CN101624943A - 包含汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器的组件，公开一种用于具有至少两个汽缸的内燃发动机的组件，所述组件包含至少一个汽缸盖、至少一个排气歧管和具有涡轮增压器壳体的至少一个涡轮增压器；每个汽缸具有至少一个用于将排气排出汽缸外的排气口；每个排气口与排气管路邻接；至少两个汽缸的排气管路在汽缸盖内合并以形成整个排气管路；并且汽缸盖、所述排气歧管和至少部分所述涡轮增压器壳体为一体成型的。本发明优点在于制造尽可能具有成本效益和紧凑的内燃发动机。

Description

包含汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器的组件
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的包含汽缸盖、排气歧管和涡轮增压器的组件。
背景技术
当前发动机的设计趋势是从自然吸气式发动机转向机械增压式内燃发动机。这种趋势已经在柴油发动机上显现一段时间了，但是现在正日益用于汽油发动机上。
出于经济原因使用增压式发动机，因为较小的增压式发动机可取代较大的自然吸气式发动机。在低负荷下，例如由于较少数目的汽缸和较低的摩擦以及减小的节流，小的增压式发动机能够比较大的自然吸气式发动机更有效率地运转，并且如果具有机械增压式发动机的车辆的驾驶员要求高性能或较高性能，其可通过该机械增压提供。因此，增压式发动机可满足与较大自然吸气式发动机相同的需求同时具有较小的排量、较小的尺寸和较低的重量。
增压式发动机(在本例中通过涡轮增压器增压的发动机)的缺点在于排气歧管和涡轮增压器壳体的高成本。由于这两个部件都必须经受非常高的温度，它们通常由铸钢或钢板制成。相应的钢铁质量通常包含高合金比例，高比例镍通常被添加至该合金。因此，铸造涡轮增压器壳体包含多至37％的镍比例。特别的缺点是近来已经持续上升的镍的高价格。
一个用于避免所述缺点的选择是以与汽缸盖一体形成排气歧管。这应用于由铝制造的排气歧管并且同样也应用于由铸铁制造的排气歧管。这种集成是已知的并且已在例如欧洲专利EP 1006272B1或在欧洲专利申请EP 07110193.5中描述。
发明内容
本发明的目的包括制造尽可能具有成本效益和紧凑的内燃发动机。
上述目的可通过一种用于具有至少两个汽缸的内燃发动机的组件实现，所述组件包含至少一个汽缸盖、至少一个排气歧管和至少一个带有涡轮增压器壳体的涡轮增压器；每个汽缸具有至少一个用于将排气排出汽缸外的排气口；每个排气口与排气管路邻接；至少两个汽缸的排气管路在汽缸盖内合并以形成整个排气管路；其中，汽缸盖、排气歧管和至少部分涡轮增压器或部分单件式或多件式涡轮增压器壳体为一体成型的。
本发明中，设计用于具有至少两个汽缸的内燃发动机的汽缸盖以使得该至少两个汽缸的排气管路在汽缸盖内合并，并且同样至少部分涡轮增压器或涡轮增压器壳体与汽缸盖一体成型。即，排气歧管和/或至少部分涡轮增压器或部分单件式或多件式涡轮增压器壳体被集成进汽缸盖内，即为汽缸盖的一部分。
在本发明中，本发明不限制于外部点火内燃发动机，但也清楚地包含自动点火内燃发动机。
涡轮增压器壳体通常由用于涡轮侧的壳体的铸钢和用于压缩机侧的壳体的铸铝构成。根据本发明的背景，至少压缩机侧的壳体与汽缸盖和排气歧管一体成型是有利的。
也可设想的是涡轮侧的壳体或至少部分涡轮侧的壳体同样也与压缩机侧的壳体、排气歧管和汽缸盖一体成型。随后有利地通过例如将后者集成入内燃发动机的冷却回路中来冷却壳体。
这种非常紧凑的设计使得可以将涡轮增压器非常接近排气门设置。从而相当多地减少了从汽缸至涡轮增压器的管道的散热表面积和体积。这导致比已知应用低的焓损失，并且因此导致较快的涡轮增压器响应，例如在负荷转变的情况下。这急剧地减少了所谓的涡轮迟滞(turbo lag)。
优选地冷却至少部分排气歧管和/或部分涡轮增压器。从而可以特别是在满负荷下获得排气温度的降低。现在，燃烧混合物在满负荷下经常被富化(λ＜1)以便降低燃烧温度并且从而降低排气温度以使得排气歧管或涡轮增压器不会被难以承受的高温损坏。与当前的涡轮增压发动机的设计相比，对于火花点火发动机这在每公里燃料消耗和二氧化碳的排放上具有显著的减少。出于该原因，将至少部分排气歧管和部分涡轮增压器或涡轮增压器壳体集成进水冷内燃发动机的冷却回路中也是有利的。出于该目的，该组件具有至少一个合适的连接至内燃发动机的冷却回路的冷却管道。
此外，涡轮增压器壳体具有至少一个用于冷却涡轮侧和/或涡轮增压器轴承的冷却管道。
依照本发明由汽缸盖、排气歧管和至少部分涡轮增压器壳体组成的组件有利地为由铸铝一体成型制造的。这导致相对于由钢构成的排气歧管和涡轮增压器的传统设计有特别显著的重量减轻。
然而，对于依照本发明的组件也可设想由例如铸铁或其它铸材制造，因为可以不管铸材的类型而保持关于涡轮增压器的响应特性和排气温度特性的优点。
由于至少部分排气歧管和/或涡轮增压器或涡轮增压器壳体集成进冷却回路中，相对于常规设计，特别高的热负荷的组件通过冷却回路伴随冷却。在内燃发动机冷起动期间其有利地导致特别快地加热冷却剂，从而导致内燃发动机的较快暖机，并且如果采用冷却剂运转的系统用于加热车辆乘客厢，可以较快地加热所述乘客厢。
依照本发明，所述组件相对于常规设计具有短得多的排气路径以及因此具有小得多的热交换表面。如果现在涡轮增压器与用于排气的催化后处理装置(催化转化器)邻接，则在所谓的冷起动期间，排气显著地更快速地达到起动催化反应所需的温度。这使得相对于已知设计需要较少燃烧混合物富化。
所述组件的优点还在于发动机舱的布置。由于如上所述冷却了特别高的热负荷的组件，可以省却当今常见的以已知方法遮蔽常规排气歧管和/或涡轮增压器使得邻近组件不会受到过高温度的干涉或损坏的护罩和受热板。
所述组件还有利地相当多地减小内燃发动机在车辆的发动机舱内所需的安装空间。
依照本发明的组件优选地允许集成其它组件。因此，可以例如更好地连接来自或至压缩机的新鲜空气管路。例如，可以将新鲜空气管路集成进汽缸盖内并且通过管道来桥接至压缩机壳体的短距离，例如，所述管道也可为依照本发明的汽缸盖组件的组成部分。
依照本发明，可以使例如涡轮增压器的减压阀(即所谓的废气门)和/或减压管道集成进依照本发明的组件。所述废气门调节过度的排气压力并且继而调节涡轮增压器的涡轮。从废气门至排气系统的附加的排气管路(其是常规的)也可集成进依照本发明的组件中。
除了已经提到的集成的冷却剂管道，至少一个机油管道有利地集成进依照本发明的组件中。可以例如以这样的方式确保将机油供应至涡轮增压器。然而，也可设想在冷起动期间通过集成的管道特别快速地加热机油，并从而比迄今为止的常规方法更快速地达到所需运转温度。
还可以特别是使涡轮增压器的涡轮侧或涡轮壳体设有特别的冷却，这样例如涡轮壳体也可由铝制造并且作为依照本发明的组件的一部分。关联于涡轮和压缩机轮的涡轮增压器轴可随后作为分离组件推入，例如以芯子(cartridge)的形式。
附图说明
附图为依照本发明的组件的示意图。
具体实施方式
唯一的附图显示了依照本发明的组件1的示意图。所述组合1由普通的单件式铸件组成，该单式铸件由汽缸盖2、排气歧管3和涡轮增压器4组成。由于将排气直接从排气歧管3提供给涡轮增压器4，可省却相应的连接。因此，排气穿过连接5离开涡轮侧。燃烧空气穿过管道6被吸入进涡轮增压器4的压缩机部分，被压缩并且穿过连接7离开涡轮增压器4。连接7可例如甚至在铸造期间被对齐，这样例如穿过阀门盖将压缩空气提供至发动机的进气系统，并且免去其它管道。

