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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug aufweisend einen Verbrennungsmotor und eine Luftführungsvorrichtung für die Versorgung des Verbrennungsmotors mit Verbrennungsluft, weiter aufweisend eine Abgasführungsvorrichtung zur Führung von Abgasluft des Verbrennungsmotors zu einer Abgasauslassvorrichtung für die Abgabe der Abgasluft an die Umgebung, wobei eine Turboladevorrichtung vorgesehen ist mit einer Turbineneinheit in der Abgasführungsvorrichtung und einer Verdichtereinheit in der Luftführungsvorrichtung, wobei die Abgasführungsvorrichtung eine erste Zufuhrleitung und eine zweite Zufuhrleitung aufweist, welche sich vor der Turbineneinheit in einer gemeinsamen Zufuhrleitung vereinigen, sowie ein Fahrzeug, aufweisend ein derartiges Antriebssystem.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Antriebssystemen in Form von Verbrennungsmotoren ausgestattet werden, um den Antrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten. Um einen Verbrennungsmotor mit höherer Leistung bei geringerem Spritverbrauch zu betreiben ist es bekannt Turboladevorrichtungen einzusetzen, welche aus der Abgasluft des Verbrennungsmotors Strömungsenergie entnehmen und zur Verdichtung der Verbrennungsluft verwenden. Nachteilhaft bei diesen bekannten Lösungen ist es, dass ein hoher konstruktiver Aufwand notwendig ist, um die Abgasluft aus den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors der Turboladevorrichtung zuzuführen. So ist eine große Länge zwischen den einzelnen Zylindertöpfen des Verbrennungsmotors bis zur Turbineneinheit der Turboladevorrichtung zu überbrücken, so dass auch ein hoher Platzbedarf mit entsprechend einhergehendem hohem Gewicht notwendig ist, um ein solches Antriebssystem auszugestalten.
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Ein gattungsgemäßes Antriebssystem ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 036 304 A1 bekannt. Darüber hinaus ist es aus der japanischen Offenlegungsschrift
JP H10-280967 A bekannt, einen Turbolader auf eine in Bezug auf die Fahrtrichtung vordere Seite der Brennkraftmaschine anzuordnen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise den Platzbedarf, das Gewicht und/oder die Kosten eines Antriebssystems, insbesondere der Abgasführungsvorrichtung, zu reduzieren.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem zeichnet sich dadurch aus, dass in der Abgasführungsvorrichtung der Turboladevorrichtung nachgeordnet ein Aufteilungsabschnitt angeordnet ist, welcher die Abgasluft auf eine erste Abgasleitung und eine zweite Abgasleitung verteilt für die Zuführung der Abgasluft zur Abgasauslassvorrichtung. Diese Aufteilung ermöglicht es nun höhere konstruktive Freiheiten für die tatsächliche Führung der beiden separaten Abgasleitungen zur Verfügung zu stellen. So können Optimierungsmöglichkeiten insbesondere hinsichtlich der Strömungsquerschnitte der beiden Abgasleitungen nun genutzt werden, um eine Verbesserung des Abgasgegendrucks zu erzielen. Dieser Aufteilungsabschnitt ist beim Vorhandensein einer Katalysatorvorrichtung in Strömungsrichtung der Abgasluft dieser Katalysatorvorrichtung vorzugsweise nachgeordnet. Die Aufteilung erlaubt es darüber hinaus eine symmetrische oder aufgeteilte Anordnung zur Verfügung zu stellen, so dass die beiden Abgasleitungen eine symmetrische und einrahmende Bauform aufweisen, welche entlang des Verbrennungsmotors an unterschiedlichen Seiten verläuft.
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Eine Zufuhrleitung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung für die Zufuhr von Abgasluft vom Verbrennungsmotor zur Turboladevorrichtung ausgestattet. Dementsprechend sind solche Zufuhrleitungen üblicherweise als Rohrleitungskanäle ausgestattet, um einen entsprechenden freien Strömungsquerschnitt für die Führung der Abgasluft zur Verfügung stellen zu können.
