每个汽缸带有两个阀门的直喷式内燃发动机的制作方法

本发明涉及一种具有汽缸盖的直喷式内燃发动机，所述汽缸盖包括沿汽缸盖的纵向轴线成直列式布置的至少三个汽缸，在所述内燃发动机中

-每个汽缸具有进口开口，用于经由进气系统将燃烧空气供应到汽缸中，每个进口开口与进气管路邻接，并且汽缸的进气管路合并以形成总进气管路，从而形成进气口歧管，

-每个汽缸具有出口开口，用于经由排气排放系统排出排气，每个出口开口与排气管路邻接，

-每个进口开口装备有进口阀，并且每个出口开口装备有出口阀，

-每个汽缸包括铰接地连接到曲轴的活塞，当曲轴围绕旋转轴线旋转时，该活塞沿汽缸纵向轴线振荡，汽缸纵向轴线垂直于曲轴的旋转轴线，并且

-每个汽缸装备有喷嘴，用于将燃料直接引入汽缸中。

上述类型的内燃发动机例如用作机动车辆的驱动器。

背景技术：

在本发明的范围内，术语“内燃发动机”涵盖自动点火柴油发动机，但是也涵盖混合内燃发动机，即通过具有自动点火的混合动力燃烧过程操作的内燃发动机，以及除了自动点火内燃发动机之外包括至少一个用于驱动机动车辆的另外的扭矩源的混合动力驱动器，例如能够在驱动方面被连接或者在驱动方面被连接到自动点火内燃发动机并且代替内燃发动机或除内燃发动机外输出功率的电机。

根据本发明的内燃发动机具有汽缸体和汽缸盖，汽缸体和汽缸盖彼此连接以形成至少三个汽缸或燃烧室。为了形成令人满意的连接(即在汽缸盖和汽缸体之间密封燃烧室的连接)，必须提供足够数量的足够大的孔，这尤其影响汽缸盖的结构设计且使其复杂化。

作为上曲轴箱半部的汽缸体用于容纳活塞和汽缸的汽缸套。安装在曲轴箱中的曲轴吸收连杆力并将活塞的振荡冲程运动转换成曲轴的旋转运动。为了保持和安装曲轴，在曲轴箱中提供至少两个轴承。

汽缸盖通常用于容纳充气交换所需的阀门驱动器。为了致动阀门，通常情况是首先提供阀门弹簧以便在阀门关闭位置的方向上预加载阀门，并且接着提供阀门致动装置以便打开阀门以抵抗所述阀门弹簧的预载荷力。

在此，阀门致动装置通常包括具有凸轮的凸轮轴，其中顶置凸轮轴，即位于汽缸盖和汽缸体之间的分离平面上方的凸轮轴，通常被安装在汽缸盖上。作为另一阀门驱动部件，阀门致动装置可以包括摇臂、指型摇杆或作为凸轮从动件元件的挺杆。

在充气交换过程期间，燃烧气体经由排气排放系统的排放经由汽缸的出口开口发生，并且经由进气系统的燃烧空气的供应经由汽缸的进口开口发生。根据现有技术，在四冲程发动机中，为了控制充气交换，实际上仅使用提升阀，该提升阀可沿其纵向轴线在阀门关闭位置和阀门打开位置之间移动，并且在内燃发动机的操作期间，执行振荡提升运动以便打开和关上进口开口和出口开口。

阀门所需的致动机构(包括阀门)被称为阀门驱动器。在此，阀门驱动器的目的是在正确的时间打开和关上汽缸的汽缸开口，同时寻求最大可能的流动横截面的快速打开，以便使流入和流出的气体流中的节流损失保持较低并且以便确保汽缸的最佳可能充气，以及燃烧气体的有效(即完全)排放。

出于此原因，内燃发动机的汽缸通常装备有两个或更多个进口开口和两个或更多个出口开口。

本发明涉及的内燃发动机其每个汽缸具有仅一个进口开口和仅一个出口开口，从而简化了内燃发动机的结构，并且能够降低成本。相反，充气交换(特别是用燃烧空气对汽缸进行充气)受到阻碍，因此在实现令人满意的功率输出时遇到问题。为了改善充气交换，寻求将进口开口和出口开口设计得尽可能大。

