專利名稱：具有渦輪機的氣缸蓋的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有徑流式渦輪機的氣缸蓋，其中所述氣缸蓋具有至少一個氣缸，每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的至少一個排氣口并且排氣管路連接到每個排氣口，所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路，由此形成至少一個排氣歧管，所述總排氣管路通向所述徑流式渦輪機的進氣區(qū)域，所述區(qū)域合并到運載廢氣的流動管道中，并且所述徑流式渦輪機包括布置在渦輪機殼體中并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的轉(zhuǎn)子，所述徑流式渦輪機具有整合到所述殼體中以形成冷卻系統(tǒng)的至少一個冷卻劑管道，所述至少一個冷卻劑管道在所述殼體中圍繞所述軸螺旋形地延伸。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機具有氣缸體和氣缸蓋，氣缸體和氣缸蓋在它們的組裝面彼此連接以形成至少一個氣缸，即，燃燒室。為了容納活塞和在需要時容納氣缸套，氣缸體具有相應數(shù)量的氣缸膛。活塞在氣缸套中以這樣的方式被引導，使得允許軸向運動，并且與氣缸套和氣缸蓋一起形成內(nèi)燃機的燃燒室。氣缸蓋通常用于容納閥動裝置。為了控制增壓循環(huán)，內(nèi)燃機需要控制元件和用于致動控制元件的致動裝置。作為增壓循環(huán)的一部分，燃燒氣體經(jīng)由排氣口被排出，并且燃燒室被填充，即，新鮮混合物或新鮮空氣經(jīng)由進氣口被吸入。在四沖程發(fā)動機的情況下，往復式閥幾乎是用于控制增壓循環(huán)的唯一類型的控制元件，在內(nèi)燃機的操作期間執(zhí)行振蕩沖程運動并且以該方式暴露和關閉進氣口和排氣口。移動閥所需的閥致動機構(gòu)(包括閥自身) 被稱為閥動裝置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通向進氣口的進氣管道和連接到排氣口的排氣管道(即，排氣管路)至少部分地被整合到氣缸蓋中。每個單獨的氣缸的排氣口的排氣管路通常在氣缸蓋中被集合在一起以形成與氣缸關聯(lián)的分排氣管路，之后所述分排氣管路經(jīng)常被組合以形成單一的總排氣管路。成為總排氣管路的排氣管路的組合通常并且在本發(fā)明的上下文中被稱為排氣歧管。在所述至少一個歧管的下游，廢氣然后被給送到徑流式渦輪機，例如排氣渦輪增壓器的渦輪機，并且如果適用的話，穿過一個或多個廢氣后處理系統(tǒng)。渦輪機的生產(chǎn)成本是比較高的，原因是用于熱高應力渦輪機殼體的、經(jīng)常包含鎳的材料昂貴，尤其與優(yōu)選地用于氣缸蓋的材料(例如鋁)相比。不僅材料本身的成本，用于渦輪機殼體的這些材料的加工成本也是比較高的。由上述內(nèi)容得出結(jié)論，如果有可能提供可以由更廉價的材料(例如鋁)制造的渦輪機，則在成本方面將是極其有利的。鋁的使用在渦輪機的重量方面也將是有利的。尤其如果考慮到靠近發(fā)動機的渦輪機的布置導致尺寸較大的大體積殼體。這是由于因為受限制的空間條件的緣故借助于凸緣和螺栓連接渦輪機和氣缸蓋必須有大的渦輪機進氣區(qū)域，并且也是由于必須為組裝工具提供足夠的空間。大體積殼體必然產(chǎn)生相應的高重量。假定靠近發(fā)動機的渦輪機的布置，由于材料的相對大的用量，鋁優(yōu)于能夠承受高應力的材料的重量優(yōu)點是特別明顯的。為了使更廉價的材料能夠用于生產(chǎn)渦輪機，現(xiàn)有技術(shù)的渦輪機設有冷卻系統(tǒng)，例如液體冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)大大減小了由熱廢氣施加于渦輪機和施加于渦輪機殼體的熱應力并且因此允許使用承受熱應力的能力更小的材料。