DE102016117961A1

DE102016117961A1 - Abgassystem eines verbrennungstechnisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Turbolader

Info

Publication number: DE102016117961A1
Application number: DE102016117961.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zücker
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem (13) eines verbrennungstechnisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Turbolader, wobei die Abgasströme von Zylindern (1 bis 8) eines Verbrennungsmotors (9) über mindestens einen separaten Abgaskrümmer (14) einer Twinscroll-Turbine (17) zugeführt werden, sowie mit einem Sekundärluftsystem (18) zum Einleiten von Frischluft in das Abgas. Bei einem derartigen Abgassystem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zylinder (1 bis 8) über einen einflutigen Abgaskrümmer (14) an die Twinscroll-Turbine (17) angebunden sind und die Sekundärluft direkt in den Abgaskrümmer (14) eingeleitet wird. Hierdurch lässt sich das Sekundärluftsystem (18) bei besonders einfacher baulicher Gestaltung des Abgassystems (13) verwirklichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem eines verbrennungstechnisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Turbolader, wobei Abgasströme von Zylindern eines Verbrennungsmotors über mindestens einen separaten Abgaskrümmer einer Twinscroll-Turbine des Turboladers zugeführt werden, sowie mit einem Sekundärluftsystem zum Einleiten von Frischluft in das Abgas.
Es sind Monoscroll-Turbinen bekannt, bei denen die Abgasströme aller Zylinder zusammen, somit einflutig, zum einspiralig ausgeführten Gehäuse der Turbine des Turboladers geführt werden, ferner Twinscroll-Turbinen, bei denen die Abgasströme jeweils zweier Zylinder getrennt, somit zweiflutig, zum doppelspiralig ausgeführten Gehäuse der Turbine des Turboladers geführt werden. Weiterhin bekannt ist der Einsatz sogenannter Sekundärluftsysteme, über welche Frischluft zwecks Nachverbrennung in den Abgasstrom geleitet wird, um einen in das Abgassystem integrierten Katalysator in der Kaltstartphase schneller auf Betriebstemperatur zu erwärmen. Wird die Frischluft in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors dem Abgasstrom zugeführt, ist dies bei Twinscroll-Turbinen nachteilig, da die einzelnen Abgasfluten durch eine Sekundärluftleitung miteinander verbunden sind.
Ein Abgassystem, das die Merkmale der eingangs genannten Art aufweist, ist aus der DE 10 2012 212 218 A1 bekannt. Dort ist ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei eine ventilgesteuerte Sekundärluftversorgung für die Abgasströme der einzelnen Zylinder vorgesehen ist, um die Fluidkommunikation der einzelnen Abgasströme zu verringern. Hierbei kann der Turbolader eine Twinscroll-Geometrie aufweisen.
Aus der JP-S 56 127312 A ist ein Abgassystem für einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor mit einem Twinscroll-Turbolader bekannt, wobei beide Abgasfluten eine Sekundärluftzufuhr aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Abgassystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Sekundärluftsystem bei besonders einfacher baulicher Gestaltung des Abgassystems verwirklicht werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Abgassystem, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Abgassystem ist vorgesehen, dass die Zylinder über einen einflutigen Abgaskrümmer an die Twinscroll-Turbine angebunden sind und die Sekundärluft direkt in den Abgaskrümmer eingeleitet wird.
Es wird demnach für die Twinscroll-Turbine ein einflutiger, somit gemeinsamer Abgaskrümmer mit Sekundärluftzuleitung verwendet. Es ist demnach nicht erforderlich, komplexe Bauteile in Art zweiflutiger Abgaskrümmer zu verwenden, womit erhebliche Kosten eingespart werden können. Abgesehen davon, lässt sich das Sekundärluftsystem besonders einfach ausführen, weil die Sekundärluft direkt in den Abgaskrümmer eingeleitet wird. Es ist somit insbesondere nicht erforderlich, die Sekundärluft im Bereich eines Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors einzuleiten. Dies hätte einen besonders hohen baulichen Aufwand zur Folge.
Aufgrund der erfindungsgemäßen, baulich besonders einfachen Gestaltung des Abgassystems ist somit ein erheblicher Kostenvorteil zu verzeichnen. Bei Abgassystemen mit Sekundärluftanforderung ist nur der Abgaskrümmer inklusive des Sekundärluftsystems als Variante auszuführen. Diese Variante bezieht sich somit nur auf den separaten Abgaskrümmer, der ein eigenständiges Bauteil unabhängig von anderen Bauteilen des Abgassystems, insbesondere dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors, darstellt. Es ist nur erforderlich, die jeweilige Variante des Abgaskrümmers mit dem Zylinderkopf und der Twinscroll-Turbine zu verbinden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgassystem einer Zylinderbank des Verbrennungsmotors zugeordnet ist. Diese Zylinderbank umfasst vorzugsweise vier Zylinder.