带有具有集成的排出通道的汽缸盖的内燃发动的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及带有具有集成的排出通道的汽缸盖的内燃发动机。本实用新型提供了一种内燃发动机。发动机包括汽缸盖，汽缸盖具有汽缸、进气口和冷凝物排出通道，其中汽缸具有排气门开口和进气门开口，进气口与进气门开口流体连通，并且被配置为使进气通过进气门开口流至汽缸，冷凝物排出通道延伸到进气口的壁中，并且包括被设置在入口下游的出口，入口被竖直地设置在出口的上方。本实用新型能够在不增加进气系统的尺寸的情况下，降低冷凝物对燃烧性能的影响，由此改善燃烧性能。
【专利说明】带有具有集成的排出通道的汽缸盖的内燃发动机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年4月15日提交的德国专利申请N0.102013206690.2的优先权，为了所有目的，其整个内容被并入本文以供参考。
【技术领域】
[0003]本公开涉及具有延伸到进气口的壁中的排出通道的内燃发动机。
【背景技术】
[0004]为了增加内燃发动机的功率输出或为较小排量的发动机提供与较大的自然吸气式发动机等同的功率输出，在发动机中使用诸如涡轮增压器以及机械增压器的增压装置。然而，增压装置中的压缩机会增加增压空气的温度，由此减少提供给汽缸的压缩空气量。因此，在发动机中使用增压空气冷却器，以便从压缩机下游的空气去除热，从而增加空气密度，由此增加燃烧效率和/或发动机功率输出。
[0005]然而，增压空气冷却器还会产生可能负面影响燃烧性能的冷凝物。具体地，冷凝物可能聚集在进气系统的各种区域中。然后大量的冷凝物可能以不可预测的时间间隔被释放到汽缸中。因此，通过增压装置实现的一些益处可能由于增压空气冷却器产生的冷凝物而被减弱。
[0006]US8, 371，119公开了一种具有排放阀的发动机，其中排放阀被设置在空气冷却器下游的进气管道中，用于减少进气系统中冷凝物的量。发明人已经认识到在US8，371，119中公开的发动机的若干缺点。排放阀可能成本昂贵，以及增加进气系统的轮廓。而且，基于在其中布置排放阀的进气管道中的压力致动排放阀。因此，排放阀可以在某些发动机工况下不起作用，由此限制能够从进气系统中去除的冷凝物的量。
实用新型内容
[0007]本实用新型解决了现有技术存在的技术问题。
[0008]因此在一种方法中，提供了一种内燃发动机。发动机包括汽缸盖，汽缸盖具有汽缸、进气口和冷凝物排出通道，其中汽缸包括排气门开口和进气门开口，进气口与进气门开口流体连通，并且被配置为使进气通过进气门开口流至汽缸，冷凝物排出通道延伸到进气口的壁中。冷凝物排出通道包括被设置在入口下游的出口，入口被竖直设置在出口的正上方。
[0009]以此方式，排出通道可以被集成到汽缸盖中。排出通道将计量量的冷凝物流提供到汽缸中，从而减少在进气系统中积聚的冷凝物。因此，少量的冷凝物可以在发动机运转期间被引导至汽缸，从而降低冷凝物对燃烧性能的影响。因此，降低了大量的冷凝物一次流入汽缸的可能性，由此改善了燃烧性能。此外，排出通道集成到汽缸盖中使得能够在发动机中提供冷凝物管理特性，而不会增加进气系统的尺寸。因此，当与具有设置在进气系统中的冷凝物排出子系统的发动机相比时，如果需要，可以降低发动机中的进气系统的紧凑性。
[0010]根据本实用新型，提供一种内燃发动机，其包含:汽缸盖和被设置在所述进气系统中的增压空气冷却器。所述汽缸盖具有至少一个汽缸，每个汽缸具有:与排气口流体连通的至少一个排气门开口，所述排气口被配置为经由排气系统排出排气；以及与进气口流体连通的至少一个进气门开口，所述进气口被配置为向所述汽缸供应空气；延伸到所述进气口的壁中的至少一个通道，所述通道具有入口和出口，并且被配置为使冷凝物朝向所述汽缸流动，其中所述出口被设置在所述入口的下游。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，所述至少一个通道是敞开的通道。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，所述至少一个通道是周向闭合的管道。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，所述至少一个通道是大体直的。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，其中沿朝向所述进气门开口的方向以倾斜角度布置所述至少一个通道。
[0015]根据本实用新型的一个实施例，其中所述至少一个通道延伸到被包括在所述汽缸盖中的增压室中。
