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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Serienbau von Kraftwagen ist es bekannt, als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen ausgebildete Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben der Kraftwagen zu nutzen. Die Verbrennungskraftmaschinen umfassen jeweils eine Mehrzahl von Zylindern, in denen während eines gefeuerten Betriebs ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Daraus entsteht Abgas, welches auf jeweiligen Auslassseiten der Zylinder über jeweilige, an die Zylinder angeschlossene Abgasleitungen aus den Zylindern abgeführt wird.
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Um im Abgas enthaltene Energie zu nutzen, ist es bekannt, die Abgasleitungen mit wenigstens einer Turbine eines Abgasturboladers fluidisch zu verbinden, so dass das Abgas die Turbine antreiben kann. Zum Zusammenführen von Abgas aus mehreren Zylindern zu einem gemeinsamen Volumen werden sogenannte Abgaskrümmer von Abgasanlagen verwendet. Eine solche Abgasanlage ist beispielsweise der
DE 10 2007 061 219 A1 als bekannt zu entnehmen.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei einem entsprechenden, ungünstigen Zusammenführen des Abgases zu einem gegenseitigen Beeinflussen der Zylinder bzw. ihrer Auslassstöße kommen kann. Das Abgas, welches auch als Restgas bezeichnet wird, bzw. die Zylinder sind somit ungünstig gekoppelt, so dass durch eine unregelmäßige Stoßabfolge die kinetische Energie des Abgases nur relativ ineffizient zum Antreiben der Turbine und somit zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschine mittels des Abgasturboladers genutzt werden kann.
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Auch die
DE 10 2005 047 890 A1 offenbart einen Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Zündabstand von 90°, wobei mittels des Abgaskrümmers Abgas aus den Zylindern zusammengeführt werden kann. Der Abgaskrümmer besteht zumindest aus einem ersten und einem zweiten Teilabgaskrümmer, wobei jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180° Kurbelwinkel beträgt.
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Die
DE 10 2006 042 464 A1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, bei welcher eine Zusammenführung des Abgases aus den Zylindern vorgesehen ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst zwei Zylinderbänke, welche jeweils zwei Zylindergruppen mit jeweils wenigstens zwei Zylindern der Verbrennungskraftmaschine aufweisen. Dabei sind die Zylinder einer ersten der Zylindergruppe einer ersten der Zylinderbänke und die Zylinder einer ersten Zylindergruppe der zweiten Zylinderbank mit einem ersten Abgaseingang einer Aufladeeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. Der erste Abgaseingang ist dabei durch eine erste Turbine eines ersten Abgasturboladers der Aufladeeinrichtung gebildet.
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Die Zylinder der zweiten Zylindergruppe der ersten Zylinderbank und die Zylinder der zweiten Zylindergruppe der zweiten Zylinderbank sind mit einem zweiten Abgaseingang der Aufladeeinrichtung fluidisch verbunden. Der zweite Abgaseingang ist durch eine zweite Turbine eines zweiten Abgasturboladers der Aufladeeinrichtung gebildet. Die fluidischen Verbindungen erfolgen dabei über jeweilige Abgasleitungen.
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Bezogen auf eine in der gleichen Richtung der Verbrennungskraftmaschine fortlaufende Durchnummerierung der Zylinder umfasst die erste Zylindergruppe der ersten Zylinderbank einen ersten und einen vierten der Zylinder. Die zweite Zylindergruppe der ersten Zylinderbank umfasst einen zweiten und einen dritten der Zylinder. Die erste Zylindergruppe der zweiten Zylinderbank umfasst einen sechsten und einen siebten der Zylinder und die zweite Zylindergruppe der zweiten Zylinderbank umfasst einen fünften und einen achten der Zylinder. In diesen Zylindern ist in einer vorgebbaren Zündreihenfolge der Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden.
