專利名稱：具有兩個渦輪的增壓內(nèi)燃發(fā)動機和用于運行所述類型內(nèi)燃發(fā)動機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少一個汽缸蓋和至少兩個串聯(lián)設(shè)置的渦輪的增壓內(nèi)燃發(fā)動機。本發(fā)明還涉及用于運行所述類型的內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“內(nèi)燃發(fā)動機”具體包括火花點火發(fā)動機，但是也包括柴油發(fā)動機并且也包括混合內(nèi)燃發(fā)動機。所述類型的內(nèi)燃發(fā)動機具有在裝配表面相互連接的汽缸體和至少一個汽缸蓋，以形成至少兩個汽缸。為了保持活塞或汽缸套，該汽缸體具有相應(yīng)數(shù)目的汽缸孔?；钊谄滋變?nèi)以軸向運動的方式被引導(dǎo)，并且與汽缸套和汽缸蓋一起形成該內(nèi)燃發(fā)動機的至少兩個汽缸。該至少一個汽缸蓋常規(guī)上用來保持閥驅(qū)動裝置。為了控制進(jìn)氣交換，內(nèi)燃發(fā)動機需要例如提升閥的控制元件，和用于致動該控制元件的致動裝置。在進(jìn)氣交換期間，燃燒過的氣體經(jīng)由排氣口排出，并且燃燒室進(jìn)氣，也就是說，新鮮混合物或進(jìn)氣空氣經(jīng)由進(jìn)氣口引進(jìn)。閥運動所需要閥致動機構(gòu)包括閥本身叫做閥驅(qū)動裝置。閥驅(qū)動裝置的目的是在正確的時間打開和關(guān)閉汽缸的進(jìn)氣口和排氣口，追求最大可能的流動截面的快速打開，以便確保流入和流出氣體流的節(jié)氣損失小，并且確保汽缸用新鮮混合物最好可能的進(jìn)氣，以及排氣的有效(也就是說完全)釋放。因此汽缸也經(jīng)常并逐漸地并日益增加地裝設(shè)有兩個或兩個以上的進(jìn)氣口和排氣口。汽缸的排氣口通向排氣道，在排氣道中排氣在到達(dá)大氣之前被引導(dǎo)通過一個或更多個后處理裝置。此外，一個或更多個渦輪增壓器可以設(shè)置在排氣道中，以便利用來自排氣的能量來驅(qū)動用于壓縮進(jìn)氣的壓縮機。增壓內(nèi)燃發(fā)動機經(jīng)常裝有多個排氣渦輪增壓器，以便改進(jìn)內(nèi)燃發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩特性。這種措施后面的理由是，在利用單個渦輪增壓器時，當(dāng)某旋轉(zhuǎn)速度不足時能夠觀察到明顯的轉(zhuǎn)矩下降。如果考慮到進(jìn)氣壓力比取決于渦輪的壓力比，所述轉(zhuǎn)矩下降是可以理解的。如果，例如在柴油發(fā)動機中，發(fā)動機速度減小，或在火花點火的發(fā)動機中，載荷或發(fā)動機速度減小，這導(dǎo)致較低的排氣質(zhì)量流量，較低的排氣質(zhì)量流量又產(chǎn)生較低的渦輪機壓力比，因此產(chǎn)生較低的進(jìn)氣壓力比。這等同于轉(zhuǎn)矩下降。進(jìn)氣壓力下降通過減小渦輪截面的尺寸能夠被基本抵消。如果排氣質(zhì)量流量超過預(yù)定的閾值，在所謂的排氣排出的過程內(nèi)，至少一部分排氣流經(jīng)由旁通管路引導(dǎo)繞過渦輪。但是所述方法具有缺點，即在比較高的旋轉(zhuǎn)速度下增壓方式不能令人滿意。因此，提供多個渦輪可以是有利。通過以串聯(lián)方式連接兩個排氣渦輪增壓器，其中一個排氣渦輪增壓器用作高壓級，一個排氣渦輪用作低壓級，該壓縮機的特性映射圖能夠有利地擴大，特別是在較小的壓縮機流的方向和較大的壓縮機流的方向上。具體說，在使用用作高壓級的排氣渦輪增壓器的情況下，喘振限制可能沿著較小的壓縮機流的方向移動，結(jié)果即使用小壓縮機流也能夠獲得高進(jìn)氣壓力比，這大大改進(jìn)較低部分載荷范圍中的轉(zhuǎn)矩特性。這是通過設(shè)計用于小排氣質(zhì)量流量的高壓渦輪并且通過提供引導(dǎo)排氣繞過高壓渦輪的旁通管路實現(xiàn)的。為此，旁通管路從高壓渦輪(下文中也叫做小渦輪)上游的總排氣管分支，并且再接入在所述小渦輪下游和低壓渦輪(下文中叫做大渦輪)上游的總排氣管中，其中優(yōu)選設(shè)置控制元件以便控制引導(dǎo)繞過高壓渦輪的排氣流。兩個串聯(lián)連接的排氣渦輪增壓器還具有其他優(yōu)點。能夠進(jìn)一步增加通過增壓的助力。還有，相對于具有單級增壓的類似內(nèi)燃發(fā)動機，以這種方式增壓內(nèi)燃發(fā)動機尤其在部分 載荷范圍內(nèi)的響應(yīng)行為大大改進(jìn)。其原因是較小尺寸的排氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子能夠被更快地加速，并且因此較小的高壓級比單級增壓所用的較大的排氣渦輪機具有較小的慣性。在從前面的具有兩個排氣渦輪增壓器的系統(tǒng)已知的方案中，排氣流在汽缸蓋的外面供給小的高壓渦輪，并且接著供給設(shè)置在排氣系統(tǒng)中更下游的低壓渦輪。到所述第二渦輪的總排氣管路的長度比較長。而且，可以提供用于渦輪和渦輪外殼以及管路的安裝空間。在前面的系統(tǒng)中，不能夠設(shè)置串聯(lián)的兩個渦輪機并且同時靠近發(fā)動機。另一個問題是渦輪的高生產(chǎn)成本，在多個渦輪的情況下這是由于增加的材料費用附加引起的。通常用于高熱載荷的渦輪外殼的含鎳材料比較昂貴，特別是與優(yōu)選用于汽缸蓋的材料(例如鋁)相比。不僅材料成本本身比較高，而且加工用于渦輪外殼的所述材料的成本也比較高。關(guān)于成本，利用不太昂貴的材料，例如鋁是有利的。關(guān)于渦輪的重量，鋁的利用也是有利的。根據(jù)前面的系統(tǒng)，為了能夠利用比較廉價的材料制造渦輪，該渦輪具有冷卻裝置，例如，具有液體冷卻裝置，該液體冷卻裝置顯著減少由熱排氣引起的渦輪和渦輪外殼的熱載荷，因而允許利用不太耐聞熱的材料。一般而言，為了形成冷卻裝置，渦輪外殼具有冷卻劑套。前面的系統(tǒng)包括外殼是鑄造部件并且在鑄造過程中形成冷卻劑套作為整體式外殼的一體構(gòu)成部件的方案，并且還包括外殼是預(yù)制成標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)并且在裝配期間形成用作冷卻劑套的空腔的方案。按照后一種方案構(gòu)造的渦輪例如公開在德國特許公開說明書DE 102008 011 257Al中。渦輪的冷卻裝置借助于具有殼體的實際的渦輪外殼而形成，使得冷卻劑能夠引進(jìn)到其中的空腔形成在外殼和設(shè)置成與其間隔開的至少一個殼體元件之間。于是被該殼體裝置擴張的外殼包含冷卻劑套。EP I 384 857 A2同樣公開一種其外殼具有冷卻劑套的渦輪。DE 10 2007017 973Al描述了用于形成蒸發(fā)冷卻的渦輪殼體的結(jié)構(gòu)工具。由于液體的高比熱容量，尤其是通常所用的水，通過液體冷卻能夠從外殼汲取大量的熱。熱擴散到外殼內(nèi)部的冷卻劑中并且用冷卻劑排出。擴散到冷卻劑中的熱再一次從換熱器中的冷卻劑汲取。