然而，大型设计的汽缸开口通常使得难以实现汽缸专用的喷嘴的有利的居中布置。本发明涉及的内燃发动机具体是直喷式内燃发动机。

可用于喷射燃料、燃烧室中的混合物制备(具体是在包括蒸发的初步反应的情况下空气和燃料的彻底混合以及燃料的制备)和所制备的混合物的点火的时间相对较少，为此，在直接喷射燃料的情况下，需要混合物形成的方法，为了在点火之前使燃料-空气混合物基本上均质，借助于该方法有助于混合物形成并且加速混合物形成。

如果进口流(当空气被吸入燃烧室时)具有强制施加到其上的运动，从而在燃烧室中产生充气运动，则能够实现进气与喷射的燃料的良好彻底混合。

例如，所谓的翻滚或旋涡流的产生能够加速并且有助于混合物形成。旋涡是空气涡旋，其轴线相对于活塞纵向轴线(即，汽缸纵向轴线)平行地并且因此通常同轴地延伸。相比之下，翻滚是围绕假想轴线的空气涡旋，该假想轴线相对于汽缸纵向轴线横向地或垂直地以及根据现有技术平行于纵向轴线(即，曲轴的旋转轴线)延伸。

进气系统(即进气管路)的布置和几何形状对充气运动并因此对混合物形成具有显著影响，其中汽缸中的充气运动同时受到燃烧室几何形状的影响，特别是受到活塞冠部的几何形状或可选地设置在活塞冠部中的活塞凹陷的几何形状的影响。根据现有技术，在直喷式内燃发动机的情况下，通常使用与活塞纵向轴线旋转对称的凹陷，特别是ω形凹陷。由于汽缸盖中的收缩的空间条件，关于混合物形成和充气交换的进气管路的优化可能是不可能的，或者可能不是完全可能的。

根据现有技术，通向进口开口的进气管路和与出口开口邻接的排气管路至少部分地集成在汽缸盖中，并且通常在每种情况下合并以便形成至少一个歧管。

在本发明涉及的内燃发动机的情况下，进气管路被合并以形成总进气管路，从而形成进气歧管。

通常，汽缸的排气管路在汽缸盖内合并，以便形成集成的排气歧管，也就是说排气歧管完全集成在汽缸盖中。所述类型的汽缸盖的特征还在于非常紧凑的设计，其允许驱动单元作为一个整体的密集包装。此外，所述排气歧管能够受益于可以被设置在汽缸盖中的液体型冷却布置，使得歧管不需要由可热高负荷且因此昂贵的材料制造。

使用具有集成歧管的汽缸盖还导致部件数量减少，从而降低成本，特别是装配和采购成本。

现代内燃发动机的汽缸盖通常具有更高的热负荷，并且因此也对冷却布置提出了更高的要求，特别是如果汽缸盖装备有集成的排气歧管和/或内燃发动机是机械增压内燃发动机的话。

如果内燃发动机具有液体冷却布置，则在汽缸盖中形成至少一个冷却剂套，该冷却剂套引导冷却剂通过汽缸盖；这需要相对复杂的汽缸盖结构。

上述陈述清楚地表明内燃发动机的汽缸盖是热和机械高负荷的部件。在这种情况下，必须考虑到增加比例的内燃发动机通过排气涡轮增压器或机械增压器被增压。由于发动机舱中更密集的包装以及零件和部件越来越多地集成到汽缸盖中(例如，排气歧管的集成)，内燃发动机和汽缸盖的热负荷尤其增加，使得对冷却系统提出了更高的要求。

在直喷式内燃发动机的情况下，还需要每个汽缸的喷射装置布置在靠近燃烧室的汽缸盖中。这特别是在每个汽缸具有两个阀门的内燃发动机的情况下产生问题，在这种情况下，进口开口和出口开口应当被设计得尽可能大，以便实现令人满意的充气交换，也就是说以便确保汽缸的良好充气和燃烧气体的有效排放。

根据现有技术，汽缸盖中的收缩的空间条件具有这样的效果：喷嘴被偏心地布置并以便相对于汽缸纵向轴线倾斜。喷嘴的这种布置阻碍了燃料室中燃料的最广泛和均匀的可能分布。这对混合物形成和燃料-空气混合物的均质化非常不利。

