CN103184926A - 具有废气和增压空气引导装置的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃发动机，其具有不可解除启用的第一汽缸组以及可解除启用的第二汽缸组。每个汽缸组配置有从排气歧管引出的排气管路。在配置给该第一汽缸组的排气管路中具有第一废气涡轮增压器，在配置给该第二汽缸组的排气管路中具有第二废气涡轮增压器。该内燃发动机还包括第一排气管路中的第一催化转化器和第二排气管路中的第二催化转化器，第一催化转化器在第一汽缸组的排气流动方向上布置在第一废气涡轮增压器下游，第二催化转化器在第二汽缸组的排气流动方向上布置在第二废气涡轮增压器下游。该内燃发动机还具有一安排在第一与第二排气管路之间的旁流管路以及一第一执行机构，借助第一执行机构可调节旁流管路的排气质量流。

Description

具有废气和增压空气引导装置的内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机，尤其是一种具有废气和增压空气引导装置的增压式内燃发动机。

背景技术

普遍已知的是，内燃发动机中的一组汽缸是长久运行的而另一组汽缸是可以解除启用的。在具有汽缸解除启用的双组（Zweibank）发动机概念中，当一个组被解除启用时能够会使相关的催化转化器冷却。其结果是转化率相当大地下降。

DE 4431058C1披露了一种具有可解除启用的汽缸组的内燃发动机，该可解除启用的汽缸组具有一个排气系统。气流穿过配置给该可解除启用的汽缸组的催化转化器到这样一种程度：使得所述催化转化器在该汽缸组解除启用之后没有太大程度的冷却，这样有可能使催化转化器在该汽缸组重新启用之后迅速生效。

如果在长久运行的汽缸组件以及可解除启用的汽缸组件的排气管路中各自安排一个催化转化器，一个旁通管路在所述两个催化转化器之间延伸，并且配置给该长久运行的汽缸组件的排气管路的催化转化器能够在其下游被完全或部分封闭或节流，那么在可解除启用的汽缸组解除启用之后能够基本上防止该汽缸组的催化转化器冷却。

如果旁通管路从长久运行的汽缸组件的排气管路、在配置给所述汽缸组件的催化转化器的上游延伸并且汇入相应催化转化器上游的可解除启用的汽缸组件的排气管路之中，则可以防止配置给不可解除启用的汽缸组的催化转化器的冷却。因而，当该封闭元件被完全关闭时，有可能使在所述催化转化器上游分流出的非常热的排气流来加热位于该关闭的排气管路中的催化转化器。当该封闭元件被部分关闭时，有可能实现该长久运行的汽缸组件的排气流动的分配，从而使得两个催化转化器均受到一部分排气流的冲击。因而基本上防止了被解除启用的汽缸组件的催化转化器的冷却。

然而，在具有汽缸解除启用与额外的针对组增压功能的双组发动机概念中的问题是，排气没有流过位于被解除启用组上的涡轮机，并且所述涡轮机因而开始停滞。首先这具有的影响是：因为只有当转子正在转动时才确保密封，所以径向轴密封圈在增压器轴上的密封作用被减小。其次，这具有的影响是，当启用该闲置组时，涡轮增压器不传送增压压力，这表现为不利的响应行为。

发明内容

与此背景相反，本发明的一个目的是，提供一种具有废气和增压空气引导的改进的内燃发动机，该内燃发动机允许催化转化器的较高的转化率和/或涡轮增压器的改进的响应行为。

所述目的是通过具有本发明特征的一种内燃发动机实现的。

本发明提出一种内燃发动机，尤其是一种多缸内燃发动机，它具有一个不可解除启用的第一汽缸组（Zylinderbank）和一个可解除启用的第二汽缸组。每个汽缸组配置有从排气歧管引出的排气管路。该内燃发动机此外在配置给第一汽缸组的排气管路中具有一个第一废气涡轮增压器，并且在配置给第二汽缸组的排气管路中具有一个第二废气涡轮增压器。该内燃发动机还包括：包含第一废气涡轮增压器的第一排气管路中的一个第一催化转化器，该第一催化转化器在第一汽缸组的排气的流动方向上观察安排在该第一废气涡轮增压器的下游；以及包含第二废气涡轮增压器的第二排气管路中的一个第二催化转化器，该第二催化转化器在第二汽缸组的排气的流动方向上观察安排在该第二废气涡轮增压器的下游。该内燃发动机此外具有安排在第一与第二排气管路之间的一个旁流管路，以及具有一个第一执行机构，通过该第一执行机构可以对穿过该旁流管路的排气质量流进行调节。

