具有双流道涡轮机和分组汽缸的增压内燃发动机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有双流道涡轮机和分组汽缸的增压内燃发动机。本申请提供了用于增压内燃发动机的方法和系统，该增压内燃发动机具有至少一个汽缸盖，其包括至少两个汽缸。在一个示例中，一种系统可以包括具有至少一个出气道的每个汽缸，至少两个汽缸被配置以形成两组，每组包括至少一个汽缸，排气管路接合在一起以形成总排气管路，该总排气管路提供了排气歧管，排气管路被连接到排气涡轮增压器并且装备有转子叶片，其中每个转子叶片包括面向流道的第一入口边缘和面向流道的第二入口边缘，该第一入口边缘和第二入口边缘在连接点处互相连接以形成曲折部。
【专利说明】具有双流道涡轮机和分组汽缸的増压内燃发动机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2015年4月2日提交的德国专利申请N0.102015205998.7的优先权，该德国专利申请的全部内容为了所有目的通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本说明书总体涉及具有至少一个汽缸盖且包括至少两个汽缸的增压内燃发动机。
【背景技术】
[0004]内燃发动机具有一个气缸体和至少一个汽缸盖，该气缸体和汽缸盖互相连接以形成汽缸。汽缸盖经常用于容纳气门机构。为了控制气体交换，内燃发动机可能需要控制元件(通常呈现为气门形式)以及用于驱动这些控制元件的驱动装置。移动气门所需要的气门驱动机构(可包括气门自身)在本文中被称为气门机构。在气体交换过程中，燃烧室通过进气口被填充增压空气。
[0005]根据现有技术，邻接出气道的排气管路至少部分地集成到汽缸盖内，并且可以被组合以形成共用的总排气管路或者可以被成组地组合以形成两个或更多个总排气管路。形成总排气管路的排气管路组合一般可以在本公开的背景中被称为排气歧管。
[0006]汽缸的排气管路在个别情况下进行组合的方式，即排气排放系统的具体配置可以主要取决于内燃发动机的哪个工作范围具有优先级，即内燃发动机的运转行为关于其哪个工作范围将被优化。
[0007]在增压内燃发动机的以下情况中，即其中排气涡轮增压器的至少一个涡轮机被提供在排气排放系统中并且增压内燃发动机可被配置为在较低的发动机转速或负荷范围中(即在相对小的排气容积情况下)具有令人满意的运转行为，“脉冲涡轮增压”可能是期望的运转状态。
[0008]在这种情况下，特别是在气体交换期间，发生在排气排放系统中的动态波动过程(dynamic wave processes)可被用于增压的目的，也可在改进内燃发动机的运转行为的过程中使用。
[0009]作为气体交换过程的一部分，来自内燃发动机的一个汽缸的燃烧气体的疏散可以主要基于两种不同的机制。如果出口气门在气体交换开始时在相对接近于下止点的位置打开，则燃烧气体可以高速流经出气道进入排气排放系统，这是由于在汽缸中朝向燃烧结束占优势的高压水平以及在燃烧室与排气管路之间的相关高压差。该压力驱动流动过程可以伴有高压峰值，其在本文中也被称为预排气喘振(pre-exhaust surge)，其可以沿着排气管路以声速传播，其中压力可以随着传播距离的增加而被减小或减少较大或较小程度，压力的减少主要归因于摩擦。
[0010]随着气体交换进行，在汽缸中和在排气管路中的压力可以相等，因此燃烧气体可以随后被逐出，这主要由于活塞的冲程运动而不是通过压力的效应来实现。
[0011]在低发动机转速下，预排气喘振可以以某一选定的方式被用于脉冲增压，其中短持续时间的高压脉冲可以在涡轮机中以有效的方式被用于能量回收。以此方式，即使仅具有相对小的排气容积，尤其在低发送机转速下，也可凭借排气涡轮增压来产生高增压比，例如在入口侧上的高增压。
[0012]脉冲增压可以提供一种方法，在该方法中涡轮机转轮的加速以预定方式来响应。例如，脉冲增压可以被用在增加涡轮机转速，在内燃发动机怠速运转期间或在低负荷下，该涡轮机转速可以大幅地降低且可被用户注意到，并且在增加负荷需求的情况下，该涡轮机转速通常可以凭借排气流量无延迟地尽量再次被提高。涡轮机转轮的惯性和轴承组件中的摩擦通常可能延迟涡轮机转轮加速到更高转速，并且因此可以提供增压的瞬时增加。
[0013]解决脉冲增压的其他尝试包括提供混流涡流增压器。由Uhlenhake等人在WO2014099330A1中示出了一种示例方法。在其中，提供了具有不对称的成对涡旋的螺旋形设计的涡轮增压器。两个螺旋形中的较大者可以消除对废气门与相关驱动器的需求。
[0014]但是，本文的发明人已经意识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，为了能够使用可能发生在排气排放系统中的动态波动过程，尤其是预排气喘振，用于脉冲增压以改进内燃发动机的运转行为，压力峰值或预排气喘振必须被维持在排气排放系统中。这在压力脉冲可能在排气管路中被加强或至少没有在例如相消干涉中互相削弱或互相抵消的情况下可能是尤其有用的。因此，可能有利的是将汽缸进行分组或将排气管路进行组合，以使得高压(尤其是个别汽缸的预排气喘振)可被维持在排气排放系统中并且可尽量有效地避免互相干扰。
【发明内容】
[0015]在其中汽缸被分组的增压内燃发动机也在本公开的范围内。根据本主题，至少两个汽缸可以被配置为使得它们形成两组，每组包括至少一个汽缸。在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路可以一起来形成总排气管路，从而形成排气歧管。在这种情况下，汽缸可以被分组，以使得在一组的汽缸的排气管路中的动态波动过程对另一组具有尽量小的负效应。