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Bei der Zündreihenfolge handelt es sich um eine komfortoptimierte Zündreihenfolge der Zylinder, wobei die Zündreihenfolge erster Zylinder – fünfter Zylinder – vierter Zylinder – achter Zylinder – siebter Zylinder – dritter Zylinder – sechster Zylinder – zweiter Zylinder lautet (1-5-4-8-7-3-6-2). Es hat sich gezeigt, dass diese Verbrennungskraftmaschine verbesserungswürdig ist, um einen effizienteren und somit verbrauchsgünstigeren Betrieb zu realisieren.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine einen effizienteren Betrieb aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Zur Realisierung eines effizienteren und somit kraftstoffverbrauchsgünstigeren Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zündreihenfolge erster Zylinder – fünfter Zylinder – vierter Zylinder – zweiter Zylinder – sechster Zylinder – dritter Zylinder – siebter Zylinder – achter Zylinder lautet. Mit anderen Worten wird das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern bezogen auf die entsprechende Durchnummerierung in folgender Reihenfolge gezündet: 1-5-4-2-6-3-7-8.
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Durch diese Zündreihenfolge können bei gleichzeitiger Realisierung einer sehr hohen Effizienz hinsichtlich eines geringen Kraftstoffverbrauchs und geringerer Emissionen sehr hohe Leistungen und Drehmomente ermöglicht und von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden, so dass der zugehörige Kraftwagen effizient angetrieben wird.
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Durch die Verschaltung der Zylinder ist eine Restgasentkopplung von sich bei entsprechender Verschaltung herkömmlicherweise gegenseitig beeinflussenden Zylindern realisiert, so dass sich gegenseitig beeinflussende Abgasströme voneinander getrennt und eine Abgasstoßabfolge gleichgerichtet ist. Dadurch kann das Potential der sogenannten Stoßaufladung, durch welche wenigstens eine Turbine eines Abgasturboladers der Aufladeeinrichtung durch besonders effizientes Ausnutzen der kinetischen Energie des Abgases vorteilhaft und effizient angetrieben wird, sehr gut ausgenutzt werden. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist ferner eine sehr vorteilhafte, sogenannte Restgasgleichstellung realisiert, woraus eine sehr gute Frischluft- bzw. Frischgasfüllung der Zylinder resultiert. Damit einher gehen ein sehr gutes Spülverhalten sowie eine besonders gleichförmige Verbrennung des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches, was dem Stationär- und Instationärverhalten der Verbrennungskraftmaschine zugutekommt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Zündabstand zwischen den Zylindern der ersten Zylindergruppen und ein Zündabstand zwischen den Zylindern der zweiten Zylindergruppen jeweils 180° Kurbelwinkel. Mit anderen Worten legt eine Kurbelwelle der als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen in den entsprechenden Zylindern im Wesentlichen 180° zurück, so dass die kinetische Energie des Abgases zur Realisierung einer vorteilhaften Stoßaufladung sehr gut zum Antreiben der wenigstens einen Turbine genutzt wird.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die jeweiligen Abgasleitungen der ersten Zylindergruppen stromauf des ersten Abgaseingangs fluidisch miteinander verbunden sind, wobei die jeweiligen Abgasleitungen der zweiten Zylindergruppen stromauf des zweiten Abgaseingangs fluidisch miteinander verbunden sind. Somit ist eine gezielte Zusammenführung der Abgasleitungen in ein jeweiliges Volumen pro Abgaseingang, realisiert, so dass die wenigstens eine Turbine effizient angetrieben werden können.
