具有冷却汽缸盖的点火式液冷内燃发动机的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月27日提交的德国专利申请号102016201166.9的优先权。上述申请的所有内容在此通过引用以其全文并入用于所有目的。

本说明书总体上涉及用于用于点火式液冷(applied-ignition,liquid-cooled)内燃发动机的绝热的集成排气歧管的方法和系统。

技术背景

在包括带有至少两个汽缸的至少一个汽缸盖的点火式液冷内燃发动机领域中，众所周知的是，通向进气口的进气管路以及连结出气口的排气管路可至少部分地集成在该汽缸盖中。汽缸的排气管路通常被合并以形成一个或多个整体排气管路。合并排气管路以形成整体排气管路通常被称为排气歧管。众所周知的，至少两个汽缸的排气管路至少部分地在至少一个汽缸盖内合并以形成整体排气管路，由此形成至少部分集成的排气歧管(iem)。同样众所周知的是，典型的液冷汽缸盖包括形成在汽缸盖中的多个冷却剂管道或至少一个冷却剂套，以便引导冷却剂通过汽缸盖。由此形成的汽缸盖结构是复杂的，同时也是一个高热负载和机械负载的部件。

由于发动机舱内更加密集的封装以及零部件到如上所述的汽缸盖中不断增加的集成性，内燃发动机的、特别是汽缸盖的热负载增加。其结果是，对冷却系统的要求增加了并且有必要采取措施可靠地预防内燃发动机的热过载。

为了可靠地预防内燃发动机过热，发动机的冷却布置(arrangement)的冷却能力被设计成用于冷却需求非常高或冷却需求最大的工作状态，这些工作状态以低车速下的高负载为特征。例如，诸如在加速过程中以及在上坡驾驶阶段发生的那些的工作状态。在此类情况下，发动机冷却系统负责消散非常大量的热量，而没有用于充分的消热散的可用空气流。

用于解决带有集成的排气歧管的内燃发动机的单独(individual)部件热过载的尝试包括无论何时预期到高排气温度时启动富化(λ<1)。其中，喷射比与所提供的空气量能够充分燃烧的更多燃料，其中过量的燃料同样地被加热并且蒸发，使得燃烧气体的温度下降。然而，发明人在此已经意识到此类系统潜在的问题。在一个示例中，这种方法通常无法为汽缸盖提供充分的冷却。在另一个示例中，内燃发动机的燃料消耗和污染物排放增加。

用于改善内燃发动机的液体型冷却布置的冷却能力的另一种可能方法可包括利用可以高热负载的材料来构造汽缸盖，特别是含镍材料。发明人在此已经意识到可高热负载材料(如那些昂贵的材料)并且意识到通过替代地降低汽缸盖的热负载，一种成本较低并且轻质材料(例如铝)可以被用于汽缸盖构造。

用于提高液体型冷却布置的冷却能力的另一种方法可导致过大的冷却器或多个冷却器，这些冷却器需要安装在车辆的前端区域，该前端区域可使用的空间是极小的。示出的是冷却器可以已经是一前一后安排的并且是彼此间隔开的以便部分地重叠。

技术实现要素：

发明人在此已经意识到不断地增加冷却器大小或数量来解决汽缸盖愈来愈增大的热负载的尝试的缺点并且提供了一种替代解决方案。作为一个示例，发明者在此不寻求经由汽缸盖来从排气中提取最大可能的热量。而是，通过至少局部地引进热绝缘，阻碍传递到汽缸盖中的热，由此发动机冷却布置的冷却能力需求被有意地减少。热传输表面(也就是说汽缸盖壁)的热渗透性在排气侧处被降低。由此，与对于不绝缘的系统相比，从排气中引入到汽缸盖并且随后到冷却剂系统的热量以较小程度发生。

用于改善点火式液冷内燃发动机的冷却能力的一种可能方法包括利用在汽缸盖的内壁上的热障来减少传递到汽缸盖和冷却剂系统的热量。一个示例，如由kloft及其他人在德国专利号de102011114771a1中所示出的，该专利公开了将金属或陶瓷绝缘涂层附着在排气端口的内壁上的通用过程，但该专利提供了极少关于这些端口内的绝缘的最合适的布置的细节。在另一个示例中，由福特全球科技有限责任公司(fordglobaltechnologiesllc)在德国专利号de202014100387u1中示出的，公开了一种用于使汽缸盖内的冷却剂套壁绝缘的方法。然而，该福特专利仅仅简要地提及了使排气端口而不是冷却剂套热绝缘的可能性，它们没有提供排气端口绝缘的合适配置方面的细节。在又另一个示例中，由glanz等人在德国专利号de3915988a1中所示出的，公开了金属片端口嵌件以在排气端口中提供热绝缘层。分离的铸造嵌件的使用涉及分离的生产劳动以及复杂的工具加工以确保在汽缸盖铸造过程中的适当放置。

