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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Die ungeprüfte
japanische Patentschrift Nr. 2008-101530 legt eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor mit einem Abgasauslasskanal offen, der an einer Seitenfläche der beiden Motorbanken eines V-förmig aufgebauten Motors in Zylinderfeldrichtung gebildet wird; einen Kompressor, der mit allen Abgasauslasskanälen verbunden ist; ein Abgasrohr, das jeweils von den Kompressoren zur hinteren Seite in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs verläuft und so konfiguriert ist, dass die unteren Enden der Kompressoren miteinander verbunden sind; ein Sammelrohr, das von einem Verbindungsabschnitt der Auslassrohre zur hinteren Seite in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs verläuft; und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die sich am Sammelrohr befindet.
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Bei der in der Patentschrift beschriebenen Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor liegt die Abgasreinigungsvorrichtung weit entfernt vom Motor zur hinteren Seite in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs. Deshalb sinkt die Temperatur des Abgases möglicherweise, bevor es die Abgasreinigungsvorrichtung erreicht. Aus diesem Grund kann die Abgasvorrichtungsvorrichtung gegebenenfalls keine ausreichende Reinigungsleistung aufweisen. Darüber hinaus ist es erforderlich, eine Abgasreinigungsvorrichtung unter einem Bodenblech einer Fahrzeugkarosserie vorzusehen, und es ist notwendig, das Bodenblech zur Innenseite eines Fahrzeugraums zu wölben, um eine ausreichende Installationsfläche für die Abgasreinigungsvorrichtung sicherzustellen. Dadurch kann der Platz im Fahrzeuginnenraum eingeschränkt werden.
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Angesichts der vorgenannten Ausführungen wird vorgeschlagen, den Weg zwischen einem Motor und einer Abgasreinigungsvorrichtung durch die Installation der Abgasreinigungsvorrichtung seitlich des Motors zu verkürzen, um eine Absenkung der Temperatur des Abgases zu vermeiden.
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Damit jedoch eine Abgasreinigungsvorrichtung seitlich eines Motors installiert werden kann, ist es notwendig, die Abgasreinigungsvorrichtung an einer Stelle entlang einer Seitenfläche des Motors vorzusehen, um Beeinträchtigungen eines Kompressor und eines Auslassrohrs (z. B. einem Kanal zur Verbindung des Kompressors und des Motors) zu vermeiden. Dadurch kann die Installationsfläche der Abgasreinigungsvorrichtung beschränkt werden und es ist gegebenenfalls auch nicht möglich, eine ausreichende Installationsfläche sicherzustellen.
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Kurzfassung der Erfindung
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In Anbetracht der vorgenannten Ausführungen ist es ein Ziel dieser Erfindung, eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor vorzusehen, die es ermöglicht, eine ausreichende Installationsfläche für die Auslassreinigungsvorrichtung sicherzustellen, wenn die Auslassreinigungsvorrichtung seitlich des Kompressormotors installiert wird.
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Damit die vorgenannten Nachteile nicht auftreten können, sieht diese Erfindung eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor vor, die so konfiguriert ist, dass Abgas, das von mehreren Zylindern eines Motorkörpers ausgestoßen wird, ausströmen kann. Der Motorkörper beinhaltet Zylinder, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Auslassvorrichtung verfügt über einen Auslasstrakt, der in Zylinderfeldrichtung verläuft; einen Abgasauslassabschnitt, der mit einem Ende des Auslasstrakts in Zylinderfeldrichtung verbunden ist; einen Kompressor, der an einem Ende des Motorkörpers in Zylinderfeldrichtung angeordnet und mit dem Abgasauslassabschnitt verbunden ist; ein seitliches Abgasrohr, das mit dem Kompressor verbunden ist und entlang einer Seitenfläche des Motorkörpers in Zylinderfeldrichtung verläuft; und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die sich mittig auf dem seitlichen Abgasrohr befindet.
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Nach dieser Erfindung ist es möglich, eine ausreichende Installationsfläche für eine Abgasreinigungsvorrichtung sicherzustellen, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung seitlich eines Kompressormotors installiert wird.
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Diese und andere Ziele, Leistungsmerkmale und Vorteile dieser Erfindung werden nach dem Durchlesen der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen deutlicher.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Draufsicht, die eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
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2 ist eine Seitenansicht der Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung bei einer Betrachtung von der Auslassseite;
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3 ist eine Seitenansicht der Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung bei einer Betrachtung von einer Seite in Zylinderfeldrichtung (von der Vorderseite des Motors);
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4 ist eine Draufsicht, die schematisch die Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
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5 ist eine Draufsicht, die eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
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6 ist eine Draufsicht, die eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt; und
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7 ist eine Seitenansicht der Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der dritten Ausführungsform dieser Erfindung bei einer Betrachtung von der Auslassseite.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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In der folgenden Beschreibung wird eine Feldrichtung mehrerer Zylinder als Zylinderfeldrichtung bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Seite in Zylinderfeldrichtung, auf der sich ein Getriebe (eine Getriebeeinheit) befindet, als Motorrückseite bezeichnet, und eine Seite gegenüber der Motorrückseite wird als Motorvorderseite bezeichnet.
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Ein Motor (siehe 1 bis 4), an dem eine Auslassvorrichtung nach der ersten Ausführungsform vorgesehen wird, ist ein Dieselmotor, der an einem Fahrzeug, wie z. B. einem Kraftfahrzeug, installiert wird. Ein Motorkörper 1 des Motors ist ein Motor des Typs 4-Zylinder-Reihenmotor. Der Motorkörper 1 verfügt über vier Zylinder 27, die in einer Reihe angeordnet sind.