通常，渦輪機殼體設有冷卻套以便形成冷卻系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)包括兩種構(gòu)思，在一種構(gòu)思中殼體是鑄件并且冷卻套作為鑄造工藝的一部分形成為整體殼體的一體部分，在另一種構(gòu)思中殼體是模塊化結(jié)構(gòu)，其中用作冷卻套的腔在組裝期間形成。例如在已公開的德國申請DE 102008011257A1中描述了根據(jù)最后提到的構(gòu)思構(gòu)造的渦輪機。通過為實際渦輪機殼體提供外罩，因此在殼體和布置在一定距離處的至少一個外罩構(gòu)件之間形成冷卻劑可以傳入其中的腔，從而形成用于渦輪機的液體冷卻系統(tǒng)。附加有外罩的殼體于是包括冷卻套。EP 1384857A2類似地公開了一種渦輪機，所述渦輪機的殼體設有冷卻套。DE 102007017973A1描述了一種用于形成蒸汽冷卻渦輪機套的套件。由于通常使用的液體(尤其是水)的高比熱容，借助于液體冷卻可以從殼體去除大量的熱。熱被釋放到殼體內(nèi)的冷卻劑并且隨著冷卻劑被帶走。釋放到冷卻劑的熱在熱交換器中再次從冷卻劑被去除。原則上，存在為渦輪機的液體冷卻系統(tǒng)提供獨立的熱交換器或者在液體冷卻內(nèi)燃機的情況下為了該目的使用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的熱交換器(即，另一個液體冷卻系統(tǒng)的熱交換器)的可能性。后一種選擇僅僅需要兩個回路之間的適當連接。然而，在該情況下必須考慮的一個因素在于，如果耐熱應力性小的材料(例如鋁) 用于生產(chǎn)殼體，則由渦輪機中的冷卻劑吸收的熱量可以為40kW或以上。在熱交換器中從冷卻劑去除如此大量的熱并且借助于空氣流將它消散到環(huán)境經(jīng)證明是有問題的。公認地，現(xiàn)代的機動車輛驅(qū)動器適配有大功率風扇電機以便在熱交換器處提供足夠高的熱傳遞所需的空氣的質(zhì)量流。然而，不能選擇或任意地增加決定熱傳遞的另一個參數(shù)的量值，即，熱傳遞可用的表面積，原因是在通常布置各種熱交換器處的車輛的前端區(qū)域中的可用空間是有限的。除了發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的熱交換器以外，現(xiàn)代的機動車輛常常具有額外的熱交換器，特別是冷卻裝置。中冷器(charge air cooler)常常被布置在增壓式內(nèi)燃機的進氣側(cè)以便有助于氣缸的更好填充。為了遵照最大容許油溫，經(jīng)由油底殼通過熱傳導和自然對流產(chǎn)生的熱消散常常不再足夠，并且在一些情況下，提供油冷卻器。而且，現(xiàn)代的內(nèi)燃機越來越多地適配有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。廢氣再循環(huán)是消除氮氧化物的形成的一種方式。為了實現(xiàn)氮氧化物排放的顯著減小，需要高廢氣再循環(huán)速度，并且這些使再循環(huán)廢氣的冷卻(即，通過冷卻來壓縮廢氣)成為必要?？梢蕴峁╊~外的冷卻器以例如在自動變速的情況下冷卻潤滑油和/或冷卻在可液壓致動調(diào)節(jié)裝置中使用或用于動力轉(zhuǎn)向的液壓流體，尤其是液壓油。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空氣調(diào)節(jié)冷凝器類似地是熱交換器，其在操作期間必須將熱排放到環(huán)境，也就是說， 需要足夠高的空氣流速并且因此必須被布置在前端區(qū)域中。
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由于在前端區(qū)域中的很受限制的空間條件和大量的熱交換器，因此不可能根據(jù)需要確定單獨的熱交換器的尺寸。不存在將用于渦輪機的液體冷卻的足夠大的熱交換器布置在前端區(qū)域中從而當使用耐熱應力性小的材料時允許處理大量的熱的消散的可能性。所以在冷卻式渦輪機的設計構(gòu)造中存在冷卻能力和材料之間的折衷。

發(fā)明內(nèi)容
