專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，具有帶至少一個排氣管路的排氣系統(tǒng)，排氣管路通過排氣彎管連接在內(nèi)燃機(jī)上。
背景技術(shù)：
為滿足法律對內(nèi)燃機(jī)尾氣要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有技術(shù)中有各種各樣的廢氣后處理裝置，例如像催化器或者諸如此類的裝置。這種廢氣后處理裝置的功能一般取決于工作溫度。在此方面存在一個下限和一個上限，從下限起屬于有害物質(zhì)還原(例如催化器內(nèi)“LightOff”)，從上限起形成二次排放(柴油氧化催化器例如從約400℃起形成硫酸鹽)或從上限起廢氣后處理裝置受到損害(高于950℃就會損害Otto三元催化器)。迅速達(dá)到這種溫度范圍或保持在該溫度范圍內(nèi)，一般通過控制混合氣成分、點(diǎn)火和排氣系統(tǒng)內(nèi)的部件位置在很大程度上可以得到確保，但這樣最終對燃油消耗產(chǎn)生不利影響。
公知有各種各樣用于冷卻排氣管路和廢氣后處理裝置的措施，以避免超過所允許的最大溫度。
US 3.747.346 A介紹了一種內(nèi)燃機(jī)催化器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在此方面，沿催化器的逆流排氣管由外殼結(jié)構(gòu)環(huán)繞，其中，在外殼結(jié)構(gòu)和排氣管之間構(gòu)成冷卻通道的空隙。冷卻通道在外殼結(jié)構(gòu)的起始區(qū)域內(nèi)具有空氣入口并在外殼結(jié)構(gòu)的結(jié)束區(qū)域內(nèi)具有空氣出口。外殼結(jié)構(gòu)和冷卻通道在此方面也沿催化器的逆流結(jié)束。在空氣入口和空氣出口的區(qū)域內(nèi)各自設(shè)置相互機(jī)械連接的控制閥?？刂崎y在取決于催化器溫度的情況下通過電磁閥操縱。空氣入口和空氣出口直接與外界連接。因?yàn)闉槔鋮s排氣管需要單獨(dú)的外殼結(jié)構(gòu)，所以該溫度調(diào)節(jié)裝置相當(dāng)復(fù)雜。DE 22 40 681 A公開了類似的排氣裝置。
EP 0 928 885 A2介紹了一種具有由外殼罩住排氣彎管的排氣裝置。
US 3.820.327 A介紹了一種催化器的溫度調(diào)節(jié)裝置。一部分排氣管以及催化器在此方面由單獨(dú)的冷卻外殼環(huán)繞，其冷卻空氣入口與冷卻器風(fēng)扇室連接。冷卻空氣借助于轉(zhuǎn)換閥可以有選擇地導(dǎo)入用于冷卻催化器的冷卻外殼內(nèi)或者環(huán)繞冷卻外殼流通。這種冷卻裝置也相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)樾枰獑为?dú)的冷卻外殼。
日本公開文獻(xiàn)JP 09-133 019A公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)空隙絕緣的殼形彎管，該彎管具有輸送廢氣的內(nèi)管和外殼。在內(nèi)管和外殼之間構(gòu)成空隙。外殼具有大量的開口，通過這些開口外界氣流由于行駛相對氣流吹入空隙內(nèi)。冷卻空氣離開彎管結(jié)束區(qū)域內(nèi)的空隙。沒有對冷卻的控制。EP 0 622 531 A1也公開了由雙管結(jié)構(gòu)形成的排氣彎管。
公開書US 5.983.628 A和US 5.987.885 A介紹的是帶有排氣管路內(nèi)催化器的內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)，其中，沿催化器的逆流在排氣管路內(nèi)設(shè)置換熱器，在該換熱器上冷卻空氣通過與用于冷卻熱廢氣的廢氣流垂直的風(fēng)扇降溫。此外，在排氣管路的換熱器區(qū)域內(nèi)具有電加熱裝置，以防止催化器在冷起動時跳動。無論是廢氣的冷卻還是加熱，在這里必然都與非常高的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用相聯(lián)系。為加熱廢氣消耗電能，這在內(nèi)燃機(jī)的起動和熱運(yùn)行工作期間額外增加了汽車電瓶的負(fù)擔(dān)。
特別是在液體冷卻直噴柴油內(nèi)燃機(jī)的情況下，存在著不能令人滿意的加熱功率問題，因?yàn)闆]有足夠的熱量進(jìn)入冷卻液內(nèi)。通常排氣通道直至排氣管總成(Auslassrohrenwerk)的連接凸緣面分開構(gòu)成，其中，排氣通道的凈化只能在作為廢氣收集器構(gòu)成的排氣管總成內(nèi)進(jìn)行。這種結(jié)構(gòu)雖然可以產(chǎn)生一種緊湊式的氣缸蓋，但缺點(diǎn)是冷卻液浸潤的排氣通道表面相當(dāng)小。
US 6.513.506 B1和US 4.329.843 A公開了氣缸蓋，在這種氣缸蓋中，排氣通道在氣缸蓋的內(nèi)部流通連接并因此廢氣收集器與氣缸蓋一體化。但這種氣缸蓋需要相當(dāng)高的制造成本，而且對氣缸蓋的結(jié)構(gòu)尺寸也有不利影響。
公知的內(nèi)部和外部排氣收集器具有封閉的結(jié)構(gòu)并需要很高的鑄造費(fèi)用。
一定級別的商用車和工業(yè)發(fā)動機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)盡可能簡單、耐用和低成本構(gòu)成，并因此無需復(fù)雜的操縱機(jī)構(gòu)(例如無可變氣門機(jī)構(gòu)或者電子特性曲線控制或者諸如此類的控制)便可使用。一方面，這種廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下應(yīng)將廢氣再循環(huán)率保持得盡可能低，以便不致使發(fā)動機(jī)的氣門開關(guān)性能和起動扭矩變差。另一方面，廢氣再循環(huán)率在排放循環(huán)的重要工作點(diǎn)上(例如在中高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速/高負(fù)荷下)應(yīng)保持得盡可能高，以達(dá)到排放循環(huán)中所要求的NOx還原。