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Wie in 2 gezeigt, verfügt der Motorkörper 1 über einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, der sich über dem Zylinderblock 2 befindet, und einen Zylinderkopfdeckel 4 zur Abdeckung des oberen Abschnitts des Zylinderkopfs 3. Eine Getriebeeinheit 5 wird auf der hinteren Seite des Zylinderblocks 2 in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs befestigt. Mehrere Ansaugkanäle 32 (siehe 4) und ein Auslasskanal 11 werden im Zylinderkopf 3 gebildet. Der Motorkörper 1 ist in einer vertikalen Position in einem Motorraum im vorderen Abschnitt eines Fahrzeugs so angeordnet, dass sich die Ansaugkanäle 32 (siehe 4) auf der linken Seite des Fahrzeugs befinden und der Auslasskanal 11 auf der rechten Seite des Fahrzeugs liegt (in einer solchen Anordnung, dass die Zylinderfeldrichtung auf die Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist).
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Wie in 4 gezeigt, wird eine Verbrennungskammer 30 in allen Zylindern 27 des Zylinderkopfes 3 gebildet. Zwei Ansaugventillöcher, die sich am unteren Ende des Ansaugkanals 32 in Ansaugströmungsrichtung befinden, und zwei Auslassventillöcher, die am oberen Ende des Auslasskanals 11 in Abgasströmungsrichtung liegen, werden in allen Verbrennungskammern 30 gebildet. Entsprechend wird ein DOHC-Motor mit zwei Ansaug- und zwei Auslassventilen konfiguriert.
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Der Ansaugkanal 32 wird jeweils separat für alle Zylinder 27 gebildet. Alle Ansaugkanäle 32 werden V-förmig (in zwei Teile) vom unteren Ende in Ansaugströmungsrichtung zum oberen Ende in Ansaugströmungsrichtung verzweigt. Insbesondere beinhalten alle Ansaugkanäle 32 einen oberen Ansaugkanalabschnitt 33, der zu einer Seitenfläche 28 des Zylinderkopfes 3 in Zylinderfeldrichtung offen ist (in dem in 4 gezeigten Beispiel die linke Fläche des Zylinderkopfs 3 in Fahrzeugbreitenrichtung); und zwei untere Ansaugkanalabschnitte 25, deren oberes Ende in Ansaugströmungsrichtung eine Verbindung mit dem oberen Ansaugkanalabschnitt 33 aufweist und deren unteres Ende in Ansaugströmungsrichtung eine Verbindung mit der Verbrennungskammer 30 hat.
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Wie in 1 und 4 gezeigt, ist das obere Ende aller Ansaugkanäle 32 in Ansaugströmungsrichtung mit einem Ansaugkrümmer 10 verbunden, um allen Ansaugkanälen 32 Ansaugluft zuzuführen. Das obere Ende des Ansaugkrümmers 10 ist mit dem unteren Ende eines Ansaugeinlassrohrs 15 verbunden. Das obere Ende des Ansaugeinlassrohrs 15 ist mit dem unteren Ende eines zweiten Kompressorgehäuses 8e (siehe 1) verbunden, um einen zweiten Kompressor 8a, der im weiteren Verlauf beschrieben wird, aufzunehmen. Darüber hinaus ist das obere Ende des zweiten Kompressorgehäuses 8e mit dem unteren Ende eines Ansaugeinlassrohrs 14 verbunden, das sich über dem Ansaugeinlassrohr 15 in Ansaugströmungsrichtung befindet. Ein Luftreiniger 6 zum Abzug von Staub in der Ansaugluft wird im Ansaugeinlassrohr 14 vorgesehen.
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Die Auslassvorrichtung nach der Ausführungsform beinhaltet den Auslasskanal 11, einen Abgasauslassabschnitt 47 (siehe 1 und 4), der mit einem Ende des Auslasskanals 11 in Zylinderfeldrichtung verbunden ist, einen Turbolader 46, der an einem Ende des Motorkörpers 1 in Zylinderfeldrichtung vorgesehen wird und mit dem Abgasauslassabschnitt 47 verbunden ist, ein seitliches Abgasrohr 45, das mit dem Turbolader 46 verbunden ist und sich entlang einer auslassseitigen Seitenfläche 29 des Motorkörpers 1 in Zylinderfeldrichtung befindet, und eine Abgasreinigungsvorrichtung 12, die mittig des seitlichen Auslassrohrs 45 vorgesehen wird.
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Der Turbolader 46 ist ein Kompressor, der in der Lage ist, eine Einstufenverdichtung und eine Zweistufenverdichtung durchzuführen. Der Turbolader 46 beinhaltet einen ersten Turbolader 7 und einen zweiten Turbolader 8, der unter dem ersten Turbolader 7 in Abgasströmungsrichtung vorgesehen wird. Das seitliche Abgasrohr 45 beinhaltet in einer Anordnung von der oberen Seite in Abgasströmungsrichtung einen Abgaseinlassabschnitt 45a, einen Reinigungsvorrichtungsverbindungsabschnitt 45b und einen flexiblen Auslassrohrverbindungsabschnitt 45c. Die Abgasreinigungsvorrichtung 12 beinhaltet in einer Anordnung von der oberen Seite in Abgasströmungsrichtung eine erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a und eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b.
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Ein oberes Kompressorrohr 16 für die Zuführung von Ansaugluft zu einem ersten Kompressor 7a des ersten Turboladers 7 und ein unteres Kompressorrohr 18 für die Rückführung von Ansaugluft, die vom ersten Kompressor 7a druckbeaufschlagt wurde, zum Ansaugeinlassrohr 15 sind jeweils mit dem Ansaugeinlassrohr 15 an den entsprechenden Stellen verbunden. Das obere Ende des oberen Kompressorrohrs 16 in Ansaugströmungsrichtung ist mit dem unteren Ende des unteren Kompressorrohrs 18 in Ansaugströmungsrichtung in Bezug auf das Ansaugeinlassrohr 15 verbunden.
