些區(qū)域中Av(X)大于兩倍平均橫截面積 AM，這些區(qū)域被認(rèn)為不是一條管道而被認(rèn)為是一個(gè)氣箱并且不被包括在管道長度Lv的計(jì)算 以及等效連接管直徑Dv的計(jì)算中。由此，等效連接管直徑Dv根據(jù)以下公式確定Dv=在圖2的第一實(shí)施例中，分配器管長度Lv等于這兩個(gè)增壓充氣腔6之間的間距。 在根據(jù)圖3的第二實(shí)施例中，分配器管長度Lv由兩個(gè)段Lvi和Lv2的長度組成，其中，在根據(jù) 圖4的第三實(shí)施例中，分配器管長度對應(yīng)于分配器管4的彎曲長度。在根據(jù)圖5的第四實(shí) 施例中，分配器管長度Lv是由兩個(gè)段的長度Lvi和Lv2組成的。根據(jù)圖6，在第五實(shí)施例中， 分配器管長度Lv等于兩個(gè)增壓充氣腔6之間的間距，其中，在根據(jù)圖7的第六實(shí)施例中，分 配器管長度對應(yīng)于分配器管的彎曲長度。根據(jù)本發(fā)明，在遵循以上公式設(shè)計(jì)膨脹進(jìn)氣系統(tǒng)3的情況下得到燃燒室進(jìn)氣口處 溫度的有利降低。尤其在分配器管長度大約為440mm以及等效分配器管直徑Dv為50mm或 60mm或者在50mm與60mm之間的情況下，可以獲得高的膨脹度。在此，進(jìn)氣管7具有小于 200mm或150mm的長度Ls，該長度優(yōu)選在IlOmm與140mm之間。因此，分配器管長度Lv的設(shè) 計(jì)與等效分配器管直徑Dv相關(guān)地這樣選擇使得等效分配器管直徑Dv與分配器管長度Lv 的比值在0. 05至0. 14的范圍內(nèi)，特別是在0. 06至0. 13的范圍內(nèi)。在此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一臺 六缸的發(fā)動(dòng)機(jī)中，0. 066,0. 114或0. 136的比值或者處于這些值之間的比值在本發(fā)明意義 上產(chǎn)生了最佳的結(jié)果，特別是在進(jìn)氣管長度Ls小于150mm的情況下。在此說明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1按照四沖程原理運(yùn)轉(zhuǎn)，而本發(fā)明同樣適合于兩沖程的內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊目v向移動(dòng)在一個(gè)上止點(diǎn)TDC與一個(gè)下止點(diǎn)BDC之間延伸。在四沖程的內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的第一進(jìn)氣沖程中，通過一個(gè)進(jìn)氣道或者一個(gè)進(jìn)氣管7將燃燒空氣供給燃燒室， 其中活塞以向下運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到換氣下止點(diǎn)。在隨后的壓縮沖程中，活塞以向上運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)到點(diǎn)火上止點(diǎn)ITDC，在該點(diǎn)火上止點(diǎn)附近進(jìn)行點(diǎn)火。此后，活塞以一種向下運(yùn)動(dòng)膨脹，直到下 止點(diǎn)，其中在最后的沖程中，該活塞以一種向上運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到換氣上止點(diǎn)CE-TDC，迫使氣體離 開燃燒室。
圖2所示的增壓充氣腔6被連接到分配器管4上，所述分配器管4被設(shè)計(jì)為在一 個(gè)時(shí)刻將燃燒空氣供給對應(yīng)的燃燒室，在該時(shí)刻，在增壓充氣腔6中存在的增壓空氣壓力 比在空氣導(dǎo)向通道5中存在的增壓空氣壓力低。為了說明通過根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng) 3所獲得的效果，圖8示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的增壓充氣腔6中以及進(jìn)氣管7中的一些空氣狀 態(tài)變化曲線。如在圖8的上部圖中可以看到，進(jìn)氣口處的最大氣門升程被調(diào)整到在進(jìn)氣沖 程的后半時(shí)，即在換氣上止點(diǎn)CE-TDC與下止點(diǎn)BDC之間。如在圖8中的中間圖中所示，通 過增壓充氣腔6中的膨脹，燃燒空氣的溫度在進(jìn)氣沖程的后半時(shí)具有最小值Tmin。本發(fā)明的 特點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3被設(shè)計(jì)為在燃燒空氣進(jìn)氣時(shí)刻，在空氣進(jìn)氣系統(tǒng) 3中、尤其是在增壓充氣腔6中以及在進(jìn)氣管2中存在氣體動(dòng)態(tài)膨脹。以此方式，當(dāng)燃燒空 氣流入燃燒室中時(shí)，燃燒空氣基本上具有低的溫度Tmin。圖3示出了一個(gè)第二實(shí)施例，其中，在分配器管4的中心設(shè)置了一個(gè)氣箱4c取代 分配器模塊4a。在這個(gè)實(shí)施例中，分配器管長度Lv是由各個(gè)增壓充氣腔6與氣箱4c之間 的間距組成的。根據(jù)按照圖4的第三實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1同樣具有以一列 布置的六個(gè)汽缸。