專利名稱：具有增壓空氣冷卻的內燃發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃發動機，該內燃發動機具有-至少一個汽缸蓋，其具有至少一個汽缸并且容納至少部分氣門傳動機構，-機罩，其可以被連接到至少一個汽缸蓋，并且覆蓋由汽缸蓋容納的部分氣門傳動機構，-至少一個進氣管路，其屬于進氣系統并用來給至少一個汽缸供給增壓空氣，每個汽缸都具有至少一個入口端用于輸入增壓空氣，-排氣排出系統，用于放出排氣，和-冷卻劑供給增壓空氣冷卻器，其被設置在進氣系統中并且包含冷卻劑可以流過的元件。
背景技術：
在本發明的背景中，術語“內燃發動機”不僅包括柴油發動機和火花點火發動機，而且包括混合內燃發動機，即使用混合燃燒過程運行的內燃發動機。內燃發動機具有汽缸體和至少一個汽缸蓋，其被連接到彼此從而形成至少一個汽缸。為了容納活塞和汽缸襯套，該汽缸體具有汽缸孔。以軸向可移動方式在汽缸襯套中引導活塞，并且活塞與汽缸襯套和至少一個汽缸蓋一起形成內燃發動機的燃燒室。現代內燃發動機幾乎都是通過四沖程運行方法運行。增壓循環包括經由至少一個汽缸的至少一個出口端排出燃燒氣體，以便經由排氣排放系統排放排氣，并且包括通過至少一個入口端經由進氣系統填充新鮮混合物或者增壓空氣。為了控制增壓循環，內燃發動機需要控制元件和用于致動所述控制元件的致動裝置。為了控制增壓循環，用于四沖程發動機的控制元件幾乎都是往復閥門，其在內燃發動機運行期間執行擺動行程運動，并且以這種方式打開并關閉入口端和出口端。閥門運動所需的閥門致動機構，包括閥門本身，被稱作氣門傳動機構。至少一個汽缸蓋通常被用來容納這個氣門傳動機構。也在根據本發明的內燃發動機的情形中，至少一個汽缸蓋容納由機罩覆蓋的至少部分氣門傳動機構，其中該機罩被(優選可釋放地)連接到汽缸蓋并且以外殼的方式圍繞所述部分氣門傳動機構。為了閥門的致動，一方面使用閥門彈簧裝置，以便在閥門關閉位置的方向上預加載閥門，即，使其受到預載力，并且另一方面使用閥門致動裝置，以便與閥門彈簧裝置的預載力相反地打開閥門。閥門致動裝置包括凸輪軸，在凸輪軸上設置有多個凸輪，并且繞其縱軸的轉動通過曲軸(例如通過鏈傳動)以如下方式被傳遞給凸輪軸，即凸輪軸與后者，凸輪一起以一半的曲軸速度旋轉。在低置凸輪軸和頂置凸輪軸之間區分基本的區別。在這個背景中，參考點是汽缸蓋和汽缸體之間 的分割面。如果凸輪軸在這個分割面上方，那么其為頂置凸輪軸，否則其為低置凸輪軸。頂置凸輪軸通常由汽缸蓋容納，即在與分割面相對的汽缸蓋的一側上。氣門傳動機構的目的是在適當時候打開和關閉汽缸的入口端和出口端，目標是快速打開盡可能大的流通截面積，以便最小化流入和流出氣流中的節流損耗并且確保用新鮮的混合物有利填充燃燒室并且有效(即，完全)去除排氣。通向入口端的進氣管路和被連接到出口端的排氣管路被至少部分整合到汽缸蓋中。汽缸的排氣管路被聚集在一起從而形成公共的整體排氣管路或者成組聚集在一起從而形成多個整體排氣管路，由此形成排氣排出系統。通常，進氣系統的進氣管路從公共的整體進氣管路供給(即，供應)新鮮混合物或者增壓空氣。內燃發動機正越來越頻繁地裝配有增壓系統，增壓主要是用于提升動力的方法，其中發動機燃燒過程所需要的增壓空氣被壓縮，因此使得在每個工作循環中更大量的增壓空氣能夠被供給到每個汽缸。由此，可能增加燃料質量并因此增加平均壓力。通常，排氣渦輪增壓器用于增壓，其中壓縮機和渦輪被設置在相同的軸上，熱排氣流被供給到渦輪，在所述渦輪中膨脹并且在該過程中釋放能量，并由此將旋轉傳遞給該軸。由排氣流釋放到軸的能量被用于驅動壓縮機，壓縮機同樣被設置在該軸上。該壓縮機轉送并壓縮被供給至其的增壓空氣，并且由此實現汽缸的增壓。如在根據本發明的內燃發動機的情形中，增壓空氣冷卻器優選地被設置在該進氣系統中，通過該冷卻器，經壓縮的增壓空氣在進入至少一個汽缸之前被冷卻。