CN103827452A - 内燃机以及用于运行内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机（1），具有曲轴箱（3）和汽缸盖（4），所述汽缸盖具有用于来自所述内燃机（1）的燃烧室（5）的排气的通入到排气歧管（10）中的排出通道（9）。在此提出，所述汽缸盖（4）具有与排出通道（9）和排气歧管（10）不同的加热通道（12）的至少一个区域，所述加热通道的进入侧（14）从所述排出通道（9）之一或所述排气歧管（10）分支出并且所述加热通道可被可借助于调节元件（13）调整的排气质量流流过。另外，本发明涉及一种用于运行内燃机（1）的方法。

Description

内燃机以及用于运行内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机，具有曲轴箱和汽缸盖，所述汽缸盖具有用于来自所述内燃机的燃烧室的排气的通入到排气歧管/排气集管/排气弯管中的排出通道。另外，本发明涉及一种用于运行内燃机的方法。

背景技术

开头所述类型的内燃机已由现有技术公知。所述内燃机尤其是具有也被称为发动机缸体的曲轴箱和汽缸盖。曲轴箱和汽缸盖共同形成内燃机的燃烧室，其中，例如曲轴箱具有呈朝汽缸盖方向在边缘敞开的凹部形式的燃烧室的至少绝大部分，汽缸盖仅仅之后封闭所述燃烧室。另外，曲轴箱可包括内燃机的冷却水套和传动机构壳体。在汽缸盖中通常设置有内燃机的配气机构、即尤其是阀。配气机构用于空气进入燃烧室中或者说排气排出。内燃机的凸轮轴也可设置在汽缸盖中。排气从内燃机的燃烧室尤其是通过配气机构流入到排出通道中。排气从所述排出通道到达排气歧管中，接着到达内燃机的排气管中，通过所述排气管，排气被导出到内燃机的周围环境中，尤其是经由排气净化装置。

在内燃机的热机运转工况中，即当内燃机的温度低时，在所述内燃机中产生不期望的摩擦力，例如在燃烧室的壁与设置在燃烧室中的活塞之间。因此，目标在于，尽可能快速地提高内燃机的温度并且由此缩短热机运转工况，以便使摩擦力最小。从内燃机的燃烧室流出的排气由于在燃烧室中进行的燃烧过程而骤热。因此，由现有技术已经公知，例如由DE 33 22 063A1已经公知，使用排气的温度来加热内燃机的润滑油循环回路的润滑油。为此目的，在所列举的文献中描述了引导排气的部件与润滑油循环回路之间的热管。但这种处理方式具有缺点：一方面，所传递的热流量（每单位时间的热量）受热管限制，另一方面，仅仅润滑油被加热，这仅仅稍微缩短了内燃机的预热工况并且仅仅间接地影响摩擦力。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种内燃机，所述内燃机不具有开头所述的缺点，而是比由现有技术公知的内燃机明显快速地达到其运行温度。由此，预热工况的持续时间明显减少并且内燃机的总效率得到改善。

根据本发明，这如下来实现：汽缸盖具有与排出通道和排气歧管不同的加热通道的至少一个区域，所述加热通道的进入侧从排出通道之一或排气歧管分支出并且所述加热通道可被可借助于调节元件调整的排气质量流流过。因此，排气的热量不应如由现有技术公知的那样仅仅间接地通过流体、尤其是润滑油再输送给内燃机。而是提出，从燃烧室流出的排气至少部分地流入到加热通道中并且通过所述加热通道被引导到内燃机的在温度低时产生特别强烈的摩擦力的区域，尤其是在汽缸盖中。在此，加热通道的进入侧连接在排出通道的至少之一或者说排气歧管上，由此，排气可从排出通道或者说排气歧管到达加热通道中。为此尤其是需要注意的是，与排出通道和排气歧管分开地构造加热通道，即与所述排出通道和排气歧管不同。排气就此而言从加热通道由排出通道或者说排气歧管分支起相对于所述排出通道或者说排气歧管并行/平行地在加热通道中被引导。

在此，流过加热通道的排气质量流应可借助于调节元件调整。调节元件原则上可处于任意位置上。但优选所述调节元件存在于加热通道中，尤其是在所述加热通道的入口紧之后。调节元件优选构造成横截面调节元件，所述横截面调节元件被这样控制和/或调节，使得加热通道被或者说可被预给定的排气质量流流过。

以此方式可通过调节元件在排出通道或者说排气歧管与至少汽缸盖之间建立流动连接。据此，汽缸盖在调节元件至少部分地打开的情况下不仅通过排出通道或者说排气歧管、而且附加地通过加热通道由排气流过。加热通道在此尤其是在汽缸盖中通到在内燃机预热工况期间应快速预热的区域。内燃机就此而言比由现有技术公知的内燃机明显快速地达到其运行温度。

