專利名稱：包含汽缸蓋、排氣歧管和渦輪增壓器的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的包含汽缸蓋、排氣歧管和渦輪增壓器的組件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前發(fā)動機(jī)的設(shè)計趨勢是從自然吸氣式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。這種 趨勢已經(jīng)在柴油發(fā)動機(jī)上顯現(xiàn)一段時間了，但是現(xiàn)在正日益用于汽油發(fā)動機(jī)上。
出于經(jīng)濟(jì)原因使用增壓式發(fā)動機(jī)，因?yàn)檩^小的增壓式發(fā)動機(jī)可取代較大的自然吸 氣式發(fā)動機(jī)。在低負(fù)荷下，例如由于較少數(shù)目的汽缸和較低的摩擦以及減小的節(jié)流， 小的增壓式發(fā)動機(jī)能夠比較大的自然吸氣式發(fā)動機(jī)更有效率地運(yùn)轉(zhuǎn)，并且如果具有機(jī) 械增壓式發(fā)動機(jī)的車輛的駕駛員要求高性能或較高性能，其可通過該機(jī)械增壓提供。 因此，增壓式發(fā)動機(jī)可滿足與較大自然吸氣式發(fā)動機(jī)相同的需求同時具有較小的排 量、較小的尺寸和較低的重量。
增壓式發(fā)動機(jī)(在本例中通過渦輪增壓器增壓的發(fā)動機(jī))的缺點(diǎn)在于排氣歧管和 渦輪增壓器殼體的高成本。由于這兩個部件都必須經(jīng)受非常高的溫度，它們通常由鑄 鋼或鋼板制成。相應(yīng)的鋼鐵質(zhì)量通常包含高合金比例，高比例鎳通常被添加至該合金。 因此，鑄造渦輪增壓器殼體包含多至37%的鎳比例。特別的缺點(diǎn)是近來已經(jīng)持續(xù)上升 的鎳的高價格。
一個用于避免所述缺點(diǎn)的選擇是以與汽缸蓋一體形成排氣歧管。這應(yīng)用于由鋁制 造的排氣歧管并且同樣也應(yīng)用于由鑄鐵制造的排氣歧管。這種集成是已知的并且已在 例如歐洲專利EP 1006272 B1或在歐洲專利申請EP 07110193. 5中描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的包括制造盡可能具有成本效益和緊湊的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。 上述目的可通過一種用于具有至少兩個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的組件實(shí)現(xiàn)，所述組件 包含至少一個汽缸蓋、至少一個排氣歧管和至少一個帶有渦輪增壓器殼體的渦輪增壓
器；每個汽缸具有至少一個用于將排氣排出汽缸外的排氣口；每個排氣口與排氣管路
鄰接；至少兩個汽缸的排氣管路在汽缸蓋內(nèi)合并以形成整個排氣管路；其中，汽缸蓋、 排氣歧管和至少部分渦輪增壓器或部分單件式或多件式渦輪增壓器殼體為一體成型的。
本發(fā)明中，設(shè)計用于具有至少兩個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸蓋以使得該至少兩個汽缸的排氣管路在汽缸蓋內(nèi)合并，并且同樣至少部分渦輪增壓器或渦輪增壓器殼體與 汽缸蓋一體成型。即，排氣歧管和/或至少部分渦輪增壓器或部分單件式或多件式渦 輪增壓器殼體被集成進(jìn)汽缸蓋內(nèi)，即為汽缸蓋的一部分。
在本發(fā)明中，本發(fā)明不限制于外部點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，但也清楚地包含自動點(diǎn)火內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)。
渦輪增壓器殼體通常由用于渦輪側(cè)的殼體的鑄鋼和用于壓縮機(jī)側(cè)的殼體的鑄鋁 構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的背景，至少壓縮機(jī)側(cè)的殼體與汽缸蓋和排氣歧管一體成型是有利 的。
也可設(shè)想的是渦輪側(cè)的殼體或至少部分渦輪側(cè)的殼體同樣也與壓縮機(jī)側(cè)的殼體、 排氣歧管和汽缸蓋一體成型。隨后有利地通過例如將后者集成入內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷卻回 路中來冷卻殼體。
