用于分离具有至少两个气缸组的内燃机的废气流动部的废气装置的制造方法

文档序号:10682335
用于分离具有至少两个气缸组的内燃机的废气流动部的废气装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于分离具有至少两个气缸组的内燃机的废气流动部的废气装置,其中,每个气缸组关联有废气流动部(2,3),借助于隔板组件(6)废气流动部(2,3)可交替地与至少一个输出侧的排气系(7,8,9)连接。在不同气缸组的废气流动部(2,3)之间的串扰由此被减少,即在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组相关联,其中,隔板组件(6)可根据气缸组的排气阀控制时间运行,其中,排出废气的气缸组通过隔板组件(6)与输出侧的废气流(7,8)相连接,其中,不排出废气的气缸组借助于隔板组件(6)与输出侧的排气系(7,8)分离。
【专利说明】
用于分离具有至少两个气缸组的内燃机的废气流动部的废气装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于分离具有至少两个气缸组的内燃机的废气流动部(Abgasf Iut)的废气装置。
[0002]此外,本发明涉及一种具有权利要求11的前序部分的特征的方法。
【背景技术】
[0003]由这样的文件DE102 36 732 Al已知一种用于分离内燃机的废气流动部的多流的废气装置。内燃机具有至少两个气缸组,其中,每个气缸组关联有一废气流动部。废气流动部通到以隔板组件(Blendenanordnung)的形式的开关装置中,其中,借助于隔板组件废气流动部可交替地与不同的输出侧的排气系(Ab ga s s t rang)连接。输出侧的排气系分别与废气流动部中的一个相关联。废气流动部或排气系分别由扇形的管形成,这些管共同遮盖圆形的横截面。隔板组件具有可旋转的隔盘(Blendenscheibe),其具有用于遮盖或释放管的扇形区域。隔板组件可借助于旋转驱动器机械地借助于齿条、蜗杆或齿轮驱动。输出侧的排气系分别具有在流动方向上与隔板组件具有不同距离的串扰部位(Uebersprechstelle)。由此,可在具有不同的串扰部位的输出侧的排气系之间进行废气流切换并且相应地应鉴于内燃机的不同运行点进行优化。根据另一实施例,输出侧的排气系分别具有催化器。通过借助于隔板组件切换,可交替地使催化器受载。催化器在流动方向上不一样远地与隔板组件相间隔,从而通过切换可使靠近内燃机的和/或远离内燃机的催化器受载。
[0004]由文件DE44 26 028 Cl已知一种以排气门组件的形式的废气装置。排气门组件布置在内燃机的具有第一排气系和第二排气系的双流的排气系组件中。排气门组件现在具有排气门(Abgasklappe),其中,一排气门布置在第一排气系中而另一排气门布置在第二排气系中。这两个排气门通过带动件(Mitnehmer)相互连接。这两个排气门布置成相互间旋转了 90。。
[0005]这样的废气装置还未最佳地来构造。在不同气缸组的废气流动部之间的串扰可导致提高的剩余气体含量且由此尤其在全负荷运行中导致提高的爆震趋势。由此会限制内燃机的工作能力。

【发明内容】

[0006]因此,本发明目的在于防止在不同气缸组的废气流动部之间的串扰。
[0007]本发明的目的现在通过一种具有权利要求1的特征的废气装置来实现。此外,本发明通过一种具有权利要求10的特征的方法来实现。
[0008]借助于隔板组件,废气流动部可交替地与输出侧的排气系相连接。在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组且由此与不同的废气流动部相关联。在此隔板组件根据气缸组的排气阀控制时间(Auslassventi Isteuerzeit)来运行。在此,当前排出废气的气缸组相应通过隔板组件与输出侧的废气流相连接。不排出废气的气缸组或必要时另外的不排出废气的气缸组借助于隔板组件与输出侧的排气系分离。相应地来控制和/或调节隔板组件。隔板组件交替地在一定的时刻释放气缸组的废气流动部或封锁它们,以防止串扰。优选地,废气流动部中的仅仅一个分别与排气系中的一个相连接,这具有该优点,即保护所有其它废气流动部免于串扰。
