CN102953799A - 具有排气涡轮增压的液体冷却内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机中的热虹吸系统。该热虹吸系统包括：穿过轴承壳体的冷却剂导槽，该轴承壳体包括在连接于轴的轴承中，该轴机械地连接于涡轮增压器中的涡轮和压缩机；与穿过该发动机的汽缸盖和汽缸体至少其中之一的至少一个冷却剂通道流体连通的通风容器，该至少一个冷却剂通道包括在冷却回路中；以及热虹吸冷却剂管道，其具有与冷却剂导槽的出口和通风容器的进口流体连通的进口，该进口竖直地设置在该通风容器的液体和蒸气冷却剂之间的界面的下方。

Description

具有排气涡轮增压的液体冷却内燃发动机

相关申请的交叉引用 

本申请要求2011年8月10日提交的欧洲专利申请号11177050.9的优先权，为了全部目的其整个内容通过引用结合于此。 

背景技术

内燃发动机可以包括连接于汽缸体的至少一个汽缸盖，以形成一个或更多个汽缸。为了保持活塞和/或汽缸套，可以形成曲轴箱的汽缸体具有多个汽缸孔，汽缸孔对应于发动机中的汽缸的数目。活塞可以在汽缸套内以轴向运动的方式被引导，并且与汽缸套和汽缸盖一起形成内燃发动机的燃烧室。 

内燃发动机可以被增压以增加发动机的功率输出。对发动机提供增压包括提供给燃烧室的压缩进气。用于提供增压的装置包括涡轮增压器和机械增压器。机械增压器可以包括经由传动装置机械地驱动的压缩机，而涡轮增压器可以利用排气来驱动涡轮，该涡轮依次又旋转连接于压缩机。具体说，在涡轮增压器中压缩机和涡轮可以设置在同一个轴上。热排气流可以供给涡轮，在所述涡轮中膨胀以释放能量并且使得安装在轴承壳体中的轴旋转。由排气流供给涡轮并最终供给轴的能量用来驱动同样设置在该轴上的压缩机。该压缩机输送并压缩供给它的充气。结果实现发动机的增压。 

排气涡轮增压器例如相对于机械式增压器（mechanical charger）（例如，机械增压器（supercharger））的好处之一是在压缩机和内燃发动机之间不需要用于传输功率的机械连接。相反，诸如机械增压器的机械式增压器为了驱动压缩机从内燃发动机的曲轴汲取能量，因而降低发动机的功率输出并且不利地影响发动机的效率。相反，涡轮增压器利用被引导到周围环境的热排气中的排气能量。 

增压的内燃发动机可以具有充气冷却设备，其构造成冷却进入汽缸之前的压缩的燃烧空气。结果，供给的充气的密度被进一步增加。以这种方式，冷却同样有助于增大提供给汽缸的空气的密度。换句话说，增加燃烧室的容积效率。 

增压发动机，具体说涡轮增压发动机，能够使发动机的功率增大同时保持 不变的汽缸扫气容积，或在保持相同功率的情况下能够减小汽缸工作容积。因此增压发动机提供单位排量功率输出的增加和/或提供增大的功率-重量比。对于相同的车辆边界条件，因此能够将载荷集中（load collective）朝着燃料消耗率较低的较高载荷移动。这也叫做精简尺寸（downsizing）。 

但是，在排气涡轮增压的结构中遇到问题，其中希望在宽范围的转速范围上实现性能增加。在一些发动机中，如果旋转速度下降为低于某个旋转速度经常观察到严重的转矩下降。而且一些发动机中，发动机转矩特性改进可以是希望的。为了实现增强的转矩特性，已经进行尝试减小涡轮截面尺寸并且同时减小排气排出。如个排气质量流量超过阈值，一部分排气流在排气排出的路线内通过绕过“废气门涡轮”的旁通管路被引导。但是，所述方法在相对高转速的情况下具有一些不利之处。 

已经进行过其他的尝试，通过提供串联和/或并联设置的多个涡轮增压器来改进发动机的转矩特性。但是，与自然吸气式发动机相比，增压发动机可以增大通过增加进气压力引起的发动机上的热载荷。结果对发动机中冷却设施提出了更高的要求。为了将热载荷保持在限度之内，增压的内燃发动机可以具有冷却设备，也叫做发动机冷却设备。冷却设备采取空气冷却设备或液体冷却设备的形式都是可能的。由于通过液体冷却设备能够明显地消散更大量的热，因此液体冷却设备可以用在许多发动机中。 

在一些液体冷却设备中，可以提供汽缸体冷却剂套和汽缸盖冷却剂套。冷却剂套可以包括横穿汽缸体和/或汽缸盖的冷却剂通道。增加冷却剂通道增加了结构的复杂性。此外，冷却剂通道可以减小承载有机械载荷和热载荷的汽缸盖或汽缸体的强度。而且，液体冷却设备的热被消散给汽缸盖或汽缸体内部的冷却剂，通常是具有添加剂的水。在这种情况下，冷却剂可以由泵输送，使得它循环，该泵可以设置在冷却回路中并且可以由牵引机械驱动装置机械地驱动。消散给冷却剂的热因此从汽缸盖或汽缸体内部排出，并且在换热器中再一次从冷却剂抽出。通风容器可以设置在冷却回路中。该通风容器可以使冷却剂或冷却回路通风。换句话说，蒸气可以从冷却回路中的冷却剂除去并且流到通风容器。 

