CN104334853A - 用于内燃机的废气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的废气系统，包括：至少一个第一废气连接接口和一个第二废气连接接口(1.1、1.2)，用于流体分开地排出来自内燃机燃烧室的燃烧过程中产生的废气；至少两管式构造的废气涡轮增压器(2)，其为了流体分开地输入燃烧过程中产生的废气具有至少一个第一输入连接接口和一个第二输入连接接口(3.1、3.2)，其中构造有第一连接通道(4.1)用于使第一废气连接接口(1.1)与第一输入连接接口(3.1)流体连接和构造有第二连接通道(4.2)用于使第二废气连接接口(1.2)与第二输入连接接口(3.2)流体连接。本发明设置连接通道(4.1、4.2)中的至少一个至少部分构造得能借助于封闭元件(5)封闭。

Description

用于内燃机的废气系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于内燃机的废气系统。
背景技术
开头提到的类型的用于内燃机的废气系统根据DE 10 2009 050 952 A1被公知。参考该文献的图3和关于内燃机或活塞式马达的一个缸，该废气系统包括：至少一个第一废气连接接口和至少一个第二废气连接接口，用于流体分开地排出来自内燃机燃烧室(燃烧腔)的在燃烧过程中产生的废气；至少一个至少两管式构造的废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器为了流体分开地输入在燃烧过程中产生的废气而具有至少一个第一输入连接接口和至少一个第二输入连接接口，其中构造有第一连接通道用于使第一废气连接接口与第一输入连接接口流体连接和构造有第二连接通道用于使第二废气连接接口与第二输入连接接口流体连接。在按照DE 10 2009 050 952 A1的图3的解决方案中设置了四个燃烧室(缸)，其中，每个燃烧室此外设有第一废气连接接口和第二废气连接接口。在这些废气连接接口上衔接着连接通道，这些连接通道与废气涡轮增压器的刚好一个第一输入连接接口和刚好一个第二输入连接接口连接。在此，内燃机上的总共八个废气连接接口与废气涡轮增压器上的总共两个输入连接接口的连接通过如下方式来实现，即，第一或第二废气连接接口的四个连接通道在到达所述第一输入连接接口或第二输入连接接口之前分别以被引导到一起的方式构造。
发明内容
本发明的任务是改善开头提到的类型的用于内燃机的废气系统。
该任务利用开头提到类型的用于内燃机的废气系统，通过在权利要求1的特征部分中实施的特征来解决。
根据本发明因此设置：这些连接通道中的至少一个连接通道至少部分地构造得能借助于一封闭元件封闭。
换句话说，根据本发明设置：废气涡轮增压器的加载能够通过所述连接通道的打开和闭合被影响。该标准能够实现：废气涡轮增压器能够在废气质量流不同时进而在内燃机或活塞式马达的转速不同时被至少两级式驱动，其中，根据还要详细阐释的本发明也可以给每个缸设置多于两个的废气连接接口、连接通道、输入连接接口。如果例如给每个缸设置三个连接通道，那么所述废气涡轮增压器可以在废气质量流低的情况下(即在转速低的情况下)仅通过每个缸一个输入连接接口被加载，在中间的废气质量流的情况下(即在中间转速的情况下)通过每个缸两个输入连接接口被加载，在废气质量流高的情况下(即转速高的情况下)通过每个缸三个输入连接接口被加载。所述废气涡轮增压器的加载由此与废气质量流相关地进行，其中，已描述的分级性变得越均匀，那么要总体上给每个缸设置更多的连接通道。遵循典型的方式，在常见空间关系的内燃机中，每个缸两个连接通道是用于实现根据本发明的解决方案的最小标准，每个缸三个连接通道是合理的中间标准，每个缸四个连接通道就已经处在耗费和收益之间的边界区域中。
再次简短地总结，这样的方案适用于根据本发明的解决方案：必须给每个缸设置至少两个连接通道；每个缸的这些连接通道中的至少一个连接通道必须构造得(至少部分)能闭合；废气涡轮增压器具有至少两倍于内燃机总共具有的缸的输入连接接口(也称作涌入口)。
在权利要求1中使用的术语“废气连接接口”在此包括下列可选方案中的至少一个：
在具有每个缸一个出口阀的内燃机的情况下，给该出口阀后接一(例如属于废气系统的)分流器，该分流器将所述废气质量流分开成至少两个部分流。在此，所述废气连接接口刚好处在所述分开的部位上。