WO 03/040540 A1公開了一種具有凸輪控制的內(nèi)部廢氣再循環(huán)裝置的柴油內(nèi)燃機(jī)。凸輪控制的內(nèi)部廢氣再循環(huán)裝置在整個特性曲線范圍內(nèi)提供一種相當(dāng)恒定的廢氣再循環(huán)率，但由于其簡單、低成本的結(jié)構(gòu)而不能斷開。廢氣再循環(huán)量在轉(zhuǎn)速上的變化可以通過卸荷凸輪的適當(dāng)方式和位置有利地加以影響，但這種影響使廢氣再循環(huán)率受到限制并不得不讓步。
簡單的外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)也只能在廢氣渦輪之前的廢氣反壓力高于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣收集器(Einlasssammler)內(nèi)增壓壓力的情況下再循環(huán)廢氣。但對于商用車來說，在中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和高發(fā)動機(jī)負(fù)荷的情況下存在的問題是，根據(jù)存在的增壓比而不能再循環(huán)廢氣。
JP 03-085362 A公開了一種具有內(nèi)部和外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的柴油內(nèi)燃機(jī)。為進(jìn)行內(nèi)部廢氣再循環(huán)，無論是在排氣總成內(nèi)還是在進(jìn)氣總成內(nèi)均具有阻斷閥，從而內(nèi)部的廢氣再循環(huán)可以通過壓縮進(jìn)氣空氣或廢氣進(jìn)行。這些閥和廢氣再循環(huán)管路內(nèi)的廢氣再循環(huán)閥這樣控制，使低轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷時進(jìn)行內(nèi)部的廢氣再循環(huán)，而在內(nèi)燃機(jī)的其他工作范圍內(nèi)進(jìn)行外部的廢氣再循環(huán)。但廢氣再循環(huán)這種類型的控制需要很高的控制技術(shù)費(fèi)用。
在高速運(yùn)轉(zhuǎn)直噴柴油內(nèi)燃機(jī)上，廢氣后處理系統(tǒng)的再循環(huán)通過采用發(fā)動機(jī)內(nèi)部措施提高廢氣溫度導(dǎo)入，例如像通過進(jìn)氣節(jié)流，需要時通過降低增壓壓力，而且特別是通過一次或者多次所謂的補(bǔ)射燃油，也就是在固有的主噴射之后補(bǔ)充燃油。燃油的這種補(bǔ)射一般在超過點(diǎn)火的上死點(diǎn)之后進(jìn)行。
為確保低負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下再循環(huán)所需的廢氣溫度，要求在非常遲的時間點(diǎn)上提高補(bǔ)射。這一點(diǎn)導(dǎo)致排氣管排放迅速惡化、燃油消耗增加的缺點(diǎn)，以及導(dǎo)致燃油大量進(jìn)入發(fā)動機(jī)油內(nèi)。此外，渦輪發(fā)動機(jī)上過度限制或降低增壓壓力導(dǎo)致惡化氣門開關(guān)性能和降低行駛動力。
US 6.412.276 B1公開了一種用于再循環(huán)柴油內(nèi)燃機(jī)雜質(zhì)過濾器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在膨脹行程期間向至少一個氣缸內(nèi)噴射燃油，以達(dá)到提高廢氣溫度的目的。
US 2003/0056498 A也介紹了一種用于再循環(huán)柴油內(nèi)燃機(jī)雜質(zhì)過濾器的方法，其中，通過燃油補(bǔ)射達(dá)到提高排氣管路溫度的目的。WO 96/03571 A1也公開了將附加燃油補(bǔ)射用于提高柴油內(nèi)燃機(jī)雜質(zhì)過濾器再循環(huán)導(dǎo)入的廢氣溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，避免這些缺點(diǎn)并可以按照盡可能簡單的方式控制廢氣溫度，以便在盡可能低的油耗下改善排放。
本發(fā)明的另一目的在于，降低排氣通道結(jié)構(gòu)的加工費(fèi)用。本發(fā)明的另一目的在于提高加熱功率。
此外，應(yīng)按照盡可能簡單的方式在所有發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證足夠高的廢氣再循環(huán)率并特別是在加速運(yùn)行時避免煙氣排放峰值。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種用于再循環(huán)廢氣后處理系統(tǒng)的方法，利用該方法可以盡可能地避免油耗的缺點(diǎn)和燃油進(jìn)入發(fā)動機(jī)油內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明，沿排氣彎管的順流設(shè)置至少一個廢氣后處理裝置，其中，廢氣后處理裝置和/或者排氣管路沿廢氣后處理裝置的逆流至少部分雙層壁構(gòu)成，其中，在輸送廢氣的內(nèi)壁和外壁之間構(gòu)成至少一個形成通道可由熱傳遞介質(zhì)通流的間隙，其中，該通道最好在排氣彎管的起始區(qū)內(nèi)具有入口并最好在廢氣后處理裝置的結(jié)束區(qū)內(nèi)具有出口。在此方面，通道可以通過最好由附加加熱裝置形成的熱源加熱，其中，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，附加加熱裝置為發(fā)熱加熱裝置并具有可與通道入口連接用于燃燒器排氣的排氣管。
基本以燃燒器為基礎(chǔ)的附加加熱裝置目前出于舒適的原因廣泛用于汽車的車內(nèi)加熱。特別是在大排量的柴油車上，僅借助于附加加熱裝置便可實(shí)現(xiàn)短時間的車內(nèi)加熱。通過將附加加熱裝置的熱燃燒器廢氣用于加熱沿催化器逆流的排氣管路，不額外消耗汽車的能量儲備。如果使用汽車上已經(jīng)具有的附加加熱裝置的話，設(shè)計(jì)費(fèi)用非常低。