发明者在此已经意识到以上方法的问题。在一个示例中，将复杂绝缘嵌件集成到铸造过程中会麻烦并且昂贵，同时在另一个示例中，没有针对性地增加局部或整体绝缘可导致过多的或不需要的绝缘和支出。在其他示例中，如果(替代地)到该盖上的热传递能够被减少，则利用高成本的材料来承受汽缸盖上的高热负载和机械负载可能是不需要的。在又另一个示例中，引入用于冷却目的的富化降低了燃料效率并且是无效的。由于发动机舱内的空间约束，通常不选择增加冷却器大小或增加冷却器数量来适应内燃发动机上增加的热负载。因此，发明人在此提供了一种方法来至少部分地解决以上问题。在一个示例中，点火式液冷内燃发动机包括带有至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中，每个汽缸具有至少一个出气口，该至少一个出气口用于经由排气排出系统来排出排气，每个出气口都通过单独的排气管路连结并且至少两个汽缸的单独的排气管路在该汽缸盖内在集合点处合并以形成一个整体排气管路，从而形成一个集成排气歧管，该整体排气管路从该汽缸盖的出口凸缘处显露出来；以及至少一个冷却剂套，该至少一个冷却剂套被集成在该汽缸盖内，该冷却剂套被提供用来形成液体型冷却布置，并且集成在该汽缸盖内的该排气歧管在排气侧处至少局部设有热绝缘。

以此方式，该热绝缘以便于减少从排气传递到该汽缸盖的热量以及随之冷却剂系统上的负担的方式被形成。作为一个示例，该热绝缘可以包括保护性热屏蔽，该热屏蔽可以包括热绝缘嵌件，该热绝缘嵌件具有延伸到该整体排气歧管的至少一个舌状元件以及沿内壁延伸的至少一个热绝缘流道，所述内壁限定处于最大热负载的位置处的集成排气歧管。应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍对在详细说明中进一步描述的概念的选择。并不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求书唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决了如上所述的或本披露的任何部分中的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1在稍微倾斜的平面图中示出了集成在汽缸盖的第一实施例中的排气管路的砂芯。

图2在透视图示中示出了与汽缸盖第一实施例的冷却剂套在一起的图1中展示的砂芯。

图3示出了汽缸盖的第一实施例的透视图示。

图4示出了热绝缘嵌件的第一实施例。

具体实施方式

本公开涉及一种内燃发动机，该内燃发动机驱动机动车辆并且，具体而言是一种点火式液冷发动机。该内燃发动机具有汽缸体以及至少一个汽缸盖，该汽缸体和该至少一个汽缸盖在其组装端侧彼此连接以形成至少两个汽缸。

内燃发动机的汽缸盖可以与冷却剂端口或冷却剂套以及集成排气歧管相结合，其中来自至少两个汽缸的排气管路可以在该汽缸盖内合并并且组合气流。以此方式，该汽缸盖成为结构复杂的部件，该部件具有高热负载和机械负载。根据本公开的方法，通过在关键位置-即在单独的排气管路合并以在汽缸盖内形成一个整体排气管路的位置处-绝缘排气端口可以降低由高温排气传递到该汽缸盖的热负载。除了减少冷却系统上的负担，以此方式使该集成排气歧管绝缘提供了额外的优势，包括减少热力损失以及保持高温以便更快地达到“预热”，同时保持有利的高排气温度以便在处理和涡轮增压后当合适时用于催化剂。通过将排气歧管集成到汽缸盖中，空间要求也可以被最小化。另外，根据本公开，该热绝缘可以与密封件一体形成，该密封件设置在该汽缸盖的外壁中形成的凸缘上。此处，该密封件用于紧固和固定套筒状的热绝缘嵌件，该热绝缘嵌件以保护性热屏蔽的方式起作用。

典型的内燃发动机可以用作为机动车辆驱动单元。在本公开上下文内，表述“内燃发动机”包含奥托循环发动机而且也包含利用混合燃烧过程的火花点火混合式内燃发动机。内燃发动机的另一个示例包括混合动力驱动装置，混合动力驱动装置包括点火式内燃发动机以及电机，该电机可驱动地连接到内燃发动机上并且该电机从该内燃发动机接收动力，或者该电机作为可切换的辅助驱动装置输出动力。

内燃发动机具有汽缸体以及至少一个汽缸盖，该汽缸体和该至少一个汽缸盖在其组装端侧彼此连接以形成至少两个汽缸。

为保持活塞或汽缸套，汽缸体具有对应数量的汽缸孔。活塞以轴向可移动的方式在汽缸套中被引导并且与汽缸套和汽缸盖一起形成内燃发动机的燃烧室。

点火式液冷内燃发动机的汽缸盖通常容纳阀驱动装置。为了控制充气交换，内燃发动机利用控制元件和用于致动这些控制元件的致动装置。在充气交换期间，燃烧气体是经由出气口被排出，并且新鲜空气的充气经由进气口来发生。为了控制充气交换，在四冲程发动机中，提升阀/气门(valve)几乎专用为控制元件。以此方式，提升阀在内燃发动机运行过程中执行振荡的提升运动，该振荡的提升运动提升阀来打开和关闭进气口和出气口。负责阀的运动的阀致动机构，包括阀本身，被称为阀驱动装置。

在点火式内燃发动机中，适当的点火装置可以被安排在汽缸盖中，并且另外在直喷内燃发动机的情况下，喷射装置可以被安排在汽缸盖中。

为形成合适的连接，也就是说在汽缸盖与汽缸体之间密封燃烧室的连接，应提供足够数量的足够大的孔，这显著影响该至少一个汽缸盖的结构设计。

从根本上可能的是发动机冷却布置采取空气型冷却布置或液体型冷却布置的形式。在空气型冷却布置的情况下，内燃发动机设有风扇，其中通过在汽缸盖的表面上传导的空气流来进行散热。

