本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的具有廢氣渦輪增壓器的四沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)以及一種用于這種內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

由DE 102 43 473 A1已知一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)具有廢氣渦輪增壓器和數(shù)個(gè)各具有第一排氣門和第二排氣門的氣缸，其中所述第一排氣門和第二排氣門分別被合并成一個(gè)可分開控制的組。來自于配置給相應(yīng)一組排氣門的廢氣通道的廢氣可被供應(yīng)給廢氣渦輪增壓器的雙渦輪的相互分開的入口。低轉(zhuǎn)速時(shí)僅打開一組氣門，轉(zhuǎn)速較高時(shí)將兩組排氣門都打開。其中所存在的問題一方面在于，如果在轉(zhuǎn)速相對(duì)較低時(shí)就轉(zhuǎn)換至使得所有排氣門都打開的運(yùn)行模式，則氣缸中的殘氣含量就會(huì)非期望地高。另一方面，如果使該轉(zhuǎn)換操作的轉(zhuǎn)速界限推移至更高的轉(zhuǎn)速，就會(huì)有損于內(nèi)燃機(jī)的熱力學(xué)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能改善上述缺點(diǎn)的同類型內(nèi)燃機(jī)及用于這種內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行方法。

本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為一種具有權(quán)利要求1的特征的內(nèi)燃機(jī)和一種具有權(quán)利要求7的特征的相應(yīng)運(yùn)行方法。

本發(fā)明的四沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)具有偶數(shù)個(gè)氣缸和一廢氣渦輪增壓器，所述廢氣渦輪增壓器具有兩個(gè)至少基本上相互分開的渦輪入口。所述氣缸中的每一個(gè)配置有至少一個(gè)用于將燃燒用空氣送入所述氣缸的燃燒室的進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道具有燃燒室側(cè)的進(jìn)氣口。此外，所述氣缸中的每一個(gè)配置有用于將廢氣排出所述燃燒室的第一排氣通道和第二排氣通道，其中所述第一排氣通道具有燃燒室側(cè)的第一排氣口，并且所述第二排氣通道具有燃燒室側(cè)的第二排氣口。其中，第一排氣門和第二排氣門用于通過打開和關(guān)閉所述第一排氣口和所述第二排氣口控制廢氣從所述燃燒室通過所述第一排氣通道和所述第二排氣通道的排出。其中，所述氣缸的第一半部通過相應(yīng)的第一排氣通道與所述兩個(gè)渦輪入口中的第一渦輪入口連接，并且通過相應(yīng)的第二排氣通道與所述兩個(gè)渦輪入口中的第二渦輪入口連接。此外，所述氣缸的第二半部通過相應(yīng)的第一排氣通道與所述第二渦輪入口連接，并且通過相應(yīng)的第二排氣通道與所述第一渦輪入口連接。本發(fā)明提出，所述第二排氣口具有大于所述第一排氣口的直徑。相應(yīng)地，對(duì)應(yīng)配置的第一氣門和第二氣門的氣門頭的直徑也實(shí)施得不一樣。通過這些不同大小的氣門頭直徑和排氣口直徑能改善殘氣掃氣。也能在不損害內(nèi)燃機(jī)的熱力學(xué)效率的情況下，提高從每氣缸僅操縱一個(gè)排氣門的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換至每氣缸操縱兩個(gè)排氣門的運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)速界限。

為盡可能有效地實(shí)現(xiàn)有益效果，本發(fā)明提出，所述第二排氣口和所述第二排氣門的氣門頭直徑選擇得比所述第一排氣口的直徑或所述第一排氣門的氣門頭直徑大至少10％，但優(yōu)選大至少15％、20％或甚至更多。

本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)優(yōu)選實(shí)施為4缸或6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，特別采用直列式設(shè)計(jì)。對(duì)應(yīng)配置的渦輪增壓器可以是所謂的雙渦流增壓器或分段式增壓器(Segment-Lader)。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為每個(gè)氣缸設(shè)有具有第一進(jìn)氣口的第一進(jìn)氣通道以及具有第二進(jìn)氣口的第二進(jìn)氣通道。由此，所述內(nèi)燃機(jī)構(gòu)建為所謂的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)。其中特別有益的是，在本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述第二進(jìn)氣口具有大于所述第一進(jìn)氣口的直徑。與第二排氣口相似，第二進(jìn)氣口可具有一直徑，該直徑選擇得比第一進(jìn)氣口的直徑大至少10％，但優(yōu)選大至少15％、20％或甚至更多。

