专利名称：具有水平安排的气缸组和排气涡轮增压器的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机，它具有水平安排的多个气缸组，这些气缸组被安排在该内燃发动机的容纳曲轴的曲轴箱的相背离的两侧上，并且它还具有至少一个带有排气涡轮增压器轴的排气涡轮增压器。
背景技术：
用于减少燃料消耗以及减少CO2排放物的一种高度有效的措施已经证明是与内燃发动机的增压相关联地减小排量，即所谓的小型化。具体是在与汽油直接喷射的相互作用中，在此它有可能产生相当大的可能的节省。这是作为较小的排量和/或减少的气缸数目的结果、通过减小内部摩擦、将工作点移动到较高负载范围(去节流)内、以及(并非最不重要的)通过减小组件重量来实现的。在对置气缸式发动机的情况下，总体上的情况是一个气缸组在各自的情况下的这些排气个质量流量被汇合并且在各自情况下被提供给一台涡轮机。排气涡轮增压的对置气缸式发动机因而总体上是双涡轮增压的概念。在此，指定给一个气缸组的一个排气涡轮增压器被安排在对置气缸式发动机的一侧上而指定给另一个气缸组的另一个排气涡轮增压器被安排在对置气缸式发动机的另一侧上。因此，这些排气涡轮增压器是定位在曲轴箱的两侧上。在此，这些排气涡轮增压器的排气涡轮增压器轴的轴线与曲轴轴线是平行安排的。仅有一个排气涡轮增压器的概念在热力学上可以是有利的，特别是如果这个单一排气涡轮增压器装备有可变的涡轮几何形状。维持这种常规的安排原则上要求省略一个排气涡轮增压器。其结果是，必须将一个气缸组的排气引导至相反侧上。所述原理在现有技术中得到使用，但考虑到不对称性以及随之而来的在左侧与右侧气缸组之间的非常明显不同的延伸长度，这是与多个不足取的热力学缺点相关联的，这些缺点导致了减小的排气涡轮增压器效率并且因此导致了减小的内燃发动机效率。所述缺点具体包括由于长的管线长度所引起脉冲增压的损失、由于在长的管线中的热传递所引起的排气焓的损失、以及不同气缸的不均勻的空气有效性、并且还有由于长的延伸长度所引起的引入发动机舱中的热量增加的缺点。GB 369033披露了一种对置气缸式发动机，其中一台排气涡轮机被安排在发动机上方而一台压缩机被安排在对置气缸式发动机下方。DE 11 2006 001 468 T5描述了一种V型构形的内燃发动机，其中一个排气涡轮增压器被安排在发动机上方。排气涡轮增压器轴的轴线被安排为平行于曲轴轴线。另外，US 2，858，666以及JP 2000 328951 A披露了多种V型发动机，在它们当中排气涡轮增压器被安排在发动机上方，其中排气涡轮增压器轴的轴线是对应地安排为竖直地并垂直于曲轴轴线、和平行于曲轴轴线。
发明内容
本发明的目的是，对在前言中提及类型的一种内燃发动机进行改进，使得它具有特别好的热力学特性同时具有紧凑设计。根据本发明，提出一种内燃发动机，具有一个曲轴箱并且具有容纳于所述曲轴箱中的一个曲轴，并且还具有至少一个具有排气涡轮增压器轴的排气涡轮增压器，其中，所述至少一个排气涡轮增压器是安排在该曲轴箱上方的，其中，该排气涡轮增压器轴的轴线被安排为卧式的并且相对于曲轴轴线成一个角度，该角度是在75°到105°之间或者在80° 到100°之间。本发明的目的由此实现所述至少一个排气涡轮增压器被安排在曲轴箱上方，排气涡轮增压器轴的轴线被安排为水平的并且相对于曲轴轴线成75°与105°之间、优选 90°的一个角度。该内燃发动机优选地具有一些水平安排的气缸组，这些气缸组安排于容纳曲轴的曲轴箱的相背离的两侧上。这就使得有可能令排气管线在尽可能短的路径上汇合，并且特别是使一个气缸组的排气系统的布置相应于另一个气缸组的排气系统的布置。因为该至少一个排气涡轮增压器是安排在曲轴箱上方的，这有可能实现一种内燃发动机，它在从曲轴出发朝向气缸组的方向上具有相对紧凑的构造。此外，根据本发明，该至少一个排气涡轮增压器的涡轮和压缩机的转动轴线以及由此排气涡轮增压器轴被安排为卧式的并且相对于内燃发动机的曲轴轴线成一个角度，这个角度是在75°到105°之间或者是在80°到100°之间，并且优选是90°。所述安排对于内燃发动机的紧凑设计做出重要贡献，并且以一种特别简单的方式允许排气管束的对称性连接而同时提供该组件的短的结构长度。优选的是仅设置一个唯一的排气涡轮增压器。然而，无论如何都可以使用多个排气涡轮增压器，尤其是两个排气涡轮增压器，它们安排在曲轴箱的上方。