[0016]在具有串联设置的四个汽缸的汽缸盖的情况下，一个实施例可以将具有360°曲柄转角的点火间隔的两个汽缸组合为一组。例如，如果根据点火顺序1-2-4-3或根据点火顺序1-3-4-2来开始汽缸中的点火，则一个示例可以将外汽缸组合为第一组并且将内汽缸组合为第二组。
[0017]在汽缸分组的背景中，为了获得脉冲增压，必须考虑另外两个方面，该另外两个方面与汽缸组的排气排放系统的分离高度相关。一方面，越来越常见的情况是，为了参与到设置在汽缸盖中的液体冷却系统中以及为了避免必须用可能昂贵的耐高热应力的材料制造歧管，排气歧管被集成到汽缸盖中。另一方面，布置涡轮机的一个基本目的可能是将其提供在排气排放系统中尽量接近内燃发动机的出口，比如接近汽缸的出气道。这种布置有几个理由，并且每个理由可以包括它自身的优点，尤其是因为在汽缸与涡轮机之间的排气路径可以被缩短。不仅到涡轮机的热排气的路径可以被缩短，而且个别排气歧管和总排气排放系统的容积同样被减小。以此方式，可以实现排气焓的改进的用途，该排气焓可以明确地由排气压力和排气温度来确定。在至少一个示例实施例中，管路的长度的缩短和在涡轮机转轮上游的排气容积的相关减少可以改进涡轮机的响应。
[0018]但是，根据上述构思，事实是:从汽缸的出气道到所提供的涡轮机的涡轮机转轮之间的路径可以被显著地缩短，并且也可能具有潜在的问题。由于涡轮机相对接近发动机的布置，汽缸组的排气排放系统不会被足够长地分离。因此，根据本公开，汽缸组的两个总排气管路可以被连接到双流道涡轮机，其中两个流道可以通过与总排气管路连续的壳体壁在至少一个涡轮机转轮的方向上在至少某一段中或某些段中互相分离，从而确保汽缸组的排气排放系统在较长距离上也互相分离。
[0019]尽管以上描述了优化的措施和特征，但脉冲增压也需要进一步的改进。
[0020]在一个示例中，上述问题可以通过具有至少一个汽缸盖的包括至少两个汽缸的增压内燃发动机来解决，其中每个汽缸具有用于通过排气排放系统排放来自汽缸的排气的至少一个出气道以及邻接每个出气道的排气管路，至少两个汽缸被配置为使得它们形成两组，每组包括至少一个汽缸，在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路一起来形成总排气管路，由此形成排气歧管，并且两个总排气管路被连接到排气涡轮增压器的双流道(double-flow)涡轮机，所述涡轮机包括安装在涡轮机壳体中的可旋转轴上并装备有转子叶片(rotor blade)的涡轮机转轮，以使得在每种情况下，一个总排气管路被连接到涡轮机的两个流道中的一个，其中这两个流道可以通过与总排气管路连续的壳体壁在涡轮机转轮的方向上在至少某一段或某些段中互相分离，因此也就像汽缸组的排气排放系统一样，其中涡轮机转轮的每个转子叶片具有面向流道的入口边缘(inlet edge)，其中与第一流道相关联的第一入口边缘和与第二流道相关联的第二入口边缘在连接点处互相连接并以此方式形成入口边缘，该入口边缘在连接点处具有曲折部(inflect1n)。以此方式，转子叶片边缘的设计和配置可以使得有可能优化面向两个流道的入口边缘，比如可能与两个流道相关联的边缘的两个分段，其关于相关联的流道、更具体地关于脉冲增压是互相独立的。
[0021]作为一个示例，这种转子叶片边缘可以考虑到以下事实:两个流道通常包括不同的几何配置，并且因此也可以具有不同的气体动力学。因此，在一个实施例中，两个流道可能需要不同形状的入口边缘。
[0022]应当理解，提供上述
【发明内容】
是为了以简化的形式介绍将在详细说明书中进一步描述的一些概念选择。这不意味着确认所要求保护的主题的关键或重要特征，本发明的范围由随附于【具体实施方式】的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或本公开的任一部分中指出的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0023]图1示出了内燃发动机的示意图。
[0024]图2A示出了在内燃发动机的第一实施例中的双流道涡轮机的不完整的局部截面侧视图。
[0025]图2B示出了在图2A中示出的涡轮机的转子叶片的入口边缘的平面图。
[0026I图3A示出了尖锐曲折部的示意侧视图。
[0027]图3B示出了圆润曲折部的示意侧视图。
[0028]图2-3是大致按比例示出的，但是可以使用其它相对尺度。
【具体实施方式】
[0029]以下描述涉及系统和方法，所述系统和方法涉及具有至少一个汽缸盖的增压内燃发动机，所述汽缸盖包括至少两个汽缸。
[0030]如图1中所示，本公开可以被配置且适用于任意数目的常规内燃发动机。图2A提供了在内燃发动机的第一示例性实施例中的双流道涡轮机的不完整的局部截面侧视图。图2B提供了视图，该视图以平面图的形式示出了图2A中展示的涡轮机的转子叶片的入口边缘。应理解的是，在此提供的平面图在对应于转子叶片方向上的流道的平面中示出了图2A中所提供的实施例。图3A提供了尖锐曲折部的示意侧视图，并且图3B提供了圆润曲折部的示意侧视图。