技术实现要素：

在上述背景下，本发明的目的是提供一种根据权利要求1的前序部分的每个汽缸带有两个阀门的直喷式内燃发动机，其特征在于改进的混合物形成并且提供令人满意的功率输出。

此目的通过一种具有汽缸盖的直喷式内燃发动机实现，所述汽缸盖包括沿所述汽缸盖的纵向轴线成直列式布置的至少三个汽缸，在所述内燃发动机中

-每个汽缸具有进口开口，用于经由进气系统将燃烧空气供应到所述汽缸中，每个进口开口与进气管路邻接，并且所述汽缸的所述进气管路合并以形成总进气管路，从而形成进气歧管，

-每个汽缸具有用于经由排气排放系统排出所述排气的出口开口，每个出口开口与排气管路邻接，

-每个进口开口装备有进口阀，并且每个出口开口装备有出口阀，

-每个汽缸包括铰接地连接到曲轴的活塞，当所述曲轴围绕旋转轴线旋转时，所述活塞沿汽缸纵向轴线振荡，所述汽缸纵向轴线垂直于所述曲轴的所述旋转轴线，并且

-每个汽缸装备有喷嘴，用于将燃料直接引入所述汽缸中，

并且所述内燃发动机的特征在于：

-汽缸专用的喷嘴被居中地布置，与所述汽缸纵向轴线没有间距，并且沿所述汽缸纵向轴线定向。

根据本发明的内燃发动机的每个汽缸装备有喷嘴，所述喷嘴被居中地布置于汽缸中，即在汽缸中的中间，具体是与汽缸纵向轴线间没有间距。此外，喷嘴沿着汽缸纵向轴线定向并且因此沿活塞冠部的方向定向。

喷嘴的这种布置确保或允许燃料在燃烧室中的广泛和均匀分布，由此有助于在汽缸中的混合物形成，特别是在可用的短时间内燃料-空气混合物的均质化。

因此实现本发明所基于的目的，即提供根据权利要求1的前序部分的每个汽缸带有两个阀门的直喷式内燃发动机，其特征在于改进的混合物形成并且提供令人满意的功率。

将结合从属权利要求讨论直喷式内燃发动机的其他有利实施例。

这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中汽缸盖包括成直列式布置的三个或五个汽缸，进气歧管具有不对称设计，使得总进气管路相对于歧管被偏心地布置。

在当前情况下，汽缸盖具有不对称设计的进气歧管，在该情况下，总进气管路不被布置在歧管的中心而是偏心的。

以这种方式，在具有三个、四个或五个汽缸的汽缸盖的情况下，总进气管路能够以与汽缸盖的前面侧相等的间距进行布置。例如，如果牵引机构驱动器被设置在汽缸盖的前面侧上并且能够由所述牵引机构驱动器驱动的发电机要被布置在前面侧和总进气管路之间，则这提供了优点。

无论相应的汽缸数量如何，都可以使用结构相同的发电机，其在具有不同数量汽缸的汽缸盖中被定位并且被紧固在相同位置处并且与发电机周围的结构的其余部分相互链接或连接。

上面已经陈述的内容适用于例如包括具有三个、四个和五个汽缸的汽缸盖的发动机系列。在具有四个汽缸的汽缸盖的情况下，进气歧管将可以是对称形式，使得总进气管路被居中地布置在两个内汽缸之间，也就是说在第二和第三汽缸之间。在具有三个和五个汽缸的汽缸盖的情况下，进气歧管将是不对称形式，具体地，使得总进气管路偏心地布置，但是还是在第二和第三汽缸之间，其中汽缸从汽缸盖的前面侧开始、从一到三或从一到五连续编号。

总进气管路的偏心布置，即根据本发明的非对称形式的进气歧管，也能够有利地与内燃发动机的其他部件(特别是辅助组件)一起使用，特别是每当可以受益于以下事实时：不管汽缸盖的汽缸数量如何，总进气管路以不变的方式布置在第二和第三汽缸之间。这些还可以包括燃料直接喷射装置的高压泵和/或空调系统的压缩机，其可以以不变的方式安装而不管汽缸的数量如何，只要发电机位于同一位置处。在这种情况下，同样必须提到增压布置的压缩机。