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Der Ansaugkrümmer 10 beinhaltet vier unabhängige Ansaugtrakte 10a, die mit den oberen Enden der vier oberen Ansaugkanalabschnitte 33 in Ansaugströmungsrichtung verbunden sind, sowie einen Ausgleichsbehälter 10b, der in Zylinderfeldrichtung verläuft und mit dem oberen Ende der unabhängigen Ansaugtrakte 10a verbunden ist. Der Ausgleichsbehälter 10b verfügt im Inneren über einen wassergekühlten Zwischenkühler 9 zur Abkühlung der Ansaugluft, deren Temperatur durch Druckbeaufschlagung seitens des ersten Kompressors 7a und des zweiten Kompressors 8a, die im weiteren Verlauf beschrieben werden, erhöht wird.
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Der Auslasskanal 11 beinhaltet mehrere oberen Auslasskanalabschnitte 21, die für die Zylinder 27 gebildet und auf der oberen Seite in Abgasströmungsrichtung Y-förmig verzweigt werden (in zwei Teile); und einen unteren Auslasskanalabschnitt 22 (der einem Auslasstrakt dieser Erfindung entspricht), der in Zylinderfeldrichtung verläuft und eine Verbindung mit dem unteren Ende aller oberen Auslasskanalabschnitte 21 in Abgasströmungsrichtung hat. Der untere Auslasskanalabschnitt 22 ist ein Auslasstrakt zur Aufnahme der oberen Auslasskanalabschnitte 21. Das untere Ende des unteren Auslasskanalabschnitts 22 in Abgasströmungsrichtung ist zu einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 in orthogonaler Richtung zur Zylinderfeldrichtung (hin zu einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 auf der Motorvorderseite) offen. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass der Auslasskanal 11 in der Ausführungsform die Funktion eines Auslasskrümmers zur Sammlung von Abgas aus den Zylindern 27 hat. Im weiteren Verlauf wird das untere Ende des unteren Auslasskanalabschnitts 22 in Abgasströmungsrichtung als ein Abgasauslasskanal 23 bezeichnet. Der Abgasauslasskanal 23 wird am vorderen Ende des Motorkörpers 1 gebildet und stößt Abgas zur Motorvorderseite aus (zu einer Seite in Zylinderfeldrichtung) (siehe 4).
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Wie in 1 und 4 gezeigt, ist der Abgasauslasskanal 23 mit dem oberen Ende des Abgasauslassabschnitts 47 verbunden. Der Turbolader 46 ist mit dem unteren Ende des Abgasauslassabschnitts 47 verbunden. Der Abgasauslassabschnitt 47 verfügt über ein Abgasauslassrohr 42, das mit dem Abgasauslasskanal 23 verbunden ist, und über ein Abzweigauslassrohr 43, das vom Abgasauslassrohr 42 abzweigt. Das Abgasauslassrohr 42 verläuft in Zylinderfeldrichtung und führt Abgas einer ersten Turbine 7b des ersten Turboladers 7 zu. Ein erstes Turbinengehäuse 7b, in dem sich die erste Turbine 7b befindet, wird mit dem unteren Ende des Abgasauslassrohrs 42 in Abgasströmungsrichtung verbunden (siehe 1). Ein turbineninterner Kanal 41, der in orthogonaler Richtung zur Zylinderfeldrichtung verläuft, wird mit dem unteren Ende des ersten Turbinengehäuses 7d verbunden. Ein Durchsatzregulierungsventil 44, dessen Öffnung und Schließung über ein nicht gezeigtes Motorsteuergerät (STG) erfolgt, wird an einer geeigneten Position des turbineninternen Kanals 41 vorgesehen.
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Darüber hinaus wird das untere Ende des turbineninternen Kanals 41 mit dem oberen Ende eines zweiten Turbinengehäuses 8d verbunden, in dem sich eine zweite Turbine 8b befindet (siehe 1). Das untere Ende des zweiten Turbinengehäuses 8d wird mit dem oberen Ende des Abgaseinlassabschnitts 45a (siehe 1, 2 und 4 verbunden). Das untere Ende des Abgaseinlassabschnitts 45a wird mit der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a verbunden (siehe 1, 2 und 4). Der Abgaseinlassabschnitt 45a erstreckt sich in Zylinderfeldrichtung. Darüber hinaus nimmt die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) auf.
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Außerdem wird das untere Ende der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a mit dem oberen Ende des Reinigungsvorrichtungsverbindungsabschnitts 45b verbunden (siehe 1 bis 4). Das untere Ende des Reinigungsvorrichtungsverbindungsabschnitts 45b wird mit der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 12b verbunden. Darüber hinaus wird das untere Ende der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 12b mit dem oberen Ende des flexiblen Abgasrohrverbindungsabschnitts 45c verbunden (siehe 1 bis 4). Das untere Ende des flexiblen Abgasrohrverbindungsabschnitts 45c wird mit einem flexiblen Abgasrohr 26 verbunden. Die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b nimmt einen Dieselpartikelfilter (DPF) auf.
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Wie in 1 und 4 gezeigt, wird das untere Ende des Abzweigauslassrohrs 43 in Abgasströmungsrichtung mit dem oberen Ende des zweiten Turbinengehäuses 8d verbunden (siehe 1). Das untere Ende des zweiten Turbinengehäuses 8d wird mit dem Abgaseinlassabschnitt 45a verbunden. Der Abgaseinlassabschnitt 45a wird auf der Verlängerung einer zweiten Welle 8d angeordnet. Das Abzweigauslassrohr 43 verfügt über eine Kurvenform, um die Abgasströmungsrichtung von der Zylinderfeldrichtung zu einer Richtung orthogonal zur Zylinderfeldrichtung zu ändern.