[0031]在根据本公开的内燃发动机的一个实施例中，通过一种内燃发动机来提供被配置为改进脉冲增压的增压内燃发动机，该内燃发动机包括至少一个汽缸盖，所述汽缸盖进一步包括至少两个汽缸，其中每个汽缸具有用于通过排气排放系统排放来自汽缸的排气的至少一个出气道以及邻接每个出气道的排气管路，至少两个汽缸被配置为使得它们形成两组，每组包括至少一个汽缸，在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路一起来形成总排气管路，从而形成排气歧管，并且这两个总排气管路被连接到排气涡轮增压器的双流道涡轮机，所述涡轮机包括安装在涡轮机壳体中的可旋转轴上并装备有转子叶片的涡轮机转轮，以使得在每种情况下，一个总排气管路连接到涡轮机的两个流道中的一个，其中两个流道可以通过与总排气管路连续的壳体壁在涡轮机转轮的方向上在至少某一段或某些段中互相分离，因此也就像汽缸组的排气排放系统一样，并且其中涡轮机转轮的每个转子叶片具有面向流道的一个入口边缘，其中与第一流道相关联的第一入口边缘和与第二流道相关联的第二入口边缘在连接点处互相连接，并以此方式形成入口边缘，该入口边缘在连接点处具有曲折部。
[0032]作为根据本公开的内燃发动机的一个实施例，每个转子叶片的入口边缘(面向流道的边缘)具有两个分段，即与第一流道相关联的第一入口边缘和与第二流道相关联的第二入口边缘，所述边缘在连接点处连接。以此方式，转子叶片边缘的配置可以使面向两个流道的入口边缘能够被改进，即与两个流道相关联的边缘的两个分段，其关于相关联的流道、更具体地关于脉冲增压是互相独立的。
[0033]这种设计的转子叶片边缘可以考虑到以下事实:两个流道通常可包括不同的独特几何配置，并且因此也可以具有不同的气体动力学。因此，两个流道可能需要不同形状的入口边缘。
[0034]在连接点处(该连接点在一个实施例中可以定位在壳体壁的对面或接近壳体壁)，转子叶片边缘可以包括基本三角形的曲折部。在一个实施例中，曲折部可以限定尖锐的(sharp)三角形曲折部，其中转子叶片的尖端可以指向外部，使得它被定向于流道或壳体壁的方向上。在另一实施例中，曲折部可以包括两个互相连接的支柱(leg)，其可进一步形成小于180°的角。在其它实施例中，两个互相连接的支柱可以形成小于90°的角，而且在又一实施例中，两个互相连接的支柱可以形成小于60°的角。在上述实施例中，支柱可以形成与两个流道相关联的两个入口边缘的两个分段的至少一个区域。
[0035]根据本公开配置的转子叶片边缘可以改进脉冲增压，特别是当使用“混流涡轮机”时，其中射入流的速度矢量可以包括径向速度分量和轴向速度分量两者。与其中射入流可以是精确径向的纯径流涡轮机相比，混流涡轮机通过较低的惯性来区分，该较低的惯性可能由涡轮机转轮的较小直径造成。
[0036]在根据本公开的内燃发动机的一个示例实施例中，至少两个汽缸可以被配置为使得它们形成两组，每组包括至少一个汽缸。由于一个组也可以仅包括单个汽缸，该单个汽缸包含有单个出气道，因此一个组的排气歧管也可以包括汽缸的出气道的单个排气管路。在这种情况下，可能不存在(多个)排气管路的组合本身以形成歧管。
[0037]作为另一实施例，双流道涡轮机可以是排气涡流增压器的涡轮机。排气涡流增压器可以包括布置在排气排放系统中的涡轮机以及布置在进气系统内或进气歧管内的压缩机。
[0038]以此方式，当与例如机械增压器相比时，排气涡轮增压器可能不需要用于在增压器与内燃发动机之间的动力传输的机械连接。然而，机械增压器可以从内燃发动机吸入驱动它所需要的所有能量，并且因此可能减少可用于车辆的动力。因此，机械增压器可能呈现关于总效率的缺陷。但是，排气涡轮增压器可以利用排出气体的排气能量并且发动机的总效率可以被改进。
[0039]在至少一个示例中，可以提供增压空气冷却系统，借助于该增压空气冷却系统，被压缩的增压空气在进入汽缸之前被冷却。该增压空气冷却系统可以进一步增加所供应的增压空气的密度。以此方式，冷却可以同样有助于压缩，也可有助于更好的或增加的燃烧室填充，其可以进一步有助于改进容积效率。在一个实施例中，增压空气冷却器可以装备有旁通管路，以便在比如冷起动之后需要时提供绕开增压空气冷却器的能力。
[0040]在一个实施例中，通过提供在排气排放系统中并联的和/或串联的多个增压器、排气涡轮增压器和/或机械增压器，增压内燃发动机的扭矩特征可以进一步被改进。
[0041]根据本公开的增压内燃发动机的又一实施例可以包括如上文所限定的连接点，该连接点可以位于壳体壁的对面。然后，每个转子叶片的入口边缘的两个分段可以对应于相关联的流道。与第一流道相关联的第一入口边缘可以覆盖第一流道，而与第二流道相关联的第二入口边缘可以覆盖第二流道。
[0042]增压内燃发动机的一些实施例可以包括尖锐的(sharp)曲折部，并且增压内燃发动机的另外其它实施例可以包括圆润的(rounded)曲折部，其中该圆润的曲折部可以进一步包括两个互相连接的支柱，这两个支柱可以形成小于180度的角。在至少一个实施例中，增压内燃发动机可以包括曲折部(inf lect1n)，该曲折部远离可旋转轴指向外部。该曲折部可以指向流道的或壳体的方向，并且可以被定向成与射入流相反。
[0043]现在转向图1，示例内燃发动机100被示出。图1的内燃发动机100可以通过电子发动机控制器12来控制，并且该内燃发动机100可以进一步包括至少一个燃烧室30。在本图中示出了燃烧室30，该燃烧室30通过各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以分别通过进气凸轮51和排气凸轮53来运转。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55来确定。进一步地，排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57来确定。