基本可能的是，渦輪的液體冷卻裝置具有單獨的換熱器，或者在液體冷卻的內(nèi)燃發(fā)動機的情況下的發(fā)動機冷卻裝置的換熱器(也就是說，不同液體冷卻裝置的換熱器)用于該目的。后一種情況僅僅需要在兩個回路之間相應(yīng)的連接。但是在本文中會考慮到如果諸如鋁的不太耐熱的材料用來制造外殼，則被渦輪中的冷卻劑所吸收的熱量可以達(dá)到40kW或以上。已經(jīng)證明，從冷卻劑中汲取如此大量的熱， 并且借助于換熱器中空氣流排放到環(huán)境中是有問題的，并且在一些情況下是不實際的。內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻回路必需構(gòu)造為了大大增加的散熱要求，也就是說，換熱器必需具有相當(dāng)大的尺寸。這與在車輛的前端區(qū)能夠得到的有限的空間相矛盾，在這個空間通常設(shè)置有各種換熱器。而且，必需提供更大功率的風(fēng)扇以便增加換熱器的熱傳輸。正如所說明的，利用不太耐熱的并且因此比較廉價的材料需要多種改變，這反過來又增加成本。在這方面，所述的方法產(chǎn)生矛盾，即通過改變渦輪的材料得到的成本節(jié)省被功率更大的冷卻裝置增加的成本所消耗。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上面所述的技術(shù)背景，提供增壓發(fā)動機的實施例。在一個示范性的實施例中，增壓內(nèi)燃發(fā)動機包括具有兩個汽缸的至少一個汽缸蓋，其中每個汽缸具有用于排出排氣的至少一個排氣口，并且每個排氣口被排氣管路鄰接，并且其中該至少兩個汽缸的排氣管路匯合在該汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路，以便形成集成排氣歧管；串聯(lián)設(shè)置的至少兩個渦輪，該兩個渦輪具有不同的尺寸并且在總排氣管路中設(shè)置在排氣歧管的下游；分配器外殼，其中歧管下游的總排氣管路進(jìn)入并且通過所述分配器外殼且到兩個渦輪的小渦輪中；以及容納小渦輪的第一渦輪外殼，該第一渦輪外殼包括至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。以這種方式，可以提供多級渦輪增壓器設(shè)置，與前面的系統(tǒng)相比這種設(shè)置成本低并且其中兩個渦輪能夠設(shè)置成靠近發(fā)動機。當(dāng)單獨或結(jié)合附圖閱讀具體實施方式
時，將容易明白本發(fā)明的上述優(yōu)點和其他優(yōu)點以及特征。應(yīng)當(dāng)明白，提供上面的發(fā)明內(nèi)容是為了以簡單的形式引進(jìn)選擇的構(gòu)思，這種構(gòu)思在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述。這并不意味著指出所主張主題的關(guān)鍵或基本的特征，所主張主題的范圍由權(quán)利要求唯一地限定。而且，所主張的主題不限于解決上面或本發(fā)明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。


圖I以剖視圖的方式示出控制元件處于關(guān)閉位置的內(nèi)燃發(fā)動機的第一實施例的排氣系統(tǒng)的一部分圖2以剖視圖的方式示出圖I所示的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例，其中控制元件處于打開位置圖3示意地示出包括圖I和圖2所示的渦輪增壓器結(jié)構(gòu)的多汽缸發(fā)動機的單個汽缸。圖4是示出用于控制通過根據(jù)本發(fā)明實施例的多級渦輪增壓器系統(tǒng)的氣流的方法的流程圖。CN 102913317 A
書
明
說
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具體實施例方式為了在發(fā)動機速度-載荷映射圖的所有區(qū)獲得渦輪增壓器的有效運行，多個渦輪增壓器可以串聯(lián)設(shè)置。但是，附加的渦輪增加到達(dá)后處理裝置之前的排氣行進(jìn)路徑的長度， 潛在地冷卻排氣并且降低后處理裝置的效率。根據(jù)本文公開的實施例，至少兩個渦輪增壓器可以串聯(lián)設(shè)置并且連接于集成在發(fā)動機的汽缸蓋中的排氣歧管。因此，渦輪增壓器可以接近發(fā)動機設(shè)置。根據(jù)典型的系統(tǒng)，鄰接發(fā)動機汽缸排氣口的排氣管路至少部分地集成在汽缸蓋中。在本情況下，該至少兩個汽缸的排氣管路匯合，在汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路，以便形成至少一個集成排氣歧管。排氣管路的匯合形成總排氣管路，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，一般叫做排氣歧管。集成排氣歧管允許非常緊湊的內(nèi)燃發(fā)動機結(jié)構(gòu)。歧管的排氣管路的總長度被顯著縮短，這產(chǎn)生另外的優(yōu)點，特別是關(guān)于增壓方面。在排氣歧管的下游，排氣供給排氣渦輪增壓器的至少一個渦輪。當(dāng)利用排氣渦輪增壓器時，從根本上追求設(shè)置增壓器的渦輪盡可能靠近發(fā)動機，也就是說，盡可能靠近汽缸的排氣口，以便因而能夠最佳利用由排氣壓力和排氣溫度有影響地確定的熱排氣的排氣焓，并且確保渦輪增壓器的快速響應(yīng)行為。而且，到不同排氣后處理裝置的熱排氣的路徑也應(yīng)當(dāng)盡可能短，使得給予排氣很少的涼下來的時間，并且排氣后處理系統(tǒng)盡快達(dá)到其運行溫度或起燃溫度，特別是在內(nèi)燃發(fā)動機的冷起動之后。因此位于汽缸的排氣口和渦輪之間的，或在汽缸的排氣口和排氣后處理系統(tǒng)之間的排氣管路部分的熱慣性也應(yīng)當(dāng)盡可能低，這能夠通過減少相應(yīng)部件的質(zhì)量和長度得到。為了實現(xiàn)所述目標(biāo)，正如在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機中，排氣管路在汽缸蓋內(nèi)匯合以便形成至少一個集成排氣歧管是有利的。由于集成的結(jié)果排氣管路的長度減少，結(jié)果不僅設(shè)置在總排氣管路中渦輪上游的排氣系統(tǒng)的熱慣性減小，而且管路體積減小，也就是說渦輪上游的排氣管路的排氣體積也減小。這改進(jìn)渦輪的響應(yīng)行為并且增加在到渦輪的進(jìn)氣口處的排氣的焓。雖然作為歧管集成的結(jié)果單個渦輪容易設(shè)置成靠近發(fā)動機，但是例如如果串聯(lián)設(shè)置的兩個渦輪在總排氣管路中設(shè)置在集成排氣歧管的下游，正如在作為本發(fā)明主題的內(nèi)燃發(fā)動機中，則已經(jīng)證明前面的系統(tǒng)中的一個問題是同時設(shè)置多個渦輪靠近發(fā)動機。在本發(fā)明涉及串聯(lián)連接的兩個渦輪增壓器的情況下，這意味著兩個相關(guān)的渦輪串聯(lián)連接。優(yōu)選壓縮機也串聯(lián)連接，但也可以并聯(lián)設(shè)置。在渦輪串聯(lián)設(shè)置的情況下，正如前面已經(jīng)提到的，已經(jīng)證明設(shè)置兩個渦輪靠近發(fā)動機是成問題的。為了設(shè)置兩個渦輪靠近發(fā)動機，分配器外殼可以連接于排氣歧管和兩個渦輪。這樣的實施例是有利的，其中分配器外殼包括控制元件，在打開位置該控制元件打開旁通管路，旁通小渦輪，并且在關(guān)閉位置該控制元件封閉所述旁通管路，其中該旁通管路開口進(jìn)入大渦輪上游的總排氣管路中。根據(jù)本發(fā)明，在至少一個汽缸蓋的外面，排氣不直接供給小的高壓渦輪而是供給分配器外殼，從分配器外殼排氣能夠直接供給小的高壓渦輪，并且如果小渦輪通過打開控制元件被停用，則經(jīng)由旁通該高壓渦輪的旁通管路還直接供給大的低壓渦輪。分配器外殼的使用使兩個渦輪能夠設(shè)置成靠近發(fā)動機。