[0016]根据本实用新型的一个实施例，其中所述进气系统包含具有增压室的入口歧管，所述至少一个进气口从所述入口歧管通向所述至少一个汽缸的所述至少一个进气门开口。
[0017]根据本实用新型的一个实施例，其中所述增压空气冷却器与所述入口歧管共同形成。
[0018]根据本实用新型的一个实施例，其中所述增压空气冷却器被布置在相对于竖直轴线比所述进气口更高的位置处。
[0019]根据本实用新型的一个实施例，其中所述进气系统的竖直高度沿从所述增压空气冷却器到所述进气门开口的流动方向连续降低。
[0020]根据本实用新型的一个实施例，所述发动机还包含排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器包括布置在所述排气系统中的涡轮和布置在所述进气系统中的压缩机。
[0021]根据本实用新型的一个实施例，其中所述增压空气冷却器被设置在所述压缩机的下游。
[0022]根据本实用新型的一个实施例，所述发动机还包含排气再循环系统即EGR系统，所述排气再循环系统包括EGR管道，所述EGR管道在所述涡轮下游的位置处连接至所述排气系统，并在所述压缩机上游的位置处连接至所述进气系统。
[0023]根据本实用新型的一个实施例，所述发动机还包含排气再循环系统即EGR系统，所述排气再循环系统包括EGR管道，所述EGR管道在所述涡轮上游的位置处连接至所述排气系统，并在所述压缩机下游的位置处连接至所述进气系统。
[0024]根据本实用新型的一个实施例，其中所述EGR管道在所述增压空气冷却器下游的位置处连接至所述进气系统。
[0025]根据本实用新型，提供一种内燃发动机，其包含汽缸盖，所述汽缸盖包括:汽缸，其具有排气门开口和进气门开口；进气口，其与所述进气门开口流体连通，并且被配置为使进气通过所述进气门开口流至所述汽缸；以及冷凝物排出通道，其延伸到所述进气口的壁中，并且包括被设置在入口下游的出口，所述入口被竖直地设置在所述出口的上方。
[0026]根据本实用新型的一个实施例，其中冷凝物排出通道从所述进气口的入口延伸到进气增压室内，而所述壁沿竖直方向延伸，并且其中相对于放置车辆的地面基于安装在所述车辆中的发动机确定所述竖直方向。
[0027]根据本实用新型的一个实施例，其中所述进气增压室被设置在增压空气冷却器的下游，而所述增压空气冷却器被设置在压缩机的下游。
[0028]根据本实用新型的一个实施例，其中所述增压空气冷却器被竖直地设置在所述进气口的上方。
[0029]当单独或结合附图参照以下【具体实施方式】时，本实用新型的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
[0030]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。另外，发明人在此已经认识到上述问题，并不认为其是众所周知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1示出了内燃发动机的实施例的汽缸盖的立体图；
[0032]图2示出了图1所示的内燃发动机的示意图；以及
[0033]图3示出了用于形成内燃发动机的方法。
【具体实施方式】
[0034]在本文中描述了一种具有汽缸盖的内燃发动机，该汽缸盖具有至少一个汽缸。发动机可以包括汽缸，汽缸具有与排气口流体连通的至少一个排气门开口，排气口被配置为经由排气系统排出排气。汽缸还可以包括与进气口流体连通的至少一个进气门开口，进气口被配置为经由进气系统向汽缸供应增压空气。发动机还可以包括设置在进气系统中的增压空气冷却器以及与进气系统和排气系统流体连通的排气再循环(EGR)系统。
[0035]内燃发动机可以驱动机动车辆。在本实用新型的背景下，词语“内燃发动机”包含柴油发动机、奥托循环发动机以及混合动力内燃发动机，也就是，以混合燃烧过程运转的内燃发动机和/或具有电机的内燃发动机，电机能够根据驱动连接至内燃发动机并从内燃发动机吸收动力或输出额外动力。
[0036]内燃发动机可以配备有机械增压，其中机械增压提供了用于增加动力的方法，在该方法中用于在发动机中燃烧的增压空气被压缩。因此，可以在每个工作循环向每个汽缸供应更大质量的增压空气。以此方式，如果需要，能够增加燃料质量以及因此增加平均有效压力。
[0037]对于机械增压而言，可以使用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮被布置在相同的轴上，热排气流被供应至涡轮，在所述涡轮中膨胀，释放能量，并且由此使轴旋转。由排气流供应给轴的能量用于驱动被同样布置在轴上的压缩机。压缩机传送并压缩供应给它的增压空气，因此获得气缸的机械增压。
