[发明专利]一种具有两个可停用汽缸的四缸发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机，并且尤其涉及一种四缸直列活塞式发动机，其中能够停用两个汽缸以便改善燃料消耗。

背景技术

众所周知，发动机常常在远低于能够产生的动力输出水平下运转。这种部分负载运转常常导致发动机在远低于发动机能够实现的热效率水平下运转，从而损害了燃料效率。

因此，需要使可从发动机获得的动力更好地适应于施加在发动机上的负荷，从而使发动机始终尽可能地非常接近其最大运转效率运转。本发明的发明人已经认识到，如果发动机运转在部分负载下通过选择性地停用四缸发动机的两个汽缸能够更好地实现这样适应。

如果为了减少发动机的排放而将排气处理装置(例如，催化转化器、NOx捕集器或碳烟捕集器)耦接至发动机，那么通常就需要将排气处理装置加热至能使其充分有效来执行其指定功能的温度之上，这种温度通常称为“启动温度”。然而，与发动机在满负载运转的情况下产生的排气温度相比，发动机在低负载或部分负载(其中所有汽缸都正在运转)的情况下的排气温度相对较低。本发明的发明人因此已经认识到，选择性的汽缸停用的另一优点在于，通过停用两个汽缸中的一个能够增加其余工作汽缸的排气温度，从而减少任何排气处理装置需要在从冷态启动后实现其各自启动温度的时间。

发明内容

本发明的目标是提供一种具有改善的燃料效率的四缸发动机。

根据本发明的第一方面，提供了一种四缸直列往复活塞式内燃发动机，其中外汽缸和相邻的内汽缸运转(一起被称为主汽缸)，而与其串联的另外两个相邻汽缸可停用地运转(副汽缸)。汽缸中的每一个都容纳各自的活塞使得活塞能够滑动，活塞被各自的连杆可运转地连接到各自的具有四个曲柄的曲轴的曲柄。

根据本发明的第二方面，显著减小排气歧管的体积。排气系统中的动态波过程或压力波动是多缸内燃发动机的热力学偏移的工作汽缸在气体交换期间相互影响的原因，并且尤其还可以彼此损害。可以导致更差的扭矩特性或减小的动力范围。如果各个汽缸的排气管相互分开地行进更长的距离，则可以抵消汽缸在气体交换期间的相互影响。

然而，后者引起涡轮增压器的退化的响应特性。燃烧气体在气体交换期间自内燃发动机的汽缸的排出本质上基于两种不同机制。如果在气体交换开始的时候排气门靠近下止点打开，由于接近汽缸中的燃烧结束时发生的高压以及相关的燃烧室与排气管道之间的高压差，燃烧气体以高速流过出气口进入排气系统。所述压力驱动的流动过程伴有高压峰值，其也被称为排气前的震动，并沿排气管以声速传播，其中随着距离的增加并且取决于由于摩擦而导致的管道路由选择，压力几乎猛烈地下降(即减小)。

另外，在气体交换的过程中，汽缸中的压力与排气管中的压力基本相等，因此由于活塞的往复运转而在很大程度上排出燃烧气体。

取决于排气排放系统的具体实施例，自汽缸传出的压力波不仅经过所述汽缸的至少一个排气管，而且还经过其他汽缸的排气管，并且甚至可能向上到达在各个管的末端处提供的打开的排气开口。

在气体交换期间，已经被排入或被引入排气管的排气因此能够再次进入汽缸，并且由于自另一汽缸传出的压力波甚至还有其他可能。

为了避免各个汽缸的排气管相互分开地行进更长的距离，四个汽缸的排气管被合并以形成排气歧管。汽缸的排气管由此被分级合并，并且甚至以如下方式进行合并，即在每个实例中，外汽缸的至少一个排气管和相邻内汽缸的至少一个排气管被合并以形成部分排气管，以及以此方式形成的两组汽缸的部分排气管被合并以形成总排气管。通过这种措施，可以减小所有排气管的总距离和排气管的体积。此外，具有针对各组汽缸优化的增压的空气供给的涡轮增压器可以被布置为用于各组汽缸中的每一个。可以通过利用两个相互并联布置的具有合适的小涡轮横截面的涡轮增压器来改善涡轮增压器的响应特性。如果多组汽缸包含不同的排量，这是特别有利的。优选地，涡轮包含可变几何形状，因此不管是低与高旋转速率还是低与高负荷，涡轮几何形状的调节都能够发生。

排气管由此可以被部分地或全部地被集成在至少一个汽缸盖内。排气管或部分排气管有时在一起被称为排气歧管。

之前描述的涉及汽缸在气体交换期间的相互影响的问题与内燃发动机的结构设计具有增加的相关性，因为在设计排气歧管时，会注意到趋于短排气管的趋势。

由于多个原因，因此有利的是，从各自的排气开口开始一直到排气歧管中的聚集点(其中排气管在聚集点处被合并为共用的总排气管，并且汽缸的热排气在聚集点处聚集)尽可能短地实施汽缸的排气管，例如以便基本上将排气歧管集成在至少一个汽缸盖内，并且以便尽可能在汽缸盖内进行排气管到总排气管的合并。