这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中汽缸盖具有三个汽缸，其中的两个汽缸是外汽缸且一个汽缸是内汽缸，内汽缸被布置在两个外汽缸之间。

在三缸直列式发动机的情况下，汽缸关于其工作过程中具有240℃a的偏移，使得充气交换(特别是燃烧空气的供应)相继发生，也就是说，彼此分开，并且可能还有重叠，然而这种重叠很小。总进气管路的偏心布置(即进气歧管的不对称形式)通常不影响充气交换。

在这种情况下，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中，邻近第一外汽缸，牵引机构驱动器被提供在汽缸盖的前面侧上。为了区分两个外汽缸，这两个汽缸被编号，并且在当前情况下被称为第一和第二外汽缸。如果汽缸从汽缸盖的前面侧从一到三开始连续编号，则第一外汽缸是第一汽缸。

可以使用皮带驱动器和链条驱动器作为牵引机构驱动器，在这种情况下，皮带或链条分别用作牵引机构。通常，由于燃料的化学转化而在内燃发动机中获得的一部分动力被用于驱动内燃发动机或机动车辆操作所需的辅助组件(特别是喷射泵、油泵、冷却剂泵、交流发电机或发电机等)或阀门驱动器的控制阀门所需的凸轮轴。

牵引机构驱动器除了牵引机构之外通常包括布置在内燃发动机的曲轴上的驱动轮以及布置在辅助组件的轴上的至少一个另外的轮，其中在轮周围引导牵引机构。通常提供张紧装置，其在牵引机构上施加力，接合到牵引机构中以便形成接触区，并且因此张紧牵引机构。

在具有三个汽缸的汽缸盖的情况下，这样的实施例是有利的，其中汽缸的进气管路合并以在内汽缸和外汽缸之间居中地形成总进气管路。

在具有四个汽缸的相同发动机系列的汽缸盖的情况下，进气歧管可以是对称形式的，使得总进气管路被居中地布置在两个内汽缸之间，也就是说在第二和第三汽缸之间。

在这种情况下，这样的直喷式内燃发动机的实施例因此也是有利的，其中汽缸的进气管路合并以在内汽缸和第二外汽缸之间居中地形成总进气管路。如果汽缸从汽缸盖的前面侧开始从一到三连续编号，则第二外汽缸在当前情况下是第三汽缸。

在具有三个汽缸的汽缸盖的情况下，其中汽缸的进气管路合并以在内汽缸和外汽缸之间居中地形成总进气管路，这样的实施例是有利的，其中内汽缸的进气管路和外汽缸的进气管路具有对称形式，特别是相对于中心平面s，该中心平面s在两个汽缸之间居中地延伸并且垂直于汽缸盖的纵向轴线，总进气管路被居中地布置在内汽缸的进气管路和外汽缸的进气管路之间。

在具有四个汽缸的相同发动机系列的汽缸盖的情况下，那么进气歧管将可以是对称形式的，使得歧管的进气管路相对于中心平面s是对称形式，该中心平面s被居中地布置在两个内汽缸之间，即在第二汽缸和第三汽缸之间。

在成直列式布置的三个汽缸的汽缸盖的情况下，这样的实施例是有利的，其中第一外汽缸的进气管路和内汽缸的进气管路首先合并，然后它们共同地与第二外汽缸的进气管路合并以形成总进气管路。

在具有三个汽缸的汽缸盖(其中与第一外汽缸相邻的牵引机构驱动器被设置在汽缸盖的前面侧上)的情况下，这样的实施例是有利的，其中发电机被设置在汽缸盖的前面侧与总进气管路之间。

在具有成直列式布置的三个汽缸的汽缸盖的情况下，在这种情况下这样的实施例是有利的，其中第一外汽缸的进气管路和内汽缸的进气管路首先合并，然后它们共同地与第二外汽缸的进气管路合并以形成总进气管路。

