DE102019202380B4 - Internal combustion engine with an exhaust manifold and an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Internal combustion engine with an exhaust manifold and an exhaust gas turbocharger Download PDF

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Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgaskrümmer (4) und einem Abgasturbolader (3), wobei der Abgaskrümmer (4) über eine Hauptleitung stromaufwärts einer Abgasturbine des Abgasturboladers (3) und über eine Bypassleitung (9) stromabwärts der Abgasturbine strömungstechnisch an den Abgasturbolader (3) angeschlossen ist, wobei die Bypassleitung (9) über eine Einlassöffnung von dem Abgaskrümmer (4) abzweigt und über eine Abgasaustrittsöffnung (20) in einen Abgasauslass (17) des Abgasturboladers (3) einmündet, und wobei in der Bypassleitung (9) ein Stellelement (11) eines Stellventils (10) zum Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnittsflächen der Bypassleitung (9) strömungstechnisch näher an der Einlassöffnung als an der Abgasaustrittsöffnung (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abgasaustrittsöffnung (20) aus mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen (21) zusammensetzt, die ringförmig in einem Gehäuse (5) des Abgasturboladers (3) angeordnet sind, und dass an einen Abgasauslassquerschnitt (18) des Abgasauslasses (17) ein Abgaseinlassquerschnitt eines Fahrzeugkatalysators strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Gehäuse (5) des Abgasturboladers (3) unmittelbar befestigt ist, wobei ein in Abgasströmungsrichtung maximaler Durchströmungsquerschnitt des Fahrzeugkatalysators einen größeren Durchmesser aufweist als der Abgasauslassquerschnitt (18).Internal combustion engine (1) with an exhaust manifold (4) and an exhaust gas turbocharger (3), the exhaust manifold (4) being fluidically connected to the exhaust gas turbocharger (3 ) is connected, with the bypass line (9) branching off from the exhaust manifold (4) via an inlet opening and opening into an exhaust gas outlet (17) of the exhaust gas turbocharger (3) via an exhaust gas outlet opening (20), and with an actuating element in the bypass line (9). (11) a control valve (10) for setting different flow cross-sectional areas of the bypass line (9) is arranged fluidically closer to the inlet opening than to the exhaust gas outlet opening (20), characterized in that the exhaust gas outlet opening (20) is composed of several partial exhaust gas outlet openings (21), which are arranged annularly in a housing (5) of the exhaust gas turbocharger (3), and that at one The exhaust gas outlet cross section (18) of the exhaust gas outlet (17) is fluidically connected to an exhaust gas inlet cross section of a vehicle catalytic converter, which is directly attached to the housing (5) of the exhaust gas turbocharger (3), with a maximum flow cross section of the vehicle catalytic converter in the exhaust gas flow direction having a larger diameter than the exhaust gas outlet cross section (18 ).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer und einem Abgasturbolader, wobei der Abgaskrümmer über eine Hauptleitung stromaufwärts einer Abgasturbine des Abgasturboladers und über eine Bypassleitung stromabwärts der Abgasturbine strömungstechnisch an den Abgasturbolader angeschlossen ist, wobei die Bypassleitung über eine Einlassöffnung von dem Abgaskrümmer abzweigt und über eine Abgasaustrittsöffnung in einen Abgasauslass des Abgasturboladers einmündet, und wobei in der Bypassleitung ein Stellelement eines Stellventils zum Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnittsflächen der Bypassleitung strömungstechnisch näher an der Einlassöffnung als an der Abgasaustrittsöffnung angeordnet ist.The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust manifold and an exhaust gas turbocharger, the exhaust manifold being fluidically connected to the exhaust gas turbocharger via a main line upstream of an exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger and via a bypass line downstream of the exhaust gas turbine, the bypass line branching off from the exhaust gas manifold via an inlet opening and via a Exhaust gas outlet opening opens into an exhaust gas outlet of the exhaust gas turbocharger, and wherein in the bypass line an actuating element of a control valve for setting different flow cross-sectional areas of the bypass line is arranged fluidically closer to the inlet opening than to the exhaust gas outlet opening.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2004 001 371 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, wobei die Brennkraftmaschine eine Ansaugleitung mit eingangsseitigem Ansaugverdichter aufweist, und mit einer der Abgasrückführung angehörenden Abgasleitung, die mittels einer Einmündung mit der Ansaugleitung verbunden ist. Es ist ein in Reihe zum Ansaugverdichter und stromaufwärts der Einmündung liegender Zusatzverdichter vorgesehen, dessen Funktion für einen Expanderbetrieb umkehrbar ist. Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift US 8,499,557 B2 bekannt.From the prior art, for example, the publication DE 10 2004 001 371 A1 known. This describes an internal combustion engine with exhaust gas recirculation, the internal combustion engine having an intake line with an intake compressor on the input side and an exhaust gas line belonging to the exhaust gas recirculation, which is connected to the intake line by a junction. An additional compressor is provided in series with the intake compressor and upstream of the confluence, the function of which can be reversed for expander operation. Also from the prior art is the document US 8,499,557 B2 known.

