CN109996941A - 带有气缸盖以及带有二次空气系统的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有气缸盖(1)的内燃机，气缸盖带有集成的废气歧管(2)，废气歧管具有多个出口通道(3)，且气缸盖带有二次空气系统(4)，以便于在冷启动阶段期间通过入口(5)将附加地输送的环境空气作为到废气流动中的二次空气在流动方向上在内燃机的出口阀之后输送到废气歧管(2)中。二次空气系统(4)为了新鲜空气输送具有多个使二次空气系统(4)的分配件板条(6)与相应的出口通道(3)相连接的布置在集成的废气歧管(2)中的输送通道(7)，其分别配备有阀组件(8)。每个阀组件(8)具有实施成封闭活门的可绕摆动轴线摆动运动的闭锁器件，其中，摆动轴线相对于闭锁器件的质量重心具有间距。相应于内燃机在机动车中的安装位置，当在废气歧管(2)与二次空气系统(4)之间不存在压差时，闭锁器件由于摆动轴线的该偏心的布置方案在重力的影响下占据限定的关闭状态，且在二次空气系统(4)的侧上的气压相对于废气歧管(2)的侧上的气压的相对过压的影响下自动地打开。

Description

带有气缸盖以及带有二次空气系统的内燃机
技术领域
本发明涉及一种带有气缸盖的内燃机，气缸盖配备有多个具有出口通道的废气歧管以及配备有二次空气系统，其中，内燃机具有至少一个用于限制废气从废气歧管至二次空气系统的流体流动的阀组件。此外，本发明涉及一种用于这样的内燃机的气缸盖。
背景技术
内燃机的有害物质排放可通过催化后处理借助于废气催化器结合λ调节装置有效地减小。然而为此重要的前提是，除了λ调节装置的氧传感器之外，废气催化器还已达到了其起燃温度(英文：Light-Off-Temperatur)。一种用于快速地加热废气催化器的可能性在于，二次空气在出口阀下游吹入到内燃机的废气歧管中。二次空气由二次空气泵运送并且经由包含二次空气阀的管路系统在内燃机的出口阀之后引入到废气中。二次空气与未燃烧的燃料在热废气中的放热反应和其在废气催化器之前和在废气催化器中的另外的氧化导致废气催化器到其运行温度上的加速的加热并且由此导致有害物质排放在内燃机的热机运转阶段(Warmlaufphase，有时称为暖机阶段)中的减少。
已知的是，取决于发动机温度二次空气经由二次空气通道在出口阀之后输送。例如实施成组合阀的止回阀为此在废气侧打开至气缸盖中的空气通道的空气通路且在静止状态(Ruhestellung，有时称为关闭状态)中阻碍：废气可从内燃机到达到环境中。一旦提供负压，阀中的膜片将带有密封件的挺杆拉向下并且如此打开用于二次空气的通道。
文件DE 10 2014 101 595 A1还已公开了这种类型的内燃机，其涉及带有用于在分支的废气系统中的每组歧管的单独的流动路径的二次空气吹入系统。
由文件DE 10 2012 212 218 A1已知一种带有在燃烧发动机的气缸盖中的废气通道和单向阀的内燃机，该单向阀与二次空气系统相联结，其中，单向阀限制从废气通道至二次空气系统的流体联通。
文件DE 10 2014 007 190 A1涉及一种带有用于控制二次空气在废气设备中的输送的二次空气阀的内燃机的废气设备，通过该二次空气阀可将快速的响应特性与在打开状态中的大的流动横截面组合并且能可靠地阻碍废气到新鲜空气道中的回流。
此外，文件DE 20 2006 004 838 U1涉及一种带有用于利用至少一个闭锁活门(Absperrklappe，有时称为截止阀)封闭空气通路的止回活门装置(Rückschlagklappenvorrichtung，有时称为止回阀装置)的空气通道，所述至少一个闭锁活门由在空气通路中流动的空气流动逆着关闭力打开。为此空气通道具有相对于其纵向延伸部斜着伸延的端部。闭锁活门相对于垂直线如此倾斜地布置，即其重量的重力分量产生关闭力。相对于用于产生关闭力的弹簧解决方案，其引起在空气通道中的更小的压力损失，因为在带有增大的弹簧偏移(Federauslenkung)的弹簧的情况中关闭力升高，其必须由通过空气流动施加的压力克服。
二次空气到联接到废气歧管处的废气通道中的导入可在实践中引起废气与二次空气的受限的混合(Durchmischung，有时称为混匀)，使得有害物质在催化器中的转换受不利影响并且由此使得遵守废气界限值变得困难。
已经进行了如下尝试，即通过废气涡轮增压器的设计的匹配来平衡在角力矩(Eckmoment)处恶化的负荷的缺点。然而这在额定功率的情况下常常伴随有废气涡轮增压器的性能的恶化，这例如在内燃机的更高的额定功率消耗或降低的额定功率中或所谓的“热-水平-储备(Hitze-Höhe-Reserve)”的减少中反映。
发明内容