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在本發(fā)明的背景下，將一直使用術(shù)語“高壓渦輪”和“低壓渦輪”，尤其是即便小的高壓渦輪通過打開控制元件被停用并且排氣直接供給低壓渦輪，也就是說只有一級排氣渦輪增壓器起作用的情況下。在這里，這樣的實施例是有利的，其中兩個渦輪的渦輪外殼設(shè)置在分配器外殼的相對兩側(cè)，例如，大渦輪的外殼設(shè)置在分配器面朝汽缸體的一側(cè)，而小渦輪，也就是說第一渦輪外殼設(shè)置在分配器外殼的遠(yuǎn)離該汽缸體的相對側(cè)上。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機在如下運行狀態(tài)已經(jīng)證明在運行狀態(tài)是特別有利的，其中小渦輪通過打開控制元件被停用，也就是說關(guān)閉，并且排氣經(jīng)由旁通小渦輪的旁通管路直接供給大渦輪。由于利用分配器外殼，當(dāng)高壓渦輪被停用時到大的低壓渦輪的總排氣管路的長度比較短。具體說這是通過旁通管路被集成在壓縮機外殼中實現(xiàn)的。通過打開旁通管路，小渦輪被停用并且歧管被短路到進(jìn)入低壓渦輪的進(jìn)氣口區(qū)域。在低排氣量的情況下，也就是說，在低旋轉(zhuǎn)速度或低載荷的情況下，排氣優(yōu)選通過兩個渦輪，也就是說，在旁通管路被關(guān)閉的情況下，也就是說在控制元件位于關(guān)閉位置的情況下，所有的排氣首先供給小渦輪以便產(chǎn)生希望的進(jìn)氣壓力。在小渦輪的下游，然后排氣被引導(dǎo)通過大的低壓渦輪。在這里，焦點不在大的低壓渦輪參與產(chǎn)生進(jìn)氣壓力。而是旨在保持大渦輪的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動。以這種方式，改進(jìn)排氣渦輪增壓設(shè)施的響應(yīng)行為，因為當(dāng)在朝著比較高排氣量變化的情況下低壓渦輪用來增加產(chǎn)生進(jìn)氣壓力的程度并且轉(zhuǎn)子將要被加速時，大渦輪的轉(zhuǎn)子已經(jīng)處在旋轉(zhuǎn)運動中。隨著增加排氣量，也就是說，在增加旋轉(zhuǎn)速度和載荷的情況下，通過打開旁通管路小渦輪被停用。在旁通管路打開的情況下，也就是說在控制元件處于打開位置的情況下，優(yōu)選排氣僅僅流過大渦輪。在所述的切換狀態(tài)，在一些情況下或在沒有進(jìn)一步的措施的情況下，其余的排氣流也能夠流過小渦輪并且保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即使在停用的情況下也涉及到小渦輪。但是，這樣的實施例也是有利的，其中當(dāng)處于打開位置時控制元件封閉或關(guān)閉小渦輪下游的總排氣管路。但是控制元件也可以用來在兩個渦輪之間實現(xiàn)希望的排氣流分配。為此，優(yōu)選可以以連續(xù)可變的方式調(diào)節(jié)控制元件，其中它允許供給兩個渦輪的局部排氣流的變化。將控制元件設(shè)置在分配器外殼中是有利的，因為控制元件不占用發(fā)動機艙的另外的安裝空間?？刂圃稍谕鈿ぶ性试S利用控制元件而不需要另外的空間。用于制造渦輪外殼的材料的選擇或用于渦輪的冷卻裝置的提供或冷卻裝置的省略根據(jù)本發(fā)明以對應(yīng)于上面描述的內(nèi)燃發(fā)動機的運行并且關(guān)于要實現(xiàn)的目的以合適的方式進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明，容納小渦輪的第一渦輪外殼具有至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。該液體冷卻裝置顯著減少由熱排氣造成的渦輪或渦輪外殼的熱載荷，使得不昂貴的材料能夠用來制造第一渦輪外殼。在這里，借助于冷卻劑從外殼消散的熱量通常能夠利用內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有的液體冷卻裝置來處理，因為僅小量排氣通過這使得相關(guān)外殼經(jīng)受小強度的熱載荷，或小渦輪被僅被小量熱排氣作用。對應(yīng)于低排氣量的要被消散的熱量很低。小渦輪的液體冷卻允許自由的材料選擇，并且因此允許利用重量輕的不昂貴的材料。CN 102913317 A
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6/12 頁正如所說明的，通過根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機，實現(xiàn)了本發(fā)明所基于的第一目的，具體說該目的是提供一種相對于以前的系統(tǒng)而言較便宜并且兩個渦輪能夠設(shè)置成靠近發(fā)動機的增壓內(nèi)燃發(fā)動機。根據(jù)本發(fā)明該內(nèi)燃發(fā)動機的至少一個汽缸具有至少一個集成排氣歧管，也就是說，如果合適也可以是兩個或三個集成歧管?！ぞ哂欣缰本€排列的四個汽缸的汽缸蓋的實施例，其中外側(cè)汽缸的排氣管路和內(nèi)側(cè)汽缸的排氣管路在每種情況下匯合以形成一個總排氣管路，同樣是根據(jù)本發(fā)明的汽缸蓋。如下也是真實實施例，其中內(nèi)側(cè)汽缸的排氣管路匯合在汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管以便形成集成排氣歧管，并且外側(cè)汽缸在每種情況下具有單個分開的排氣管路。如下也是真實實施例，其中在每種情況下外側(cè)汽缸的排氣管路和相鄰內(nèi)側(cè)汽缸的排氣管路匯合以在汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路，以便形成集成排氣歧管，其中以這樣的方式形成的兩個集成排氣歧管通過兩個排氣口離開該汽缸蓋。這樣的實施例也是有利的，其中該汽缸蓋的所有汽缸的排氣管路在汽缸蓋內(nèi)匯合以形成單個的，也就是說共用的總排氣管路。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中容納大渦輪的第二渦輪外殼不具有液體冷卻裝置。