Weiterhin offenbart die Druckschrift US 2015 / 0 361 873 A1 einen Turbolader mit einem Turbinengehäuse und einer Leitung. Ein Abgaseinlassbereich des Turbinengehäuses ist an ein Abgassystemelement angeschlossen und verfügt über einen Turbinenradanschluss und einen Bypassanschluss. Die Leitung ist dazu ausgebildet, eine Innenumfangsfläche des Abgaseinlassbereichs in einem Zustand zu überdecken, in welchem wenigstens ein Teil der Leitung beabstandet von der Innenumfangsfläche angeordnet ist. Die Leitung verfügt über einen eingefügten Bereich, der in dem Abgaseinlassbereich des Turbinengehäuses angeordnet ist.Furthermore, the reference discloses U.S. 2015/0 361 873 A1 a turbocharger with a turbine housing and a conduit. An exhaust gas inlet area of the turbine housing is connected to an exhaust system element and has a turbine wheel connection and a bypass connection. The duct is configured to cover an inner peripheral surface of the exhaust gas inlet portion in a state where at least a part of the duct is spaced apart from the inner peripheral surface. The duct has an inserted portion located in the exhaust gas inlet portion of the turbine housing.

Weiterhin zeigt die Druckschrift DE 10 2006 001 571 A1 eine Aufladeeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einem Turbinenteil. Diesem strömt ein Abgasmassenstrom über einen Zuströmbereich zu, von dem ein By-Pass-Kanal zur Umgehung des mindestens einen Turbinenteils abzweigt. Der By-Pass-Kanal mündet an einer Mündungsstelle hinter dem Turbinenteil in einen Turbinenaustrittskanal. Der By-Pass-Kanal wird entweder durch ein im Zuströmbereich angeordnetes erstes Regelorgan am Eintritt des By-Pass-Kanals oder durch ein zweites Regelorgan am Austritt des By-Pass-Kanals in den Turbinenaustrittskanal geöffnet oder verschlossen. Weitere Turbolader sind den Druckschriften US 3 089 304 A und DE 10 2012 200 562 A1 zu entnehmen.Furthermore, the pamphlet shows DE 10 2006 001 571 A1 a charging device for internal combustion engines with at least one turbine part. An exhaust gas mass flow flows to this via an inflow region, from which a bypass channel branches off to bypass the at least one turbine part. The bypass duct opens into a turbine outlet duct at an orifice behind the turbine part. The bypass duct is opened or closed either by a first control element arranged in the inflow area at the inlet of the by-pass duct or by a second control element at the outlet of the by-pass duct into the turbine outlet duct. Other turbochargers are the publications U.S. 3,089,304A and DE 10 2012 200 562 A1 refer to.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine strömungstechnisch bessere Anbindung des Abgasturboladers an den Abgaskrümmer realisiert, bevorzugt bei geringerem Platzbedarf.The object of the invention is to propose an internal combustion engine which has advantages over known internal combustion engines, in particular a better connection of the exhaust gas turbocharger to the exhaust manifold in terms of flow technology, preferably with a smaller space requirement.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass sich die Abgasaustrittsöffnung aus mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen zusammensetzt, die ringförmig in einem Gehäuse des Abgasturboladers angeordnet sind, und dass an einen Abgasauslassquerschnitt des Abgasauslasses ein Abgaseinlassquerschnitt eines Fahrzeugkatalysators strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Gehäuse des Abgasturboladers unmittelbar befestigt ist, wobei ein in Abgasströmungsrichtung maximaler Durchströmungsquerschnitt des Fahrzeugkatalysators einen größeren Durchmesser aufweist als der Abgasauslassquerschnitt.According to the invention, this is achieved with an internal combustion engine having the features of claim 1 . It is provided that the exhaust gas outlet opening is made up of several partial exhaust gas outlet openings, which are arranged in a ring shape in a housing of the exhaust gas turbocharger, and that an exhaust gas inlet cross section of a vehicle catalytic converter is fluidically connected to an exhaust gas outlet cross section of the exhaust gas outlet, which is attached directly to the housing of the exhaust gas turbocharger, with a in the exhaust gas flow direction, the maximum flow cross section of the vehicle catalytic converter has a larger diameter than the exhaust gas outlet cross section.

Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und dient in diesem Fall bevorzugt dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Brennkraftmaschine verfügt über ein Motorgehäuse, welches beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse und einen Zylinderkopf aufweist, wobei das Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderkopf gemeinsam wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine zusammen mit einem in dem Zylinderkurbelgehäuse verlagerbar angeordneten Kolben begrenzen. In dem Zylinderkopf sind wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil für den Zylinder angeordnet. Weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder auf, so ist jedem der Zylinder wenigstens ein solches Einlassventil und wenigstens ein solches Auslassventil zugeordnet.The internal combustion engine is part of a motor vehicle, for example, and in this case is preferably used to drive the motor vehicle, that is to say to provide a drive torque aimed at driving the motor vehicle. The internal combustion engine has a motor housing which has, for example, a cylinder crankcase and a cylinder head, the cylinder crankcase and the cylinder head together delimiting at least one cylinder of the internal combustion engine together with a piston arranged displaceably in the cylinder crankcase. At least one inlet valve and at least one outlet valve for the cylinder are arranged in the cylinder head. If the internal combustion engine has a plurality of cylinders, then each of the cylinders is assigned at least one such intake valve and at least one such exhaust valve.

Über das Einlassventil kann ein Frischgaskanal und über das Auslassventil ein Abgaskanal mit dem Zylinder strömungstechnisch verbunden werden. Das bedeutet, dass bei einer ersten Schaltstellung des jeweiligen Ventils die Strömungsverbindung unterbrochen und bei einer zweiten Schaltstellung hergestellt ist. Der Abgaskanal ist einerseits an den Zylinder beziehungsweise das Auslassventil und andererseits an den Abgaskrümmer angeschlossen. Der Abgaskrümmer dient dem Abführen des Abgases der Brennkraftmaschine und - falls die Brennkraftmaschine die mehreren Zylinder aufweist - dem Zusammenfassen des Abgases der mehreren Zylinder. Liegen mehrere Zylinder vor, so ist jeder der Zylinder jeweils über ein Auslassventil und einen Abgaskanal an den Abgaskrümmer strömungstechnisch angeschlossen. In dem Abgaskrümmer wird das Abgas der mehreren Zylinder zusammengeführt und erst nachfolgend gemeinsam aus der Brennkraftmaschine abgeführt.A fresh gas channel can be fluidically connected to the cylinder via the inlet valve and an exhaust gas channel can be connected via the outlet valve. This means that the flow connection is interrupted in a first switching position of the respective valve and established in a second switching position. The exhaust duct is connected to the cylinder or the exhaust valve on the one hand and to the exhaust manifold on the other. The exhaust manifold is used to discharge the exhaust gas of the internal combustion engine and - if the combustion engine having multiple cylinders - combining the exhaust gas of the multiple cylinders. If there are several cylinders, each of the cylinders is fluidically connected to the exhaust manifold via an outlet valve and an exhaust gas channel. The exhaust gas from the several cylinders is brought together in the exhaust manifold and only then discharged together from the internal combustion engine.