通过这两种安排都能够实现可以通过适合的阀门来切换的系统，在这些系统中，在较低的负载以及转动速度范围内仅一个排气涡轮增压器被通流、而在较高的负载以及转动速度范围内两个排气涡轮增压器都被通流。它们可以被设计为多级增压、顺序增压或切换的平行双增压方案。一般而言，该至少一个排气涡轮增压器是在曲轴箱的飞轮侧安排在曲轴箱上方的，在此一个变速器被连接到曲轴箱的末端侧上。在与其相背离的内燃发动机侧上，也就是说在发动机的皮带侧上，因而在此为多种辅助组件(如要保留在该位置上的发电机、高压泵以及致冷剂压缩机)保留了足够量的安装空间。对于排气涡轮增压器/催化转化器组合件而言，所述安排的优点是有可能利用水平气缸的自然地相对大的宽度而同时维持短的结构长度。这甚至在具有短的发动机舱的车辆(例如紧凑型小汽车以及中置发动机车辆)中导致了适合于纵向安装的一种非常紧凑的组件。基本上可想像的是将排气涡轮增压器安排在组件的皮带侧上而不是在飞轮侧上。对于该变型，这基本上要求皮带驱动的额外隔热。此外，当将排气涡轮增压器移位于曲轴箱的皮带侧上时，必须要将辅助组件不同地进行安排， 例如在曲轴箱的下侧。在此被认为特别有利的是，将一个排气净化装置(具体是一个排气催化转化器) 安排为邻近该至少一个排气涡轮增压器。具体地讲，相对于穿过该曲轴轴线竖直延伸的平面，该至少一个排气涡轮增压器被安排为邻近所述平面并且排气净化装置被安排为邻近所述平面而处于该平面的与排气涡轮增压器相反的一侧上。各个气缸组的排气管线被汇合而形成一条排气管线，并且这些气缸组的两条排气管线具体是在延伸穿过曲轴轴线的这个平面的区域中汇合。于是涡轮被设置在排气涡轮增压器的面向所述平面的一侧上。涡轮进气口被优选定位在曲轴轴线上或者至少接近该曲轴轴线，这样使得这些气缸组的排气管线或者这些气缸组的排气歧管可以对称地进行设计。由于排气净化装置的紧密连接的安排，它可以快速地达到其工作温度。排气管线优选在尽可能短的路径上汇合并且引入排气涡轮增压器的涡轮中。这确保了排气涡轮增压器的良好的响应性能。这些排气管线优选对称延伸并且优选形成为具有相等的延伸长度。由于这些管线短，使得有可能利用脉冲增压，并且另外对于所有气缸确保了相等的空气有效性，并且最终这些短的管线导致了低的热量损失，其结果是排气净化装置的快速预热。根据本发明的一种特别优选的改进，在此规定，对于一种内燃发动机，在该内燃发动机中，配属于这些气缸组的气缸盖配备有多个进气管道和多个排气管道，那么这些进气管道安排在底部并且这些排气管道安排在顶部。因为这些排气管道同样被移位到发动机顶侧上，所以这些排气管线可以保持特别短。这些气缸盖的通流方向因此被反向。进气侧被移位到该内燃发动机的底侧上。原则上，这种具有多个管道以及整个正时机构的气缸盖构造是关于一个穿过曲轴轴线的ζ平面镜像对称的。水套的相应重新设计以及曲轴箱的适配是必要的。在热力学上，这不会对于内燃发动机导致任何缺点。这种内燃发动机具体用于运输工具、特别是陆地运输工具的驱动。考虑到根据本发明的安排，这些热部件(具体是排气歧管、排气涡轮增压器以及催化转化器)不再是置于发动机的底侧，在该底侧它们受到由作用于车辆上的行车风的有效对流冷却。而是产生这样一种情况在发动机舱中由所述部件引入的热量(主要通过热辐射)将积蓄起来。因此不能排除现有的扫气鼓风机以及经过发动机舱的行车风流动不足以使这些热量排放掉。 因此存在的风险是，超过发动机舱中不同塑料部件(例如，电导线以及控制单元)的极限温度。为此，根据本发明的一种优选改进，这些热部件配备有隔热体。相应地，排气歧管、 排气涡轮增压器以及排气净化装置在其排气管处对外部是热隔离的。这种隔热体具体是形成为整体式隔热体，这种整体式隔热体具有一个空气隙并且具有一个扫气鼓风机，这个空气隙朝向热部件的方向是密封的，并且这个扫气鼓风机用于引导空气通过这个空气隙。所述整体式隔热体被形成为是近似气密的，并且这个空气隙通过这个扫气鼓风机来主动地通风以便实现对流冷却。在此，供给空气优选是在车辆外侧上的一个适合的点处获取的，理想的是在空气动力学正压力(高压)带的区域中。冷却的或扫气用的空气流动通过这个空气隙，并且在这样做时将这些热部件冷却。所述空气在车身下侧的区域中离开这个空气隙，理想的是在一个负压力(低压)带的区域中。考虑到在驾驶运行中以此方式所获得的这种正压梯度，这种主动冷却得到车辆空气动力学方面的支持。这种内燃发动机具体被设计为一种对置气缸式发动机或者一种180°的V型发动机。这种内燃发动机通常具有两个气缸组。
