DE3208478A1

DE3208478A1 - Auspuffkruemmer fuer einen verbrennungsmotor mit turbolader

Info

Publication number: DE3208478A1
Application number: DE19823208478
Authority: DE
Inventors: Ken Yokosuka Kanagawa Yamane
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1982-10-14
Also published as: GB2095329B; DE3208478C2; GB2095329A; US4464897A; JPS57148028A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Auspuffkrümmer für einen Verbrennungsmotor, der mit einem Turbolader versehen ist, und insbesondere einen Auspuffkrümmer, der zwischen einem Turbolader und dem Zylinderkopf eines Vierzylinder-Reihenmotors angeschlossen ist.

Der technische Hintergrund der vorliegenden Erfindung wird im Hinblick auf ihre Anwendung auf einen Auspuffkrümmer erörtert, der an einen Turbolader angeschlossen ist.

Im allgemeinen wird in der Praxis oft ein Staudruck-Turbolader bei einem Verbrennungsmotor bei einem Kraftfahrzeug verwendet, wobei das Volumen eines Rohres zum Einleiten von Abgas aus dem Motor in eine Turbine-:so klein als möglich ausgelegt ist, um wirksam die dynamische Energie des Abgases zu nutzen.

Falls ein derartiger Staudruck-Turbolader, wie er oben

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beschrieben ist, für einen Mehrzylinder-Reihenmotor herangezogen wird, nimmt der Innendruck im Inneren des Auspuffrohres unvermeidbar zu, wenn das Abgas, das von jedem Zylinder abgegeben wird, einfach nur durch Verwendung eines Auspuffkrümmers zusammengefaßt wird, um das Abgas in eine Turbine einzuleiten, weil ein Auslaßtakt für einen Motorzylinder oft den Auslaßtakt eines anderen Motorzylindes überlagert. Wenn zusätzlich ein Auslaßtakt einen Einlaßtakt überlagert, dann wird der Druck zur Abgabe von Abgas markant verringert, wodurch der Verbrennungswirkungsgrd des Motors nachteilig beeinflußt wird. Das obengenannte Problem ist Auslaß-Überlagerung bzw. Auslaß-Interferenz genannt.

Um diese Probleme bei einem Auspuffkrümmer zum Anschluß des Zylinderkopfes an den Turbolader im Fall eines Vierzylinder-Reihenmotors beispielsweise zu überwinden, sind, da die Zündfolge der Zylinder Nr. 1, Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 2 oder Nr_f 1, Nr. 2, Nr. 4 ,.und Nr. 3 beträgt, die Abgasleitungen, welche mit den Zylindern Nr. 1 und Nr. in Verbindung stehen, getrennt von jenen angeordnet, welche mit den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 in Verbindung stehen, um die obenerwähnte Auslaß-Interferenz zu vermeiden, d. h., in der Zündfolge alternierende Zylinder können ohne Auslaß-Interferenz miteinander verbunden werden.

Bei dem Auspuffkrümmer aus dem Stand der Technik ist es allerdings, weil die Länge einer Abgasleitung von dem einen Zylinder her nicht gleich ist jener einer anderen Abgasleitung von einem anderen Zylinder her, unmöglich, genau die zyklische Änderung des Abgasdruckes für die Druck-FeinabStimmung der Turbine des Turboladers zu

nutzen.
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Ein repräsentativer Auspuffkrümmer aus dem Stand der Technik für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader wird detaillierter nachfolgend unter Bezugnahme auf

die Fig. 1, 2 und 3 bei der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Angesichts der obigen Probleme ist es Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen symmetrischen Auspuffkrümmer für einen Vierzylinder-Reihenmotor vorzusehen, welcher die Nutzung der zyklischen Abgas-Druckänderung erleichtert," d. h., das Erreichen einer Abgasdruck-Abstimmung, während der Verlust von Energie und eine Verzögerung im Ansprechverhalten verringert wird.

Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, umfaßt der erfindungsgemäße Auspuffkrümmer eine erste und zweite Abgasleitung, welche bezüglich der Mitte eines Montageflansches für den Turbolader symmetrisch angeordnet sind und zwischen dem oberen Abgasauslaß, der im Turbolader-Mon :ageflansch ausgebildet ist, und einem. Paar Auslaßöffnungen alternierend gezündeter Zylinder angeschlossen ist, sowie eine dritte, einzige Abgasleitung, welche

^O zwi sehen den Auspuffleitungen zweier nebeneinanderliegender, alternierend zündender Zylinder und dem unteren Abgasauslaß angeschlossen ist, der im Turbolader-Montageflansch ausgebildet ist.

