[发明专利]具有进气空气加热的内燃发动机及其操作方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年5月16日提交的欧洲专利申请号11166157.5的优先权，其全部内容包括在此以供参考。

技术领域

本公开涉及内燃发动机。

背景技术

在本公开的内容中，表述“内燃发动机”具体地包含火花点火发动机，但是也包含柴油发动机，以及也包含混合动力内燃发动机。

内燃发动机具有汽缸体和至少一个汽缸盖，其彼此相连，从而形成汽缸。为了控制充气交换，内燃发动机需要控制元件（通常为阀门的形式）以及用于致动所述控制元件的致动装置。将阀门运动所需的阀门致动机构（包括阀门本身）称为阀动装置。汽缸盖常常用于容纳阀动装置。

在充气交换期间，通过汽缸的出气口释放燃烧气体，并且通过进气口发生燃烧室的充气，也就是说燃烧空气的引入。如果内燃发动机配备有排气再循环系统，那么除了从环境吸入的新鲜空气外，燃烧空气也可包含排气。如果不直接将燃料注入汽缸，而是例如被引入到汽缸上游的进气管，则不仅将燃烧空气也将燃料通过进气口供应给汽缸。

阀动装置的目标是在正确的时间开启和闭合进气口和出气口，且快速打开最大可能的流动横截面以便保持进入气流或排出气流的节流损耗较小，并且以便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。

依照现有系统，通往进气口的进气管线被至少部分集成在汽缸盖中，并且通常合并以形成单个总进气管线，以便形成至少一个所谓的进气歧管。

对内燃发动机的进口区域存在各种需要。除了其他事物，还考虑提供这样的进气管线的设置和设计，为了确保以新鲜混合物良好充气汽缸，该设置和设计导致进气燃烧空气中尽可能少的损失压力。

进气管线的几何构造进一步对汽缸中的充气运动具有影响，并且因此影响混合物形成，特别是在直接喷射内燃发动机中。因此，常常将进气管线设计成产生所谓的滚流或旋流，其加速且帮助混合物形成，其中，滚流是绕与曲柄轴的纵轴线平行的虚拟轴线的空气旋涡，而旋流是其轴线平行于活塞或汽缸纵轴线的空气旋涡。

在充气交换期间，沿进气管中的流径的压力变化。这种局部压力波动随着气态介质中的波而传播。为了使得可以利用这些动态波过程来优化充气交换，例如可能将进口区域设计成朝向进气冲程的末端，正压波抵达进气口，该正压波引起压缩，并且因此引起一定的后续充气效应。此处，具有可变长度的进气管线是有利的。

多种多样的附加管线，例如排气再循环系统的再循环管线或充气空气冷却器或压缩机的旁路管线，可以通入进气管线或总进气管线中。

此外，内燃发动机可配备有加热装置，其被设置在进口区域，也就是说进气区域内，并且用于加热进气空气。

进气空气的加热可用于各种目的，例如为了缩短冷启动后的暖机阶段，如DE19854077A1中所述。

德国公开说明书DE102006030464A1也在启动和暖机阶段之外在大容量柴油机中利用对进气空气的加热，以便当使用低十六烷值的燃料时避免怠速时熄火。此外，在颗粒过滤器再生期间启用加热元件，并且当发动机扭矩和发动机转速低于预定最小值时也启用加热元件。

例如在德国公开说明书DE10214166A1和欧洲专利EP0793399B1中描述适合在内燃发动机中使用的加热装置。

从现有系统已知的所述加热装置包含条状加热元件，其可电加热，并且其具有矩形横截面轮廓。条状加热元件以如下方式被设置在进口区域中，即其矩形横截面对进气燃烧空气施加最小的可能阻力。条状加热元件的横截面的第一窄侧面面向进气燃烧空气流，而矩形横截面的长侧面沿流动方向延伸，以便进气燃烧空气在较大的纵向侧面上切向流动。横截面的这种对齐不仅从流动方向是有利的，而且关于通过对流的传热也是有利的。

在DE19854077A1中详细说明内燃发动机的进气区域中的加热装置的设置，只是说明，可将加热装置基本设置在进气区域中提供的充气空气冷却器的下游。上述方法也讨论加热装置本身的构造，特别是用作插座或框架的法兰的构造，并且也讨论了条状加热元件的设计以及其所用的材料或材料混合物。

发明内容