像内燃发动机本身一样，排气涡轮增压器中的涡轮可以具有增加的热载荷。因此，在一些现有技术涡轮增压器中的涡轮外壳可以用含镍的耐热材料制 造和/或可以具有液体冷却设备。EP 1 384 857 A2和德国特许公开说明书DE 10 2008 001 257 A1公开了液体冷却的涡轮和涡轮外壳。 

涡轮增压的内燃发动机的热排气也可以导致轴承壳体的高热载荷，并且因此导致涡轮增压器轴的轴承的高热载荷。而且，大量的热可以传输给提供给轴承用于润滑的机油。由于涡轮增压器的轴的高旋转速度，该轴承可以形成为滑动轴承而不是滚动轴承。由于该轴和轴承壳体之间的相对运动，所以在该轴和轴承孔之间形成能够支撑载荷的液力润滑薄膜。增加机油的温度降低机油的粘稠度，因而使机油的摩擦特性变差。因此，增加机油的温度将加速机油的老化，从而使机油的润滑特性变差。这两种现象能够使机油的服务周期缩短并且改变轴承的功能性能力并且能够造成对轴承的功能性能力的危险，其中甚至能够不可逆地破坏轴承，并且因此破坏涡轮增压器。 

因此内燃发动机的涡轮增压器的轴承壳体可以具有液体冷却设备。在这里，在轴承壳体的液体冷却设备和上面提到的涡轮外壳的液体冷却设备之间必需进行区别。然而，两个液体冷却设备可以相互连接，可选地为仅仅间歇地连接，也就是说，彼此流体地连通。 

与发动机冷却或涡轮外壳的冷却不同，为了减少由于热过载对涡轮外壳造成的不可逆的损坏，当车辆已经停止时，也就是说内燃发动机已经关掉时，在内燃发动机已经关掉之后至少一段时间，可以希望保持轴承壳体的冷却。这可以由通过车载蓄电池供给动力的附加的、电操作泵来实现，当内燃发动机已经关掉时这个泵经由连接冷却剂管路输送冷却剂通过轴承壳体，并且因此即使当内燃发动机不运行时也提供轴承壳体和轴承的冷却。但是，附加泵的设置是相对代价高的措施。 

一些发动机可以不包括附加的泵。在这种情况下，从发动机冷却设备的冷却回路通过排气涡轮增压器的轴承外壳，到通风容器为止的连接冷却剂管路至少在轴承壳体上游构造成上升管路。在内燃发动机关掉时冷却剂的输送可以热虹吸效应实现，其主要基于两种机制。 

即使当内燃发动机关掉时，由于从被加热的轴承壳体到位于该连接冷却管路中的冷却剂的热的传导仍在继续，所以冷却剂的温度增加，结果，冷却剂的密度减小并且由冷却剂占据的容积增加。冷却剂的过热可以进一步导致冷却剂的部分蒸发，并且因此冷却剂变成气相。在两种情况下冷却剂膨胀并且占据较 大的容积，结果最终更多的冷却剂沿着通风容器的方向移动，也就是，输送。由于负压升高，冷却剂被供给。 

但是，本发明人已经认识到，由于利用热虹吸将冷却剂输送到轴承壳体中的若干问题。由于在车辆的发动机舱中的有限的空间条件，可能不能将该连接冷却剂管路形成为轴承壳体上游的上升管路或实现在轴承壳体和通风容器之间的竖直高度中热虹吸效应所需要的压差。其理由如下。在排气涡轮增压器的使用中希望设置至少一个增压器的涡轮与内燃发动机的出口相邻，也就是说与汽缸的出口孔相邻，以便能够利用热排气的焓，该焓由排气压力和排气温度明确确定，并且确保涡轮增压器快速响应行为。为了上面提到的理由，排气涡轮增压器的涡轮可以直接设置在汽缸盖上，并且因此在具有比较高的竖直高度的位置，也就是说在内燃发动机中的安装位置中相对于其他部件和组件设置在高点。 

涡轮或轴承壳体的这个安装位置使得将轴承壳上游的该连接冷却剂管路构造成竖直高度持续增加的升高管路很困难。这是因为通风容器不能设置在轴承壳体之上的任意高度。具体说，为了安全原因，也就是说，由于对车辆的碰撞性能的要求，安装在发动机舱中的部件和组件可以保持与发动机罩预定的距离。保持与发动机罩规定的安全距离不可避免导致在轴承壳体和通风容器之间的只有很小的高度差，或者在特定情况下，甚至负高度差，其中轴承壳体处在比通风容器高的竖直高度。 