假定上述的內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種在渦輪機方面被優(yōu)化的根據(jù)權(quán)利要求 1的前序部分所述的具有徑流式渦輪機的氣缸蓋。該目的由一種具有徑流式渦輪機的氣缸蓋實現(xiàn)，其中-所述氣缸蓋具有至少一個氣缸，每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的至少一個排氣口并且排氣管路連接到每個排氣口，所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路，由此形成至少一個排氣歧管，所述總排氣管路通向所述徑流式渦輪機的進氣區(qū)域，所述區(qū)域合并到運載廢氣的流動管道中，并且-所述徑流式渦輪機包括布置在渦輪機殼體中并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的轉(zhuǎn)子， 所述徑流式渦輪機具有整合到所述殼體中以形成冷卻系統(tǒng)的冷卻劑管道，所述至少一個冷卻劑管道在所述殼體中圍繞所述軸螺旋形地延伸，其中-所述至少一個冷卻劑管道圍繞所述流動管道周向地并且在離所述流動管道一定距離處在角α的范圍內(nèi)延伸，其中α <45°。根據(jù)本發(fā)明，設在所述殼體中的所述冷卻劑管道不完全包圍(即，封裝)所述轉(zhuǎn)子，類似于冷卻套，而是沿圓周方向僅在有限的角范圍α內(nèi)覆蓋所述流動管道，其中 α ^ 45°。在這里目的不是實現(xiàn)在盡可能大的面積上包覆轉(zhuǎn)子并且因此保證最大可能的熱消散。相反地，通過以根據(jù)本發(fā)明的方式確定所述至少一個冷卻劑管道的尺寸而故意地限制冷卻能力。冷卻能力由所提供的有限熱傳遞表面限制。借助于該措施，可以消散的最大熱量有利地被減小或限制。這消除了必須消散由渦輪機中的冷卻劑吸收的非常大量的熱的問題。根據(jù)適度的冷卻能力，為了生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的渦輪機，需要選擇合適的材料，即， 灰鑄鐵或鑄鋼。在一個方面，為了生產(chǎn)渦輪機殼體，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思使得有可能摒棄具有承受高熱應力的能力的材料，尤其是包含鎳的材料，原因是本發(fā)明也準備為渦輪機設置冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)保證溫度的減小并且因此減小材料上的熱應力，導致材料不必要具有耐高溫性。在另一方面，所選擇的冷卻能力不是太大，從而可以利用僅具有很小耐熱應力性的材料，例如鋁。根據(jù)本發(fā)明的方法，不必要使用昂貴的材料，而且不需要在渦輪機冷卻的情況下過度地消散大量的熱。因此實現(xiàn)了本發(fā)明的潛在目標，S卩，提供一種在渦輪機方面被優(yōu)化的根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的具有徑流式渦輪機的氣缸蓋的目標。根據(jù)本發(fā)明，所述渦輪機作為徑流式渦輪機被實現(xiàn)，S卩，進入轉(zhuǎn)子葉片的流動是大致徑向的。在本文中，大致徑向表示沿徑向方向的速度分量大于軸向速度分量。流動的速度向量與渦輪機的軸或軸線交叉，更特別地成直角交叉(如果進入的流動正好是徑向的話)。 達到該程度，徑流式渦輪機也可以是混合流動構(gòu)造，只要沿徑向方向的速度分量大于沿軸向方向的速度分量。為了使流動能夠徑向地進入轉(zhuǎn)子葉片，用于送入廢氣的進氣區(qū)域常常被設計為一直圓形地延伸的螺旋形或渦形殼體，保證廢氣至渦輪機的流入是大致徑向的。根據(jù)本發(fā)明的具有徑流式渦輪機的氣缸蓋尤其適合于增壓式內(nèi)燃機，所述增壓式內(nèi)燃機由于相對高的廢氣溫度而受到特別高的熱應力。因此，廢氣渦輪增壓器的渦輪機的冷卻是有利的。所以其中徑流式渦輪機是廢氣渦輪增壓器的一部分的實施例也是有利的。