[0038]机械增压器被用作排气涡轮增压装置的替代选择或与排气涡轮增压装置结合也是可能的。机械增压能够增加内燃发动机的动力同时维持不变的容积排量，或用于减小容积排量同时维持相同的动力。在任何情况下，机械增压都可以导致体积功率输出的增加以及动力重量比的增加。对于相同的车辆边界条件，因此使负荷集合朝向较高负荷转变是可能的，在较高负荷下，特定的燃料消耗较低。
[0039]因此，机械增压有效地帮助内燃发动机的改进，从而减少燃料消耗，也就是，提高内燃发动机的效率。通过机械增压的目标配置，获得关于排气排放的益处是可能的。
[0040]然而，为了减少污染物排放，可以采取进一步的措施。这里，开发工作会特别集中于尤其减少氮氧化物排放，这可能与柴油发动机高度相关。由于氮氧化物的形成不仅需要过多的空气而且还需要高温，因此一种用于减少氮氧化物排放的构思在于开发具有较低燃烧温度的燃烧过程。
[0041]这里，在实现这个目标方面，排气再循环(EGR)(即，燃烧气体从出口侧到入口侧的再循环)是有利的，其中通过增加排气再循环率来显著地减少氮氧化物排放是可能的。这里，排气再循环率xEeR被确定为xEeR = mEGE/ (mEeK+m_sn),其中mEeK表示再循环的排气的质量，而^^^^表示供应的新鲜空气。
[0042]在一个示例中，为了获得氮氧化物排放的显著减少，可能需要大约X.^ 60%至70%的高排气再循环率。
[0043]增压空气冷却器可以被提供在发动机的进气系统中。增压空气冷却器可以被配置为在增压空气进入发动机中的汽缸之前从增压空气去除热。冷却器降低了温度，并且由此增加了增压空气的密度，使得冷却器也有助于汽缸充气的改善，即较大的空气质量。实际上，发生了由于冷却而产生的压缩。
[0044]然而，增压空气的冷却也会引起问题。在冷却的过程中，如果未到达气态增压空气流成分的露点温度，则之前在增压空气中含有的仍处于气态形式的液体(特别是水)可能冷凝出来。这里，析出的冷凝物可以不会以极小的量被连续带走，并且基于动力学，不会被增压空气流供应给至少一个汽缸。相反，冷凝物聚集在进气系统中和/或在增压空气冷却器中，并且例如在由于转弯、坡度以及隆起引起的横向加速的情况下，不可预测地将相对大量的冷凝物从增压空气冷却器或从进气系统突然引入到至少一个汽缸内。后者被称为水锤现象，在一些情况下，这不仅会导致内燃发动机运转的严重中断，而且还会导致增压空气冷却器下游的部件的不可逆性损伤。
[0045]结合排气再循环(EGR)系统，特别是在增加再循环速率的情况下，会增强上述的冷凝问题，因为通过再循环的排气流速的增加，增压空气中的各排气成分(特别是排气中含有的水)的摩擦不可避免地增加。
[0046]因此，在现有技术的发动机中，在机械增压的内燃发动机的情况下，可以限制经由低压EGR装置再循环的排气流速，以便减小冷凝出来的水量，或者以便完全阻止冷凝。所述限制与显著减少氮氧化物排放所需的高排气再循环率相对。
[0047]在现有技术的发动机中，所需的高再循环率可以仅在机械增压的内燃发动机的情况下通过高压EGR实现，其中将被再循环的排气从涡轮上游的排气系统抽取，并且被引入压缩机或增压空气冷却器的下游的进气系统中。
[0048]在通过排气涡轮增压以及同时使用高压EGR使内燃发动机运转的情况下，在涡轮上游抽取的再循环的排气不再可用于驱动涡轮。在排气再循环率增加的情况下，被引入到涡轮中的排气流进一步减少。通过涡轮的减少的排气质量流量导致较低的涡轮压力比。因此，充气压力比也下降，这相当于较低的充气压力以及较小的增压空气流。
[0049]在本文中描述了可以在进气系统中的冷凝物形成方面以及在所述冷凝物的排出方面改进的内燃发动机。在本文中还描述了用于构造上述内燃发动机的方法。
[0050]在一个示例中，提供了一种具有汽缸盖的内燃发动机，该汽缸盖具有至少一个汽缸。汽缸包括至少一个排气门开口，该排气门开口与排气口流体连通(例如，邻近或直接邻近)，排气口用于经由排气系统排出排气。汽缸还包括至少一个进气门开口，该进气门开口与进气口流体连通(例如，例如，邻近或直接邻近)，进气口用于经由进气系统供应增压空气。应认识到，直接邻近意味着没有介入的物体、部件等设置在相关的元件之间。发动机还可以包括在进气系统中的增压空气冷却器以及与进气系统和排气系统流体连通的排气再循环(EGR)系统。进气口可以包括位于其中的至少一个通道，该通道具有入口和出口，并且被配置为使冷凝物流至汽缸，其中入口被设置在出口的上游。
[0051]在一个示例中，通道允许冷凝的液体沿至少一个汽缸的方向输送，而液体不必克服到汽缸的路径的高度差。在另一示例中，进气系统中的大地高程可以连续降低，使得沿流动方向存在连续的梯度。因此，在一些示例中，防止在冷却过程中冷凝出来的液体在冷却器与汽缸之间的进气系统中积聚。
