-
Die Erfindung betrifft einen Baukastensatz zum Herstellen von Kraftwagen unterschiedlicher Motorisierungsvarianten nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Kraftwagen einer Modellreihe werden üblicherweise in unterschiedlichen Motorisierungsvarianten angeboten, die sich bezüglich der Zylinderzahl der Motoren, des Hubraums und der Motorleistung und dergleichen unterscheiden. Aufgrund des unterschiedlichen Bauraumbedarfs der unterschiedlichen Motorvarianten sowie der voneinander abweichenden Bedürfnisse bezüglich der Ladeluftvorbereitung und Abgasnachbehandlung werden zudem üblicherweise für jede Motorisierungsvariante unterschiedliche Komponenten für die Auflade- und/oder Abgasanlage verwendet. Je nach Gestaltung der Motoren werden diese Komponenten zudem motorspezifisch an verschiedenen Positionen im Motorraum eines solchen Kraftwagens montiert. Es ist daher notwendig, eine hohe Anzahl verschiedener, jeweils baureihenspezifischer Bauteile bereitzuhalten. Aufgrund der unterschiedlichen Einbaulagen der Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage unterscheiden sich zudem die Montageprozesse für jede Motorisierungsvariante stark voneinander.
-
Aus der
DE 101 18 951 C2 ist bekannt, Komponenten des Aufladesystems wie Turbolader, Ladeluftkühler und Ladeluftleitungen in einer Einheit zusammenzufassen und mit einem gemeinsamen Tragrahmen zu montieren. Eine solche Modularisierung erleichtert zwar die Montage der genannten Komponenten, es ist dennoch notwendig, für jede Motorisierungsvariante eigene Aufladeeinheiten bereitzustellen, so dass auch hier ein beträchtlicher logistischer Aufwand besteht.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Baukastensystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine besonders einfache Montage von Komponenten einer Auflade- und/oder Abgasanlage für unterschiedliche Motorisierungsvarianten eines Kraftwagens und gleichzeitig die Verwendung möglichst vieler Gleichteile für die unterschiedlichen Motorisierungsvarianten erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Baukastensatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Ein solcher Baukastensatz zum Herstellen von Kraftwagen unterschiedlicher Motorisierungsvarianten umfasst eine Mehrzahl von selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit jeweils zwei Zylinderbänken in V-Anordnung sowie weitere Komponenten einer Auflade- und/oder Abgasanlage. Die Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage sind für alle Brennkraftmaschinen in der gleichen Relativlage zur Brennkraftmaschine an dieser montierbar. Hierzu weisen die Brennkraftmaschinen entsprechende Montageelemente, wie beispielsweise Anschlussstutzen, Flansche, Schrauböffnungen oder dergleichen auf.
-
Dies ermöglicht die Verwendung von gleichen Teilen innerhalb der Komponenten der Auflade- und/oder Abgasnachbehandlungsanlage unabhängig von der Motorisierungsvariante des herzustellenden Kraftwagens. Hierdurch können Lagerhaltungs- und Entwicklungskosten eingespart werden. Die motorisierungsunabhängige Einbaulage der Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage ermöglicht es zudem, für alle mittels des Baukastensatzes herstellbaren Kraftwagenvarianten im Wesentlichen identische Montagereihenfolgen und Montageprozesse zu verwenden, so dass die Prozessführung bei der Kraftwagenherstellung vereinfacht wird. Aufgrund der variantenunabhängigen Einbaulage können zudem für alle Motorisierungsvarianten im Wesentlichen die gleichen Leitungsführungen für die Ladeluft- und Abgasleitungen verwendet werden, so dass auch hier weniger Bauteilvarianten vorrätig gehalten werden müssen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abgaskrümmer der Brennkraftmaschinen auf der der jeweils anderen Zylinderbank zugewandten Seite der Zylinderbänke der Brennkraftmaschine angeordnet. Mit anderen Worten befinden sich die Abgaskrümmer auf der Innenseite der V-Anordnung. Durch die Anordnung der Abgaskrümmer auf der Innenseite der Zylinderbänke ergeben sich sehr kurze Abgasstrecken, was zu kürzeren Aufheizzeiten von Komponenten der Abgasanlage führt. Diese Komponenten erreichen somit im Betrieb des Kraftwagens schneller ihren optimalen Arbeitspunkt, so dass die Gesamtemissionen des Kraftwagens gesenkt werden.