[0044]燃料喷射器66被示出定位成使得该燃料喷射器66可以将燃料直接喷射到燃烧室30中，这是本领域技术人员公知的直接喷射。燃料喷射器66可以传送与来自控制器单元12的脉冲宽度成比例的燃料。燃料可以通过包括燃料箱、燃料栗和燃料轨的燃料系统(未示出)被传送到燃料喷射器66。由燃料系统传送到燃烧室30的燃料压力可以通过改变位置阀(posit1n valve)和调整至燃料栗的流量来调节。此外，计量阀可以位于燃料轨中或靠近燃料轨以用于闭环燃料控制。栗计量阀可以进一步调整至燃料栗的燃料流量，从而减少被抽到高压燃料栗的燃料。
[0045]在图1中示出了进气歧管44，该进气歧管44与可选的电子节气门662连通，该电子节气门62可以调节节流板64的位置，以便控制来自进气增压室46的气流。在一个实施例中，本公开的发动机系统100可以包括涡轮机164和压缩机162。压缩机162可以吸入来自进气42的空气以便供应增压室46。排气可以旋转通过轴161与压缩机162耦连的涡轮机164。在至少一个实施例中，也可以提供增压空气冷却器115，并且该增压空气冷却器115可以冷却由压缩机162压缩的空气。可以通过调节可变叶片控件72或压缩机旁通阀158的位置来调节压缩机转速。在可替代的示例中，除了可变叶片控件72之外，还可以使用废气门74。该可变叶片控件72可以调节可变几何涡轮机叶片的位置。当叶片处于关闭位置时，排气可以穿过涡轮机164并且将增加的力施加到涡轮机164上。压缩机旁通阀158可以允许在压缩机162的出口处的压缩空气返回到压缩机162的输入。以此方式，压缩机162的效率可以被降低以便影响压缩机162的流量并且降低进气歧管压力。
[0046]随着活塞36接近止点压缩冲程，当燃料通过压缩点火来点火时，所提供的发动机系统100内的燃烧可以在燃烧室30中开始。在一些示例中，通用排气氧(UEGO)传感器126可以被耦连到排放装置70上游的排气歧管48。在其它示例中，UEGO传感器可以位于一个或多个排气后处理装置的下游。进一步地，在一些示例中，UEGO传感器可以被NOx传感器所取代，该NOx传感器可以包含有NOx和氧传感元件。
[0047]在较低的发动机温度下，电热塞68可以将电能转变为热能以便提高燃烧室30中的温度。通过提高燃烧室30中的温度，可以更容易地通过压缩来点火汽缸空气燃料混合物。然后，控制器12可以调节供应到电热塞68的电能的量。电热塞68可以伸入到汽缸内并且该电热塞68可以进一步包括与该电热塞集成在一起的压力传感器，该压力传感器用于确定燃烧室30中的压力。
[0048]在至少一个示例实施例中，可以提供排放控制装置70，该排放控制装置70可以包括微粒过滤器和催化剂砖。在另一示例实施例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置包括多个砖。进一步地，在一个示例中，排放控制装置70可以包括氧化催化剂。在其它示例中，该排放控制装置可包括稀NOx捕集器或选择性催化还原(SCR)和/或柴油微粒过滤器(DPF)。发动机系统100的排放装置70可以相对于涡轮机164被布置在发动机的排气系统中的下游，使得供应到涡轮机164的排气可以在其释放到大气之前转变为安全形式。
[0049]在另一示例中，可以通过排气再循环(EGR)阀80在发动机中提供排气再循环。EGR阀80可以是三通阀，其关闭或打开以阻塞或允许排气从排放装置70的下游流向在涡轮机164上游的发动机进气系统中的一个位置并流向进气歧管44。在一个示例中，EGR可以绕过EGR冷却器85，或者可替代地，可以通过穿过EGR冷却器85来冷却EGR。在其它示例中，可以提供高压和低压EGR系统。
[0050]在图1中所提供的控制器12被示出为常规微型计算机，该常规微型计算机包括:微处理器单元102、输入和输出端口 104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110以及常规数据总线。控制器12被显示为接收来自与发动机100耦连的传感器的各种信号，除了以前所述的那些信号外，所述信号还包括:来自与冷却套筒114耦连的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);与加速器踏板130耦连以便感测由驾驶员132调节的加速器位置的位置传感器134;来自与进气歧管44耦连的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值;来自压力传感器122的增压;来自氧传感器126的排气氧浓度;来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器;来自传感器120(例如，热丝空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。尽管传感器在图1中未被示出，但大气压也可以被感测以便由控制器12来处理。在本公开的一个示例实施例中，发动机位置传感器118可以针对曲轴的每次回转产生预定数目的等间隔脉冲，由此可以确定发动机转速(RPM)。发动机系统100的控制器12可以进一步用于控制并随之驱动上述气门。
[0051]控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并使用图1的各种驱动器，以便基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调节发动机运转。
[0052 ] 例如，调节电子节气门62可以包括通过来自控制器12的信号来调节节流板64的位置，以便调节进入进气歧管44的流量和压力。
