DE102005047890A1 - Exhaust manifold for an 8-cylinder internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Zündabstand von 90 DEG , bestehend aus zumindest einem ersten und einem zweiten Teilabgaskrümmer, wobei jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180 DEG beträgt. DOLLAR A Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Abgaskrümmers wird eine Leistungssteigerung für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine erzielt.Exhaust manifold for an 8-cylinder internal combustion engine with an ignition interval of 90 °, consisting of at least a first and a second partial exhaust manifold, each partial exhaust manifold being provided for a cylinder group whose ignition interval is 180 °. DOLLAR A Due to the design of the exhaust manifold according to the invention, an increase in performance is achieved for an 8-cylinder internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an exhaust manifold for an 8-cylinder internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.

Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 31 38 369 C1 aus. In dieser ist eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine in V-Bauart mit separaten Zylinderbänken beschrieben. Die Zylinder 1 und 4 versorgen einen ersten Abgasturbolader mit Abgas und befüllen die Zylinder 2 und 3 mit Frischgas. Die Zylinder 2 und 3 treiben einen zweiten Abgasturbolader an, der seinerseits wiederum die Zylinder 1 und 4 mit Frischgas versorgt. Die Zylinder 6 und 7 treiben einen dritten Abgasturbolader an, mit denen die Zylinder 5 und 8 mit Frischgas versorgt werden. Die Zylinder 5 und 8 treiben einen vierten Abgasturbolader an, der seinerseits die Zylinder 6 und 7 mit Frischgas befüllt. Weiter weist die 8-zylindrige Brennkraftmaschine symmetrische Zündabstände auf, d. h. die einzelnen Zylinder werden nacheinander mit einem Zündabstand von 90° befeuert.It is based on the German patent specification DE 31 38 369 C1 out. In this an 8-cylinder engine is described in V-type with separate cylinder banks. The cylinders 1 and 4 supply a first exhaust gas turbocharger with exhaust gas and fill the cylinders 2 and 3 with fresh gas. The cylinders 2 and 3 drive a second exhaust gas turbocharger, which in turn supplies the cylinders 1 and 4 with fresh gas. The cylinders 6 and 7 drive a third exhaust gas turbocharger, with which the cylinders 5 and 8 are supplied with fresh gas. The cylinders 5 and 8 drive a fourth exhaust gas turbocharger, which in turn fills the cylinders 6 and 7 with fresh gas. Furthermore, the 8-cylinder internal combustion engine has symmetrical ignition intervals, ie the individual cylinders are fired one after the other with a firing interval of 90 °.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist, dass die 8-zylindrige Brennkraftmaschine aufgrund der symmetrischen Zündabstände zwar eine gute Laufruhe aufweist, jedoch nicht die maximale Leistung erzielt wird.adversely in the described embodiment is that the 8-cylinder internal combustion engine due Although the symmetrical firing intervals one good running smoothness, but not the maximum performance achieved becomes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung für eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine aufzuzeigen.task The present invention is a way to increase performance for a generic internal combustion engine show.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180° beträgt.These The object is achieved by the feature in the characterizing part of the claim 1 solved by that each partial exhaust manifold for a cylinder group is provided, the firing interval is 180 °.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgaskrümmers ist die gegenseitige Querbeeinflussung der Abgasmassenströme auf den Ladungswechsel eines anderen Zylinders, sowie der Abgasgegendruck im Abgasstrang minimiert, wodurch die Brennkraftmaschine eine größere Leistung abgeben kann.By the embodiment of the invention exhaust manifold is the mutual cross-influence of the exhaust gas mass flows on the Charge change of another cylinder, as well as the exhaust back pressure minimized in the exhaust system, whereby the internal combustion engine a greater power can deliver.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist es möglich, zylinderselektiv Abgasmessungen durchzuführen. Dies ist möglich, da der Zündabstand zwischen den einzelnen Zylindern, deren Abgas in den Teilabgaskrümmer eingeleitet wird, 180° beträgt, so dass ein Standard-Messsensor auch bei höheren Drehzahlen ausreichend Zeit hat, Sensorsignale zu erzeugen, damit eine Abgasanalyse durchgeführt werden kann. Ultra schnelle Messsensoren werden nicht benötigt, wodurch die Herstellkosten für die Brennkraftmaschine gesenkt werden.By the embodiment according to claim 2 it is possible cylinder-selective to carry out exhaust gas measurements. This is possible because the firing interval between the individual cylinders whose exhaust gas is introduced into the partial exhaust manifold is 180 °, so that a standard measuring sensor is sufficient even at higher speeds Has time to generate sensor signals for exhaust gas analysis to be performed can. Ultra-fast measuring sensors are not needed, which means the production costs for the internal combustion engine are lowered.