由于借助该第一执行机构对流经该旁流管路的排气质量流的调节能力，因而有可能使排气质量流从第一排气管路传输到第二排气管路中。

优选情况是，当第二汽缸组被启用时，可以封闭经过该执行机构的一个通道，而当第二汽缸组被解除启用时，可以至少部分地打开经过该执行机构的通道。由于第二汽缸组被启用时该执行机构能够被封闭，第一排气管路的排气质量流未被提供到第二排气管路。因而第二废气涡轮增压器仅被加载以第二汽缸的或第二排气管路的排气质量流。由于第二汽缸组被解除启用时该执行机构能够至少部分地打开，第一排气管路的排气质量流被至少部分地提供到第二排气管路。

以此方式，防止第二涡轮增压器的转子进入停滞，并确保径向轴密封圈在增压器轴上的密封作用。此外，由于第二涡轮增压器被加载以第一排气管路的排气质量流，产生了一个增压压力，该增压压力表现为第二涡轮增压器的有利的响应行为。此外，由于第一排气管路的排气质量流传送进入第二排气管路，第二排气管路的催化转化器同样受到被加载以该排气质量流，其结果是防止该催化转化器冷却。

在一个进一步优选的示例性实施方案中，规定，当第二汽缸组被启用时可以打开经过该执行机构的一个通道，而当该第二汽缸组被解除启用时可以至少部分地打开经过该执行机构的该通道。由于第二汽缸组被启用时该执行机构能够打开，可以打开该第二排气管路。当第二汽缸组被启用时，该第二涡轮增压器因而可以被加载以第一排气管路的排气质量流以及第二排气管路的排气质量流。因而，由于第二汽缸组与第二涡轮增压器之间的第二排气管路中的排气背压以及第一汽缸组与第一涡轮增压器之间的第一排气管路的背压，经由该旁流管路发生第一排气管路与第二排气管路之间的压力平衡。因而第一和第二涡轮增压器分别被加载以具有相等背压的排气质量流。

由于该第二汽缸组被解除启用时该执行机构能够至少部分地打开，第一排气管路的排气质量流被传送进入第二排气管路。第二涡轮增压器因而可以被加载以该排气质量流，其结果是防止第二涡轮增压器的转子进入停滞。这具有的影响是，径向轴密封圈在增压器轴上的密封作用没有下降。此外，由于第二涡轮增压器被加载以该排气质量流，产生了一个增压压力，其结果是改进了该涡轮增压器的响应行为。此外第二排气管路的催化转化器同样被加载以排气质量流，其结果是防止催化转化器的冷却。

在本发明的优选的实施方案中规定，旁流管路在第一汽缸组的排气的流动方向上观察在第一废气涡轮增压器的下游被连接到包含第一废气涡轮增压器的排气管路上。由于旁流管路在第一废气涡轮增压器下游布置在第一排气管中，因而确保在第一排气管路的排气质量流被至少部分地传送到第二排气管路之前，第一涡轮增压器被加载以第一排气管路的排气质量流。

有利地规定，该旁流管路在第一汽缸组的排气的流动方向上观察在第一废气涡轮增压器的下游并且在第一催化转化器的上游被连接到包含第一废气涡轮增压器的排气管路上。因而能够确保，安排在第一排气管路中的第一涡轮增压器被加载以第一排气管路的整个排气质量流，而定位在第一废气涡轮增压器下游的第一催化转化器被加载以该第一排气管路的第一排气质量流的至少一部分，其中，第一排气管路的排气质量流的剩余部分被用于流到第二排气管路的第二涡轮增压器上。