前面提到的封装限制使得难以利用热虹吸来冷却轴承壳体到希望的水平。特别是，当通风容器处在不适宜的位置时，阻止从轴承壳体输送的冷却剂的阻力增加。结果是在轴承壳体中的更长的驻留时间，其中冷却剂可能大大过热并且压力迅速升高，甚至在轴承壳体上游的连接冷却剂管路中。 

结果，在特定的冷却剂蒸汽中，比较高的压力的过热的冷却剂蒸气，可以经由连接冷却剂管路进入通风容器中。这可以首先导致用塑料制造的容器的热过载、损坏或破坏。其次，增加的容器压力可以导致设置在容器开口中的压力控制阀以不可控的方式打开并将气化的冷却剂释放到环境中。这可以引起不希望的噪音的产生，特别是一种哨声。容器一般具有封闭容器开口的盖子，该开口用于注入冷却剂并且经常也用来容纳压力控制阀。大大地过热的冷却剂也可以对盖子和/或盖子密封起作用，导致盖子粘滞（sticking）。 

还有，上面提到的压力和温度状况可以导致冷却剂的脉动输送，其中冷却 剂经由连接冷却剂管路以波动方式引进到通风容器中。这导致冷却剂起泡沫和空气富化。这种效果，与通风容器的真正目的（即对冷却剂脱气，也就是说通风）背道而驰。 

发明内容

为了解决上面提到的至少一部分问题，提供一种发动机中的热虹吸系统。该热虹吸系统包括穿过（traverse）轴承壳体的冷却剂导槽（channel），该轴承壳体包括在连接于轴的轴承中，该轴机械地连接于涡轮增压器中的涡轮和压缩机；与穿过发动机的汽缸盖和汽缸体至少其中之一的至少一个冷却剂通道流体连通的通风（ventilation）容器，该至少一个冷却剂通道包括在冷却回路中；以及热虹吸冷却剂管道，其具有与该冷却剂导槽的出口和通风容器的进口流体连通的进口，该进口设置在该通风容器中的液体和蒸气冷却剂之间的界面的竖直下面。 

当热虹吸冷却剂管道中的冷却剂被引进到通风容器中进入容纳在该容器中的液体冷却剂中时，被加热的冷却剂的温度下降。结果，通风容器的壳体以及通风容器中的其他部件，例如可以设置在该容器的顶部附近的抽取阀，变差的可能性减小。以这种方式，热虹吸系统使得热能够从涡轮增压器轴承消除，而且在同时减少由于来自该热虹吸冷却剂管道的被加热的冷却剂而使通风容器变差的可能性。 

从下面单独的或结合附图的详细描述将容易明白本发明的上面的优点和其他优点和特征。应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在详细描述中进一步描述。这并不意味着视为所指出主题的关键的或基本的特征，所主张主题的范围由权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面或本发明的任何部分指出的任何缺点的实施方式。 

附图说明

图1以侧视图示意地示出增压液体冷却内燃发动机的第一实施例；和 

图2示出增压液体冷却内燃发动机的第二实施例。 

在下面更详细地描述附图。 

具体实施方式

本文中将描述增压液体冷却内燃发动机。该内燃发动机可以包括至少一个汽缸盖，该汽缸盖能够在装配端侧连接于汽缸体，其中，为了形成冷却回路，设置用于输送冷却剂的泵、热交换器和通风容器；和至少一个排气涡轮增压器，在该排气涡轮增压器中压缩机和涡轮设置在可旋转地安装在液体冷却的轴承壳体中的同一个轴上，其中，为了形成液体冷却设备，该轴承壳体通过连接冷却剂管路连接于该内燃发动机的冷却回路中，并且设置在该泵和通风容器之间，该连接冷却剂管路在被液体冷却剂作用的点处通向该通风容器，除了一定量的液体冷却剂之外，该通风容器还包括一定量的气体。这种设置能够增加轴承壳体的冷却。在一些示例中，该连接冷却剂管路在液体冷却剂的液面之下通向该通风容器。换句话说，在利用热虹吸效应的情况下，来自轴承壳体的加热的（例如，过热的）并且可能气态的冷却剂被输送到通风容器的液体冷却剂部分中。 

在冷却剂液面之上引进加热的（例如，过热的）冷却剂可以立即给通风容器的内壁施加热应力，并可能损坏，如果加热的冷却剂在液面之下输送，则它直接与已经在容器中的液体冷却剂混合，其中升高的该混合的温度明显低于该加热的冷却剂的温度。因此，容器的热载荷明显减少，因而减少通风容器的热变差的可能性。因此，在减少通风容器上的热载荷的同时，可以增加轴承壳体的冷却。 

而且，经由连接冷却剂管路将加热的冷却剂引进到通风容器中的液体冷却剂中可以抑制该冷却剂的脉动输送，在该脉动输送中来自轴承壳体的冷却剂以波动的形式引进通风容器中。在这方面，在引进所述冷却剂期间冷却剂中空气的非常显著的起泡沫和富化将减少并且在一些情况下可以避免。 