在本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述第一進(jìn)氣通道構(gòu)建為螺旋通道或渦流通道，并且所述第二進(jìn)氣通道構(gòu)建為填充通道，借此可實(shí)現(xiàn)特別良好和穩(wěn)定的燃燒。借此可在燃燒室中形成對(duì)燃燒起穩(wěn)定作用的螺旋或渦流。為此，進(jìn)氣通道軸的方向相對(duì)于氣缸軸采用合適的實(shí)施方案。

另外，為實(shí)現(xiàn)良好的換氣和有益的燃燒過程，本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案提出，從所述氣缸的俯視角度看，所述第二進(jìn)氣口與所述第二排氣口沿對(duì)角線相對(duì)布置。

在本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案中，為所述內(nèi)燃機(jī)設(shè)有四個(gè)排成一列的氣缸一至四，其中，所述第一氣缸和所述第四氣缸組成所述氣缸的第一半部，并且所述第二氣缸和所述第三氣缸組成所述氣缸的第二半部，并且為所述氣缸設(shè)置一-三-四-二的點(diǎn)火順序。其中從與所述內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出相對(duì)的一側(cè)開始，以常規(guī)方式對(duì)所述氣缸計(jì)數(shù)。借助上述點(diǎn)火順序并結(jié)合不同大小的排氣口，可使得各掃氣過程之間的交叉影響特別小并且使氣缸中的殘氣含量特別低。

借助于根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，本發(fā)明還通過一種運(yùn)行方法來解決前述課題，其中，在低于一預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速下限的低轉(zhuǎn)速下，借助分別配置給所述第一排氣口或所述第二排氣口的排氣門使所述第一排氣口或所述第二排氣口持續(xù)關(guān)閉。在一可預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速上限以上這樣運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)，即，通過以常規(guī)方式操縱所述排氣門，使得所有氣缸的所述兩個(gè)排氣口在臨近工作沖程結(jié)束時(shí)打開并且在排出沖程的上止點(diǎn)之后立即再度關(guān)閉。其中，在所述方法的技術(shù)方案中提出，根據(jù)負(fù)載將所述轉(zhuǎn)速下限預(yù)設(shè)為介于所述內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)稱轉(zhuǎn)速的約15％與50％之間。

根據(jù)所述方法進(jìn)一步的技術(shù)方案，在一每氣缸設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣口并且所述第二進(jìn)氣口的直徑大于所述第一進(jìn)氣口的內(nèi)燃機(jī)中，在低于所述內(nèi)燃機(jī)的一預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速界限的低轉(zhuǎn)速下，借助分別配置給所述第一進(jìn)氣口的進(jìn)氣門使直徑較小的所述第一進(jìn)氣口持續(xù)關(guān)閉。這項(xiàng)措施也有利于換氣。

附圖說明

下面將對(duì)附圖中所示出的本發(fā)明的有益實(shí)施方式進(jìn)行說明。在此，在本發(fā)明范圍內(nèi)，上文所述以及下文還將予以闡述的特征不僅可按分別給出的特征組合應(yīng)用，也可按其他組合應(yīng)用或單獨(dú)應(yīng)用。

其中：

圖1為按本發(fā)明實(shí)施的內(nèi)燃機(jī)的粗略的原理示意圖；以及

圖2為圖1所示內(nèi)燃機(jī)標(biāo)有運(yùn)行范圍的負(fù)載-轉(zhuǎn)速特性曲線族。

具體實(shí)施方式

下面將參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的示例性有益實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，以氣缸頭2的俯視圖形式示出圖1中僅被粗略地示意性示出的內(nèi)燃機(jī)1。內(nèi)燃機(jī)1在此實(shí)施為按四沖程原理工作的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。可以實(shí)施為外源點(diǎn)火式奧托發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮點(diǎn)火式柴油機(jī)。