Die Merkmale und Vorzüge des erfindungsgemäßen Auspuffkrümmers werden aus der nachfolgenden Beschreibung noch näher verdeutlicht, welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente bezeichnen und in welchen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines repräsentativen Auspuffkrümmers aus dem Stand der Technik für einen Vierzylinder-Reihenmotor ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1 ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines anderen Auspuffkrümmers aus dem Stand der Technik für einen Vierzylinder-Reihenmotor ist,

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Fig. 4 eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Auspuffkrümmers für einen Vierzylinder-Reihenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist, Fig. 5 eine Seitenansicht der Fig. 4 ist, Fig. 6 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsheispiels des Auspuffkrümmers für einen Vierzylinder-Reihenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und Fig. 7 eine Seitenansicht von Fig. 6 ist.

Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird zunächst ein kurzer Bezug auf repräsentative Auspuffkrümmer aus dem Stand der Technik für einen Vierzylinder-Reihenmotor genommen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Aufbau eines Auspuffkrümmers 1 aus dem Stand der Technik für einen Vierzylinder-Reihenmotor, wobei die Abgasleitungen in zwei Gruppen aufgeteilt sind. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Zylinderkopf eines Motors, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Turbolader. Bei diesem Auspuffkrümmer 1 ist ein Paar rechter und linker Abgasauslässe 5a und 5b in einem Montageflansch 4 für den Turbolader ausgebildet, wobei der Flansch ungefähr in der Mitte des Auspuffkrümmers 1 angebracht ist und durch eine Unterteilung 6 aufgetrennt ist, welche an der Mitte des Flansches 4 ausgebildet ist. Eine Zweigleitung 7, die an den Zylinder 1 angeschlossen ist, und eine andere Zweigleitung 8, die an den Zylinder Nr_r 4 angeschlossen ist, treffen am Abgasauslaß 5a zusammen. Die andere Zweigleitung 9, die mit den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 verbunden ist und zu jedem hin lediglich an einer Stelle nahe der Außenoberfläche des Zylinderkopfes 2 abzweigt, ist mit dem Abgasauslaß 5b verbunden. Die oben erwähnte Zweigleitung 9 ist in eine derartige Form gebracht, daß sie sich ein wenig mehr zum Zylinder Nr. 4 hin biegt und einem Umweg bzw. einer Kreisbahn folgt, welche sich unter der Zweigleitung 8 vom Zylinder Nr. 4 her erstreckt.

Im Gegensatz hierzu ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ein anderer Auspuffkrümmer aus dem Stand der Technik bekannt, bei welchem die Zweigleitung 8 aus dem Zylinder Nr. 4 einem indirekten Weg folgt, der sich bis unter die Zweigleitung hin erstreckt.

In diesem Zusammenhang können zwei Leitungstypen zwischen dem Flansch 4 und dem Turbolader 3 verwendet werden, ζ. B. eine, die eine dem Typ nach nicht gespaltene, schneckenfÖrmige Leitung aufweist, welche die beiden oben erwähnten Auslaßöffnungen 5a und 5b abdeckt, oder eine, welche eine dem Typ nach gespaltene, schneckenartige Leitung mit einer anderen Mittelunterteilung aufweist, die sich von der Unterteilung 6 des Flansches 4 aus zum Turbolader 3 hin erstreckt.

Bei den oben erwähnten Auspuff krummem 1 aus dem Stand der Technik nimmt allerdings, da die Zweigleitung 9 oder 8 eine Vielzahl von Drehungen annimmt, ein Verlust in der Abgasenergie (an Temperatur und Druck), unvermeidlich zu, und es ereignet sich eine Verzögerung im Ansprechverhalten beim Turbolader 3 infolge der Zunahme des Volumens der Abgasleitung.

Zusätzlich ist im Fall des Auspuffkrümmers, der in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, die Länge der Abgasleitung vom Zylinder Nr. 2 nicht gleich jener der Abgasleitung vom Zylinder Nr. 3, Im Fall des Auspuffkrümmers, der in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Länge der Abgasleitung vom Zylinder 1 nicht gleich jener der Abgasleitung vom Zylinder Nr. 4. Deshalb ist die Änderung des Abgasdruckes durch jede Zündfolge hindurch am Abgasauslaß 5a oder 5b asymmetrisch, und es ist unmöglich, genau die zyklische Änderung des Abgasdruckes zu nutzen. Als Ergebnis kann die zyklische Änderung des Abgasdruckes

" nicht zum Antrieb der Turbine über die Abgasdruck-Abstimmung genutzt werden- Genauer gesagt, die Abgasdruck-Abstimmung (Tuning) kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man das Abgasventil des Zylinders Nr. 4 erst dann öffnet,

nachdem das Abgasventil des Zylinders Nr. 1 bereits geöffnet hat, um den Abgasdruck zu erhöhen, und zwar gerade dann, wenn die reflektierte, negative Druckwelle hiervon den Zylinder Nr. 4 erreicht. Auf diese Weise ist es möglich, die Abgasdruckresonanz zu induzieren und 2u nutzen. Wie oben beschrieben, ist es, da die Abgasleitungen von den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 nicht einander in der Länge gleich sind (Fig. 1 und 2) und die Abgasleitungen von den Zylindern Nr, 1und Nr. 4 ebenfalls in ihrer Länge nicht einander gleich sind (Fig. 3),es in diesen Fällen unmöglich, die Wirkung der Abgasdruckresonanz zu nutzen.