通过在液面之下引进冷却剂不仅降低容器温度，容器压力也可以降低，并且因此设置在容器上的压力控制阀的无意中的打开也可以减少。因此不希望的噪音，例如哨声的产生的机会可以减少。 

由于容器中的冷却剂液体不是固体而是可移动的，因此液面的位置决定于容器的安装位置或当前位置。为了形成固定的明确的参考点，参考停止在平坦的地面上并具有在安装位置的内燃发动机的车辆，也就是说，具有在安装位置的通风容器的车辆。 

发动机可以包括两个汽缸，每个汽缸具有至少一个用于从汽缸排出排气的 排气口孔，并且排气管路连接于每个排气口孔，其中该至少两个汽缸的排气管路汇合，在该汽缸盖内形成至少一个一体的排气歧管，以形成通向该至少一个涡轮增压器的涡轮中的至少一个排气管路。在具有排气涡轮增压的内燃发动机中，可以希望设置至少一个涡轮靠近该汽缸的排气口。发动机中的排气管路在汽缸盖内汇合是合适的，其中形成至少一个一体的排气歧管。因而排气管路的长度减少。管道的容积，也就是说该涡轮上游的排气管路的容积减小，并且因此增强涡轮的响应行为。变短的排气管路也导致减少该涡轮上游的排气系统的热惯性，并且因此增加在涡轮进口处的温度，结果在该涡轮进口处的排气的焓也较高。还有，排气管路在汽缸盖内的汇合允许驱动单元的紧密的封装。而且，热排气到不同排气后处理装置的路径也缩短并且给予排气冷却下来的时间很少，结果排气后处理系统快速度达到其运行温度或起燃温度，特别是在内燃发动机的冷起动之后。 

发动机还可以包括分成具有至少一个汽缸的两组（例如发动机组）的至少三个汽缸，并且每个汽缸组的汽缸的排气管路汇合以形成具有形成的排气歧管的排气管路。这个例子可以用在具有双通道涡轮的发动机中。双通道涡轮可以具有有两个进气导管的进气区，其中两个排气管路以这样的方式连接于该双通道涡轮，即一个排气管路分别通向一个进气导管。在排气管路中引导的两个排气流在该涡轮的下游选择地汇合。但是，汽缸或排气管路的分组对利用多个涡轮或排气涡轮增压器也提供好处，其中在每种情况下一个排气管路连接于一个涡轮。 

此外，在内燃发动机的安装位置中，内燃发动机可以包括，到通风容器的连接冷却剂管路的进口孔比轴承壳体的出口孔处在较高的竖直高度，连接冷却剂管路连接于这个出口孔。轴承壳体和通风容器之间的正高度差通过热虹吸效应帮助冷却剂的输送，其中通风容器的进口孔比轴承壳体的出口孔处在较大的竖直高度。 

发动机还可以包括构造成升高的管路的连接冷却剂管路。为了利用或改进热虹吸效应，可以希望该连接冷却剂管路至少在轴承壳体的上游构造成升高的管路，其中竖直高度持续地增加。 

但是在其他的示例中，该发动机在安装位置可以包括该连接冷却剂管路通风容器的进口孔，该通风容器的进口孔设置在比轴承壳体的出口孔低的竖直高 度处，该连接冷却剂管路连接于这个出口孔。应当明白，当可以希望通风容器到发动机罩的安全距离时，由于封装的限制可以用这种发动机结构。 

发动机在泵和轴承壳体之间还可以包括设置在该连接冷却剂管路中的冷却器。该冷却器减少在进入轴承壳体之前的冷却剂的温度，并且因此有助于增加通过吸入热来加热轴承壳体中冷却剂所需要的驻留时间。 

当发动机被关掉时（例如，在操作中不进行燃烧），该轴承壳体可以由其他机制，例如热虹吸，冷却一段时间，以减少过热的可能性。在又一些示例中，该冷却器可以通过空气冷却运行。 

此外，在一些示例中，提供给轴承的冷却可以设计为空气和/或液体冷却。由于比较少量的热必需消散在轴承壳体的冷却中，因此可以在轴承壳体的冷却剂导槽的上游更成本有效地提供空气冷却器。但是，其他的空气冷却器位置也已经考虑到，例如轴承壳体中的冷却剂导槽的下游。 

利用空气冷却器有附加的好处。例如，冷却系统可以具有电运行的风扇马达（例如高性能电运行的风扇马达），该马达驱动风扇叶轮并且被旋转以即使在机动车辆停止时（也就是说车辆静止时或仅仅在低车速时）也对冷却系统的换热器提供希望的空气质量流量。该风扇叶轮可以在车辆前端区设置在换热器附近或离换热器一定距离处。 

设置在轴承壳体上游的空气冷却器可以以这样的方式设置在发动机舱中，即通过风扇引导的空气流围绕空气冷却器流动并且由于对流的结果有助于将表面上的热带走。这种设置具有若干好处，特别在是在内燃发动机关闭之后，风扇还被电运行一段短时间并且希望对轴承壳体中的冷却剂的过热保持冷却。为了上述理由，内燃发动机的实施例可以使用，其中冷却器设置在汽缸体和冷却回路的换热器之间。 