[0052]供应给汽缸的少量液体不会阻碍内燃发动机的无故障运转。冷凝物参与燃烧过程，并且由于蒸发焓，甚至会降低燃烧温度，由此有利地影响(即减少)氮氧化物的形成。
[0053]当与之前的发动机相比时，排出通道另一优点是在本文中所描述的发动机可以不必限制经由低压EGR装置再循环的排气流速，因为如果需要，可以不必防止EGR气体的冷凝，或可以不必严格地限制冷凝出来的水量。如果需要，这使通过低压EGR装置再循环明显较大的排气流速成为可能。在这方面，在本文中所描述的内燃发动机中的低压EGR装置有助于高排气再循环率，高排气再循环率能够在比现有技术发动机中可能的明显更大的程度上提供氮氧化物排放的减少。
[0054]此外，如果需要，在本文中所描述的发动机中扩大利用低压EGR发生排气再循环的特性映射区域是可能的。这是有利的，因为如果需要，在内燃发动机的宽运转范围内省掉高压EGR是可能的。因此，可以减少(例如，消除)与所述高压EGR相关的缺点。
[0055]在本文中所描述的内燃发动机可以在进气系统中的冷凝物形成方面以及在所述冷凝物的排出方面改善。在一个示例中，通道是敞开的通道。在此情况下，通道是敞开的，并且形成相关的进气口的内壁的一部分。在另一示例中，通道是周向闭合的管道。通道可以是独立的管道，该管道在其开始处可以从进气口分出，而下游在其末端处再次通向进气口。
[0056]在另一示例中，通道具有直线形式。也就是说，在一个示例中，通道可以是大体直的。在一个示例中，通道可以以正切的方式与通常以弯曲/弧形的形式行进的进气口相交。在一个示例中，此外，通道的直线轮廓有助于管道的形成，例如通过排屑的方法，诸如钻孔。
[0057]在另一示例中，通道可以被形成为以便朝向进气门开口以角度α倾斜，以便辅助(即有利于)冷凝物从进气系统排出以及将冷凝物引入汽缸中。在这种情况下，通道的角度α或倾斜轮廓与汽缸盖(即发动机舱中的相关的内燃发动机)的安装位置有关。
[0058]在另一示例中，通道可以被布置在汽缸盖中。该示例使通道例如在铸造过程中或在汽缸盖的再加工过程中通过钻孔一体形成在汽缸盖中成为可能。
[0059]在另一示例中，进气系统包含具有增压室的入口歧管，至少一个进气口从入口歧管通向至少一个汽缸的至少一个进气门开口。
[0060]在一个示例中，可以居中地、偏心地或从侧面向入口歧管本身供应增压空气。如果从侧面将增压空气供给到入口歧管中，至少在直列式发动机的情况下，歧管沿流动方向渐缩是可能的，即横截面尺寸沿流动方向减小。有益的是，第一汽缸的进气口提供有通道，使得冷凝物(也就是说，甚至在第一汽缸下游首先析出的冷凝物)被引入第一汽缸中，为了此目的，其他收集通道可以被提供在歧管中。
[0061]在另一示例中，多个进气口可以提供有排出通道。在另一示例中，一部分进气口可以不包括通道。在另一示例中，每个汽缸可以仅包括具有通道的一个进气口。在另一示例中，增压空气冷却器可以至少共同形成入口歧管。如果需要，这允许进气系统中的非常紧凑的设计和短的路径。在一个示例中，可以借助于利用完整部件形成进气系统来辅助所述构思。
[0062]增压空气冷却器和入口歧管形成整体部件的内燃发动机的示例具有许多优点。例如，可以显著减少(例如，消除)组装过程中部件的连接和由此的连接元件以及连接点处的可能泄露的问题。这也与重量节省相关。在此示例中，还可以降低组装成本和采购成本。
[0063]增压空气冷却器和入口歧管形成由至少两个部件构建的组件的内燃发动机的示例也是有益的。根据构建工具箱原则(construct1n kit principle),至少两个部件相互连接的模块结构具有各部件(特别是增压空气冷却器)在不同示例中使用的优点。部件的通用性通常会增加所生产的数量，因此能够降低制造成本。
[0064]还可以提供这样的内燃发动机的示例，其中到增压空气冷却器中的入口被布置为在大地线上(geodetically)高于离开增压空气冷却器的出口。增压空气冷却器的所述示例可以降低冷凝物在冷却器中聚集的可能性(例如，阻止)，仅因为出口处在比入口更高的大地高程处。
[0065]在这一点上，还可以提供这样的内燃发动机的示例，其中增压空气冷却器被布置在内燃发动机的出口侧与入口侧之间的至少一个汽缸的上方。这里，在内燃发动机具有容纳气门驱动装置的至少一个汽缸盖的情况下，增压空气冷却器可以被布置在出口侧与入口侧之间的气门驱动装置的上方。这会导致内燃发动机的紧凑设计，并且允许驱动单元作为整体密集封装。如果需要，可以显著地缩短压缩机与汽缸的进气门开口之间的距离。压缩机下游的进气系统中的短距离确保涡轮增压器的快速响应能力，并减少向上至到汽缸中的入口的增压空气流中的压力损失。省略了不必要的长管路，这会进一步降低进气系统的重量以及空间要求。短距离也具有对发动机的噪声特性的有利影响。