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Um einen besonders geringen Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine darzustellen, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, das jeweilige Auslassseiten der Zylinderbänke, auf denen die jeweiligen Abgasleitungen fluidisch mit den zugehörigen Zylindern verbunden sind, im Wesentlichen einander zugewandt sind. Die Verbrennungskraftmaschine ist somit nach dem Prinzip „heiße Seite innen” ausgebildet.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn jeweilige Anschlussflächen, über welche die Abgasleitungen mit den Zylindern fluidisch verbunden sind, im Wesentlichen schräg zueinander verlaufen. Dadurch ist beispielsweise eine sehr gute Zugänglichkeit in Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine von oben zu den Anschlussflächen ermöglicht, so dass die Abgasleitungen, welche beispielsweise durch wenigstens einen Abgaskrümmer gebildet sind, auf relativ einfache Weise an den Zylinderbänken zu montieren sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aufladeeinrichtung einen Abgasturbolader mit einer Turbine, welche beide Abgaseingänge aufweist. Die Turbine kann dabei als sogenannte Monoscroll- oder als Twinscroll-Turbine ausgebildet sein. Bei der Twinscroll-Turbine sind die Abgaseingänge einem jeweiligen Abgasführungskanal zugeordnet, über welche das Abgas einem Turbinenrad der Turbine zugeführt wird. Die Abgasführungskanäle sind dabei fluidisch voneinander getrennt, so dass das Abgas erst kurz vor dem Turbinenrad zusammenströmt. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine effizient und bauraumgünstig aufgeladen werden.
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Um eine gegenseitige Beeinflussung des Abgases aus den jeweiligen Zylindergruppen zu vermeiden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Abgaseingänge fluidisch voneinander getrennt sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aufladeeinrichtung eine erste Turbine mit einem ersten der Abgaseingänge und eine zweite Turbine mit dem zweiten Abgaseingang. Dies bedeutet, dass die Abgaseingänge fluidisch voneinander getrennt sind und jeweils durch die entsprechende Turbine gebildet werden. Durch das Verwenden der beiden Turbinen ist ein sehr günstiges Fahrverhalten der Verbrennungskraftmaschine darstellbar, da eine der Turbinen für geringe Drehzahlen und/oder Lasten und die andere Turbine für demgegenüber höhere Drehzahlen und/oder Lasten ausgelegt sein kann. Somit kann insbesondere das sogenannte Turboloch vermieden oder zumindest sehr klein gehalten werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung einer als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, welche acht Zylinder aufweist, in denen ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer Zündreihenfolge gezündet wird, wobei die Zündreihenfolge bezogen auf eine in der gleichen Richtung der Verbrennungskraftmaschine fortlaufende Durchnummerierung der Zylinder 1-5-4-2-6-3-7-8 lautet; und
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2 eine schematische Perspektivansicht eines Abgaskrümmers für die Verbrennungskraftmaschine gemäß 1.
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1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 dient zum Antreiben des Kraftwagens und ist beispielsweise in V-Bauweise ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine erste Zylinderbank 12 sowie eine zweite Zylinderbank 14. Die erste Zylinderbank 12 umfasst eine erste Zylindergruppe 16 mit einem ersten Zylinder 1 und einem vierten Zylinder 4 der Verbrennungskraftmaschine 10. Die erste Zylinderbank 12 umfasst ferner eine zweite Zylindergruppe 18 mit einem zweiten Zylinder 2 und einem dritten Zylinder 3 der Verbrennungskraftmaschine 10.
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Die zweite Zylinderbank 14 umfasst eine erste Zylindergruppe 20 mit einem sechsten Zylinder 6 und einem siebten Zylinder 7 der Verbrennungskraftmaschine 10. Die zweite Zylinderbank 14 umfasst ferner eine zweite Zylindergruppe 22 mit einem fünften Zylinder 5 und einem achten Zylinder 8 der Verbrennungskraftmaschine 10. Die Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind dabei in der gleichen Richtung der Verbrennungskraftmaschine 10 fortlaufend durchnummeriert. Bei dieser Richtung kann es sich um die Längsrichtung des Kraftwagens handeln, entlang welcher die Verbrennungskraftmaschine 10 eingebaut ist (längs eingebaute Verbrennungskraftmaschine 10). Bei dieser Richtung kann es sich auch um die Querrichtung des Kraftwagens handeln (quer eingebaute Verbrennungskraftmaschine 10).
