DE102006042443A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Abgasanlage
(1) für
eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern in V-Bauart, wobei einer ersten
Zylindergruppe ein erster Abgasstrang (1a) und einer zweiten Zylindergruppe
ein zweiter Abgasstrang (1b) zugeordnet ist und wobei ein Zündabstand
in der ersten Zylindergruppe und in der zweiten Zylindergruppe jeweils 180° beträgt, wobei
der erste Abgasstrang (1a) in einen ersten Abgaseinlass eines ersten
Abgasturboladers (2) und einen ersten Abgaseinlass eines zweiten
Abgasturboladers (3) und der zweite Abgasstrang (1b) in einen zweiten Abgaseinlass
des ersten Abgasturboladers (2) und in einen zweiten Abgaseinlass
des zweiten Abgasturboladers (3) abgasführend mündet und dass in Strömungsrichtung
eines Abgases hinter einem Abgasturbolader (2, 3) ein Drosselorgan
(6) angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung gesenkt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung gesenkt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die japanische Offenlegungsschrift
JP-A-03151519 - Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 057 129 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Abgasanlage für eine mager betreibbare Brennkraftmaschine mit acht Zylindern beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist eine erste Zylindergruppe mit einem ersten Abgasstrang sowie eine zweite Zylindergruppe mit einem zweiten Abgasstrang auf. Jedem Abgasstrang ist eine Abgasreinigungsanlage zugeordnet. Beide Abgasstränge sind vor den Abgasreinigungsanlagen über ein Stellelement gasführend miteinander verbindbar. Zwischen der Verbindungsstelle und den beiden Abgasreinigungsanlagen sind zwei Abgasturbolader angeordnet. Je nach Stellung des Stellelementes sind entweder beide Abgasturbolader mit Abgas aus beiden Abgassträngen beaufschlagbar oder nur ein einziger Abgasturbolader mit dem Abgas aus beiden Abgassträngen. Mit dem Stellelement ist somit der Abgasmassenstrom durch die Abgasturbolader einstellbar. - Aus einer noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung, der
DE 10 2005 047 890 , ist ein Abgaskrümmer für eine gattungsgemäße achtzylindrige Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Zylinder der Brennkraftmaschine einen Zündabstand von 90° aufweisen. Der Abgaskrümmer besteht im Wesentlichen aus zwei Teilabgaskrümmern, wobei jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, so dass der Zündabstand der Zylindergruppe 180° beträgt. - Bei der gattungsgemäßen Brennkraftmaschine beträgt der Zündabstand der Zylindergruppe, wie bereits dargestellt, 180° im Biturbobetrieb je Teilabgaskrümmer. Wird ein Abgasturbolader abgeschaltet, z. B. in einem Betriebspunkt mit niedriger Drehzahl und hoher Last, wo sinkt der Zündabstand auf 90°, da alle acht Zylinder diesen einen Abgasturbolader mit Abgas beaufschlagen. Dieser Fall wird im Folgenden nun betrachtet:
- 1.
Beispielsweise öffnet
das Auslassventil von Zylinder
5 90° nach dem Auslassventil des Zylinders1 . Der Abgasausstoß von Zylinder5 liegt somit genau im Öffnungsbereich des Auslassventils von Zylinder1 . Somit kann infolge des hohen Abgasdrucks Abgas in den Zylinder1 zurückströmen (bei einem Zündabstand von 180°, d. h. wenn beide Abgasturbolader mit Abgas beaufschlagt sind, dem sog. Biturbobetrieb, ist dies nicht möglich). Dies führt in der Folge zu einer erhöhten Ausschiebearbeit und der Restgasanteil in den Zylindern steigt. Der steigende Restgasanteil führt aufgrund der höheren Temperaturen zu höherer Klopfempfindlichkeit. Damit steigt der Anfettungsbedarf (mehr Kraftstoff wird dem Zylinder zugeführt als notwendig) und ein späterer Zündwinkel ist erforderlich. Beides führt zu einem abnehmenden Wirkungsgrad und höherem Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, da kein Durchspülen der Zylinder möglich ist. (Das Durchspülen von Luft durch die Zylinder bei bestimmten Ventilüberschneidungen führt zur Abnahme des Restgasgehaltes und erhöht den Verdichter- und Turbinenwirkungsgrad bei gleichzeitig größerem Abstand zur Verdichterpumpgrenze). - 2. Das Stellglied, der Abschaltmechanismus, des abzuschaltenden Abgasturboladers liegt in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Turbolader. An dieser Stelle wird der Abschaltmechanismus mit einer stark pulsierenden Abgasströmung beaufschlagt und ist sehr hohen Abgastemperaturen ausgesetzt. Die Anforderungen an die Dichtheit und die Funktion sind dadurch extrem hoch. Weiterhin ist der konstruktive Aufwand aufgrund dieser Problematik sehr hoch.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor aufgeführten Nachteile zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs dadurch gelöst, dass Twinscroll-Abgasturbolader zum Einsatz kommen und dass das Drosselorgan hinter einem Abgasturbolader angeordnet ist.
- Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu folgenden Vorteilen:
- Zu 1. Der Zündabstand für die jeweiligen Zylindergruppen bleibt unabhängig vom Abgasturboladerbetrieb immer bei 180°: – Der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine wird gesenkt bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung. – Durch den niedrigeren Restgasanteil in den Zylindern ist die Brennkraftmaschine wesentlich klopfunempfindlicher. – Es besteht ein wesentlich geringerer Anfettungsbedarf, wodurch der Kraftstoffverbrauch ebenfalls abgesenkt wird. – Das Durchspülen der Brennkraftmaschine ist auch im Einladerbetrieb möglich; dadurch ist ein größerer Abgasturbolader verwendbar und eine weitere Absenkung des Restgasanteils ist möglich.
- Zu 2. Anordnung des Stellelementes in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Abgasturbolader: – Geringere thermische Belastung des Stellelementes. – Gleichmäßigere Druckbeaufschlagung des Stellelementes. – Einfacher konstruktiver Aufbau und Ansteuerung des Stellelementes. – Einfach im Fahrzeugpackage unterbringbar, da auch eine Anordnung z. B. im Unterboden, nach dem Vorkatalysator möglich ist.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 verringert die Abgasemissionen.
- Die Anordnung gemäß Patentanspruch 3 bewirkt ein äußerst kompaktes Package für die Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Abgasanlage.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen schematisch dargestellten Figur näher erläutert.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Abgasanlage für eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit acht Zylindern. - Eine Brennkraftmaschine weist 8 Zylinder
1' bis8' auf, wobei ein erster Zylinder1' , ein vierter Zylinder4' , ein fünfter Zylinder5' und ein achter Zylinder8' eine erste Zylindergruppe bilden. Ein zweiter Zylinder2' , ein dritter Zylinder3' , ein sechster Zylinder6' und ein siebter Zylinder7' bilden eine zweite Zylindergruppe. Der ersten Zylindergruppe ist ein erster Abgasstrang1a und der zweiten Zylindergruppe ist ein zweiter Abgasstrang1b zugeordnet, die gemeinsam einen Teil einer gesamten, nicht vollständig dargestellten Abgasanlage1 bilden. Der erste und der zweite Abgasstrang1a ,1b münden jeweils in einen ersten und einen zweiten Abgaseinlass eines ersten Abgasturboladers2 und eines zweiten Abgasturboladers3 . Die Abgasanlage1 ist nach den zwei Abgasturboladern2 ,3 zweiflutig ausgeführt und weist in Strömungsrichtung eines Abgases hinter dem zweiten Abgasturbolader3 ein Drosselorgan6 auf. In Strömungsrichtung des Abgases hinter jedem Abgasturbolader2 ,3 sind weiter eine erste Abgasreinigungsanlage4 sowie eine zweite Abgasreinigungsanlage5 angeordnet. - Beim Betrieb der Brennkraftmaschine durchströmt das Abgas die Abgasanlage
1 und durchflutet den Turbinenteil des ersten und des zweiten Abgasturboladers2 ,3 und treibt die Verdichter der Abgasturbolader2 ,3 an. Die Verdichter saugen Frischluft über eine Sauganlage7 an, zuerst durch einen Ansauggeräuschdämpfer8 , verdichten anschließend die Ansaugluft und fördern diese verdichtet weiter durch einen ersten Ladeluftkühler9 und einen zweiten Ladeluftkühler10 . Die Sauganlage7 weist nach den zwei Verdichtern und vor dem ersten und dem zweiten Ladeluftkühler9 ,10 eine nicht näher bezifferte Kurzschlussleitung auf. Ausgehend von dem ersten Ladeluftkühler9 und dem zweiten Ladeluftkühler10 wird die verdichtete und abgekühlte Ansaugluft einem ersten Luftsammler11 und einem zweiten Luftsammler12 zugeführt, und anschließend auf die einzelnen Zylinder1' bis8' verteilt und in verbranntem Zustand als Abgas wieder der Abgasanlage1 zugeführt. - Wird die Brennkraftmaschine mit einer niedrigen Drehzahl bei gleichzeitig hoher Last betrieben, so kann die Abgasmasse durch den zweiten Abgastur bolader