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Wie in 1 und 4 gezeigt, befindet sich der erste Turbolader 7 am vorderen Ende des Motorkörpers 1 und wird mit dem unteren Ende des Abgasauslassrohrs 42 verbunden. Der erste Turbolader 7 beinhaltet den ersten Kompressor 7a zur Verdichtung der Ansaugluft, die über das obere Kompressorrohr 16 zugeführt wurde, die erste Turbine 7b, die über Abgas angetrieben werden soll, das vom Abgasauslassrohr 42 einströmt, eine erste Welle 7c (die einer ersten Welle dieser Erfindung entspricht) zur synchronen und rotierenden Verbindung des ersten Kompressors 7a mit der ersten Turbine 7b, das erste Turbinengehäuse 7d (siehe 1) zur Abdeckung der Außenperipherie der ersten Turbine 7b, das erste Kompressorgehäuse 7e (siehe 1) zur Abdeckung der Außenperipherie des ersten Kompressors 7a und ein erstes mittleres Gehäuse 7f (siehe 1), das die erste Welle 7c rotierend abstützt und die Außenperipherie der ersten Welle 7c abdeckt. Die erste Turbine 7b wird an der ersten Welle 7c befestigt und befindet sich auf der Verlängerung des unteren Auslasskanalabschnitts 22.
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Der erste Turbolader 7 wird durch die Energie des Abgases angetrieben, das vom Abgasauslasskanal 23 so abgezogen wird, dass das Durchsatzregulierungsventil 24 öffnet. Andererseits wird der erste Turbolader 7 angehalten, wenn kein Abgas durch den turbineninternen Kanal 41 fließt, so dass das Durchsatzregulierungsventil 44 schließt. Der erste Turbolader 7 ist ein Kompressor, der Ansaugluft hauptsächlich dann zuführt, wenn sich der Motor im mittleren bis hohen Drehzahlbereich befindet. Der erste Turbolader 7 ist so konfiguriert, dass seine Kapazität über der Kapazität des zweiten Turboladers 8 liegt.
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Das erste in 1 gezeigte mittlere Gehäuse 7f wird entsprechend installiert, dass das erste mittlere Gehäuse 7f zwischen dem ersten Kompressorgehäuse 7e und dem ersten Turbinengehäuse 7d liegt, so dass das erste Kompressorgehäuse 7e und das erste Turbinengehäuse 7d miteinander verbunden sind. Wie in 1 gezeigt, wird der erste Turbolader 7 so installiert, dass die erste Welle 7c (eine rotierende Welle) in orthogonaler Richtung zur Zylinderfeldrichtung auf der Motorvorderseite verläuft (in dem in 1 gezeigten Beispiel in Fahrzeugbreitenrichtung).
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Wie in 1 und 4 gezeigt, wird der zweite Turbolader 8 am vorderen Ende des Motorkörpers 1 vorgesehen und mit dem ersten Turbolader 7 über den turbineninternen Kanal 41 verbunden. Der zweite Turbolader 8 beinhaltet den zweiten Kompressor 8a zur Verdichtung der über das Ansaugeinlassrohr 14 eingeführten Ansaugluft, die zweite Turbine 8b, die über das vom Abzweigauslassrohr 43 eingeführte Abgas und das über den turbineninternen Kanal 41 eingeführte Abgas angetrieben werden soll, die zweite Welle 8c (die einer zweiten Welle dieser Erfindung entspricht), um den zweiten Kompressor 8a und die zweite Turbine 8b synchron und rotierend miteinander zu verbinden, ein zweites Turbinengehäuse 8d (siehe 1) zur Abdeckung der Außenperipherie der zweiten Turbine 8b, das zweite Kompressorgehäuse 8e zur Abdeckung der Außenperipherie des zweiten Kompressors 8a und ein zweites mittleres Gehäuse 8f (siehe 1), das rotierend die zweite Welle 8c abstützt und die Außenperipherie der zweiten Welle 8c abdeckt. Wie in 1 und 4 gezeigt, wird die zweite Turbine 8b an der zweiten Welle 8c angebracht und befindet sich auf der Verlängerung der ersten Welle 7c.
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Das zweite in 1 gezeigte mittlere Gehäuse 8f wird entsprechend konfiguriert, dass das zweite mittlere Gehäuse 8f zwischen dem zweiten Kompressorgehäuse 8e und dem zweiten Turbinengehäuse 8d liegt, so dass das zweite Kompressorgehäuse 8e und das zweite Turbinengehäuse 8d miteinander verbunden sind. Wie in 1 gezeigt, befindet sich der zweite Turbolader 8 auf der Auslasskanalseite des ersten Turboladers 7 in einer Richtung orthogonal zur Zylinderfeldrichtung (in dem in 1 gezeigten Beispiel auf der rechten Seite in Fahrzeugbreitenrichtung), und die zweite Welle 8c (eine rotierende Welle) ist so angeordnet, dass sie in Zylinderfeldrichtung auf der Motorvorderseite verläuft (in dem in 1 gezeigten Beispiel in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs).