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Eine Turboladevorrichtung ist in erfindungsgemäßer Weise vorgesehen, um die Effizienz und die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors zu verbessern. Hierfür wird der Turbineneinheit Abgasluft des Verbrennungsmotors zugeführt und durch die enthaltende Strömungsenergie in eine entsprechende Turbinenrotation versetzt. Diese Rotationsenergie wird weitergegeben an eine Verdichtereinheit der Turboladevorrichtung, so dass eine Kompression der Verbrennungsluft in der Luftführungsvorrichtung für die Versorgung des Verbrennungsmotors gewährleistet werden kann.
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Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Aufteilung der Zufuhrleitung in eine erste Zufuhrleitung und eine zweite Zufuhrleitung, welche vor der Turbineneinheit in einer gemeinsamen Zufuhrleitung zusammengeführt werden. Dies führt dazu, dass nur noch zwei Zufuhrleitungen, nämlich die erste und die zweite Zufuhrleitung, für ein Sammeln der Abgasluft sämtlicher Zylinder des Verbrennungsmotors eingesetzt werden. So ist vorzugsweise jeder einzelne Zylinder des Verbrennungsmotors fluidkommunizierend mit der ersten oder der zweiten Zufuhrleitung verbunden. Auf diese Weise kann Abgasluft nach dem jeweiligen Verbrennungstakt aus dem jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors in die erste oder die zweite Zufuhrleitung eingebracht werden. Den Abstand zwischen dem jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors und der Turbineneinheit kann nun die Erstreckung der ersten Zufuhrleitung und der zweiten Zufuhrleitung überbrücken. Durch das Zusammenführen in einer gemeinsamen Zufuhrleitung wird der konstruktive Aufwand des fluidkommunizierenden Anschlusses der Turboladevorrichtung deutlich reduziert.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass es bevorzugt ist, wenn die gemeinsame Zufuhrleitung nur eine kurze beziehungsweise sehr kurze Erstreckung vor der Turbineneinheit aufweist. Bevorzugt erstreckt sich die gemeinsame Zufuhrleitung über eine Strecke von maximal circa 10 cm. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Länge der gemeinsamen Zufuhrleitung kleiner oder gleich dem zweifachen Strömungsquerschnitt dieser gemeinsamen Zufuhrleitung ausgebildet ist. Dies führ dazu, dass mit hoher konstruktiver Freiheit die erste Zufuhrleitung und die zweite Zufuhrleitung die Distanz zwischen den einzelnen Zylindertöpfen des Verbrennungsmotors und der Turboladevorrichtung überwinden kann. So kann die jeweilige Zufuhrleitung exakt an die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse entlang des Verbrennungsmotors angepasst werden. Die einzelnen Krümmungen, Knicke und Bögen in der jeweiligen Zufuhrleitung sind dementsprechend spezifisch für die tatsächliche Ausgestaltung des jeweiligen Verbrennungsmotors. Durch die Sammelfunktionalität der beiden Zufuhrleitungen wird eine deutliche Reduktion des notwendigen Platzbedarfs sowie des damit einhergehenden notwendigen Gewichts möglich. Darüber hinaus ist eine Kostenreduktion durch die Verringerung des eingesetzten Materials erreichbar. Auch die Montage vereinfacht sich auf diese Weise, da insbesondere ein einfacher Anschluss der beiden Zufuhrleitungen an die einzelnen Zylindertöpfe des Verbrennungsmotors möglich wird.