該冷卻器降低增壓空氣的溫度并因此增加增壓空氣的密度，并且冷卻器也因此有助于更好地填充至少一個汽缸，即更大的空氣質量。冷卻導致密度增加。如在根據本發明的內燃發動機的情形中，優選地使用冷卻劑供給增壓空氣冷卻器，其包含冷卻劑流過的元件，增壓空氣在這些元件之間流動并且被冷卻。為了符合未來對污染物排放的限制，并且尤其為了減少氮氧化物排放物，通常采用排氣再循環(EGR)，其中從出口側上的排氣排出系統帶走燃燒氣體，并將其送回到入口側上的進氣系統中。隨著排氣再循環率的增加，能夠顯著減少氮氧化物排放物。排氣再循環率Xkk由XEGE=%GE/ (%GE+%reSh air)確定，其中表示送回的排氣的質量，并且Hlftesh ai,表示送入的新鮮空氣。為了實現氮氧化物排放物的顯著減少，需要高排氣再循環率，并且這可以是大約Xege ^ 60% 到 70%ο在具有排氣渦輪增壓和排氣再循環的同步使用的內燃發動機的運行期間，如果通過高壓EGR從渦輪上游的排氣排出系統帶走再循環排氣并且不再可以用來驅動渦輪，那么可能產生沖突。由于排氣再循環率增加，被引入渦輪的排氣流同時減少。流過渦輪的排氣質量減少必然伴有渦輪壓力比降低，并因此增壓比同樣減少，并且這相當于壓縮機質量流量降低。除了增壓壓力降低，在壓縮機的運行中可能產生關于波動限制的額外問題。因此，需要充分地確保高增壓壓力同時具有高排氣再循環率的概念，特別是在部分負荷范圍中。所謂的“低壓EGR”提供了一種解決方案。與已經提到的高壓EGR系統相反，高壓EGR系統從渦輪上游的排氣排出系統帶走排氣并且將其引入壓縮機下游的進氣系統，而在低壓EGR情形中該過程在排氣已經流過渦輪之后將排氣送回到入口側。為了這個目的，低壓EGR系統包含再循環管路，其從渦輪下游的排氣排出系統分支并且通向壓縮機上游的進氣系統。通過低壓EGR被 供給回到入口側的排氣與壓縮機上游的新鮮空氣混合。以這種方式產生的新鮮空氣與再循環排氣的混合物形成被供給到壓縮機并被壓縮的增壓空氣，壓縮的增壓空氣在增壓空氣冷卻器中壓縮機的下游被冷卻。排氣通過作為低壓EGR部件的壓縮機的事實不具有負面影響，因為通常使用已經受到渦輪下游的排氣后處理的排氣，更具體地是在微粒過濾器中的排氣后處理。因此不需要害怕壓縮機中的沉積，該沉積改變壓縮機幾何形狀、特別是改變流通截面積，并且以這種方式損害壓縮機的效率。此外，出于同樣的理由，通過高壓EGR再循環的未處理的排氣不通過增壓空氣冷卻器，因為這會導致冷卻器中的污染和沉積。另一方面，由于壓縮增壓空氣的冷卻，在壓縮機的下游可能出現問題。根據現有技術，增壓空氣冷卻器經常被設置到內燃發動機的側面并靠近內燃發動機，例如在曲柄箱的水平，即在汽缸體或者油底殼的水平。這么做也是為了整個驅動單元的密集封裝。在冷卻期間，如果氣態增壓空氣流的一個成分的露點是小于額定值，那么之前仍以氣態形式存在于增壓空氣尤其在水中的液體能夠冷凝出。由于設置增壓空氣冷卻器和沉淀的冷凝物沒有從增壓空氣流連續去除并由于動力學以非常小的量被供給到汽缸的事實，該冷凝物可以在增壓空氣冷卻器中聚集，并且然后從增壓空氣冷卻器不能預料地突然以相對大的量被引入進氣系統，例如在由于轉彎、斜坡或者隆起的橫向加速的情形中。后一種情形也被稱為水擊作用，水擊作用不僅可能導致內燃發動機的運行的嚴重破壞，并且還可能導致對冷卻器下游的部件的不可挽回的破壞。上述問題隨著再循環率的增加而變得更嚴重，這是由于增壓空氣中的個別排氣成分的比例，尤其是排氣中水的比例，不可避免地隨著再循環的排氣的量的增加而增加。根據現有技術，因此限制通過低壓EGR再循環的排氣的量，以便減少冷凝出的水的量或者防止水冷凝出。一方面低壓EGR的所需要的限制和另一方面氮氧化物排放物顯著減少所需要的高排氣再循環率導致排氣的再循環量的大小的不同目標。在通過排氣渦輪增壓而增壓并配備有低壓EGR系統和增壓空氣冷卻系統的內燃發動機的情形中所指示 的矛盾不能通過現有技術解決。根據現有技術，所需要的高再循環率只能夠通過高壓EGR實現，并且必須接受與其相關的缺點。因此，低壓EGR的優點只能在有限的程度上開發。將壓縮機設置在出口側上必然伴有在壓縮機和汽缸上的入口端之間比較長的移動距離。然而，這個移動距離應該被保持盡可能短，以便確保迅速的渦輪增壓器響應并且最小化尤其由于偏轉導致的增壓空氣流中的壓力損失。此外，進氣系統中長的移動距離對內燃發動機的噪聲特點而言具有缺點，并且導致低頻噪聲排放。