[0066]可以提供这样的内燃发动机的示例，其中增压空气冷却器被布置在进气系统中的在大地线上最高的位置。还可以提供这样的内燃发动机的示例，其中进气系统中的大地高程沿经由至少一个通道从增压空气冷却器到至少一个汽缸的至少一个进气门开口的流动方向连续降低。所述示例确保增压空气流不需要克服在从增压空气冷却器行进至至少一个汽缸的整个路径上的任何梯度，即沿流动方向存在连续向下的坡度。
[0067]还可以提供这样的内燃发动机的示例，其中至少一个排气涡轮增压器被包括在发动机中，涡轮增压器包括布置在排气系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机。例如，与机械增压器相比，排气涡轮增压器的优点是在增压器与内燃发动机之间不需要用于传递动力的机械连接。机械增压器直接从内燃发动机提取驱动它所需的能量，并且由此减少可用动力，并且由此不利地影响效率，而排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。在正讨论的示例中，为了机械增压的目的，内燃发动机可以配备有至少一个排气涡轮增压器。然而，特别地，可以提供这样的内燃发动机的示例，其中使用至少两个排气涡轮增压器；在适当的情况下，还与机械的机械增压器结合。一个原因是，如果使用单个排气涡轮增压器，如果未达到特定的旋转速度，可以观察到显著的扭矩下降。如果考虑到充气压力比依赖于涡轮压力比，所述扭矩下降是可理解的。在柴油发动机的情况下，例如，如果发动机转速降低，这可导致较小的排气质量流量，并且因此导致较低的涡轮压力比。这具有的结果是，朝着较低的发动机转速，充气压力比也会降低，这相当于扭矩下降。
[0068]这里，可以通过减小涡轮横截面的尺寸来抵消充气压力的下降，然而这可能需要较高旋转速度下的排气释放，对在所述旋转速度范围内的机械增压能力不利。
[0069]可以通过使用多个排气涡轮增压器(例如，经由串联连接的多个排气涡轮增压器)来改善机械增压的内燃发动机的扭矩特性。如果需要，通过串联连接两个排气涡轮增压器，其中两个排气涡轮增压器中的一个排气涡轮增压器用作高压级，而另一个排气涡轮增压器用作低压级，可以具体沿较小的压缩机流量的方向以及沿较大的压缩机流量的方向扩大压缩机特性映射图。
[0070]还可以经由并联连接并具有相应的小涡轮横截面的多个涡轮增压器改善机械增压的内燃发动机的扭矩特性，其中涡轮增压器被连续地激活。
[0071]可以提供这样的内燃发动机的示例，其中增压空气冷却器被设置在进气系统中的压缩机的下游。在压缩机中被压缩并且由于所述压缩而被加热的增压空气然后可以被供应给增压空气冷却器。
[0072]可以提供这样的内燃发动机的示例，其中提供排气再循环(EGR)系统，该排气再循环系统包含从涡轮下游的排气系统分出并通向压缩机上游的进气系统的再循环管路。
[0073]与从涡轮上游的排气系统抽取排气的高压EGR装置相比，这是已经流过涡轮的排气被再循环至入口侧的低压EGR装置的情况。为了这个目的，低压EGR装置可以包括从涡轮下游的排气系统分出并通向压缩机上游的进气系统的再循环管路。经由低压EGR装置再循环至入口侧的排气在压缩机的上游与新鲜空气混合。新鲜空气与以此方式产生的再循环排气的混合物形成供应给压缩机并被压缩的增压空气，其中在增压空气冷却器中的压缩机下游冷却被压缩的增压空气。这里，如果排气之前已经在涡轮的下游(特别是在颗粒过滤器中)受到排气后处理，则在低压EGR的过程中排气被引导通过压缩机这一事实可能不是有害的。压缩机中存在有限的沉积危险(例如，基本没有危险)，所述沉积改变压缩机的几何形状(特别是流动横截面)，并且由此损害压缩机的效率。
[0074]可能不会引起由于被压缩的增压空气在增压空气冷却器中的冷却而产生的问题，因为进气口可以配备有通道，其用于引导并排出冷凝物以及抵消进气系统中的不期望的冷凝物积聚。诸如在现有技术中实施的低压EGR的限制性可以被消除。因此能够利用低压EGR的优点。
[0075]在一个示例中，切断元件被布置在再循环管路中，该切断元件用作低压EGR阀，并用于调整再循环速率，即经由低压EGR装置再循环的排气流速。
[0076]在另一示例中，低压EGR阀被布置在再循环管路通向进气系统的位置处。该阀可以被设计为组合阀，通过该组合阀同时并以协调的方式设置再循环的排气流速和吸入的新鲜空气流速的大小。
[0077]在另一示例中，第二冷却器可以被布置在被包括在发动机中的低压EGR装置的再循环管路中。所述第二冷却器降低了热排气流的温度，并且由此在排气与压缩机的上游的新鲜空气混合之前增加了排气的密度。以此方式进一步降低了汽缸新鲜充气的温度，因此所述冷却器也有助于增加充气。
[0078]在另一示例中，可以提供这样的旁通管路，该旁通管路绕过第二冷却器，并且能够通过该旁通管路将经由低压EGR装置再循环的排气引入到已经绕过第二冷却器的进气系统中。
