內燃機和汽車的製作方法

2023-05-15 10:54:41 3

專利名稱：內燃機和汽車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機和一種汽車。
背景技術：
在德國專利申請文件DE 19706859A1中描述了一種內燃機，該內燃機配備有至少為兩級的進氣壓縮裝置，該進氣壓縮裝置具有中間冷卻器和再冷卻器並且與隨後的增壓空氣部分減壓裝置相連。進氣的壓縮過程至少在兩級中實施。在第一壓縮機級後在增壓空氣冷卻器(用作中間冷卻器)中進行增壓空氣的散熱。在此之後再次壓縮已經預壓縮的空氣並且在第二增壓空氣冷卻器中再冷卻。緊接著絕熱地完成增壓空氣的部分減壓。然而對於這種形式的空氣壓縮設置了兩個增壓空氣冷卻器，也就是說用於中間冷卻的第一增壓空氣冷卻器和用於再冷卻的第二增壓空氣冷卻器。這導致了附加的製造成本 和裝配成本。此外，所述兩個增壓空氣冷卻器在汽車的發動機艙中需要較大的結構空間。

發明內容
在此背景下，本發明所要解決的技術問題在於提供一種改進的內燃機。該技術問題通過一種內燃機解決，其具有用於雙增壓發動機的增壓空氣冷卻系統，具有在第一壓縮機級壓縮進氣的第一渦輪增壓機，具有將在第一渦輪增壓機中壓縮的空氣在第二壓縮機級繼續壓縮並且然後將繼續壓縮後的空氣輸送給內燃機的第二渦輪增壓機，具有設置在第一和第二渦輪增壓機之間的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器設計用於冷卻被第一渦輪增壓機壓縮的空氣。該技術問題還通過一種具有按本發明的內燃機的汽車，尤其是轎車解決。通過緊接在第一壓縮機級後冷卻空氣，能夠改善內燃機的響應性能，因為第二渦輪增壓機由於空氣被冷卻而能夠壓縮更多的空氣並且隨後將其輸送給內燃機。本發明的基礎理念在於，提升由第二渦輪增壓機輸送給內燃機的空氣量。為此，在空氣被第一渦輪增壓機壓縮之後在其輸送給第二渦輪增壓機之前首先被冷卻。由此，第二渦輪增壓機能夠壓縮更多的空氣並且將其輸送給內燃機。由此，可向內燃機輸送更多燃料並且提聞內燃機的功率。在一種按照本發明的實施形式中，第一渦輪增壓機通過第一管道與增壓空氣冷卻器相連，用以將在第一壓縮機級中壓縮的空氣輸送給增壓空氣冷卻器。由此，在第一壓縮機級中壓縮的熱的空氣首先被冷卻，因此能夠向隨後的第二渦輪增壓機輸送更多的空氣用來壓縮。被第二渦輪增壓機壓縮的更大量的空氣然後又輸送給內燃機。輸送給內燃機的更大空氣量意味著，也向內燃機輸送了更多的燃料並且內燃機由此獲得更高的功率。在另一種按照本發明的實施形式中，所述增壓空氣冷卻器通過第二管道與第二渦輪增壓機相連，用以將在第一壓縮機級中壓縮的空氣和在增壓空氣冷卻器中冷卻的空氣輸送給第二渦輪增壓機。所述第二渦輪增壓機能夠壓縮更大量的空氣，因為該空氣之前已經被冷卻了。由此提高了內燃機的功率並且相應地改善了其響應特性。
按照本發明的另一實施形式，第二渦輪增壓機通過第三管道與內燃機相連，用以將在第二壓縮機級中壓縮的空氣輸送給內燃機。因此，不需要在將第二渦輪增壓機出口處的空氣輸送給內燃機之前進一步冷卻該空氣，因為通過冷卻在第一壓縮機級的出口端提供的空氣已經為內燃機輸送了較大量的空氣並且由此已經提升了內燃機的功率。在另一種按照本發明的實施形式中，所述增壓空氣冷卻器和內燃機通過第四管道相連，在該第四管道中優選地設置閥裝置。所述閥裝置優選地設計成止回閥。由此能夠防止將太大量的空氣輸送給第二渦輪增壓機進行壓縮。在這種情況下通過第四管道直接將一部分空氣輸送給內燃機。在一種按照本發明的實施形式中，所述第四管道在增壓空氣冷卻器和內燃機之間與第二管道相連，該第二管道將第二渦輪增壓機與增壓空氣冷卻器相連。