由于液体相比空气具有较高的热容量，可能的是使用液体冷却布置比利用空气型冷却布置消散大得多的热量。由于这个原因，内燃发动机越来越多地配备有液体型冷却布置。为根据本公开的内燃发动机配备液体型冷却布置包括提供冷却剂管道，所述冷却剂管道将冷却剂引导穿过汽缸盖，也就是说至少一个冷却剂套。此处，冷却剂，通常是包含添加剂或乙二醇的水，通过安排在冷却回路中的泵来输送，使得所述冷却剂在冷却剂套中循环。释放到冷却剂中的热量因此从汽缸盖的内部被排出，并且在热交换器中再次从冷却剂中被提取，该热交换器优选地被安排在车辆的前端区域并且该热交换器利用相对风。在此上下文中，液体冷却布置的冷却器具有特别意义，因为所述冷却器对于内燃发动机的可靠运行是不可缺少的，并且消散大量热。

为了给液体型冷却布置的热交换器提供足够大的空气流，即使在机动车辆处于静止状态时或处于低车辆速度状态时，现代化机动车辆驱动装置的冷却系统通常配备有多个高功率风扇马达，所述风扇马达驱动(也就是说转动)风扇叶轮。

在此上下文中，还应考虑冷却器不能被放大到任何所希望的程度，因为另外的热交换器、特别是冷却装置通常应被提供以便确保内燃发动机的可靠无故障的运行或者用来最优化内燃发动机的运行。过度大的冷却器在其布置和尺寸方面显著地妨碍了其他热交换器。

在以下将提及并描述热交换器的附加示例，以便展示可用冷却器空间上的负担。

由于燃料燃烧所释放的热量消散到限定燃烧室的壁、到排气流以及可能地到发动机冷却剂，并且还部分地到发动机油。经由机油盘通过热传导和自然对流而产生的散热通常是不足以维持最大容许油温，使得可以提供额外的油冷却器。

通常在内燃发动机的进气侧安排增压空气冷却器，该增压空气冷却器降低引入的新鲜空气的温度或者所引入的新鲜混合气的温度并且由此增加汽缸新鲜充气的密度。以此方式，增压空气冷却器有助于燃烧室利用空气或者新鲜混合气的有利充入。增压内燃发动机通常配备有增压空气冷却器。

除了增压空气冷却器以外，内燃发动机通常还具有另外的热交换器，特别是冷却装置。

现代的内燃发动机愈来愈常见地配备有排气再循环(egr)布置。排气再循环，也就是说燃烧气体从内燃发动机的排气侧到进气侧的再循环，被认为对于实现符合未来对于污染物排放要求，特别是对氮氧化物排放要求的目标是权宜的。由于氮氧化物在高温下形成，用于减少氮氧化物排放的一个概念包括开发在较低燃烧温度下的燃烧工艺，即燃烧方法，其中排气再循环是用于降低温度的手段。

在氮氧化物排放方面显著的减少发生在高排气再循环率时，该排气再循环率可能大约达到xegr≈50％到70％的数量级。为了实现如此高的再循环率，冷却有待再循环的排气，也就是说通过冷却来压缩排气，是必要的，以便增加再循环排气的密度。内燃发动机可以因此配备有额外的冷却装置用于冷却再循环的排气。

可以提供另外的冷却器，例如为了冷却在自动变速器情况下的变速器油或为了冷却液压流体，特别是液压油，液压油在液压可致动的调节装置内被使用和/或用于操纵辅助。

另外的热交换器是空调系统的空调冷凝器，该空调冷凝器通常根据冷蒸汽过程来运行。供应到客厢的空气流的温度随着其在蒸发器附近流动而降低，其中流动穿过蒸发器内部的冷却剂提取了来自空气流的热，并且在这样做时蒸发了。

上述陈述明确的是，现代化内燃发动机配备有多个热交换器，所述多个热交换器无一例外地应该被设计成带有足够大的热交换表面以便执行其功能。所述独立的热交换器在前端区域中确定尺寸和布置过程中，常常由于空间限制而产生冲突。

至少一个歧管的下游，排气随后被例如供应到排气涡轮增压器的涡轮和/或(如果合适的话)供应到一个或多个排气后处理系统。

此处，对汽缸盖上的要求进一步增加。在此上下文中，还应考虑的是越来越大比例的内燃发动机通过排气涡轮增压器或机械增压器来增压。

然而，将集成的排气歧管增加到已经容纳冷却剂管道或套的汽缸盖中增加汽缸盖的结构复杂性以及热负载和机械负载，这可以通过利用高热负载材料(例如，镍基合金)的构造和/或增加液体冷却能力来部分地解决。如前所述，本公开提供了一种用于减轻与iem汽缸盖相关联的高热负载的替代方案。而不是将iem汽缸盖附加的散热负担加载到液体冷却系统，可以使iem的一部分至少局部热绝缘，由此减少汽缸盖的热负载，在所述部分处，单独的排气管路合并成一个整体排气管路。这可以允许使用成本较低的铝汽缸盖并且不影响相关联冷却器的大小。在点火式液冷内燃发动机的情况下，其中，该至少一个汽缸盖能够在组装端侧连接到汽缸体，一个示例实施例是通过集成在该汽缸盖中的至少一个冷却剂套具有下冷却剂套和上冷却剂套的事实而加以区别，该下冷却剂套被安排在排气管路与汽缸盖的组装端侧之间，该上冷却剂套被安排在距离排气管路一定距离、位于排气管路与该下冷却剂套相对的那一侧上，在该下冷却剂套与该上冷却剂套之间提供了至少一个连接，该连接位于汽缸盖外壁中，整体排气管路与该外壁联接，该连接用于冷却剂的通路，其中，至少一个交叉连接被安排成与排气管路合并以形成整体排气管路的区域邻近。