[0079]在另一示例中，排气再循环(EGR)系统可以被提供在发动机中，其包含从涡轮上游的排气系统分出并通向压缩机下游的进气系统中的管路。可能需要提供高压EGR装置，以便即使在由于装有的进气口引起冷凝物问题的情况下也能实现非常高的再循环率，因为通道不再导致低压EGR的限制性。具体地，可以考虑到排气从排气管路再循环到进气口中需要在出口侧与入口侧之间的压差，即压力梯度。此外，为了获得期望的高排气再循环率，可能需要高压力梯度。
[0080]在另一示例中，管路可以通向增压空气冷却器下游的进气系统。经由高压EGR装置再循环的排气可以不被后处理。所述排气实际上构成内燃发动机的未处理的排放，因为此原因，排气可以不被引导通过增压空气冷却器，以便减少冷却器的污染。
[0081]在其他示例中，增压空气冷却器可以是液体冷却的。根据热交换器的原理，以空气式冷却装置或液体式冷却装置的形式设计冷却装置是可能的。在空气式冷却装置的情况下，被引导通过增压空气冷却器的增压空气通过由相对风引起和/或由风扇产生的气流冷却。与之相比，液体式冷却装置可以包括冷却回路，在适当的情况下利用已经存在的回路，例如液体冷却的内燃发动机的发动机冷却装置。这里，可以通过布置在冷却回路中的泵供给冷却剂，使得所述冷却剂循环并流过增压空气冷却器。从增压空气消散到冷却器中的冷却剂的热被引导离开，并再次从另一热交换器中的冷却剂提取。
[0082]与利用空气式冷却相比，通过液体式冷却消散显著更多的热量是可能的。由于这个原因，特别是在机械增压的内燃发动机具有排气再循环的情况下，增压空气冷却器被液体冷却是有益的，因为将要被消散的热量可以相对大。
[0083]如果内燃发动机配备有排气涡轮增压装置，至少一个排气涡轮增压器的涡轮可以配备有可变的涡轮几何形状，其允许通过调整涡轮几何形状或有效的涡轮横截面而更准确地适应于内燃发动机的各运转点。这里，用于影响流动方向的可调导向叶片被布置在涡轮的入口区域中。与旋转转子的转子叶片相比，导向叶片不随着涡轮的轴旋转。
[0084]如果涡轮具有固定的不可变的几何形状，导向叶片被布置在入口区域中，以便不仅是固定的，而且还是完全不可移动的，即是刚性固定的。与之相比，在可变的几何形状的情况下，导向叶片也被适当地布置以便是固定的，但不是完全不可移动的，相反可绕其轴线旋转，使得能够影响接近转子叶片的流动。
[0085]然而，至少一个排气涡轮增压器的涡轮可以具有固定的涡轮几何形状。关于可变的几何形状，这通过发动机控制显著地简化了内燃发动机和/或增压器的运转。此外，更简单的涡轮设计可以产生关于排气涡轮增压器的成本效益。
[0086]一种方法可以被用来形成本文中所描述的发动机。这里，在一个示例中，通道可以在铸造过程中与汽缸盖坯件一起被提供其基本形状，或者可以通过汽缸盖的再加工而形成。
[0087]图1示出了具有直列式布置的三个汽缸2的内燃发动机50中的汽缸盖I的立体图。因此，汽缸盖I是直列式三缸发动机的汽缸盖。然而，具有替代的汽缸数量和/或替代的汽缸布置的发动机是可预期的。
[0088]每个汽缸2具有两个进气门开口，并且经由提供在汽缸盖I的入口侧3上的进气系统向每个汽缸2供应增压空气。进气系统可以包括入口歧管，该入口歧管可以被固定至提供在汽缸盖I的进气侧3上的连接凸缘6，并且进气口 4从该入口歧管通向汽缸2的进气门开口。
[0089]进气口 4均可以提供(即配备)有通道5。具体地，通道5延伸到进气口的壁40中。在一个示例中，壁40可以限定进气口的流动通道的边界。每个壁40的一部分沿竖直方向延伸。通道均包括入口 20和出口 22。入口 20被竖直设置在出口 22的上方。竖直轴线被提供用于参考，该竖直轴线相对于放置发动机安装在其中的车辆的地面图示说明了竖直方向。通道5延伸通过对应壁的竖直部分。以此方式，通道可以经由重力被动地将冷凝物引导到汽缸中。因此，在发动机运转期间可以使少量的冷凝物流入汽缸，由此降低进气系统中冷凝物积聚的可能性。经由图1中的箭头指示了到汽缸2中的一个汽缸中的流动方向。应认识到，流动方向是下游方向。
[0090]在图1所示的示例中，通道5是敞开的通道5a的形式，并且一体地形成在汽缸盖I中。通道5被配置为引导并将冷凝物引入汽缸2中。这里，具有直线形式的通道5以正切的方式与弯曲的进气口 4相交。然而，其他通道几何形状是可预期的。例如，通道可以是弯曲的。在另一示例中，通道5可以沿下游方向渐缩。
[0091]图2示出了图1所示的发动机50的示意图。发动机50包括汽缸盖I。汽缸盖I可以被连接至汽缸体，从而形成汽缸2。
[0092]每个汽缸2包括两个排气门开口 200和两个进气门开口 202。每个开口均可以包括各自的进气门或排气门。另外，具有替代数量的进气门开口和/或排气门开口的发动机是可预期的。