由此在需要時可將一部分空氣直接輸送給內燃機而不是第二渦輪增壓機。在一種典型的結構設計中，為了吸入空氣，第一渦輪增壓機在進氣端與進氣管相 連，其中，在進氣管中設置有空氣過濾器。所述兩個前後設置的渦輪增壓機優選這樣確定尺寸，使得所述第一渦輪增壓機可比第二渦輪增壓機壓縮更多的空氣。上述的結構設計和擴展設計只要合理就可任意地相互組合。本發明其它可行的結構設計、擴展設計和實施方式還包括之前或之後參照實施例描述的本發明特徵的未詳細描述的組合。尤其還可由本領域技術人員增加單方面的特徵作為對本發明各個基本形式的改進或補充。


以下結合在示意性附圖中說明的實施例進一步闡述本發明。在附圖中圖I顯示的是汽車內燃機的傳統式增壓空氣冷卻系統的示意圖；並且圖2顯示的是按照本發明一種實施形式的汽車內燃機的增壓空氣冷卻系統的示意圖。
具體實施例方式所述附圖應進一步幫助理解本發明的實施形式。所述附圖顯示實施形式並且用於與說明部分相關地解釋本發明的原理和理念。其它的實施形式和多個所述優點可參照附圖得出。附圖中的元件不一定是彼此按比例顯示的。在附圖中相同的、功能相同的和相同作用的元件、特徵和組件在沒有不同說明的情況下分別配設有相同的附圖標記。在圖I中示出具有傳統增壓空氣冷卻系統2的內燃機I的示意圖。內燃機I具有彼此耦連的第一和第二渦輪增壓機3、4。每個渦輪增壓機3、4具有渦輪機和壓縮機。渦輪機由汽車的廢氣流驅動並且又驅動壓縮機，所述壓縮機將空氣壓縮並且將其輸送給內燃機
I。所述兩個渦輪增壓機3、4的兩個壓縮機設計用於對由內燃機I吸入的空氣進行兩級式壓縮。壓縮的空氣隨後如前所述地輸送給內燃機I。如圖I中的實施例所示，第一渦輪增壓機3與進氣管5相連，空氣通過該進氣管5被吸入第一潤輪增壓機3的壓縮機中。該進氣管5具有吸氣口(Schnorcheleinlass) 6作為用於吸入空氣的進氣口。除此之外在進氣管5和第一渦輪增壓機3的壓縮機之間設置有空氣過濾器7，在吸入空氣進入第一渦輪增壓機3的壓縮機之前先在空氣過濾器7中進行過濾。第一渦輪增壓機3的壓縮機在第一壓縮機級中壓縮吸入空氣。壓縮空氣緊接著通過管道8輸送給第二渦輪增壓機4的壓縮機，管道8將兩個渦輪增壓機3、4的第一和第二壓縮機連接。在第二渦輪增壓機4的壓縮機中，熱的空氣在第二壓縮機級中被進一步壓縮。壓縮空氣緊接著通過管道9輸送給增壓空氣冷卻器10。管道9將第二渦輪增壓機4的壓縮機與冷卻壓縮空氣的增壓空氣冷卻器10連接。已壓縮冷卻的空氣緊接著通過管道11輸送給內燃機I，管道11將增壓空氣冷卻器10與內燃機I相連。如圖I所示，第一渦輪增壓機3的壓縮機還額外通過管道12與增壓空氣冷卻器10 相連。管道12從管道8中分支出來，管道8將渦輪增壓機3、4的兩個壓縮機相互連接並且與管道9相連，管道9將第二渦輪增壓機4的壓縮機與增壓空氣冷卻器10相連。在此，在管道12中在第一渦輪增壓機3的壓縮機和增壓空氣冷卻器10之間設置有閥裝置13。當由第一渦輪增壓機3的壓縮機壓縮的空氣量對於第二渦輪增壓機4的壓縮機過大時，至少部分空氣可以不輸送給第二渦輪增壓機4的壓縮機，而是直接通過管道12和閥裝置13導入增壓空氣冷卻器10中。由此可防止空氣倒流回第一渦輪增壓機3的壓縮機。為此，例如是止回閥裝置的閥裝置13被打開並且允許空氣從第一渦輪增壓機3的壓縮機直接流向增壓空氣冷卻器10，同時該閥裝置13在相反方向上關閉管道12，因此空氣不會從增壓空氣冷卻器10流回第一渦輪增壓機3的壓縮機。在圖I所示的傳統系統2中，被內燃機I吸入的空氣通過第一渦輪增壓機3的壓縮機壓縮。該壓縮後的熱的空氣緊接著被第二渦輪增壓機4的壓縮機繼續壓縮，然後該空氣在輸送給內燃機I之前在增壓空氣冷卻器中被冷卻。