在该背景下，本发明所基于的任务在于，尤其在废气涡轮增压器的负荷方面以小的耗费来实现内燃机的改善。此外，本发明所基于的任务在于，创造一种与之相应的气缸盖。
首先提到的任务利用根据专利权利要求1的特征的内燃机来解决。从属权利要求涉及本发明的特别适宜的改进方案。
于是，根据本发明设置有一种内燃机，在其中废气歧管和二次空气系统实施成气缸盖的整体的组成部分，其中，二次空气系统具有多个与相应的出口通道相连接的在集成的废气歧管中的带有至少一个阀组件的输送通道。根据本发明，阀组件使二次空气系统的分配件板条与集成的废气歧管脱开联结。阀组件在输送通道中布置在集成的废气歧管与二次空气系统之间并且如此设计，使得其在内燃机的通常的运行中、尤其在废气歧管中的高负载和伴随于此的高气压的情况中保持在关闭的或几乎关闭的状态中。在这样的运行环境(其中催化器尚未达到其运行温度且其中二次空气系统是启用的)中，废气歧管中的气压相较于内燃机的高负载的运行点位于明显更小。二次空气系统中的压力于是大于在废气歧管中，使得阀组件被打开并且二次空气可流入到废气歧管中。由此不必匹配废气涡轮增压器的设计方案，以便于结合二次空气系统确保功率能力(Leistungsfähigkeit，有时称为工作效率)。
在此，已证实为特别有利的是，每个输送通道配备有阀组件，使得阀组件可被集成到相应的输送通道中并且由此仅仅具有小的空间要求(Platzbedarf)。阀组件尤其可如此无问题地即使在已经存在的内燃机的情况下也布置或加装在输送通道以内。在此，附加的调节器件如控制装置那样基本上同样不那么必需。
阀组件可具有不同的相应于输送通道的轮廓和伸延(Verlauf，有时称为走向)来设计的形式。特别优选地，阀组件具有可运动的闭锁器件、尤其封闭活门，其可以较少的耗费集成到输送通道中，并且此外在阀组件的打开状态中实现小的流动阻力。此外，这种阀组件的布置方案不要求对于气缸盖的结构上的变化。
此外，闭锁器件可绕摆动轴线摆动运动，摆动轴线相对于闭锁器件的面重心或质量重心具有间距。于是当摆动轴线不伸延穿过闭锁器件、尤其封闭活门的面或质量重心时，其在未被外部压力影响负载的状况中占据限定的角位置(Winkelstellung)，其优选地至少部分打开。由此，封闭活门在废气歧管的过压的影响下相对于二次空气系统关闭。优选地，闭锁器件除了起作用的压力外仅仅通过重力负载并且尤其不具有附加的弹性元件(Federelement，有时称为弹簧元件)。
在相应的输送通道中可布置有成型部，例如带有减小自由横截面的突出部，其用作用于闭锁器件的止挡部。特别接近实践地(praxisnah，有时称为结合实际地)相反的是，当闭锁器件具有这样的关闭状态，即其相对于输送通道的横截面平面倾斜地布置，并且闭锁器件的横截面形状与在摆动轴线的区域中的输送通道的横截面平面中的横截面(Querschnittsfläche)不同时。如此例如在输送通道以内的圆形的横截面的情况中，闭锁器件相应于与横截面平面倾斜的穿过输送通道的截平面成型成椭圆形并且如此在达到关闭状态的情况下不可进一步摆动。
在封闭活门的造型的情况中应注意内燃机在机动车内的之后的安装位置。如此可使过流通道相对于水平线在安装位置中例如以60°的角度倾斜地布置。
闭锁器件优选地由带有偏心地关于主轴线横向于其布置的轴的椭圆的盘片以及与闭锁器件相连接的轴支承在其中的套管构成。套管例如具有6mm的内直径和约10mm的外直径。
套管在气缸盖中的装配可通过力配合或形状配合的连接例如通过挤压或旋拧来实现。对于旋接而言，套管设有外螺纹。
相应于内燃机在运行中的之后的倾斜，在装配的情况中应注意安装位置，以便于保证打开或关闭功能。
根据特别优选的设计形式，闭锁器件在废气歧管与二次空气系统之间缺失压差的情况下占据相对于输送通道在包围闭锁器件的区段中的主延伸部平行的定向，使得流动阻力减小到最小值上。
在此，还已证实为特别有意义的是，闭锁器件实施成可调整的，以便于如此尤其达到尽可能最佳地起密封作用的关闭状态。
在本发明的其它的同样特别符合实践的设计形式的情况中，闭锁器件借助于执行器(Aktor，有时称为促动器)尤其可从外面操纵，使得还独立于内燃机的之后的安装位置保证功能性。
特别优选地，阀组件在内燃机内布置在废气歧管的平面以下和二次空气系统的平面以上。在该变型方案中实现闭锁器件在输送通道中以180°绕摆动轴线旋转的布置方案。在关停的内燃机或在内燃机的低负载的运行点且在启用的二次空气系统的情况中，打开闭锁器件。在内燃机的高负载的运行点的情况中关闭闭锁器件。
此外，该任务还利用用于这样的内燃机的气缸盖来解决，二次空气系统和多个与内燃机的相应的出口通道在气缸盖中相连接的带有相应的、包括闭锁器件的阀组件的输送通道集成到该气缸盖中。
附图说明