这样的直喷式内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中汽缸盖包括成直列式布置的四个汽缸，进气歧管具有对称设计，使得总进气管路相对于歧管居中地布置。参考已经结合四缸直列式发动机给出的解释，特别是参考如果四缸直列式发动机属于发动机系列时出现的突出优点。

这样的直喷式内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中汽缸盖包括五个汽缸，其中的两个汽缸是外汽缸且一个汽缸是中心汽缸，在每种情况下，一个内汽缸被布置在居中定位的汽缸和外汽缸之间。

在这种情况下，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中，邻近第一外汽缸，牵引机构驱动器被设置在汽缸盖的前面侧上。

在具有成直列式布置的五个汽缸的汽缸盖的情况下，这样的实施例是有利的，其中汽缸的进气管路合并以在中心汽缸和内汽缸之间居中地形成总进气管路。

这样的直喷式内燃发动机的实施例尤其是有利的，其中汽缸的进气管路合并以在中心汽缸与邻近第一外汽缸的内汽缸之间居中地形成总进气管路。在当前情况下，如果汽缸从汽缸盖的前面侧开始从一到五连续编号，则第一外汽缸是第一汽缸。

在这种情况下，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中中心汽缸的进气管路和内汽缸的进气管路具有对称形式，特别是相对于中心平面s，所述中心平面s在两个汽缸之间居中地延伸并且垂直于汽缸盖的纵向轴线，总进气管路被居中地布置在中心汽缸的进气管路和内汽缸的进气管路。

这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中进气管路合并以在汽缸盖内形成总进气管路。

然后，汽缸的进气管路以形成集成在汽缸盖中的进气歧管的方式合并以形成总进气管路。这种措施导致进气系统在进气歧管的区域中的小体积和小表面积，且具有上述优点。此外，简化了组装并且导致成本优势。

排气涡轮增压器的压缩机可以靠近汽缸的进口开口定位，从而确保内燃发动机的良好响应行为。汽缸的进口开口和压缩机之间的管路系统的体积被进一步减小。

多个附加管路(例如增压空气冷却器的旁通管路、压缩机的旁通管路或外部排气再循环布置的再循环管路)可以进入进气系统或总进气管路。

排气再循环(即燃烧气体从排气排放系统再循环到进气系统中)是减少氮氧化物排放的概念，其中氮氧化物排放可能随着增加的排气再循环速率而显著地减少。如果排气被再循环，则燃烧空气不仅包括新鲜空气而且包括排气。

然而，这样的直喷式内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中进气管路合并以在汽缸盖外部形成总进气管路。

这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中进口阀和出口阀沿着汽缸盖的轴线以直列式布置彼此间隔开，该轴线平行于曲轴的旋转轴线延伸。汽缸盖的纵向轴线是特定的轴线，平行于曲轴的旋转轴线延伸，并且相对于汽缸盖的其他轴线，其特征在于它与汽缸纵向轴线相交。

两个汽缸专用的阀在曲轴的不同侧上不是彼此相反地成对布置，而是沿曲轴布置。根据上述实施例的汽缸盖的所有阀门沿着一轴线或汽缸盖的纵向轴线一个接一个地布置并且因此沿曲轴的方向布置。在此，阀门沿着一轴线排列，该轴线平行于曲轴的纵向轴线延伸并且还构成曲轴的旋转轴线。

这种结构特征构成了廉价概念的基础。在此，汽缸的进口阀和出口阀基本上可以由共用的单个凸轮轴致动。

不管汽缸盖中的收缩的空间条件如何，但是沿曲轴方向一个接一个地布置成一排的阀门使得通向进口开口的进气管路可以设置成在充气交换的过程期间当进口开口打开时允许或确保形成充气运动的形式。如已经提到的，进气管路的布置和几何形状对汽缸中的充气运动具有显著影响。

由于上述原因，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中提供共用的凸轮轴以用于致动进口阀和出口阀。

在这种情况下，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中共用的凸轮轴被偏心地且在出口侧处布置并且被安装在汽缸盖上。

这个概念通常导致更长的进气管路和更短的排气管路，但是也改善了充气交换并因此导致更大的功率输出，因为进口开口的通流行为就进口阀相对于进气管路的倾斜布置而言相比于排气管路和相关联的出口阀的情况不太敏感。在这种情况下，必须考虑的是，进气管路考虑到汽缸中的充气运动(通常以致具有螺旋形构造)而被设计，并且排气管路通常具有更直线的形式。