在這樣的傳統系統2中這會導致發動機在加速時相對較慢地響應。因此，按照本發明提供增壓空氣冷卻系統14，如在圖2的實施例中所示的那樣，該增壓空氣冷卻系統14改進了雙增壓內燃機I例如在加速時的響應性能或響應特性。該增壓空氣冷卻系統14同樣對被內燃機I吸入的空氣進行兩級式壓縮。為此，如圖2的實施例所示，被內燃機I吸入的空氣首先被第一渦輪增壓機3的壓縮機壓縮並且然後在連接的增壓空氣冷卻器10中冷卻。該被冷卻的並且在第一壓縮機級中被壓縮的空氣緊接著輸送給與第一渦輪增壓機3耦連的第二渦輪增壓機4的壓縮機並且在那在第二壓縮機級中被繼續壓縮。被第二渦輪增壓機4的壓縮機壓縮的空氣隨後輸送給內燃機I。通過在將空氣輸送給第二渦輪增壓機4的壓縮機之前冷卻空氣，能夠向第二渦輪增壓機4的壓縮機輸送並且由之壓縮更大的空氣量。由此能夠提高內燃機I的功率並且向其輸送給更多的燃料，因為第二渦輪增壓機4的壓縮機為內燃機I提供了更多的壓縮空氣。如圖2的實施例所示，內燃機I的第一和第二渦輪增壓機3、4相互耦連。兩個渦輪增壓機3、4分別具有渦輪機和壓縮機。在此，所述渦輪機如前所述通過汽車廢氣驅動並且又驅動所述壓縮機，所述壓縮機將由內燃機I吸入的空氣壓縮並且緊接著將其輸送給內燃機I。渦輪增壓機3、4的兩個壓縮機設計用於兩級式壓縮由內燃機I吸入的空氣。第一渦輪增壓機3的壓縮機與進氣管5相連，通過該進氣管5吸入空氣。除此之夕卜，在進氣管5中在第一渦輪增壓機3的壓縮機之前例如設置有空氣過濾器7，用於在將空氣輸送給壓縮機之前過濾空氣。在圖2所示的實施例中，進氣管5在空氣過濾器之前的部分具有例如吸氣口 6。在空氣在第一渦輪增壓機3的壓縮機中被壓縮之後，空氣通過將該壓縮機和增壓空氣冷卻器10連接的管道15輸送給增壓空氣冷卻器10並且在那被冷卻。被冷卻的並且在第一壓縮機級中被壓縮的空氣緊接著通過將增壓空氣冷卻器10和第二渦輪增壓機4的壓縮機相連的管道16輸送給第二渦輪增壓機4的壓縮機。第二渦輪增壓機4的壓縮機在第二壓縮機級中進一步壓縮空氣並且最後通過管道17將該壓縮空氣輸送給內燃機I。第二渦輪增壓機4的壓縮機通過管道17與內燃機I相連。此外，在增壓空氣冷卻器10和內燃機I之間可設置附加管道18，其中，在管道18中設置閥裝置13，例如是止回閥裝置。管道18從管道16分支出來，管道16將增壓空氣冷卻器10與第二渦輪增壓機4的壓縮機相連。
管道18和閥裝置13用於在空氣量過大時能夠直接將至少部分空氣通過管道18輸送給內燃機，而不需要先在第二渦輪增壓機4的壓縮機中壓縮。為此，所述閥裝置13朝內燃機I的方向打開管道18，同時其朝增壓空氣冷卻器10的方向關閉管道18，因此不會有空氣從內燃機I倒流回增壓空氣冷卻器10中。第一渦輪增壓機3在圖2所示的實施例中例如相比第二渦輪增壓機4具有更大的尺寸。但是，兩個渦輪增壓機3、4可以例如具有相同大小的尺寸。如前所述，本發明的目的是提供雙增壓發動機更好的響應特性。通過被第一渦輪增壓機3壓縮的熱的空氣在輸送給第二渦輪增壓機4之前首先在冷卻裝置10 (如增壓空氣冷卻器10)中被冷卻，可以將更大量的空氣輸送給第二渦輪增壓機4且由其壓縮並且提供給內燃機I。在第二渦輪增壓機4中的冷卻的增壓空氣改善了渦輪增壓機4的響應性能。另一優點是，在第二渦輪增壓機4和進氣管5之間減小了的空氣體積量同樣進一步改善了發動機I的響應性能。雖然以上結合優選的實施例全面闡述了本發明，但本發明並不局限於所述實施例，而是可以通過各種方式方法進行修訂。附圖標記清單I.內燃機2.增壓空氣冷卻系統3.第一渦輪增壓機4.第二渦輪增壓機5.進氣管6.吸氣口7.空氣過濾器8.(連接第一渦輪增壓機的壓縮機和第二渦輪增壓機的壓縮機的)管道9.(連接第二渦輪增壓機的壓縮機和增壓空氣冷卻器的)管道10.增壓空氣冷卻器11.(連接增壓空氣冷卻器和內燃機的)管道12.(附加地連接第一渦輪增壓機的壓縮機和增壓空氣冷卻器的)管道