在进一步优选的示例性实施方案中，该旁流管路在第一汽缸组的排气的流动方向上观察在第一废气涡轮增压器的上游被连接到包含第一废气涡轮增压器的排气管路上。以此方式，第一排气管路的更大量的排气质量流可以经由该旁流管路而被传送到第二排气管路。此外，相对于旁流管路安排在第一排气管路的废气涡轮增压器下游的情况，穿过该旁流管路的排气质量流处于更高的温度。因而可以基于第二废气涡轮增压器的涡轮的较高旋转速度来改进第二废气涡轮增压器的响应行为。由于排气质量流的较高温度，第二排气管路的催化转化器可以被加载以处于较高温度的排气质量流，其结果是可以甚至更有效地防止催化转化器的冷却。

在优选的示例性实施方案以及该进一步的示例性实施方案中，该旁流管路在第二汽缸组的排气的流动方向上观察在第二废气涡轮增压器的上游被连接到包含第二废气涡轮增压器的排气管路上。因而有可能使第一排气管路的排气质量流提供给第二排气管路的涡轮增压器，而与旁流管路连接在第一排气管路上的位置无关。

在优选的示例性实施方案中，第一执行机构被安排在旁流管路中。以此方式，例如，当第二汽缸组未被解除启用时，有可能借助于在旁流管路中将第一执行机构置于一个截止位置中而使第一排气管路的排气质量流与第二排气管路的排气质量流分离。

在进一步优选的示例性实施方案中，第一执行机构在第二汽缸组的排气的流动方向中观察在第二废气涡轮增压器的下游被安排在包含第二废气涡轮增压器的排气管路中。由于该旁流管路从第一废气涡轮增压器上游的第一排气管路分支以及该旁流管路在第二废气涡轮增压器上游连接到第二排气管路，穿过该旁流管路的排气质量流由于旁流管路靠近汽缸组而温度增高。因此，执行机构安排在第二废气涡轮增压器下游是有利的，这是因为在安排在第二废气涡轮增压器上游的情况下，该执行机构将承受过高的温度。

在本发明的一个有利的改进中规定，第一执行机构在第二汽缸组的排气的流动方向上观察在第二废气涡轮增压器的下游并且在第二催化转化器的上游安排在包含第二废气涡轮增压器的排气管路中。以此方式，在部分或完全打开该执行机构的情况下，第二废气涡轮增压器可以被加载以排气流，并且第二排气管路的催化转化器的温度可以得到保持。

在优选的示例性实施方案以及进一步的示例性实施方案中规定，在一个增压空气管路中提供一个第二执行机构，借助该第二执行机构，当第二汽缸组被启用时可以打开该执行机构的一个通道，而当第二汽缸组被解除启用时可以封闭该执行机构的该通道。以此方式，当第二汽缸组被启用时允许到第二汽缸组的空气供给，而当第二汽缸组被解除启用时防止在第二废气涡轮增压器的第二增压空气管路中产生真空。

优选还规定，当预计启用第二汽缸组时，可以增加经过第一执行机构的排气质量流。因而有可能第二汽缸组被启用之前使第二排气管路的废气涡轮增压器相应地具有旋转速度。

在本发明的一个有利的改进中规定，当第二汽缸组被解除启用时，第二催化转化器可以被加载以第一废气涡轮增压器的排气质量流。因而可以防止第二汽缸组被解除启用时催化转化器冷却以及因此转化率下降。

附图说明

在附图中展示了本发明的多个示例性实施方案并且在以下的说明中对其进行了更详细的解释，在附图中：

图1示出根据本发明的内燃发动机的一个优选示例性实施方案的透视图；

图2示出根据本发明的内燃发动机的一个进一步优选的示例性实施方案的透视图。

在这些附图中，相同的参考号用于表示相同的或功能相同的部件。

具体实施方式

根据图1的一台内燃发动机10，尤其是一台增压式内燃发动机10，具有一个不可解除启用的第一汽缸组11以及一个可解除启用的第二汽缸组16，该不可解除启用的第一汽缸组带有一个相关的空气供给系统和排气系统，该可解除启用的第二汽缸组带有一个相关的空气供给系统和排气系统。