In einer besonderen Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 kann dieser Sensor ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor sein. Somit ist es möglich, beispielsweise die Sauerstoffkonzentration bzw. das Luftverhältnis eines jeden einzelnen Zylinders zylinderselektiv zu messen. Insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist dies von Vorteil, da die zylinderselektiv zugemessene Kraftstoffmenge je Zylinder exakt eingeregelt werden kann. Es kann auch ein NOx-Sensor eingesetzt werden, um zylinderselektiv die NOx-Konzentration zu messen. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird ein kombinierter Sauerstoff-/NOx-Sensor einge setzt, um sowohl das Luftverhältnis als auch die NOx-Konzentration gleichzeitig zylinderselektiv zu messen.In a particular embodiment according to claim 3, this Sensor be an oxygen and / or a NOx sensor. Thus it is possible, for example the oxygen concentration or air ratio of each individual Cylinder cylinder selectively to measure. Especially with direct injection Internal combustion engines, this is advantageous because the cylinder-selective metered amount of fuel per cylinder are adjusted exactly can. It can also be a NOx sensor used to cylinder selective to measure the NOx concentration. In a further, particularly preferred variant a combined oxygen / NOx sensor is set to both the air ratio as well as the NOx concentration at the same time cylinder selective measure up.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird das Übersprechen der einzelnen Abgasmassenströme auf andere Zylinder auf ein Minimum reduziert. Sauerstoff-, bzw. Luftverhältnis- und/oder NOx-Messungen werden somit noch genauer möglich. Darüber hinaus führt diese Ausgestaltung nochmals zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine.By the embodiment according to claim 4 is the crosstalk the individual exhaust gas mass flows reduced to other cylinders to a minimum. Oxygen, or Air ratio and / or NOx measurements become even more accurate. In addition, this leads Design again to increase the performance of the internal combustion engine.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 gewährleistet kürzeste Abgasrohrlängen, wodurch eine genaueste Lambda- bzw. NOx-Messung möglich ist.The Embodiment according to claim 5 guaranteed shortest Exhaust pipe lengths, whereby a most accurate lambda or NOx measurement is possible.

Im Folgenden ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.in the The following is the internal combustion engine according to the invention based on a preferred embodiment explained in more detail.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante handelt es sich um eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine mit einem 90° Winkel zwischen den 4-zylindrigen Zylinderbänken. Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Abgaskrümmer auch bei anderen Winkeln als 90° einsetzbar. Der Abgaskrümmer, der aus zwei einzelnen Teilabgaskrümmern besteht, ist hierbei im heißen V der Zylinderbänke angeordnet. Eine Brennkraftmaschinenlängsachse erstreckt sich wie eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer Fahrtrichtung. Jede Zylinderbank weist 4 Zylinder in Reihe auf, wobei die Zylinder in Fahrtrichtung rechts betrachtet, ausgehend von der in Fahrtrichtung vorne liegenden Seite mit dem Nummern 1, 2, 3, 4 und die Zylinder der linken Bank ebenfalls ausgehend von der in Fahrtrichtung vorne liegenden Seite mit den Nummern 5, 6, 7 und 8 durchnummeriert sind.at a preferred embodiment is It is an 8-cylinder internal combustion engine with a 90 ° angle between the 4-cylinder cylinder banks. Of course is the exhaust manifold according to the invention also can be used at angles other than 90 °. The exhaust manifold, which consists of two separate partial exhaust manifolds, is hereby in hot V the cylinder banks arranged. An engine longitudinal axis extends as a crankshaft of the internal combustion engine in a direction of travel. Each cylinder bank has 4 cylinders in a row, with the cylinders viewed in the direction of travel on the right, starting from the direction of travel front side with numbers 1, 2, 3, 4 and cylinders the left bank also starting from the front in the direction of travel lying side numbered 5, 6, 7 and 8 are numbered.