此外，发动机可以包括构造成调节冷却剂通过量（throughput）（例如通过通风容器）的节流元件。该节流元件可以在泵和通风容器之间设置在连接冷却剂管路中。在一些示例中，通过通风容器的冷却剂通过量可以被减少并且在一些情况下被最小化。 

而且，该节流元件在连接冷却剂管路中可以设置在轴承壳体的下游。但是，在其他例子中节流元件在连接冷却剂管路中可以设置在轴承壳体的上游，因为在轴承壳体的上游，液体冷却剂通过该节流元件并且被节流，而在轴承壳体的 下游，存在被加热并且可能蒸发的冷却剂，并且节流对于利用热虹吸效应输送冷却剂可以具有确定的效果，具体说，可以改进脉动输送。 

发动机还可以包括阀，该阀可以根据冷却剂温度自控。该阀可以在泵和通风容器之间设置在连接冷却剂管路中。该阀可以调节到通风容器的冷却剂通过量。在一些示例中，该阀可以构造成在低冷却剂温度下减少通过轴承壳体的冷却剂的输送，特别是在内燃发动机的冷起动之后和在预热阶段期间。在一些例子中，在低冷却剂温度下，冷却剂的冷却或输送可能是不希望的，因为这阻碍内燃发动机和其组件的快速加热。因此在一些示例中，通过通风容器的冷却剂通过量特别是在低冷却剂温度下可以减少。冷却剂在通风容器中的一定驻留时间时对于通风可能是需要的，并且因此通过量被减少。第二，在低冷却剂温度状态期间，冷却剂粘滞性增加，因而冷却剂中的空气变浓。 

也可以叫做恒温器阀的自控阀可以根据冷却剂温度来改变或调节连接冷却剂管路的流动截面，并且因此以当冷却剂温度升高时增加该通过量的方式控制通过轴承壳体的冷却剂通过量，。 

因此，经由阀输送到通风容器的冷却剂的量随着冷却剂的温度降低而减少。另一方面，当冷却剂的温度升高时，经由阀到通风容器中的冷却剂流也一样升高。这引起冷却剂基于温度并且因此基于热虹吸效应供给到通风容器中。 

此外，该阀在连接的冷却剂管道中可以设置在轴承壳体的上游。而且，该阀在连接的冷却剂管道中可以设置在轴承壳体的下游。恒温器阀可以被在轴承壳体中加热的冷却剂冲击。这可以是有利的，因为阀能够对减少轴承壳体中的冷却剂的温度的延迟做出反应，并且因此在控制冷却剂的流量中适应于轴承壳体中的当前的热管理。 

当阀设置在轴承壳体的上游时，时间延迟可以由以下事实引起，即在阀能够对壳体中存在的温度通过打开而做出反应之前，位于阀和轴承壳体之间的连接冷却剂管路中的冷却剂被热传导初始加热。然而，正如已经提到的，该阀在连接冷却剂管路中可以设置在轴承壳体的上游。 

该阀也可以结合在轴承壳体中，其能够降低对轴承壳体中的温度的反应的延迟。此外，阀的部件，例如阀壳体，可以由轴承壳体一体形成，并且轴承壳体的冷却可以用来冷却该阀。这得到另外的好处，具体说是紧凑的结构和重量的节省。该阀也可以结合在内燃发动机中，结果上面提到的好处可以以类似的 方式实现。 

该阀可以被设计以便持续可调，或以便能够以两级方式切换。持续可调的阀允许根据宽范围运行状态的要求向轴承壳体供给冷却剂。 

该阀在关闭状态具有渗漏流。所述渗漏流可以在低温时防止连接冷却剂管路的完全关闭，结果不能完全防止冷却剂的输送。然而，阀的一定程度的渗漏，也就是说缺少密封，可以是有利的，以便允许可以设置在阀中的并且可以开始打开程序的热元件被冷却剂冲击。 

连接冷却剂管路也可以通过汽缸体。在安装位置，汽缸体可以设置在发动机舱的下部。也就是说在低于涡轮的竖直高度处。如果连接冷却剂管路然后通过涡轮上游的汽缸体，这可以是有利的，特别是关于利用热虹吸效应和形成连接冷却剂管路作为上升管路。在这种结构中，被冷却的涡轮和轴承壳体设置成竖直地高于汽缸体。 

但是，也可以用如下内燃发动机的实施例，即其中在连接冷却剂管路通过汽缸体。在其中涡轮设置在汽缸体上面的内燃发动机的情况下，在其面向汽缸盖的装配端侧的这侧上，连接冷却剂管路也从汽缸盖通向涡轮的轴承壳体而不需要省去将该管路构造成上升管路。 

