-
Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine in der Art eines Reihenmotors
mit mehrfacher Aufladung, insbesondere eine Brennkraftmaschine nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Das
Instationärverhalten
von turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen ist noch immer verbesserungsfähig. Deshalb
gibt es bei steigenden Aufladegraden und größeren Hubräumen zunehmend den Trend zur
Reduzierung der Trägheitsmomente
der rotierenden Maschinen, indem die Massenströme auf mehrere kleine Turbolader
aufgeteilt werden.
-
1 bis 3 zeigen
verschiedene Varianten von herkömmlichen
Brennkraftmaschinen mit dem Biturbokonzept, der mehrstufigen Aufladung bzw.
dem Registerkonzept für
Reihenmotoren für Kraftfahrzeuge.
-
Wie
in 3 veranschaulicht weist eine herkömmliche
Brennkraftmaschine zwei Zylinderbänke 10a, 10b auf,
die in Längsrichtung
(Vorne/Hinten-Richtung) eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Dem
ersten Ansaugkrümmer 22a der
vorderen ersten Zylinderbank 10a wird Verbrennungsluft
von einem ersten Luftansauganschluss 12a über eine
erste Luftleitung 14a, in der ein erstes Luftfilter 16a angeordnet
ist, und einen ersten Ansaugtrakt 20a, in dem ein Verdichter
eines ersten Turbo laders 18a und ein erster Ladeluftkühler 24a angeordnet
sind, zugeführt. In
analoger Weise wird dem zweiten Ansaugkrümmer 22b der hinteren
zweiten Zylinderbank 10b Verbrennungsluft von einem zweiten
Luftansauganschluss 12b über eine zweite Luftleitung 14b,
in der ein zweites Luftfilter 16b angeordnet ist, und einen
zweiten Ansaugtrakt 20b, in dem ein Verdichter eines zweiten Turboladers 18b und
ein zweiter Ladeluftkühler 24b angeordnet
sind, zugeführt.
Dem ersten Abgaskrümmer 26a der
vorderen Zylinderbank 10a ist eine Abgasturbine des ersten
Turboladers 18a zugeordnet und dem zweiten Abgaskrümmer 26b der
hinteren Zylinderbank 10b ist eine Abgasturbine des zweiten Turboladers 18b zugeordnet.
Stromab des ersten und des zweiten Turboladers 18a, 18b werden
die Abgasströme
der vorderen und der hinteren Zylinderbank 10a, 10b zu
einer gemeinsamen Abgasflut 28 vereint, in welcher eine
Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 vorgesehen ist. Bei
der Brennkraftmaschine von 3 sind beide
Turbolader 18a, 18b auf der heißen rechten
Seite, die Frischluftzufuhr 12a–16a für die vordere
Zylinderbank 10a ebenfalls auf der rechten Seite und die
Frischluftzufuhr 12b–16b für die hintere
Zylinderbank 10b auf der linken Seite der Zylinderbänke 10a, 10b angeordnet.
-
4 zeigt
eine weitere herkömmliche Brennkraftmaschine,
die sich von der in 3 dargestellten Brennkraftmaschine
dadurch unterscheidet, dass sie zwei Abgasfluten 28a, 28b aufweist.
Insbesondere ist der erste Abgaskrümmer 26a der vorderen
Zylinderbank 10a mit einer ersten Abgasflut 28a verbunden,
in der die Abgasturbine des ersten Turboladers 18a und
eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30a angeordnet
sind, während
der zweite Abgaskrümmer 26b der
hinteren Zylinderbank 10b mit einer zweiten Abgasflut 28b verbunden
ist, in der die Abgasturbine des zweiten Turboladers 18b und eine
zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30b angeordnet sind.
Bei der Brennkraftmaschine von 4 sind beide
Turbolader 18a, 18b auf der heißen rechten
Seite, die Frischluftzufuhr 12a–16a und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30a für die vordere
Zylinderbank 10a ebenfalls auf der rechten Seite und die
Frischluftzufuhr 12b–16b und
die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30b für die hintere
Zylinderbank 10b auf der linken Seite der Zylinderbänke 10a, 10b angeordnet.
Die übrigen
Komponenten und deren Anordnungen entsprechen jenen der in 3 dargestellten
Brennkraftmaschine.