增壓主要用于提升內(nèi)燃機的功率。燃燒過程所需的空氣被壓縮，使每個工作循環(huán)更大的空氣質(zhì)量能夠被給送到每個氣缸。因此，有可能增加燃油質(zhì)量并且因此增加平均壓力。增壓是提升內(nèi)燃機的功率同時對于相同的功率保持排量不變或減小排量的合適手段。在每種情況下，增壓導致單位安裝體積的功率增加和更有利的功率-質(zhì)量比。 假定相同的車輛邊界條件，因此負荷總體有可能朝著比燃油消耗率(specific fuel consumption)更低的更高負荷移動。因此，在內(nèi)燃機的發(fā)展中，增壓有助于不斷努力使得燃油消耗最小化，也就是說改善內(nèi)燃機的效率。與機械增壓器相比，廢氣渦輪增壓器的優(yōu)點在于沒有機械連接或不需要機械連接以在增壓器和內(nèi)燃機之間傳輸動力。盡管機械增壓器直接從內(nèi)燃機吸取驅(qū)動它所需的能量，但是廢氣渦輪增壓器使用熱廢氣的能量。其中氣缸蓋具有至少兩個氣缸的實施例是有利的。如果氣缸蓋具有兩個氣缸并且僅僅一個氣缸的排氣管路形成通向徑流式渦輪機的總排氣管路，則這同樣是根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋。如果氣缸蓋具有三個或以上氣缸并且僅僅兩個氣缸的排氣管路組合以形成總排氣管路，則這同樣是根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋。其中例如氣缸蓋具有串聯(lián)布置的四個氣缸并且外氣缸的排氣管路和內(nèi)氣缸的排氣管路均組合以形成總排氣管路的氣缸蓋的實施例同樣是根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋。在三個和以上氣缸的情況下，所以這樣的實施例也是有利的，在所述實施例中-以這樣的方式構(gòu)造至少三個氣缸使得它們形成兩個組，每個組包括至少一個氣缸，并且-在每種情況下每個氣缸組中的氣缸的排氣管路組合以形成總排氣管路，由此形成排氣歧管。該實施例尤其適合于雙流渦輪機的使用。雙流渦輪機具有帶有兩個進氣管道的進氣區(qū)域，也就是說當它是兩個進氣區(qū)域時，兩個總排氣管路以這樣的方式連接到雙流渦輪機使得一個總排氣管路通向每個進氣管道。在總排氣管路中運載的兩個排氣流的組合可以發(fā)生在渦輪機的下游。如果以可以保持高壓力(尤其是排氣前導脈沖)的方式對排氣管路進行分組，則雙流渦輪機尤其適合于脈沖增壓，由此有可能在低旋轉(zhuǎn)速度下獲得高渦輪機壓力比。然而，當使用若干渦輪機或廢氣渦輪增壓器并且一個總排氣管路連接到每個渦輪機時，對氣缸和排氣管路進行分組也提供優(yōu)點。然而，其中氣缸蓋的所有氣缸的排氣管路組合以形成單一的(即，共同的)總排氣管路的實施例也是有利的。其中冷卻劑管道在殼體曲徑中圍繞軸螺旋形地延伸(即，在蛇形線路中延伸)的實施例是有利的。結(jié)合從屬權(quán)利要求論述氣缸蓋的進一步的有利實施例。其中所述徑流式渦輪機具有被整合到所述殼體中以形成冷卻系統(tǒng)的冷卻劑管道的氣缸蓋的實施例是有利的。其中α彡30°，有利地α < 20°或α彡15°的氣缸蓋的實施例是有利的。所選擇的角的大小特別地取決于用于殼體的材料。冷卻劑管道沿圓周方向覆蓋流動管道的角范圍越小，所需的殼體體積越小，S卩，材料的用量越小，這決定性地由待整合的冷卻劑管道的尺寸共同確定。因此，殼體的重量也隨著冷卻劑管道的尺寸而增加或減小。其中所述渦輪機殼體是鑄件的氣缸蓋的實施例是有利的。通過鑄造和使用合適的芯體，鑄件的復雜結(jié)構(gòu)可以在單一操作中形成，結(jié)果是然后僅僅需要鑄件的精加工和組裝以形成渦輪機。其中每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的兩個排氣口的氣缸蓋的實施例是有利的。閥動裝置的任務是在正確的時間暴露或關閉內(nèi)燃機的進氣口和排氣口，目的是快速暴露盡可能大的流動橫截面以便減少氣體的流入和流出流中的節(jié)流損失并且保證用新鮮混合物最好地填充內(nèi)燃機和有效地(即，完全)排出廢氣。