Die Zylinder 1 bis 8 werden beispielsweise in folgender Reihenfolge befeuert:
Zylinder 1 – Zylinder 5 – Zylinder 4 – Zylinder 8 – Zylinder 6 – Zylinder 3 – Zylinder 7 – Zylinder 2, wobei der Zündabstand jeweils 90° beträgt. Auch andere Zündfolgen sind möglich. Bei der hier aufgeführten Zündfolge wird eine sog. Komfortanordnung erzielt, d. h. die Brennkraftmaschine ist besonders laufruhig, da bei dieser Zündfolge keine Massenkräfte 2. Ordnung auftreten.The cylinders 1 to 8 are fired, for example, in the following order:
Cylinder 1 - Cylinder 5 - Cylinder 4 - Cylinder 8 - Cylinder 6 - Cylinder 3 - Cylinder 7 - Cylinder 2, whereby the ignition distance is 90 ° each. Other ignition sequences are possible. In the firing order listed here, a so-called comfort arrangement is achieved, ie the internal combustion engine is particularly quiet, since in this firing sequence no second order inertial forces occur.

Erfindungsgemäß sind die Zylinder 1, 4, 6 und 7 mit einem ersten Teilabgaskrümmer und die Zylinder 2, 3, 5 und 8 mit einem zweiten Teilabgaskrümmer gasführend miteinander verbunden. Somit ergibt sich für jeden an einen Teilabgaskrümmer angeordneten Zylinder ein Zündabstand von jeweils 180° zum nächsten befeuerten Zylinder, wodurch die erfindungsgemäße Leistungssteigerung erzielt wird. Die Teilabgaskrümmer können ihrerseits wiederum in einzelne Abgasanlagen oder in eine gemeinsame Abgasanlage münden.According to the invention Cylinders 1, 4, 6 and 7 with a first partial exhaust manifold and the cylinders 2, 3, 5 and 8 with a second partial exhaust manifold gas leading each other connected. Thus, results for each to a partial exhaust manifold arranged cylinder a firing interval of 180 ° each to next fired cylinder, whereby the performance increase according to the invention achieved becomes. The partial exhaust manifold can turn, in turn, in individual exhaust systems or in a common exhaust system lead.

Vier einzelne Krümmerrohre, die einen Teilabgaskrümmer bilden, werden nach einer maximalen Abgas-Lauflänge von 300 mm nach den Zylindern 1, 4, 6 und 7 oder 2, 3, 5 und 8 zusammengeführt und weisen untereinander einen maximalen Längenunterschied von 100 mm auf. Nach der Zusammenführungsstelle der einzelnen Krümmerrohre, ist an jeden Teilabgaskrümmer ein Sensor, vorzugsweise ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist in vorteilhafter Weise eine zylinderselektive Lambda-Messung (Luftverhältnis) bzw. NOx-Bestimmung (Konzentration der im Abgas enthaltenen Stickoxide) möglich. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein kombinierter Sauerstoff-NOx-Sensor eingesetzt werden. Auch die Verwendung anderer Sensoren zur Bestimmung einer Abgaszusammensetzung oder von Komponenten hiervon ist möglich.Four individual manifold pipes, the one partial exhaust manifold form after a maximum exhaust run length of 300 mm to the cylinders 1, 4, 6 and 7 or 2, 3, 5 and 8 combined and have one below the other a maximum difference in length of 100 mm. After the merger of the individual exhaust manifolds, is on every partial exhaust manifold a sensor, preferably an oxygen and / or a NOx sensor arranged. Due to the embodiment of the invention is in an advantageous Way a cylinder-selective lambda measurement (air ratio) or NOx determination (concentration the nitrogen oxides contained in the exhaust gas) possible. In a further embodiment may a combined oxygen-NOx sensor be used. Also the use of other sensors for the determination an exhaust gas composition or components thereof is possible.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgaskrümmers wird für eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine eine erhöhte Leistung erzielt, bei gleichzeitiger zylinderselektiver Messung von Abgasemissionen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit den o. g. maximalen Krümmerrohrlängen ist eine zylinderselektive Bestimmung von Abgaskomponenten bis ca. 4000 1/min. der Brennkraftmaschine möglich.By the embodiment of the invention exhaust manifold is for an 8-cylinder internal combustion engine achieves increased power, while at the same time cylinder-selective measurement of exhaust emissions. Due to the inventive design with the o. g. maximum manifold tube lengths is one Cylinder-selective determination of exhaust gas components up to approx. 4000 1 / min. the internal combustion engine possible.

Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile für einen Zündfolgekrümmer mit gleicher Abgasrohrlänge:

  • – Ein sehr genauer Zündabstand von 180° von der zum jeweiligen Krümmer zusammengefassten Zylindergruppe;
  • – Eine identisches Betriebsverhalten aller Zylinder (Absenkung der Klopfempfindlichkeit);
  • – Eine zylinderindividuelle Überwachung und Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit jeweils nur einer einzigen Lambda-Sonde je Teilabgaskrümmer;
  • – Ein zylinderindividueller Injektorabgleich (Kraftstoff-Einspritzventil) ist möglich;
  • – OBD-Funktion (onboard-Diagnose) ist ermöglicht;
  • – Aufgrund der Einsparung von Lambda-Sonden ist eine Kostenreduzierung erzielt;
  • – Ein Injektorabgleich auch bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist möglich.
In summary, the following advantages result for a Zündfolgekrümmer with the same exhaust pipe length:
  • - A very precise ignition distance of 180 ° from the cylinder group combined to the respective manifold;
  • - An identical performance of all cylinders (lowering the knock sensitivity);
  • - A cylinder-individual monitoring and control of the air-fuel ratio with only a single lambda probe per partial exhaust manifold;
  • - A cylinder-individual Injektorabgleich (fuel injection valve) is possible;
  • - OBD function (onboard diagnostics) is enabled;
  • - Due to the savings of lambda probes a cost reduction is achieved;
  • - An injector adjustment even with direct-injection internal combustion engines is possible.

Claims (5)

Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Zündabstand von 90°, bestehend aus zumindest einem ersten und einem zweiten Teilabgaskrümmer, wobei jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180° beträgt.Exhaust manifold for an 8-cylinder internal combustion engine with a firing interval of 90 °, consisting of at least a first and a second partial exhaust manifold, each Teilabgaskrümmer is provided for a cylinder group, characterized in that each partial exhaust manifold is provided for a cylinder group whose Zündabstand 180 ° is. Abgaskrümmer nach Patentanspruch 1, wobei jeder Teilabgaskrümmer die Abgase der ihm zugeordneten Zylinder an einer Abgas-Zusammenführungsstelle zusammenführt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilabgaskrümmer in Strömungsrichtung eines Abgases hinter der Abgas-Zusammenführungsstelle einen Abgas-Sensor aufweist.exhaust manifold according to claim 1, wherein each partial exhaust manifold the exhaust gases of its associated Cylinder at an exhaust merger point merges, characterized characterized in that each partial exhaust manifold in the flow direction of an exhaust gas behind the exhaust merger point having an exhaust gas sensor. Abgaskrümmer nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor ist.exhaust manifold according to claim 2, characterized in that the sensor a Oxygen and / or a NOx sensor is. Abgaskrümmer nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, wobei jeder Teilabgaskrümmer für jeden ihm zugeordneten Zylinder ein Abgasrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abgasrohre weitgehend die gleiche Länge aufweisen.exhaust manifold according to one of the claims 2 or 3, each partial exhaust manifold for each cylinder assigned to it having an exhaust pipe, characterized in that all the exhaust pipes largely the same length exhibit. Abgaskrümmer nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkraftmaschine eine V-Bauform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer weitgehend im V der Brennkraftmaschine angeordnet ist.exhaust manifold according to one of the claims 1 to 4, wherein the internal combustion engine has a V-type, characterized characterized in that the exhaust manifold is arranged largely in the V of the internal combustion engine.
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