-
In 5 ist
eine noch weitere bekannte Brennkraftmaschine veranschaulicht, die
sich von der obigen Brennkraftmaschine von 4 dadurch unterscheidet,
dass der erste und der zweite Turbolader 18a, 18b auf
verschiedenen Seiten der Zylinderbänke 10a, 10b in
der Querrichtung (Rechts/Links-Richtung)
des Fahrzeugs positioniert sind. Die übrigen Komponenten und deren
Anordnungen entsprechen jenen der in 4 dargestellten Brennkraftmaschine.
-
Eine
grundsätzliche
Problematik bei der Turbomaschinenaufladung ergibt sich aus der
Notwendigkeit, an den Ort des Turboladers sowohl die zur Verdichtung
notwendige Frischluft als auch die zur Arbeit benötigten heißen Abgase
zuzuführen.
Speziell in Pkw-Vorbauten ergeben sich so Zielkonflikte, da heiße und kalte
Seite des Motors auf unterschiedlichen Seiten des Motors liegen
und dadurch die Notwendigkeit besteht, Leitungen um den Motor herumzuführen. Speziell
bei aufgeladenen Reihen-Dieselmotoren mit der konzeptbedingt hohen
Bauform (großer
Kolbenhub, große
Kolbenhöhe,
große
Gegengewichtsradien, hoch bauende Zylinderköpfe) ist der Bauraum außerordentlich
begrenzt. Durch die lange Bauform von Reihenmotoren existiert auch
vor und hinter dem Motor kaum eine Möglichkeit für die notwendigen Rohrquerschnitte.
Die sich aus dieser Problematik ergebenden komplizierten Rohrleitungs pläne sind
aus den Darstellungen der herkömmlichen Brennkraftmaschinen
in 3 bis 5 leicht ersichtlich.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine in
der Art eines Reihenmotors mit mehrfacher Aufladung vorzusehen,
die eine kompakte aber einfache Rohrleitungsverbindung aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und
3.
-
Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine enthält eine
erste und eine zweite Zylinderbank, die in Längsrichtung hintereinander
angeordnet sind; einen mit der ersten Zylinderbank über einen
ersten Ansaugkrümmer
verbundenen ersten Ansaugtrakt und einen mit der zweiten Zylinderbank über einen zweiten
Ansaugkrümmer
verbundenen zweiten Ansaugtrakt; eine mit der ersten Zylinderbank über einen
ersten Abgaskrümmer
verbundene erste Abgasflut und eine mit der zweiten Zylinderbank über einen zweiten
Abgaskrümmer
verbundene zweite Abgasflut; und einen der ersten Zylinderbank zugeordneten ersten
Turbolader, der mit dem ersten Abgaskrümmer verbunden ist, und einen
der zweiten Zylinderbank zugeordneten zweiten Turbolader, der mit
dem zweiten Abgaskrümmer
verbunden ist. Die Brennkraftmaschine ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Ansaugkrümmer
der ersten Zylinderbank auf einer ersten Seite in Querrichtung und
der erste Abgaskrümmer
der ersten Zylinderbank auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten
Seite in Querrichtung angeordnet sind, während der zweite Ansaugkrümmer der
zweiten Zylinderbank auf der zweiten Seite in Querrichtung und der
zweite Abgaskrümmer
der zweiten Zylinderbank auf der ersten Seite in Querrichtung angeordnet
sind.
-
Mit
anderen Worten sind die Ansaugkrümmer
und die Abgaskrümmer
der beiden hintereinander angeordneten Zylinderbänke wechselweise angeordnet.
Hierdurch ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, den beiden Turboladern
jeweils über kurze
und einfach angeordnete Rohrleitungen sowohl Frischluft als auch
die Abgase der jeweiligen Zylinderbank zuzuführen. Im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung
ergeben sich weitere Vorteile dadurch, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (Katalysator,
Filter und dergleichen) durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Brennkraftmaschine sehr
motornah angeordnet werden kann und daher nur minimale Wärmeverluste
entstehen. Es ergibt sich außerdem
eine symmetrische Anordnung identischer Komponenten mit nahezu identischen
Anordnungen zu beiden Seiten der hintereinander angeordneten Zylinderbänke.