[0009]在优选的设计方案中,内燃机具有两个气缸组。内燃机尤其可构造为4缸发动机。内燃机可具有带有集成的排气歧管的气缸盖,其中,排气歧管形成废气流动部。隔板组件布置在排气歧管下游。在其它设计方案中,内燃机具有多于两个气缸组。与相应的气缸组相关联的气缸具有不同的排气阀控制时间。
[0010]隔板组件的打开时刻取决于气缸的排气阀控制时间。废气流动部与该至少一个排气系的交替连接尤其根据曲轴转角进行。废气流动部与排气系的交替连接在所属的气缸组的排出废气的气缸的排气阀打开之后尤其进行一定的曲轴转角。在此,隔板组件优选地在排出废气的气缸的排气阀打开之后错开一定的曲轴转角才断开与排气系的连接。该一定的曲轴转角也可被称为偏移量(Offset)并且尤其取决于排气脉冲从排气阀直至隔板组件所需的持续时间。
[0011 ]对于具有180°曲轴转角(° KW)的点火间隔的4缸发动机,打开持续时间相应为180°K14缸发动机例如具有第一、第二、第三和第四气缸。点火顺序可为1-3-4-2。在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组相关联。第一和第四气缸形成第一气缸组而第二和第三气缸形成第二气缸组。在此,具有第一和第四气缸的第一气缸组关联有第一废气流动部。第二和第三气缸形成第二气缸组。第二气缸组关联有第二废气流动部。这些分离的废气流动部现在分别形成隔板组件的输入。在隔板组件之后,首先将废气流动部分别引导到分离的排气系中而之后聚到共同的排气系中。
[0012]如果现在第一气缸排气,第一废气流动部被隔板组件打开且因此与相应的输出侧的排气系相连接。第二废气流动部被隔板组件封锁且因此第二废气流动部与输出侧的排气系分离。第一气缸的废气现在通过第一废气流动部且通过隔板组件流到排气系中。因为隔板组件同时封锁第二废气流动部,防止了排气的第一气缸的废气能够到达第二废气流动部中。由此防止了在第一气缸组与第二气缸组之间的串扰。相应于点火顺序(1-3-4-2),接着第三气缸将开始排气过程。通过隔板组件打开第二废气流动部而封闭第一废气流动部。在废气脉冲到达第一气缸的还打开的排气阀之前,通过隔板组件封闭第一和第四气缸的第一废气流动部。如此可防止排出废气的气缸的废气被压回到之后排出废气的气缸中。剩余气体含量且由此爆震倾向被减少。可提升内燃机的工作能力。即使对于相应长的排气脉冲也可防止串扰。由此,可显著提升内燃机的工作能力。优选地,此外通过废气涡轮增压器提升内燃机的工作能力。废气涡轮增压器的涡轮布置在隔板组件下游。
[0013]在优选的设计方案中,隔板组件具有旋转的隔盘。该隔盘优选地具有相应在部分周缘上延伸的圆环区段形的槽缝,其分别与废气流动部中的一个相关联。在优选的设计方案中,槽缝布置在旋转的盘的不同半径上。这在打开持续时间的设计中实现了较大的设计自由和因此较大的自由度。可考虑,隔盘以曲轴转速旋转或者与曲轴转速成比例的转速、例如凸轮轴转速旋转并且相应地来驱动。如果隔盘以曲轴转速旋转,槽缝尤其在180°的角度上延伸。如果盘以一半转速、即凸轮轴转速旋转,槽缝优选地在90°的角度上延伸。相邻的槽缝彼此错位90°或180°并且布置在不同半径上。
[0014]隔板组件的另一设计方案具有可平移运动的封闭器件(Verschlussmittel),其实现了用于封闭和释放废气流动部的平移运动。例如,可使用实施平移运动的两个板作为封闭器件。封闭器件的运动例如通过凸轮来控制。封闭器件与凸轮共同作用。此外可考虑,在另一备选的设计方案中通过伺服驱动器使封闭器件平移地或者旋转地运动。
【附图说明】