[0093]发动机50包括多个排气口 204。排气口 204与相关的排气门开口 200流体连通(例如，与相关的排气门开口 200直接流体连通，被直接连接至相关的排气门开口 200)。排气口 204并入排气汇合段205。排气汇合段205与排气歧管206流体连通，并且被连接至排气歧管206。排气歧管将排气引导至诸如排放控制装置、涡轮等的下游部件。排气系统209可以包括排气歧管206以及其他排气管道。应认识到，在一个示例中，排气系统还可以包括排气门、排气口等。排气系统209还可以包括与排气歧管206流体连通的涡轮250。在一个示例中，涡轮250可以被连接至压缩机218，形成涡轮增压器。然而，在其他示例中，可以通过发动机中的曲轴驱动压缩机218。
[0094]发动机50包括多个进气口 210。进气口 210与相关的进气门开口 202流体连通(例如，与相关的进气门开口 202直接流体连通，被直接连接至相关的进气门开口 202)。进气增压室212被设置在进气口 210的上游。因此，进气增压室212使进气流至进气口 210。进气歧管214被设置在进气增压室212的上游。进气歧管214还可以被连接至汽缸盖I。增压空气冷却器216被设置在进气歧管214的上游。另外，增压空气冷却器216可以被连接至进气歧管214。在一个示例中，增压空气冷却器可以被集成到进气歧管中。另外，压缩机218被设置在增压空气冷却器216的上游。压缩机被配置为增加流动通过其中的进气的密度，增压空气冷却器被配置为从流动通过其中的进气去除热。应认识到，压缩机218、增压空气冷却器216、进气歧管214以及进气增压室212彼此流体连通。另外，压缩机218、增压空气冷却器216、进气歧管214可以被包括在进气系统221中。应认识到，新鲜空气可以流至压缩机218，如经由箭头所表示的。
[0095]在图2中示出了通道5。如上所述，每个通道5均包括入口 20和出口 22。通道5被配置为经由重力朝向汽缸2被动地引导冷凝物。因此，在一个示例中，通道可以被称为冷凝物排出通道。
[0096]发动机50还包括排气再循环(EGR)系统230。EGR系统230包括与进气系统221以及排气系统209流体连通的EGR管道222。具体地，EGR管道232被连接至进气歧管和排气歧管。因此，EGR管道232可以在增压空气冷却器和/或压缩机下游的位置处连接至进气系统。然而，其他EGR管道构造是可预期的。例如，EGR管道232可以在增压空气冷却器216和/或压缩机上游的位置处连接至进气系统，并且可以在排气歧管206和/或涡轮250下游的位置处连接至排气系统209。另外，增压空气冷却器216可以被竖直地设置在进气口210的上方。EGR系统230还包括被连接至EGR管道232的EGR阀234，EGR阀234被配置为调节流动通过其中的EGR气体的量。
[0097]图3示出了制造内燃发动机的方法300。方法300可以被用来制造在上文中关于图1和图2描述的内燃发动机，或可以被用来制造另一合适的内燃发动机。
[0098]该方法包括，在302处，形成包括汽缸盖的内燃发动机，汽缸盖具有至少一个汽缸，每个汽缸具有至少一个排气门开口、至少一个进气门开口和至少一个通道，其中该至少一个排气门开口与排气口流体连通，排气口被配置为经由排气系统排出排气，该至少一个进气门开口与进气口流体连通，进气口被配置为向汽缸供应空气，该至少一个通道延伸到进气口的壁中，通道具有入口和出口，并且被配置为使冷凝物朝向汽缸流动，其中出口被设置在入口的下游，而增压空气冷却器被设置在进气系统中。
[0099]注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或/或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示和说明而提供了所述处理顺序。所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行，这取决于所使用的特定策略。