优选的是，在汽缸盖的外壁中提供至少一个交叉连接，通过该至少一个交叉连接，冷却剂可以从下冷却剂套流入上冷却剂套，并且反之亦然。因此，在汽缸盖中，至少一个交叉连接被安排在集成排气歧管背离所述至少两个汽缸的那一侧上。该至少一个连接因此位于(可以说是)该集成排气歧管外侧。可以在集成排气歧管与汽缸之间放置额外的交叉连接以提供补充的冷却剂流。

首先，这会在汽缸盖外壁区域中产生冷却作用。其次，冷却剂的纵向流动，也就是说，在汽缸盖的纵轴方向上的冷却剂流，是通过冷却剂的横向流来补充的，该横向流相对于纵向流动横向地流动。通过至少一个交叉连接的横截面的对应尺寸确定，影响交叉连接内的冷却剂流速，并且因此影响所述至少一个交叉连接区域中的散热是可能的。

汽缸盖的附加冷却可以通过上下冷却剂套之间产生的压力梯度来实现，其结果是该至少一个交叉连接中的速度进而增加，这致使由于对流而产生增加的热传递。

本公开是针对一种点火式液冷内燃发动机，该内燃发动机包括带有至少两个汽缸的至少一个汽缸盖，其中，每个汽缸具有至少一个出气口，该至少一个出气口用于经由排气排出系统来排出排气，每个出气口都通过单独的排气管路连结并且至少两个汽缸的单独的排气管路在该汽缸盖内在集合点处合并以形成整体排气管路，从而形成集成排气歧管，该整体排气管路从该汽缸盖的出口凸缘处显露出来；以及至少一个冷却剂套，该至少一个冷却剂套被集成在该汽缸盖中，该冷却剂套被提供用来形成液体型冷却布置，并且集成在该汽缸盖中的排气歧管在排气侧至少局部设有热绝缘。

根据本公开，集成在汽缸盖中的至少一个排气歧管配备有热绝缘，也就是说，定界歧管的壁至少局部设有(也就是说包覆、内衬或类似地)热绝缘。在本公开的上下文中，优选地通过热绝缘展现了低于汽缸盖材料的热传导率的事实，来使热绝缘区别于用于生汽产缸盖的材料。在替代的实施例中，热绝缘可以包括搪瓷、陶瓷、金属的保护性热屏蔽或至少局部地通过表面处理来形成。

通过所述措施，必须有待消散的热量被有利地减少或限制。必须消散由冷却剂吸收的非常大量的热量的问题因此被消除了。

根据本公开的概念免除用于生产汽缸盖的高负载(特别是)含镍材料成为可能，因为汽缸盖首先配备有冷却布置，并且其次热绝缘阻碍了热引入到汽缸盖内，使得能够使用能够承受较低的热负载的材料，例如像铝。

如果至少一个汽缸盖具有两个汽缸，所述两个汽缸的排气管路形成整体排气管路。如果至少一个汽缸盖具有三个或更多个汽缸，并且如果两个汽缸的排气管路合并以形成整体排气管路，这就像根据本公开的汽缸盖实施例。

其中汽缸盖具有例如线性布置的四个汽缸并且外汽缸的排气管路和内汽缸的排气管路合并以在每种情况下形成整体排气管路的汽缸盖的实施例与根据本公开的汽缸盖示例是同样的。

实施例可以包括三个或更多个汽缸，其中这至少三个汽缸以这样的方式被构造成形成两组：每组包含至少一个汽缸，并且每个汽缸组的汽缸的排气管路合并以形成相应的整体排气管路，进而形成排气歧管。前述实施例尤其适用于使用双通道涡轮，其中两个整体排气管路以这样的方式被连接到该双通道涡轮机上：每个整体排气管路都通到一个通道中。