在此，空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3被設(shè)計(jì)為使燃燒空氣被分開，其方式為設(shè)置一個(gè)第 一增壓充氣腔6a用于前面的三個(gè)汽缸2a，設(shè)置一個(gè)第二增壓充氣腔6b用于其余的三個(gè)汽 缸2b。為此目的，分配器管4弧形地構(gòu)造，其中分配器管長度Lv對應(yīng)于弧形長度。根據(jù)本 發(fā)明，在本發(fā)明范圍內(nèi)分配器管4可以根據(jù)汽缸布置和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式不同而具有任何可 想到的形狀(例如弧形的、直的或角形的)，或者構(gòu)造為由不同形狀組成的組合。圖5示出了第三實(shí)施例的一種修改形式作為第四實(shí)施例，其中分配器管4在此被 分成兩個(gè)段，一個(gè)氣箱11被定位在空氣導(dǎo)向通道5與各個(gè)對應(yīng)的分配器管道段10之間。在 這個(gè)實(shí)施例中，分配器管長度Lv是由兩個(gè)分配器管道段的長度Lvi和Lv2組成的。根據(jù)如圖6的本發(fā)明第五實(shí)施例，一個(gè)附加分配器管12被安排在增壓充氣腔6之 間，該附加分配器管12可以通過一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換元件(在這里構(gòu)造為間板13)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參 數(shù)來接通。通過安排在附加分配器管12中的開關(guān)間板13能夠調(diào)整等效分配器管直徑Dv 的大小。以此方式，增壓空氣的可獲得的膨脹能夠與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速相關(guān)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在前面說明的所有實(shí)施例中同樣可以想到設(shè)置帶有開關(guān)閘板13的附加分配器管12。在此， 根據(jù)分配器管的形式而定可將一個(gè)或兩個(gè)附加分配器管12定位在相應(yīng)位置上以調(diào)節(jié)等效 分配器管直徑Dv的大小。在圖7中所示的第六實(shí)施方案代表圖4中的第五實(shí)施方案的一 種修改形式。圖12示出了在膨脹的增壓空氣向燃燒室中的入流結(jié)束之后該燃燒室中的增壓溫 度Tb的示例性變化曲線。圖12中的三個(gè)圖示出了與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速相關(guān)的不同的溫 度值。因此能夠通過可開關(guān)的附加分配器管12來與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如轉(zhuǎn)速相關(guān)地 調(diào)整一確定的等效分配器管直徑Dv，并且由此獲得增壓空氣的協(xié)調(diào)的膨脹。因此，能夠與運(yùn) 行參數(shù)相關(guān)地調(diào)整增壓空氣在進(jìn)入燃燒室的時(shí)刻的最低溫度，從而在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的對應(yīng) 運(yùn)行點(diǎn)處獲得最佳效率。以下更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的膨脹進(jìn)氣系統(tǒng)3及其設(shè)計(jì)。圖1所示空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3的在圖9中示出的尺寸關(guān)系示意圖是根據(jù)圖12中的增壓空氣溫度變化曲線導(dǎo)出的。在 此，在圖9中所示出的三角形展示了帶有圖12中的增壓空氣低溫度值的溫度范圍。在此， 分配器管長度Lv與等效分配器管直徑Dv相關(guān)地這樣選擇使得在圖9中所示的三角形之一 中產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)。通過這樣一種設(shè)計(jì)，在根據(jù)本發(fā)明的膨脹進(jìn)氣系統(tǒng)3中，在燃燒室的進(jìn)氣 口處產(chǎn)生根據(jù)圖12的相應(yīng)的增壓空氣溫度TMin?？諝膺M(jìn)氣系統(tǒng)3的幾何設(shè)計(jì)導(dǎo)致了增壓空氣的膨脹，這種膨脹是這樣的，即增壓 空氣振蕩的膨脹階段根據(jù)圖8的上部圖形處于第二進(jìn)氣過程的后半段。在圖8中，在該進(jìn) 氣過程的后半段，增壓空氣的最低溫度值發(fā)生在膨脹階段。根據(jù)本發(fā)明，由于吸入相對冷的 空氣質(zhì)量，燃燒室汽缸充氣具有相對較低的溫度。這種效果引起爆震極限按照圖11向早的 方向移位，從而允許更早的點(diǎn)火。