發明內容
考慮到上述問題，本發明的目標是提供根據本發明的內燃發動機，現有技術中已知的在使用低壓EGR系統時關于增壓空氣冷卻和形成冷凝物的問題通過該內燃發動機被消除，并且通過該內燃發動機可以同時實現整個驅動單元的密集封裝。這個目標通過內燃發動機實現，該內燃發動機具有-至少一個汽缸蓋，其具有至少一個汽缸并且容納至少部分氣門傳動機構，-機罩，其可以被連接到至少一個汽缸蓋，并且覆蓋由汽缸蓋容納的部分氣門傳動機構，
-至少一個進氣管路，其屬于進氣系統并用來給至少一個汽缸供應增壓空氣，每個汽缸都具有至少一個入口端用于輸入增壓空氣，-用于排出排氣的排氣排出系統，和-冷卻劑供給增壓空氣冷卻器，其被設置在進氣系統中并且包含冷卻劑可以流過的元件。并且通過下列事實被區分:-機罩容納并且以外殼的形式包圍增壓空氣冷卻器的元件，從而元件被設置在至少一個汽缸蓋和機罩之間。在根據本發明的內燃發動機的情形中，增壓空氣冷卻器被設置在至少一個汽缸蓋的上方，即在至少一個入口端的上方，從而該冷卻器被設置在比至少一個入口端地理位置更高的點。因此，在冷卻期間已經冷凝出的液體失去在冷卻器中和/或在冷卻器和至少一個汽缸之間的進氣系統中聚集的可能性。已經在冷卻器中冷凝出的任何液體繼續由增壓空氣流攜帶，也就是說由于動力學被夾帶。此處冷凝物的輸送基于增壓空氣的運動，并且在通過排氣渦輪增壓而增壓的內燃發動機的情形中，也基于在進氣系統中由壓縮機建立的增壓，并且由于根據增壓空氣冷卻器的發明的設置，另外由重力驅動。在這個情形中被供給至汽缸的小量的液體對內燃發動機的無干擾運行沒有損害。冷凝物參與燃燒過程，并且由于汽化焓，甚至降低燃燒溫度，由此對氮氧化物的形成起到有利影響，也就是減少氮氧化物的形成。與從現有技術·已知的概念相比，根據本發明的內燃發動機不需要對通過低壓EGR再循環的排氣的量的任何限制，因為冷凝沒有損害并且因此不必被防止。這使得可能用低壓EGR系統再循環顯著較大量的排氣。在這個程度上，與根據現有技術可能的情況相比，在根據本發明的內燃發動機的情形中，低壓EGR系統可以對減少氮氧化物排放物所需要的高排氣再循環率作出更大的貢獻。此外，發動機圖中僅使用低壓EGR發生排氣再循環的面積可以基本被延伸。這是有利的，由于有可能在內燃發動機的大的運行范圍中省去高壓EGR，因此也有與高壓EGR被去除相關的缺點。在根據本發明的內燃發動機的情形中，增壓空氣冷卻器不僅被設置在汽缸蓋上方，由此去除當使用低壓EGR系統時與增壓空氣冷卻和冷凝物的形成相關的問題。更確切地，根據本發明的增壓空氣冷卻器被設置在至少一個汽缸蓋和氣門傳動機構的機罩之間，并且因此該機罩作為外殼并包圍增壓空氣冷卻器或者增壓空氣冷卻器的元件，由此確保密集封裝。同時，利用在汽缸蓋和機罩之間可用的安裝空間，該可用的安裝空間要不然會仍舊不使用。這個措施確保冷卻器可以被設置在汽缸蓋上方，并且同時維持在驅動單元和發動機罩之間必須維持的安全間隙，而不需要將驅動單元放置在發動機機艙中的較低水平。必要時，增壓空氣冷卻器的元件應該適合機罩下的條件，即以適當方式構造。因此，孔隙和凹口可能是使得氣門傳動機構部件被容納或者避免所必需的。增壓空氣冷卻器被設置在至少一個汽缸上方，并由此在內燃發動機的出口側和入口側之間。在通過排氣渦輪增壓而增壓的內燃發動機的情形中，這不僅對密集封裝做出貢獻，而且還縮短了壓縮機與汽缸上的入口端之間的移動距離。