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Der zweite Turbolader 8 wird durch die Energie des Abgases angetrieben, das vom Abgasauslasskanal 23 dem zweiten Turbolader 8 über das Abzweigauslassrohr 43 zugeführt wird, sowie ebenfalls durch die Energie des Abgases, das vom Abgasauslasskanal 23 dem zweiten Turbolader 8 über das Abgasauslassrohr 42 und über den turbineninternen Kanal 41 zugeführt wird, so dass sich das Durchsatzregulierungsventil 44 öffnet. Darüber hinaus wird der zweite Turbolader 8 durch Energie des Abgases angetrieben, das dem zweiten Turbolader 8 über das Abzweigauslassrohr 43 zugeführt wird, so dass sich das Durchsatzregulierungsventil 44 schließt. Beim zweiten Turbolader 8 handelt es sich um einen kompakten Turbolader zur Aufladung von Ansaugluft, hauptsächlich wenn sich der Motor im niedrigen Drehzahlbereich befindet.
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Wie in 1 bis 4 gezeigt, wird die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a so vorgesehen, dass sie in Zylinderfeldrichtung entlang einer auslassseitigen Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 (siehe 2) verläuft (in dem in 4 gezeigten Beispiel die rechte Fläche des Zylinderkopfes 3 in Richtung Fahrzeugbreite). Die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b wird so angeordnet, dass sie in einer Richtung von oben nach unten am unteren Ende der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a in Abgasströmungsrichtung entlang der Seitenfläche des Zylinderblocks 2 verläuft. Das flexible Abgasrohr 26 wird auf der unteren Seite der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 12b in Abgasströmungsrichtung entlang der auslassseitigen Seitenfläche des Zylinderblocks 2 und schräg nach unten geneigt so angeordnet, dass sich das obere Ende des flexiblen Abgasrohrs 26 in Abgasströmungsrichtung über dem unteren Ende des flexiblen Auslassrohrs 26 in Abgasströmungsrichtung befindet.
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Wie in 1 gezeigt, handelt es sich beim seitlichen Abgasrohr 45 um einen Kanal, der mit dem Turbinengehäuse 8d des zweiten Turboladers 8 verbunden ist und entlang der auslassseitigen Seitenfläche 29 des Motorkörpers 1 in Zylinderfeldrichtung vorgesehen wird. Die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a, die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b und das flexible Abgasrohr 26 befinden sich auf dem seitlichen Abgasrohr 45 in einer Anordnung von der oberen Seite in Abgasströmungsrichtung. Insbesondere und wie in 1 bis 4 gezeigt, beinhaltet das seitliche Abgasrohr 45 in einer Reihenfolge von der oberen Seite in Abgasströmungsrichtung den Abgaseinlassabschnitt 45a für die Zuführung von Abgas zur ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a, der Reinigungsvorrichtungsverbindungabschnitt 45b, der zwischen der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 12b vorgesehen wird und so konfiguriert ist, dass die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a und die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b miteinander verbunden werden und den flexiblen Abgasrohrverbindungsabschnitt 45c, der zwischen der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 12b und dem flexiblen Abgasrohr 26 vorgesehen wird und so konfiguriert ist, dass die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b und das flexible Abgasrohr 26 miteinander verbunden werden.
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Beim Motorsteuergerät (STG) handelt es sich um einen Mikroprozessor, der aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Festspeicher (ROM) besteht. Eine Eingangsklemme des STG wird mit einem Gaspedalpositionssensor (wird nicht gezeigt) verbunden, um die Intensität des Drucks auf ein Gaspedal festzustellen, sowie mit einem Kurbelwinkelsensor (wird nicht gezeigt), um den Drehwinkel einer Kurbelwelle zu ermitteln. Eine Ausgangsklemme des STG wird mit einem Stellglied (wird nicht gezeigt) des Durchsatzregulierungsventils 44 verbunden. Das STG bestimmt den Betriebszustand des Motorkörpers 1, wie z. B. eine Motorgeschwindigkeit und eine Motorlast auf der Grundlage von Informationen, deren Eingabe über den Gaspedalpositionssensor und den Kurbelwinkelsensor erfolgt, und regelt das Öffnen und Schließen des Durchsatzregulierungsventils 44 auf der Grundlage des vom STG ermittelten Ergebnisses.
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Als nächstes wird ein Beispiel für die Betätigung der Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der Ausführungsform beschrieben.
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Das STG steuert das Durchflussregulierungsventil 44, so dass dieses öffnet, wenn davon ausgegangen wird, dass sich der Motor auf der Grundlage der Informationen, die über den Gaspedalpositionssensor und den Kurbelwinkelsensor eingegeben werden, in einem mittleren bis hohen Drehzahlbereich (einem Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt) und sich ebenfalls unter extremer Belastung befindet. Im Rahmen dieser Steuerung kann Abgas zum turbineninternen Kanal 41 und zum Abzweigungsauslassohr 43 strömen. Im Anschluss daran werden die erste Turbine 7a und die zweite Turbine 8b angetrieben. Dadurch wird Ansaugluft vom ersten Kompressor 7a und vom zweiten Kompressor 8a verdichtet und die verdichtete Ansaugluft dem Motorkörper 1 über den Ansaugkrümmer 10 zugeführt (Zweistufenverdichtung).
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Andererseits steuert das STG das Durchsatzregulierungsventil 44, so dass dieses schließt, wenn davon ausgegangen wird, dass sich der Motor auf der Grundlage der Informationen, die über den Gaspedalpositionssensor und den Kurbelwinkelsensor eingegeben werden in einem niedrigen Drehzahlbereich (einem Zustand, bei dem die Motorgeschwindigkeit nicht über dem vorbestimmten Wert liegt) und sich ebenfalls unter extremer Belastung befindet. Im Rahmen dieser Steuerung wird verhindert, das Abgas zum turbineninternen Trakt 41 strömt, eine Strömung des Abgases zum Abzweigauslassrohr 43 ist jedoch möglich. Aus diesem Grund werden nur die zweite Turbine 8b, jedoch nicht die erste Turbine 7a angetrieben. Dadurch wird Ansaugluft durch den zweiten Kompressor 8a verdichtet und die verdichtete Ansaugluft über den Ansaugkrümmer 10 dem Motorkörper 1 zugeführt (Einstufenverdichtung).