该不可解除启用的第一汽缸组11具有三个汽缸，并且该可解除启用的第二汽缸组16同样具有三个汽缸。

该不可解除启用的第一汽缸组11的空气供给系统具有一个空气滤清器31、废气涡轮增压器14的一个压缩机14b、一个惯性空气循环阀25、一个增压空气管路27、一个节流阀瓣24和一个进气歧管。

进气空气经过空气滤清器31流动进入增压空气管路27，其中，在涡轮增压器14运行时，增压空气管路27中的压缩机14b产生一个增压压力。所产生的增压空气随后经过节流阀瓣24和进气歧管而供给到不可解除启用的第一汽缸组11。惯性空气循环阀25被安排在增压空气管路27中并且例如通过负压被启用。当发动机进入惯性运行（schubbetrieb）时，该惯性空气循环阀被打开。因而，当节流阀瓣24被关闭并且增压压力仍在施加时，惯性空气循环阀被打开防止压缩机回路中的背压。因此，压缩机14b的压缩机叶轮未被制动，而是可获得全增压转速。

在本发明的一个优选的实施方案中，不可解除启用的第一汽缸组11的排气系统具有一个排气歧管12、一个第一排气管路13、一个第一废气涡轮增压器14或废气涡轮增压器14的涡轮14a、一个旁流管路21以及安排在该旁流管路21中的一个第一执行机构22和一个第一催化转化器15。

该不可解除启用的第一汽缸组11的排气歧管12汇入第一排气管路13，其中，该第一废气涡轮增压器14被安排在第一排气管路13中并且该第一催化转化器15在第一汽缸组11的排气的流动方向上观察是安排在第一废气涡轮增压器14的下游。

该旁流管路21安排在该第一排气管路13与第二排气管路18之间。该旁流管路21在第一汽缸组11的排气的流动方向上观察在第一废气涡轮增压器14的下游被连接到包含第一废气涡轮增压器14的排气管路13上。在第一汽缸组11的排气的流动方向上观察，尤其在第一废气涡轮增压器14的下游并且在第一催化转化器15的上游，设置了旁流管路21到包含第一废气涡轮增压器14的排气管路13的连接。在第二汽缸组16的排气的流动方向上观察，在第二废气涡轮增压器19的上游设置了该旁流管路21至包含第二废气涡轮增压器19的排气管路18的连接。

此外，第一执行机构22安排在旁流管路21中，借助该第一执行机构可以对穿过该旁流管路的排气质量流进行调节。当第二汽缸组16被启用时，借助第一执行机构22可以封闭该执行机构22的一个通道。其结果是，第一汽缸组11的排气质量流穿过第一排气管路13并且第二汽缸组16的排气质量流穿过第二排气管路18。当第二汽缸组16被解除启用时，可以至少部分地打开执行机构22的该通道。其结果是，第一汽缸组11的排气质量流的一部分穿过第一排气管路13，并且，第一汽缸组11的排气质量流的一部分穿过旁流管路21（该旁流管路从第一排气管路13分支）进入第二排气管路18。因而在配置给第二汽缸组16的排气管路18中的第二废气涡轮增压器19被加载以第一排气管路13的、穿过该旁流管路21的排气质量流。在所述排气质量流穿过第二废气涡轮增压器19之后，第二排气管路18的第二催化转化器20也被加载以穿过该旁流管路21的该排气质量流。

当预计要启用第二汽缸组16时，可以进一步增加流过第一执行机构22的排气质量流。

图2示出了根据本发明的内燃发动机的一个进一步优选的示例性实施方案的透视图。可解除启用的第二汽缸组16的空气供给系统具有一个空气滤清器32、废气涡轮增压器19的压缩机19b、一个惯性空气循环阀26、一个增压空气管路28、一个节流阀瓣24和一个进气歧管。