所以有利的是，為氣缸提供兩個或以上進氣口和/或排氣口。其中所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路由此在所述氣缸蓋內(nèi)形成至少一個整合排氣歧管的氣缸蓋的實施例是有利的。應當考慮根本目的是盡可能靠近氣缸的排氣口布置渦輪機，特別是廢氣渦輪增壓器的渦輪機，以便以該方式能夠最好地利用決定性地取決于廢氣壓力和廢氣溫度的熱廢氣的焓，并且保證來自渦輪機或渦輪增壓器的快速響應。而且，熱廢氣至各種廢氣后處理系統(tǒng)的路徑也應當盡可能地短，允許廢氣很快冷卻并且保證廢氣后處理系統(tǒng)盡可能快地到達它們的操作溫度或啟動溫度，尤其在內(nèi)燃機已被冷啟動之后。所以關心的是最小化在氣缸處的排氣口和渦輪機之間以及在氣缸處的排氣口和廢氣后處理系統(tǒng)之間的排氣管路的部分的熱慣性，這可以通過減小所述部分的質(zhì)量和長度實現(xiàn)。為了實現(xiàn)該目的，現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案的一種方法在氣缸蓋內(nèi)組合排氣管路以形成至少一個整合排氣歧管。這減小了排氣管路的長度。在一個方面，在渦輪機的上游的管路的體積(即，排氣管路中的廢氣的體積)被減小，因此改善了渦輪機的響應行為。在另一方面，縮短的排氣管路也導致在渦輪機的上游的排氣系統(tǒng)中的更低熱慣性，導致在渦輪機進氣口處的廢氣的溫度增加，結(jié)果是在渦輪機的進氣口處的廢氣的焓也更高。此外，在氣缸內(nèi)組合排氣管路允許驅(qū)動單元的密集布置。然而，以該方式設計的氣缸蓋受到比適配有外部歧管的常規(guī)氣缸蓋更高的熱應力，并且因此更加需要冷卻系統(tǒng)。在燃燒期間由燃油的放熱化學轉(zhuǎn)化釋放的熱部分地經(jīng)由界定燃燒室的壁消散到氣缸蓋和氣缸體并且部分地經(jīng)由廢氣流消散到相鄰部件和環(huán)境。為了限制氣缸蓋上的熱應力，必須再次從氣缸蓋去除被引入氣缸蓋中的熱流中的一些。由于液體的熱容相對于空氣顯著更高，因此與空氣冷卻系統(tǒng)相比明顯更大的熱量可以由液體冷卻系統(tǒng)消散，由于該原因所述類型的氣缸蓋有利地設有液體冷卻系統(tǒng)。液體冷卻需要氣缸蓋設有至少一個冷卻套，S卩，運載冷卻劑通過氣缸蓋的冷卻劑管道的布置，并且這需要具有復雜結(jié)構(gòu)的氣缸蓋設計。在一個方面，這意味著通過冷卻劑管道的引入弱化了機械和熱高應力氣缸蓋。在另一方面，就液體冷卻系統(tǒng)而言，熱首先不必被傳導到氣缸蓋的表面以便被消散。熱被釋放到氣缸蓋自身內(nèi)的冷卻劑(通常是包含添加劑的水)。在該布置中，冷卻劑由布置在冷卻回路中的泵輸送并且因此在冷卻套中循環(huán)。以該方式，釋放到冷卻劑的熱從氣缸蓋的內(nèi)部被消散并且在熱交換器中再次從冷卻劑去除。冷卻能力應當優(yōu)選地足夠高以消除對加濃(enrichment) ( λ < 1)的需要，以便降低廢氣的溫度，例如如EP 1722090Α2中所述，這從能量考慮的觀點來看必然被認為是不利的，尤其關于內(nèi)燃機的燃油消耗和關于污染物排放。這是由于加濃涉及比與所提供的空氣量燃燒的可能燃油噴射更多的燃油，額外的燃油同樣被加熱和汽化，因此降低燃燒氣體的溫度。特別地，所需的加濃并不總是允許內(nèi)燃機以例如對于所提供的廢氣后處理系統(tǒng)來說必要的方式進行操作。也就是說這導致內(nèi)燃機的操作的限制。在氣缸蓋內(nèi)組合排氣管路(即，將至少一個排氣歧管與用于蓋的液體冷卻系統(tǒng)的提供整合在一起)在內(nèi)燃機冷啟動時有利地導致冷卻劑的快速加熱，并且因此導致內(nèi)燃機的更快加溫，并且在正使用冷卻劑操作用于車輛的乘客艙的加熱系統(tǒng)的情況下，導致所述乘客艙的更快加熱。發(fā)現(xiàn)液體冷卻系統(tǒng)尤其對于增壓式發(fā)動機有利，原因是增壓式發(fā)動機上的熱應力顯著地大于常規(guī)的內(nèi)燃機。