[0053]在增压内燃发动机的一些实施例中，该第一入口边缘可以包括凹侧，该凹侧可以随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。这种配置可以考虑以下情况:当排气流道在第一流道出现时，该排气流道可以是受限的，并且该排气流道随后在进入涡轮机转轮之前又变宽。在其它实施例中，第一入口边缘可以包括凸侧，该凸侧可以随着轴旋转而形成该转子叶片的前侧的一部分。
[0054]在增压内燃发动机的一个实施例中，该第二入口边缘可以包括凹侧，该凹侧随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。在另一实施例中，该第二入口边缘可以包括凸侧，该凸侧可以随着轴旋转而形成转子叶片的前侧的一部分。
[0055]作为一个示例，增压内燃发动机的壳体壁可以包括可被固定地连接到壳体的不可移动壁。以此方式，壳体壁可以确保由热排气引入壳体壁的热量以有利的方式消散并且在足够程度上进入且通过壳体。进一步的实施例可以提供一种增压内燃发动机，其中两个流道通过壳体壁互相分离直到涡轮机转轮，因此也就像汽缸组的排气排放系统一样，这可以是有利的。在本示例中，涡轮机的两个流道并且因此相关联的汽缸组的排气排放系统可以实质上是互相分离的，导致每个流道仅与最初对其供给的汽缸组的排气管路连通。这可以通过使用在排气歧管中传播的压力峰值来进一步辅助脉冲增压。
[0056]也提供了增压内燃发动机的实施例，其中使两个流道互相分离的壳体壁在涡轮机转轮侧上可以具有自由的舌型端部并且终止在距离涡轮机转轮一段距离处，从而形成舌形间隙(tongue clearance)。在这种情况下，两个流道可以彼此连接或者可以借助于在邻近涡轮机转轮的端部处的转移通道来暂时地互相连接。以此方式，舌形间隙可以被定义或获得为使相邻流道彼此分离的壳体壁的自由舌型端部与涡轮机转轮比如其叶片之间的间隙。该转移通道可以允许在流道之间的相互作用。
[0057]关于图2A，提供了在内燃发动机的第一实施例中的双流道涡轮机I的不完整的局部截面侧视图。涡轮机I可以包括涡轮机壳体2，在该涡轮机壳体2中涡轮机转轮3可以被安装在可旋转轴上。所示出的双流道(double-flow)祸轮机I被显示为成对流道(twin-f low)涡轮机I，该成对流道涡轮机I可以通过以下事实来区分:两个流道5a、5b可以被设置为互相邻接并且至少沿着弧形段以相等半径的螺旋形围绕涡轮机转轮3，该涡轮机转轮3可以装备有转子叶片3a。这两个流道5a、5b可以被设置在壳体2中与涡轮机I的轴相距相等的径向距离处，并且可以借助于壳体壁2a进一步互相分离直到涡轮机转轮3。在涡轮机转轮侧上，壳体壁2a可以包括自由的舌型端部，该舌型端部可以延伸到尽量接近涡轮机转轮3。
[0058]涡轮机转轮3的每个转子叶片3a可以包括入口边缘4，该入口边缘4可以面向流道5a、5b并且可以具有两个分段4a、4b，即与第一流道5a相关联的第一入口边缘4a以及与第二流道5b相关联的第二入口边缘4b，第一入口边缘4a和第二入口边缘4b可以在连接点处互相连接并且以此方式可以形成入口边缘4，该入口边缘4可以在连接点6处具有曲折部7。
[0059]在该情况下，在可位于壳体壁2a的对面并接近壳体壁2a的连接点6处，转子叶片边缘4可以包括尖锐的三角形曲折部7、7a，其中尖端可以指向外部，即该尖端可以定向于流道5a、5b或壳体壁2a的方向上。根据本公开配置的转子叶片边缘4在进入转子叶片3a时可以改进射入流条件，并且因此也可以改进脉冲增压。
[0060]除了以上简述的舌形间隙，也可以提供其中舌形间隙是可变的增压内燃发动机的实施例。进一步地，如下实施例也在本主题的范围内，即其中涡轮机的两个流道可以通过打开位于至少一个涡轮机转轮上游的至少一个开口而在涡轮机壳体内互相连接。
[0061]但是，脉冲增压可能呈现一些潜在问题。因此，由于排气排放系统中的压力脉冲，气体交换通常可能在一段时间内恶化。而且，必须考虑的是:涡轮机可以在不经受颤动和可替代的局部负荷的情况下以最有效的方式运转。为了能够在高发动机转速下以最佳方式运转设置在排气排放系统中的汽缸下游的涡轮机，该涡轮机应该经受在一段时间内尽量恒定的排气压力，由于这个原因，可以提供在涡轮机的上游变化很小的压力以实现“恒压增压(constant-pressure charging)，，。
[0062]借助于涡轮机上游的相应大的排气容积，排气管路中的压力脉冲可以被平稳化。就此而言，在排气管路被组合成组并由此将涡轮机上游的排气排放系统的容积划分成多个局部容积的情况下，汽缸的分组可能是起反作用的。
[0063]反之，在恒压增压方面可能有利的是扩大涡轮机上游的排气排放系统的排气容积，以便最小化压力波动。
[0064]现在转向图2B，本图以平面图示出了图2A中所示的涡轮机的转子叶片的入口边缘4，即在转子叶片的方向上的流道的场景。该第一入口边缘4a可以包括凹侧4a’，该凹侧4a’可以随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。叶片或边缘4的旋转方向D由箭头示出。该第一入口边缘4a的凸侧4a”可以随着轴旋转而形成转子叶片的前侧的一部分。
[0065]第二入口边缘4b可以包括凹侧4b’，该凹侧4b’可以随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。叶片或边缘4的旋转方向D同样由箭头示出。该第二入口边缘4b的凸侧4b”可以随着轴旋转而形成转子叶片的前侧。在平面图中也可以看到连接点6，两个入口边缘4a、4b在该连接点6处互相连接且形成曲折部7。