壓縮機下游的進氣系統中短的移動距離確保來自渦輪增壓器的快速響應，并且減少增壓空氣流在進入燃燒室之前的壓力損失。去除不必要的長管路，進一步減少進氣系統的重量和空間要求。短的移動距離也具有對噪聲特點的有利影響。由增壓空氣冷卻器本身能夠形成部分進氣系統，即能夠接通(bridged)部分進氣系統，產生關于冷卻器和進氣歧管的許多有利實施例。在這個背景中應該考慮，當使用排氣渦輪增壓器時的基本目標是將渦輪設置得盡可能靠近汽缸的出口，以便以這種方式最佳使用由排氣壓力和排氣溫度明確地確定的熱排氣的排氣焓，并且從而確保來自渦輪或者渦輪增壓器的快速響應。為此，渦輪增壓器及由此的壓縮機被設置在出口側上，盡可能靠近內燃發動機的出口。增壓器的這種設置的效果是，在壓縮機中壓縮的增壓空氣基本上必須從出口側到入口側被攜帶到汽缸，所需的是圍繞按照現有技術的內燃發動機的比較長的管路。根據本發明的內燃發動機實現了本發明潛在的目標，也就是提供根據本發明的內燃發動機，通過該內燃發動機，現有技術中已知的在使用低壓EGR系統時與增壓空氣冷卻和冷凝物的形成相關的問題會被消除，并且通過該內燃發動機能夠同時實現整個驅動單元的密集封裝。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中增壓空氣冷卻器的元件具有板狀類型或者管狀設計。結合所附權利要求書解釋內燃發動機的進一步有利的實施例。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中提供至少一個排氣渦輪增壓器，其包含被設置在排氣排出系統中的渦輪和被設置在進氣系統中的壓縮機。例如，與機械增壓器相比，排氣渦輪增壓器的優點在于不需要用于增壓器與內燃發動機之間動力傳輸的機械連接。機械 增壓器從內燃發動機吸入直接驅動其所需要的能量，因此減少可用功率并由此對效率具有不利影響，而排氣渦輪增壓器使用熱排氣的排氣倉tfi。盡管如此，可以有利地提供機械增壓器作為替代或者除排氣渦輪增壓器之外提供機械增壓器。這樣的內燃發動機的實施例也是有利的，其中提供至少兩個排氣渦輪增壓器。原因如下。當使用單個排氣渦輪增壓器時，當某一發動機轉速小于額定值時觀察到顯著的扭矩降。這個效應是不期望的。如果考慮增壓比取決于渦輪壓力比，那么這個扭矩降是可以理解的。例如，如果在柴油發動機的情形中該發動機轉速減小，那么這導致更低的排氣質量流量，并因此導致更小的渦輪壓力比。結果是，在相對低的發動機轉速下，增壓比同樣減少，這相當于扭矩降。原則上，增壓的降低可以通過使渦輪橫截面變小而被抵消。然而，這需要在較高的發動機轉速排氣噴出，并且這涉及在這個發動機轉速范圍中的增壓行為的缺點。因此，通常也通過使用多個排氣渦輪增壓器，例如通過串聯設置的多個排氣渦輪增壓器嘗試改進增壓內燃發動機的轉矩特性。串聯設置兩個排氣渦輪增壓器，其中一個排氣渦輪增壓器作為高壓級并且一個排氣渦輪增壓器作為低壓級，有可能以有利方式延伸壓縮機特性圖，即向著較低的壓縮機氣流和向著較高的壓縮機氣流。這通過設計用于低排氣質量流量的高壓渦輪并提供旁通管路實現，通過旁通管路，當排氣質量流量增加時排氣能夠被逐漸路由通過高壓渦輪。為了這個目的，該旁通管路從高壓渦輪上游的排氣管路分支并通向渦輪下游的排氣管路，關閉元件被設置在旁通管路中，以便控制路由通過高壓渦輪的排氣流。此外，增壓內燃發動機的轉矩特性可以通過與相對小的渦輪橫截面并聯設置的多個渦輪增壓器改進，該渦輪橫截面被連續地連接。經設計用于低排氣流量的渦輪產生改進的響應，因為其較不緩慢，并且轉子裝配件可以更快地被加速和減速。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪配備有可變的渦輪幾何形狀，其允許通過調節渦輪幾何形狀或者有效的渦輪橫截面而更廣泛地適應內燃發動機的各工作點。