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Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 wird in den Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, wobei die Verbrennung durch eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgelöst wird. Aus der Verbrennung resultiert Abgas, welches über einen Abgaskrümmer 24 der Verbrennungskraftmaschine 10 aus den Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 abgeführt wird. Dazu umfasst der Abgaskrümmer 24 jeweilige Abgasleitungen 26a–h, welche auf jeweiligen Auslassseiten 28, 30 der Zylinderbänke 12, 14 mit den Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 fluidisch verbunden sind.
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Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Auslassseiten 28, 30 einander zugewandt, so dass der Abgaskrümmer 24 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, zwischen den Zylinderbänken 12, 14 angeordnet ist. Dies führt zu einem besonders geringen Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine 10.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch eine Aufladeeinrichtung 25 zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine 10 mit verdichteter Luft. Die Aufladeeinrichtung 25 weist einen ersten Abgasturbolader mit einer ersten Turbine 31 sowie einen zweiten Abgasturbolader mit einer zweiten Turbine 33 auf. Der erste Abgasturbolader umfasst auch einen in 1 nicht dargestellten, ersten Verdichter, welcher von der ersten Turbine 31 antreibbar ist. Dementsprechend umfasst auch der zweite Abgasturbolader einen in 1 nicht dargestellten, zweiten Verdichter, welcher von der zweiten Turbine 33 antreibbar ist. Mittels der Verdichter ist die Verbrennungskraftmaschine 10 mit verdichteter Luft zu versorgen und dadurch aufzuladen. Die Turbinen 31, 33 dienen dazu, kinetische Energie des Abgases zu nutzen und in mechanische Energie umzuwandeln. Mit anderen Worten sind die Turbinen 31, 33 von dem Abgas antreibbar.
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Dazu sind der erste Zylinder 1 und der vierte Zylinder 4 der ersten Zylindergruppe 16 der ersten Zylinderbank 12 und der sechste Zylinder 6 und der siebte Zylinder 7 der ersten Zylindergruppe 20 der zweiten Zylinderbank 14 über die Abgasleitungen 26a, 26d, 26f, 26g fluidisch mit einem ersten Abgaseingang 27 der ersten Turbine 31 fluidisch verbunden. Dadurch wird das Abgas aus den Zylindern 1, 4, 6, 7 zur ersten Turbine 31 geleitet.
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Des Weiteren sind der zweite Zylinder 2 und der dritte Zylinder 3 der zweiten Zylindergruppe 18 der ersten Zylinderbank 12 und der fünfte Zylinder 5 und der achte Zylinder 8 der zweiten Zylindergruppe 22 der zweiten Zylinderbank 14 über die Abgasleitungen 26b, 26c, 26e, 26h fluidisch mit einem zweiten Abgaseingang 27 der zweiten Turbine 33 verbunden, so dass das Abgas aus den Zylindern 2, 3, 5, 8 zur zweiten Turbine 33 geleitet wird und diese antreibt.
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Dies bedeutet, dass die Zylinder 1, 4, 6, 7 zu einem ersten Abgasstrang fluidisch zusammengeführt sind, der in der ersten Turbine 31 mündet. Entsprechend dazu sind die Zylinder 2, 3, 5, 8 zu einem zweiten Abgasstrang fluidisch zusammengeführt, der in der zweiten Turbine 33 mündet. Somit sind jeweils einem der Abgasstränge vier der Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 zugeordnet, die zueinander einen Zündabstand von 180° aufweisen. Mit anderen Worten beträgt der Zündabstand zwischen den Zylindern 1, 4, 7, 6 der ersten Zylindergruppen 16, 20 jeweils 180° Kurbelwinkel, während der Zündabstand zwischen den Zylindern 2, 3, 5, 8 der zweiten Zylindergruppen 18, 22 jeweils 180° Kurbelwinkel beträgt. Die Zündreihenfolge der Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 insgesamt lautet dabei: Erster Zylinder 1 – fünfter Zylinder 5 – vierter Zylinder 4 – zweiter Zylinder 2 – sechster Zylinder 6 – dritter Zylinder 3 – siebter Zylinder 7 – achter Zylinder 8 (1-5-4-2-6-3-7-8).