為了無論在下限上還是在上限上均能控制廢氣后處理裝置的溫度，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，入口通過開關(guān)器件可有選擇地與熱源或者冷卻源功能連接。如果冷卻源通過一個采用空氣作為冷卻介質(zhì)工作，最好具有風(fēng)扇的冷卻裝置形成的話，在此方面的設(shè)計(jì)費(fèi)用可以保持得非常低。特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，冷卻源通過次級風(fēng)扇形成。次級風(fēng)扇通常用于稀釋在這里靠油脂工作的內(nèi)燃機(jī)起動和熱運(yùn)行階段期間的廢氣。作為附加功能，次級風(fēng)扇還可以起到冷卻源的作用。
在本發(fā)明的另一構(gòu)成中，冷卻源和熱源通過同一部件形成。例如，附加加熱裝置的燃燒器在不接通狀態(tài)下，也就是在斷開燃油供給情況下可以作為冷卻源使用。
此外，為簡化加工依據(jù)本發(fā)明在特別是液體冷卻的柴油內(nèi)燃機(jī)這種內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋內(nèi)，每個氣缸設(shè)置至少一個由冷卻室至少部分環(huán)繞的排氣通道，其中，至少一組排氣通道在氣缸蓋的區(qū)域內(nèi)相互流通連接并通向連接在氣缸蓋凸緣面上的共用排氣管總成，其中，排氣通道之間的流通連接通過至少一個在氣缸蓋凸緣面區(qū)域內(nèi)成型具有向凸緣面敞開橫截面的連接通道(Verbindungskanal)形成。
一種特別簡單的加工方式是，連接通道基本上與凸緣面平行分布，其中，排氣通道最好大致以直角垂直通入連接通道內(nèi)。由此可以使氣缸蓋簡單成型。通過連接通道部分在氣缸蓋內(nèi)構(gòu)成，排氣管總成可以非常簡單并以空心結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在此方面，連接通道部分通過排氣管總成形成，其中，最好連接通道的至少半個橫截面在氣缸蓋內(nèi)成型。排氣管總成因此僅需容納大部分連接通道并可以敞開構(gòu)成。
加熱功率由此得以提高，即連接通道的壁至少在氣缸蓋的面上與冷卻室相鄰。排氣系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)冷卻液之間的接觸區(qū)因此可以明顯增加并因此提高汽車加熱的效率。
在本發(fā)明的另一構(gòu)成中，至少兩個具有向凸緣面敞開橫截面的連接通道至少部分在氣缸蓋內(nèi)成型，其中，在每個連接通道內(nèi)各自通入一組排氣通道。排氣通道在此方面可以取決于點(diǎn)火順序分組，從而可以排除氣缸的相對干擾。在此方面，連接通道在排氣管總成內(nèi)分開，最好-在氣缸軸線方向上-重疊設(shè)置。
一種成本低、精確和過程可靠的加工方式在于，排氣管總成無側(cè)凹(hinterschnittfrei)構(gòu)成并可采用金屬型鑄造法(Kokillengussverfahren)制造。
為保證在所有發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)足夠高的廢氣再循環(huán)率，依據(jù)本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)具有特別是取決于負(fù)荷，最好通過卸荷凸輪控制的內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，還附加具有外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，帶有至少一個取決于負(fù)荷可通過至少一個控制管控制的廢氣再循環(huán)閥，其中，最好在控制管內(nèi)設(shè)置至少一個延遲節(jié)。
重要的是內(nèi)部和外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)使用最簡單的控制裝置。純機(jī)械的內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可以適當(dāng)構(gòu)成，從而在中轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生足夠高的廢氣再循環(huán)率并在低轉(zhuǎn)速時幾乎沒有廢氣再循環(huán)。
高轉(zhuǎn)速下所要求的提高廢氣再循環(huán)率通過在內(nèi)燃機(jī)貫穿存在的增壓比本身的工作范圍內(nèi)適當(dāng)選擇外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的排氣管直徑產(chǎn)生。外部廢氣再循環(huán)率的有源控制僅在低部分負(fù)荷運(yùn)行和瞬時運(yùn)行下需要。
通過控制管內(nèi)時間上的延遲節(jié)，避免瞬時運(yùn)行時會產(chǎn)生炭黑排放峰值的過高廢氣再循環(huán)率。
時間上的延遲節(jié)可以是機(jī)械的，其中，最好控制管為氣動控制壓力管，而且機(jī)械延遲節(jié)具有至少一個壓力罐。在控制壓力管的入口上具有膜片?？刂茐毫芑蛘吲c進(jìn)氣收集器連接，或者與真空泵連接。通過膜片壓力罐才能緩慢進(jìn)氣或緩慢排空，由此廢氣再循環(huán)閥的轉(zhuǎn)換壓力才能隨著時間延遲增壓或減壓。因此加速運(yùn)行時由于過大的廢氣再循環(huán)量而產(chǎn)生的煙氣排放得到有效避免。
真空泵可通過內(nèi)燃機(jī)機(jī)械驅(qū)動或者也可以電動驅(qū)動。
在本發(fā)明一種特別簡單的實(shí)施方式中，真空泵可在取決于噴油泵位置的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。噴油泵上的機(jī)械開關(guān)根據(jù)噴油泵位置將真空轉(zhuǎn)換到廢氣再循環(huán)閥的控制管上。該真空打開廢氣再循環(huán)閥。為延遲瞬時加速過程中廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時間，在這里也具有作為機(jī)械延遲節(jié)的壓力罐，其中，該壓力罐通過真空泵轉(zhuǎn)換到真空。
作為對此的選擇，廢氣再循環(huán)閥也可以通過電動控制管與電子控制單元連接并通過該單元可在取決于負(fù)荷的情況下直接進(jìn)行電動轉(zhuǎn)換。在這種情況下也可以是電動方式的時間延遲節(jié)(Zeitverzogerungsglied)并直接與電子控制單元一體化。