本发明的进一步的特征在扩展技术方案、附图以及对在附图中描绘的示例性实施方案的说明中显现，而本发明并不局限于所述示例性实施方案。
在附图中，分别示意性地示出图1根据本发明的内燃发动机的一个端视图，图2在图1中所展示的内燃发动机的俯视图，图3整体式隔热体的基本图。
具体实施例方式这个被设计为一台对置气缸式发动机1的内燃发动机具有两个水平安排的气缸组2和3，它们各自具有三个气缸。这些气缸组2和3被安排在容纳了曲轴的一个曲轴箱 4的相背离的两侧上。该曲轴轴线是通过点划线展示的并且由参考数字5表示。连接到曲轴箱4的端侧上的是一台变速器，具体而言，一个变速器钟形罩6被连接到曲轴箱4的一个端侧上。这种对置气缸式发动机1的该侧因此构成了其飞轮侧。位于曲轴箱4的另一端的是对置气缸式发动机1的皮带侧，它由一个皮带轮7展示，该皮带轮被防相对扭转地连接到曲轴8的与该皮带轮面对的末端上。一个油盘9在曲轴箱4的下部区域中被连接到曲轴箱上。在曲轴箱4上方并且邻近变速器钟形罩6布置了一个排气涡轮增压器10以及(与其邻近的)一个排气净化装置，它被设计为排气催化转化器11。排气涡轮增压器轴12并且因此排气涡轮增压器10的涡轮13的以及压缩机14的转子的转动轴线是卧式布置的，因此基本上是水平的，但相对于曲轴轴线5成90°角而延伸。相对于竖直延伸穿过曲轴轴线5的平面而言，排气涡轮增压器10在气缸组2的一侧上被布置在所述平面的旁边，而排气催化转化器11在配属于另一个气缸组3的一侧上被布置在所述平面的旁边。涡轮13被安排为邻近所述平面，而压缩机14被安排为与所述平面相距较大的距离。涡轮13的进气口优选定位在曲轴轴线5上或者尽可能地接近曲轴轴线5， 这样使得气缸组2和3的收集管线16可以具有对称的设计；也就是说，从涡轮进气口至各个收集管线存在近似相等的间距。从对应的气缸组2或3的三个气缸出发，其三条排气管线15汇合，确切地说是对称地安排的，直至它们的共同的收集管线16，由此，两个靠外的排气管线15具有相同的管线长度并且中间的排气管线15优选也具有相应的长度。这两个气缸组2和3的两个完全相同的收集管线16在穿过曲轴轴线5垂直延伸的平面的区域中汇合，以便形成一条收集管线17，该收集管线经过一个短的路径而连接到排气涡轮增压器10的涡轮13上。排气通过管线18离开涡轮13并且经过一个短的路径通到排气催化转化器11上并且由此进入排放管线19。如根据图1和图2的实施方案中所示，排气歧管、排气涡轮增压器以及催化转化器等这些热部件不再位于发动机的下侧，在该侧，如果该内燃发动机被安装在车辆中的话这些热部件经受由行车风造成的有效对流冷却。因此，这些热部件必须配备隔热体，如在图3 中基本地针对自身已知的整体式隔热体所示该图针对一个短的隔热体长度示出在该短的长度上展示的一个热部件20，该部件被一个隔热体21所包围，其中在所述隔热体21与热部件20之间形成了一个空气隙22。所述隔热体21同样仅在所述短的长度上示出。这个隔热体21在朝向空气隙22的一侧上具有一个防热辐射屏蔽23，这例如是一个金属板部件。在背离空气隙22的一侧上，这个防热辐射屏蔽23配备有矿物纤维隔热体24，并且后者在背离
6空气隙22的一侧上配备有用于保护纤维隔热体M的纤维的一个防热辐射屏蔽25或者保护套。所说明的整体式隔热体被设计为是大致气密的，并且由一台扫气鼓风机(未示出) 主动地进行通风以便获得对流冷却。在此，供给的空气是在车辆外侧上的一个适当位置被获取的，理想的是在空气动力学正压力带的区域中。冷却的或者扫气用的空气通过空气隙 22流动，并且在这样做时令热部件20冷却。空气在车身下侧的区域中离开空气隙22，理想的是在一个负压力带的区域中。考虑到在驾驶运行的过程中以此方式获得的正压力梯度， 这种主动冷却得到车辆空气动力学方面的支持。附图标记列表
1对置气缸式发动机
2气缸组
3气缸组
4曲轴箱
5曲轴轴线
6变速器钟形罩
7皮带轮
8曲轴
9油盘
10排气涡轮增压器
11排气净化装置/排
12排气涡轮增压器轴
13涡轮
14压缩机
15排气管线
16收集管线
17收集管线
18管线
19排放管线
20热部件
21隔热体
22空气隙
23防热辐射屏蔽
24纤维隔热体
25防热辐射屏蔽
权利要求