本发明允许大量的实施形式。为了进一步明确其基础原理，其中一个在图纸中被示出且接下来被说明。其中：
图1显示了带有集成的废气歧管和带有具有闭锁活门的二次空气系统的气缸盖的透视图；
图2显示了带有未启用的二次空气系统的内燃机的高负载的运行状态；
图3显示了带有启用的二次空气系统的内燃机的低负载的运行状态；
图4显示了在图1中可识别的闭锁活门的放大的透视图；
图5显示了在图2中显示的闭锁活门的侧视图。
具体实施方式
接下来根据图1至5更详细阐述根据本发明的内燃机。内燃机具有带有集成的废气歧管2的气缸盖1，废气歧管具有多个出口通道3。此外，内燃机配备有二次空气系统4，以便于在冷启动阶段期间可通过入口5将附加地输送的环境空气作为到废气流动中的二次空气在流动方向上在内燃机的未显示的出口阀之后输送到到废气歧管2中。二次空气系统4为了新鲜空气输送具有多个使二次空气系统4的分配件板条6与相应的出口通道3相连接的布置在集成的废气歧管2中的输送通道7，其分别配备有阀组件8。
阀组件8分别具有实施成封闭活门的可绕摆动轴线9摆动运动的闭锁器件10，其中，摆动轴线9相对于闭锁器件10的质量重心具有间距a。相应于内燃机的在未显示的机动车中的在图2中显示的安装位置，当在废气歧管2与二次空气系统4之间不存在压差或但是在废气歧管2的侧上的气压P1大于在二次空气系统4的侧上的气压P2时，闭锁器件10由于摆动轴线9的该偏心的布置方案在重力的影响下占据限定的关闭状态。
如在图3中识别的那样，闭锁器件10在二次空气系统4的侧上的气压P1相对于废气歧管2的侧的气压P2的相对过压的影响下自动地摆动到与输送通道7的主延伸部平行地定向的打开状态中，从而新鲜空气可几乎不受阻碍地流动穿过输送通道7。
为了在关闭状态中实现相对于输送通道7的横截面平面倾斜的定向的限定的关闭位置，闭锁器件10具有椭圆的形状，其大于在输送通道7中的横截面并且由此不可进一步摆动，如这在图4和5中可识别的那样。
附图标记清单
1气缸盖
2废气歧管
3出口通道
4二次空气系统
5入口
6分配件板条
7输送通道
8阀组件
9摆动轴线
10闭锁器件
P1气压
P2气压
a间距。

Claims (10)

1.带有气缸盖(1)的内燃机，其配备有具有多个出口通道(3)的废气歧管(2)以及二次空气系统(4)，其中，所述内燃机具有至少一个用于限制废气从所述废气歧管(2)至所述二次空气系统(4)的流体流动的阀组件(8)，其特征在于，所述废气歧管(2)和所述二次空气系统(4)实施成所述气缸盖(1)的整体的组成部分，其中，所述二次空气系统(4)具有多个与相应的出口通道(3)相连接的在所述集成的废气歧管(2)中的带有至少一个阀组件(8)的输送通道(7)。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，每个输送通道(7)配备有阀组件(8)。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述阀组件(8)具有可运动的闭锁器件(10)、尤其封闭活门。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述闭锁器件(10)绕摆动轴线(9)可摆动运动地布置，所述摆动轴线相对于所述闭锁器件(10)的面重心或质量重心具有间距(a)。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述闭锁器件(10)除了起作用的压力之外仅仅通过重力负载。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述闭锁器件(10)具有关闭状态，其相对于所述输送通道(7)的横截面平面倾斜地布置，并且所述闭锁器件(10)的横截面形状与在所述输送通道(7)的横截面平面中的横截面不同。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述闭锁器件(10)在缺失压差的情况下占据相对于所述输送通道(7)在包围所述闭锁器件(10)的区段中的主延伸部平行的定向。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述闭锁器件(10)实施成可调整的、尤其可借助于执行器来操纵。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的内燃机，其特征在于，所述阀组件(8)在所述内燃机以内布置在所述废气歧管(2)的平面以下。
10.一种用于根据前述权利要求中至少一项所述的这样的内燃机的气缸盖(1)。
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