利用液體冷卻裝置消散在高排氣量的情況下在低壓渦輪內(nèi)引起的熱量需要相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，也就是說相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機進(jìn)行修改的冷卻系統(tǒng)，為了該原因，省去第二渦輪中的液體冷卻裝置是有利的。于是，由于沒有冷卻裝置，利用更耐熱的材料制造大潤輪的外殼。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中至少部分分配器外殼和部分第一渦輪外殼一體地構(gòu)造并且形成整體式部件。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，具體說是其中分配器外殼和第一渦輪外殼一體地構(gòu)造以形成整體式部件。原則上，由于單件結(jié)構(gòu)的結(jié)果，在分配器外殼和渦輪外殼之間不需要氣密的、耐高熱的并且昂貴的連接，這帶來成本優(yōu)勢，而且沒有由于滲漏排氣逃逸到環(huán)境中的危險。能夠?qū)崿F(xiàn)第一渦輪的特別封閉的連接布置，因為它不再需要提供裝配工具的通道，這簡化了渦輪外殼和分配器外殼兩者的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，并且關(guān)于渦輪的運行能夠最佳化。這兩個外殼可以具有比較小的容積結(jié)構(gòu)并且小渦輪的轉(zhuǎn)子可以設(shè)置成靠近進(jìn)氣口區(qū)域或靠近歧管，如果允許裝配通道這不是完全可能的。如果渦輪外殼和分配器外殼是液體冷卻的，并且如果集成在渦輪外殼中的冷卻劑套連接于分配器外殼的冷卻劑套，并且如果經(jīng)由分配器外殼合適地供給冷卻劑，則由于至少部分地集成的外殼結(jié)構(gòu)不再需要借助于外部管路連接兩個冷卻回路或冷卻套。在這里，集成在分配器外殼中的冷卻劑套也可以用來共同形成設(shè)置在該外殼中的冷卻劑套，使得在兩個原來獨立的冷卻劑套實際意義上的連接不再存在，或不再形成。關(guān)于排氣流已經(jīng)進(jìn)行的說明類似地應(yīng)用于冷卻回路或冷卻劑套的連接和冷卻劑的滲漏。而且，管路的集成導(dǎo)致部件數(shù)目減少和更加緊湊的結(jié)構(gòu)。裝配時間也大大縮短。整體式部件有利地形成為鑄造部件，優(yōu)選用鋁形成，與用鋼材相比結(jié)果產(chǎn)生明顯的重量節(jié)省。鋁外殼的制造成本同樣也比較低。然而，該整體式部件也可以用鑄鐵或其他鑄造材料制造。這是因為根據(jù)所述實施例的整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，例如，由于省去多余的連接和連接元件，保持緊湊的結(jié)構(gòu)和重量以及
9安裝空間的節(jié)省而與所用的材料無關(guān)。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的例子是有利，其中分配器外殼和第一潤輪外殼是以以非鎖緊聯(lián)接(non-positively locking)、鎖緊聯(lián)接(positively locking)和/或粘接方式相互連接的單獨的部件。第一渦輪或第一渦輪外殼和分配器外殼是單獨的部件并且在裝配期間相互連接的模塊化設(shè)計具有以下優(yōu)點按照模塊化設(shè)計的原則首先渦輪可以與其他分配器外殼組合，其次分配器外殼可以與其他渦輪組合。部件的通用性通常增加生產(chǎn)量，結(jié)果單位成本降低。如果渦輪和分配器外殼以可以互換，也就是說可以代替，由于缺陷造成的成本也減少。而且，模塊化設(shè)計允許兩個外殼使用不同的材料，結(jié)果外殼的熱載荷的不同水平被允許。如果只有兩個外殼中的一個裝有液體冷卻裝置，則這是特別適當(dāng)?shù)摹Ｈ绻?，借助于渦輪外殼的液體冷卻裝置，容納小渦輪的第一外殼部件不被冷卻到使它能夠免去利用耐高熱的材料制造所述外殼部件的情況下，由于模塊化設(shè)計，至少能夠用不太耐熱的并且因此不太昂貴的材料制造第二、大外殼部件。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利，其中分配器外殼具有至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。該液體冷卻裝置減少分配器外殼的熱載荷，因此比較廉價的材料能夠用來制造分配器外殼。而且，控制元件的熱載荷通過分配器外殼的液體冷卻裝置減小，因此同樣能夠免去利用昂貴的耐熱材料用于形成控制元件。熱載荷的減小還減少控制元件的靈敏度的下降，例如用作控制元件的活門(flap)的卡住。在這方面，這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中分配器外殼的至少一個冷卻劑套連接于第一渦輪外殼的至少一個冷卻劑套。兩個冷卻劑回路或冷卻劑套的連接使得兩個回路能夠裝有共用的泵和共用的換熱器，并且以這種方式，部件的數(shù)量和成本可以減少。關(guān)于分配外殼和第一渦輪外殼的互作用參考上面已經(jīng)進(jìn)行的描述。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中小渦輪下游的總排氣管路再一次進(jìn)入分配器外殼，并且通過所述分配器外殼并且通向大渦輪。所述措施有助于實現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)并且尤其是按照下面的實施例旁通管路集成在分配器外殼中。具體地，這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中旁通管路完全集成在分配器外殼中。這種措施也有助于實現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)并確保短的管路，這進(jìn)一步縮短包括旁通管路的排氣管路的總長度。由于旁通管路的集成，在旁通管路和總排氣管路之間不需要氣密的耐高熱的并且昂貴的連接。這帶來成本優(yōu)勢，而且消除了由于滲漏排氣不希望地逃逸到環(huán)境中的危險。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中控制元件是閥、滑片、活門等。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是特別有利的，其中控制元件是可樞轉(zhuǎn)的活門。關(guān)于控制元件，這樣的實施例是有利的，其中控制元件是可用電、用液壓、用氣動、用機械或用磁控制的，例如借助于內(nèi)燃發(fā)動機的發(fā)動機控制器，或者借助于進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中控制元件能夠以兩級方式切換，這簡化了控制并且特別是提供成本優(yōu)勢。在這里，控制元件從封閉旁通管路的關(guān)閉位置運動到打開位置，以便通過打開旁通管路使小渦輪停用。