此外，為再循環(huán)特別是直噴柴油內(nèi)燃機(jī)這種內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，依據(jù)本發(fā)明再循環(huán)通過至少一個發(fā)動機(jī)內(nèi)部的措施在取決于廢氣后處理系統(tǒng)溫度的情況下導(dǎo)入，其中，最好為導(dǎo)入和實(shí)施再循環(huán)a)在廢氣后處理系統(tǒng)的溫度低于確定的再生溫度的情況下，提高內(nèi)部的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，b)在達(dá)到廢氣后處理系統(tǒng)再生溫度的情況下，至少一個氣缸的至少一個換氣閥的噴射時間點(diǎn)和/或者控制時間這樣調(diào)整，使所噴入的燃油不能點(diǎn)火，從而未燃燒的燃油儲存在廢氣后處理系統(tǒng)的前面，c)在達(dá)到至少一個氣缸內(nèi)廢氣后處理系統(tǒng)的再生溫度后切斷燃油噴射，而且該氣缸作為廢氣后處理系統(tǒng)的空氣輸送裝置工作。
在步驟a)中為提高內(nèi)部的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，對換氣閥可以這樣進(jìn)行控制，使其產(chǎn)生最大壓縮功。這一點(diǎn)例如可以通過暫時不打開這個或者這些排氣門達(dá)到。在此方面，最好在產(chǎn)生最大壓縮功的氣缸內(nèi)停止燃油噴射。由此避免增加油耗。為防止燃油增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)油內(nèi)，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是一個或者多個氣缸交替采用標(biāo)準(zhǔn)的和提高的內(nèi)部發(fā)動機(jī)負(fù)荷工作。
為導(dǎo)入再循環(huán)，特別是在低負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高內(nèi)部的發(fā)動機(jī)負(fù)荷。為此，特別是在減少動力或在穩(wěn)定行駛狀態(tài)下遵循一種算法，這樣運(yùn)用每個氣缸的噴油，例如在4缸四沖程發(fā)動機(jī)的情況下，不是均以720℃的曲柄轉(zhuǎn)角，而是取決于特性曲線以720℃的偶數(shù)或奇數(shù)倍數(shù)噴油。為保持確定的發(fā)動機(jī)負(fù)荷-轉(zhuǎn)速狀態(tài)，補(bǔ)償由于中斷噴油所需的噴油量。校正噴油量的計(jì)算為此借助于可自由運(yùn)用的特性曲線進(jìn)行。同時對不噴油那些氣缸上換氣閥的控制時間這樣進(jìn)行修改，使其產(chǎn)生最大的壓縮功。這一點(diǎn)例如通過暫時不打開至少一個排氣門實(shí)現(xiàn)。通過先前進(jìn)行的中斷前導(dǎo)氣缸的噴油后補(bǔ)償噴油量并通過升高壓縮功，在同時有效的平均壓力下提高指示的平均壓力，由此無補(bǔ)充噴油也能提高廢氣溫度。
如果廢氣后處理系統(tǒng)具有所要求的再生溫度，那么在單個氣缸內(nèi)和/或者氣缸的單個循環(huán)內(nèi)在可以排除自燃這種條件下噴射燃油。這一點(diǎn)可以通過相應(yīng)選擇控制時間或者噴油時間點(diǎn)達(dá)到，大致方法是在低于自燃條件時噴射少量燃油并同時在點(diǎn)火的上死點(diǎn)后不久打開至少一個排氣門。由此達(dá)到噴入的燃油不燃燒并作為未燃燒的碳?xì)浠衔锕U氣后處理系統(tǒng)導(dǎo)入放熱反應(yīng)使用。通過壓力降為產(chǎn)生碳?xì)浠衔飮娙氲娜加椭苯釉谂艢鈧?cè)導(dǎo)出。燃油進(jìn)入發(fā)動機(jī)油在相同的碳?xì)浠衔锾峁┏潭认屡c借助于補(bǔ)充噴油的傳統(tǒng)方法相比明顯減少。
在放熱反應(yīng)起動后-在例如雜質(zhì)過濾器加料“點(diǎn)火”后-不再需要輸送附加的碳?xì)浠衔镉糜谥С衷傺h(huán)。但為保持燃燒過程，必須為再循環(huán)提供足夠的氧。為達(dá)到這一點(diǎn)，依據(jù)方法步驟c)至少一個氣缸暫時作為空氣輸送裝置工作。在此方面切斷該氣缸內(nèi)的燃油噴射，而且控制時間同時這樣配合，在完成碳?xì)浠衔锒逊e后按照方法步驟b)精確提供放熱反應(yīng)所需的氧。這一點(diǎn)特別是通過為空氣輸送優(yōu)化排氣打開時間實(shí)現(xiàn)。在該氣缸內(nèi)因此不進(jìn)行燃燒，由此完全保持該氣缸充氣中的氧含量。提供優(yōu)化放熱反應(yīng)所需的氧氣量也可以在具有傳統(tǒng)較低氧剩余含量的特性曲線范圍內(nèi)分配。廢氣后處理系統(tǒng)后面的廢氣溫度明顯升高，廢氣后處理系統(tǒng)后面的突破排放明顯降低。
依據(jù)本發(fā)明的方法適用于具有催化器和雜質(zhì)過濾器的廢氣后處理系統(tǒng)。


下面借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)排氣通道結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方式；圖2示出依據(jù)圖1中線段II-II排氣通道結(jié)構(gòu)的剖面；圖3示出依據(jù)圖1中線段III-III排氣通道結(jié)構(gòu)的剖面；圖4示出依據(jù)本發(fā)明排氣通道結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方式；圖5示出依據(jù)圖4中線段V-V該排氣通道結(jié)構(gòu)的剖面；圖6示出依據(jù)圖4中線段VI-VI該排氣通道結(jié)構(gòu)的剖面；圖7示出依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)；圖8示出依據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)；圖9示出依據(jù)本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的示意圖；圖10示出進(jìn)氣收集器和渦輪之前的增壓比；圖11示出依據(jù)本發(fā)明組合的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)率與內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的比較；以及。