從上述內(nèi)容得出結(jié)論，其中所述氣缸蓋設有被整合到所述氣缸蓋中以形成液體冷卻系統(tǒng)的至少一個冷卻套的氣缸蓋的實施例是有利的。其中被整合到所述氣缸蓋中的所述至少一個冷卻套連接到所述渦輪機的所述至少一個冷卻劑管道的氣缸蓋的實施例是有利的。如果被整合到氣缸蓋中的至少一個冷卻套連接到渦輪機的至少一個冷卻劑管道， 則原則上僅僅需要形成冷卻回路所需的剩余部件和單元中的各一個，原因是它們都可以用于渦輪機的冷卻回路并且也用于氣缸蓋的冷卻回路，并且這不僅導致增效和相當大的成本節(jié)約，而且導致重量節(jié)省。因此，優(yōu)選的是僅僅提供輸送冷卻劑的一個泵和用于儲存冷卻劑的一個容器。在氣缸蓋中和在渦輪機殼體中釋放到冷卻劑的熱可以在共同的熱交換器中從冷卻劑被去除。另外，渦輪機的冷卻劑管道可以經(jīng)由氣缸蓋被供應冷卻劑，消除了在渦輪機殼體中提供任何進一步的冷卻劑供應和排出口的需要，并且也使得有可能摒棄額外的冷卻劑管路。這樣的實施例是有利的，其中-所述氣缸蓋能夠在組裝面連接到氣缸體，并且-被整合到所述氣缸蓋中的所述至少一個冷卻套具有布置在所述排氣管路和所述氣缸蓋的組裝面之間的下冷卻套，和布置在所述排氣管路的與所述下冷卻套相反的側(cè)的上冷卻套，所述上冷卻套和所述下冷卻套優(yōu)選地彼此連接。其中下冷卻套和/或上冷卻套連接到渦輪機的冷卻套的組合的實施例是有利的。這樣的組合的實施例是有利的，其中至少一個連接器設在下冷卻套和上冷卻套之間以允許冷卻劑穿過，所述連接器在離排氣管路一定距離處設在整合排氣歧管的遠離至少兩個氣缸的側(cè)。在當前的情況下，氣缸蓋具有布置在氣缸蓋的外壁中(即，至少一個整合排氣歧管的外部)的至少一個連接器。連接器是將下冷卻套連接到上冷卻套的孔或流動管道，并且冷卻劑可以通過所述連接器流出下冷卻套進入上冷卻套和/或相反。在一個方面，這意味著原則上冷卻也發(fā)生在氣缸蓋的外壁的區(qū)域中。在另一方面， 冷卻劑的常規(guī)縱向流(即，沿氣缸蓋的縱軸線的方向的冷卻劑流)由冷卻劑的橫向流補充， 所述橫向流橫向于縱向流并且優(yōu)選地近似沿氣缸的縱軸線的方向流動。在這里，由至少一個連接器產(chǎn)生的冷卻劑流對熱消散做出決定性的貢獻。更特別地，合適地確定至少一個連接器的橫截面的尺寸使得有可能對連接器中的冷卻劑的流動速度施加特定影響，并且因此對該至少一個連接器的區(qū)域中的熱消散施加特定影響。可以通過在上冷卻套和下冷卻套之間生成壓降而額外地和有利地改善冷卻，這又增加了至少一個連接器中的速度，由于對流導致熱傳遞增加。如果下冷卻套和上冷卻套連接到渦輪機的冷卻套或經(jīng)由渦輪機的冷卻套彼此連接，則這樣的壓降也提供優(yōu)點。壓降于是用作用于將冷卻劑輸送通過渦輪機的冷卻管道的驅(qū)動力。其中至少一個連接器完全被整合到氣缸蓋的外壁中的實施例是有利的。該實施例例如與這樣的氣缸蓋設計是截然不同的，在所述氣缸蓋設計中外壁設有用于將冷卻劑供應到上和下冷卻套或從上和下冷卻套排出冷卻劑的口。這樣的實施例是有利的，其中至少一個連接器和總排氣管路之間的距離小于一個氣缸的直徑，優(yōu)選地小于該直徑的一半，所述距離從總排氣管路的外壁和連接器的外壁之間的行程的長度獲得。這樣的實施例是有利的，其中提供至少兩個連接器，每個連接器布置在總排氣管路的相對側(cè)。這樣的實施例是有利的，其中渦輪機和氣缸蓋是彼此非剛性、剛性和/或材料性連接的獨立部件。模塊化結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點是單獨的部件(即，渦輪機和氣缸蓋)也可以在模塊化的基礎上與其他部件(更特別地，其他氣缸蓋或渦輪機)組合。部件的通用性通常增加產(chǎn)量， 由此使得有可能減小單位生產(chǎn)成本。而且，如果渦輪機或氣缸蓋由于缺陷而必須被更換(即，替換)，則這減小成本。這樣的實施例也是有利的，其中渦輪機殼體至少部分地被整合到氣缸蓋中，使得氣缸蓋和渦輪機殼體的至少一部分形成整體部件。就其本質(zhì)而言，整合結(jié)構(gòu)消除了在氣缸蓋和渦輪機之間形成能夠承受高熱應力并且因此昂貴的氣密連接的需要。因此，也不再有廢氣將由于泄露意外地逸出到環(huán)境中的風險。