CN103930666B - 空气供给装置在用于内燃机的气缸盖上的布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气供给装置（10）在尤其用于机动车的内燃机的气缸盖上的布置结构，其中空气供给装置（10）包括吸气装置（28）以及用于压缩空气的压缩机（12），所述吸气装置用于将待供给至内燃机的空气分配到内燃机的燃烧室，所述压缩机经由空气管道元件（16）与吸气装置（28）流体地连接，其中，保持在气缸盖上的空气供给装置（10）从布置在气缸盖的空气侧（18）上的吸气装置（28）开始经由空气管道元件（16）朝向布置在气缸盖的废气侧（14）上的压缩机（12）在气缸盖上延伸，形成由吸气装置（28）、空气管道元件（16）和压缩机（12）所限定的中间空间（52），所述气缸盖至少部分地布置在所述中间空间中。

Description

空气供给装置在用于内燃机的气缸盖上的布置结构
技术领域
本发明涉及一种空气供给装置在用于内燃机的气缸盖上的布置结构。
背景技术
DE 44 03 219 A1公开了一种用于多气缸内燃机的、可预制为结构单元的吸气/进气模块，其中集成有喷入阀，该喷入阀可以以凸缘连接到内燃机的气缸盖上并且具有分开的壳体，所述壳体具有下方部件、密封地与该下方部件连接的上方部件以及至少一个进气口。该进气口经由吸气通道与多个具有排气开口的空气管连接。为了喷入燃料，在空气管中所述喷入阀在壳体内部与所述空气管的排气开口相邻地布置。在此规定，在壳体中，吸入空气过滤器布置在未过滤空气侧和纯净空气侧之间，并且吸气通道的纯净空气侧部件连同空气汇集通道以及空气管的至少从其导走的管部段成型在壳体的上方部件中。
由DE 37 30 817 C2已知一种用于四冲程往复式活塞结构的、具有吸气管设备的气缸盖罩，该气缸盖罩形成一个结构单元。该结构单元的气缸盖罩通过安放密封件并且由螺栓保持在内燃机的气缸盖上。这里规定，螺栓头旋入到同轴布置的固定螺栓中，所述固定螺栓将多件式的气缸盖保持在位置中。
此外，由机动车的批量生产中已知空气供给装置在内燃机的相应气缸盖上的这种布置结构，其中所述空气供给装置分别包括吸气装置和用于压缩空气的压缩机，该吸气装置用于将待供给至内燃机的空气分配到内燃机的燃烧室。在此，所述压缩机经由空气管道元件与吸气装置流体地连接，从而使空气可以在所述吸气装置和压缩机之间流动。
所述已知的布置结构具有不期望的高结构空间需求，这尤其会在空间极为重要的区域中(如在机动车的发动机舱中)导致封装问题。
发明内容
因此本发明的任务在于，这样进一步改进开头所述类型的空气供给装置在用于内燃机的气缸盖上的布置结构，即所述布置结构具有特别低的结构空间需求。
根据本发明，所述任务通过一种具有如下特征的、空气供给装置在用于内燃机的气缸盖上的布置结构来解决：
空气供给装置包括吸气装置以及用于压缩空气的压缩机，所述吸气装置用于将待供给至内燃机的空气分配到内燃机的燃烧室，所述压缩机经由空气管道元件与吸气装置流体地连接，
其中，
保持在气缸盖上的空气供给装置从布置在气缸盖的空气侧上的吸气装置开始经由空气管道元件朝向布置在气缸盖的废气侧上的压缩机在气缸盖上延伸，形成由吸气装置、空气管道元件和压缩机所限定的中间空间，所述气缸盖至少部分地布置在所述中间空间中。
本发明的具有适用和重要改进的有利设计方案如下：
可选地，气缸盖的第一连接凸缘和气缸盖的第二连接凸缘布置在尤其在内燃机的竖直方向向上朝向彼此延伸的各自平面上，吸气装置经由所述第一连接凸缘与气缸盖连接，废气能经由所述第二连接凸缘从气缸盖导出；
可选地，在吸气装置中集成有冷却装置，用以对借助压缩机压缩的空气进行冷却；
可选地，空气管道元件包括节气阀元件，所述节气阀元件具有节气阀和用于致动节气阀的致动器；
可选地，空气管道元件包括作为空气引导元件的消音器；