-
Insgesamt
sind aufgrund des oben erläuterten
Aufbaus der Brennkraftmaschine die geringen Bauräume funktional nutzbar und
nicht durch komplizierte Rohrleitungsführungen verbaut.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der gesamte erste Ansaugtrakt der ersten Zylinderbank
auf der ersten Seite in Querrichtung angeordnet und mit dem zweiten
Turbolader gekoppelt, wohingegen der gesamte zweite Ansaugtrakt
der zweiten Zylinderbank auf der zweiten Seite in Querrichtung angeordnet
und mit dem ersten Turbolader gekoppelt ist.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist der erste Ansaugtrakt der ersten Zylinderbank
mit dem ersten Turbolader gekoppelt und ist der zweite Ansaugtrakt
der zweiten Zylinderbank mit dem zweiten Turbolader gekoppelt.
-
Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
besser verständlich.
Darin zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel;
-
2 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
-
3 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer herkömmlichen Brennkraftmaschine;
-
4 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer weiteren herkömmlichen
Brennkraftmaschine; und
-
5 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer noch weiteren herkömmlichen
Brennkraftmaschine.
-
1 und 2 zeigen
zwei verschiedene Ausführungsbeispiele
einer Brennkraftmaschine. Dabei sind die gleichen bzw. äquivalenten
Komponenten der Brennkraftmaschine durchgehend mit den gleichen
Bezugsziffern gekennzeichnet, die auch in 3 bis 5 zur
Erläuterung
des Standes der Technik verwendet worden sind.
-
Die
Brennkraftmaschine wird anhand der Anwendung auf ein Kraftfahrzeug
näher beschrieben, wobei
sie entsprechend den in den Figuren angegebenen Pfeilen in der Vorne/Hinten-Richtung (Längsrichtung)
und der Rechts/Links-Richtung (Querrichtung) des Fahrzeugs in dem
Kraftfahrzeug angeordnet bzw. ausgerichtet ist.
-
Wie
in 1 dargestellt, weist die Brennkraftmaschine eine
vordere erste Zylinderbank 10a und eine hintere zweite
Zylinderbank 10b auf, die in Längsrichtung hintereinander
angeordnet sind, sodass ein Reihenmotor gebildet ist.
-
Frischluft
wird von einem ersten Luftansauganschluss 12a über eine
erste Luftleitung 14a eingeleitet, wobei in der ersten
Luftleitung 14a ein erstes Luftfilter 16a vorgesehen
ist. Die Frischluft wird durch einen Verdichter eines ersten Turboladers 18a verdichtet
und über
einen ersten Ansaugtrakt 20a dem Ansaugkrümmer 22a der
vorderen Zylinderbank 10a zugeführt. Im ersten Ansaugtrakt 20a ist
außerdem ein
erster Ladeluftkühler 24 vorgesehen
und optional eine AGR-Leitung (nicht dargestellt) angeschlossen.
-
Die
Abgase der vorderen Zylinderbank 10a werden über einen
ersten Abgaskrümmer 26a einer ersten
Abgasflut 28a zugeleitet. In dieser ersten Abgasflut 28a sind
eine Abgasturbine des ersten Turboladers 18a und eine erste
Abgasnachbehandlungsvorrichtung (Katalysator, Filter, usw.) 30a angeordnet.
-
In
analoger Weise wird dem zweiten Ansaugkrümmer 22b der hinteren
zweiten Zylinderbank 10b Frischluft von einem zweiten Luftansauganschluss 12b über eine
zweite Luftleitung 14b mit einem zweiten Luftfilter 16b und
einen zweiten Ansaugtrakt 22b mit einem Verdichter eines
zweiten Turboladers 18b und einem zweiten Ladeluftkühler 24b zugeführt. Die Abgase
der hinteren Zylinderbank 10b werden über einen zweiten Abgaskrümmer 26b einer
zweiten Abgasflut 28b zugeleitet, in der eine Abgasturbine
des zweiten Turboladers 18b und eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30b angeordnet
sind.