在具有每个缸两个(或更多个)出口阀的内燃机中，适用地直接在内燃机的缸头上布置这些废气连接接口，这是因为不需要另外的分流器，以便将所述废气质量流分开到两个(或更多个)废气连接接口上。
在每个缸虽然有两个出口阀，但是同时应设置三个废气连接接口的情况下，又会设置一分流器，该分流器在两个出口阀的基础上提供所述三个废气连接接口。
在权利要求1的特征部分中所限定的标准“至少部分”考虑了这样的可选方案，废气涡轮增压器的加载也可以在各个级之间在需要时借助于封闭元件被连续地提高或减小。
此外，一连接通道的可封闭性的该标准仅仅意味着：通过在完全闭合状态下的该连接通道不能向废气涡轮增压器引导废气。通过该标准不排除废气例如经过所述废气涡轮增压器被(旁通经过地)导向内燃机的实际排放装置。
根据本发明的解决方案具有这样的优点：废气的脉动能量可以被特别良好地充分使用，因为废气涡轮增压器的加载根据实际废气质量流进行。在此，在下面还要详细阐释地在所述废气涡轮增压器之内设置有到所述运转轮上的用于废气的固定入流角度(在没有附加的导向叶片或类似装置的情况下)，也就是说废气涡轮增压器的壳体的几何形状可以特别简单地设计(这同样在下面详细阐释)。此外，连接通道的打开和闭合特别优选地利用这样的阀或类似装置进行，它们布置在废气涡轮增压器之外进而布置在被最高热负载的区域之外。
用于内燃机的根据本发明的废气系统的另外的有利改进方案由从属权利要求获得。
鉴于完整性还要参考DE 10 2007 037 540 A1。在该解决方案中，在内燃机与废气涡轮增压器之间，在一(唯一的！)连接管道中布置有一具有可变的喷嘴几何形状的管形喷嘴。该喷嘴的可调节的排出横截面自称允许了在废气质量流小的情况下，例如在内燃机被部分负载或内燃机转速低的情况下通过喷嘴横截面的变窄相对于静压部分提高了废气的动压部分，而在废气质量流大的情况下反转地，例如在内燃机全负载运行或内燃机转速高的情况下能够通过扩宽所述排出横截面引起在喷嘴区域中的小的压力损失。但是，申请人意识到所追求的喷嘴效应还在流动到达废气涡轮增压器的运转轮之前就消失了，即最终该系统仅引起在所述级上的熵提高。
附图说明
随后根据不同实施例的附图来详细阐释根据本发明的用于内燃机的废气系统，包括它的根据从属权利要求的有利改进方案。
示意性地：
图1示出了用于单缸内燃机的根据本发明的废气系统，该单缸内燃机具有两个出口通道、一封闭元件和一双管式废气涡轮增压器(仅部分示出)；
图2示出了一单缸内燃机，其具有一出口通道和一适配元件(分流器)，该适配元件用于形成第一废气连接接口和第二废气连接接口；和
图3示出了用于四缸内燃机的根据本发明的废气系统，该四缸内燃机具有每个缸三个连接通道，总共八个封闭元件和一个十二管废气涡轮增压器。
具体实施方式
用于内燃机的在附图中所示的废气系统的所有实施方式包括：至少一个第一废气连接接口和至少一个第二废气连接接口1.1、1.2，用于流体分开地排出来自内燃机燃烧室的在燃烧过程中产生的废气；至少一个至少两管式构造的废气涡轮增压器2，该废气涡轮增压器为了流体分开地输入在燃烧过程中产生的废气而具有至少一个第一输入连接接口和至少一个第二输入连接接口3.1、3.2，其中构造有第一连接通道4.1用于使第一废气连接接口1.1与第一输入连接接口3.1流体连接和构造有第二连接通道4.2用于使第二废气连接接口1.2与第二输入连接接口3.2流体连接。
现在对于根据本发明的废气系统重要的是：连接通道4.1、4.2中的至少一个连接通道至少部分地构造得能借助于一封闭元件5封闭。在此，考虑到高的温度负载而特别优选地设置：所述封闭元件5构造为能引入到连接通道4.1、4.2中的滑块。
在图1中首先为了较容易理解本发明而示意性示出了单缸内燃机的一实施方式，该单缸内燃机例如因为在两个入口阀之外也设置两个出口阀(关键词：每缸四个阀)而在缸头上具有两个出口开口。这两个出口开口在该情况下形成废气连接接口1.1、1.2，在这两个出口开口上衔接总共两个连接通道4.1、4.2，这两个连接通道又与在该情况下两管式构造的废气涡轮增压器2的两个输入连接接口3.1、3.2连接。这两个连接通道中的一个连接通道4.2设有根据本发明的封闭元件5，该封闭元件本身构造得能通过一调节机构7操纵。所述封闭元件5可以(在所有实施方式下)选择性地完全打开，完全闭合，但是也可以定位在任何中间位置中。为此，每个优选地设有一调节机构7的封闭元件5构造得与一上一级的(未附加示出的)调节单元连接。