可选地，在吸气装置中集成有油分离器；
可选地，在吸气装置中集成有气缸盖罩；
可选地，壳体的部件、尤其是上壳体部件与下壳体部件通过螺接、焊接、粘接和/或铆接彼此连接，和/或所述部件至少部分地彼此成一体地设计。
在空气供给装置在用于(尤其是机动车的且尤其是乘用车的)内燃机的气缸盖上的这种布置结构中，空气供给装置包括吸气装置。该吸气装置用来将待供给至内燃机的空气分配到内燃机的燃烧室、尤其是气缸。
此外，所述空气供给装置包括例如废气涡轮增压器的压缩机，借助该压缩机对供给至内燃机的空气进行压缩。在此，该压缩机经由空气管道元件与吸气装置流体地连接。由此，例如经压缩的空气可以从压缩机流至吸气装置，随后该吸气装置可以将经压缩的空气分配到燃烧室。
根据本发明规定，保持在气缸盖上的空气供给装置从布置在气缸盖的空气侧上的吸气装置出发经由空气管道元件朝向布置在气缸盖的废气侧上的压缩机在气缸盖上延伸，也就是沿竖直方向在气缸盖上方延伸，形成由吸气装置、空气管道元件和压缩机所限定的中间空间。在此，所述气缸盖至少部分地布置在所述中间空间中。这意味着，例如气缸盖的气缸盖罩和/或气缸盖的至少一个其它局部区域布置在所述中间空间中。通过所述空气供给装置及其组件(即压缩机、吸气装置和空气管道元件)的这种布置结构，实现了一种非常紧凑且节省结构空间的布置结构，该布置结构仅具有非常小的管道长度，空气经由所述管道被供给至燃烧室。
所述特别紧凑的布置结构解决和/或避免了封装问题，尤其是在空间极为重要的区域中(如机动车的发动机舱)的封装问题。所述仅非常小的管道长度导致了尤其小的吸气体积，这对于动力性能、也就是对于响应特性并由此对于内燃机的行驶性能而言是有利的。由于所述紧凑的布置结构，空气供给装置尤其在机动车加速过程中对吸入空气量变化的响应时间很短，由此产生了有利的动力性能。
本发明的布置结构仅具有非常少的部件数量，所述部件尤其用于引导空气以及用于连接所述空气供给装置的组件，即压缩机、吸气装置和空气管道元件。由此，根据本发明的布置结构实现了特别低的成本以及低重量。所述低的部件数量还导致了特别少的接口数量，由此使得所述布置结构的公差小、密封性特别良好并且功能实现可靠性特别高。
所述压缩机、空气管道元件以及吸气装置例如至少基本上呈弧形地在气缸盖上延伸。在此，可以设置至少基本上呈圆弧段形的、在其它方面至少基本上呈圆角形的以及至少基本上为多边形的布置结构，该布置结构实现了特别小的结构空间需求。
在本发明的另一有利实施形式中，气缸盖的第一连接凸缘和气缸盖的第二连接凸缘布置在尤其在内燃机的竖直方向向上朝向彼此延伸的各自平面上，吸气装置经由所述第一连接凸缘与气缸盖连接，废气能经由所述第二连接凸缘从气缸盖导出。换句话说，所述连接凸缘或所述平面彼此相对地倾斜。由此，可以实现特别短的用于引导空气的管道长度，借此实现了特别低的结构空间需求。
备选地或附加地，也可以将吸气装置的第三连接凸缘和/或废气涡轮增压器的涡轮机的第四连接凸缘布置在各自其它平面中，其中所述其它平面尤其在内燃机的竖直方向向上朝向彼此延伸，吸气装置经由所述第三连接凸缘至少间接地与气缸盖连接，涡轮机经由所述第四连接凸缘可以至少间接地与气缸盖连接或进行连接，所述涡轮机借助内燃机的废气进行驱动并且驱动压缩机。这使得根据本发明的布置结构具有特别低的结构空间需求。
气缸盖的第一连接凸缘在此被称为进气凸缘，经由该进气凸缘为内燃机供给空气。气缸盖的第二连接凸缘也被称为排气凸缘，内燃机的废气经由该排气凸缘导出并且例如供给至废气涡轮增压器的涡轮机。
所述废气涡轮增压器可以配备压缩机，该压缩机由涡轮机通过内燃机的废气进行驱动。通过排气凸缘和进气凸缘的彼此相对的倾斜，可以实现从至少基本上直接位于气缸盖上的排气侧(排气凸缘)上的废气涡轮增压器到至少直接位于气缸盖上的进气侧(进气凸缘)上的增压空气冷却器的特别短的管道长度。这对于所述布置结构的低结构空间需求是有利的。