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Unter einer Abgasauslassvorrichtung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Teil der Abgasanlage zu verstehen, welcher die Schnittstelle zur Umgebung darstellt. So ist insbesondere das Auspuffendrohr Teil oder die vollständige Ausgestaltung einer solchen Abgasauslassvorrichtung. Die Abgasführungsvorrichtung überbrückt in ihrem Gesamtsystem den fluidkommunizierenden Abstand von den einzelnen Zylindertöpfen bis zu dieser Abgasauslassvorrichtung. Selbstverständlich kann die Abgasauslassvorrichtung auch weitere Bauteile aufweisen, wie zum Bespiel einen Schalldämpfer oder einen Partikelfilter. Die Abgasauslassvorrichtung weist insbesondere eine Öffnung auf, durch welche die Abgasluft an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden kann.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem der Verbrennungsmotor zumindest drei Zylinder aufweist. Dabei sind wenigstens zwei Zylinder in Reihe angeordnet und wenigstens ein dritter Zylinder ist neben dieser Reihe angeordnet. Die wenigstens zwei Zylinder der Reihe sind fluidkommunizierend mit der ersten Zufuhrleitung verbunden. Der wenigstens eine dritte Zylinder neben der Reihe ist fluidkommunizierend mit der zweiten Zufuhrleitung verbunden. Um bei Verbrennungsmotoren kosteneffizient und vor allem bauraumsparend konstruieren zu können, sind üblicherweise ab einer gewissen Zylinderzahl diese nicht mehr ausschließlich in Reihe, sondern zumindest teilweise nebeneinander angeordnet. Dies ist insbesondere bei vier Zylindern, sechs Zylindern oder acht Zylindern des Verbrennungsmotors der Fall, welche zum Beispiel in einer so genannten V-Form angeordnet sein können. Die jeweilige Zufuhrleitung bietet also eine Sammelfunktionalität für Abgasluft der Zylinder, welche in einer gemeinsamen Reihe angeordnet sind, an. Die zweite Reihe beziehungsweise auch ein einzelner Zylinder, welcher neben dieser ersten Reihe angeordnet ist, kann nun mit der Sammelfunktionalität der weiteren Zufuhrleitung ausgestattet werden. Hier ist gut ersichtlich, dass die Komplexität des Verbrennungsmotors sich nur in sehr geringem Maße auf eine Komplexität der Abgasführungsvorrichtung auswirkt. So reicht es aus ausschließlich die beiden Zufuhrleitungen anzupassen, um auch unterschiedliche Motorenkonzepte mit ein und derselben Abgasführungsvorrichtung in einem Fahrzeug verwirklichen zu können. So können unterschiedliche Motorausstattungsvarianten in einem Fahrzeug auch mit der gleichen Abgasführungsvorrichtung in der identischen Konfiguration mit einer Anpassung der beiden Zuführleitungen gewährleistet beziehungsweise umgesetzt werden, ohne dass sich Kosten beziehungsweise Konstruktionsaufwand für das Fahrzeug deutlich erhöhen. Selbstverständlich können dabei sowohl gerade, als auch ungerade Anzahlen für die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors zum Einsatz kommen. Auch ist es denkbar, dass zwei oder mehr Einzelmotoren nebeneinander oder versetzt zueinander angeordnet sind, welche entsprechend mit einer Sammelfunktionalität durch die unterschiedlichen Zufuhrleitungen ausgestattet werden können. Für große Motoren beziehungsweise komplexe Anforderungsprofile ist es auch denkbar, dass eine dritte oder weitere Zufuhrleitungen vorgesehen werden, um eine dritte oder weitere Reihen von Zylindern des Verbrennungsmotors mit der Sammelfunktionalität auszustatten. Alle Zufuhrleitungen einer solchen Ausführungsform vereinen sich vorzugsweise wieder in der gemeinsamen Zufuhrleitung kurz vor der Turboladevorrichtung.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem die Turboladevorrichtung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Dabei ist der Übergang der ersten Zufuhrleitung und der zweiten Zufuhrleitung in die gemeinsame Zufuhrleitung insbesondere ebenfalls in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Verbrennungsmotor angeordnet. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Kompaktheit der Bauweise des gesamten Antriebssystems. Das Anordnen von Turboladevorrichtung und gemeinsamer Zufuhrleitung vor dem Verbrennungsmotor führt darüber hinaus zu einer vereinfachten Zugänglichkeit dieser Bauteile am Fahrzeug sowie einer entsprechenden Reduktion des Montageaufwandes beziehungsweise des Wartungs- und Reparaturaufwandes. Hier ist insbesondere eine Kombination mit einer Katalysatorvorrichtung vorgesehen, wie sie später noch näher erläutert wird. Insbesondere bei einer Verkleidung gegen den Fahrgastraum des Fahrzeugs mit einer Schottwand können hier deutliche Vorteile erzielt werden. Durch das Schrägstellen der Schottwand kann ohne eine Verlängerung des Radstandes des Fahrzeugs ein vergrößerter Bauraum im Motorraum des Fahrzeugs für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem zur Verfügung gestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem in der Abgasführungsvorrichtung der Turboladevorrichtung nachgeordnet eine Katalysatorvorrichtung für die Behandlung der Abgasluft angeordnet ist, welche insbesondere ebenfalls in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Eine solche Katalysatorvorrichtung dient der chemischen und/oder physikalischen Behandlung beziehungsweise Reinigung der Abgasluft. Die Anordnung ebenfalls vor dem Verbrennungsmotor bringt die gleichen Vorteile hinsichtlich Platzbedarf und Gewicht mit sich, wie sie bereits in dem voranstehenden Absatz erläutert worden sind. Eine Nachordnung der Turboladevorrichtung bezieht sich dabei insbesondere auf eine in Strömungsvorrichtung gesehen nachgeordnete Anordnung bezüglich der Turbineneinheit.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung zumindest abschnittsweise identische oder im Wesentlichen identische Strömungsquerschnitte aufweisen. Das bedeutet, dass eine Aufteilung der Abgasluft im Wesentlichen eins zu eins durch den Aufteilungsabschnitt erfolgt. Diese symmetrische Aufteilung der Abgasluft bezogen auf die Menge verbessert das Schwingungsverhalten des gesamten Antriebssystems beziehungsweise der Abgasführungsvorrichtung. Insbesondere bei der Gefahr von Eigenresonanzen kann die symmetrische Aufteilung eine schwingungsdämpfende Wirkung auf ein solches Schwingungsverhalten der Abgasführungsvorrichtung bewirken. Ein weiterer Vorteil ist eine im Wesentlichen symmetrische thermische Ausdehnung, was wiederum der Anbindung an das Fahrzeug beziehungsweise dem Verschleißverhalten der Abgasführungsvorrichtung in verbesserter Weise zugutekommt.
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Ein weiter Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem der Aufteilungsabschnitt und die erste Abgasleitung auf einer ersten Seite des Verbrennungsmotors angeordnet sind und die zweite Abgasleitung einen Querrohrabschnitt aufweist, welcher die Abgasluft von dem Aufteilungsabschnitt unter dem Verbrennungsmotor hindurch auf eine zweite Seite des Verbrennungsmotors führt. Dabei handelt es sich insbesondere um die linke und die rechte Seite des Verbrennungsmotors, so dass die beiden Abgasleitungen auf gegenüberliegenden Seiten des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Diese geometrische Symmetrie verbessert weiter die Gewichtsverteilung für das Fahrzeug und das Schwingungsverhalten im Betrieb der Abgasführungsvorrichtung. Durch die Anordnung des Querrohrabschnitts unterhalb des Verbrennungsmotors wird darüber hinaus ein tieferer Schwerpunkt für das Fahrzeug und damit ein stabileres Fahrverhalten erreicht. Die linke und die rechte Seite beziehungsweise die erste und die zweite Seite des Verbrennungsmotors beziehen sich dabei vorzugsweise auf die jeweilige Seite des Fahrzeugs in Fahrtrichtung dieses Fahrzeugs gesehen.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung in einer gemeinsamen Auslassleitung der Abgasauslassvorrichtung zusammengeführt werden. Somit erfolgt sozusagen ein Einrahmen des Verbrennungsmotors oder eines Verbrennungsmotorabschnitts durch einen Teil der Abgasführungsvorrichtung. Nach dem Aufteilen des Abgasluftstroms mit Hilfe des Aufteilungsabschnitts erfolgt am Ende der Abgasführungsvorrichtung wieder ein Zusammenführen innerhalb einer Auslassleitung der Abgasauslassvorrichtung. Selbstverständlich kann nachfolgend wieder eine Aufteilung auf zwei oder mehr Endrohre erfolgen, um einen entsprechenden strömungstechnischen und/oder optischen Vorteil für das Fahrzeug erzielen zu können. Als Abgasauslassvorrichtung können auch noch weitere Bauteile, wie zum Beispiel Schalldämpfer oder Partikelfilter vorgesehen werden.