加热通道应优选仅仅在预热工况期间由排气流过。但附加地或作为替换方案也可提出，加热通道在内燃机的紧跟预热工况之后的正常工况期间被排气流过，以便提高内燃机的温度。以此方式可在内燃机的确定的运行范围内提高其效率。

本发明的一个扩展构型提出，加热通道仅仅存在于汽缸盖中或者加热通道附加地延伸到曲轴箱中。在内燃机的第一实施形式中，加热通道仅仅穿过汽缸盖，即不存在于内燃机的其它区域中。但在一个优选实施形式中，加热通道附加地延伸到曲轴箱中。为此目的，在加热通道在汽缸盖中的区域与加热通道在曲轴箱中的区域之间存在流动连接。优选这种流动连接这样构造，使得在装配内燃机时汽缸盖仅须坐置在曲轴箱上并且固定在所述曲轴箱上，以便建立流动连接。例如加热通道为此在边缘敞开地通入到汽缸盖的接触面中，所述汽缸盖在装配之后以所述接触面与曲轴箱或者说曲轴箱的相对应的接触面贴合。曲轴箱具有与所述在边缘敞开的通入部相对应的另外的通入部。加热通道的第一区域相应地存在于汽缸盖中，第二区域存在于曲轴箱中。第一通入部现在配置给第一区域，所述另外的通入部配置给第二区域。在汽缸盖和曲轴箱装配之后，加热通道的两个区域通过彼此相对应的在边缘敞开的通入部处于流动连接。

本发明的一个扩展构型提出，加热通道在轴向方向上观察与内燃机的全部燃烧室交叠。通常，内燃机的燃烧室的至少几个在纵向方向上设置。这尤其是对于直列式四缸内燃机和直列式六缸内燃机等情况如此。对于具有呈V布置形式的燃烧室的内燃机，存在多个、尤其是两个分别具有优选多个彼此在轴向方向上设置的燃烧室的燃烧室组。在此情况下，加热通道至少与内燃机的燃烧室组之一的燃烧室在轴向方向上交叠。以此方式实现汽缸盖均匀升温，尤其是在燃烧室的区域中，由此，在活塞与燃烧室壁之间产生的摩擦力对于全部燃烧室都减小。

本发明的一个扩展构型提出，加热通道至少局部地相对于至少一个流体管路、尤其是油管路或水管路并行地延伸。由此，不是仅仅内燃机的汽缸盖和/或曲轴箱可直接升温。而是流体也应附加地通过热的流过加热通道的排气预热。为此目的，流体管路与加热通道相邻地并且相对于所述加热通道并行地延伸。在此，在径向方向上观察，加热通道与流体管路之间的距离足够小，以便实现通过导热有效传输热量。特别优选也可提出，加热通道穿过流体管路尤其是相对于流体管路同轴线地延伸。加热通道就此而言存在于流体管路中并且在流体技术上通过壁、优选用导热良好的材料制成的壁与所述流体管路分开。例如加热通道呈热管的形式存在，所述热管至少局部地设置在流体管路中。

本发明的一个扩展构型提出多个加热通道，所述加热通道分别配置给不同的燃烧室组。如前已述，燃烧室尤其是对于具有V布置形式燃烧室的内燃机分成燃烧室组。如果存在多个燃烧室组，则有利的是，给每个燃烧室组配置一个单独的加热通道，以便实现在燃烧室组的区域中汽缸盖或者说曲轴箱均匀升温。

本发明的一个扩展构型提出，加热管路在排气的流动方向上观察相对于通过排出通道和排气歧管的主排气流并行地存在并且通过加热通道引导的排气由所述加热通道的进入侧到达在进入侧下游通入到排出通道之一或排气歧管中的排出侧。排气就此而言从内燃机的燃烧室通过排出通道流动到排气歧管中并且从所述排气歧管朝排气管的方向流动。所述排气是主排气流。由排出通道或者说排气歧管分支到加热通道中的排气形成副排气流，所述副排气流具有比主排气流小的排气质量流量。通过加热通道的副排气流因此基本上相对于主排气流并行地延伸。排气就此而言在加热通道的进入侧从排出通道或者说排气歧管流动到加热通道中，在加热通道的排出侧又被输送给排出通道或者说排气歧管中的主流。加热通道就此而言是其进入侧与其排出侧之间的流动技术上的连接。

本发明的一个扩展构型提出，在排出侧的通入部下游，排气涡轮增压器的涡轮在流动技术上连接在排气歧管上或者加热通道直接将排气输送给涡轮。内燃机因此具有排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器用于借助于压缩机压缩空气并且将所述空气以在此有目的的较高的压力水平输送给燃烧室。以此方式可实现内燃机的效率的改善。排气涡轮增压器的压缩机借助于其涡轮驱动，所述涡轮被排气涌入。在此，从排气获得动能并且转换成机械旋转能，所述机械旋转能用于驱动压缩机。现在提出，排出侧在排气涡轮增压器的涡轮的上游又通入到排出通道或者说排气歧管中。作为替换方案，加热通道也可直接通入到涡轮中并且将副排气流的排气输送给所述涡轮。