在這個情形中，可調導向葉片被設置在渦輪的入口區域中以影響流向。與旋轉轉子的轉子葉片相比，導向葉片不隨著渦輪的軸旋轉。如果渦輪具有固定不變的幾何形狀，那么導向葉片不僅是固定的，而且被設置成以便在入口區域中完全不可移動，即被剛性地固定。在可變幾何形狀的情形中，相反，盡管以固定的方式設置，但導向葉片不是完全不可移動的，而是可以繞其軸線轉動，因此可能影響到轉子葉片的迎面流。盡管如此，這樣的內燃發動機的實施例也可以是有利的，其中至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有固定的渦輪幾何形狀。與可變幾何形狀相比，這通過發動機控制系統顯著地簡化了內燃發動機和/或增壓器的操作。此外，存在來自渦輪的較簡單結構的與排氣渦輪增壓器相關的成本優勢。在增壓內燃發動機的情形中，這樣的實施例是有利的，其中壓縮機被設置在進氣系統中增壓空氣冷卻器的上游。以此方式，在壓縮機中被壓縮的空氣在第二步驟中在下游被冷卻，并且在通過壓縮機壓縮之前在增壓空氣冷卻器中沒有被冷卻。這個實施例也考慮由于壓縮增壓空氣變熱的事實，因此更優選在壓縮之后冷卻。
這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中提供排氣再循環系統，其包含再循環管路，該管路從渦輪下游的排氣排出系統分支并通向壓縮機上游的進氣系統。根據前面實施例的低壓EGR系統具有許多優點，特別是與根據本發明設置的增壓空氣冷卻器結合，這些優點已經詳細解釋并且在這一點上引起注意。有利的是將關閉元件設置在再循環管路中，所述元件作為低壓EGR閥，并且用于調節再循環率，即由低壓EGR再循環的排氣的量。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中在低壓EGR系統的再循環管路中提供額外的冷卻器。在排氣與壓縮機上游的新鮮空氣混合之前，這個冷卻器降低熱排氣流中的溫度，并因此增加了排氣的密度。汽缸中新鮮充氣的溫度由此被進一步降低，因此這個冷卻器也有助于更好地填充。應該優選提供這樣的旁通管路，其中該旁通管路旁通額外的冷卻器，并且通過低壓EGR系統再循環的排氣通過該旁通管路可以在旁通冷卻器的同時被引入進氣系統。在通過排氣渦輪增壓而增壓的內燃發動機的情形中，這樣的實施例是有利的，其中提供排氣再循環系統，其包含從渦輪上游的排氣排出系統分支并通向壓縮機下游的進氣系統的管路。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中排氣再循環系統的管路通向增壓空氣冷卻器下游的進氣系統。這避免了這樣的情形，即通過高壓EGR再循環的未處理的排氣通過增壓空氣冷卻器并污染增壓空氣冷卻器。提供高壓EGR系統可能是有必要的或者是有幫助的，以便能夠生成減少氮氧化物排放物所需要的高再循環率，即使通過增壓空氣冷卻器的根據本發明的設置，在進氣系統中形成冷凝物不再導致對低壓EGR的任何限制。即應該考慮，排氣從排氣管路再循環進入進氣管路需要在出口側和入口側之間的壓力差，即壓力梯度。為了實現所需要的高排氣再循環率，此外需要高壓力梯度。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中在高壓EGR系統的管路中提供額外的冷卻器。這個額外冷卻器降低熱排氣流中的溫度，并因此增加排氣的密度。由此汽缸中的新鮮充氣的溫度被進一步降低，并且額外的冷卻器也由此有助于用新鮮混合物更好地填充燃燒室。盡管如此，在個別情形中，通過高壓EGR再循環的排氣也可以通過增壓空氣冷卻器。為了這個目的，高壓EGR系統的再循環管路從渦輪上游的排氣排出系統分支并且通向壓縮機下游和增壓空氣冷卻器上游的進氣系統。