3 mit Hilfe des Stellelementes6 gedrosselt, bzw. auf Null reduziert werden. Die halbe bis vollständige Abgasmasse aus den acht Zylindern1' bis8' durchströmt dann den ersten Abgasturbolader2 . Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Abgasanlage1 im heißen V der Brennkraftmaschine angeordnet, da somit die geringsten Strömungsverluste bei gleichzeitig kompaktester Bauform erzielt ist. - Zusätzlich zum Drosselorgan
6 im Abgasstrang1 kann auch zwischen dem Verdichter des zweiten Abgasturboladers3 sowie dem zweiten Ladeluftkühler10 ein weiteres Drosselelement vorgesehen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können beide Verdichter der Abgasturbolader2 ,3 auch einen Bypass aufweisen. Wiederum in einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Drosselorgan6 in Strömungsrichtung des Abgases auch hinter einer Abgasreinigungsanlage4 ,5 angeordnet sein. Unter Inkaufnahme der o. g. Nachteile kann das Drosselorgan6 in Strömungsrichtung des Abgases auch, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, vor einem Abgasturbolader2 ,3 angeordnet werden. - Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergeben sich insgesamt folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:
- Zu 1. Der Zündabstand für die jeweiligen Zylindergruppen bleibt unabhängig vom Abgasturboladerbetrieb (ein oder zwei Abgasturbolader aktiv) immer bei 180°: – Der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine wird gesenkt bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung. – Durch den niedrigeren Restgasanteil in den Zylindern ist die Brennkraftmaschine wesentlich klopfunempfindlicher. – Es besteht ein wesentlich geringerer Anfettungsbedarf, wodurch der Kraftstoffverbrauch ebenfalls abgesenkt wird. – Das Durchspülen der Brennkraftmaschine ist auch im Einladerbetrieb möglich; dadurch ist ein größerer Abgasturbolader verwendbar und eine weitere Absenkung des Restgasanteils ist möglich.
- Zu 2. Anordnung des Stellelementes in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Abgasturbolader: – Geringere thermische Belastung des Stellelementes. – Gleichmäßigere Druckbeaufschlagung des Stellelementes. – Einfacher konstruktiver Aufbau und Ansteuerung des Stellelementes. – Einfach im Fahrzeugpackage unterbringbar, da auch eine Anordnung z. B. im Unterboden, nach dem Vorkatalysator möglich ist.
-
- 1
- Abgasanlage
- 1a
- erster Abgasstrang
- 1b
- zweiter Abgasstrang
- 2
- erster Abgasturbolader
- 3
- zweiter Abgasturbolader
- 4
- erste Abgasreinigungsanlage
- 5
- zweite Abgasreinigungsanlage
- 6
- Drosselorgan
- 7
- Sauganlage
- 8
- Ansauggeräuschdämpfer
- 9
- erster Ladeluftkühler
- 10
- zweiter Ladeluftkühler
- 11
- erster Luftsammler
- 12
- zweiter Luftsammler
- 1'
- erster Zylinder
- 2'
- zweiter Zylinder
- 3'
- dritter Zylinder
- 4'
- vierter Zylinder
- 5'
- fünfter Zylinder
- 6'
- sechster Zylinder
- 7'
- siebenter Zylinder
- 8'
- achter Zylinder
Claims (3)
- Abgasanlage (
1 ) für eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern in V-Bauart, wobei einer ersten Zylindergruppe ein erster Abgasstrang (1a ) und einer zweiten Zylindergruppe ein zweiter Abgasstrang (1b ) zugeordnet ist und wobei ein Zündabstand in der ersten Zylindergruppe und in der zweiten Zylindergruppe jeweils 180° beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasstrang (1a ) in einen ersten Abgaseinlass eines ersten Abgasturboladers (2 ) und einen ersten Abgaseinlass eines zweiten Abgasturboladers (3 ) und der zweite Abgasstrang (1b ) in einen zweiten Abgaseinlass des ersten Abgasturboladers (2 ) und in einen zweiten Abgaseinlass des zweiten Abgasturboladers (3 ) abgasführend mündet und dass in Strömungsrichtung eines Abgases hinter einem Abgasturbolader (2 ,3 ) ein Drosselorgan (6 ) angeordnet ist. - Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases hinter zumindest einem Abgasturbolader (
2 ,3 ) eine Abgasreinigungsanlage angeordnet ist. - Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (
1 ) im V zwischen der ersten und der zweiten Zylindergruppe angeordnet ist.
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Publications (1)
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