此外，本发明还涉及一种用于运行内燃机、尤其是根据上述实施形式的内燃机的方法，其中，内燃机具有曲轴箱和汽缸盖，所述汽缸盖具有用于来自内燃机的燃烧室的排气的通入到排气歧管中的排出通道。在此提出，汽缸盖具有与排出通道和排气歧管不同的加热通道的至少一个区域，所述加热通道的进入侧从排出通道之一或排气歧管分支出，其中，借助于调节元件调整流过加热通道的排气质量流。可根据上述实施形式进一步构造内燃机。

本发明的一个扩展构型提出，当内燃机的流体温度、尤其是油温度或水温度低于运行温度时，打开调节元件。这尤其是在内燃机的预热工况期间情况如此，在所述预热工况中，整个内燃机的温度低于运行温度。调节元件因此尤其是在预热工况期间打开。但也可提出，调节元件在内燃机的紧跟预热工况之后的正常工况期间打开，以便使流体借助于流过加热通道的排气预热并且相应地提高流体温度。这一直执行到流体温度达到运行温度。如果流体温度相应于运行温度或高于所述运行温度，则调节元件又关闭。尤其是调节元件被控制性和/或调节性地这样调整，使得流体温度始终相应于运行温度。对于所述的打开也可理解为仅仅部分的打开。

本发明的一个扩展构型提出，流体被从流体储备容器通过至少部分地相对于加热通道并行地延伸的流体管路输送并且返回到所述流体储备容器中。为了使流体尽可能快速地升温并且达到运行温度而提出，流体被从流体储备容器朝内燃机或者说至少穿过汽缸盖的加热通道的方向输送。流体在此优选流过流体管路，所述流体管路至少局部地相对于加热通道并行地设置。前面已经探讨了这种实施形式。在流过流体管路之后，现在升温的流体被输送返回到流体储备容器中。以此方式，不仅内燃机而且流体储备容器中的流体借助于排气升温。

附图说明

下面借助于附图中所示的实施例详细描述本发明，但并不限制本发明。附图表示：

图1  内燃机的横剖面，以及

图2  内燃机的纵剖面。

具体实施方式

图1示出了内燃机1的横剖面，其中，剖切平面垂直于内燃机1的纵向轴线2。内燃机1具有曲轴箱3和汽缸盖4，其中，在曲轴箱3中存在燃烧室5，所述燃烧室向上由汽缸盖4限定边界。在燃烧室5或者说缸中设置有内燃机1的在此未示出的活塞，所述活塞与曲轴共同作用，用于提供驱动力矩。在汽缸盖4中设置有气体交换元件6、尤其是阀，所述气体交换元件用于使空气进入到燃烧室5中或者说排气从所述燃烧室排出。不难看到，内燃机1的燃烧室5呈V布置形式存在，由此，第一燃烧室组7和第二燃烧室组8设置在内燃机1的彼此对置的侧。燃烧室组7和8任意之一包括至少一个燃烧室5、优选多个燃烧室5，所述燃烧室在轴向方向上前后相继设置。在燃烧室5中燃烧之后，排气通过相应的气体交换元件6经由排出通道9流动到排气歧管10中。优选给每个燃烧室5配置一个排出通道9。排出通道9任意之一都通入到排气歧管10中。排气歧管10就此而言用于从排出通道9收集排气。通过排气歧管10，排气输送给排气涡轮增压器11的压缩机，其中，在这里所示的实施例中，给每个燃烧室组7和8分别配置一个排气涡轮增压器11。

为了在内燃机1预热工况期间缩短预热的持续时间而提出，汽缸盖具有与排出通道9和排气歧管10不同的加热通道12的至少一个区域。在此也可明显看到，给每个燃烧室组7和8分别配置一个加热通道12。但作为替换方案，也可对于两个燃烧室组7和8设置仅一个公共的加热通道12。加热通道12通过调节元件13与排出通道9或者说与排气歧管10连接。在这里所示的实施形式中。进入侧14在排出通道9汇合到排气歧管10中紧之后从所述排气歧管分支出。借助于构造成横截面调节元件、优选阀的调节元件13，流过加热通道12的排气质量流尤其是彼此分开地可被控制性和/或调节性地调整。特别优选加热通道12至少部分地设置在流体管路15和16的区域中，其中，流体管路15构造成水管路，流体管路16构造成油管路。