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(Vorteilhafte Auswirkungen der ersten Ausführungsform)
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Bei der Ausführungsform befinden der erste Turbolader 7 und der zweite Turbolader 8 am vorderen Ende des Motorkörpers 1 in Zylinderfeldrichtung. Dadurch wird es möglich, eine große Fläche auf der auslassseitigen Seitenfläche des Motorkörpers 1 in Zylinderfeldrichtung sicherzustellen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine ausreichende Fläche für die Installation der Abgasreinigungsvorrichtung 12 und des seitlichen Abgasrohrs 45 auf der auslassseitigen Seitenfläche des Motorkörpers 1 sicherzustellen, die Abgasreinigungsvorrichtung 12 und das seitliche Abgasrohr 45 an der freien Fläche vorzusehen und die Summe L (siehe 2) der Länge der Abgasreinigungsvorrichtung 12 und der Länge des seitlichen Auslassrohrs 45 ausreichend sicherzustellen. Darüber hinaus wird es durch die Anordnung der Abgasreinigungsvorrichtung 12 entlang der Seitenfläche des Motorkörpers 1 möglich, den Abstand zwischen dem Motorkörper 1 und der Abgasreinigungsvorrichtung 12 zu verkürzen, um dadurch die Absenkung der Temperatur des Abgases zu vermeiden. Demzufolge kann die Abgasreinigungsvorrichtung 12 eine ausreichende Reinigungsleistung aufweisen. Außerdem ist es möglich, die Abgasreinigungsvorrichtung 12 innerhalb des Motorraums zu installieren. Dies bringt Vorteile dahingehend, dass der Platz im Fahrzeuginnenraum nicht eingeschränkt wird.
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Darüber hinaus wird bei der Ausführungsform eine Zweistufenverdichtung von den ersten und zweiten Kompressoren 7 und 8 durchgeführt. Dies bringt Vorteile für die Verbesserung der Aufladungsleistung. Zudem ist es möglich, eine Absenkung der Temperatur des Abgases zu verhindern, bevor das Abgas die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a vom Abgasauslasskanal 23 erreicht. Dies ist vorteilhaft für die Verbesserung der Reinigungsleistung der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a.
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Insbesondere strömt in einem Kompressor Abgas, das zu einem Turbinengehäuse in orthogonaler Richtung zur Achsenrichtung des Turbinengehäuses strömt, entlang der Innenwandfläche des Turbinengehäuses und wird im Anschluss daran vom mittleren Abschnitt des Turbinengehäuses in Achsenrichtung des Turbinengehäuses ausgestoßen. Aus diesem Grund wird die Abgasströmungsrichtung beim Austritt des Abgases aus dem Kompressor in einem rechten Winkel in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung verändert, wenn das Abgas in den Kompressor gelangt, ohne dass das Abgas gegen die Innenwandfläche des Turbinengehäuses stößt. Entsprechend und wie in 1 und 4 gezeigt, wird es durch die Anordnung des ersten Turboladers 7 und des zweiten Turboladers 8 in einer solchen Art und Weise, dass sich die Wellenrichtung des ersten Turboladers 7 und die Wellenrichtung des zweiten Turboladers 8 orthogonal überschneiden und einen U-förmigen Auslasstrakt (siehe 4) zusammen mit den Abgasrohren 42, 41 und 45a zwischen dem Abgasauslasskanal 23 des Motorkörpers 1 und der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a bilden, möglich, Abgas vom Abgasauslasskanal 23 zur ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a im Wesentlichen ohne die Bildung gekrümmter Abschnitte in den Abgasrohren 42, 41 und 45a zwischen dem Abgasauslasskanal 23 und der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a zu führen. Wie oben beschrieben, ist es nicht erforderlich, gekrümmte Abschnitte in den Abgasrohren 42, 41 und 45a zu bilden. Dies bringt Vorteile für die Unterdrückung der Wärmeabstrahlung von den Abgasrohren 42, 41 und 45a und für die kompakte und einfache Auslegung der Abgasrohre 42, 41 und 45a (im Falle einer Zweistufenverdichtung).
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Darüber hinaus wird in der Ausführungsform die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a so vorgesehen, dass sie in Zylinderfeldrichtung verläuft, und die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b wird so vorgesehen, dass sie in einer Richtung von oben nach unten auf der unteren Seite der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a in Abgasströmungsrichtung verläuft. Aus diesem Grund ist es möglich, jeweils die Kapazität der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a und der zweiten Abgasreinigungsvorrichtung 21b sicherzustellen und gleichzeitig zu verhindern, dass die erste Abgasreinigungsvorrichtung 12a und die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b die anderen Elementen im Motorraum (z. B. eine in 2 gezeigte Lenkwelle 40) beeinträchtigen.
