[发明专利]装备有废气门涡轮的内燃发动机和运行这种类型的内燃发动机的方法

说明书

相关申请

本申请要求于2011年3月25日提交的欧洲专利申请No.11159784.5的优先权，其全部内容为了所有目的通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及具有至少两个排气涡轮增压器的增压内燃发动机。

背景技术

内燃发动机具有相互连接从而形成汽缸的汽缸体和至少一个汽缸盖。为了控制充气交换，内燃发动机需要控制元件(通常采取阀的形式)和用于启动所述控制元件的促用装置。阀运动所需的阀促用机构(包括阀本身)被称为阀驱动机构。汽缸盖通常用于容纳该阀驱动机构。

在充气交换过程中，燃烧气体经由汽缸出气口被排出，而燃烧室的进气(也就是引入新鲜混合物或新鲜空气)经由进气口发生。阀驱动机构的目的在于在正确的时刻打开和关闭进气口和出气口，试图快速打开最大可能的流动横截面，从而保持流入和流出气体的节气损失较小，并从而确保燃烧室最大可能地充有新鲜混合物和有效的(即完全的)排气排出。因此，汽缸还通常具有两个或更多个进气口和出气口。本公开涉及的内燃发动机的至少两个汽缸也具有至少两个出气口。

通向进气口的进气管和连结出气口的出气管(即排气管线)被至少部分地整合到汽缸盖中。汽缸的排气管线一般合并从而形成一个公共的总排气管线，或分组从而形成两个或更多个总排气管线。排气管线合并从而形成总排气管线在本公开的背景下一般被称作排气歧管，且总排气管线中位于设置在总排气管线中的涡轮上游的一部分根据本公开被认为属于排气歧管。

在歧管下游，在本案中排气为了增压内燃发动机的目的被供送到至少两个排气涡轮增压器的涡轮，并且如果合适的话就供送到排气后处理装置的一个或更多个系统。

排气涡轮增压器包括设置在同一根轴上的压缩机和涡轮，热排气被供送至涡轮并且在所述涡轮中膨胀进而使能量释放，从而使轴旋转。由于高旋转速度的原因，轴优选由滑动轴承保持。由排气流供送至涡轮并最终供送至轴的能量用于驱动同样布置在轴上的压缩机。压缩机运送并压缩供送至其的充气，从而获得对汽缸的增压。如果合适的话，设置有充气冷却装置，从而在进入汽缸之前冷却压缩的燃烧空气。

增压主要用于增加内燃发动机的功率。在此，燃烧过程所需的空气被压缩，从而可以在每个工作循环中向每个汽缸供送更大的空气质量。这样，可以增加燃料质量，并因此增加平均有效压力。增压是用于增加内燃发动机功率同时保持不变的容积排量，或者说是用于减小容积排量同时保持相同功率的合适方式。在任何情况下，增压导致容积功率输出的增加和功率重量比的增加。因此对于相同的车辆边界条件，能够使负荷集合移向比燃料消耗较低的较高负荷。

配置排气涡轮增压通常会造成一些困难，在所述配置中试图获得所有转速范围中的可观的性能改善。但是，已经观察到在未达到某一转速的情况下会造成严重的转矩下降。如果考虑到充气压力比取决于涡轮压力比，则所述转矩下降是可以理解的。例如在柴油发动机的情况下，如果减小发动机转速，则将导致较小的排气质量流并且因此导致较低的涡轮压力比。其结果是充气压力比类似地朝向较低转速减小，这相当于转矩下降。

在此，通过减小涡轮横截面的尺寸并相关地增大涡轮压力比来抵消充气压力的下降基本是可能的。但是这只是使转矩下降进一步移向较小转速的方向。此外，所述方法(也就是说减小涡轮横截面的尺寸)会受到限制，因为期望的增压和性能改善应该即使在高转速的情况下(也就是说在高排气量的情况下)也应该是可能的而没有受到限制。

试图通过不同的措施来改进增压内燃发动机的转矩特性。例如，一种这样的措施是涡轮横截面的小型设计且同时提供排气排放设施。这样的涡轮也称作废气门涡轮。如果排气质量流超过临界值，则通过打开关断元件来在所谓的排气排放过程中使一部分排气流经由越过涡轮或涡轮叶轮的旁通管线被引导。该方法的缺点在于增压行为在相对高转速时或在相对大排气量的情况下是不足的。

通过并行设置的多个涡轮增压器可以进一步改进增压内燃发动机的转矩特性，即多个小横截面的涡轮并行设置，其中通过增加排气量来启用涡轮。

发明内容