圖12示出帶有發(fā)動機(jī)工作曲線的壓縮機(jī)通用特性曲線。
具體實(shí)施例方式
附圖中功能相同的部件部分具有相同的附圖符號。
排氣通道結(jié)構(gòu)1具有多個設(shè)置在氣缸蓋2內(nèi)的排氣通道3a、3b、3c、3d。在連接在氣缸蓋2上的排氣管總成5的凸緣面4區(qū)域內(nèi)設(shè)置連接通道6，該通道部分通過氣缸蓋2，另一部分通過排氣管總成5形成。連接通道6在此方面無論是在氣缸蓋2內(nèi)還是在排氣管總成5內(nèi)均各自具有敞開的橫截面，并基本與凸緣面4平行設(shè)置。排氣通道3a、3b、3c、3d垂直，具有優(yōu)點(diǎn)地大致以直角通入連接通道6內(nèi)。由于連接通道6的位置，排氣管總成5可以空心，也就是例如采用金屬型鑄造法制造。
在圖1-圖3所示的實(shí)施方式中，排氣通道3a、3b、3c、3d均通入唯一的連接通道6內(nèi)，從該通道引出唯一的排氣管7。
而在圖4-圖6所示的實(shí)施方式中，各自兩個排氣通道3a、3d和3b、3c組成各自一組A′、B′，其中，每組A′、B′排氣通道3a、3d或3b、3c通入各自一個連接通道6a或6b內(nèi)。每個連接通道6a、6b通入排氣管總成5的排氣管7a、7b內(nèi)，其中，連接通道6a、6b和排氣管7a、7b-至少部分-重疊設(shè)置。
為提高內(nèi)燃機(jī)的加熱功率，連接通道6、6a、6b的壁6′、6a′、6b′與冷卻液通流的冷卻室8相鄰。由此排氣系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)冷卻液之間的接觸區(qū)域明顯提高并因此大大改進(jìn)了汽車加熱的功率。
圖7和圖8中所示的內(nèi)燃機(jī)101具有帶排氣彎管103的排氣系統(tǒng)102，該彎管沿由催化器形成的廢氣后處理裝置104的逆流設(shè)置在排氣管路105內(nèi)。消聲器106沿廢氣后處理裝置104的順流處于排氣管路內(nèi)。
排氣管路105在排氣彎管103和廢氣后處理裝置104之間雙層壁構(gòu)成，其中，在輸送廢氣的內(nèi)壁107和外壁108之間構(gòu)成形成通道109的間隙。環(huán)形通道109在廢氣彎管103的首端上具有入口110并在廢氣后處理裝置104的末端上具有出口111。在出口111的區(qū)域內(nèi)，通道109可以通過連接管112在沿消聲器106順流的一個位置113上通入排氣管路105內(nèi)。入口110可通過開關(guān)機(jī)構(gòu)114與熱源115連接。
熱源115由發(fā)熱的附加加熱裝置116形成，其排氣管117通過開關(guān)機(jī)構(gòu)114與通道109流通連接。
附加加熱裝置116也可以加熱空氣并將其取代燃燒器廢氣輸送到通道109。
如果廢氣后處理裝置104的溫度低于額定溫度范圍，那么附加加熱裝置116或者加熱空氣，或者直接利用熱的燃燒器廢氣并將其通過管道117導(dǎo)入通道109內(nèi)，由此內(nèi)燃機(jī)101和廢氣后處理系統(tǒng)104之間的排氣系統(tǒng)105得到加熱。
在圖8所示的實(shí)施方式中，入口110可有選擇地與熱源115或者冷卻源118連接。熱源115具有優(yōu)點(diǎn)地通過利用空氣作為制冷介質(zhì)工作帶有風(fēng)扇120的冷卻裝置119形成。通過開關(guān)機(jī)構(gòu)114入口110有選擇地與排氣管117、附加加熱裝置116或者與空氣冷卻系統(tǒng)119的空氣管道121流通連接。在低于額定溫度情況下，廢氣后處理裝置104通過入口110與排氣管117的連接加熱。在達(dá)到下限額定溫度的情況下，通過開關(guān)機(jī)構(gòu)114可以將與入口110的連接分離，從而既不進(jìn)行附加加熱，也不進(jìn)行排氣管路105的冷卻。如果超過廢氣后處理裝置104的溫度上限，那么排氣系統(tǒng)102與冷卻源118連接，方法是通過開關(guān)機(jī)構(gòu)114產(chǎn)生入口110和空氣管道121之間的流通連接。在此方面，風(fēng)扇120將冷卻的外界空氣通過通道109輸送并相應(yīng)地冷卻排氣系統(tǒng)102。
圖9示出依據(jù)本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)201的示意方框圖。該柴油內(nèi)燃機(jī)201具有至少一個氣缸202、進(jìn)氣管路統(tǒng)203、排氣系統(tǒng)204、內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)205和外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206。附圖符號207表示具有進(jìn)氣管路209內(nèi)壓縮機(jī)208和排氣管路211內(nèi)渦輪210的廢氣渦輪增壓器。渦輪210可以通過旁通管道212迂回。進(jìn)氣空氣通過空氣濾清器213進(jìn)入進(jìn)氣管路209，通過壓縮機(jī)208壓縮并輸送到中間冷卻器214，通過該冷卻器壓縮的進(jìn)氣空氣進(jìn)入進(jìn)氣收集器215內(nèi)。從進(jìn)氣收集器215增壓空氣通過進(jìn)氣通道216和未示出的進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸202。
廢氣從氣缸202通過未示出的排氣門和排氣通道217進(jìn)入排氣管路211。從排氣管路211沿渦輪210的逆流分支外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206的廢氣再循環(huán)管218，其中，在廢氣再循環(huán)管218內(nèi)設(shè)置廢氣再循環(huán)冷卻器219。