[0066]与连接两个排气歧管相比，连接涡轮机的两个流道可以按照一个组的一个汽缸与另一组的一个汽缸之间的排气管路要求，通过设置两个汽缸组的排气系统的连接开口进一步远离汽缸的出气道来用于增加距离。因此，气体交换期间的互相干涉的风险可以被抵消。
[0067]上述实施例在如下增压内燃发动机的情况下可能是有益的，即其中在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路在汽缸盖内一起形成总排气管路，从而形成排气歧管，因为连接这些歧管可以创建可充分接近汽缸的出气道的连接。尽管如此，增压内燃发动机的如下实施例也可以在本公开的范围内，即其中汽缸组的排气歧管可以通过打开至少一个开口而互相连接。
[0068]在图3A中，提供了尖锐的曲折部7、7a的示意侧视图。两个入口边缘4a、4b可以在连接点6处彼此连接并且可以在连接点6处进一步形成角，因此形成尖锐的曲折部7。在一个实施例中，在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路可以在汽缸盖内接合在一起，以便形成总排气管路，由此形成两个排气歧管。
[0069]然后，在排气排放系统中提供的双流道涡轮机可以被布置成充分接近内燃发动机的出口，即接近汽缸的出气道。以此方式，在汽缸之间的排气管路可以是较短的。由于热排气到涡轮机的路径可以是较短的，因此排气歧管的容积或涡轮机上游的排气排放系统的容积也可以被减小。可以通过减小所涉及的排气管路的质量和长度来同样降低排气排放系统的热惯性。以此方式，热排气的排气焓可以以某种方式被使用以便确保涡轮机的快速响应，该热排气的排气焓可以通过排气压力和排气温度来明确地确定。
[0070]上述措施可以进一步导致汽缸盖并因此导致根据本主题的内燃发动机的紧凑结构，并且该措施可以允许实现整个驱动单元的密集包装。而且，按照此方式参与到可在汽缸盖中提供的液体冷却系统中是可能的，这可以使得不必使用耐高热应力且因此相对于其它不耐尚热应力的材料而目昂贵的材料来制造歧管。
[0071]此外，管路长度的缩短和涡轮机上游的排气容积的相关减小可以在较低的负荷或发动机转速范围中辅助脉冲增压。
[0072]也提供了增压内燃发动机的如下附加实施例，即其中涡轮机转轮的转子叶片可以通过围绕轴延伸的环形带来互相连接。该带可以包括单个零件或模块化结构，其中包括多个带段(band segments)的模块化结构的一个带在祸轮机转轮的两个相邻转子叶片的每种情况下可以通过一个带段连接在一起。可以通过环形带增加涡轮机转轮的刚度，从而潜在地改进振动行为并减少噪音排放。在这种情况下，其中环形带被布置在入口侧上的实施例是可预想的。
[0073]例如，然后有可能的是:当排气流过涡轮机转轮或转子叶片时至少在某一段或某些段中使用该带，以便分离越过入口到涡轮机转轮的汽缸组的排气排放系统。这可能导致延长从汽缸的出气道到汽缸组的排气排放系统的连接点的距离，以便形成共用的排气系统。
[0074]在这一方面，提供了增压内燃发动机的如下实施例，即其中环形带在连接点的区域中从每个转子叶片的入口边缘伸出。在这种情况下，可以在该带和壳体壁之间提供缝隙。为了确保涡轮机转轮以尽可能少的损耗(比如减少的摩擦)来旋转，该缝隙可能是必需的。
[0075]—方面，该缝隙可以足够大以便允许涡轮的自由回转，但是另一方面，该缝隙也可以尽量狭窄以便确保流道的分离程度尽量大以使得可以基本防止相互作用。
[0076]也提供了增压内燃发动机的如下实施例，即其中环形带可以至少在与壳体壁相对的区域中最初涂覆有耐磨材料。然后，该涂覆带可以在装配涡轮机之前最初具有某一增加的尺寸，而该增加的尺寸不是有害的。在运转期间，由于随着涡轮机转轮在所形成的间隙内的旋转产生的摩擦，足够的材料可以被磨损或移除。在试车工序(run-1n process)之后，这样形成的缝隙可以精确地展示所需要减小的缝隙尺寸。
[0077]作为一个示例，在一个实施例中提供了一种环形带，该环形带形成壳体壁的连续体，该连续体使两个流道彼此分离并且因此将汽缸组的排气排放系统分离。
[0078]关于图3B，其在侧视图中示出了圆润的曲折部7。两个入口边缘4a、4b可以在连接点6处互相连接并且可以在连接点6处形成弧形。以此方式，可以得到圆润的曲折部7。
[0079]在本公开的范围内提供了增压内燃发动机的如下实施例，即其中双流道涡轮机包括成对流道涡轮机，其中彼此相邻布置的两个流道至少沿着精确的段以相等半径的螺旋形围绕涡轮机转轮。进一步地，其中双流道涡轮机包括混流涡轮机的增压内燃发动机的实施例也在本主题的范围内。
[0080]图1-3B示出了具有各种组件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果示出彼此直接接触或直接耦连，则这种元件可以被分别称为直接接触或直接耦连。类似地，至少在一个示例中，显示为彼此连续或彼此相邻的元件可以分别是彼此连续的或彼此相邻的。作为一个示例，以彼此面共享接触(face-sharing contact)的方式放置的组件可以被称为处于面共享接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，定位成互相分离且在其之间仅具有空间而无其它组件的元件也可以被这样称呼。
[0081]以此方式，转子叶片边缘的设计和配置可以使得有可能在脉冲增压方面彼此独立地优化面向两个流道的入口边缘。