然而，汽缸或排气管路的分组可以适用于多个涡轮或排气涡轮增压器的使用，其中每个整体排气管路连接到一个涡轮。

一个替代性实施例包括：至少一个汽缸盖的所有汽缸的排气管路合并以形成单个(也就是说共用的)整体排气管路。

在点火式液冷内燃发动机的一个实施例中，该整体排气管路和/或集合点可以在排气侧其50％以上的范围设有热绝缘。

在点火式液冷内燃发动机的另一个实施例中，该整体排气管路和/或集合点可以在排气侧其70％以上的范围设有热绝缘。

在点火式液冷内燃发动机的另外一个实施例中，有利的是该整体排气管路和/或集合点可以在排气侧其80％以上的范围设有热绝缘。

此外，点火式液冷内燃发动机的一个实施例包括整体排气管路和/或集合点，在排气侧其整个范围设有热绝缘。

设有热绝缘的面积越大，阻碍热引入到汽缸盖越强烈，并且对液体型冷却布置的冷却要求被降低的程度越大。

根据本公开，特定汽缸特定排气管路上的热负载，特别是在汽缸侧，可能较高并且需要热绝缘。

因此，点火式液冷内燃发动机的实施例还可以有利的是至少两个汽缸的排气管路在排气侧其70％以上的范围设有热绝缘。

点火式液冷内燃发动机的实施例可以包括连结排气管路出气口的热绝缘。

在点火式液冷内燃发动机的替代实施例中，可以提供至少一个增压装置。根据本公开的概念尤其适合用于增压内燃发动机，该内燃发动机由于相对高的排气温度而经受特别高的热负载。

在内燃发动机的发展过程中，不断地寻求最小化燃料消耗并且减少污染物排放。

一种用于提高内燃发动机的效率和/或用于减少燃料消耗的措施包括内燃发动机的增压，其中，增压最初是增加动力的方法，其中用于在发动机内的燃烧过程的空气被压缩，由此在每个工作循环中更大质量的空气能够被供应到每个汽缸中。以此方式，燃料质量并且因此平均压力能够被增加。

增压是用于增加内燃发动机动力同时维持不变扫掠体积，或者用于降低扫掠体积而同时维持相同的动力的合适方法。在任何情况下，增压致使体积动力输出的增加以及更有利的动力重量比。如果扫掠体积减少，因此将负载集体朝向更高的负载变换是可能的，在这种情况下，比燃料消耗率较低。通过增压并结合合适的变速器配置，还可能实现所谓的降速，利用降速实现较低的比燃料消耗率同样是可能的。

对于增压，通常使用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮机被安排在同一轴上。热的排气流被供给到该涡轮并且在涡轮中膨胀伴随能量释放，其结果置轴于转动中。由排气流供应到涡轮并且最终供应到轴的能量用来驱动同样被安排在该轴上的压缩机。压缩机传送并且压缩供给给其的增压空气，其结果是获得了汽缸的增压。有利地在压缩机下游的进气系统中设有增压空气冷却器，借助于该增压空气冷却器，压缩的增压空气在进入至少一个汽缸前被冷却。冷却器降低增压空气的温度并且由此增加增压空气的密度，使得冷却器还有助于汽缸有利的增压，也就是说有助于更大的空气质量。通过冷却发生压缩。

排气涡轮增压器相对于机械增压器的一个优点是排气涡轮增压器利用热排气的排气能量，而机械增压器直接或间接地从内燃发动机获取能量用于驱动它。总体而言，存在一种机械或动力学连接用于传输增压器与内燃发动机之间的动力。

机械增压器的一个优点，也就是说，增压鼓风机相对于排气涡轮增压器而言，是机械增压器随时产生并且可以使用增压压力，确切而言不用管内燃发动机的运行状态如何，具体而言不管曲轴的现在转速如何。这特别适用于能够通过电机驱动的机械增压器。

众所周知的是，通过排气涡轮增压在所有发动机速度范围内实现动力增加中遇到了困难。在某一发动机速度下冲的事件下，观察到了相对严重的扭矩下降。如果考虑到增压压力比取决于涡轮压力比，所述扭矩下降是可理解的。如果发动机转速下降了，这导致较小的排气质量流并且由此导致较低的涡轮压力比。因此，朝向较低的发动机转速，增压压力比同样降低。这等同于扭矩下降。

使用各种措施来改善增压内燃发动机的扭矩特性是可能的。

例如，一个此类措施是小的涡轮机横截面设计以及提供排气吹出设施。此类涡轮又被称为废气涡轮。如果排气质量流超过了预定值，排气流的一部分在所谓的排气吹出过程中经由旁路管路被引导通过涡轮。这个方法具有的缺点是增压行为在相对高的转速或在相对高的排气量情况下是不充分的。

扭矩特性还可以通过并联安排的多个涡轮增压器来增加，即通过并联安排的多个具有相对小的涡轮横截面的涡轮，其中涡轮依次被致动，伴随着排气流率增加。

增压内燃发动机的扭矩特性可以进一步通过串联连接的多个排气涡轮增压器来有利地被影响。通过将两个排气涡轮增压器串联相连，其中一个排气涡轮增压器用作高压力级而另一个排气涡轮增压器用作低压力级，压缩机的特性映射图能够有利地被扩展，尤其在较小压缩机流的方向上和还有在较大压缩机流的方向上。具体而言，使用用作高压力级的排气涡轮增压器，喘振极限能够在较小压缩机流的方向上被移位，其结果是即使在小压缩机流的情况下，也能够获得高增压压力比，这相当大地改善了低发动机转速范围内的扭矩特性。

根据上述理由，点火式液冷内燃发动机的实施例可以包括增压装置，其中提供了至少一个排气涡轮增压器，该至少一个涡轮增压器包括安排在排气排出系统中的涡轮以及被安排在进气系统中的压缩机，该涡轮和压缩机被安排在同一可转动轴上，并且排气歧管的整体排气管路通到该涡轮中。

