具有冷卻式渦輪的內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包含至少一個汽缸蓋和冷卻式渦輪的內(nèi)燃發(fā)動機，其中
[0002]-至少一個汽缸蓋具有至少一個汽缸，
[0003]-每個汽缸具有用于從汽缸釋放排氣的至少一個出口，并且每個出口鄰接排氣管道，其中至少一個汽缸的至少一個排氣管道通進渦輪的入口區(qū)域，該入口區(qū)域過渡進排氣引導流道，以及
[0004]-該渦輪包含安裝在渦輪殼體中的可旋轉(zhuǎn)軸上的至少一個轉(zhuǎn)子，該渦輪具有至少一個冷卻管道以形成冷卻裝置，所述冷卻管道被集成在殼體中，并且該冷卻管道由至少一個壁限定并形成。
【背景技術(shù)】
[0005]內(nèi)燃發(fā)動機具有汽缸體和至少一個汽缸蓋，汽缸體和汽缸蓋在其裝配端側(cè)相互連接以形成至少一個汽缸，即燃燒室。
[0006]為了保持活塞或汽缸套，汽缸體具有對應數(shù)量的汽缸孔。活塞在汽缸套中以軸向可移動的方式被引導，并且與汽缸套和汽缸蓋一起形成內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室。
[0007]汽缸蓋通常用于保持氣門驅(qū)動裝置。為了控制充氣交換，內(nèi)燃發(fā)動機需要控制元件和用于致動控制元件的致動裝置。在充氣交換期間，燃燒氣體經(jīng)由出口被釋放，并且燃燒室被充氣，即新鮮混合氣或充氣空氣經(jīng)由入口被吸入。為了控制四沖程發(fā)動機中的充氣交換，幾乎只使用提升閥作為控制元件，這些提升閥在內(nèi)燃發(fā)動機的操作期間執(zhí)行振蕩的提升運動，并且這些提升閥以此方式打開和關(guān)閉入口及出口。氣門的運動所需的氣門致動機構(gòu)(包括這些氣門本身)被稱為氣門驅(qū)動裝置。
[0008]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通向入口的進氣道和出氣道(即鄰近出口的排氣管道)被至少部分地集成在汽缸蓋中。在這種情況下，單個汽缸的出口的排氣管道一般在汽缸蓋內(nèi)合并，從而形成與汽缸相關(guān)的合成排氣管道，在所述合成排氣管道合并之前，其通常形成單個總排氣管道。在本發(fā)明的背景下，排氣管道合并形成總排氣管道一般被稱為排氣歧管。
[0009]在至少一個歧管的下游，排氣隨后被供應到渦輪(例如排氣渦輪增壓器的渦輪)，并且如果合適，被引導通過一個或多個排氣后處理系統(tǒng)。
[0010]渦輪的生產(chǎn)成本是比較高的，因為用于承受高熱負荷的渦輪殼體的通常含鎳材料是昂貴的，特別是涉及優(yōu)選用于汽缸蓋的材料，例如鋁。不僅材料成本本身而且加工所述用于渦輪殼體的材料的成本都是相對高的。
[0011]根據(jù)上述內(nèi)容可以確定，在成本方面，如果可以提供由較便宜材料(例如鋁或鑄鐵)制造的渦輪，將會是非常有利的。
[0012]使用鋁對于渦輪的重量而言也將是有利的。特別是考慮到渦輪靠近發(fā)動機的布置導致相對大尺寸的大體積殼體時，尤其如此。這是因為考慮到有限的空間狀況，渦輪與汽缸蓋通過凸緣和螺釘?shù)倪B接需要大的渦輪入口區(qū)域，也是因為必須為裝配工具提供足夠的空間。體積大的殼體與相對高的重量相關(guān)聯(lián)。在靠近發(fā)動機布置渦輪的情況下，考慮到比較高的材料使用，鋁優(yōu)于可承受高負荷的材料的重量優(yōu)點是特別明顯的。
[0013]為了能夠使用更便宜的材料來制造渦輪，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪被提供有冷卻裝置，例如被提供有液體式冷卻裝置，該冷卻裝置顯著降低了熱排氣對渦輪和渦輪殼體造成的熱負荷，并且因此允許使用可承受較低熱負荷的材料。
[0014]一般來說，渦輪殼體被提供有冷卻套，以便形成冷卻裝置?，F(xiàn)有技術(shù)公開了這樣兩種概念，即殼體是鑄件并且冷卻套在鑄造過程中被形成為整體式殼體的一體組成部分，以及殼體具有模塊化結(jié)構(gòu)，其中在裝配期間形成充當冷卻套的腔室。
[0015]例如在德國公開說明書DE102008011257A1中描述了根據(jù)后一概念設(shè)計的渦輪。渦輪的液體式冷卻裝置借助于被提供有外殼的實際渦輪殼體來形成，使得在殼體與布置成與其間隔開的至少一個外殼元件之間形成能夠引入冷卻劑的腔體。然后，被擴展以包括外殼裝置的殼體圍住冷卻套。