在图2中同样示意性示出了一单缸内燃机；但是，该单缸内燃机在它的缸头上仅具有一出口开口。为了尽管如此，即使第一和第二废气连接接口1.1、1.2能够构造得不直接与相应的、在外地布置在内燃机的缸头上的出口开口连接，提供至少两个废气连接接口1.1、1.2，根据本发明可以设置一适配元件8，该适配元件在所示的实施例中使出口开口与两个废气连连接接口1.1、1.2连接。替换地(未附加示出)，适配元件8但是也可以使出口开口与三个废气连接接口连接。此外也例如可以是这样的适配元件8，该适配元件使两个出口开口与三个废气连接接口连接。
在图3中示意性示出了根据本发明的解决方案的针对实际的解决方案。该解决方案示出了这样的四缸内燃机，其具有每缸三个连接通道和十二管式废气涡轮增压器2。如清楚看到的那样，一燃烧室的三个连接通道中的两个连接通道分别设有一封闭元件5。一般性表达地，根据本发明设置：在每个燃烧室m个连接通道4.1、4.2的情况下设置至少m-1个且最多m个封闭元件5。在此，表述“最多m个”表示：如果希望并且有意义，也可以每个连接通道设有一封闭元件5。在此也可以如前面提到的那样设置(典型方式是通过另一在这里未附加示出的废气连接接口)：废气例如经过所述废气涡轮增压器2被(旁通经过地)导向内燃机的实际排放装置。
此外优选地设置：在多个燃烧室的情况下，一燃烧室的对应刚好一个封闭元件5构造得能够与其它燃烧室的对应刚好一个封闭元件5一起被操纵。参考图3，这意味着：连接通道4.1始终打开，因为它们不具有封闭元件5。在功率低或转速低的情况下，其余的封闭元件5闭合。如果现在转速被提高，那么本发明的目的是尽可能恒定地保持每个输入连接接口的质量流，也就是根据本发明每个燃烧室打开至少一个另外的封闭元件5。在全负载下与之相应地打开所有封闭元件5，也就是废气通过所有连接通道4.1、4.2分开地导向所述废气涡轮增压器2。
如清楚看到的那样，内燃机5构造得能与内燃机的转速相关地被调节的标准造成，废气的脉动保持获得并且可以更好地由废气涡轮增压器2使用，其中，能够同时取消废气涡轮增压器2上的耗费的、能调节的导向叶片，关于这些下面还要谈到。如开头已经阐释的那样，每个燃烧室根据本发明需要至少两个连接通道。图3示出了具有每个缸三个连接通道的实施方式。每个缸四个连接通道也是不难想象的；在五个和更多个连接通道的情况下然后可预见的是，耗费和收益之间的关系不再是有利的，如果相同地也存在本发明范畴中的这样的解决方案的话。
如此外由图1和图3能看到的那样，根据本发明设置：封闭元件5沿连接通道4.1、4.2的延伸方向看比距离输入连接接口3.1、3.2布置得距离废气连接接口1.1、1.2更近。该标准具有这样的优点：用于分配废气流的调节部件(尤其是封闭元件5和调节机构7)被转移出废气涡轮增压器的壳体，这引起增压器的使用寿命的提高和成本下降。
此外根据本发明设置：在n个燃烧室的情况下设置至少2*n个连接通道4.1、4.2。参考图3中的实施例具体设置：四个燃烧室(n＝4)与总共十二个(即3*n)连接通道连接。
此外，为了能够如已提到的那样尽可能优化地使用废气的脉动能量，废气连接接口1.1、1.2与输入连接接口3.1、3.2之间的连接通道4.1、4.2的通流横截面不变地构造，也就是该通流横截面优选在连接通道的全部长度上保留相同大小。
此外如由这些图能够看到的那样优选地设置：废气系统上的废气连接接口1.1、1.2的总数刚好相当于废气涡轮增压器2上的输入连接接口3.1、3.2的总数。
就这样的废气涡轮增压器2而言，该废气涡轮增压器根据本发明(并且与内燃机不同地)属于废气系统并且该废气涡轮增压器可以选择性地构造为径向涡轮(示出)或构造为轴向涡轮(未示出)，还优选地设置：借助于布置在输入连接接口3.1、3.2与废气涡轮增压器2的运转轮2.1之间的流动通道6确定了到所述运转轮2.1上的不能改变的入流角度，其中，该入流角度(与定位在运转轮2.1的边缘上的圆切线相关地)优选在65°和75°之间、特别优选如所示那样为70°。换句话说可以无导向叶片地构造根据本发明的废气涡轮增压器2，其中，此外为了保持脉动能量优选地设置：流动通道6具有如连接通道4.1、4.2那样的相同的通流横截面。