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當(dāng)控制元件致動時為了防止意外的轉(zhuǎn)矩下降或轉(zhuǎn)矩增加，連續(xù)可變的切換或換向動作是優(yōu)選的。因此這樣的實施例也是有利的，其中控制元件能夠以連續(xù)可變的方式調(diào)節(jié)。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中提供從大渦輪上游的總排氣管路分支的第二旁通管路。借助于第二旁通管路，排氣能夠被引導(dǎo)繞過大渦輪。這使得渦輪能夠配 置成用于中等的排氣量，從而，改進(jìn)高載荷范圍中的轉(zhuǎn)矩特性。在發(fā)生最大排氣量的運行狀態(tài)，部分排氣被放出。在這方面，這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，第二旁通管路從分配器外殼中的總排氣管路分支。這允許關(guān)閉元件設(shè)置在分配器外殼中或分配器外殼上。特別地，這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，關(guān)閉元件設(shè)置成在打開位置打開該第二旁通閥，并且在關(guān)閉位置封閉所述第二旁通管路。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中該第一渦輪外殼和第二渦輪外殼用不同的材料制造。所述實施例允許根據(jù)本發(fā)明的第一渦輪外殼具有至少一個冷卻劑套，而大渦輪優(yōu)選不具有液體冷卻裝置。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中至少一個汽缸蓋具有冷卻劑套。根據(jù)本發(fā)明的汽缸蓋具有集成排氣歧管，并且因此比具有外部歧管的常規(guī)汽缸蓋具有更高的熱載荷，結(jié)果對冷卻裝置賦予更高的要求。而且，汽缸蓋的液體冷卻也是有利的，因為增壓內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸蓋比常規(guī)的自然吸氣的發(fā)動機的汽缸蓋具有更高的熱載荷。冷卻裝置采用空氣冷卻裝置或液體冷卻裝置在根本上是可能的。由于液體與空氣相比具有顯著較高的熱容量，通過液體冷卻能夠消散比空氣冷卻顯著多的熱量。液體冷卻需要汽缸蓋具有冷卻劑套，也就是說，需要提供引導(dǎo)冷卻劑通過汽缸蓋的冷卻劑導(dǎo)管。熱消散給已經(jīng)在汽缸蓋里面的冷卻劑，通常是具有添加劑的水。在這里，冷卻劑通過設(shè)置在冷卻回路中的泵被供給，使得所述冷卻劑在冷卻劑套中循環(huán)。消散到冷卻劑中的熱以這種方式從汽缸蓋內(nèi)部排出，并且在換熱器中再一次從冷卻劑汲取。如果至少一個汽缸蓋具有冷卻劑套，這樣的實施例是有利的，其中該渦輪外殼中的至少一個冷卻劑套和/或分配器外殼中的至少一個冷卻劑套連接于該汽缸蓋中的冷卻劑套。這樣的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例是有利的，其中每個汽缸具有用于將排氣排放到汽缸外面的至少兩個排氣口。正如已經(jīng)提到過的，在進(jìn)氣交換的背景下進(jìn)行排氣排放的期間，一個目的在于盡快地打開最大可能的流動截面以便確保排氣的有效排出，為此，提供多于一個的排氣口是有利的。在這里，這樣的實施例是有利的，其中在該至少兩個汽缸的部分排氣管路匯合以形成總排氣管路之前，每個汽缸的至少兩個排氣口的排氣管路首先匯合以形成與該汽缸有關(guān)的部分排氣管路。所有排氣管路的總的長度以這種方式被縮短。排氣管路的階梯式匯合以形成總排氣管路也有助于更加緊湊，也就是說，汽缸蓋的小體積結(jié)構(gòu)，并且因此具體減少重量和在發(fā)動機艙中更有效的封裝。但是這樣的實施例也是有利的，其中每個汽缸具有用于將排氣排出到該汽缸外面的一個排氣口。所用的兩個渦輪的每個可以具有可變渦輪幾何形狀，這通過調(diào)節(jié)渦輪幾何形狀或有效的渦輪截面，允許寬范圍適應(yīng)相應(yīng)內(nèi)燃發(fā)動機的工作點。在這里，用于影響流動方向的導(dǎo)向葉片設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)子的上游。與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)向葉片相反，該導(dǎo)向葉片不與渦輪的軸一起旋轉(zhuǎn)，也就是說不與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向葉片適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以便是靜止的但是不是完全不可運動的，而是繞其軸線可以旋轉(zhuǎn)，使得到達(dá)葉片的流能夠被影響。相反，如果渦輪具有固定的不可變的幾何形狀，則導(dǎo)向葉片設(shè)置成以便不僅僅是靜止的而是完全不可運動的，也就是說是嚴(yán)格固定的。圖I以剖視的形式示出具有位于關(guān)閉位置的控制元件7的內(nèi)燃發(fā)動機的第一實施例的排氣系統(tǒng)的一部分。汽缸的排氣管路匯合，以在汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路5,以便形成集成排氣歧管4。從汽缸蓋伸出的總排氣管路5在歧管4的下游進(jìn)入分配器3外殼3a中，從分配器3外殼3a，從此處排氣能夠在不同尺寸的兩個渦輪1、2之間進(jìn)行分配，其中渦輪1、2是或能夠是串聯(lián)設(shè)置的?？偱艢夤苈?通過分配器外殼3a通向小渦輪I。為此，總排氣管路5從分配器外殼3a進(jìn)入到容納小渦輪I的轉(zhuǎn)子Ib的第一渦輪外殼la。在小渦輪I的下游總排氣管路5再一次進(jìn)入分配器外殼3a。排氣經(jīng)由總排氣管路5通過分配器外殼3a進(jìn)入容納大渦輪2的轉(zhuǎn)子2b的第二渦輪外殼2a。在這種情況下，三個外殼la、2a、3a形成相互連接的單獨的部件。為了示出這種情況，外殼la、2a、3a被示出成在它們的裝配表面稍稍分開。用作控制元件7的活門(flap) 7a設(shè)置在分配器外殼3a中，這個活門是可樞轉(zhuǎn)的并且打開并關(guān)閉旁通該小渦輪I的旁通管路。圖I示出具有位于關(guān)閉位置的活門7a的內(nèi)燃發(fā)動機。在所示的活門7a的切換狀態(tài)，排氣流過小的高壓渦輪I并且流過大的低壓渦輪2。第二旁通管路8用來放出或排出(blow off)朝向大第二渦輪2的排氣，為此，第二旁通管路8從大渦輪2上游的總排氣管路5分支。第二旁通管路8從分配器外殼3a內(nèi)的總排氣管路5分支。設(shè)置關(guān)閉元件9以便在打開位置打開第二旁通管路8，在關(guān)閉位置封閉第二旁通管路8。第一渦輪外殼Ia和分配器外殼3a兩者都具有至少一個冷卻劑套lc、3b，以便形成液體冷卻裝置。該液體冷卻裝置減少由于熱排氣產(chǎn)生的外殼la、3a的熱載荷，使得廉價材料能夠用于制造所述外殼。圖2以剖面圖的形式示出圖I中所示的內(nèi)燃發(fā)動機的實施例，其中控制元件7位于打開位置。