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgassystems sieht vor, dass das Abgassystem jeweils einer Zylinderbank eines zwei Zylinderbänke aufweisenden Verbrennungsmotors zugeordnet ist. Insbesondere besitzt dieser Verbrennungsmotor acht Zylinder, womit jede der beiden Zylinderbänke vier Zylinder aufweist. Insbesondere sind die Zylinder der beiden Zylinderbänke in V-Form angeordnet. Über den Abgaskrümmer der jeweiligen Zylinderbank wird das Abgas einer eigenständigen Twinscroll-Turbine zugeführt. Jeder Zylinderbank ist insbesondere ein eigenständiges Sekundärluftsystem zugeordnet.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Sekundärluftsystem eine Sekundärluftleitung aufweist, die mit mindestens einem, vorzugsweise allen zylinderseitigen Krümmerrohren des Abgaskrümmers verbunden ist. Wird die Sekundärluft nur an einer Stelle in den Abgaskrümmer eingebracht, kann die Komplexität des Abgaskrümmers entsprechend gering gehalten werden.
Vorzugsweise ist eine Sekundärluftpumpe des Sekundärluftsystems zum Fördern der Frischluft zum Abgaskrümmer bzw. den Abgaskrümmern der Zylinderbänke vorgesehen. Mittels der Sekundärluftpumpe lässt sich Frischluft in definierter Menge pro Zeiteinheit dem Abgaskrümmer zuführen und somit die Heizphase des Katalysators optimieren. Durch das Einleiten der Frischluft in das Abgas kann überschüssiger Kraftstoff entzünden und so den Katalysator möglichst schnell mit heißer Luft beaufschlagen.
Die Sekundärluftleitung kann durchaus auch so gestaltet sein, dass sie eine Sekundärluftgalerie umfasst, die an die zylinderseitigen Krümmerrohre des Abgaskrümmers angebunden ist. Die Sekundärluftgalerie dient insbesondere der Versorgung aller zylinderseitiger Krümmerrohre mit Frischluft.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung von zwei in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispielen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Abgassystems in einer schematischen Darstellung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Abgassystems in einer schematischen Darstellung.
Figurenbeschreibung
1 zeigt für das erste Ausführungsbeispiel Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 eines Verbrennungsmotors 9. Der Verbrennungsmotor 9 weist zwei Zylinderbänke 10 und 11 auf, die in V-Anordnung positioniert sind. Somit weist die eine Zylinderbank 10 die Zylinder 1 bis 4 und die andere Zylinderbank 11 die Zylinder 5 bis 8 auf. Der Auslasskanal des jeweiligen Zylinders 1 bis 8 ist mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet. Die so gebildeten acht Auslasskanäle 12 durchsetzen einen nicht veranschaulichten Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 9.
Das Abgassystem 13, das der jeweiligen Zylinderbank 10 bzw. 11 zugeordnet ist, weist einen einflutigen Abgaskrümmer 14 auf. Der Abgaskrümmer 14 weist somit vier stromaufwärtige Krümmerrohre 15 und ein einflutiges Ausgangsrohr 16 auf. Die vier Krümmerrohre 15 sind stromaufwärts mit dem Zylinderkopf verbunden, womit Abgas über die Auslasskanäle 12 durch die Krümmerrohre 15 des Abgaskrümmers 14 zum Ausgangsrohr 16 des Abgaskrümmers 14 geleitet wird. Das Ausgangsrohr 16 ist an eine Twinscroll-Turbine 17 eines (Abgas)-Turboladers angeflanscht. Ein Spiralgehäuse 23 der Twinscroll-Turbine 17 wird insbesondere durch einen Flutenteiler in zwei parallel verlaufende Strömungskanäle 24, 25 eingeteilt.
Bei diesem jeweiligen Abgassystem werden somit die Abgasströme von den Zylindern 1 bis 4 bzw. 5 bis 8 über den ein separates Bauteil darstellenden Abgaskrümmer 14 der Twinscroll-Turbine 17 zugeführt. Hierbei sind die Zylinder 1 bis 4 bzw. 5 bis 8 über den diesen zugeordneten einflutigen Abgaskrümmer 14 an die der jeweiligen Zylinderbank zugeordnete Twinscroll-Turbine 17 angebunden.
Zusätzlich weist das jeweilige Abgassystem 13 ein Sekundärluftsystem 18 zum Einleiten von Frischluft in das Abgas auf. Das Sekundärluftsystem 18 weist eine Sekundärluftleitung 19 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel mit allen zylinderseitigen Krümmerrohren 15 des Abgaskrümmers 14 verbunden ist. Im Detail bildet Bestandteil der Sekundärluftleitung 19 eine Sekundärluftgalerie 20, die an die zylinderseitigen Krümmerrohre 15 des Abgaskrümmers 14 angebunden ist. Frischluft wird mittels einer Sekundärluftpumpe 21 durch die Sekundärluftleitung 19 zu den Krümmerrohren 15 gefördert. Konkret wird über die Sekundärluftpumpe 21 Frischluft zu den beiden Sekundärluftleitungen 19 gefördert, die den beiden Abgaskrümmern 15 der beiden Abgassysteme zugeordnet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß der 2 unterscheidet sich von demjenigen nach der 1 nur dadurch, dass die Sekundärluftgalerie 20 sehr kurz ausgebildet ist und nur das jeweilige Krümmerrohr 15, das mit dem Zylinder 4 bzw. Zylinder 8 verbunden ist, über die jeweilige Sekundärluftleitung 19 angebunden ist.
Zum Einleiten von Frischluft in das jeweilige Krümmerrohr 15 ist dieses mit Sekundärluftanschlüssen 22 für die Sekundärluftleitung 19 versehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012212218 A1 [0003]
JP 56127312 A [0004]