為控制外部廢氣再循環(huán)，在廢氣再循環(huán)管218內(nèi)設(shè)置廢氣再循環(huán)閥220。廢氣再循環(huán)閥220具有優(yōu)點(diǎn)地通過作為控制壓力管221構(gòu)成的控制管222操縱。在圖9所示的實(shí)施例中，控制壓力管221與進(jìn)氣收集器215流通連接并因此通過壓縮機(jī)208后面的增壓壓力，確切地說是通過進(jìn)氣收集器215內(nèi)的壓力控制。為了延遲瞬時加速過程中外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206的轉(zhuǎn)換時間，控制壓力管221內(nèi)具有機(jī)械延遲節(jié)223，該延遲節(jié)以簡單的方式通過足夠尺寸和控制壓力管221入口上作為膜片構(gòu)成節(jié)流閥225的壓力罐224存在于壓力罐224內(nèi)。壓力罐224通過該節(jié)流閥225緩慢進(jìn)氣，而廢氣再循環(huán)閥220的轉(zhuǎn)換時間僅隨時間延遲產(chǎn)生。因此防止加速運(yùn)行時由于過大廢氣再循環(huán)量的煙氣排放。
作為對此的選擇，廢氣再循環(huán)閥220也可以通過真空轉(zhuǎn)換，該真空如圖9中虛線所示通過真空泵226產(chǎn)生。真空泵226在此方面或者通過電子控制單元或者-特別簡單地-通過噴油泵上的機(jī)械開關(guān)轉(zhuǎn)換，該開關(guān)根據(jù)噴油泵位置將真空轉(zhuǎn)換到廢氣再循環(huán)閥的控制管上。真空打開廢氣再循環(huán)閥220。真空泵226可以或者由內(nèi)燃機(jī)或者電動驅(qū)動。為了延遲瞬時加速過程中外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206的轉(zhuǎn)換時間，在這里真空泵226和廢氣再循環(huán)閥220之間也具有機(jī)械延遲節(jié)223，其中，壓力罐223通過真空泵226產(chǎn)生真空。
作為對氣動操縱的廢氣再循環(huán)閥220的選擇，也可以使用電動轉(zhuǎn)換的廢氣再循環(huán)閥。轉(zhuǎn)換過程和時間延遲與此同時通過電子控制單元電動進(jìn)行。
內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)205凸輪控制，其中，廢氣再循環(huán)量在轉(zhuǎn)速上的變化通過進(jìn)氣凸輪的卸荷凸輪適當(dāng)?shù)男螤詈臀恢玫玫絻?yōu)化。進(jìn)氣凸輪和卸荷凸輪與凸輪軸固定連接。為盡可能簡單和耐用地構(gòu)成柴油內(nèi)燃機(jī)，沒有凸輪軸調(diào)整裝置。因此在排氣行程期間與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速無關(guān)，至少一個進(jìn)氣門通過卸荷凸輪以恒定值打開。內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)205與此同時適當(dāng)構(gòu)成，從而在中轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生足夠高的廢氣再循環(huán)率并在低轉(zhuǎn)速下幾乎不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。為在中高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時達(dá)到明顯的NOx還原，從基本上通過進(jìn)氣收集器215內(nèi)和渦輪210前面的增壓比確定的一預(yù)先確定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速起，多余的廢氣通過外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206輸送。高轉(zhuǎn)速n下所要求的提高廢氣再循環(huán)率如圖10和圖11所示，通過在內(nèi)燃機(jī)201貫穿存在的增壓比本身的工作范圍內(nèi)適當(dāng)選擇外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206的廢氣再循環(huán)管218直徑產(chǎn)生。
圖10示出渦輪210前面排氣管路211內(nèi)的壓力PA和在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n上進(jìn)氣收集器215內(nèi)的壓力PE。EGRext表示從排氣管路211到進(jìn)氣收集器215的外部再循環(huán)范圍。在高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下，壓縮的增壓空氣可以通過接通的外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)206從進(jìn)氣收集器215輸送到渦輪210前面，如果渦輪210前面的PA低于進(jìn)氣收集器215內(nèi)壓力PE的話(根據(jù)發(fā)動機(jī)功率的低中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n)。該范圍在圖10中以R示出。這種效應(yīng)是完全希望的，因?yàn)橛纱嗽趫D12中所示低中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n下的壓縮機(jī)特性曲線上的工作點(diǎn)P1、P2在向壓縮機(jī)208的效率最佳化的高料流M方向上移動。在高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n下，通過強(qiáng)烈上升的廢氣再循環(huán)量，壓縮機(jī)特性曲線上的工作點(diǎn)P3、P4、P5在低料流M的方向上移動，并重新處于壓縮機(jī)208效率最佳化OPT的附近。在圖12所示的壓縮機(jī)近似特性曲線中，示出校正輸送流M上的增壓比PR。附圖符號S表示泵極限，附圖符號OPT表示最佳效率的范圍。在特性曲線中，線段A表示無外部廢氣再循環(huán)的運(yùn)行，線段B表示有外部廢氣再循環(huán)的運(yùn)行。明顯看出，壓縮機(jī)特性曲線中的工作點(diǎn)P1、P2、P3、P4、P5始終在效率最佳化OPT的方向上移動。