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中在機罩中提供用于增壓空氣進入的至少一個開口。增壓空氣必須通過冷卻器，并由此進入機罩。在這個情形中，增壓空氣可以通過單個開口進入機罩通過整個進氣管路，并且再向前可以在各汽缸之間被分配，其中冷卻器可以形成至少部分進氣歧管，或者增壓空氣通過多個開口進入機罩，即，增壓空氣在進入機罩和冷卻器之前已經被分為多個分流。如果內燃發動機配備有排氣渦輪增壓器并且所述增壓器的壓縮機設置在出口側，那么用于增壓空氣的入口的至少一個開口優選地提供在內燃發動機的出口側上。
這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中在機罩中提供用于增壓空氣的出口的至少一個開口。如果提供用于增壓空氣的出口的開口，那么該開口優選地提供在入口側上，增壓空氣從入口側被供給到汽缸。然而，用于增壓空氣的出口的機罩中的開口不是在全部情形中都是必需的。因此，在被冷卻以后，被引入機罩和冷卻器的增壓空氣也可以從機罩和冷卻器被直接供給到汽缸，而被冷卻的增壓空氣不必再次離開機罩。這個實施例是非常緊湊的，并且其區別在于冷卻器下游的進氣管路非常短。尤其，這些實施例使得更容易將增壓空氣冷卻器的入口設置在比增壓空氣冷卻器的出口地理位置更高的點，由此確保冷卻器的根據本發明的設置的優點實現完全效果，并且在冷卻器中沒有聚集冷凝物，這僅僅因為入口處于比出口更高的地理高度。通常，這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中增壓空氣冷卻器的入口被設置在比增壓空氣冷卻器的出口地理位置更高的點，和其中進氣系統的地理高度在從增壓空氣冷卻器或者增壓空氣冷卻器的入口到至少一個汽缸的至少一個入口開口的流動方向上連續降低。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中至少一個汽缸蓋配備有至少一個集成冷卻套，從而形成液體冷卻系統。特別是，增壓內燃發動機比自然吸氣發動機受到更高的熱負荷，因此對冷卻系統提出了更高的要求。用液體冷卻系統，能夠耗散比用空氣冷卻系統可能耗散的顯著更大量的熱量。液體冷卻要求內燃發動機，即汽缸蓋和汽缸體，配備有集成冷卻套，也就是說需要運載冷卻劑通過汽缸蓋和汽缸體的冷卻劑管道設置。熱量被釋放到部件本身內的冷卻劑。在這個設置中，冷卻劑通過設置在冷卻回路中的泵輸送，確保其在冷卻套中循環。以此方式，釋放到冷卻劑的熱量從汽缸蓋和汽缸體的內部耗散并且在熱交換器中再次從冷卻劑去除。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中冷卻劑供給增壓空氣冷卻器被連接到至少一個汽缸蓋的至少一個冷卻套。在這個設置中，增壓空氣冷卻器經由汽缸蓋被供應冷卻劑，使得可能省去外部供給管路，這樣也降低了滲漏的風險。此外，某些部件能夠共同用于增壓空氣冷卻器的冷卻劑回路和內燃發動機的冷卻劑回路，例如用于輸送冷卻劑的泵和/或用于冷卻冷卻劑的熱交換器，其通常被設置在車輛的前部區域中以便利用相對氣流。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中增壓空氣冷卻器在內燃發動機中的安裝位置被設置進氣系統中地理位置最高的點。原因已經陳述。