-
Wie
in 1 veranschaulicht, sind der erste Ansaugkrümmer 22a und
der erste Abgaskrümmer 26a der
vorderen ersten Zylinderbank 10a auf der linken (der ersten)
Seite bzw. der rechten (der zweiten) Seite der vorderen Zylinderbank 10a in
der Querrichtung angeordnet. Im Gegensatz dazu sind der zweite Ansaugkrümmer 22b und
der zweite Abgaskrümmer 26b der
hinteren zweiten Zylinderbank 10b auf der rechten Seite
bzw. der linken Seite der hinteren Zylinderbank 10b in
der Querrichtung angeordnet. Mit anderen Worten wird der vorderen
und der hinteren Zylinderbank 10a, 10b die Verbrennungsluft
auf unterschiedlichen Seiten zugeführt und werden die Abgase von
der vorderen und der hinteren Zylinderbank 10a, 10b auf
unterschiedlichen Seiten ausgegeben.
-
Durch
diese Konstruktion ist eine sehr unkomplizierte, einfache und wenig
Bauraum benötigende
Rohrleitungsführung
möglich,
wie leicht in 1 erkennbar.
-
Insbesondere
können
die erste und die zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30a, 30b sehr motornah
auf der linken bzw. der rechten Seite der Zylinderbänke 10a, 10b angeordnet
werden. Die beiden Turbolader 18a, 18b sind ebenfalls
auf verschiedenen Seiten der Zylinderbänke 10a, 10b in
der Querrichtung angeordnet, können
aber über
sehr kurze und einfach geführte
Rohrleitungen einerseits mit Frischluft und andererseits mit den
Abgasströmen
versorgt werden, wobei die Rohrleitungen in keinem Fall um die Zylinderbänke 10a, 10b herumgeführt werden
müssen.
Der Aufbau der Brennkraftmaschine weist insgesamt ein hohes Maß an Symmetrie auf.
-
Unter
Bezug auf 2 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Brennkraftmaschine erläutert.
-
Die
Brennkraftmaschine von 2 unterscheidet sich von jener
des obigen ersten Ausführungsbeispiels
insbesondere in der Anordnung der Ladeluftkühlung 24a, 24b in
den Ansaugtrakten 20a, 20b, wobei sich insgesamt
eine noch höhere
Symmetrie hinsichtlich des Aufbaus der Brennkraftmaschine und ihrer
Rohrleitungsverbindungen ergibt.
-
Der
gesamte erste Ansaugtrakt 20a einschließlich erstem Ladeluftkühler ist
auf der linken Seite der Zylinderbänke 10a, 10b angeordnet,
während
der gesamte zweite Ansaugtrakt 20b einschließlich zweitem
ladeluftkühler 24b auf
der rechten Seite der Zylinderbänke 10a, 10b angeordnet
ist. Die Frischluftzufuhr 12a–16a der vorderen
Zylinderbank 10a ist ebenfalls auf der linken Seite angeordnet,
und die Frischluftzufuhr 12b–16b der hinteren Zylinderbank 10b ist
ebenfalls auf der rechten Seite angeordnet. Weiter ist der erste
Turbolader der vorderen Zylinderbank 10a mit dem zweiten
Ansaugtrakt 20b der hinteren Zylinderbank 10b gekoppelt,
wohingegen der zweite Turbolader 18b der hinteren Zylinderbank 10b mit
dem ersten Ansaugtrakt 20a der vorderen Zylinderbank 10a gekoppelt
ist.
-
Die übrigen Komponenten
und ihre Anordnungen entsprechen jenen des Ausführungsbeispiels von 1,
sodass auf eine nähere
Erläuterung
verzichtet werden kann. Außerdem
werden mit dem Aufbau der Brennkraftmaschine dieses zweiten Ausführungsbeispiels
die gleichen Wirkungen und Vorteile wie bei der in 1 veranschaulichten
Brennkraftmaschine erzielt.
-
- 10a
- erste
(vordere) Zylinderbank
- 10b
- zweite
(hintere) Zylinderbank
- 12a,
12b
- erster/zweiter
Luftansauganschluss
- 14a,
14b
- erste/zweite
Luftleitung
- 16a,
16b
- erstes/zweites
Luftfilter
- 18a,
18b
- erster/zweiter
Turbolader
- 20a,
20b
- erster/zweiter
Ansaugtrakt
- 22a,
22b
- erster/zweiter
Ansaugkrümmer
- 24a,
24b
- erster/zweiter
Ladeluftkühler
- 26a,
26b
- erster/zweiter
Abgaskrümmer
- 28
- Abgasflut
- 28a,
28b
- erste/zweite
Abgasflut
- 30
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 30a,
30b
- erste/zweite
Abgasnachbehandlungsvorrichtung