僅僅為了說明關(guān)于圖I的額外的特征，為此參考圖I和相關(guān)的描述。相同的參考符號用于相同的部件。如果排氣量超過可預(yù)定的排氣量，旁通管路6由樞轉(zhuǎn)的活門7a打開，并且小渦輪I被停用。在圖2所示的實施例中，在打開位置的活門7a不完全封閉小渦輪I下游的總排氣管路5。旁通管路6開口進(jìn)入大渦輪2上游的總排氣管路5中，使得繞過小渦輪的排氣能夠被引導(dǎo)通過大渦輪2。圖3是多汽缸發(fā)動機110的一個汽缸116的示意圖，其可以包括在汽車的推進(jìn)系統(tǒng)中。發(fā)動機110包括在其裝配端側(cè)彼此連接以便形成燃燒室的汽缸蓋112和汽缸體114。發(fā)動機110包括具有在圖3中示出渦輪172和174的多級渦輪增壓器。渦輪172是渦輪I的一個非限制性的例子，而渦輪174是渦輪2的一個非限制性的例子。發(fā)動機110的燃燒室(即，汽缸)116可以包括活塞120設(shè)置在其中的燃燒室壁118。活塞120可以連接于曲軸122，使得活塞122的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸122可以經(jīng)由中間傳動裝置連接于車輛的至少一個驅(qū)動輪。而且，起動機可以經(jīng)由飛輪連接于曲軸122,以實現(xiàn)發(fā)動機的啟動操作。燃燒室116可以經(jīng)由進(jìn)氣管路或進(jìn)氣道124接收來自進(jìn)氣歧管(未示出)的進(jìn)氣，并且可以經(jīng)由排氣管路或排氣道126排出燃燒過的氣體。排氣道126可以連接于排氣歧管170，在所示的實施例這個該排氣歧管170集成在汽缸蓋112中。進(jìn)氣道124和排氣道126能夠經(jīng)由進(jìn)氣口 128和排氣口 130和相應(yīng)的進(jìn)氣門132和排氣門134選擇地與燃燒室116連通。在一些實施例中，燃燒室116可以包括兩個或兩個以上的進(jìn)氣門和/或兩個或兩個以上的排氣門。在運行期間，發(fā)動機110內(nèi)的每個汽缸通常經(jīng)歷四個沖程循環(huán)該循環(huán)包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程期間，一般而言，排氣門134關(guān)閉而進(jìn)氣門132打開?？諝饨?jīng)由進(jìn)氣道124進(jìn)入燃燒室116，并且活塞120運動到汽缸底部以便增大燃燒室116內(nèi)的容積。在活塞120接近汽缸底部并且在其沖程的末尾(例如，當(dāng)燃燒室116在其最大容積時)的位置通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員叫做發(fā)動機下止點(BDC)。在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門132和排氣門134都關(guān)閉。活塞120朝著汽缸蓋運動以便壓縮燃燒室116內(nèi)的空氣。在活塞120處在其沖程末尾并且最接近汽缸蓋(例如，當(dāng)燃燒室116處在最小容積時)的位置通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員叫做發(fā)動機上止點(TDC)。在其后叫做噴射的過程中，燃料進(jìn)入燃燒室中。在其后叫做點火的過程中，噴射的燃料通過諸如火花塞(未示出)的已知的點火裝置被點火，產(chǎn)生燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體將活塞向后推到BDC。曲軸122將活塞移動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門134打開以釋放燃燒過的空氣燃料混合物到排氣道126并且活塞返回到TDC。應(yīng)當(dāng)指出，上面僅僅作為一個例子示出，并且進(jìn)氣和排氣門的打開和/或關(guān)閉正時可以變化，例如，提供正的或負(fù)的氣門重疊、延遲的進(jìn)氣門關(guān)閉或各種其他例子。圖3所示的氣門致動裝置包括多個凸輪140和142設(shè)置在其上的兩個凸輪軸136和138。在底置式凸輪軸和頂置式凸輪軸之間具有基本區(qū)別。這涉及分開平面，也就是說，汽缸蓋和汽缸體之間的裝配表面。如果凸輪軸設(shè)置在所述裝配表面上面，這個凸輪軸是頂置式凸輪軸，否則的話是底置式凸輪軸。頂置式凸輪軸優(yōu)選安裝在汽缸蓋中并且在圖3中示出。汽缸蓋112在裝配端側(cè)連接于用作曲軸箱144的上半部的汽缸體114，用于將曲軸保持在至少兩個軸承中，其中一個軸承示出為曲軸軸承146。在離開汽缸蓋112的一側(cè)，汽缸體114連接于用作下半部曲軸箱并且設(shè)置成用于收集并儲存發(fā)動機油的機油盤148。在由燃料的放熱化學(xué)反應(yīng)引起燃燒期間釋放的熱經(jīng)由限定燃燒室116的壁部分地消散在汽缸蓋112和汽缸體114中并且經(jīng)由排氣流部分地消散在相鄰部件和環(huán)境中。為了減少汽缸蓋上112的熱應(yīng)力，一些弓I進(jìn)汽缸蓋112的熱流可以再一次從汽缸蓋112除去。因此，汽缸蓋112可以包括一個或更多個冷卻劑套160、162。如圖3所示，下部是套160設(shè)置在排氣管路126和汽缸蓋112的裝配端側(cè)之間，而上部冷卻劑套162設(shè)置在排氣道126的與冷卻劑套160相對的一側(cè)上。正如所示的，冷卻劑套160經(jīng)由流通道連接于冷卻劑套162，該流通道又連接于渦輪增壓器渦輪172，以便對渦輪增壓器提供冷卻劑流。渦輪172可以包括容納該渦輪的外殼。該外殼可以包括至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。因此，冷卻劑可以通過設(shè)置在汽缸蓋112的排氣道側(cè)的至少一個冷卻劑套160流到渦輪172的冷卻劑導(dǎo)管。因此，渦輪172可以是水冷渦輪。由于渦輪174不經(jīng)由發(fā)動機冷卻系統(tǒng)接收冷卻劑，渦輪174可以叫做非水冷卻渦輪。如圖3所示，渦輪172在汽缸蓋112的外側(cè)上連接于汽缸蓋112。但是，在一些實施例中渦輪172可以集成在汽缸蓋112中。雖然圖3沒有示出，但是通過渦輪172和174的氣流可以通過設(shè)置在渦輪之間的旁通管路中的控制元件調(diào)節(jié)，正如在上面關(guān)于在圖2中說明的?？刂葡到y(tǒng)22可以調(diào)節(jié)發(fā)動機110的各方面。該控制系統(tǒng)22具體包括處理器24、存儲器26和控制單元28，該處理器設(shè)置成執(zhí)行本文描述的方法。此外，控制系統(tǒng)22包括合適的輸入器30，用于收集輸入變量，例如內(nèi)燃發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度和載荷，和/或渦輪172、174的旋轉(zhuǎn)速度。而且，控制系統(tǒng)22包括輸出32，用于致動各種致動元件，例如兩個渦輪之間的控制元件(例如元件7)?？