本公开的实施例适用于与其中设有排气涡轮增压布置的内燃发动机一起使用。在这个实施例中，整体排气管路与涡轮可以经由凸缘连接并且使用安排在密封表面中的密封件以非强制性锁定的方式彼此连接。

寻求的是在尽可能离汽缸出口近地安排涡轮机，以便能够最优地利用热排气的排气焓，这显著地是由排气压力和排气温度决定的，并且能够确保涡轮或涡轮增压器快速的响应行为。此外，以此方式，热排气到各种排气后处理系统的路径也被缩短。

应当在汽缸盖与涡轮机之间形成在会遭受高热负载的这个位置处的气密连接，以便消除由于泄露导致的排气逃逸到周围环境中的风险。

在此上下文中，其中热绝缘与密封件是一体形成的点火式液冷内燃发动机的实施例是高度合适的。密封件随后实际上还用于热绝缘的紧固或固定。此处，热绝缘还可以是带有多个瓣体或舌状物并且带有连接环形元件的套筒状或花状形式。

在点火式液冷内燃发动机的一个实施例中，热绝缘至少局部以保护性屏蔽的方式形成。

在点火式液冷内燃发动机的另一个实施例中，以保护性屏蔽形成的热绝缘具有至少一个舌状元件(例如瓣体)。

在点火式液冷内燃发动机的多个实施例中，热绝缘可以包括搪瓷、陶瓷、金属的保护性热屏蔽或至少局部通过表面处理方式形成。

为了形成该保护性热屏蔽，还有可能首先引入例如搪瓷或陶瓷等等材料并且随后经受表面处理。如果适当的话，热绝缘仅仅通过表面处理来形成。

点火式液冷内燃发动机的实施例可以包括汽缸，每个汽缸具有两个或三个出气口用于将排气排出汽缸。

阀驱动装置的目的是在正确的时间打开和关闭燃烧室的进气口和出气口，其中寻求可能最大的流动横截面的快速打开以便将在流入的气体流和流出的气体流中的节流损失保持为低，并且以便确保燃烧室利用新鲜混合气的最合适的增压，并且确保排气的有效性，也就是说，将排气全部排出。以此方式，汽缸可以设有两个或更多个出气口。

在图1至图4中示出了点火式液冷内燃发动机的汽缸盖中的热绝缘集成排气歧管的说明性实施例，其中，联接到集成排气歧管的保护性热屏蔽适用于实施根据本公开的一种或多种方法。

图1在稍微倾斜的平面视图中示出了集成在汽缸盖的第一实施例中的排气管路的砂芯。

图2在透视图示中示出了与汽缸盖的第一实施例的冷却剂套的砂芯在一起的图1中展示的砂芯。

图3在稍微倾斜的底部平面图中示出了汽缸盖的第一实施例。

图4示出了带有集成密封件的热绝缘嵌件的实施例。

图1至图4示出了具有不同部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果示出为彼此直接接触或直接联接，则此类元件可以分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此毗连或邻近的元件可以分别是彼此毗连或邻近的。作为示例，以彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，至少在一个示例中，彼此隔开定位的元件并且仅其之间仅有一定空间而没有其他部件的元件可以被如此称之。作为另一示例，被示出为在彼此上方或下方、在彼此相反侧或位于彼此左/右的元件可以相对彼此被如此称之。此外，如在附图中所示出的，至少在一个示例中，最顶部的元件或元件的最顶部的点可以被称为部件的“顶部”并且最底部的元件或元件的最底部的点可以被称为部件的“底部”。如在此处所使用的，顶部/底部、上/下、上方/下放可以相对于附图的纵轴并且被用来描述附图中元件相对彼此的定位。如此，在一个示例中，示出在其他元件上方的元件被定位于其他元件竖直上方。作为另一示例，附图内所描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，圆形的、直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。再进一步地，在一个示例中，被示出为在另一个元件内的或被示出为在另一个元件外的元件可以被如此称之。

图1中示出了集成排气歧管20的砂芯13。如本领域的技术人员将会理解的，集成排气歧管20实际上是成品汽缸盖1中存在的空隙。也就是，如由图1中的砂芯13所描绘的，集成排气歧管20是在铸造过程中用来制造汽缸盖1的芯(通常是由砂制成的)。在铸件已经固化后，当芯从汽缸盖1移除时，剩下的空隙构成集成排气歧管20，排气在发动机运行过程中流动通过该集成排气歧管。

如此处所使用的，如图1中所示出的集成排气歧管20包括将来自该至少一个汽缸盖1内的至少两个汽缸的单独排气管路4a、4b(如在此处已知的为排气管路、排气端口或汽缸端口)合并以形成整体排气管路6，从而形成集成排气歧管20。单独排气管路4a、4b可以合并成至少一个局部排气管路5，其中该至少一个局部排气管路5可以合并以形成整体排气管路6。图1中所示的集成排气歧管20包括四冲程内燃发动机的汽缸盖1的多个单独的排气管路4a和4b、局部排气管路5以及整体排气管路6，但是替代的实施例可以包括带有更多或更少汽缸的发动机。四个汽缸中的每个汽缸均配备有两个出气口3a、3b，其中第一排气管路4a和第二排气管路和4b各自分别与每个出气口3a、出气口3b连结。多个排气管路4a、4b和5组合成整体排气管路6的位置应被认为是集合点8。