可解除启用的第二汽缸组16的空气供给系统具有一个空气滤清器32、废气涡轮增压器19的压缩机19b、一个惯性空气循环阀26、一个增压空气管路28、一个节流阀瓣24和一个进气歧管。

进气空气流经空气滤清器32流动进入增压空气管路28，其中，在涡轮增压器19运行时，增压空气管路28中的压缩机19b产生一个增压压力。所产生的增压空气随后经过节流阀瓣24和进气歧管而供给可解除启用的第二汽缸组16。惯性空气循环阀26被安排在增压空气管路28中并且例如通过负压力被启用。当发动机进入惯性运行时，惯性空气循环阀被打开。因而，当节流阀瓣24被关闭并且增压压力仍在施加时，惯性空气循环阀被打开防止压缩回路中的背压。由此，压缩机19b的压缩机叶轮未被制动，而是可获得全增压转速。

在本发明的一个优选的实施方案中，可解除启用的第二汽缸组16的排气系统具有一个排气歧管17、一个第一排气管路18、一个第一废气涡轮增压器19或废气涡轮增压器19的涡轮19a、以及一个第二催化转化器20。

可解除启用的第二汽缸组16的排气歧管17汇入第二排气管路18，其中，第二废气涡轮增压器19被安排在第二排气管路18中并且第二催化转化器20在第二汽缸组16的排气的流动方向上观察安排在第二废气涡轮增压器19的下游。

旁流管路21被安排在第一排气管路13与第二排气管路18之间。旁流管路21在第一汽缸组11的排气的流动方向上观察在第一废气涡轮增压器14的上游连接到包含第一废气涡轮增压器14的排气管路13上。在第二汽缸组16的排气的流动方向上观察，旁流管路21到包含第二废气涡轮增压器19的排气管路18的连接设置在第二废气涡轮增压器19的上游。

第一执行机构22在第二汽缸组16的排气的流动方向上观察在第二废气涡轮增压器19的下游布置在包含第二废气涡轮增压器19的排气管路18中。第一执行机构22在第二汽缸组16的排气的流动方向上观察尤其在第二废气涡轮增压器19的下游并且在第二催化转化器20的上游布置在包含第二废气涡轮增压器19的排气管路18中。

借助执行机构22可以对穿过旁流管路的排气质量流进行调节。

当第二汽缸组16被启用时，可以打开该执行机构22的一个通道。由第二汽缸组16经过第二排气管路18排出的排气因而可以穿过第二涡轮增压器19和第二催化转化器20。

当第二汽缸组16被解除启用时，可以至少部分地打开执行机构22的该通道。其结果是，第一汽缸组11的排气质量流的一部分穿过第一排气管路13，并且第一汽缸组11的排气质量流的一部分穿过旁流管路21，该旁流管路从第一排气管路13分支而进入第二排气管路18。因而，配置给第二汽缸组16的排气管路18中的第二废气涡轮增压器19被加载以第一排气管路13的、穿过旁流管路21的排气质量流。在该排气质量流穿过第二废气涡轮增压器19之后，第二排气管路18的第二催化转化器20也被加载以该穿过旁流管路21的排气质量流。

当预计要启用第二汽缸组16时，能够进一步增加经过第一执行机构22的排气质量流。

附图标记列表

10内燃发动机

11第一汽缸组

12第一排气歧管

13第一排气管路

14第一废气涡轮增压器

15第一催化转换器

16第二汽缸组

17第二排气歧管

18第二排气管路

19第二废气涡轮增压器

20第二催化转换器

21旁流管路

22第一执行机构

23第二执行机构

24节气门阀瓣

25第一惯性空气循环阀

26第二惯性空气循环阀

27第一增压空气管路

28第二增压空气管路

31第一空气滤清器

32第二空气滤清器

Claims (13)