[0016]EP1384857A2同樣公開了一種渦輪，其殼體裝配有冷卻套。
[0017]DE102007017973A1描述了一種用于形成蒸汽冷卻式渦輪外殼的結(jié)構(gòu)套件。
[0018]考慮到液體(特別是通常使用的水)的高比熱容，通過液體式冷卻能夠從殼體中汲取大量的熱。熱量消散到殼體內(nèi)部中的冷卻劑，并且通過冷卻劑排放掉。在熱交換器中再次從冷卻劑汲取消散到冷卻劑中的熱量。
[0019]基本上可能的是，渦輪的液體式冷卻裝置裝配有單獨的熱交換器，或者在液冷式內(nèi)燃發(fā)動機的情況下，發(fā)動機冷卻裝置的熱交換器(即不同液體式冷卻裝置的熱交換器)用于這個目的。后者僅需要兩個回路之間的對應連接。
[0020]然而，在此背景下必須考慮的是，將被渦輪中的冷卻劑吸收的熱量可以總計達40kW，或者在只能承受低熱負荷的材料(諸如鋁)被用來制造殼體的情況下更多。已經(jīng)證明，如此大量的熱被從冷卻劑中提取出并在熱交換器中通過氣流釋放到環(huán)境中是有問題的。
[0021]現(xiàn)代的機動車輛驅(qū)動裝置適當?shù)匮b配有大功率的風扇馬達，以便在熱交換器處提供足夠高的熱傳遞所需要的空氣質(zhì)量流量。然而，對于熱傳遞來說非常重要的另一參數(shù)(具體是為熱傳遞所提供的表面積)不能被制作得任意大或被任意地擴大，因為車輛中一般布置有各種熱交換器的前端區(qū)域中的空間可用性是有限的。
[0022]除了用于發(fā)動機冷卻的熱交換器外，現(xiàn)代的機動車輛通常具有另外的熱交換器，特別是冷卻裝置。
[0023]增壓空氣冷卻器通常被布置在機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的進氣側(cè)上，以便有助于改善汽缸的充氣。經(jīng)由油底殼通過熱傳導和自然對流進行的熱消散通常不再足以支持最大可允許的機油溫度，從而在個別情況下提供機油冷卻器。此外，現(xiàn)代的內(nèi)燃發(fā)動機越來越多地裝配有排氣再循環(huán)。排氣再循環(huán)是用于減少氮氧化物形成的措施。為了獲得氮氧化物排放物的相當多的減少，需要高排氣再循環(huán)率，其要求冷卻將被再循環(huán)的排氣，即通過冷卻來壓縮排氣?？梢蕴峁┝硗獾睦鋮s器，例如以便在自動變速器的情況下冷卻變速器機油，和/或以便冷卻在可液壓致動調(diào)整裝置內(nèi)使用的和/或用于轉(zhuǎn)向輔助的液壓流體(特別是液壓機油)?？照{(diào)系統(tǒng)的空調(diào)冷凝器同樣是熱交換器，該熱交換器必須在操作期間將熱消散到環(huán)境中，即其需要足夠大的氣流并且因此必須被布置在前端區(qū)域中。
[0024]考慮到前端區(qū)域中極其有限的空間狀況的可能性和熱交換器的多樣性，在一些情況下，不能根據(jù)需要設(shè)置各個熱交換器的尺寸。
[0025]實際上，不可能在前端區(qū)域中為渦輪的液體式冷卻布置足夠大的熱交換器，以便也能夠消散當使用只能承受低熱負荷的材料時產(chǎn)生的大量熱。
[0026]在冷卻式渦輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因此需要冷卻能力與材料之間的折中。
[0027]為了能夠使更便宜的材料用于渦輪，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)也有可能在排氣側(cè)上為渦輪裝配絕緣件。在國際申請W02010/039590A1中公開了這樣的概念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]在上述內(nèi)容的背景下，本發(fā)明的目的是提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其在渦輪方面進行了優(yōu)化。
[0029]所述目的通過包含至少一個汽缸蓋和冷卻式渦輪的內(nèi)燃發(fā)動機來實現(xiàn)，其中
[0030]-至少一個汽缸蓋具有至少一個汽缸，
[0031]-每個汽缸具有用于從汽缸釋放排氣的至少一個出口，并且每個出口鄰接排氣管道，其中至少一個汽缸的至少一個排氣管道通進渦輪的入口區(qū)域，該入口區(qū)域過渡進排氣引導流道，