该至少一个涡轮可以被设计成径向涡轮，也就是说流向/接近旋转叶片的流基本径向地行进。在这里“基本径向地”是指径向的速度分量大于轴向的速度分量。如果接近的流径向地进行，则速度分量与涡轮的轴或轴线相交（例如，以直角）。为了使流能够径向地流向转子叶片，用于供给排气的进口区可以构造成环绕螺旋的或蜗壳的，使得到涡轮的排气流入基本径向地行进。但是，该至少一个涡轮可以构造成轴向涡轮，其中沿着轴向的速度分量大于沿着径向的速度分量。 

此外，该至少一个涡轮可以具有可变的涡轮几何形状，其通过调节涡轮的几何形状或有效涡轮截面能够更准确地适应内燃发动机的相应的工作点。在这种情况下，用于影响流向的可调节的导向叶片可以设置在涡轮的进口区。相反，对于旋转转子的转子叶片，导向叶片可以不与涡轮的轴一起旋转。 

如果涡轮具有固定的不变的几何形状，导向叶片可以设置在进口区以便不仅是静止的而且也是完全不可运动的，也就是说，刚性地固定。相反，在可变的几何形状的情况下，导向叶片可以设置成是静止的但不是完全不可运动的， 而是可绕其轴线转动使得流向转子叶片的流能够被调节。此外，发动机可以包括涡轮和压缩机串联或并联设置的多个涡轮增压器。 

图1以侧视图示意地示出增压液体冷却内燃发动机1的第一实施例。术语“内燃发动机”包括压缩点火发动机（例如柴油发动机）、火花点火发动机以及混合内燃发动机。为了参考设置参竖直轴线50。该竖直轴线50可以平行于重力轴线。发动机1可以包含在车辆70中。在所示的实施例中，车辆70可以位于所示实施例的平坦的底面上。但是，已经预期到其他相对车辆和发动机取向。 

该内燃发动机1可以包括连接于汽缸体1b的一侧（例如，装配端侧，顶侧）1c的汽缸盖1a。因此汽缸盖1a和汽缸体1b连接在一起。 

发动机冷却回路2包括泵2a。该泵构造成输送或流动冷却剂通过冷却回路2。泵2a经由连接冷却剂管路5a连接于通风容器2b。冷却剂管道5a包括进口62和出口64。该进口62接入通风容器2b中。因此，该进口与通风容器2b流体连通。在一些示例中，进口62可以竖直地设置在该连接冷却剂管路5c的出口的下面。但是其他的相关位置也是预期的。出口64与泵2a的进口32流体连通（例如，直接流体连通），在本文中更详细地描述。在一些实施例中通风容器2b可以包括塑料和/或金属。箭头60表示通过连接冷却剂管路5a的冷却剂的大致流动。但是，应当理解，冷却剂流动可以具有附加的复杂性。脱气的（degassed）冷却剂经由设置在泵2a下游的连接冷却剂管路5a供给了冷却回路2。 

内燃发动机1由包括设置在共用的轴上的压缩机和涡轮的排气涡轮增压器3增压。该轴可旋转地安装在液体冷却的轴承壳体4中。 

冷却剂导槽20穿过轴承壳体4并且可以包括在发动机冷却回路2中。冷却剂导槽20的进口22与连接冷却剂管路5b的出口23流体连通（例如，直接流体连通）。该冷却剂导槽20还包括出口4c。直接流体连通是指不存在设置在流体连通的部件之间的中间部件。连接冷却剂管路5b的进口24与也被称作一个或更多个冷却剂通道26的可拆卸点的出口7流体连通。该一个或更多个冷却剂通道26被示出穿过汽缸体1b。但是，应当明白，该一个或更多个冷却剂通道可以可替换地或附加地穿过汽缸盖1a。一个或更多个冷却剂通道26包括与泵2a的出口30流体连通（例如，直接流体连通）的一个或更多个进口28。 应当理解，该附加的冷却剂通道可以与泵2a的出口30流体连通。该附加的冷却剂通道也可以与泵2a的进口32流体连通。以这种方式，冷却剂可以循环通过汽缸体和/或汽缸盖。应当明白，连接冷却剂管路5b的进口可以竖直地位于在进口22的下面。但是，已经考虑了其他有关的位置。 

冷却器6（例如，空气冷却器、涡轮空气冷却器等）可以连接于冷却剂管路5b。冷却器6可以构造成在冷却剂流动通过该冷却剂导槽20之前除去来自该冷却剂的热。因此，空气冷却器设置在冷却剂导槽20的上游。空气冷却器可以围绕冷却剂导槽流动空气，以除去来自该冷却剂的热。但是，在其他的例子中可以利用车辆的运动围绕空气冷却器来循环空气。箭头34表示通过连接冷却剂管路5b的冷却剂的大致流。 