內(nèi)燃機(jī)1在此具有四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的排成一列的氣缸Z1-Z4。每個(gè)氣缸Z1-Z4具有兩個(gè)用于供應(yīng)燃燒用空氣的進(jìn)氣口E1、E2，這些進(jìn)氣口配置有未詳細(xì)示出的進(jìn)氣門。下文將標(biāo)有E1的進(jìn)氣口稱為第一進(jìn)氣口并且將對(duì)應(yīng)配置的進(jìn)氣門稱為第一進(jìn)氣門。類似地，將標(biāo)有E2的進(jìn)氣口稱為第二進(jìn)氣口并且將對(duì)應(yīng)配置的進(jìn)氣門稱為第二進(jìn)氣門。第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門的氣門頭具有與優(yōu)選實(shí)施為圓形的進(jìn)氣口E1、E2相匹配的直徑。通過對(duì)所述進(jìn)氣門進(jìn)行操縱，例如借助尤其是可調(diào)的凸輪軸，可以控制到氣缸Z1-Z4或其燃燒室的燃燒用空氣的供應(yīng)。其中，可以通過配置給第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口E1、E2的第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道EK1、EK2為氣缸Z1-Z4供應(yīng)燃燒用空氣。

本發(fā)明提出，氣缸Z1-Z4的第一進(jìn)氣門可被一起且同步控制，以便在一預(yù)設(shè)或可預(yù)設(shè)的時(shí)段后打開和關(guān)閉第一進(jìn)氣口E1。第二進(jìn)氣門同樣如此，其中第一進(jìn)氣門優(yōu)選可與第二進(jìn)氣門分開被控制。

為了從氣缸Z1-Z4或分別所屬的燃燒室中排出廢氣，所述氣缸分別具有第一排氣口A1和第二排氣口A2，對(duì)應(yīng)配置的第一排氣通道AK1和AK2在燃燒室側(cè)分別通向所述排氣口。其中，對(duì)應(yīng)的第一排氣口A1配置有第一排氣門并且對(duì)應(yīng)的第二排氣口A2配置有第二排氣門，這一點(diǎn)在圖中未詳細(xì)示出。與所述進(jìn)氣門相似，所述排氣門的氣門頭具有與對(duì)應(yīng)排氣口相匹配的直徑。此外，與所述進(jìn)氣門相似，通過對(duì)所述排氣門進(jìn)行操縱，例如借助尤其是可調(diào)的凸輪軸，控制從氣缸Z1-Z4或其燃燒室的廢氣排出。其中，所述排氣門可被同步且分組控制。

此處為內(nèi)燃機(jī)1設(shè)置1-3-4-2的點(diǎn)火順序。亦即，從第一氣缸Z1的點(diǎn)火事件開始，氣缸Z3、Z4和Z2接著按上述順序分別推延一個(gè)沖程地進(jìn)行點(diǎn)火。為了實(shí)現(xiàn)盡可能不受氣缸之間的交叉影響的換氣，設(shè)有兩個(gè)單獨(dú)的廢氣集管S1和S2，氣缸Z1-Z4的第一排氣通道和第二排氣通道AK1和AK2通入所述廢氣集管。其中，第一氣缸Z1和第四氣缸Z4的第一排氣通道AK1以及第二氣缸Z2和第三氣缸Z3的第二排氣通道AK2通入第一廢氣集管S1。氣缸Z1-Z4的其他排氣通道AK1、AK2通入第二廢氣集管S2。第一廢氣集管S1所收集的廢氣可被供應(yīng)給圖中未詳細(xì)示出的雙廢氣渦輪增壓器的第一渦輪入口T1，該雙廢氣渦輪增壓器具有兩個(gè)基本上相互分離的渦輪入口T1和T2。為此，第一集管S1直接與第一渦輪入口T1連接。第二廢氣集管S2直接與第二渦輪入口T2連接。借此可將內(nèi)燃機(jī)1的氣缸Z1-Z4劃分成由第一氣缸Z1和第四氣缸Z4組成的第一半部以及由第二氣缸Z2和第三氣缸Z3組成的第二半部。亦即，在所述氣缸的第一半部中，所屬的氣缸Z1和Z4的第一排氣通道AK1與第一渦輪入口T1流體連接，第二排氣通道AK2與第二渦輪入口T2流體連接。在所述氣缸的第二半部中則是反過來，即，對(duì)應(yīng)配置的氣缸Z2和Z3的第一排氣通道AK1與第二渦輪入口T2連接，而第二排氣通道AK2與第一渦輪入口T2連接。結(jié)合對(duì)第一排氣門和第二排氣門的下文還要詳細(xì)描述的分開控制，借此可以在避免所謂的渦輪遲滯的情況下實(shí)現(xiàn)所述廢氣渦輪增壓器的動(dòng)態(tài)運(yùn)行。