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Darüber hinaus verfügt in der Ausführungsform der Auslasskanal 11, der im Zylinderkopf 3 gebildet wird, über eine Funktion als Auslasskrümmer. Dies ist vorteilhaft für eine kompakte Auslegung der Auslassvorrichtung im Gegensatz zu einer Konfiguration, bei der der Auslasstrakt unabhängig vom Zylinderkopf 3 auf einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 als Auslasskrümmer befestigt wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als nächstes wird die zweite Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Eine Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor nach der zweiten Ausführungsform wird nur mit einem zweiten Turbolader 8 als Kompressor ausgelegt, wobei die Auslassvorrichtung nach der ersten Ausführungsform mit dem ersten Turbolader 7 und dem zweiten Turbolader 8 versehen wird. Aus diesem Grund wird bei der zweiten Ausführungsform keine Zweistufenverdichtung durchgeführt, sondern eine Einstufenverdichtung durch den zweiten Turbolader 8. Bei dieser Konfiguration strömt Abgas, das von einem Abgasauslasskanal 23 abgezogen wird, stets durch ein gekrümmtes Abzweigauslassrohr 43. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, eine ausreichende Fläche zur Installation einer Abgasreinigungsvorrichtung 12 und eines seitlichen Abgasrohrs 45 auf einer auslassseitigen Seitenfläche eines Motorkörpers 1 im Wesentlichen in derselben Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform sicherzustellen, obwohl die zweite Ausführungsform in Bezug auf die Wärmeabstrahlung gegenüber der ersten Ausführungsform Nachteile bringen kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als nächstes wird die dritte Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
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Bei der dritten Ausführungsform wird ein Motorkörper 1 so vorgesehen, dass die Zylinderfeldrichtung des Motorkörpers 1 auf die Fahrzeugbreitenrichtung ausgerichtet ist. Darüber hinaus wird eine Auslassvorrichtung nach der dritten Ausführungsform nur mit einem zweiten Turbolader 8 als Kompressor versehen, während die Auslassvorrichtung nach der ersten Ausführungsform mit dem ersten Turbolader 7 und dem zweiten Turbolader 8 ausgestattet wird. Darüber hinaus wird eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b parallel zu einer ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a so vorgesehen, dass die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 12b in Zylinderfeldrichtung unter der ersten Abgasreinigungsvorrichtung 12a verläuft.
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Ebenfalls bei dieser Konfiguration strömt Abgas, das vom Abgasauslasskanal 23 abgezogen wird, stets über ein gekrümmtes Abzweigauslassrohr 43. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, eine ausreichende Fläche für die Installation einer Abgasreinigungsvorrichtung 12 und eines seitlichen Auslassrohrs 45 auf einer auslassseitigen Seitenfläche des Motorkörpers 1 im Wesentlichen wie bei der ersten Ausführungsform vorzusehen, obwohl die dritte Ausführungsform Nachteile in Bezug auf die Wärmeabstrahlung gegenüber der ersten Ausführungsform bringen kann.
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(Modifikationen)
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Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf einen Dieselmotor. Alternativ dazu kann sich diese Erfindung auch auf einen Benzinmotor beziehen.
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Darüber hinaus hat in den Ausführungsformen der Auslasskanal 11, der im Zylinderkopf 3 gebildet wird, die Funktion eines Auslasskrümmers. Alternativ dazu kann ein Auslasstrakt unabhängig von einem Zylinderkopf 3 auf einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 als Auslasskrümmer befestigt werden.
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Darüber hinaus wird in den Ausführungsformen der Zwischenkühler 9 im Ansaugkrümmer 10 untergebracht. Alternativ dazu kann der Zwischenkühler 9 an einer Position abweichend von der Position des Ansaugkrümmers 10 vorgesehen werden.
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<Kurzfassung der Ausführungsformen>
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Nachfolgend wird eine Kurzfassung der Leistungsmerkmale und vorteilhaften Auswirkungen der Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor, die in den Ausführungsformen offengelegt wird, beschrieben.
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Die Auslassvorrichtung für einen Kompressormotor gemäß der Offenlegung in den Ausführungsformen ist eine Auslassvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass dadurch Abgas, das jeweils aus den verschiedenen Zylindern eines Motorkörpers ausgestoßen wird, strömen kann. Der Motorkörper beinhaltet Zylinder, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Auslassvorrichtung verfügt über einen Auslasstrakt, der sich in Zylinderfeldrichtung erstreckt; einen Abgasauslassabschnitt, der mit einem Ende des Auslasstrakts in Zylinderfeldrichtung verbunden ist; einen Kompressor, der an einem Ende des Motorkörpers in Zylinderfeldrichtung vorgesehen und mit dem Abgasauslassabschnitt verbunden wird; ein seitliches Abgasrohr, das mit dem Kompressor verbunden und entlang einer Seitenfläche des Motorkörpers in Zylinderfeldrichtung vorgesehen wird; sowie über eine Abgasreinigungsvorrichtung, die mittig des seitlichen Abgasrohrs angeordnet ist.
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Der Auslasstrakt in der Auslassvorrichtung beinhaltet sowohl einen Auslasstrakt, der mit einer Seitenwand des Motorkörpers verbunden wird (z. B. den Zylinderkopf), als auch einen Auslasstrakt, der im Motorkörper gebildet wird.
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Bei der Auslassvorrichtung wird ein Kompressor am Ende des Motorkörpers in Zylinderfeldrichtung vorgesehen. Dadurch ist es möglich, eine große Fläche entlang der Seitenfläche des Motors in Zylinderfeldrichtung sicherzustellen. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, eine ausreichende Fläche für die Installation der Abgasreinigungsvorrichtung und des seitlichen Abgasrohrs entlang der Seitenfläche des Motors sicherzustellen und die Abgasreinigungsvorrichtung und das seitliche Abgasrohr an dieser Stelle zu installieren. Darüber hinaus besteht durch die Anordnung der Abgasreinigungsvorrichtung entlang der Seitenfläche des Motorkörpers die Möglichkeit, den Abstand zwischen dem Motorkörper und der Abgasreinigungsvorrichtung zu verkürzen. Dies bringt Vorteile dabei, die Absenkung der Temperatur des Abgases zu vermeiden. Demzufolge kann die Abgasreinigungsvorrichtung eine angemessene Reinigungsleistung erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, die Abgasreinigungsvorrichtung innerhalb eines Motorraums zu installieren. Dies bringt Vorteile dahingehend, dass der Platz im Fahrzeuginnenraum nicht eingeschränkt wird.