-
Vorzugsweise umfassen die Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage einen Dieselpartikelfilter, welcher an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine montierbar ist. Damit befindet sich der Dieselpartikelfilter in unmittelbarer Nähe der Abgaskrümmer, so dass eine besonders kurze Leitungsführung möglich ist und die Betriebstemperatur des Dieselpartikelfilters besonders schnell erreicht wird.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage einen Oxidationskatalysator, welcher auf der in Einbaulage der Brennkraftmaschinen oberen Seite zwischen den Zylinderbänken an den Brennkraftmaschinen montierbar ist. Auch diese Montageposition ermöglicht die Verwendung von besonders kurzen Abgasleitungen, da sich der Oxidationskatalysator in unmittelbarerer Nähe der Abgaskrümmer befindet. Da auch der Oxidationskatalysator erst bei erhöhten Temperaturen optimal arbeitet, führt diese Anordnung zu einem besonders schnellen Erreichen des Arbeitspunktes des Oxidationskatalysators und damit, wie bereits geschildert, zu verringerten Emissionen.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Komponenten der Auflage- und/oder Abgasanlage einen ersten Abgasturbolader, welcher auf der in Einbaulage der Brennkraftmaschinen oberen Seite zwischen den Zylinderbänken an den Brennkraftmaschinen montierbar ist. Dadurch wird der Turbolader zum einen in unmittelbarer Nähe der Abgaskrümmer platziert, so dass der Abgaspfad vom Krümmer bis zur Turbinenseite des Abgasturboladers besonders kurz ist. Zum anderen befindet sich ein derartig angeordneter Abgasturbolader gegebenenfalls auch in unmittelbarer Nähe des Oxidationskatalysators, welcher mit dem Gasausgang der Turbinenseite des Turboladers verbunden wird. Auch hierdurch wird die notwendige Leitungslänge reduziert.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage einen weiteren Abgasturbolader, welcher ebenfalls auf der in Einbaulage der Brennkraftmaschinen oberen Seite zwischen den Zylinderbänken an den Brennkraftmaschinen montierbar ist. Ein solcher zweiter Abgasturbolader kann auf bekannte Weise in einer Biturboanordnung mit dem ersten Abgasturbolader kombiniert werden. Die bereits für den ersten Abgasturbolader geschilderten Vorteile gelten auch für den zweiten Abgasturbolader.
-
Es ist dabei besonders vorteilhaft, den zweiten Abgasturbolader in sequenzieller Schaltung mit dem ersten Abgasturbolader zu verbinden. Bei geringen Motordrehzahlen und damit geringem Ladeluftbedarf wird lediglich der erste Turbolader verwendet. Steigt die Drehzahl und der Ladeluftbedarf, so wird der zweite Turbolader zugeschaltet. Eine derartige sequenzielle Schaltung ist hinsichtlich der Emissionen positiv, da beim Betrieb mit nur einem Turbolader die Oberfläche der aufzuheizenden Teile geringer ist als beim Betrieb mit zwei Turboladern. Auch das Ansprechverhalten bei geringeren Drehzahlen verbessert sich, da die nur eine Turbine eine geringere Massenträgheit aufweist als zwei Turbinen. Der notwendige Ladedruck kann sich daher schneller aufbauen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage einen Luftfilter, welcher an einer Außenseite einer Zylinderbank der Brennkraftmaschinen montierbar ist. Der Luftfilter ist damit auf der den Abgaskrümmern gegenüberliegenden Seite der Zylinderbank, also im Nahbereich der Ansaugventile angeordnet, so dass auch hier eine besonders kurze Leitungsführung realisiert werden kann.