在另一有利的设计方案中，在吸气装置中集成有冷却装置、尤其是增压空气冷却器，用以对借助压缩机压缩的空气进行冷却。该冷却装置起到提升空气增压度的作用，这是因为其再次对经压缩且由此经加热的空气进行冷却。通过将冷却装置集成到吸气装置中，该吸气装置具有特别高的功能集成度，这将其部件数量、其重量以及其成本保持得较低。此外，由于吸气装置以及在必要情况下与其连接的空气管道元件和/或压缩机可以作为模块构件预安装并且作为预安装模块构件省时且低成本地安装(即固定)在气缸盖上，所以所述集成实现了特别简单的安装并且由此实现了省时且低成本的安装。在此，模块构件的预安装可以至少部分地与气缸盖或其余内燃机的安装同时进行，这样可以在短时间内并且由此低成本地制造整个内燃机。
在本发明的一个有利实施形式中，空气管道元件包括节气阀元件，所述节气阀元件具有节气阀和用于致动节气阀的致动器。借助该节气阀可以对被供给至内燃机的空气所穿流的横截面进行可变的调节。通过所述集成，空气管道元件具有非常高的模块化以及高的功能集成度，这将重量、部件数量和成本保持得较低。
在另一有利的实施形式中，空气管道元件包括作为空气引导元件的消音器。换句话说，该消音器被空气穿流并且起到消除噪音的作用，从而使内燃机具有非常良好的噪音状况。这对于机动车乘客的驾驶舒适度而言是有利的。
在另一实施形式中，在吸气装置中集成有油分离器。该油分离器的作用在于，将油气混合物中的油成分与气成分相分离。由此，该油分离器可以在内燃机的曲轴箱的所谓的曲轴箱通风的范围中得到应用。在曲轴箱通风的范围中，包括油气混合物的所谓窜气被从曲轴箱中导出并且供给至油分离器。随后，所述油分离器至少将大多数油成分与气成分相分离。之后，可以将所述油成分重新供给至内燃机的油循环回路。可以将所述气体供给至吸气管段、尤其供给至空气管道元件并且由此供给至内燃机的燃烧室。
由于将油分离器集成到吸气装置中，所以吸气装置在气缸盖上的安装与油分离器在气缸盖上的安装在时间上一同进行。换句话说，不再需要用于单独地将油分离器固定在气缸盖上的、额外的、消耗时间和成本的安装步骤。这将安装成本保持得较低。此外，所述布置结构由此具有特别低的结构空间需求。
在另一有利的实施形式中，在吸气装置中集成有气缸盖罩，气缸盖借助该气缸盖罩至少部分地得到覆盖。通过该集成，可以省去额外的和单独的用于将气缸盖罩固定在气缸盖上的安装过程，这是因为气缸盖罩在气缸盖上的安装在时间上与吸气装置或整个空气供给装置在气缸盖上的安装一同进行。此外，所述的集成具有下述优点，即由此可以将接口的数量保持在特别小的范围中。这有利于所述空气供给装置的密封性以及其自身的低公差。
在一个尤其优选的实施形式中，壳体的部件、尤其是上壳体部件与下壳体部件通过螺接和/或焊接和/或粘接和/或铆接彼此连接，和/或所述部件至少部分地彼此成一体地设计。通过所述连接技术可以实现壳体部件的尤其持久密封的且简单的彼此连接。尤其在对由塑料制成的壳体部件进行连接时，在焊接所述部件的过程中可以至少部分地省去金属连接元件。由此可以将所述布置结构的整体重量保持得较小。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节由下文对优选实施例的说明并且参照附图得出。上文说明中所提及的特征和特征组合以及下文附图说明中提及的和/或附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以应用于分别给出的组合，而且也可以应用于其它组合或单独地应用，且不会离开本发明的范围。
图中示出：
图1示出了用于布置在内燃机的气缸盖上的空气供给装置的示意性前视图，其中关于气缸盖上空气供给装置的装配位置来说，该空气供给装置的布置在气缸盖的空气侧或排气侧上的吸气装置经由空气管道元件朝向该空气供给装置的布置在气缸盖的废气侧或排气侧上的压缩机在气缸盖上延伸，形成由吸气装置、空气管道元件和压缩机所限定的中间空间，所述气缸盖至少部分地布置在所述中间空间中；以及