Obwohl die Gesamtlängen der Leitungspaare durchaus unterschiedlich sein können, können beide Leitunc;spaare so ausgebildet werden, daß sie bei den selben Motordrehzahlen eine Abgasresonanz induzieren, d. h. dieselbe Abgasöffnungs-öffnungsfrequenz, indem man die Länge der längeren Leitungen derart auslegt, daß sie ein integrales vielfaches der Länge der kürzeren sind, d. h., man macht die Druckwellen Ausbreitung der einen zu einer harmonischen der anderen.

Angesichts der obigen Beschreibung wird nun auf erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele des Auspuffkrümmers für einen Vierzylinder-Reihenmotor übergegangen /der mit einem Turbolader versehen ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des

Auspuffkrümmers 11 für einen Vierzylinder-Reihenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Fig. bezeichnet das Bezugszeichen 12 einen Zylinder-Montageflansch und das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Turbolader-Montageflansch. Der oben erwähnte Turbolader-Montageflansch 13 ist etwa an der.Matte des Zylinderkopfes 2 und ein wenig niedriger als dieser angeordnet. Der Flansch 13, an welchem ein Turbolader angebracht ist, ist mit einem Paar Abgasauslässen, nämlich einem oberen und unteren Abgasauslaß

15a und 15b versehen, welche durch eine horizontale Unterteilung 14 getrennt sind. Eine Zweigleitung 16, die'an den Zylinder Nr. 1 angeschlossen ist, und eine Zweigleitung 17, die an den Zylinder Nr. 4 angeschlossen ist, erstrecken sich ungefähr dreidimensional spiegelsymmetrisch nach unten vom Zylinderanbringungsflansch 12 und horizontal einwärts hiervon bis zum unteren Abschnitt des Turbolader-Anbringungsflansches 13 und treffen auf den Turbolader-Anbringungsflansch 13 in Verbindung mit dem unteren Abgasauslaß 15b. Ferner erstreckt sich die Zweigleitung 18, die an beide Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 angeschlossen ist, ungefähr unmittelbar gegen den Turbolader 3 und ist am oberen Abschnitt des Turbolader-Anbringungsflansches 13 angeschlossen. Die Abgasleitungen für die Zylinder Nr.

und Nr. 3 gehen in das Innere der Zweigleitung 18 über, welche mit dem oberen Abgasauslaß 15a in Verbindung steht. In anderen Worten, bei diesem Auspuffkrümmer 11 sind die jeweiligen Zweigleitungen 16, 17 und 18 symmetrisch bezüglich den Abgasauslässen 15a und 15b ausgebildet, oder bezüglich der Mitte des Turbolader-Anbringungsflansches

Deshalb sind bei diesem Auspuffkrümmer 11 die Längen der Abgasleitungen vom Zylinder Nr. 1 und Nr. 4, welche am Abgasauslaß 15b ineinander übergehen, gleich, und auch die Längen der Abgasleitungen von den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 welche in das Innere der Zweigleitung 18 ineinander übergehen, sind dieselben. Dementsprechend weist die Änderung des Abgasdruckes am Abgasauslaß 15a oder 15b gleiche Zeitintervalle auf, und es ist möglich, vorteilhafter-

^Q weise die Abgasdruckresonanz über die Abgasdruck-Abstimmung zu nutzen. Da ferner keine unnötigen, indirekten Abschnitte in den jeweiligen Zweigleitungen 16, 17 und 18 vorliegen, ist es möglich, die kürzestmögliche Länge der Abgasleitung 2u erhalten, womit man den Energieverlust im Abgasdruck und eine Verzögerung im Ansprechverhalten beim Turbolader 3 auf ein Mindesmaß beschränkt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel

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des Auspuffkrümmers 11 für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine ähnliche Anordnung herangezogen ist.

Vergleicht man dieses Ausführungsbeispiel mit dem ersten, das in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, dann sind die Zweigleitungen 16 und 17 für die Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 mit dem oberen Abgasauslaß 15a verbunden, und die Zweigleitung 18 für die Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 ist mit dem unteren Abgasauslaß 15b verbunden.