-
Der geschilderte Baukastensatz eignet sich besonders zur Verwendung für Brennkraftmaschinen mit sechs Zylindern bzw. acht Zylindern, kann jedoch auch für Brennkraftmaschinen mit höherer Zylinderzahl, wie beispielsweise V10- und V12-Motoren Verwendung finden.
-
Im Folgenden sollen die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der Komponentenanordnung an einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit einfacher Turboaufladung nach dem Stand der Technik;
-
2 eine schematische Darstellung der Anordnung von Komponenten an einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit Biturboaufladung nach dem Stand der Technik;
-
3 eine schematische Darstellung der Anordnung von Komponenten an einer achtzylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit Biturboaufladung nach dem Stand der Technik;
-
4 eine schematische Darstellung der Anordnung von Komponenten einer mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Baukastensatzes herstellbaren sechszylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit einfacher Turboaufladung;
-
5 eine schematische Darstellung der Anordnung von Komponenten an einer mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Baukastensatzes herstellbaren sechszylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit Biturboaufladung; und
-
6 eine schematische Darstellung der Anordnung von Komponenten an einer mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Baukastensatzes herstellbaren achtzylindrigen Brennkraftmaschine vom V-Typ mit Biturboaufladung.
-
Bei einer im Ganzen mit 10 bezeichneten Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik handelt es sich um einen Sechszylinder-Dieselmotor in V-Bauweise. Die Brennkraftmaschine 10 weist also zwei Zylinderbänke 12 mit jeweils drei Zylindern 14 auf, die V-förmig aufeinander zugeneigt sind und eine gemeinsame Kurbelwelle antreiben. Die Abgaskrümmer 16 der Zylinder 14 sind auf den Außenseiten 18 der Zylinderbänke 12 angeordnet. Von den Abgaskrümmern 16 führen Abgasleitungen 20 zu einem Abgasturbolader 22, wo das heiße Abgas auf der Turbinenseite 24 in den Turbolader 22 eintritt und dort die Turbine des Turboladers antreibt. Die Turbine treibt ein auf der Verdichterseite 26 des Turboladers 22 angeordnetes Verdichterrad an, welches durch einen Luftfilter 28 über eine Leitung 30 Umgebungsluft ansaugt und über weitere, hier nicht gezeigte Leitungen den Zylindern 14 zuführt. Das auf der Turbinenseite 24 des Turboladers 22 wieder austretende Abgas wird über eine Leitung 32 in einen Oxidationskatalysator 34 geleitet, wo unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas zu Kohlendioxid oxidiert werden.
-
Vom Oxidationskatalysator 34 wird das Abgas über eine weitere Leitung 36 zu einem Dieselpartikelfilter 38 geleitet, wo Rußpartikel ausgefiltert werden.
-
Aufgrund des relativ großen Abstandes von Turbolader 22 und Oxidationskatalysator 34 zu den Abgaskrümmern kann sich das Abgas in den Leitungen 20 abkühlen, was sowohl die Leistung des Turboladers 22 reduziert als auch zu höheren Aufheizzeiten des Oxidationskatalysators führt.