Claims

Abgassystem (13) eines verbrennungstechnisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Turbolader, wobei die Abgasströme von Zylindern (1 bis 8) eines Verbrennungsmotors (9) über mindestens einen separaten Abgaskrümmer (14) einer Twinscroll-Turbine (17) zugeführt werden, sowie mit einem Sekundärluftsystem (18) zum Einleiten von Frischluft in das Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (1 bis 8) über einen einflutigen Abgaskrümmer (14) an die Twinscroll-Turbine (17) angebunden sind und die Sekundärluft direkt in den Abgaskrümmer (14) eingeleitet wird.
Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem (13) einer Zylinderbank (10 bzw. 11) der Brennkraftmaschine (9) zugeordnet ist.
Abgassystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbank (10 bzw. 11) vier Zylinder (1 bis 4 bzw. 5 bis 8) aufweist.
Abgassystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem (13) jeweils einer Zylinderbank (10 bzw. 11) eines zwei Zylinderbänke (10, 11) aufweisenden Verbrennungsmotors (9), insbesondere einem Verbrennungsmotor (9) mit acht Zylindern (1 bis 8) zugeordnet ist.
Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluftsystem (18) eine Sekundärluftleitung (19) aufweist, die mit mindestens einem, vorzugsweise allen zylinderseitigen Krümmerrohren (15) des Abgaskrümmers (14) verbunden ist.
Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluftsystem (18) eine Sekundärluftpumpe (21) zum Fördern der Frischluft zum Abgaskrümmer (14) der Zylinderbank (10 bzw. 11) bzw. den Abgaskrümmern (14, 14) der Zylinderbänke (10, 11) aufweist.
Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftleitung (19) eine Sekundärluftgalerie (20) umfasst, die an die zylinderseitigen Krümmerrohre (15) des Abgaskrümmers (14) angebunden ist.