若加以必要的修改，類似的考慮也適用于冷卻劑回路和冷卻套的連接方面以及適用于冷卻劑泄露方面。所利用的徑流式渦輪機可以設有可變渦輪機幾何形狀，這允許通過渦輪機幾何形狀的調(diào)節(jié)和有效渦輪機橫截面的調(diào)節(jié)更好地適應內(nèi)燃機的各個操作點。在該布置中，導向葉片被布置在渦輪機的進氣區(qū)域中以影響流動的方向。與回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片相比，導向葉片不隨著渦輪機的軸而旋轉(zhuǎn)。如果渦輪機具有固定的、不變的幾何形狀，則導向葉片不僅是靜止的，而且還被布置為在進氣區(qū)域中完全不動，即，剛性地固定。如果在另一方面利用具有可變幾何形狀的渦輪機，則導向葉片實際上被布置為靜止，但不是完全不動，而是圍繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)，因此使得有可能改變至轉(zhuǎn)子葉片的入射流。


下面根據(jù)圖1、加和2b參考示例性實施例更詳細地描述本發(fā)明。在這里，圖1在垂直于渦輪機轉(zhuǎn)子的軸的截面中顯示了渦輪機的第一實施例，圖加顯示了在圖1中示出的截面A-A，以及圖2b顯示了在圖1中示出的截面B-B。
具體實施例方式圖1在垂直于渦輪機轉(zhuǎn)子6的軸7的截面中顯示了渦輪機1的第一實施例。渦輪機1是徑流式渦輪機2，包括布置在渦輪機殼體3中并且可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸7 上的轉(zhuǎn)子6。為了允許至轉(zhuǎn)子葉片的徑向流入，在下游合并到流動管道5中的進氣區(qū)域4為螺旋形設計，并且用于供應廢氣的殼體3被設計為一直圓形地延伸的螺旋形殼體。為了形成冷卻系統(tǒng)，殼體3具有整合冷卻劑管道8，所述整合冷卻劑管道在殼體3 中圍繞軸7螺旋形地延伸，并且因此沿著流動管道5遠至進入轉(zhuǎn)子6的廢氣的入口。管道開口 9設置為鄰近渦輪機殼體3的進氣區(qū)域4以使冷卻劑能夠被引入冷卻劑管道8中并從冷卻劑管道8再次被排出。為了使渦輪機1能夠附連到氣缸蓋(未顯示)，殼體3設有凸緣 10。圖加顯示了在圖1中示出的截面A-A。僅僅旨在對圖1進行補充解釋，并且因此在其他方面參考圖1。相同的附圖標記用于相同的部件。在圖加所示的截面中，可以看到冷卻劑管道8在離流動管道5 —定距離處延伸， 更具體地在流動管道5的遠離轉(zhuǎn)子6的側(cè)延伸。為了整合或形成管道5，殼體3在它的外側(cè)上具有呈凸耳形式的突出部。圖2b顯示了在圖1中示出的截面B-B。僅僅旨在對圖1進行補充解釋，并且因此在其他方面參考圖1。相同的附圖標記用于相同的部件。
在圖2b所示的實施例中，冷卻劑管道8圍繞流動管道5在角α 30° (從流動管道5的中心線11測量)的范圍內(nèi)周向地延伸。所以在當前的情況下，類似于冷卻套，冷卻劑管道不在盡可能大的面積上圍繞流動管道5延伸。以該方式，由冷卻劑吸收的熱量是
有限的。
附圖標記
1渦輪機
2徑流式渦輪機
3渦輪機殼體
4進氣區(qū)域
5流動管道
6轉(zhuǎn)子
7軸
8冷卻劑管道
9管道開口
10凸緣
11流動管道的中心線。
權(quán)利要求
1.一種具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中-所述氣缸蓋具有至少一個氣缸，每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的至少一個排氣口并且排氣管路連接到每個排氣口，所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路， 由此形成至少一個排氣歧管，所述總排氣管路通向所述徑流式渦輪機O)的進氣區(qū)域G)， 所述區(qū)域合并到運載廢氣的流動管道(5)中，并且-所述徑流式渦輪機( 包括布置在渦輪機殼體(3)中并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸(7)上的轉(zhuǎn)子(6)，所述徑流式渦輪機( 