[发明专利]多缸内燃机及操作该类型的多缸内燃机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多缸内燃机以及操作该类型的内燃机的方法。

背景技术

多缸内燃机被用于驱动机动车辆。在本发明的上下文中，术语“内燃机”具体包括外加点火发动机，还有柴油发动机和混合内燃机，也即利用混合燃烧过程操作的内燃机。

内燃机具有能够或是彼此连接的汽缸体和汽缸盖，以形成各个汽缸，也即燃烧室。以下将简单地讨论该各个部件。

为保持活塞或汽缸套，汽缸体具有相应数量的缸膛。内燃机每个汽缸的活塞在汽缸套中以可轴向移动的方式被引导，并与汽缸套和汽缸盖一起界定汽缸的燃烧室。此处，活塞顶形成燃烧室内壁的一部分，并与活塞环一起相对于汽缸体或曲轴箱封闭燃烧室，这样无燃烧气体或无燃烧空气进入曲轴箱，并且无油进入燃烧室。

活塞用于将燃烧生成的气体力传输到曲轴。为此，活塞通过活塞销铰接于连杆，其进而在曲轴曲拐区域中可移动地安装到曲轴上。

在曲轴箱内安装的曲轴吸收连杆的力，其由燃烧室内燃料的燃烧导致的气体力和发动机部件的不一致运动导致的质量力组成。这里，活塞的往复冲程运动转变为曲轴的旋转运动。这里，曲轴向动力传动系统传输扭矩。

现代内燃机实质上仅利用四冲程工作过程操作。在注入交换（charge exchange）期间，通过至少四个汽缸的排出口排出燃烧气体，并通过进口使将新鲜混合料或注入气体注入燃烧室发生。为控制注入交换，内燃机需要控制元件和用于驱动所述控制元件的驱动装置。为控制注入交换，在四冲程发动机中，几乎仅使用提升阀作为控制元件，该提升阀在内燃机的操作期间执行往复升降运动，并且该提升阀以这种方式打开和关闭进口和排出口。阀运动所需的阀驱动机构，包括阀本身，被称作阀驱动器。至少一个汽缸盖总体用于保持上述阀驱动器。

阀驱动器的目的是在正确的时间打开和关闭汽缸进口和排出口，并寻求最大可能流量的截面的快速开口，以保持流入和流出气流的低节流损失并保证新鲜混合料最大可能性地注入燃烧室，其并且有效地、也即完全地排出废气。因此，汽缸还往往具有多个进口和排出口。

根据现有技术，通向进口的进口导管和出口导管，即邻接排出口的排气管路，至少部分地集成在汽缸盖中。汽缸的排气管路总体合并形成共用的总排气管路。形成总排气管路的排气管路的合并在本发明的上下文中总体上被称为排气歧管，其中排气歧管可以被认为属于废气排放系统。

在根据本发明的内燃机中，四个汽缸的排气管路合并形成单一的总排气管路，这样形成一个排气歧管。此处，分级地合并汽缸的排气管路，特别以这种方式合并：在每种情况下，外部汽缸的至少一个排气管路和邻近的内部汽缸的至少一个排气管路合并形成支排气管路，并且以这种方式形成的四汽缸或两汽缸组的两个支排气管路合并形成总排气管路。利用上述措施，对于所有排气管路的全长及因而歧管的体积都可以大大减小。此处，形成的排气歧管可部分地或全部地集成在至少一个汽缸盖中。

废气排放系统中的动态波现象或压力波动是多缸内燃机的以热力学偏移方式操作的汽缸在注入交换期间会彼此影响、具体说是还彼此妨碍的原因。这会导致扭矩特性受损及能量可用性降低。如果在相对长的距离上彼此独立地引导各个汽缸的排气管路，那么在注入交换期间汽缸的相互影响能够被抵消。

在注入交换期间，燃烧气体排放到内燃机的汽缸外实质上基于两个不同的机构。当注入交换开始时排出阀打开靠近下止点的时候，由于燃烧结束时汽缸内占优势的高压水平并且燃烧室和排气歧管之间的相关联的高压力差，燃烧气体高速流过排出口进入废气排放系统。上述压力驱动的流动过程由高压峰值协助，该高压峰值也被称为预排出冲击，并且其因摩擦力而以依赖于管路引导的方式以声速沿排气管路传播至更大或更小的范围，压力随行进距离的增加而消散，即减小。

在进一步注入交换的过程期间，汽缸内和排气管路中的压力被实质上平衡，因此燃烧气体由于活塞的冲程运动而实质上排放出。

基于废气排放系统的具体实施方式，来源于汽缸的压力波不仅穿过上述汽缸的至少一个排气管路，而且还沿其他汽缸的排气管道，可能到达各自管路的末端处提供并打开的排出口。

因此，在注入交换期间，特别是由于来源于另一汽缸的压力波，已排出或已排放进入排气管路的废气会返回到汽缸。

例如，在汽缸以1-3-4-2顺序操作的四汽缸直列式发动机的情况下，在注入交换期间，短排气管路也可具有第四汽缸反向影响点火顺序中在前的第三汽缸、也就是被预先点火的汽缸的作用，并且来源于第四汽缸的废气在其排出阀关闭之前进入第三汽缸。