-
In 2 ist ebenfalls eine als Sechszylinder-V-Motor ausgelegte Brennkraftmaschine 10' nach dem Stand der Technik dargestellt. Von der Brennkraftmaschine gemäß 1 unterscheidet sich diese durch eine Biturboaufladung mit zwei Turboladern 22, 40. Aus den Abgaskrümmern 16 wird, wie bereits in der Ausführungsform gemäß 1, das heiße Abgas über Leitungen 20 zur Turbinenseite 24 des ersten Turboladers 22 geleitet. Das aus der Turbine des ersten Turboladers 22 austretende Abgas tritt nun auf der Turbinenseite 24 des zweiten Turboladers 40 ein, so dass vom Abgas die Verdichterräder beider Turbolader getrieben werden. Die Ladeluft wird hierbei über eine Leitung 30 und einen Luftfilter 28 auf der Verdichterseite 26 des zweiten Turboladers 40 angesaugt, und die vorverdichtete Luft dann dem Verdichter des ersten Turboladers 22 zugeführt. Die aus der Verdichterseite 26 der beiden Turbolader 22, 40 austretende Ladeluft wird gegebenenfalls noch über einen Ladeluftkühler gekühlt und den Zylindern 14 zugeführt. Das aus der Turbinenseite des zweiten Abgasturboladers 40 austretende Abgas wird auch hier über eine Leitung 32 einem Oxidationskatalysator 34 zugeführt und strömt aus diesem über eine Leitung 36 in einen Dieselpartikelfilter 38 und von dort über einen nicht dargestellten Auspuff in die Umwelt. Auch hier sind die Leitungswege von den Abgaskrümmern 16 zu den Turboladern 22 und 40 lang, so dass sich das Abgas beträchtlich abkühlen kann. Die gezeigte Anordnung führt zudem zu einem besonders langen Leitungsweg zwischen dem zweiten Turbolader 40 und dem Oxidationskatalysator 34, so dass dieser besonders hohe Aufheizzeiten aufweist, was zumindest in einer Anlaufphase in der Brennkraftmaschine 10' zu erhöhten Emissionen führt.
-
In 3 ist eine weitere Brennkraftmaschine 10'' dargestellt, die als Achtzylinder-Dieselmotor in V-Anordnung ausgebildet ist. Die Zylinderbänke 12 weisen hierbei jeweils vier Zylinder 14 auf und sind ebenfalls V-förmig aufeinander zugeneigt. Auch hier liegen die Abgaskrümmer 16 auf den Außenseiten 18 der Zylinderbänke 12. Auch die Brennkraftmaschine 10'' weist eine Biturboanordnung auf. Im Gegensatz zur Brennkraftmaschine 10' sind die beiden Turbolader 22, 40 hier jedoch nicht in Reihe geschaltet. Vielmehr ist jeder Turbolader 22, 40 einer Zylinderbank 12 zugeordnet und an deren Außenseite 18 im Nahbereich der Abgaskrümmer 16 angeordnet. Das Abgas tritt aus den Abgaskrümmern 16 unmittelbar in die Turbinenseite 24 der Turbolader 22, 40 ein und treibt das Verdichterrad der Verdichterseite 26 der Turbolader 22, 40. Jedem Turbolader 22, 40 ist ein eigener Luftfilter 28 zugeordnet, über welchen durch eine Leitung 30 Umgebungsluft angesaugt und dem Verdichter der Turbolader 22, 40 zugeführt wird. Von dort strömt die Luft gegebenenfalls über einen nicht gezeigten Ladeluftkühler zu den Zylindern 14. Die auf der Turbinenseite 24 der Turbolader 22, 40 austretende Luft wird auch hier über Leitungen 32 zu Oxidationskatalysatoren 34 geführt, wo Kohlenstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe oxidiert werden. Aus den Oxidationskatalysatoren 34 wird das katalytisch gereinigte Abgas über weitere Leitungen 36 zu Dieselpartikelfiltern 38 geführt und von dort aus in die Umwelt abgegeben. Sowohl die Oxidationskatalysatoren 34 als auch die Dieselpartikelfilter 38 sind doppelt vorhanden, wobei jeder Oxidationskatalysator 34 und jeder Dieselpartikelfilter 38 jeweils eine Zylinderbank 12 versorgt.