具有整合到所述殼體C3)中以形成冷卻系統(tǒng)的至少一個冷卻劑管道(8)，所述至少一個冷卻劑管道(8)在所述殼體( 中圍繞所述軸(7)螺旋形地延伸，其中-所述至少一個冷卻劑管道(8)圍繞所述流動管道(5)周向地并且在離所述流動管道一定距離處在角α的范圍內(nèi)延伸，其中α <45°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中所述徑流式渦輪機 (2)具有被整合到所述殼體(3)中以形成冷卻系統(tǒng)的冷卻劑管道(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中α<30°。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中 α ^ 20°。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機(2)的氣缸蓋，其中 α ^ 15° 。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中所述渦輪機殼體( 是鑄件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的兩個排氣口。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路，由此在所述氣缸蓋內(nèi)形成至少一個整合排氣歧管。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中所述氣缸蓋設有被整合到所述氣缸蓋中以形成液體冷卻系統(tǒng)的至少一個冷卻套。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有徑流式渦輪機( 的氣缸蓋，其中被整合到所述氣缸蓋中的所述至少一個冷卻套連接到所述徑流式渦輪機O)的所述至少一個冷卻劑管道(8)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的具有徑流式渦輪機O)的氣缸蓋，其中-所述氣缸蓋能夠在組裝面連接到氣缸體，并且-被整合到所述氣缸蓋中的所述至少一個冷卻套具有布置在所述排氣管路和所述氣缸蓋的組裝面之間的下冷卻套，和布置在所述排氣管路的與所述下冷卻套相反的側(cè)的上冷卻套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有徑流式渦輪機(2)的氣缸蓋，其中所述氣缸蓋具有至少一個氣缸，每個氣缸具有用于從所述氣缸排出廢氣的至少一個排氣口并且排氣管路連接到每個排氣口，所述排氣管路組合以形成至少一個總排氣管路，由此形成至少一個排氣歧管，所述總排氣管路通向所述徑流式渦輪機(2)的進氣區(qū)域(4)，所述區(qū)域合并到運載廢氣的流動管道(5)中，并且所述徑流式渦輪機(2)包括布置在渦輪機殼體(3)中并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸(7)上的轉(zhuǎn)子(6)，具有整合到所述殼體(3)中以形成冷卻系統(tǒng)的至少一個冷卻劑管道(8)，所述至少一個冷卻劑管道(8)在所述殼體(3)中圍繞所述軸(7)螺旋形地延伸。目標是提供一種在渦輪機方面被優(yōu)化的上述類型的具有徑流式渦輪機(2)的氣缸蓋。該目標通過所述類型的具有徑流式渦輪機(2)的氣缸蓋實現(xiàn)，其中所述至少一個冷卻劑管道(8)圍繞所述流動管道(5)周向地并且在離所述流動管道一定距離處在角α的范圍內(nèi)延伸，其中α≤45°。
文檔編號F02B37/00GK102400810SQ20111025158
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者K·S·庫巴奇 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司