1.一种内燃发动机(1)，具有一个曲轴箱(4)并且具有容纳于所述曲轴箱中的一个曲轴(8)，并且还具有至少一个具有排气涡轮增压器轴(1 的排气涡轮增压器(10)，其特征在于，所述至少一个排气涡轮增压器(10)是安排在该曲轴箱(4)上方的，其中，该排气涡轮增压器轴(12)的轴线被安排为卧式的并且相对于曲轴轴线(5)成一个角度，该角度是在 75°到105°之间或者在80°到100°之间。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机(1)具有一些卧式安排的气缸组0，3)，这些气缸组安排在容纳该曲轴(8)的所述曲轴箱的相背离的两侧上。
3.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于，设置了一个唯一的排气涡轮增压器(10)。
4.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于，设置了多个排气涡轮增压器，尤其是两个排气涡轮增压器。
5.如权利要求1至4之一所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机(1)构造为对置气缸式发动机或者构造为180°的V型发动机。
6.如权利要求1至5之一所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机(1)具有两个气缸组(2，3)。
7.如权利要求1至6之一所述的内燃发动机，其特征在于，一个变速器(6)被连接到该曲轴箱的端侧上，并且，所述至少一个排气涡轮增压器(10)被安排为邻近该变速器 (6)。
8.如权利要求1至7之一所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机(1)被配置了一个排气净化装置，尤其是一个排气催化转化器(11)，该排气催化转化器被安排在所述至少一个排气涡轮压器(10)的旁边。
9.如权利要求8所述的内燃发动机，其特征在于，相对于穿过该曲轴轴线(5)竖直延伸的一个平面而言，所述至少一个排气涡轮增压器(10)被安排在该平面的旁边，而该排气净化装置(11)在该平面的与该排气涡轮增压器(10)不同的一侧上被安排在该平面的旁边。
10.如权利要求1至9之一所述的内燃发动机，其特征在于，一个气缸组O)的排气系统(15，16)的安排是与另一个气缸组(3)的排气系统(15，16)的安排相应的。
11.如权利要求1至10之一所述的内燃发动机，其特征在于，由所述至少一个排气涡轮增压器(10)以及该排气净化装置(11)形成的组合件被安排在该内燃发动机(1)的飞轮侧上。
12.如权利要求1至11之一所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机(1)具有一些气缸盖，这些气缸盖被配置给这些气缸组(2，；3)并且这些气缸盖具有多个进气管道和多个排气管道，这些进气管道被安排在底部而这些排气管道被安排在顶部。
13.如权利要求1至12之一所述的内燃发动机，其特征在于，该发动机的排气歧管以及排气涡轮增压器(10)、排气净化装置(11)和它们的排气管(19)是与外部隔热的。
14.如权利要求13所述的内燃发动机，其特征在于，该隔热体是作为整体式隔热体形成的，在这些热部件00)与一个隔热体之间具有一个密封的空气隙(22)，并且具有一个用于将空气引导通过该空气隙(11)的扫气鼓风机。
15.如权利要求14所述的内燃发动机，其特征在于，扫气用的空气是在装备有该内燃发动机的车辆外侧上在一个空气动力学正压力区中被分流出来的。
全文摘要
本发明涉及一种内燃发动机(1)，该内燃发动机具有多个水平安排的气缸组(2，3)，这些气缸组被安排在容纳内燃发动机(1)的曲轴(8)的一个曲轴箱(4)的相背离的两侧上，该内燃发动机还具有至少一个排气涡轮增压器(10)，该排气涡轮增压器具有排气涡轮增压器轴(12)。在所述类型的内燃发动机中，根据本发明，该至少一个排气涡轮增压器(10)安排于曲轴箱(4)的上方，该排气涡轮增压器轴(12)的轴线被安排为水平的并且与曲轴轴线(5)成90°。所述类型的内燃发动机具有特别良好的热力学特性并且同时具有紧凑的结构。
文档编号F01P5/02GK102312720SQ20111019681
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者F·迈尔, M·韦塞尔斯, T·劳贝 申请人:Dr.Ing.h.c.F.保时捷股份公司