图2示出了按图1的空气供给装置的示意性剖面图。
具体实施方式
图1和图2中示出了空气供给装置10，其布置在例如构成为往复式活塞内燃机的内燃机的气缸盖上。在此，图1和图2在其装配位置中示出了空气供给装置10，在所述装配位置中空气供给装置10至少基本上处于其与气缸盖连接的或保持在该气缸盖上的状态中。
空气供给装置10包括废气涡轮增压器的压缩机12。借助压缩机12对待供给至内燃机的空气进行压缩。为了驱动压缩机12，所述废气涡轮增压器包括可以由内燃机的废气/排气进行驱动的涡轮机。
为了可以有利地为所述涡轮机供给废气，所述废气涡轮增压器和由此压缩机12布置在图1和图2中未示出的气缸盖的排气侧14上。在排气侧14上，废气经由气缸盖从内燃机流出。排气侧14也被称为废气侧。
此外，空气供给装置10包括空气管道元件16，由压缩机12所压缩的空气借助所述空气管道元件引导到气缸盖和内燃机的进气侧18上。在此，进气侧18也被称为吸气侧或空气侧。空气管道元件16包括消音器20，该消音器与压缩机12流体地连接。这样，由压缩机12所压缩的空气可以流入到消音器20中并且穿流消音器20。
此外，空气管道元件16包括具有节气阀24的节气阀调节器22。节气阀调节器22与消音器20流体地连接，从而使得空气可以从消音器20流入到节气阀调节器22中或穿流该节气阀调节器。在此，节气阀24的作用在于，可变地对可以由空气穿流的流体横截面26进行调节。这样，机动车的驾驶员可以对例如构成为汽油机的内燃机的例如负载或扭矩进行调节。
此外，空气供给装置10包括吸气装置28，该吸气装置至少基本上布置在气缸盖的进气侧18上并且由此布置在内燃机的进气侧上。吸气装置28包括上壳体部件30以及经由相应的连接凸缘32与上壳体部件30连接的下壳体部件34。通过上壳体部件30和下壳体部件34分别局部地限定了空气管道36，经压缩的空气可以经由该空气管道被供给至内燃机。通过上壳体部件30和下壳体部件34还分别局部地限定了容纳空间38。在容纳空间38中布置有增压空气冷却器40。这意味着，增压空气冷却器40集成到吸气装置28中。增压空气冷却器40的作用在于，对经压缩的并且由此经加热的空气进行冷却。
此外，也被称为吸气模块的吸气装置28具有增压空气分配器42，借助该增压空气分配器将经压缩的空气分配到构成为气缸的内燃机燃烧室上。换句话说，空气可以从容纳空间38经由增压空气分配器42流入到内燃机的燃烧室(气缸)中。吸气装置28具有连接接管44，用以使吸气装置28与节气阀调节器22流体地连接。
在吸气装置28中还集成有油分离器46，在曲轴箱通风的范围中借助该油分离器将油气混合物的油成分与气体成分相分离。吸气装置28具有第一连接凸缘，用以使吸气装置28与气缸盖或与燃烧室流体地连接，该第一连接凸缘布置在第一平面48中。气缸盖的第二连接凸缘与此相对应，在该第二连接凸缘上吸气装置28借助所述第一连接凸缘与气缸盖连接并且可以进行连接。在此，气缸盖的第二连接凸缘布置在第二平面中，该第二平面至少基本平行于第一平面48地延伸。
为了使所述涡轮机与气缸盖或与燃烧室流体地连接，以便可以将废气供给至该涡轮机，该涡轮机具有第三连接凸缘，该第三连接凸缘布置在第三平面50中。气缸盖的第四连接凸缘与此相对应，在该第四连接凸缘上气缸盖可以借助所述第三连接凸缘与所述涡轮机连接。所述第四连接凸缘布置在第四平面中，该第四平面至少基本平行于第三平面50地延伸。