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Bei der Auslassvorrichtung kann der Kompressor vorzugsweise einen ersten Kompressor und einen zweiten Kompressor umfassen. Der erste Kompressor kann eine erste Welle beinhalten, die in einer Richtung orthogonal zur Zylinderfeldrichtung verläuft, sowie eine erste Turbine, die an der ersten Welle befestigt wird, sich auf einer Verlängerung des Auslasstrakts befindet und so konfiguriert ist, dass sie durch das Abgas angetrieben wird, das aus dem Abgasauslassabschnitt ausgestoßen wird. Der zweite Kompressor kann eine zweite Welle beinhalten, die in Zylinderfeldrichtung verläuft, sowie eine zweite Turbine, die an der zweiten Welle befestigt wird und sich auf einer Verlängerung der ersten Welle befindet und so konfiguriert ist, dass sie durch das Abgas angetrieben wird, das aus dem ersten Kompressor ausgestoßen wird. Das seitliche Abgasrohr kann einen Abgaseinlassabschnitt beinhalten, der sich auf der Verlängerung der zweiten Welle befindet.
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Nach der vorgenannten Konfiguration ist es möglich, die Kompressorleistung durch eine Zweistufenverdichtung über die ersten und zweiten Kompressoren zu verbessern. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine Absenkung der Temperatur des Abgases zu vermeiden, bevor das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung vom Ende des Auslasstrakts aus erreicht. Dies ist vorteilhaft für die Verbesserung der Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung. Insbesondere gibt es verschiedene Ursachen für die Absenkung der Temperatur des Abgases, wenn das Abgas durch die Strömungskanäle fließt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine der Hauptursachen eine Wärmeabstrahlung von den gekrümmten Abschnitten der Abgasrohre ist. Angesichts der vorgenannten Ausführungen hatten die Erfinder die Idee, die Anzahl der gekrümmten Abschnitte in den Abgasrohren zwischen einem Abgasauslassabschnitt und einer Abgasreinigungsvorrichtung zu reduzieren.
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Insbesondere strömt in einem Kompressor Abgas, das zu einem Turbinengehäuse in orthogonaler Richtung zur Achsenrichtung strömt, entlang der Innenwandfläche des Turbinengehäuses und wird im Anschluss daran vom mittleren Abschnitt des Turbinengehäuses in Achsenrichtung des Turbinengehäuses ausgestoßen. Aus diesem Grund wird die Abgasströmungsrichtung beim Austritt des Abgases aus dem Kompressor im rechten Winkel in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung verändert, wenn das Abgas in den Kompressor gelangt, ohne dass das Abgas gegen die Innenwandfläche des Turbinengehäuses stößt. Entsprechend wird es durch eine Anordnung der ersten und zweiten Kompressoren, bei der sich die Wellenrichtung eines Kompressors und die Wellenrichtung des anderen Kompressors orthogonal kreuzen und einen U-förmigen Auslasstrakt zwischen einem Ende des Auslasstrakts und der Abgasreinigungsvorrichtung bilden, möglich, Abgas vom Ende des Auslasstrakts zur Abgasreinigungsvorrichtung im Wesentlichen so weiterzuleiten, dass keine gekrümmten Abschnitte in den Auslassrohren zwischen dem Ende des Auslasstrakts und der Abgasreinigungsvorrichtung gebildet werden. Wie oben beschrieben, ist es nicht erforderlich, in Abgasrohren gekrümmte Abschnitte vorzusehen. Dies ist vorteilhaft für die Unterdrückung der Wärmeabstrahlung von den Abgasrohren und bei der kompakten und einfachen Auslegung der Abgasrohre.
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Bei der Auslassvorrichtung kann die Abgasreinigungsvorrichtung vorzugsweise eine erste Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Oxidationskatalysator beinhalten sowie eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung, die innerhalb eines Auslasspartikelfilters vorgesehen wird. Die erste Abgasreinigungsvorrichtung kann so vorgesehen werden, dass sie in Zylinderfeldrichtung verläuft, und die zweite Abgasreinigungsvorrichtung kann so vorgesehen werden, dass sie sich in einer Richtung von oben nach unten auf der unteren Seite der ersten Abgasreinigungsvorrichtung in Abgasströmungsrichtung erstreckt.
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Nach der vorgenannten Konfiguration ist es möglich, jeweils eine bestimmte Kapazität für die ersten und zweiten Abgasreinigungsvorrichtungen sicherzustellen, und gleichzeitig Beeinträchtigungen zwischen der ersten und zweiten Abgasreinigungsvorrichtung und anderen Elementen im Motorraum (z. B. einer Lenkwelle) zu vermeiden.
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Bei der Auslassvorrichtung kann vorzugsweise der Auslasstrakt in einem Zylinderkopf des Motorkörpers gebildet werden.
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Nach der vorgenannten Konfiguration ist es möglich, die Auslassvorrichtung kompakt auszulegen, im Gegensatz zu einer Konfiguration, bei der der Auslasstrakt auf einer Außenwandfläche eines Zylinderkopfes befestigt wird.
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Diese Patentanmeldung basiert auf dem
japanischen Patent Nr. 2015-185171 , das am 18. September 2015 angemeldet wurde, dessen Inhalt hier mittels Verweis aufgenommen wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung umfassend mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, kann davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für Fachleute offensichtlich sind. Sofern diese Änderungen und Modifikationen nicht vom nachfolgend festgelegten Schutzbereich dieser Erfindung abweichen, sollten sie als hier aufgenommen ausgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-101530 [0002]
- JP 2015-185171 [0069]