此外，轉(zhuǎn)速n上強(qiáng)烈上升的廢氣再循環(huán)量EGR使無調(diào)節(jié)渦輪210的使用變得容易，因?yàn)榱狭魍ㄟ^渦輪210以廢氣再循環(huán)量EGR下降。
圖11示出轉(zhuǎn)速n上的廢氣再循環(huán)率EGR，表示通過線段C、D、E、F所示不同構(gòu)成的內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)部與外部組合的廢氣再循環(huán)G。通過卸荷凸輪、進(jìn)氣凸輪的位置和形狀，雖然可以有利構(gòu)成內(nèi)部廢氣再循環(huán)量在轉(zhuǎn)速n上的變化，但廢氣再循環(huán)率的影響特別是在高轉(zhuǎn)速下受到限制。提高廢氣再循環(huán)率只有通過曲線G所示的內(nèi)部和外部組合的廢氣再循環(huán)才能達(dá)到。
隨同申請書遞交的權(quán)利要求書是對取得進(jìn)一步的權(quán)利保護(hù)無偏見的表達(dá)建議。申請人保留對迄今為止僅在說明書和/或者附圖中公開的其他特征的要求。
在從屬權(quán)利要求所使用逆向關(guān)系中，指出主權(quán)利要求的主題通過各自從屬權(quán)利要求特征的進(jìn)一步構(gòu)成；不應(yīng)將它們理解為對逆向關(guān)系從屬權(quán)利要求的特征取得獨(dú)立、主題保護(hù)的放棄。
然而，這些從屬權(quán)利要求的主題也形成獨(dú)立的發(fā)明，這些發(fā)明具有獨(dú)立于前述從屬權(quán)利要求主題的構(gòu)成。
本發(fā)明也并非局限于說明書的該(這些)實(shí)施例上。確切地說，本發(fā)明的框架可以大量變化和修改，特別是這些方案、基本概念和組合和/或者材料，它們例如通過在與通用說明書中的實(shí)施方式以及權(quán)利要求書相結(jié)合介紹的并在附圖中包含的各特征或基本概念或者方法步驟的組合或者變化均是獨(dú)創(chuàng)性的，并通過可組合的特征產(chǎn)生一個新的主題或者產(chǎn)生新的方法步驟或方法步驟序列，就此而言它們也涉及制造、檢驗(yàn)和操作方法。
權(quán)利要求
0.一種內(nèi)燃機(jī)，它具有帶至少一個排氣管路的一排氣系統(tǒng)，該排氣管路通過一排氣彎管連接在該內(nèi)燃機(jī)上，其特征在于，沿該排氣彎管的順流設(shè)置至少一廢氣后處理裝置，其中，該廢氣后處理裝置和/或者排氣管路沿廢氣后處理裝置的逆流至少部分以雙層壁構(gòu)成，其中，在輸送廢氣的一內(nèi)壁和一外壁之間構(gòu)成至少一形成可由熱傳遞介質(zhì)流通的通道間隙，其中，該通道最好在排氣彎管的一起始區(qū)內(nèi)具有一入口并最好在廢氣后處理裝置的結(jié)束區(qū)內(nèi)具有一出口。
1.特別是按權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，通道可通過最好由一附加加熱裝置形成的熱源加熱。
2.特別是按權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該附加加熱裝置為一發(fā)熱加熱裝置并具有至少一個可與一通道入口連接、用于燃燒器排氣的排氣管。
3.特別是按權(quán)利要求1-3之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該入口通過至少一個開關(guān)器件可有選擇地與熱源或者至少一個冷卻源功能連接。
4.特別是按權(quán)利要求1-4之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷卻源通過至少一個采用空氣作為冷卻介質(zhì)工作、最好具有一風(fēng)扇的冷卻裝置形成。
5.特別是按權(quán)利要求1-5之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷卻源通過至少一個次級風(fēng)扇形成。
6.特別是按權(quán)利要求1-6之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，冷卻源和熱源通過同一部件形成。
7.一種具有一排氣通道結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，特別是用于直噴液體冷卻的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在氣缸蓋內(nèi)每個氣缸設(shè)置至少一個由一冷卻室至少部分環(huán)繞的排氣通道，其中，至少一組排氣通道在氣缸蓋的區(qū)域內(nèi)相互流通連接并通向連接在一氣缸蓋凸緣面上的一共用的排氣管總成，其中，排氣通道之間的流通連接通過至少一個在該氣缸蓋凸緣面區(qū)域內(nèi)成型且具有向凸緣面敞開的橫截面的連接通道形成。
8.特別是按權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該連接通道基本上與該凸緣面平行分布。
9.特別是按權(quán)利要求8或9所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該排氣通道最好大致以直角垂直通入該連接通道內(nèi)。
10.特別是按權(quán)利要求8-11之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該連接通道的壁至少在氣缸蓋的面上與冷卻室相鄰。
11.特別是按權(quán)利要求8-11之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該連接通道部分通過排氣管總成形成，其中，最好該連接通道的至少半個橫截面在氣缸蓋內(nèi)成型。
12.特別是按權(quán)利要求8-12之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少兩個具有向凸緣面敞開的橫截面的連接通道至少部分在氣缸蓋內(nèi)成型，其中，在每個連接通道內(nèi)各自通入一組排氣通道。
13.特別是按權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該連接通道在排氣管總成內(nèi)分開，最好-沿氣缸軸線方向-重疊設(shè)置。