[0100]应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于ν-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中描述的各种系统和构造以及其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0101]本申请的权利要求具体地指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改现有权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而被要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种内燃发动机，其特征在于包含: 汽缸盖，其具有至少一个汽缸，每个汽缸具有: 与排气口流体连通的至少一个排气门开口，所述排气口被配置为经由排气系统排出排气；以及 与进气口流体连通的至少一个进气门开口，所述进气口被配置为向所述汽缸供应空气； 延伸到所述进气口的壁中的至少一个通道，所述通道具有入口和出口，并且被配置为使冷凝物朝向所述汽缸流动，其中所述出口被设置在所述入口的下游；以及增压空气冷却器，其被设置在所述进气系统中。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述至少一个通道是敞开的通道。
3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述至少一个通道是周向闭合的管道。
4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述至少一个通道是大体直的。
5.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中沿朝向所述进气门开口的方向以倾斜角度布置所述至少一个通道。
6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述至少一个通道延伸到被包括在所述汽缸盖中的增压室中。
7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述进气系统包含具有增压室的入口歧管，所述至少一个进气口从所述入口歧管通向所述至少一个汽缸的所述至少一个进气门开口。
8.根据权利要求7所述的内燃发动机，其特征在于其中所述增压空气冷却器与所述入口歧管共同形成。
9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述增压空气冷却器被布置在相对于竖直轴线比所述进气口更高的位置处。
10.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于其中所述进气系统的竖直高度沿从所述增压空气冷却器到所述进气门开口的流动方向连续降低。
11.根据权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于还包含排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器包括布置在所述排气系统中的涡轮和布置在所述进气系统中的压缩机。
12.根据权利要求11所述的内燃发动机，其特征在于其中所述增压空气冷却器被设置在所述压缩机的下游。
13.根据权利要求11所述的内燃发动机，其特征在于还包含排气再循环系统即EGR系统，所述排气再循环系统包括EGR管道，所述EGR管道在所述涡轮下游的位置处连接至所述排气系统，并在所述压缩机上游的位置处连接至所述进气系统。
14.根据权利要求11所述的内燃发动机，其特征在于还包含排气再循环系统即EGR系统，所述排气再循环系统包括EGR管道，所述EGR管道在所述涡轮上游的位置处连接至所述排气系统，并在所述压缩机下游的位置处连接至所述进气系统。
15.根据权利要求14所述的内燃发动机，其特征在于其中所述EGR管道在所述增压空气冷却器下游的位置处连接至所述进气系统。
16.一种内燃发动机，其特征在于包含: 汽缸盖，其包括: 汽缸，其具有排气门开口和进气门开口 ； 进气口，其与所述进气门开口流体连通，并且被配置为使进气通过所述进气门开口流至所述汽缸；以及 冷凝物排出通道，其延伸到所述进气口的壁中，并且包括被设置在入口下游的出口，所述入口被竖直地设置在所述出口的上方。
17.根据权利要求16所述的内燃发动机，其特征在于其中冷凝物排出通道从所述进气口的入口延伸到进气增压室内，而所述壁沿竖直方向延伸，并且其中相对于放置车辆的地面基于安装在所述车辆中的发动机确定所述竖直方向。
18.根据权利要求16所述的内燃发动机，其特征在于其中所述进气增压室被设置在增压空气冷却器的下游，而所述增压空气冷却器被设置在压缩机的下游。
19.根据权利要求18所述的内燃发动机，其特征在于其中所述增压空气冷却器被竖直地设置在所述进气口的上方。
【文档编号】F02F1/40GK203939586SQ201420186683
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】M·K·施普林格, P·博恩, G·巴奇 申请人:福特环球技术公司