這種非常緊湊的設(shè)計使得可以將渦輪增壓器非常接近排氣門設(shè)置。從而相當(dāng)多地 減少了從汽缸至渦輪增壓器的管道的散熱表面積和體積。這導(dǎo)致比已知應(yīng)用低的焓損 失，并且因此導(dǎo)致較快的渦輪增壓器響應(yīng)，例如在負(fù)荷轉(zhuǎn)變的情況下。這急劇地減少 了所謂的渦輪遲滯(turbo lag)。
優(yōu)選地冷卻至少部分排氣歧管和/或部分渦輪增壓器。從而可以特別是在滿負(fù)荷 下獲得排氣溫度的降低?，F(xiàn)在，燃燒混合物在滿負(fù)荷下經(jīng)常被富化(A<1)以便降低 燃燒溫度并且從而降低排氣溫度以使得排氣歧管或渦輪增壓器不會被難以承受的高 溫?fù)p壞。與當(dāng)前的渦輪增壓發(fā)動機(jī)的設(shè)計相比，對于火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)這在每公里燃料 消耗和二氧化碳的排放上具有顯著的減少。出于該原因，將至少部分排氣歧管和部分 渦輪增壓器或渦輪增壓器殼體集成進(jìn)水冷內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷卻回路中也是有利的。出于 該目的，該組件具有至少一個合適的連接至內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷卻回路的冷卻管道。
此外，渦輪增壓器殼體具有至少一個用于冷卻渦輪側(cè)和/或渦輪增壓器軸承的冷 卻管道。
依照本發(fā)明由汽缸蓋、排氣歧管和至少部分渦輪增壓器殼體組成的組件有利地為 由鑄鋁一體成型制造的。這導(dǎo)致相對于由鋼構(gòu)成的排氣歧管和渦輪增壓器的傳統(tǒng)設(shè)計 有特別顯著的重量減輕。
然而，對于依照本發(fā)明的組件也可設(shè)想由例如鑄鐵或其它鑄材制造，因?yàn)榭梢圆?管鑄材的類型而保持關(guān)于渦輪增壓器的響應(yīng)特性和排氣溫度特性的優(yōu)點(diǎn)。
由于至少部分排氣歧管和/或渦輪增壓器或渦輪增壓器殼體集成進(jìn)冷卻回路中， 相對于常規(guī)設(shè)計，特別高的熱負(fù)荷的組件通過冷卻回路伴隨冷卻。在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)冷起 動期間其有利地導(dǎo)致特別快地加熱冷卻劑，從而導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的較快暖機(jī)，并且如
果采用冷卻劑運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)用于加熱車輛乘客廂，可以較快地加熱所述乘客廂。
依照本發(fā)明，所述組件相對于常規(guī)設(shè)計具有短得多的排氣路徑以及因此具有小得 多的熱交換表面。如果現(xiàn)在渦輪增壓器與用于排氣的催化后處理裝置(催化轉(zhuǎn)化器)鄰接，則在所謂的冷起動期間，排氣顯著地更快速地達(dá)到起動催化反應(yīng)所需的溫度。 這使得相對于已知設(shè)計需要較少燃燒混合物富化。
所述組件的優(yōu)點(diǎn)還在于發(fā)動機(jī)艙的布置。由于如上所述冷卻了特別高的熱負(fù)荷的 組件，可以省卻當(dāng)今常見的以已知方法遮蔽常規(guī)排氣歧管和/或渦輪增壓器使得鄰近 組件不會受到過髙溫度的干涉或損壞的護(hù)罩和受熱板。
所述組件還有利地相當(dāng)多地減小內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在車輛的發(fā)動機(jī)艙內(nèi)所需的安裝空間。
依照本發(fā)明的組件優(yōu)選地允許集成其它組件。因此，可以例如更好地連接來自或 至壓縮機(jī)的新鮮空氣管路。例如，可以將新鮮空氣管路集成進(jìn)汽缸蓋內(nèi)并且通過管道 來橋接至壓縮機(jī)殼體的短距離，例如，所述管道也可為依照本發(fā)明的汽缸蓋組件的組 成部分。
依照本發(fā)明，可以使例如渦輪增壓器的減壓閥(即所謂的廢氣門)和/或減壓管 道集成進(jìn)依照本發(fā)明的組件。所述廢氣門調(diào)節(jié)過度的排氣壓力并且繼而調(diào)節(jié)渦輪增壓 器的渦輪。從廢氣門至排氣系統(tǒng)的附加的排氣管路(其是常規(guī)的)也可集成進(jìn)依照本 發(fā)明的組件中。
除了已經(jīng)提到的集成的冷卻劑管道，至少一個機(jī)油管道有利地集成進(jìn)依照本發(fā)明 的組件中?？梢岳缫赃@樣的方式確保將機(jī)油供應(yīng)至渦輪增壓器。然而，也可設(shè)想在 冷起動期間通過集成的管道特別快速地加熱機(jī)油，并從而比迄今為止的常規(guī)方法更快 速地達(dá)到所需運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。