刂葡到y(tǒng)22還可以具體包括電子發(fā)動機控制系統(tǒng)的一部分。因此，上面提出的系統(tǒng)提供一種發(fā)動機系統(tǒng)，包括集成在汽缸蓋中的排氣歧管，流體地連接于該排氣歧管并且通向較小的第一渦輪和較大的第二渦輪的分配器外殼，該第一和第二渦輪串聯(lián)地設(shè)置，以及設(shè)置在分配器外殼中的控制元件。該第一渦輪是水冷渦輪而第二渦輪是非水冷渦輪。該系統(tǒng)還包括控制器，其包括用于在高發(fā)動機載荷期間打開控制元件并且在低發(fā)動機載荷期間關(guān)閉控制元件的指令。當(dāng)控制元件被關(guān)閉時，排氣通過第一渦輪，而當(dāng)控制元件打開時，排氣通過第二渦輪?，F(xiàn)在參考圖4，圖4示出用于控制多級渦輪增壓器中的氣流的方法200。方法200可以根據(jù)儲存在系統(tǒng)中的指令由諸如控制系統(tǒng)22的控制系統(tǒng)執(zhí)行。方法200可以調(diào)節(jié)通過多級渦輪增壓器的第一較小的渦輪(例如圖I中的渦輪I)的氣流，和多級渦輪增壓器的第二較大的渦輪(例如圖I中的渦輪2)的氣流。方法200包括在202確定發(fā)動機的運行參數(shù)。該運行參數(shù)可以包括發(fā)動機速度、發(fā)動機載荷、排氣質(zhì)量氣流量和其他參數(shù)。在204，判斷排氣量是否低于閾值。該排氣量可以是上面確定的排氣質(zhì)量氣流量。在其他例子中，該排氣量可以根據(jù)發(fā)動機速度和發(fā)動機載荷近似。該閾值排氣量可以根據(jù)渦輪增壓器的技術(shù)規(guī)格變化，但是可以這樣的量，高于這個量則第一渦輪損失效率。在一個例子中該閾值可以是在中等發(fā)動機載荷產(chǎn)生的排氣量。如果排氣量低于閾值，則方法進(jìn)行到206，關(guān)閉旁通管路中的控制元件以便致動第一渦輪。正如上面所說明并且在下面更詳細(xì)地說明的，第一渦輪可以小于第二渦輪，并且可以用較少的排氣流有效地運轉(zhuǎn)。因此控制元件(可以是圖I中的控制元件7)可以被關(guān)閉以便使排氣通過第一渦輪。如個排氣量不低于閾值量，則方法200進(jìn)行到208，打開旁通管路中的控制元件以旁通第一渦輪。通過打開控制元件，排氣將通過第二渦輪而不通過第一渦輪。因此，在高排氣量的狀態(tài)下，第二渦輪可以被致動。因此，提供上面描述的方法，在低排氣流量的情況下控制元件處于關(guān)閉位置，當(dāng)排氣量超過預(yù)定排氣量或可預(yù)定排氣量時，借助于控制元件被打開，打開旁通管路。集成根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機進(jìn)行的描述同樣可以應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的方法。CN 102913317 A
書
明
說
12/12 頁如果根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機利用量調(diào)節(jié)，其中載荷借助于新鮮混合物的量受到控制，根據(jù)本發(fā)明的運行內(nèi)燃發(fā)動機的方法意味著如果，假設(shè)恒定的旋轉(zhuǎn)速度，內(nèi)燃發(fā)動機的載荷超過預(yù)定的載荷，旁通管路借助于控制元件被打開而打開，這是因為所述類型內(nèi)燃發(fā)動機的中的排氣量對應(yīng)于載荷，其中排氣量隨著載荷的增加而升高并且由于減少載荷而降低。原則上，在恒定載荷的情況下，排氣量隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加 相反，如果內(nèi)燃發(fā)動機基于質(zhì)調(diào)節(jié)，其中載荷借助于新鮮混合物的成分來控制并且排氣量基本隨著旋轉(zhuǎn)速度變化，那么在根據(jù)本發(fā)明的用于運行所述內(nèi)燃發(fā)動機的方法中，如果內(nèi)燃發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度超過預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度，旁通管路借助于控制元件的打開而打開，因為在這種情況下，排氣量隨著旋轉(zhuǎn)速度增加而升高并且隨著旋轉(zhuǎn)速度減小而降低。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機是利用排氣渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中可以附加地考慮在進(jìn)氣側(cè)的進(jìn)氣壓力可以隨著載荷和/或旋轉(zhuǎn)速度變化并且同樣對排氣量具有影響。在排氣量和載荷或旋轉(zhuǎn)速度之間存在上面簡化形式的關(guān)系，于是因此不應(yīng)用于所述一般形式。因此根據(jù)本發(fā)明的方法非常普遍地適合于排氣量而與非載荷或旋轉(zhuǎn)速度。實踐中，優(yōu)選控制元件的致動作為燃燒空氣質(zhì)量和進(jìn)氣壓力的函數(shù)發(fā)生，因為這兩個操作變量都能夠容易確定或已經(jīng)獲得，并且燃燒空氣質(zhì)量不同于排氣量的僅僅在于引入的燃料量，其同樣是已知的。在這方面，如下方法變型是有利的，其中從控制元件在低排氣流量情況下處于關(guān)閉位置開始進(jìn)行，當(dāng)燃燒空氣質(zhì)量超過預(yù)定的燃燒空氣質(zhì)量和/或進(jìn)氣壓力超過預(yù)定的進(jìn)氣壓力時，借助于打開控制元件而打開旁通管路。如下方法變型是有利的，其中如果只有內(nèi)燃發(fā)動機的排氣量超過預(yù)定的排氣量并且在預(yù)定的時間段At1大于所述預(yù)定的排氣量時，借助于打開控制元件而打開旁通管路。引入用于打開旁通管路的附加條件的目的在于如果排氣量僅僅短暫地超過預(yù)定的排氣量并且然后再次下降或圍繞排氣量的預(yù)定值波動，而沒有超出量來證明打開旁通管路的正當(dāng)性，則防止過分頻繁的模式變化。接下來用于關(guān)閉旁通管路的類似過程是有利的。也就是說，當(dāng)排氣量降低到可預(yù)定的值以下時再一次關(guān)閉旁通管路。在這里，如下方法變型是有利的，其中當(dāng)排氣量降到預(yù)定排氣量以下且低于預(yù)定排氣量持續(xù)預(yù)定的時間段At2時進(jìn)行關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)明白，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法在性質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實施例不被認(rèn)為是限制性的，因為許多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。權(quán)利要求具體指出被認(rèn)為是新穎且并非顯而易見的一些組合和子組合。