因此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，其方式是，將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的點(diǎn)火時(shí)刻調(diào)整得比在汽 缸充氣較熱情況下更早。這導(dǎo)致了功率的顯著增加。由于得到減少的爆震傾向，可想到，內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比升高。為了補(bǔ)償在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3中實(shí)現(xiàn)的膨脹，通過壓縮機(jī)8來調(diào)整一個(gè)合適的增壓 壓力，該增壓壓力高于常規(guī)增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的增壓壓力。本膨脹空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3的增 壓壓力的增加可以高于常規(guī)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，例如高出0. 15巴到0. 3巴之間。通過這種增壓 壓力提高，增壓空氣冷卻器9的上游增壓空氣溫度提高大約10度，其中在增壓空氣冷卻器 9的下游測得約2至3度的增壓空氣溫度提高。因此，通過所產(chǎn)生的膨脹使增壓空氣溫度進(jìn)一步降低，從而根據(jù)圖8和圖10在燃 燒室進(jìn)氣口處獲得與常規(guī)溫度相比更低的增壓空氣溫度，同時(shí)維持了所希望的增壓壓力水 平。因此保持了燃燒室中的較高的空氣進(jìn)入量，并且同時(shí)，由于按照圖10和圖11的內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)1的爆震極限的移位而獲得功率提高。本發(fā)明涉及一種增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)汽缸2和一個(gè)空氣 進(jìn)氣系統(tǒng)3，其中空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3是由至少一個(gè)分配器管4、多個(gè)進(jìn)氣管7以及兩個(gè)增壓充 氣腔6形成的，每個(gè)增壓充氣腔6被定位在分配器管4與所對應(yīng)的進(jìn)氣管7之間。在此，燃 燒空氣經(jīng)由一個(gè)空氣導(dǎo)向通道5被送到空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3，該空氣導(dǎo)向通道通入分配器管4 中，燃燒空氣的增壓壓力在離開壓縮機(jī)8的出口后被減小，直至進(jìn)入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室 中。根據(jù)本發(fā)明，分配器管長度Lv與等效分配器管直徑Dv相關(guān)地這樣確定尺寸使得 能夠在空氣進(jìn)氣系統(tǒng)3之內(nèi)通過膨脹而獲得增壓壓力的減小，其中該膨脹發(fā)生在該增壓充 氣腔中、在對應(yīng)的進(jìn)氣管7中和/或在分配器管4之內(nèi)。在此，本發(fā)明適合于有四個(gè)或六個(gè) 汽缸的Boxer型的發(fā)動(dòng)機(jī)，特別適合于具有排氣渦輪增壓器的Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪增壓器 具有可調(diào)整的渦輪幾何特征。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，具有多個(gè)汽缸(2)、一個(gè)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)、一臺用于輸送燃燒空氣的壓縮機(jī)(8)以及設(shè)置在汽缸(2)中的燃燒室，所述燃燒室被界定在活塞與汽缸蓋之間，其中該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)由至少一個(gè)分配器管(4)、多個(gè)進(jìn)氣管(7)以及至少一個(gè)增壓充氣腔(6)形成，所述增壓充氣腔(6)定位在所述分配器管(4)與進(jìn)氣管(7)之間，其中，燃燒空氣經(jīng)由一空氣導(dǎo)向通道(5)被送給該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)，該空氣導(dǎo)向通道通入所述分配器管(4)中，并且該燃燒空氣的增壓壓力(p)在離開該壓縮機(jī)(8)之后被減小，直至進(jìn)入該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃燒室中，其特征在于，分配器管長度(Lv)是與等效的分配器管直徑(Dv)相關(guān)地這樣確定尺寸的使得能夠在該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)內(nèi)部通過膨脹來獲得該增壓壓力(p)的減小，其中，該膨脹部分地發(fā)生在增壓充氣腔(6)中、在各對應(yīng)的進(jìn)氣管(7)中和/或在分配器管(4)內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該分配器管長度(Lv)是與該內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的額定轉(zhuǎn)速(％)和/或進(jìn)氣管長度(Ls)相關(guān)地確定尺寸的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該分配器管長度(Lv)是與 等效的分配器管直徑(Dv)相關(guān)地這樣構(gòu)造的使得等效的分配器管直徑(Dv)與分配器管 長度(Lv)之比為0.05至0. 14，或者為0.06至0. 13。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)這 樣構(gòu)造使得所述進(jìn)氣管長度(Ls)短于200mm，或者短于150mm。