這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中機罩包含塑料。機罩不是受到高熱負載的部件，因此可以考慮低成本制造和重量輕來選擇材料。塑料是滿足兩種標準的材料。盡管如此，機罩也可以用復合材料或者金屬制造。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中在機罩和至少一個汽缸蓋之間提供密封。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中增壓空氣冷卻器的元件設置在封裝型構造中并且相互間隔開。這產生了對熱傳遞有利的大的表面積，在該表面積上熱量可以通過對流和熱傳導從增壓空氣去除。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中提供直接噴射系統，并且每個汽缸都配備有用于直接噴射燃料的噴射器。這樣的內燃發動機的實施例是有利的，其中機蓋和/或元件具有至少一個孔隙，用于穿過噴射器。
下面參考圖1-3中所示的兩個示例實施例更詳細地描述本發明，其中:圖1以示意圖的形式示意地示出內燃發動機的實施例，圖2以示意透視圖示出內燃發動機的第一實施例的汽缸蓋以及機罩，以及圖3以示意透視圖示出內燃發動機的第二實施例的汽缸蓋以及機罩。
具體實施例方式圖1以示意圖的形式示意地示出內燃發動機I的實施例。內燃發動機I具有汽缸體Ib和汽缸蓋la，汽缸體和汽缸蓋相互連接從而形成汽缸。圖1中所示的內燃發動機I通過排氣渦輪增壓器6增壓。增壓器6被設置在出口側5上，因此在增壓器6的壓縮機中被壓縮的增壓空氣必需從出口側5傳到入口側4(如箭頭指示)。在從出口側5到入口側4的方向上，在壓縮機中壓縮的增壓空氣在設置在進氣系統2中的增壓空氣冷卻器7中被冷卻，冷卻器7被設置在汽缸蓋Ia的上方并且由機罩8以外殼的方式容納并包圍。在這個情形中，增壓空氣冷卻器7的元件被設置在汽缸蓋Ia和機罩8之間。圖2以示意透視圖示出內燃發動機I的第一實施例的汽缸蓋Ia以及機罩8。將僅解釋對圖1的示意圖中說明的內容補充的那些方面，因此除此之外參考圖1。相同的附圖標記已經用于相同部件。圖2中圖示的內燃發動機I是直接噴射四汽缸直列式發動機I。在機罩8中提供用于穿過噴射器(未示出)的圓形孔隙10，機罩8本身是立方形的設計。此外，機罩8具有用于增壓空氣的入口 13a的開口。圖3以示意透視圖示出內燃發動機I的第二實施例的汽缸蓋Ia以及機罩8。將僅討論相對于圖2所示的實施例的差異，并且因此除此之外參考圖2。相同的附圖標記已經用于相同部件。在圖3所示的內燃發動機I的情形中，機罩8具有單個矩形孔隙10，其在汽缸蓋Ia的上方留下足夠的空間，用于四個噴射器11和燃料管路12的設置，該燃料管路12用于給噴射器11供給燃料。在機罩8中提供用于增壓空氣的入口 13a的開口和用于增壓空氣的出口 13b的開口，增壓空氣沿著U形冷卻 段流過由機罩8容納的增壓空氣冷卻器(由箭頭指示)。參考符號列表I增壓內燃發動機Ia汽缸蓋Ib汽缸體2進氣系統3進氣歧管4 入口側5 出口側6排氣渦輪增壓器7增壓空氣冷卻器8 機罩9 凹口10 孔隙11噴射器12燃料管路13a增壓空氣冷卻器的入口，機罩的入口13b增壓空氣冷卻器的出口，機罩的出口EGR排氣再循環mEGE再循環排氣的質量mfresh air供給的新鮮空氣或燃燒空氣的質量xEGE排氣再循環率
權利要求
1.一種內燃發動機(I)，其具有 -至少一個汽缸蓋(la)，其具有至少一個汽缸并且容納至少部分氣門傳動機構， -機罩(8)，其可以被連接到所述至少一個汽缸蓋(la)，并且覆蓋由所述汽缸蓋(Ia)容納的所述部分氣門傳動機構， -至少一個進氣管路，其屬于進氣系統(2)并用來給所述至少一個汽缸供給增壓空氣，每個汽缸都具有至少一個入口端用于輸入所述增壓空氣， -排氣排出系統，用于排出所述排氣，和 -冷卻劑供給增壓空氣冷卻器(7)，其被設置在所述進氣系統(2)中并且包含冷卻劑可以流過的元件， 其中 所述機罩(8)容納并以外殼的形式包圍所述增壓空氣冷卻器(7)的所述元件，從而所述元件被設置在所述至少一個汽缸蓋(Ia)和所述機罩(8)之間。
2.根據權利要求I所述的內燃發動機(1)，其中提供至少一個排氣渦輪增壓器(6)，其包含被設置在所述排氣排出系統中的渦輪和被設置在所述進氣系統(2)中的壓縮機。