图2示出了内燃机1的纵剖面，其中，纵向轴线2处于剖切平面中。很明显，加热通道12以其进入侧14这样通入到排气歧管10中，使得所述加热通道直接被加载从排出通道9流出的排气。而加热通道12的排出侧17这样通入到排气歧管10中，使得所述加热通道在轴向方向上观察相对于排出通道9或者说其到排气歧管10的通入部间隔开或者说错位。排出侧17就此而言不被直接加载从排出通道9流入到排气歧管10中的排气。就此而言，通过经由排出通道9进入到排气歧管10中的排气的动能而形成速滞压力，所述速滞压力将排气在进入侧14压入到加热通道12中。

据此，排气可根据调节元件13的位置从加热通道12的进入侧14朝其排出侧17的方向流过所述加热通道。在排出侧17，所述排气又进入到排气歧管10中并且通过所述排气歧管与没有流过加热通道12的主排气流一起被导出。很明显，在此所示的加热通道12在轴向方向上观察与内燃机1的全部燃烧室交叠。以此方式保证内燃机1均匀升温，尤其是在燃烧室5的区域中。加热通道12至少存在于汽缸盖4中。在这里所示的实施例中，所述加热通道附加地穿过曲轴箱3。由此，加热通道12的第一区域存在于曲轴箱3中并且第二区域存在于汽缸盖4中。这些区域这样设置，使得这些区域这样在边缘敞开地穿过曲轴箱3和汽缸盖4的接触面——所述曲轴箱和所述汽缸盖在内燃机1装配时通过所述接触面连接，使得在汽缸盖4装配在曲轴箱3上之后自动地在加热通道12的第一区域与第二区域之间存在流动连接。

参考标号清单

1  内燃机

2  纵向轴线

3  曲轴箱

4  汽缸盖

5  燃烧室

6  气体交换元件

7  第一燃烧室组

8  第二燃烧室组

9  排出通道

10 排气歧管

11 排气涡轮增压器

12 加热通道

13 调节元件

14 进入侧

15 流体管路（水）

16 流体管路（油）

17 排出侧

Claims (10)

1.一种内燃机（1），具有曲轴箱（3）和汽缸盖（4），所述汽缸盖具有用于来自所述内燃机（1）的燃烧室（5）的排气的、通入到排气歧管（10）中的排出通道（9），其特征在于：所述汽缸盖（4）具有与排出通道（9）和排气歧管（10）不同的加热通道（12）的至少一个区域，所述加热通道的进入侧（14）从所述排出通道（9）之一或所述排气歧管（10）分支出并且所述加热通道能被一能借助于调节元件（13）调整的排气质量流流过。

2.根据权利要求1的内燃机，其特征在于：所述加热通道（12）仅仅存在于所述汽缸盖（4）中或者所述加热通道（12）附加地延伸到所述曲轴箱（3）中。

3.根据上述权利要求之一的内燃机，其特征在于：所述加热通道（12）在轴向方向上观察与所述内燃机（1）的全部燃烧室（5）交叠。

4.根据上述权利要求之一的内燃机，其特征在于：所述加热通道（12）至少局部地相对于至少一个流体管路（15，16）、尤其是油管路（16）或水管路（15）并行地延伸。

5.根据上述权利要求之一的内燃机，其特征在于：设置有多个加热通道（12），所述加热通道分别配置给不同的燃烧室组（7，8）。

6.根据上述权利要求之一的内燃机，其特征在于：所述加热管路（12）在排气的流动方向上观察相对于通过所述排出通道（9）和所述排气歧管（10）的主排气流并行地存在，通过所述加热通道（12）引导的排气由所述加热通道的进入侧（14）到达在所述进入侧（14）下游通入到所述排出通道（9）之一或所述排气歧管（10）中的排出侧（17）。

7.根据上述权利要求之一的内燃机，其特征在于：在所述排出侧（17）的通入部下游，排气涡轮增压器（11）的涡轮在流动技术上与所述排气歧管（10）连接或者所述加热通道（12）直接将排气输送给所述涡轮。

8.一种用于运行内燃机（1）、尤其是根据上述权利要求之一或多项的内燃机（1）的方法，其中，所述内燃机（1）具有曲轴箱（3）和汽缸盖（4），所述汽缸盖具有用于来自所述内燃机（1）的燃烧室（5）的排气的通入到排气歧管（10）中的排出通道（9），其特征在于：所述汽缸盖（4）具有与排出通道（9）和排气歧管（10）不同的加热通道（12）的至少一个区域，所述加热通道的进入侧（14）从所述排出通道（9）之一或所述排气歧管（10）分支出，其中，借助于调节元件（13）调整流过所述加热通道（12）的排气质量流。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于：当所述内燃机（1）的流体温度、尤其是油温度或水温度低于运行温度时，打开所述调节元件（13）。

10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于：从流体储备容器通过至少部分地相对于所述加热管路（12）并行地延伸的流体管路（15，16）输送流体并且使流体返回到所述流体储备容器中。