13.閥裝置14.增壓空氣冷卻系統15.(連接第一渦輪增壓機的壓縮機和增壓空氣冷卻器的)管道16.(連接增壓空氣冷卻器和第二渦輪增壓機的壓縮機的)管道 17.(連接第二渦輪增壓機的壓縮機和內燃機的)管道18.(連接增壓空氣冷卻器和內燃機的)管道
權利要求
1.一種內燃機(I)，其具有用於雙增壓發動機的增壓空氣冷卻系統(14)， 具有在第一壓縮機級壓縮進氣的第一渦輪增壓機(3)， 具有將在所述第一渦輪增壓機(3)中壓縮的空氣在第二壓縮機級繼續壓縮並且然後將繼續壓縮後的空氣輸送給內燃機(I)的第二渦輪增壓機(4)， 具有設置在所述第一和第二渦輪增壓機(3、4)之間的增壓空氣冷卻器(10)，該增壓空氣冷卻器(10)設計用於冷卻被第一渦輪增壓機(3)壓縮的空氣。
2.按照權利要求I所述的內燃機，其特徵在於，所述第一渦輪增壓機(3)通過第一管道(15)與所述增壓空氣冷卻器(10)相連，用以將在所述第一壓縮機級中壓縮的空氣輸送給所述增壓空氣冷卻器(10)。
3.按照前述權利要求之一所述的內燃機，其特徵在於，所述增壓空氣冷卻器(10)通過第二管道(16)與所述第二渦輪增壓機(4)相連，用以將在所述第一壓縮機級中壓縮的空氣和在所述增壓空氣冷卻器(10)中冷卻的空氣輸送給所述第二渦輪增壓機。
4.按照前述權利要求之一所述的內燃機，其特徵在於，所述第二渦輪增壓機(4)通過第三管道(17)與所述內燃機(I)相連，用以將在所述第二壓縮機級中壓縮的空氣輸送給所述內燃機⑴。
5.按照前述權利要求之一所述的內燃機，其特徵在於，所述增壓空氣冷卻器(10)和所述內燃機(I)通過第四管道(18)相連，在該第四管道中設置有閥裝置(13)。
6.按照權利要求5所述的內燃機，其特徵在於，所述閥裝置(13)設計成止回閥。
7.按照權利要求5或6所述的內燃機，其特徵在於，所述第四管道(18)在所述增壓空氣冷卻器(10)和所述內燃機(I)之間與所述第二管道(16)相連，該第二管道(16)將所述第二渦輪增壓機(4)與所述增壓空氣冷卻器(10)相連。
8.按照前述權利要求之一所述的內燃機，其特徵在於，為了吸入空氣，所述第一渦輪增壓機(3)在進氣端與進氣管(5)相連，其中，在所述進氣管(5)中設置有空氣過濾器(7)。
9.按照前述權利要求之一所述的內燃機，其特徵在於，所述第一渦輪增壓機(3)設計用於比所述第二渦輪增壓機(4)壓縮更多的空氣。
10.一種汽車，尤其是轎車，其具有按照權利要求I至9之一所述的內燃機(I)。
全文摘要
本發明涉及一種內燃機，其具有用於雙增壓發動機的增壓空氣冷卻系統，具有在第一壓縮機級壓縮進氣的第一渦輪增壓機，具有將在第一渦輪增壓機中壓縮的空氣在第二壓縮機級繼續壓縮並且然後將繼續壓縮後的空氣輸送給內燃機的第二渦輪增壓機，具有設置在第一和第二渦輪增壓機之間的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器設計用於冷卻被第一渦輪增壓機壓縮的空氣。本發明還涉及一種具有所述內燃機的汽車。
文檔編號F02B37/013GK102777249SQ20121013887
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月7日 優先權日2011年5月6日
發明者K.考茲曼 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司