1.一种内燃发动机（10），尤其是多缸内燃发动机（10），

具有一个不可解除启用的第一汽缸组（11）；

具有一个可解除启用的第二汽缸组（16）；

具有从排气歧管（12，17）引出的、配置给每个汽缸组（11，16）的排气管路（13，18）；

在配置给该第一汽缸组（11）的第一排气管路（13）中具有一个第一废气涡轮增压器（14）；

在配置给该第二汽缸组（16）的第二排气管路（18）中具有一个第二废气涡轮增压器（19）；

在包含该第一废气涡轮增压器（14）的第一排气管路（13）中具有一个第一催化转化器（15），该第一催化转化器在该第一汽缸组（11）的排气的流动方向上观察布置在该第一废气涡轮增压器（14）的下游；

在包含该第二废气涡轮增压器（19）的第二排气管路（18）中具有一个第二催化转化器（20），该第二催化转化器在该第二汽缸组（16）的排气的流动方向上观察布置在该第二废气涡轮增压器（19）的下游；

具有一个安排在该第一排气管路与第二排气管路（13，18）之间的旁流管路（21）；并且

具有一个第一执行机构（22），通过该第一执行机构能够对穿过该旁流管路的排气质量流进行调节。

2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，当该第二汽缸组（16）被启用时该执行机构（22）的一个通道能够封闭，而当该第二汽缸组（16）被解除启用时该执行机构（22）的该通道能够至少部分地打开。

3.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，当该第二汽缸组（16）被启用时该执行机构（22）的一个通道能够打开，而当该第二汽缸组（16）被解除启用时该执行机构（22）的该通道能够至少部分地打开。

4.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于，该旁流管路（21）在该第一汽缸组（11）的排气的流动方向上观察在该第一废气涡轮增压器（14）的下游与包含该第一废气涡轮增压器（14）的第一排气管路（13）连接。

5.如权利要求4所述的内燃发动机，其特征在于，该旁流管路（21）在该第一汽缸组（11）的排气的流动方向上观察在该第一废气涡轮增压器（14）的下游并且在该第一催化转化器（15）的上游与包含该第一废气涡轮增压器（14）的第一排气管路（13）连接。

6.如权利要求1或3所述的内燃发动机，其特征在于，该旁流管路（21）在该第一汽缸组（11）的排气的流动方向上观察在该第一废气涡轮增压器（14）的上游与包含该第一废气涡轮增压器的第一排气管路（13）连接。

7.如以上权利要求之一所述的内燃发动机，其特征在于，该旁流管路（21）在该第二汽缸组（16）的排气的流动方向上观察在该第二废气涡轮增压器（19）的上游与包含该第二废气涡轮增压器（19）的第二排气管路（18）连接。

8.如权利要求1、2、4、5和7之一所述的内燃发动机，其特征在于，该第一执行机构（22）布置在该旁流管路（21）中。

9.如权利要求1、3、6和7之一所述的内燃发动机，其特征在于，该第一执行机构（22）在该第二汽缸组（16）的排气的流动方向上观察在该第二废气涡轮增压器（19）的下游布置在包含该第二废气涡轮增压器（19）的第二排气管路（18）中。

10.如权利要求9所述的内燃发动机，其特征在于，该第一执行机构（22）在该第二汽缸组（16）的排气的流动方向上观察在该第二废气涡轮增压器（19）的下游并且在该第二催化转化器（20）的上游布置在包含该第二废气涡轮增压器（19）的第二排气管路（18）中。

11.如以上权利要求之一所述的内燃发动机，其特征在于，在一个增压空气管路（28）中设置有一个第二执行机构（23），借助该第二执行机构，当该第二汽缸组（16）被启用时能够打开该执行机构（23）的一个通道，而当该第二汽缸组（16）被解除启用时能够封闭该执行机构（23）的该通道。

12.如以上权利要求之一所述的内燃发动机，其特征在于，当预计要启用该第二汽缸组（16）时，能够增加通过该第一执行机构（22）的排气质量流。

13.如以上权利要求之一所述的内燃发动机，其特征在于，当该第二汽缸组（16）被解除启用时，该第二催化转化器（20）能够被加载以该第一排气管路（13）的排气质量流。

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