发动机1还包括连接冷却剂管路5c。应当明白连接冷却剂管路（5a、5b和/或5c）可以根据引进的次序叫做第一连接冷却剂管路、第二连接冷却剂管路和/或第三连接冷却剂管路。而且，在一些实施例中连接冷却剂管路可以是热虹吸冷却剂管路。另外，连接冷却剂管路（5a、5b和/或5c）可以在汽缸体1b和汽缸盖1a的外部。连接冷却剂管路5c包括与冷却剂导槽20的出口4c流体连通（例如，直接流体连通）的进口36。连接冷却剂管路5c还包括开口在通风容器2b中的出口2d。如图所示，出口2d位于液体冷却剂液面2c的下面。因此，出口2d位于液体冷却剂内。在一些示例中，连接冷却剂管路可以延伸进入通风容器中的液体冷却剂中，以增加连接冷却剂管路的冷却。如图所示，通风容器2b容纳一定量的液体冷却剂2e和一定量的液体冷却剂2f。因此，液体冷却剂液面2c在液体和气态冷却剂的交界处。 

在所示的示例中，连接冷却剂管路5c的出口2d比连接冷却剂管路5c的进口36位于更高的竖直高度处。因此，冷却剂导槽20的出口4c位于连接冷却剂管路5c的出口2d的下面。但是，在其他实施例中，出口2d可以位于进口36的下面。 

轴承壳体4（具体是穿过该轴承壳体的冷却剂导槽20）和通风容器2b之间的竖直高度的正差有助于热虹吸效应。当连接冷却剂管路5c不在下游方向上继续沿着其长度增加竖直高度时，该热虹吸效应甚至可以在所示的实施例中实现。箭头38示出通过连接冷却剂管路5c的冷却剂的大致流动。但是，在一些实施例中，该连接冷却剂管路5c可以在下游方向上沿着其长度继续增加竖直高 度。 

正如前面所讨论的，连接冷却剂管路5c在冷却剂水液面2c下面通向通风容器2b。来自轴承壳体4中冷却剂导槽20的加热的（例如过热的）且可能气态的冷却剂因此被输送到通风容器2b的液体冷却剂2e中。在冷却剂液面2c下面的加热的冷却剂的输送产生与容器2b中液体冷却剂直接的混合，因此明显减少容器2b的热载荷。 

此外，容器2b具有封闭容器开口40的盖子2f，该容器开口40用来用冷却剂填充该容器，并且容纳压力调节阀42. 

内燃发动机1还可以包括流量调节元件95。该流量调节元件可以位于连接冷却剂管路（5a、5b和5c）其中之一中。应当明白附加的流量调节元件可以设置连接冷却剂管路（5a、5b和5c）中。该流量调节元件可以是构造成调节连接冷却剂管路中的冷却剂流的节流阀元件。在一些实施例中，该节流阀元件可以经由控制器控制。但是，在其他实施例中，流量调节元件95可以是自控阀元件（例如，恒温器元件）。该流量调节元件可以构造成改变连接冷却剂管路中的冷却剂流量。具体说，在一个实施例中，流量调节元件可以构造成响应冷却剂温度的降低而减少冷却剂流量，并且响应冷却剂温度的升高而增加减少冷却剂流量。但是已经考虑到其他的控制方法。 

连接冷却剂管路（5a、5b和5c）、冷却剂导槽20、通风容器2b、冷却器6、泵2a和/或阀95可以包括在热虹吸系统96中。冷却回路2也可以包括热交换器98。该热交换器98可以连接于穿过汽缸体1c或汽缸盖1a至少其中之一的冷却剂通道。在一些实施例中，热交换器98可以连接于冷却剂通道26之一。 

图2示出包括在图1所示的发动机1中示例性排气涡轮增压器3的详细视图。涡轮增压器3包括通过轴204机械地连接于涡轮202的压缩机200。压缩机200与图1所示的发动机1中的至少一个燃烧室流体连通。而且，在一些实施例中，进气节流阀可以设置在压缩机200的下游。具体说，压缩机200构造成为燃烧室提供增压的进气。涡轮202构造成与燃烧室流体连通。具体说，涡轮202构造成接收来自燃烧室的排气。应当明白一个或更多个控制装置可以设置在该涡轮的上游和/或下游。以这样的方式，涡轮增压器3利用排气驱动该涡轮。该涡轮进而又转动驱动该压缩机的轴。 

轴承206可以机械地连接于轴204。轴承206可以支撑轴204并且能够使 轴旋转。也示出包括在轴承中的轴承壳体4。还示出冷却剂导槽20的进口22和出口4c。还示出连接冷却剂管路5c和连接冷却剂管路5c的进口36。此外，在图2中还示出连接冷却剂管路5b和其出口23。 

应当明白，本文所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于其他类型的直列发动机、对置发动机、V型发动机等。本发明的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。 

权利要求具体指出被认为是新颖的且非显而易见的一些实施例和子组合。这些权利要求可能涉及“一”元件或“第一”元件或其等同用于。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或两个以上的这种元件。其他实施例和所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改这些权利要求或通过在这个或相关申请中提出新的权利要求来主张。因此，这些权利要求，无论比原权利要求的范围更宽、更窄、相等或不同，都认为包含在本发明的主题内。 

Claims (21)