然而，这样的直喷式内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中共用的凸轮轴被偏心地且在进口侧处布置并且被安装在汽缸盖上。

尽管共用的凸轮轴优选地安装在汽缸盖中，但是它基本上也可以安装在单独的凸轮轴承载单元中。

在此，这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中进口阀和出口阀相对于相关联的汽缸纵向轴线倾斜。

这样的直喷式内燃发动机的实施例是有利的，其中汽缸盖装备有至少一个冷却剂套，以便形成液体型冷却布置。

附图说明

下面将基于两个示例性实施例并且根据图1和图2更详细地描述本发明。在附图中：

图1以平面图示意性地示出了直喷式内燃发动机的汽缸盖的第一实施例的进气管路和排气管路，该汽缸盖包括三个汽缸，和

图2以平面图示意性地示出了直喷式内燃发动机的汽缸盖的第二实施例的进气管路和排气管路，该汽缸盖包括四个汽缸。

具体实施方式

图1以平面图示意性地示出了直喷式内燃发动机的汽缸盖1的第一实施例的进气管路4和排气管路8，汽缸盖1包括三个汽缸3。

汽缸盖1具有三个汽缸3，这三个汽缸沿着汽缸盖1的纵向轴线2或平行于汽缸盖纵向轴线2布置，即成直列式布置，并且因此具有两个外汽缸3a1、3a2和一个内汽缸3b。

从汽缸盖1的前面侧5开始，如果汽缸3从一到三连续编号，则第一汽缸3形成第一外汽缸3a1，第二汽缸3形成内汽缸3b，且第三汽缸3形成第二外汽缸3a2。

每个汽缸3具有一个用于经由进气系统供应燃烧空气的进口开口，每个进口开口与进气管路4邻接。汽缸3的进气管路4合并以形成总进气管路6，从而形成进气歧管7。进气歧管7具有不对称形式，具体地使得总进气管路6相对于歧管7偏心地布置。

三个汽缸3的进气管路4合并以在内汽缸3b(即第二汽缸3)和第二外汽缸3a2(即第三汽缸3)之间居中地形成总进气管路6。

内汽缸3b的进气管路4和第二外汽缸3a2的进气管路4相对于中心平面s具有对称形式，中心平面s在两个汽缸3a1、3a2之间居中地延伸并且垂直于汽缸盖1的纵向轴线2，总进气管路6被居中地设置在内汽缸3b的进气管路4和第二外汽缸3a2的进气管路4之间。

为了经由排气排放系统排出排气，每个汽缸3装备有出口开口，该出口开口在每种情况下与一个排气管路8邻接。

图2以平面图示意性地示出了直喷式内燃发动机的汽缸盖1的第二实施例的进气管路4和排气管路8，汽缸盖1包括四个汽缸3。仅寻求解释与图1有关的附加特征，为此原因参考图1和相关联的描述。相同的参考标记已用于相同的部件。

进气歧管7具有对称形式，使得总进气管路6相对于歧管7居中地布置。四个汽缸3的进气管路4在两个内汽缸3之间居中地合并，即在第二汽缸3和第三汽缸3之间。这产生了相对于图1中所示的进气歧管7的共同特征，具体是关于总进气管路6的布置。

所示的四缸直列式发动机的进气歧管7也示出根据图1的实施例的结构设计的起点。

这有利于在进气系统的结构设计中实现在包括具有不同数量的汽缸3的汽缸盖1的发动机系列内产生尽可能多的共同特征的目的。

从如图2所示的四缸直列式发动机的进气歧管7出发，省略了第四汽缸3的进气管路4，以便到达图1的进气歧管7。

还可以看出，进气管路4比排气管路8长。

参考标记

1汽缸盖

2汽缸盖纵向轴线，平行于汽缸盖纵向轴线

3汽缸

3a1第一外汽缸

3a2第二外汽缸

3b内汽缸

4进气管路

5汽缸盖的前面侧

6总进气管路

7进气歧管

8排气管路

s进气管路的参考平面