這些權(quán)利要求提到“一”元件或“第一”元件或其等同用語。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個或一個以上的這種元件的集成，既不要求也不排除兩個或兩個以上的這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其他組合或子組合可以通過修改這些權(quán)利要求或通過在這個或相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求來主張。這些權(quán)利要求，無論比原權(quán)利要求的范圍更寬、更窄、相等或不同都認(rèn)為包含在本發(fā)明的主題內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種增壓內(nèi)燃發(fā)動機,包括 具有至少兩個汽缸的至少一個汽缸蓋，每個汽缸具有用于排出排氣的至少一個排氣口，并且每個排氣口鄰接排氣管路，并且其中至少兩個汽缸的排氣管路匯合以在所述汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路，以便形成集成排氣歧管； 串聯(lián)設(shè)置的至少兩個渦輪，所述兩個渦輪具有不同的尺寸并且在所述總排氣管路中設(shè)置在所述排氣歧管的下游； 分配器外殼，其中所述歧管下游的總排氣管路進(jìn)入并通過所述分配器外殼并且通向所述兩個渦輪中的小渦輪；以及 容納所述小渦輪的第一渦輪外殼，所述第一渦輪外殼包括至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述分配器外殼包括控制元件，所述控制元件在打開位置時打開旁通所述小渦輪的旁通管路，并且在關(guān)閉位置時封閉所述旁通管路，其中所述旁通管路接入所述兩個排氣渦輪中的大渦輪上游的所述總排氣管路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述旁通管路完全集成在所述分配器外殼中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述控制元件是可樞轉(zhuǎn)的活門。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中設(shè)置有在所述大渦輪下游從所述總排氣管路分支的第二旁通管路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述第二旁通管路從所述分配器外殼內(nèi)的所述總排氣管路分支。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中設(shè)置有關(guān)閉元件，所述關(guān)閉元件在打開位置打開所述第二旁通管路，并且在關(guān)閉位置封閉所述第二旁通管路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中容納所述大渦輪的第二渦輪外殼沒有配設(shè)液體冷卻裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述第一渦輪外殼和所述第二渦輪外殼用不同的材料制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中至少部分所述分配器外殼和至少部分所述第一渦輪外殼集成構(gòu)造并且形成整體式部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述分配器外殼和所述第一渦輪外殼集成構(gòu)造并且形成整體式部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述分配器外殼和所述第一渦輪外殼是單獨的部件，它們以非鎖緊聯(lián)接、鎖緊聯(lián)接和/或粘接方式相互連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述分配器外殼配設(shè)有至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述分配器外殼的所述至少一個冷卻劑套連接于所述第一渦輪外殼的所述至少一個冷卻劑套。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述小渦輪下游的所述總排氣管路再一次進(jìn)入所述分配器外殼中并且通過所述分配器外殼并通向所述兩個渦輪的大渦輪。
16.—種用于運行內(nèi)燃發(fā)動機的方法,包括當(dāng)排氣量低于可預(yù)定排氣量時關(guān)閉位于兩個渦輪之間的旁通管路中的控制元件，以便使排氣通過所述兩個渦輪中的第一較小渦輪；和 當(dāng)排氣量超過可預(yù)定排氣量時打開所述控制元件，以便旁通所述小渦輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述控制元件被移動到打開位置以便停用所述小渦輪。
18.—種發(fā)動機系統(tǒng),包括 集成在汽缸蓋中的排氣歧管； 流體地連接于所述排氣歧管并且通向較小的第一渦輪和較大的第二渦輪的分配器外殼，所述第一渦輪和第二渦輪串聯(lián)地設(shè)置；以及設(shè)置在所述分配器外殼中的控制元件， 其中所述第一渦輪是水冷渦輪而所述第二渦輪是非水冷渦輪。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)動機系統(tǒng)，還包括控制器，所述控制器包括在高發(fā)動機載荷期間打開所述控制元件并且在低發(fā)動機載荷期間關(guān)閉所述控制元件的指令。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中當(dāng)所述控制元件關(guān)閉時，排氣通向所述第一渦輪，而當(dāng)所述控制元件打開時，排氣通向所述第二渦輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了增壓發(fā)動機的實施例。在一個示例中，增壓發(fā)動機包括具有至少兩個汽缸的汽缸蓋，每個汽缸具有用于排出排氣的至少一個排氣口，并且每個排氣口與排氣管路鄰接，其中至少兩個汽缸的排氣管路匯合以在該汽缸蓋內(nèi)形成總排氣管路，以便形成集成排氣歧管；串聯(lián)設(shè)置的至少兩個渦輪，該兩個渦輪具有不同的尺寸并且在總排氣管路中設(shè)置在排氣歧管的下游；分配器外殼，其中歧管下游的總排氣管路進(jìn)入并通過分配器外殼通向兩個渦輪中的小渦輪；以及容納小渦輪的第一渦輪外殼，第一渦輪外殼包括至少一個冷卻劑套以便形成液體冷卻裝置。
文檔編號F02B37/18GK102913317SQ20121027441
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者K·S·庫爾貝奇, N·A·斯科恩, C·韋伯 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司