如借助图1清晰地看到的，平面48、50关于空气供给装置10的装配位置沿气缸盖的竖直方向并且由此沿内燃机的竖直方向向上朝向彼此延伸。换句话说，平面48、50相对于彼此或朝向彼此倾斜。相应的布置也适用于气缸盖的第三和第四平面，它们与平面48、50相对应地这样彼此相对地倾斜，即它们沿气缸盖的竖直方向向上朝向彼此延伸。通过所述连接凸缘的彼此相对的倾斜，实现了从排气侧14上的废气涡轮增压器到进气侧18上的增压空气冷却器40的非常短的管路长度，经由该管路长度将空气从压缩机12引导向吸气装置28。尤其可以借助空气管道元件16将所述空气引导的长度保持得非常小。
如由图1和图2进一步获知的是，保持在气缸盖上的空气供给装置10从布置在气缸盖的进气侧18上的吸气装置28开始经由空气管道元件16朝向布置在气缸盖的排气侧14上的压缩机12在气缸盖上延伸，形成由吸气装置28、空气管道元件16和压缩机12所限定的中间空间52。在此，气缸盖可以至少部分地布置在所述中间空间中。这样就体现了一种非常紧凑的布置结构，由此可以尤其在空间极为重要的区域中(如在机动车的发动机舱中)解决和/或避免封装问题。
旋入到气缸盖中的螺栓54、56尤其起到将吸气装置28保持在气缸盖上的作用。螺栓54还起到使上壳体部件30与下壳体部件34连接的作用。为此，螺栓54分别穿入到上壳体部件30和下壳体部件34的穿通开口中，并且旋入到气缸盖中。由此，上壳体部件30与下壳体部件34拉紧。还可以想到的是，上壳体部件30与下壳体部件34通过螺接、焊接、粘接和/或铆接彼此连接，和/或所述部件至少部分地彼此成一体地设计。
附图标记列表：
10 空气供给装置
12 压缩机
14 排气侧
16 空气管道元件
18 进气侧
20 消音器
22 节气阀调节器
24 节气阀
26 流体横截面
28 吸气装置
30 上壳体部件
32 连接凸缘
34 下壳体部件
36 空气管道
38 容纳空间
40 增压空气冷却器
42 增压空气分配器
44 连接接管
46 油分离器
48 第一平面
50 第二平面
52 中间空间
54 螺栓
56 螺栓

Claims (7)

1.一种空气供给装置(10)在内燃机的气缸盖上的布置结构，其中空气供给装置(10)包括吸气装置(28)以及用于压缩空气的压缩机(12)，所述吸气装置用于将待供给至内燃机的空气分配到内燃机的燃烧室，所述压缩机经由空气管道元件(16)与吸气装置(28)流体地连接，
其特征在于，
保持在气缸盖上的空气供给装置(10)从布置在气缸盖的空气侧(18)上的吸气装置(28)开始经由空气管道元件(16)朝向布置在气缸盖的废气侧(14)上的压缩机(12)在气缸盖上延伸，形成由吸气装置(28)、空气管道元件(16)和压缩机(12)所限定的中间空间(52)，所述气缸盖至少部分地布置在所述中间空间中，气缸盖的第一连接凸缘和气缸盖的第二连接凸缘布置在内燃机的竖直方向向上朝向彼此延伸并且彼此相对地倾斜的各自平面上，吸气装置(28)经由所述第一连接凸缘与气缸盖连接，废气能经由所述第二连接凸缘从气缸盖导出，吸气装置(28)的上壳体部件与下壳体部件通过螺接、焊接、粘接和/或铆接彼此连接，和/或所述上壳体部件与下壳体部件至少部分地彼此成一体地设计。
2.按权利要求1所述的布置结构，
其特征在于，
在吸气装置(28)中集成有冷却装置(40)，用以对借助压缩机(12)压缩的空气进行冷却。
3.按权利要求1或2所述的布置结构，
其特征在于，
空气管道元件(16)包括节气阀元件，所述节气阀元件具有节气阀(24)和用于致动节气阀(24)的致动器。
4.按权利要求1或2所述的布置结构，
其特征在于，
空气管道元件(16)包括作为空气引导元件的消音器(20)。
5.按权利要求1或2所述的布置结构，
其特征在于，
在吸气装置(28)中集成有油分离器(46)。
6.按权利要求1或2所述的布置结构，
其特征在于，
在吸气装置(28)中集成有气缸盖罩。
7.一种用于机动车的内燃机，其具有按上述权利要求中任一项所述的布置结构。
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