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)(3)具 有兩個(gè)增壓充氣腔(6)，其中，所述分配器管(4)由一個(gè)分配器模塊(4a)以及兩個(gè)分配器管 道段(4b)形成，其中，每個(gè)分配器管道段(4b)定位在該分配器模塊(4a)與所述增壓充氣 腔(6)之一之間。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)構(gòu)造 為火花點(diǎn)火式六缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是Boxer型，其中，汽缸(2)的數(shù)量為四或六。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，分配器管長度(Lv)大 于通過第一公式所確定的一個(gè)長度(L1),該第一公式為L1 = 200-4/3 X Ls+1. 7 X n^2·22 X (Dv-30)，其中，Ls對應(yīng)于相應(yīng)的進(jìn)氣管長度，nN對應(yīng)于該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的額定轉(zhuǎn)速，并且隊(duì)對 應(yīng)于等效分配器管直徑。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，分配器管長度(Lv)小 于通過第二公式所確定的一個(gè)長度(L2),該第二公式為L2 = 7. 2Χ106/ηΝ-1· 5XLs,其中，Ls對應(yīng)于相應(yīng)的進(jìn)氣管(7)長度，并且ηΝ對應(yīng)于該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的額定轉(zhuǎn)速。
9.如權(quán)利要求1至6之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，分配器管長度(Lv)大 于通過第三公式確定的一個(gè)長度(L3),該第三公式為L3 = 34XDv-650X4/3 Ls,其中，Ls對應(yīng)于相應(yīng)的進(jìn)氣管長度，并且Dv對應(yīng)于等效分配器管直徑。
10.如權(quán)利要求1至9之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，設(shè)置有一個(gè)可開關(guān)的第二分配器管(12)。
11.如權(quán)利要求1至10之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，在該第二分配器管 (4)中設(shè)置有一個(gè)開關(guān)閘板(13)，通過該開關(guān)閘板(13)能夠調(diào)整等效分配器管直徑(Dv)的 大小。
12.如權(quán)利要求1至11之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)具 有一個(gè)排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器具有可調(diào)節(jié)的渦輪幾何特征。
13.如權(quán)利要求1至12之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，由該壓縮機(jī)(8)造成 的增壓壓力額外提高是可調(diào)整的，其中，調(diào)整后的增壓壓力值比處于0. 9與1. 5巴之間的值 高出5%至15%。
14.如權(quán)利要求1至13之一所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其特征在于，在該空氣進(jìn)氣系統(tǒng) (3)內(nèi)可獲得的膨脹能夠與運(yùn)行參數(shù)、特別是該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速(nN)相關(guān)地進(jìn)行調(diào)iF. ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)汽缸以及一個(gè)空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)由至少一個(gè)分配器管、多個(gè)進(jìn)氣管以及至少一個(gè)增壓充氣腔形成，該增壓充氣腔定位在分配器管與進(jìn)氣管之間。在此，燃燒空氣經(jīng)一空氣導(dǎo)向通道送給空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，該空氣導(dǎo)向通道通入分配器管，其中，燃燒空氣增壓壓力在離開壓縮機(jī)后減小，直至進(jìn)入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。根據(jù)本發(fā)明，分配器管長度與等效的分配器管直徑相關(guān)地確定尺寸，使得能夠在該空氣進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)部通過膨脹來獲得增壓壓力的減小，其中，該膨脹部分地發(fā)生在增壓充氣腔中、在各對應(yīng)的進(jìn)氣管中和/或在分配器管內(nèi)。
文檔編號F02B27/02GK101960115SQ200880025090
公開日2011年1月26日 申請日期2008年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者F·塞勒, J·沙伊巴, L·泰勒曼 申請人:Dr.Ing.h.c.F.保時(shí)捷股份公司