所述廢氣渦輪增壓器優(yōu)選構(gòu)建為所謂的雙渦流增壓器或分段式增壓器。在此也可以采用不對(duì)稱的實(shí)施方案，即，通過流入第一渦輪入口T1或流入第二渦輪入口T2的廢氣加載少于一半或超過一半的渦輪葉片。例如在實(shí)施為具有10個(gè)葉片的分段式渦輪(Segmentturbine)的情況下，流入第一渦輪入口T1或流入第二渦輪入口T2的廢氣可以加載四個(gè)或六個(gè)葉片。類似地，若是具有七個(gè)葉片的分段式渦輪，則可通過流入第一渦輪入口T1或流入第二渦輪入口T2的廢氣加載四個(gè)和三個(gè)葉片。相應(yīng)的渦輪增壓器實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，此處不再加以贅述。

下面聯(lián)系圖2，具體結(jié)合氣門控制對(duì)內(nèi)燃機(jī)1的優(yōu)選運(yùn)行模式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖2示意性示出內(nèi)燃機(jī)1的負(fù)載-轉(zhuǎn)速特性曲線族，其中，滿載特性曲線3表示內(nèi)燃機(jī)平均圧力與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的標(biāo)稱值。線條4標(biāo)示的是將轉(zhuǎn)速相對(duì)低的第一運(yùn)行范圍B1與轉(zhuǎn)速相對(duì)較高的第二運(yùn)行范圍B2分開的運(yùn)行范圍界限。該運(yùn)行范圍界限的線條4穿過第一運(yùn)行點(diǎn)和第二運(yùn)行點(diǎn)，所述第一運(yùn)行點(diǎn)具有約25％的標(biāo)稱負(fù)載和第一轉(zhuǎn)速n1，所述第二運(yùn)行點(diǎn)位于滿載特性曲線3上且具有第二轉(zhuǎn)速n2。第一轉(zhuǎn)速n1約為標(biāo)稱轉(zhuǎn)速的15％，并且第二轉(zhuǎn)速n2約為標(biāo)稱轉(zhuǎn)速的50％。

根據(jù)本發(fā)明，在第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)這樣運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)1，使得每個(gè)氣缸Z1-Z4的兩個(gè)排氣門中僅一個(gè)排氣門受到操縱，而另一個(gè)排氣門則在所有四個(gè)工作沖程上使得所屬的排氣口保持關(guān)閉。這有助于實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)1在熱力學(xué)方面有益的運(yùn)行以及廢氣渦輪增壓器的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。然而，隨著在第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)轉(zhuǎn)速的上升，廢氣反壓的上升程度較為劇烈，并且廢氣的排出越來越差，因此內(nèi)燃機(jī)1的熱力學(xué)效率下降。因此在達(dá)到運(yùn)行范圍界限時(shí)，在第二運(yùn)行范圍B2內(nèi)這樣運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)1，使得兩個(gè)排氣門都受到操縱。然而在此特別是在低轉(zhuǎn)速下，就點(diǎn)火順序而言相鄰的氣缸的交叉影響使得氣缸中的殘氣含量上升，這同樣會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)1的熱力學(xué)效率產(chǎn)生不良影響。本發(fā)明用以對(duì)抗這一缺點(diǎn)的方案是，將氣缸Z1-Z4的第二排氣口A2實(shí)施得比第一排氣口A1更大。如此一來，配置給第二排氣口A2的第二排氣門的氣門頭直徑也實(shí)施得比配置給第一排氣口A1的第一排氣門的氣門頭直徑更大。其中，優(yōu)選為第二排氣口A2選擇比第一排氣口A1的直徑至少大10％、優(yōu)選甚至大至少15％的直徑。相應(yīng)地，對(duì)應(yīng)配置的排氣門的氣門頭直徑也是如此。這項(xiàng)措施能顯著改善氣缸的殘氣掃氣，進(jìn)而能相應(yīng)改善內(nèi)燃機(jī)的熱力學(xué)效率。其中，優(yōu)選在第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)僅操縱具有較大的氣門頭直徑的第二排氣門。由此，由于第一排氣門未受操縱，第一排氣口A1持續(xù)保持關(guān)閉。