Claims (9)

1.一种用于具有至少两个汽缸的内燃发动机的组件(1)，包含至少一个汽缸盖(2)、至少一个排气歧管(3)和至少一个带有涡轮增压器壳体的涡轮增压器(4)；
每个汽缸具有至少一个用于将排气排出所述汽缸外的排气口；
每个排气口与排气管路邻接；
所述至少两个汽缸的排气管路在所述汽缸盖(2)内合并以形成整个排气管路；
其特征在于：
所述汽缸盖(2)、所述排气歧管(3)和至少部分所述涡轮增压器(4)或部分单件式或多件式涡轮增压器壳体为一体成型的。
2.如权利要求1所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)为由铸铝制造的。
3.如权利要求2所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)具有至少一个连接至所述内燃发动机的冷却回路的冷却管道。
4.如权利要求3所述的组件(1)，其特征在于，所述涡轮增压器壳体具有至少一个用于冷却涡轮侧和/或涡轮增压器轴承的冷却管道。
5.如权利要求1至4中任一项所述的组件(1)，其特征在于，涡轮增压器(4)的减压阀和/或减压管道集成进所述组件(1)中。
6.如权利要求5所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)具有至少一个机油管道。
7.如权利要求6所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)设计为使得所述涡轮增压器壳体全部地集成进组件(1)内并且使得涡轮增压器轴能够作为压缩机和涡轮轮的芯子推入。
8.如权利要求2、3、4中任一项所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)设计为使得所述涡轮增压器壳体全部地集成进组件(1)内并且使得涡轮增压器轴能够作为压缩机和涡轮轮的芯子推入。
9.如权利要求5所述的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)设计为使得所述涡轮增压器壳体全部地集成进组件(1)内并且使得涡轮增压器轴能够作为压缩机和涡轮轮的芯子推入。
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