[0082]提供其中两个流道借助于壳体壁和汽缸组的排气排放系统彼此分离直到涡轮机转轮的增压内燃发动机的示例技术效果在于，涡轮机的两个流道和相关联的汽缸组的排气排放系统可以产生如下情况:每个流道仅与最初对其供给的汽缸组的排气管路连通。这可以通过使用在排气歧管中传播的压力峰值来进一步辅助脉冲增压。
[0083]作为一个实施例，提供了具有至少一个盖的增压内燃发动机，该增压内燃发动机包括至少两个汽缸，其中每个汽缸具有用于通过排气排放系统排放来自汽缸的排气的至少一个出气道以及邻接每个出气道的排气管路，至少两个汽缸被配置为使得它们形成两个组，每组包括至少一个汽缸，在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路一起来形成总排气管路，从而形成排气歧管;并且这两个排气管路被连接到排气涡轮增压器的双流道涡轮机，所述涡轮机包括安装在涡轮壳体中的可旋转轴上并装备有转子叶片的涡轮机转轮，使得在每种情况下，一个总排气管路被连接到涡轮机的两个流道中的一个，其中两个流道通过与总排气管路连续的壳体壁在涡轮机转轮的方向上在至少某一段或某些段中互相分离，因此也就像汽缸组的排气排放系统一样，其中涡轮机转轮的每个转子叶片具有面向流道的入口边缘，其中与第一流道相关联的第一入口边缘和与第二流道相关联的第二入口边缘在连接点处互相连接，并且以此方式形成入口边缘，该入口边缘在该连接点处具有曲折部。该增压内燃发动机可以附加地或替代地包括位于壳体壁对面的连接点。在包括增压内燃发动机的任一前述示例实施例中，曲折点可以是尖锐的。在一些实施例中，每个转子叶片的入口边缘的曲折部可以附加地或替代地是圆润的。在任一前述实施例中，增压内燃发动机可以附加地或可选地包括指向外侧的曲折部。增压内燃发动机的另一实施例可以可选地包括任一前述示例并且可以附加地包括:其中第一入口边缘具有凹侧，该凹侧随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。在一些实施例中，该第一入口边缘可以附加地或替代地包括凸侦U，该凸侧随着轴旋转而形成转子叶片的前侧的一部分。增压内燃发动机的附加实施例可以替代地或附加地包括具有凹侧的第二入口边缘，该凹侧随着轴旋转而形成转子叶片的后侧的一部分。在增压内燃发动机的一个实施例中，该第二入口边缘可以替代地或附加地包括凸侧，该凸侧随着轴旋转而形成转子叶片的前侧的一部分。
[0084]任一前述示例实施例可以附加地或替代地包括壳体壁，该壳体壁是固定地连接到壳体的不可移动壁。一个实施例可以可选地包括任一前述示例实施例并且可以附加地或替代地包括两个流道，其中这两个流道通过壳体壁互相分离直到涡轮，因此也就像汽缸组的排气排放系统一样。在一个实施例中，增压燃烧室的壳体壁可以包括任一前述示例并且可以附加地或替代地包括将两个流道互相分离的壳体壁，并且可以包括在涡轮机转轮侧上的自由的舌形端部，该舌形端部在与涡轮机转轮相距一段距离处终止，从而形成舌形间隙。作为一个示例实施例，增压内燃发动机可以附加地或替代地包括可变的舌形间隙。增压内燃发动机的两个流道可以附加地或替代地包括:其中涡轮机的两个流道可以通过打开涡轮机转轮上游的至少一个开口而在涡轮机壳体内互相连接。在可包括任一前述示例的又一实施例中，可以附加地或替代地包括借助于围绕轴延伸的环形带而互相连接的涡轮机转轮的转子叶片。一个实施例可以可选地包括任一前述示例并且可以进一步以环形带为特征，其中该环形带被设置在入口侧上。附加的示例实施例可以附加地或可选地包括环形带，其中该环形带在连接点的区域中从每个转子叶片的入口边缘伸出。在一个实施例中，该圆形环可以附加地或替代地至少在壳体壁对面的区域中最初涂覆有耐磨材料。在任一前述示例中，该圆形环可以附加地或替代地形成壳体壁的连续体，该连续体使两个流道彼此分离并且因此将汽缸组的排气排放系统分离。在可以可选地包括任一前述示例实施例的一个实施例中，双流道涡轮机是成对流道涡轮机。附加的实施例可以可选地包括任一前述示例的特征并且可以进一步包括双流道涡轮机，其中该涡轮机是混流涡轮机。
[0085]应注意，本文中包括的示例性控制和估计程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。在此公开的多种控制方法以及程序可以作为可执行指令被存储在非易失性存储器中并且可以由包括控制器与不同的传感器、驱动器以及其他发动机硬件的组合的控制系统来实施。本文描述的具体例程可以代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。因此，可以按所示的顺序执行、并行执行所展示的各种动作、操作和/或功能，或者在一些情况下有所省略。类似地，该处理顺序不是实现本文中所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而只是为了方便说明和描述。基于所使用的具体策略，可以重复执行一个或多个所示的动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非易失性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括与电子控制器结合的各种发动机硬件组件的系统中执行这些指令来实施。
[0086]应理解，在本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、1-4、1-
6、V-12、对置4缸以及其他的发动机类型。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合及子组合。