通過以下措施可進(jìn)一步改善燃燒和/或渦輪增壓器的運(yùn)行以及內(nèi)燃機(jī)效率。首先有益的是，如圖1中所示，將第二進(jìn)氣口E2選擇得比第一進(jìn)氣口E1更大，進(jìn)而為第二進(jìn)氣門選擇比第一進(jìn)氣門的氣門頭直徑更大的氣門頭直徑。在此情況下，與排氣門相似，同樣選擇至少10％、但優(yōu)選至少15％的尺寸差。其中，從氣缸頭2如圖所示的俯視角度看，較大的第二排氣口A2與較大的第二進(jìn)氣口E2優(yōu)選沿對(duì)角線相對(duì)布置。一般而言，優(yōu)選將進(jìn)氣口E1和E2實(shí)施得略大于對(duì)應(yīng)的排氣口A1、A2，即，比對(duì)應(yīng)的排氣口大約大10％至20％。此外，進(jìn)氣通道EK1、EK2和/或排氣通道AK1、AK2優(yōu)選在其絕大部分長(zhǎng)度上與進(jìn)氣口E1、E2的直徑或排氣口A1、A2的直徑相匹配。也就是說，根據(jù)進(jìn)氣門開口E1、E2的直徑比，第一進(jìn)氣通道EK1的直徑在其至少絕大部分長(zhǎng)度上選擇得大約小于第二進(jìn)氣通道EK2的直徑。這一點(diǎn)相應(yīng)也可適用于排氣通道AK1、AK2。

此外，第一進(jìn)氣通道EK1可構(gòu)建為螺旋通道或渦流通道，并且第二進(jìn)氣通道EK2可構(gòu)建為填充通道。這一點(diǎn)在以下情形下特別有益：第一進(jìn)氣通道EK1的直徑小于第二進(jìn)氣通道EK2。在此情況下，優(yōu)選以第二進(jìn)氣通道在第二進(jìn)氣口E2上的中心軸為參照，構(gòu)建為填充通道的第二進(jìn)氣通道EK2幾乎沿氣缸豎軸定向。第一進(jìn)氣通道EK1則優(yōu)選以更大的程度傾斜于氣缸豎軸定向，以幫助進(jìn)入燃燒室的廢氣實(shí)現(xiàn)圍繞氣缸豎軸的螺旋運(yùn)動(dòng)或圍繞氣缸橫軸的渦流運(yùn)動(dòng)。

關(guān)于內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行，可以在兩個(gè)運(yùn)行范圍B1和B2上對(duì)每個(gè)氣缸Z1-Z4的兩個(gè)進(jìn)氣門都進(jìn)行操縱。但也可以在第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)僅操縱兩個(gè)進(jìn)氣門中的一個(gè)，并且借助另一個(gè)進(jìn)氣門使相應(yīng)的進(jìn)氣口持續(xù)保持關(guān)閉。其中，如果兩個(gè)進(jìn)氣口實(shí)施得不一樣大，則優(yōu)選在第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)僅操縱較大的第二進(jìn)氣門。此外還可設(shè)置中間運(yùn)行范圍B3，該中間運(yùn)行范圍的負(fù)載值和轉(zhuǎn)速值低于第二運(yùn)行范圍B2。在此情況下，第一運(yùn)行范圍B1可以向更低的負(fù)載和轉(zhuǎn)速推移。如果采用這樣的劃分，則優(yōu)選在較低的第一運(yùn)行范圍B1內(nèi)僅操縱配置給較小的第一排氣通道AK1的第一排氣門。在中間運(yùn)行范圍B3內(nèi)則僅操縱配置給較大的第二排氣通道AK2的第二排氣門，并且在較高的第二運(yùn)行范圍B2內(nèi)對(duì)兩個(gè)排氣門都進(jìn)行操縱。