還可以特別是使渦輪增壓器的渦輪側(cè)或渦輪殼體設(shè)有特別的冷卻，這樣例如渦輪 殼體也可由鋁制造并且作為依照本發(fā)明的組件的一部分。關(guān)聯(lián)于渦輪和壓縮機(jī)輪的渦 輪增壓器軸可隨后作為分離組件推入，例如以芯子(cartridge)的形式。


附圖為依照本發(fā)明的組件的示意圖。
具體實(shí)施例方式
唯一的附圖顯示了依照本發(fā)明的組件1的示意圖。所述組合1由普通的單件式鑄 件組成，該單式鑄件由汽缸蓋2、排氣歧管3和渦輪增壓器4組成。由于將排氣直接 從排氣歧管3提供給渦輪增壓器4，可省卻相應(yīng)的連接。因此，排氣穿過連接5離開 渦輪側(cè)。燃燒空氣穿過管道6被吸入進(jìn)渦輪增壓器4的壓縮機(jī)部分，被壓縮并且穿過 連接7離開渦輪增壓器4。連接7可例如甚至在鑄造期間被對齊，這樣例如穿過闊門 蓋將壓縮空氣提供至發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，并且免去其它管道。
權(quán)利要求
1.一種用于具有至少兩個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的組件(1)，包含至少一個汽缸蓋(2)、至少一個排氣歧管(3)和至少一個帶有渦輪增壓器殼體的渦輪增壓器(4)；每個汽缸具有至少一個用于將排氣排出所述汽缸外的排氣口；每個排氣口與排氣管路鄰接；所述至少兩個汽缸的排氣管路在所述汽缸蓋(2)內(nèi)合并以形成整個排氣管路；其特征在于所述汽缸蓋(2)、所述排氣歧管(3)和至少部分所述渦輪增壓器(4)或部分單件式或多件式渦輪增壓器殼體為一體成型的。
2. 如權(quán)利要求l所述的組件(1),其特征在于，所述組件(l)為由鑄鋁制造的。
3. 如權(quán)利要求2所述的組件(1),其特征在于，所述組件(1)具有至少一個連 接至所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷卻回路的冷卻管道。
4. 如權(quán)利要求3所述的組件(1)，其特征在于，所述渦輪增壓器殼體具有至少 一個用于冷卻渦輪側(cè)和/或渦輪增壓器軸承的冷卻管道。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的組件(1),其特征在于，渦輪增壓器(4) 的減壓閥和/或減壓管道集成進(jìn)所述組件(1)中。
6. 如權(quán)利要求5所述的組件(1),其特征在于，所述組件(1)具有至少一個機(jī) 油管道。
7. 如權(quán)利要求6所述的組件(1),其特征在于，所述組件(1)設(shè)計為使得所述 渦輪增壓器殼體全部地集成進(jìn)組件(1)內(nèi)并且使得渦輪增壓器軸能夠作為壓縮機(jī)和 渦輪輪的芯子推入。
8. 如權(quán)利要求2、 3、 4中任一項所述的組件(1)，其特征在于，所述組件(l) 設(shè)計為使得所述渦輪增壓器殼體全部地集成進(jìn)組件(1)內(nèi)并且使得渦輪增壓器軸能 夠作為壓縮機(jī)和渦輪輪的芯子推入。
9. 如權(quán)利要求5所述的組件(1),其特征在于，所述組件(1)設(shè)計為使得所 述渦輪增壓器殼體全部地集成進(jìn)組件(1)內(nèi)并且使得渦輪增壓器軸能夠作為壓縮機(jī)和渦輪輪的芯子推入。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含汽缸蓋、排氣歧管和渦輪增壓器的組件，公開一種用于具有至少兩個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的組件，所述組件包含至少一個汽缸蓋、至少一個排氣歧管和具有渦輪增壓器殼體的至少一個渦輪增壓器；每個汽缸具有至少一個用于將排氣排出汽缸外的排氣口；每個排氣口與排氣管路鄰接；至少兩個汽缸的排氣管路在汽缸蓋內(nèi)合并以形成整個排氣管路；并且汽缸蓋、所述排氣歧管和至少部分所述渦輪增壓器殼體為一體成型的。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于制造盡可能具有成本效益和緊湊的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
文檔編號F02F1/42GK101624943SQ200910159728
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者凱·庫爾巴赫, 格溫特爾·巴爾奇, 諾伯特·肖恩, 賴訥·弗里德費(fèi)爾特, 迪爾克·博爾曼 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司