[0087]随附的权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能提及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可以通过修改现有权利要求或通过在本申请或关联申请中提出新的权利要求得到主张。无论是宽于、窄于、等同于或不同于原始权利要求的范围，这些权利要求均被视为包括在本公开的主题之内。
【主权项】
1.一种具有至少一个汽缸盖的增压内燃发动机，其包括: 至少两个汽缸，其中每个汽缸具有用于通过排气排放系统排放来自所述汽缸的排气的至少一个出气道，并且排气管路邻接每个出气道， 至少两个汽缸被配置为使得它们形成两组， 每组包括至少一个汽缸， 在每种情况下，每个汽缸组的汽缸的排气管路一起来形成总排气管路，从而形成排气歧管，以及 所述两个总排气管路连接到排气涡轮增压器的双流道涡轮机，所述涡轮机包括安装在涡轮机壳体中的可旋转轴上且装备有转子叶片的涡轮机转轮，以使得在每种情况下，一个总排气管路被连接到所述涡轮机的两个流道中的一个，其中所述两个流道通过与所述总排气管路的连续体中的壳体壁在所述涡轮机转轮的方向上在至少某一段或某些段中互相分离，因此也就像所述汽缸组的排气排放系统一样， 其中所述涡轮机转轮的每个转子叶片具有面向所述流道的入口边缘，其中与第一流道相关联的第一入口边缘和与第二流道相关联的第二入口边缘在连接点处互相连接并且以此方式形成在所述连接点处具有曲折部的所述入口边缘。2.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述连接点位于所述壳体壁的对面。3.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述曲折部是尖锐的。4.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述曲折部是圆润的。5.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述曲折部指向外部。6.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述第一入口边缘具有凹侧，所述凹侧随着所述轴旋转而形成所述转子叶片的后侧的一部分。7.根据权利要求6所述的增压内燃发动机，其中所述第一入口边缘具有凸侧，所述凸侧随着所述轴旋转而形成所述转子叶片的前侧的一部分。8.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述第二入口边缘具有凹侧，所述凹侧随着所述轴旋转而形成所述转子叶片的后侧的一部分。9.根据权利要求8所述的增压内燃发动机，其中所述第二入口边缘具有凸侧，所述凸侧随着所述轴旋转而形成所述转子叶片的前侧的一部分。10.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述壳体壁是固定地连接到所述壳体的不可移动壁。11.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述两个流道通过所述壳体壁互相分离直到所述涡轮机转轮，因此也就像所述汽缸组的所述排气排放系统一样。12.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中使所述两个流道互相分离的所述壳体壁在涡轮机转轮侧上具有自由的舌形端部并且在与所述涡轮机转轮相距一段距离处终止，从而形成舌形间隙。13.根据权利要求12所述的增压内燃发动机，其中所述舌形间隙是可变的。14.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述涡轮机的所述两个流道通过打开所述涡轮机转轮上游的至少一个开口而在所述涡轮机壳体内选择性地互相可连接。15.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述涡轮机转轮的所述转子叶片通过围绕所述轴延伸的环形带彼此连接。16.根据权利要求15所述的增压内燃发动机，其中所述环形带被设置在所述入口侧上。17.根据权利要求16所述的增压内燃发动机，其中所述环形带在所述连接点的区域中从每个转子叶片的所述入口边缘伸出。18.根据权利要求17所述的增压内燃发动机，其中所述环形带至少在与所述壳体壁相对的区域中最初涂覆有耐磨材料。19.根据权利要求15所述的增压内燃发动机，其中所述环形带形成所述壳体壁的连续体，所述连续体使所述两个流道互相分离，并且因此使所述汽缸组的所述排气排放系统分离。20.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述双流道涡轮机是成对流道涡轮机。21.根据权利要求20所述的增压内燃发动机，其中所述双流道涡轮机是混流涡轮机。
【文档编号】F02C6/12GK106050401SQ201610205366
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610205366.1, CN 106050401 A, CN 106050401A, CN 201610205366, CN-A-106050401, CN106050401 A, CN106050401A, CN201610205366, CN201610205366.1
【发明人】V·斯米利亚诺夫斯基, H·M·金德尔, J·克默林, F·A·萨默候夫, F·J·布林克曼
【申请人】福特环球技术公司