[0015]现在存在设计和改进根据本发明的废气装置和相应的根据本发明的方法的大量可能性。为此首先允许参照在权利要求1和权利要求11后面的权利要求。接下来根据说明书和属于此的附图来详细阐述废气装置的多个设计方案。其中:
图1以极其示意性的图示示出了布置在废气涡轮增压器与内燃机之间的废气装置,
图2以示意图示出了废气装置在气缸盖与废气涡轮增压器的涡轮之间的布置,
图3以示意图示出了隔盘的第一设计方案,
图4以示意图示出了隔盘的第二设计方案,
图5以示意图示出了带有两个分离板的隔板组件,
图6以示意图示出了关于曲轴转角所描绘的两个遮板节流函数,
图7以图表示出了关于内燃机的转速所描绘的隔板封闭控制时间和两个阀控制时间,图8以示意性的图表示出了关于曲轴转角所描绘的多个质量流、进气阀的升程、排气阀的升程,
图9以图表示出了关于内燃机的转速所描绘的内燃机的扭矩,以及图10以图表示出了关于内燃机的转速所描绘的留在气缸中的两个剩余废气含量。
[0016]附图标记清单I废气装置
2废气流动部 3废气流动部 4内燃机 5气缸盖 6隔板组件 7排气系 8排气系 9排气系 10涡轮 11隔盘 12隔盘 13槽缝 14槽缝 15旋转轴线 16槽缝 17槽缝 18排气冲击 19排气冲击 20隔板节流函数 21隔板节流函数 22封闭器件 23封闭器件 24凸轮
25阀打开控制时间(进气阀)
26阀关闭控制时间(排气阀)
27隔板封闭控制时间 28排气阀的升程 29进气阀的升程 30进气阀的质量流 31排气阀的质量流 32隔板组件的质量流 33扭矩 34扭矩
35剩余气体含量 36剩余气体含量。
【具体实施方式】
[0017]在图1和2中极其示意性地示出了用于分离内燃机4的废气流动部2,3的废气装置
I。内燃机4具有带有排气歧管(未详细示出)的气缸盖5。内燃机4例如可具有四个气缸,即第一、第二、第三和第四气缸。第一和第四气缸的废气在此通过废气流动部2而第二和第三气缸的废气通过废气流动部3来导出。
[0018]内燃机4因此具有两个气缸组,即带有第一和第四气缸的第一气缸组以及带有第二和第三气缸的第二气缸组。在备选的设计方案中可考虑,内燃机4具有多于两个气缸组,即三个或四个气缸组。每个气缸组具有至少一个气缸。气缸组优选地分别具有两个气缸。每个气缸组关联有一废气流动部2,3。废气流动部2,3形成隔板组件6的输入。借助于隔板组件6,废气流动部2,3分别可与输出侧的排气系7,8连接。这两个输出侧的排气系7,8通到共同的排气系9中。在隔板组件6下游布置有废气涡轮增压器的涡轮10。排气系9被引向涡轮10。
[0019]借助于隔板组件6,废气流动部2,3分别可交替地与输出侧的排气系7,8中的一个且在此也与排气系9连接。
[0020]废气流动部2和排气系7彼此对准地来布置。废气流动部3和排气系8同样彼此对准地来布置。
[0021]现在存在设计隔板组件6的不同可能性。在图3和4中示出的设计方案中,隔板组件6分别具有旋转的隔盘11,12。隔盘11(见图3)具有两个槽缝13,14,其扇形地分别以与废气流动部2或废气流动部3相同的相对于旋转轴线15的径向距离来布置。如果现在使隔盘11旋转成使得槽缝13遮盖废气流动部2,则废气流动部2与排气系7相连接。槽缝13,14分别在180°的旋转角度上延伸。槽缝13,14彼此错位地布置成使得废气流动部2,3中的仅仅一个分别与排气系7,8中的一个相连接。在此,槽缝13,14彼此错位180°地来布置。
[0022]在图4中示出的隔盘2具有两个槽缝16和两个槽缝17。槽缝16与废气流动部2和排气系7相关联并且径向上布置在外。径向上在内的槽缝17布置在废气流动部3或排气系8的径向高度上。在此,槽缝16,17也在隔盘12处构造成使得废气流动部2,3中的仅仅一个分别与相应的排气系7,8相连接,而另一排气系7,8与废气流动部2,3阻断。槽缝16,17分别在90°的角度范围上延伸。槽缝16,17交替地彼此间隔90°布置。这两个槽缝16相应彼此间隔180°布置,这两个槽缝17同样彼此间隔180°布置。