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Dadurch ist eine Verschaltung der Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 sowie eine Zündreihenfolge dieser realisiert, die zu einem sehr effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 führen. Auslassstöße des Abgases aus den Zylindern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 beeinflussen sich gegenseitig zumindest im Wesentlichen nicht, so dass die kinetische Energie des Abgases im Rahmen einer Stoßaufladung sehr gut genutzt werden kann, um die Turbinen 31, 33 anzutreiben.
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Zur Realisierung eines nur sehr geringen Kraftstoffverbrauchs kann eine Zylinderabschaltungen durchgeführt werden, bei welcher in wenigstens einem Teilbereich des Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine wenigstens einer der Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 abgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass eine Kraftstoffzufuhr in den abgeschalteten Zylinder oder in die abgeschalteten Zylinder sowie die Zündung bei diesem Zylinder bzw. bei diesen Zylindern beendet wird.
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2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Abgaskrümmers 24, welcher Verbindungsflansche 32 aufweist, über die der Abgaskrümmer 24 mit den Zylinderbänken 12, 14 verbunden werden kann. Die Verbindungsflansche 32 weisen dabei jeweilige, der Verbrennungskraftmaschine 10 zugewandte Verbindungsflächen 34 auf, über welche der Abgaskrümmer 24 mit korrespondierenden, weiteren Verbindungsflächen 36, 38 der Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden wird. Dazu stützen sich die Verbindungsflächen 34 zumindest mittelbar an den korrespondierenden, weiteren Verbindungsflächen 36, 38 der Zylinderbänke 12, 14 ab. Die weiteren Verbindungsflächen 36, 38 der Zylinderbänke 12, 14 sind einander gegenüber angeordnet und verlaufen schrägt zueinander.
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Aufgrund der entsprechenden Verschaltung der Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 mittels des Abgaskrümmers 24 handelt es sich bei dem Abgaskrümmer 24 um einen sogenannten bankübergreifenden Abgaskrümmer, welcher die Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 bzw. das entsprechende Abgas ohne Flutentrennung zu Verbindungsstellen 40, 42 zusammenführt, an welchen der Abgaskrümmer 24 mit den Turbinen 31, 33 fluidisch verbunden werden kann. Dadurch werden die Abgasleitungen 26a–h gezielt in ein Volumen pro Aufladesystem bzw. Abgasstrang zusammengeführt, wodurch eine Restgasentkopplung von sich herkömmlicherweise gegenseitig beeinflussenden Zylindern realisiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Zylinder
- 2
- zweiter Zylinder
- 3
- dritter Zylinder
- 4
- vierter Zylinder
- 5
- fünfter Zylinder
- 6
- sechster Zylinder
- 7
- siebter Zylinder
- 8
- achter Zylinder
- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- erste Zylinderbank
- 14
- zweite Zylinderbank
- 16
- erste Zylindergruppe
- 18
- zweite Zylindergruppe
- 20
- erste Zylindergruppe
- 22
- zweite Zylindergruppe
- 24
- Abgaskrümmer
- 25
- Aufladeeinrichtung
- 26a–h
- Abgasleitung
- 27
- erster Abgaseingang
- 28
- Auslassseite
- 29
- zweiter Abgaseingang
- 30
- Auslassseite
- 31
- erste Turbine
- 32
- Verbindungsflansch
- 33
- zweite Turbine
- 34
- Verbindungsfläche
- 36
- weitere Verbindungsfläche
- 38
- weitere Verbindungsfläche
- 40
- Verbindungsstelle
- 42
- Verbindungsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007061219 A1 [0003]
- DE 102005047890 A1 [0005]
- DE 102006042464 A1 [0006]