图2在透视图示中示出了与汽缸盖1的第一实施例的冷却剂套2的砂芯150在一起的图1中展示的集成排气歧管20的砂芯13。如本领域的技术人员将会理解的，冷却剂套2实际上是成品汽缸1中存在的空隙。也就是，如在图2中所描绘的，砂芯150是在铸造过程中用来制造汽缸盖1的芯(通常是由砂制成的)。在铸件已经固化后，当芯从汽缸盖1移除时，剩下的空隙构成冷却剂套2，冷却流体在发动机运行过程中通过该冷却剂套中循环(未示出)。

冷却剂套2包括下冷却剂套2a和上冷却剂套2b，该下冷却剂套被安排在局部排气管路5与汽缸盖1的组装端侧9(见图3)之间，并且该上冷却剂套被安排在局部排气管路5的位于与下冷却剂套2a相对的那一侧上。上冷却剂套2a和下冷却剂套2b不是在外壁10的整个区域而是在外壁10的部分区域(确切而言与整体排气管路6邻近)彼此连接。

每个汽缸的第一排气管路4a和第二排气管路4b各自合并以形成与汽缸相关联的局部排气管路5，其中所述局部排气管路5随后(也就是，下游)合并进而形成整体排气管路6。下冷却剂套2a与上冷却剂套2b之间的至少一个汽缸侧连接15(如在图1中以点划线圆所示出的)可以在距所述局部排气管路5一距离17处提供在两个相邻汽缸的局部排气管路5之间。每个汽缸侧连接的距离17可以变化或者可以是相同的。

汽缸侧连接15辅助高热负载集合点8的冷却，在该集合点处所有汽缸的排气流合并，即被收集。内燃发动机所有的排气经过所述集合点8，即局部排气管路5的集合点8是局部排气管路5通入(openoutinto)整体排气管路6的地方。下冷却剂套2a与上冷却剂套2b之间的两个外壁交叉连接7被设置为邻近汽缸盖1的外壁10，整体排气管路6联接自外壁10。外壁交叉连接7进而用于冷却剂的通道(如在图1中以点划线椭圆所展示的)。外壁交叉连接7被安排为邻近整体排气管路6，也就是说被安排为邻近集合点8，排气管路4a、4b和5在该集合点合并以形成整体排气管路6。由于这是集成排气歧管20中存在最大量热负载的位置，最有必要的是保护性热屏蔽18被定位在此以最小化传递到汽缸盖1并且进而到液体冷却系统中的排气热量。

这两个外壁交叉连接7因此被安排为在距整体排气管路6一距离22处与局部排气管路5合并以形成整体排气管路6的区域邻近，如图1中所示出的。如在此处所使用的，邻近意味着汽缸盖1的外壁10与集成排气歧管20之间在距整体排气管路的一阈值距离22内，距离22不超过10cm。距离22应该保持以确保整体排气管路6附近最有效的热传递并且对于每个交叉连接可以改变或者可以是相同的。内燃发动机的所有排气流动穿过集合点8，该集合点8连续地经受热排气，而汽缸的局部排气管路5暂时地由热排气横穿。此外，排气流被偏转到集合点8的区域中，从而增加了集合点8中的热传递负载。利用汽缸盖1的纵轴方向上的纵向流，两个外壁10交叉连接7允许甚至在汽缸盖1的外壁10区域中的冷却，这些纵向流在上冷却剂套2a和下冷却剂套2b中产生，通过相对纵向流横向地行进的两个冷却剂流动而被强化。

为了在汽缸盖1铸造后移除砂芯13，在整体排气管路6的区域或外壁交叉连接7区域中提供至少一个进入开口12，所述进入开口12在砂芯13移除后被关闭。还可以看出的是，每个汽缸具有两个出气口3a、3b以及两个进气口11a、11b。图3示出了汽缸盖1的第一实施例确切地是从下方看的透视图，也就是说从汽缸的组装端侧9和进气口11a、11b的视角。

可能看见的是向外凸出的外壁10，其中整体排气管路6的在汽缸盖1外的出口是居中安排的，其中设有汽缸盖1出口凸缘14，汽缸盖1出口凸缘14可以紧固到外排气通道(未示出)或紧固到涡轮(未示出)上以便将排气排出汽缸盖1。

在其中局部排气管路5通入整体排气管路6和其中来自内燃发动机汽缸的热排气被收集的区域中以及整体排气管路6自身的区域中，汽缸盖1经受特别高的热负载。以下是针对此的众多原因。

首先，内燃发动机的所有排气穿过集合点8和整体排气管路6，然而连结汽缸出气口3a、3b的单独排气管路4a、4b充入一个汽缸的排气或部分排气。也就是说，释放或能够释放热到汽缸盖1的排气的绝对流速更大。

其次，局部排气管路5通入整体排气管路6的区域和整体排气管路6本身连续地被充入热排气，而汽缸的排气管路4a、4b-例如在四冲程内燃发动机的情况下-在相应汽缸的充气交换过程中被热排气流动穿过，也就是说每两个曲轴旋转一次。