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Antriebssystem die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung jeweils aufgeteilt sind in einen Motorabschnitt, welcher an dem Verbrennungsmotor befestigt ist, und einen Karosserieabschnitt, welcher an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt ist. Somit wird eine Aufteilung der Schwingungsübertragung beziehungsweise der Abstützung der mechanischen Einwirkungen möglich. Ein Teil dieser beiden Abgasleitungen ist nun am Verbrennungsmotor und ein weiterer Teil an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Dies erlaubt es die einzelnen Abschnitte der Auspuffanlage beziehungsweise der Abgasführungsvorrichtung voneinander zu entkoppeln. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass eine schwingungsdämpfende Verbindung zwischen dem Motorabschnitt und dem Karosserieabschnitt diese Schwingungsentkopplung noch weiter verbessert.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug, aufweisend ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für den Antrieb des Fahrzeugs. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Antriebssystem erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
- 2 das Antriebssystem gemäß 1 mit einer Ansicht von unten,
- 3 das Antriebssystem der 1 und 2 in isolierter Darstellung der Abgasführungsvorrichtungen,
- 4 eine schematische Darstellung der Anbindung eines Verbrennungsmotors mit sechs Zylindern.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Antriebssystem 10 mit einem Verbrennungsmotor 20. Der Verbrennungsmotor 20 ist mit seinen Peripheriebauteilen im Wesentlichen komplett umgeben, so dass an der Vorderseite in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs gesehen eine Turboladevorrichtung 60 mit einer Turbineneinheit 62 und einer Verdichtereinheit 64 angeordnet ist. Die Abgasführungsvorrichtung 40, deren Teil hier vor dem Verbrennungsmotor 20 liegt und demnach sichtbar ist, weist darüber hinaus eine Katalysatorvorrichtung 70 auf. Der Verdichtereinheit 64 ist, hier nun zum Teil dargestellt, eine Luftführungsvorrichtung 30 zugeordnet, um eine Verdichtung der Verbrennungsluft vor dem Erreichen des Verbrennungsmotors 20 gewährleisten zu können.
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Anhand der 2 und 3 ist gut zu erkennen, wie nun ein Teil der Abgasführungsvorrichtung 40 eine Sammelfunktionalität für den Verbrennungsmotor 20 zur Verfügung stellt. So sind hier über zwei separate Zufuhrleitungen 42a und 42b Sammelfunktionen für die einzelnen Zylinder 22 des Verbrennungsmotors 20 zur Verfügung gestellt. Dies ist insbesondere in 4 schematisch dargestellt, so dass aus zwei Reihen mit jeweils drei Zylindern 22 des Verbrennungsmotors 20 eine Sammelfunktion durch die jeweilige Zufuhrleitung 42a und 42b zur gemeinsamen Zufuhrleitung 43 zur Verfügung gestellt wird. In der Turbineneinheit 62 der Turboladevorrichtung 60 kann nun die Wirkung der Turboaufladung zur Verfügung gestellt werden, und anschließend die Abgasluft in der Abgasführungsvorrichtung 40 weitergeleitet werden. In den 2 und 3 ist gut zu erkennen, dass anschließend an die Katalysatorvorrichtung 70 ein Aufteilungsabschnitt 45 folgt, in welchem eine Aufteilung der Abgasluft wiederum auf eine erste Abgasleitung 44a und zweite Abgasleitung 44b erfolgt. Diese beiden Abgasleitungen 44a und 44b werden abschließend in einer gemeinsamen Auslassleitung 52 der Abgasauslassvorrichtung 50 zusammengeführt, bevor die Abgasluft an die Umgebung des Fahrzeugs 100 abgegeben werden kann.
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Wie die 2 und 3 ebenfalls zeigen, sind die beiden Abgasleitungen 44a und 44b mehrteilig ausgeführt. So ist die erste Abgasleitung 44a mit zwei Bauteilen ausgestattet, von welchem eine den Motorabschnitt MA und die zweite den Karosserieabschnitt KA zeigt. Dies führt zu der bereits beschriebenen Schwingungsentkopplung zwischen der Karosserie und dem Verbrennungsmotor 20. Gleiches gilt auch für den Motorabschnitt MA und den Karosserieabschnitt KA der zweiten Abgasleitung 44b. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass anschließend an den Aufteilungsabschnitt 45 nun ein Querrohrabschnitt 46 die Abgasluft auf die zweite Seite des Verbrennungsmotors 20 und damit auch in die zweite Abgasleitung 44b führt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Dabei können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technischen sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