-
Insgesamt unterscheidet sich die Anordnung der Komponenten der Auflade- und/oder Abgasanlage für die drei gezeigten Motoren 10, 10' und 10'' nach dem Stand der Technik beträchtlich. Für jede dieser Motorisierungsvarianten müssen daher eigene Bauteile vorrätig gehalten werden. Aufgrund der unterschiedlichen Montagelage der gezeigten Komponenten ist für jede der Brennkraftmaschinen 10, 10', 10'' zudem eine eigene Montagereihenfolge notwendig. Dies erhöht die Herstellungskosten von Kraftwagen mit diesen Motorvarianten beträchtlich.
-
Um die Kosten von Bauteilbereitstellung, Logistik und Fertigung zu senken, ist es daher zweckmäßig, zur Herstellung von Kraftwagen unterschiedlicher Motorisierungsvarianten ein Baukastensystem zu verwenden. Die 4 bis 6 zeigen drei unterschiedliche Brennkraftmaschinen mit zugeordneten Komponenten einer Auflade- und/oder Abgasanlage, welche mit einem derartigen Baukastensystem erstellt werden können.
-
Die Brennkraftmaschine 100 gemäß 4 ist analog zur Brennkraftmaschine 10 gemäß 1 als sechszylindrige Brennkraftmaschine in V-Bauweise ausgelegt. Die Brennkraftmaschine 100 weist also ebenfalls zwei Zylinderbänke 12 mit jeweils drei Zylindern 14 auf. Im Unterschied zur Brennkraftmaschine 10 sind hier die Abgaskrümmer 16 auf den Innenseiten 42 der Zylinderbänke 12 angeordnet. Der Abgasturbolader 22 befindet sich zwischen den Zylinderbänken 12 und ist mittels eines Anschlussstutzens 21 mit einer Leitung 20 verbunden. Aufgrund der innenliegenden Abgaskrümmer 16 ist daher nur eine sehr kurze Leitung 20 notwendig, um die Turbinenseite 24 des Abgasturboladers 22 mit Abgas zu versorgen. Das turbinenseitig aus dem Abgasturbolader 22 austretende Abgas wird über eine ebenfalls kurze Abgasleitung 32 zum Oxidationskatalysator 34 geleitet, der mittels nicht gezeigter Befestigungselemente auf der in Einbaulage oberen Seite der Brennkraftmaschine befestigt ist. Sowohl im Turbolader 22 als auch im Oxidationskatalysator 34 liegt das Abgas daher mit noch sehr hoher Temperatur vor, so dass der Abgasturbolader 22 eine hohe Leistung erbringt und der Oxidationskatalysator 34 besonders schnell seine Betriebstemperatur erreicht.
-
Der Dieselpartikelfilter 38 ist über eine Leitung 36 mit dem Oxidationskatalysator 34 verbunden und mittels ebenfalls nicht gezeigter Befestigungselemente an einer Stirnseite 44 der Brennkraftmaschine 100 befestigt. Die Verdichterseite 26 des Abgasturboladers 22 wird auch hier über einen Luftfilter 28 und eine zugeordnete Leitung 30 mit Luft versorgt. Die Leitung 30 ist über einen Anschlussstutzen 23 mit dem Abgasturbolader 22 verbunden. Insgesamt werden so besonders kurze Leitungswege, eine hohe Turboladerleistung und eine schnelle Aufheizung des Oxidationskatalysators 34 erreicht. Damit wird die Leistung des Kraftwagens verbessert und seine Emissionen gesenkt.