14.特別是按權(quán)利要求8-14之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該排氣管總成無側(cè)凹地構(gòu)成并可采用金屬型鑄造法制造。
15.一種內(nèi)燃機(jī)，特別是柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該內(nèi)燃機(jī)具有一種特別是取決于負(fù)荷，最好通過一卸荷凸輪控制的內(nèi)部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，還附加具有一個外部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有至少一個取決于負(fù)荷并可通過至少一個控制管控制的廢氣再循環(huán)閥，其中，最好在控制管內(nèi)設(shè)置至少一個延遲節(jié)。
16.特別是按權(quán)利要求16所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該延遲節(jié)為一機(jī)械延遲節(jié)。
17.特別是按權(quán)利要求16或17所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制管為一氣動控制壓力管，而且該機(jī)械延遲節(jié)具有至少一個壓力罐。
18.特別是按權(quán)利要求18所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在該壓力罐內(nèi)控制壓力管的一入口上設(shè)置至少一個最好是膜片的節(jié)氣門。
19.特別是按權(quán)利要求18或19所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制壓力管與至少一個進(jìn)氣收集器流通連接。
20.特別是按權(quán)利要求18-20之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制壓力管與至少一個可在取決于柴油內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換的真空泵連接。
21.特別是按權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該真空泵可通過柴油內(nèi)燃機(jī)機(jī)械驅(qū)動。
22.特別是按權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該真空泵可被電動驅(qū)動。
23.特別是按權(quán)利要求21-23之一項(xiàng)所述的具有一燃油噴油泵的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該真空泵可在取決于噴油泵位置的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
24.特別是按權(quán)利要求16-24之一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，時間延遲節(jié)為電動或者電子時間延遲節(jié)。
25.特別是按權(quán)利要求16-25之一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該廢氣再循環(huán)閥通過至少一個電氣控制管與電子控制單元連接并通過該單元可在取決于負(fù)荷的情況下直接進(jìn)行電動轉(zhuǎn)換。
26.一種用于內(nèi)燃機(jī)，特別是直噴柴油內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)的再生的方法，其特征在于，再生通過至少一個發(fā)動機(jī)內(nèi)部的措施在取決于廢氣后處理系統(tǒng)溫度的情況下導(dǎo)入，其中，最好為導(dǎo)入和實(shí)施再生a)在廢氣后處理系統(tǒng)的溫度低于確定的再生溫度的情況下提高內(nèi)部的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，b)在達(dá)到廢氣后處理系統(tǒng)再生溫度的情況下，至少一個氣缸的至少一個換氣閥的噴射時間點(diǎn)和/或者控制時間這樣地調(diào)整，即，使所噴入的燃油不能點(diǎn)火，從而未燃燒的燃油儲存在廢氣后處理系統(tǒng)的前面，c)在達(dá)到至少一個氣缸內(nèi)廢氣后處理系統(tǒng)的再生溫度后切斷燃油噴射，而且該氣缸作為廢氣后處理系統(tǒng)的空氣輸送裝置工作。
27.特別是按權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在步驟a)中為提高內(nèi)部的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，對至少一個氣缸的至少一個換氣閥這樣地進(jìn)行改變，即，使它產(chǎn)生最大壓縮功。
28.特別是按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，在產(chǎn)生最大壓縮功的氣缸內(nèi)停止燃油噴射。
29.特別是按權(quán)利要求27-30之一所述的方法，其特征在于，一個或者多個氣缸交替采用標(biāo)準(zhǔn)的和提高的內(nèi)部發(fā)動機(jī)負(fù)荷工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，具有帶至少一個排氣管路(105)的排氣系統(tǒng)(102)，排氣管路通過排氣彎管(103)連接在內(nèi)燃機(jī)(101)上。沿排氣彎管(103)的順流設(shè)置至少一個廢氣后處理裝置(104)，其中，廢氣后處理裝置(104)和/或者排氣管路(105)沿廢氣后處理裝置(104)的逆流至少部分雙層壁構(gòu)成。
文檔編號F01N3/30GK1798911SQ200480014817
公開日2006年7月5日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者T·卡特斯, A·布勞恩, H·F·西茨, F·伯霍夫, J·瓦格納 申請人:Avl里斯脫有限公司