[0023]开头所提及的缺点现在由此来避免,即在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组相关联。隔板组件6可根据气缸的排气阀控制时间运行,其中,排出废气的气缸组通过隔板组件6与输出侧的废气流7,8相连接,其中,不排出废气的气缸组借助于隔板组件6与输出侧的排气系7,8分离。
[0024]隔板组件6可根据气缸组的排气阀控制时间由此来运行,即隔盘以与曲轴转速或与凸轮轴转速成比例的转速旋转。
[0025]以曲轴的转速来驱动在图3中示出的隔盘11。以凸轮轴的转速来驱动在图4中示出的隔盘12。废气流动部2,3的关闭相应于点火顺序实现,使得在图2中示出的排气冲击18不通过排气系8回到废气流动部3中。同样在第二气缸组中通过隔板组件6防止了排气冲击19回到废气流动部2中。
[0026]在图6中更极其示意性地示出了隔板节流函数20和21。可良好地识别出,与废气流动部2和排气系7相关联的节流函数分别在曲轴转角(°KW)的第一个180度上关闭,而在该第一个180°KW中第二节流函数21说明,隔板组件6对于废气流动部3打开并且因此排气冲击19可到达排气系8中、但是不能通过排气系7回到废气流动部2中。在下一个180°KW中,现在节流函数21下降到值“O”而隔板节流函数20相应地到值“I”,从而排气冲击18可通过废气流动部2到达排气系7中、但是不能通过排气系8回到废气流动部3中。在图6中竖直示出的侧沿(未详细标明)仅示意性示出。侧沿的上升取决于在隔板组件6的区域中废气流动部2,3的设计以及槽缝13,14,16,17的设计。
[0027]在图5中示出的设计方案中绘出,隔板组件6可通过一个或多个可平移运动的封闭器件22,23来构造。使封闭器件22,23平移移动,使得封闭器件22,23中的一个分别遮盖废气流动部2,3中的一个并且如此将相应的废气流动部2,3与相应的排气系7,8分离。另一废气流动部3,2相应地与排气系7,8相连接。封闭器件22,23的操控可借助于凸轮24实现。使凸轮24旋转。凸轮24例如可以曲轴转速旋转。
[0028]在图7中关于内燃机4的转速描绘了进气阀(未示出)的阀打开控制时间25。此外,示出了排气阀的阀关闭控制时间26。隔板组件6的隔板封闭控制时间27相对于排气阀的阀关闭控制时间26错开了一优选地恒定的曲轴转角或偏移量。在隔板封闭控制之间27与阀关闭控制时间26之间的偏移量在此大致相应于排气冲击18,19在从排气阀直至隔板组件6的路程上所需的时间。
[0029]在图8中关于曲轴转角描绘了排气阀的升程28和进气阀的升程29。排气阀28在180°KW之前不久被打开而在360°KW之后不久被关闭。可良好地识别出,在进气阀29打开之后质量流30首先上升,之后又略微下降而之后又上升。在此,该下降不强到使得质量流30的流向将反转。这由此来实现,即隔板组件6防止排出的废气在排气阀的升程28结束时侵入相应的废气流动部2,3中。此外,在图8中示出了排气阀的质量流31。同样示出了通过隔板组件6的第一废气流动部2的质量流32 ο可良好地识别出,质量流32在0° KW至180° KW以及360° Kff至540° KW的范围中等于零,因为在此隔板组件6封锁了废气流动部2。
[0030]在图9中示出了不带根据本发明的废气装置I的内燃机4的扭矩33和带有后置的根据本发明的废气装置I的内燃机4的扭矩34。可良好地识别出,带有根据本发明的废气装置I的内燃机4的扭矩尤其在直到每分钟4000转的范围中高于扭矩33。
[0031]在图10中关于转速描绘了分别在气缸的一个中的剩余气体含量35和剩余气体含量36。在此,剩余气体含量35对于不带根据本发明的废气装置I的内燃机而剩余气体含量36对于带有后置的根据本发明的废气装置I的内燃机示出。良好可见的是,带有后置的废气装置I的内燃机的剩余气体含量低于剩余气体含量35。通过根据本发明的废气装置I使废气冲击18,19易于排出,使排气背压下降。由此可使剩余气体含量下降,这导致相应的扭矩提高。