3.根據權利要求2所述的內燃發動機(I)，其中所述壓縮機被設置在所述進氣系統(2)中所述增壓空氣冷卻器(7)的上游。
4.根據權利要求2或3所述的內燃發動機(I)，其中提供排氣再循環系統，其包含再循環管路，該再循環管路從所述渦輪下游的所述排氣排出系統分支并通向所述壓縮機上游的所述進氣系統(2)。
5.根據權利要求2到4中的一項所述的內燃發動機(I)，其中提供排氣再循環系統，其包含從所述渦輪上游的所述排氣排出系統分支并通向所述壓縮機下游的所述進氣系統(2)的管路。
6.根據權利要求5所述的內燃發動機(1)，其中所述排氣再循環系統的所述管路通向所述增壓空氣冷卻器(7)下游的所述進氣系統(2)。
7.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(1)，其中在所述機罩(8)中提供用于所述增壓空氣的所述入(13a)的至少一個開口。
8.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(1)，其中在所述機罩(8)中提供用于所述增壓空氣的所述出(13b)的至少一個開口。
9.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(I)，其中所述至少一個汽缸蓋(Ia)配備有至少一個冷卻套，從而形成液體冷卻系統。
10.根據權利要求9所述的內燃發動機(I)，其中所述冷卻劑供給增壓空氣冷卻器(7)被連接到所述至少一個汽缸蓋(Ia)的所述至少一個冷卻套。
11.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(1)，其中所述增壓空氣冷卻器(7)在所述內燃發動機(I)中的安裝位置被設置所述進氣系統(2)中的地理位置最高點。
12.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(1)，其中所述機罩(8)包含塑料。
13.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(I)，其中所述增壓空氣冷卻器(7)的所述元件被設置在封裝類型的構造中并且相互間隔開。
14.根據前述權利要求中的一項所述的內燃發動機(I)，其中提供直接噴射系統，并且每個汽缸都配備有用于所述燃料的直接噴射的噴射器(11)。
15.根據權利要求14所述的內燃發動機(1)，其中所述機罩(8)和/或所述元件具有用于穿過所述噴射器(11)的至少一個孔隙(10)。
全文摘要
本發明涉及內燃發動機(1)，其具有至少一個汽缸蓋(1a)，其具有至少一個汽缸并且容納至少部分氣門傳動機構；機罩(8)，其可以被連接到至少一個汽缸蓋(1a)，并且覆蓋由汽缸蓋(1a)容納的部分氣門傳動機構，至少一個進氣管路，其屬于進氣系統(2)并用來給至少一個汽缸供給增壓空氣，每個汽缸都具有至少一個入口端用于輸入增壓空氣；排氣排出系統，用于排出排氣；和冷卻劑供給增壓空氣冷卻器(7)，其被設置在進氣系統(2)中并且包含冷卻劑可以流過的元件。本發明提供所提及類型的內燃發動機(1)，通過該內燃發動機，現有技術中已知的在使用低壓EGR系統期間與增壓空氣冷卻和形成冷凝物相關的問題被消除，并且通過該內燃發動機可以同時實現整個驅動單元的密集封裝。這通過所提及類型的內燃發動機(1)實現，其通過以下事實被區分機罩(8)容納并以外殼的形式包圍增壓空氣冷卻器(7)的元件，從而元件被設置在至少一個汽缸蓋(1a)和機罩(8)之間。
文檔編號F02M61/14GK103256113SQ20131005549
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者G·格羅斯切, A·庫斯克, C·W·維吉爾德 申請人:福特環球技術公司