Da es möglich ist, sicherzustellen, daß die Längen der Abgasleitungen, welche zu den jeweiligen Abgasauslässen hinführen, jeweils einander gleich sind, ist es, wie oben beschrieben, bei dem erfindungsgemäßen Auspuffkrümmer möglich, mühelos die AbgasabStimmung zu erreichen, wodurch die Verwendung des Resonanzeffektes des Abgasdruckes ermöglicht ist, um die Motor-Leistungsabgabe und die Drehzahl des Turboladers bei verhältnismäßig niedrigen Motordrehzahlen zu verbessern. Da ferner die Längen der jeweiligen Zweigleitungen merklich verkürzt werden können, ist es möglich, das Volumen des Krümmers auf ein Mindestmaß zu verringern und den Wirkungsgrad und die Geschwindigkeit des Ansprechverhaltens des Turboladers dadurch zu verbessern, daß man den dynamischen Druck bzw. Staudruck des Abgases verbessert.

Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß die obige Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurde, woran zahlreiche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß man den Gedanken und Bereich der Erfindung verläßt.

Leerseite

Claims

GRUNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PART-N'ER- F3ATtEJSiTANWALTE PATENT ATTOFiNEYS A. GRÜNECKER. Cw1. .,ng DR H. KINKELDEY. opl-ims DR W. STOCKMAIR. oPL .'Λ..ΛΕΕ ! DR K. SCHUMANN, or- ws P. H. JAKO0. 0.R.ING DR. G BE2OLD. opl-chem W. MEjSTER. apu-ing H. HILGERS. opl-inGl DR. H. MEYER-PLATH. o^-.ng. P 16 021 8000 MÜNCHEN 22 MAXIMIUANSTHASSe 43 Auspuffkrümmer für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader Ansprüche

1./ Auspuffkrümmer für einen Vierzylinder-Reihenmotor, wobei der Krümmer zwischen einem Zylinderkopf und einem Turbolader angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) ein Turbolader-Anbringungsflansch (13) , der am turbolader angebracht ist, weist ein Paar von Abgasauslässen auf, welche in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufgeteilt sind, und

b) drei Abgasleitungen (16, 17, 18), welche zwischen dem Zylinderkopf und dem Turbolader-Anbringungsflansch in dreidimensionaler Spiegelsymmetrie bezüglich der Mitte des Turbolader-Montageflansches angebracht sind.

2. Auspuffkrümmer für einen Vierzylinder-Reihenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abgasleitung (16), die mit einem ersten Zylinder in Verbindung steht, und eine zweite Abgasleitung (17), welche mit einem zweiten Zylinder in Verbindung steht, welcher weder unmittelbar vor noch unmittelbar nach dem ersten Zylinder zündet, an den oberen oder unteren Abgasauslaß

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des Turbolader-Anbringungsflansches angeschlossen sind, und daß eine dritte Abgasleitung , welche mit den verbleibenden Zylindern des Motors in Verbindung steht, an den anderen der Abgasauslässe des Turbolader-Anbringungsflansches angeschlossen ist, wobei die erste und zweite Leitung im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen.

3 . Auspuffkrümmer für einen Vierzylinder-Reihenmotor ,· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abgasleitung (16) , die mit einem ersten Zylinder in Verbindung steht, und eine zweite Abgasleitung (17), die mit einem vierten Zylinder in Verbindung steht, an den unteren Abgasauslaß (15b) des Turbolader-Anbringungsflansches angeschlossen sind und im wesentlichen dieselbe Leitungslänge aufweisen, und daß eine dritte, einzelne Abgasleitung (18), welche mit einem zweiten Zylinder und einem dritten Zylinder in Verbindung steht, mit dem oberen Abgasauslaß (15a) des Turbolader-Anbringungsflansches verbunden ist, und zwar dann, wenn die Zylinder des Vierzylinder-Reihenmotors in der Reihenfolge 1, 3, 4 und 2 oder 1, 2, 4 und 3 gezündet werden.

4. Auspuffkrümmer für einen Vierzylinder-Reihenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abgasleitung (16J, die mit einem ersten Zylinder in Verbindung steht, und eine zweite Abgasleitung (17), die mit einem vierten Zylinder in Verbindung steht, an den oberen Abgasauslaß (15a) des Turbolader-Anbringungsflansches angeschlossen sind und im wesentlichen dieselbe Leitungslänge aufweisen, und daß eine einzige, dritte Abgasleitung (18), welche mit dem zweiten und dritten Zylinder in Verbindung steht, an den unteren Ab§asauslaß (15b) des Turbolader-Anbringungsflansches angeschlossen ist, wenn der Vierzylinder-Reihenmotor in der folgenden Reihenfolge gezündet wird: 1, 3, 4 und 2 oder 1,2,4 und 3.