应注意的是，在到整体排气管路6的流入区域中，也就是说集合点8的区域中，局部排气管路5的排气流被转向至更大或更小程度以便能够合并排气管路从而形成整体排气管路6。因此，在所述区域中，单独的排气流-至少部分地-具有垂直于整体排气管路6或集成排气歧管20的外部内壁19的速度分量，也就是说外部内壁19是排气管路5和6的背离汽缸定位的内壁。其结果是，由于对流的热传递以及因此的汽缸盖1的热负载在这个区域是额外增加的。至少一个热绝缘的流道18a可以包括直线长度23，以便热绝缘外侧内壁19的热负载最大的地方的足够部分。热绝缘流道18a可以具有宽度21，也就是说，除外侧内壁19的竖直表面外，那个宽度21还可以延伸以覆盖外侧内壁19的上表面和下表面。

由于所述原因，整体排气管路6与汽缸盖1中的集成排气歧管20的集合点8的位置处的保护性热屏蔽18提供了用于减少最受影响的区域处的热传递的高效且有效的装置。

在一个实施例中，整体排气管路6的热绝缘可以通过保护性热屏蔽18来实现，其中保护性热屏蔽18可以形成为嵌件、铸造部件、表面处理或其的一些组合，如图1中所示。在另一个实施例中，保护性热屏蔽18可以是多件配置，其中带有至少一个舌状凸起44的热绝缘嵌件40从汽缸盖1的出口凸缘14延伸一长度42到整体排气管路6，从而形成与集合点8邻近的至少一个热绝缘区域18b。

热绝缘嵌件40包括窄圆柱形套筒48，该套筒包括顶表面41、底表面43、第一侧表面45以及第二侧表面47，其中顶表面41和底表面43包括具有长度42的舌状凸起44，如在图4中所示。当热绝缘嵌件40联接到整体排气管路6时，圆柱状套筒48用于热绝缘整体排气管路6，而不会以阻碍排气流这样的方式延伸。因此，具有沿整体排气管路6的顶表面和底表面的舌状凸起44，从局部排气管路5进入侧流不被阻碍。在这个实施例中，舌状凸起44可以位于热绝缘嵌件的顶表面和底表面上，但可以使用更多或更少舌状凸起44。

依据布局，热绝缘嵌件40与联接到集成排气歧管20的外壁19的至少一个热绝缘流道18a配合。至少一个热绝缘流道18a可以比舌状凸起44创建的绝缘区域18b延伸更远到局部排气管路5。应注意的是，图1中示出了顶部绝缘区域18b，相对应的底部绝缘区域18b没有在图1中示出。应注意的是，在图1中示出的实施例具有集成的保护性热屏蔽18，但是多个实施例是可能的。舌状凸起44从汽缸盖1出口凸缘14向内延伸，也就是从汽缸盖1的出口凸缘14朝向汽缸盖1的中心延伸。舌状凸起44可以与整体排气管路6共面接触而其之间没有空气隙。热绝缘嵌件40与整体排气管路6以这种方式的联接将不会阻碍排气流。此外，热绝缘嵌件40的厚度46为使得其不会阻碍排气流。这个实施例包括两个热绝缘流道18a，但是可以使用更多或更少热绝缘流道18a。

热绝缘嵌件40可以与密封件34(例如，垫圈)一体形成。密封件34可以与热绝缘嵌件40的圆柱状套筒48呈垂直取向一体形成。也就是说，穿过圆柱状套筒48中心的轴线49垂直于与汽缸盖1出口凸缘14和密封件34的表面平行的平面。在替代性实施例中，圆柱状套筒48可以是椭圆的或适应整体排气管路6和汽缸盖1配置的另一个合适的形状。在汽缸盖1的出口凸缘14上设置了密封件34并且该密封件使用多个紧固件(未示出)是可安装固定的，所述多个紧固件穿过出口凸缘14中的多个紧固件孔16以及密封件34中的多个相对应的紧固件孔32。在本实施例中，因此展现了四个紧固件(未示出)和在出口凸缘14和密封件34中各自的多组四个孔。在替代性实施例中，可以使用不同数量的紧固件。此处，密封件34用于热绝缘嵌件40的紧固和固定，该热绝缘嵌件以保护性热屏蔽18(如在图1中以阴影线区域展示的)的方式起作用。密封件34具有足够大的高度31和宽度33以覆盖出口凸缘14并且在汽缸盖1与附接装置之间提供气密附接。附接装置的示例可以包括但不限于外排气通道和涡轮增压器。单独的汽缸盖和端口配置可以决定保护性热屏蔽18设计的具体长度和宽度。如前述的，保护性热屏蔽18可以是铸造绝缘材料、表面处理、金属或陶瓷嵌件或另一种合适的绝缘方法的形式。

如前述的，源自汽缸的所有排气穿过集合点8，在该集合点处，局部排气管路5合并并且通入整体排气管路6，也就是说，所有汽缸的排气被收集的嘴口区域。在一个实施例中，保护性热屏蔽18是与密封件34一体形成的。

通过提供保护性热屏蔽18，来自排气的热到汽缸盖1中并且到冷却剂中的引入被阻碍了，由此既实现了从排气中提取较少的热并且实现了较少的热被引入冷却剂中。通热屏蔽18的战略布局有目的地减少冷却需求，因为降低了热传递壁的热渗透性。应理解，在此公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，以上技术能够应用到v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸发动机和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所披露的各种系统和配置、以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求书具体地指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件、和/或特性的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过本申请或相关申请呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求，比原权利要求在范围上无论更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本公开的主题内。