-
Die Brennkraftmaschine 100' gemäß 5 ist ebenfalls als sechszylindrige Brennkraftmaschine in V-Ausführung ausgeführt. Sie unterscheidet sich von der Brennkraftmaschine 100' durch eine Biturboanordnung in sequenzieller Schaltung. Ein erster Abgasturbolader 22 ist in der gleichen Einbaulage verbaut wie der Abgasturbolader 22 in der Brennkraftmaschine 100. Ebenfalls übereinstimmend sind die Einbaulagen des Oxidationskatalysators 34 und des Dieselpartikelfilters 38. Dies wird über die gleiche Lage der Anschlussstutzen 21, 23 sowie der nicht dargestellten Befestigungselemente ermöglicht. Die Brennkraftmaschine 100' verfügt über einen zusätzlichen Abgasturbolader 40, der ebenfalls auf der Oberseite der Brennkraftmaschine 100' zwischen den Zylinderbänken 12 angeordnet ist. Der Abgasturbolader 22 wird im Betrieb des Kraftwagens mit niedrigen Drehzahlen genutzt und erhält dann analog zur Brennkraftmaschine gemäß 4 über die Leitung 20 Abgas auf seiner Turbinenseite 24 zugeleitet. Das Verdichterrad des Abgasturboladers 22 saugt dann Luft über den Luftfilter 28 und die Leitung 30 an und gibt dies an die Zylinder 14 ab.
-
Das Abgas strömt aus der Abgasseite 24 des Abgasturboladers auf bekannte Weise durch den Oxidationskatalysator 34 und den Dieselpartikelfilter 38. Bei höheren Motordrehzahlen wird der zweite Abgasturbolader 40 zugeschaltet, dem dann über die Leitung 46 aus dem Luftfilter 28 Ladeluft zugeführt wird. Die Turbinenseite 24 des zweiten Abgasturboladers 40 wird in diesem Betriebszustand über eine weitere Abgasleitung 48 aus den Abgaskrümmern 16 mit Abgas versorgt, so dass die Turbine angetrieben wird.
-
6 zeigt schließlich eine weitere Brennkraftmaschine 100'', die als Achtzylinder-Brennkraftmaschine in V-Ausführung ausgeführt ist. Der Grundaufbau der Brennkraftmaschine 100'' entspricht dabei dem der Brennkraftmaschine 10'' aus 3. Wie auch die Brennkraftmaschinen 100 und 100' weist die Brennkraftmaschine 100'' jedoch auf den Innenseiten 42 der Zylinderbänke 12 angeordnete Abgaskrümmer 16 auf. Ansonsten entspricht die Anordnung der weiteren Komponenten des Auflade- und/oder Abgasanlage dem der Brennkraftmaschine 100' gemäß 5 – es handelt sich also um eine Biturboanordnung aus den beiden Turboladern 22 und 40 in sequenzieller Schaltung.
-
Für alle Brennkraftmaschinen 100, 100' und 100'' können identische Turbolader 22, modular aufgebaute Oxidationskatalysatoren 34, modular aufgebaute Dieselpartikelfilter 38 und identische Luftfilter 28 Einsatz finden. Die Oxidationskatalysatoren 34 und Dieselpartikelfilter 38 für die unterschiedlichen Brennkraftmaschinen 100, 100' und 100'' weisen dabei vorzugsweise den gleichen Durchmesser auf, können aber je nach nötigem maximalen Abgasdurchsatz unterschiedliche Längen besitzen. Der Turbolader 40 kann ebenfalls für alle Brennkraftmaschinen 100, 100' und 100'' identisch sein oder je nach Motorisierungsvariante an die jeweilige Motorleistung angepasst werden. Alle Brennkraftmaschinen 100, 100', 100'' verfügen über identisch positionierte Befestigungselemente und Anschlussstutzen 21, 23 für die Abgasturbolader 22, 40, Oxidationskatalysatoren 34, Dieselpartikelfilter 38 und Luftfilter 28. Die Montagepositionen der jeweiligen Teile stimmen daher in allen gezeigten Brennkraftmaschinen 100, 100', 100'' überein, so dass jeweils die gleichen Fertigungsprozesse Anwendung finden können. Insgesamt wird somit durch die Verwendung des beschriebenen Baukastensatzes der Lagerhaltungs- und Montageaufwand bei der Herstellung von Kraftwagen unterschiedlicher Motorisierungsvarianten beträchtlich verringert.