1.一种发动机中的热虹吸系统，包括：

穿过轴承壳体的冷却剂导槽，所述轴承壳体被包括在连接于轴的轴承中，所述轴机械地连接于涡轮增压器中的涡轮和压缩机；

通风容器，该通风容器与穿过所述发动机的汽缸盖和汽缸体至少其中之一的至少一个冷却剂通道流体连通，所述至少一个冷却剂通道被包括在冷却回路中；以及

热虹吸冷却剂管道，其具有与所述冷却剂导槽的出口和通风容器的进口流体连通的进口，所述进口竖直地设置在所述通风容器的液体和蒸气冷却剂之间的界面的下方。

2.根据权利要求1所述的热虹吸系统，其中竖直高度在下游方向上沿着所述热虹吸冷却剂管道的长度持续地增加。

3.根据权利要求1所述的热虹吸系统，还包括第二热虹吸冷却剂管道，所述第二热虹吸冷却剂管道包括与所述通风容器和被包括在所述冷却回路中的泵的进口流体连通的进口。

4.根据权利要求3所述的热虹吸系统，其中所述泵的出口与所述至少一个冷却剂通道流体连通。

5.根据权利要求3所述的热虹吸系统，还包括设置在所述第二热虹吸冷却剂管道中的流量调节阀，所述流量调节阀调节所述第二热虹吸冷却剂管道中的冷却剂的流量。

6.一种增压液体冷却内燃发动机，包括：

连接于汽缸体的一侧的汽缸盖；

冷却回路，所述冷却回路包括与穿过所述汽缸盖和所述汽缸体至少其中之一的冷却剂通道流体连通的泵、与所述泵流体连通的热交换器、以及与所述泵流体连通的通风容器，所述通风容器容纳一定量的液体冷却剂和一定量的气体冷却剂并且与所述泵流体连通；和

排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器包括经由可旋转地安装在液体冷却的轴承壳体中的轴连接于涡轮的压缩机，所述轴承壳体包括穿过所述液体冷却的轴承壳体的冷却剂导槽，所述冷却剂导槽与连接冷却剂管路流体连通，该连接冷却剂管路具有在所述量的液体冷却剂中通入所述通风容器的出口。

7.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，其中所述连接冷却剂管路的所述出口比与所述连接冷却剂管路的进口直接流体连通的所述冷却剂导槽的出口在更高的竖直高度处。

8.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，其中所述连接冷却剂管路在竖直高度上持续地增加。

9.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，其中所述连接冷却剂管路的所述出口比与所述连接冷却剂管路的进口直接流体连通的所述冷却剂导槽的出口在更低的竖直高度处。

10.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在第二连接冷却剂管路中的冷却器，该第二连接冷却剂管路位于所述泵和穿过所述液体冷却的轴承壳体的冷却剂导槽的进口之间。

11.根据权利要求10所述的增压液体冷却内燃发动机，其中所述冷却器是空气冷却器。

12.根据权利要求10所述的增压液体冷却内燃发动机，其中所述冷却器设置在所述汽缸体和所述冷却回路的所述热交换器之间。

13.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在第二连接冷却剂管路中的节流元件，该第二连接冷却剂管路包括通入所述通风容器中的进口和与所述泵的进口直接流体连通的出口，所述节流元件调节所述第二连接冷却剂管路中的冷却剂流量。

14.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在所述连接冷却剂管路中的节流元件，所述节流元件调节所述连接冷却剂管路中的冷却剂流量。

15.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在第二连接冷却剂管路中的节流元件，所述第二连接冷却剂管路位于所述泵和穿过所述液体冷却的轴承壳体的所述冷却剂导槽的进口之间，所述节流元件调节所述第二连接冷却剂管路中的冷却剂流量。

16.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在第二连接冷却剂管路中的自控阀元件，该第二连接冷却剂管路包括通入所述通风容器中的进口和与所述泵的进口直接流体连通的出口，所述自控阀元件被配置为调节通过所述通风容器的冷却剂的流量。

17.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在第二连接冷却剂管路中的自控阀元件，所述第二连接冷却剂管路位于所述冷却剂导槽的进口和一个或更多个所述冷却剂通道的出口之间。

18.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括设置在所述连接冷却剂管路中的自控阀元件。

19.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括第二连接冷却剂管路，所述第二连接冷却剂管路位于所述冷却剂导槽的进口和一个或更多个所述冷却剂通道的出口之间，所述一个或更多个冷却剂通道穿过所述汽缸体。

20.根据权利要求6所述的增压液体冷却内燃发动机，还包括第二连接冷却剂管路，所述第二连接冷却剂管路位于所述冷却剂导槽的进口和一个或更多个冷却剂通道的出口之间，所述一个或更多个所述冷却剂通道穿过所述汽缸盖。

21.一种发动机热虹吸系统，包括：

穿过轴承中的轴承壳体的冷却剂导槽，所述轴承连接于涡轮增压器的涡轮轴；

与穿过发动机汽缸盖的冷却回路冷却剂通道流体连通的通风容器：和

热虹吸冷却剂管道，所述热虹吸冷却剂管道具有与冷却剂导槽的出口以及所述容器的进口流体连通且竖直地设置在所述容器中的液体和蒸气冷却剂之间的界面下方的进口。

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