[0032]因此避免了开头所提及的缺点并且获得了相应的优点。
【主权项】
1.一种用于分离具有至少两个气缸组的内燃机(4)的废气流动部(2,3)的废气装置(I),其中,每个气缸组关联有废气流动部(2,3),借助于隔板组件(6)所述废气流动部(2,3)能够交替地与至少一个输出侧的排气系(7,8,9)连接,其特征在于,在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组相关联,其中,所述隔板组件(6)能够根据所述气缸组的排气阀控制时间运行,其中,排出废气的气缸组通过所述隔板组件(6)与输出侧的废气流(7,8)相连接,其中,不排出废气的气缸组借助于所述隔板组件(6)与输出侧的排气系(7,8)分离。2.根据权利要求1所述的废气装置,其特征在于,所述废气流动部(2,3)与所述排气系(7,8,9)的连接在所属的气缸组的排出废气的气缸的排气阀打开之后尤其进行一定的曲轴转角。3.根据权利要求1或2所述的废气装置,其特征在于,在所述隔板组件(6)下游布置有废气涡轮增压器的涡轮(10)。4.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,所述隔板组件(6)具有旋转的隔盘(11,12),其中,所述隔盘(11,12)具有多个槽缝(13,14; 16; 17)用于将所述废气流动部(2,3)与至少一个所述排气系(7,8,9)连接。5.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,能够以曲轴转速或以凸轮轴转速驱动所述隔盘(11,12)。6.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,所述废气流动部(2,3)中的仅仅一个相应与所述排气系(7,8)中的一个相连接。7.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,所述隔板组件(6)具有能够平移运动的封闭器件(22,23)。8.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,第一气缸组能够与第一废气流动部(2)相连接而第二气缸组能够与第二废气流动部(2)相连接,其中,每个气缸组关联有两个气缸。9.根据上述权利要求中任一项所述的废气装置,其特征在于,所述内燃机具有带有集成的排气歧管的气缸盖,其中,所述排气歧管形成所述废气流动部(2,3)并且所述隔板组件(6)布置在所述排气歧管下游。10.—种用于控制和/或调节用于分离具有至少两个气缸组的内燃机(4)的废气流动部(2,3)的尤其根据上述权利要求中任一项所述的废气装置的方法,其中,每个气缸组关联有废气流动部(2,3),其中,借助于隔板组件(6)将所述废气流动部(2,3)交替地与至少一个输出侧的排气系(7,8,9)相连接,其特征在于,在点火顺序上相邻的气缸与不同的气缸组相关联,其中,根据所述气缸组的排气阀控制时间使所述隔板组件(6)运行,其中,使排出废气的气缸组通过所述隔板组件(6)与输出侧的废气流(7,8)相连接,其中,使不排出废气的气缸组借助于所述隔板组件(6)与输出侧的排气系(7,8)分离。
【文档编号】F01N13/10GK106050436SQ201610198593
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610198593.6, CN 106050436 A, CN 106050436A, CN 201610198593, CN-A-106050436, CN106050436 A, CN106050436A, CN201610198593, CN201610198593.6
【发明人】M.普罗维尔, P.卡韦尔克
【申请人】大众汽车有限公司
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