最后，首先一般性表述地优选设置：分别属于不同的燃烧室的连接通道4.1、4.2为了涡轮增压器2的均匀加载而构造得与多个这样的输入连接接口3.1、3.2连接，这些输入连接接口相对于废气涡轮增压器2的运转轮2.1的转动轴线布置得旋转对称。参考根据图3的实施例，该标准具体地意味着：(从上数)第三燃烧室的连接通道例如以180°相对于第一燃烧室的连接通道错开地构造得在所述废气涡轮增压器2上通入。相同的情况相应地适用于第二和第四燃烧室的连接通道或输入连接接口，其中，具体的角度明显相关于内燃机具有多少燃烧室和每个燃烧室设置有多少废气连接接口。
附图标记列表
1.1  废气连接接口
1.2  废气连接接口
2    废气涡轮增压器
2.1  运转轮
3.1  输入连接接口
3.2  输入连接接口
4.1  第一连接通道
4.2  第二连接通道
5    封闭元件
6    流动通道
7    调节机构
8    适配元件

Claims (10)

1.用于内燃机的废气系统，所述废气系统包括：至少一个第一废气连接接口和至少一个第二废气连接接口(1.1、1.2)，用于流体分开地排出来自内燃机燃烧室的在燃烧过程中产生的废气；至少两管式构造的至少一个废气涡轮增压器(2)，所述至少一个废气涡轮增压器为了流体分开地输入在燃烧过程中产生的废气而具有至少一个第一输入连接接口和至少一个第二输入连接接口(3.1、3.2)，其中，构造有第一连接通道(4.1)用于使所述第一废气连接接口(1.1)与所述第一输入连接接口(3.1)流体连接和构造有第二连接通道(4.2)用于使所述第二废气连接接口(1.2)与所述第二输入连接接口(3.2)流体连接，
其特征在于，
这些连接通道(4.1、4.2)中的至少一个连接通道至少部分地构造得能借助于一封闭元件(5)封闭。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
在每个燃烧室m个连接通道(4.1、4.2)的情况下设置至少(m-1)个且最多m个封闭元件(5)。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
在多个燃烧室的情况下，一燃烧室的对应刚好一个封闭元件(5)构造得能够与其它燃烧室的对应刚好一个封闭元件(5)一起被操纵。
4.根据权利要求1至3之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
所述封闭元件(5)构造得能根据所述内燃机的转速来调节。
5.根据权利要求1至4之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
所述封闭元件(5)沿所述连接通道(4.1、4.2)的延伸方向看布置得比距离所述输入连接接口(3.1、3.2)距离所述废气连接接口(1.1、1.2)更近。
6.根据权利要求1至5之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
在n个燃烧室的情况下设置至少2*n个连接通道(4.1、4.2)。
7.根据权利要求1至6之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
所述废气连接接口(1.1、1.2)与所述输入连接接口(3.1、3.2)之间的连接通道(4.1、4.2)的通流横截面不变地构造。
8.根据权利要求1至7之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
所述废气系统上的废气连接接口(1.1、1.2)的总数刚好相当于所述废气涡轮增压器(2)上的输入连接接口(3.1、3.2)的总数。
9.根据权利要求1至8之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
分别属于不同的燃烧室的连接通道(4.1、4.2)为了使所述废气涡轮增压器(2)均匀加载而构造得与多个这样的输入连接接口(3.1、3.2)连接，这些输入连接接口相对于所述涡轮增压器(2)的运转轮(2.1)的转动轴线布置得旋转对称。
10.根据权利要求1至9之一所述的用于内燃机的废气系统，
其特征在于，
借助于布置在所述输入连接接口(3.1、3.2)与所述废气涡轮增压器(2)的运转轮(2.1)之间的流动通道(6)确定了到所述运转轮(2.1)上的不能改变的入流角度，其中，该入流角度优选在65°和75°之间，尤其是70°。
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