Weiterhin verfügt die Brennkraftmaschine über den Abgasturbolader, welcher der Steigerung einer Nennleistung der Brennkraftmaschine und/oder einer Steigerung der Effizienz der Brennkraftmaschine dient. Der Abgasturbolader verfügt über eine Abgasturbine und einen Verdichter. Der Abgasturbine ist Abgas der Brennkraftmaschine zuführbar. Mittels der Abgasturbine kann in dem Abgas enthaltene Strömungsenergie und/oder Enthalpie in Bewegungsenergie umgewandelt werden, welche wiederum dem Antreiben des Verdichters dient. Mithilfe des Verdichters wird Frischgas verdichtet und anschließend das verdichtete Frischgas der Brennkraftmaschine zugeführt, nämlich über den Frischgaskanal und das Einlassventil.Furthermore, the internal combustion engine has the exhaust gas turbocharger, which is used to increase the rated output of the internal combustion engine and/or to increase the efficiency of the internal combustion engine. The exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine and a compressor. Exhaust gas from the internal combustion engine can be supplied to the exhaust gas turbine. Flow energy and/or enthalpy contained in the exhaust gas can be converted into kinetic energy by means of the exhaust gas turbine, which in turn is used to drive the compressor. Fresh gas is compressed with the help of the compressor and then the compressed fresh gas is fed to the internal combustion engine, namely via the fresh gas channel and the inlet valve.

Der Abgasturbolader verfügt über das Gehäuse, in welchem zumindest die Abgasturbine, bevorzugt jedoch zusätzlich der Verdichter, angeordnet ist. Um eine kompakte Ausgestaltung der Brennkraftmaschine zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass der Abgasturbolader unmittelbar an dem Motorgehäuse, insbesondere an dem Zylinderkopf, anliegt und an diesem befestigt ist. Der Abgaskrümmer kann in dem Zylinderkopf integriert ausgestaltet sein. Das bedeutet, dass das in den Zylindern anfallende Abgas innerhalb des Zylinderkopfs zusammengeführt wird. Erst das zusammengeführte Abgas wird anschließend aus dem Zylinderkopf herausgeführt. Bevorzugt weist entsprechend der Zylinderkopf eine Abgasaustrittsöffnung auf. Der Abgaskrümmer ist nun einerseits an den Abgaskanal beziehungsweise die Abgaskanäle und andererseits an die Abgasaustrittsöffnung angeschlossen, wobei die Abgasaustrittsöffnung einen Abgasanschluss des Zylinderkopfs darstellt oder einen solchen mit ausbildet. Selbstverständlich kann es alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass der Abgaskrümmer außerhalb des Zylinderkopfs angeordnet ist.The exhaust gas turbocharger has the housing in which at least the exhaust gas turbine, but preferably also the compressor, is arranged. In order to achieve a compact configuration of the internal combustion engine, it can be provided that the exhaust gas turbocharger rests directly on the engine housing, in particular on the cylinder head, and is fastened to it. The exhaust manifold can be designed to be integrated in the cylinder head. This means that the exhaust gas occurring in the cylinders is brought together inside the cylinder head. Only the merged exhaust gas is then fed out of the cylinder head. The cylinder head preferably has an exhaust gas outlet opening accordingly. The exhaust manifold is now connected on the one hand to the exhaust gas duct or the exhaust gas ducts and on the other hand to the exhaust gas outlet opening, the exhaust gas outlet opening representing an exhaust gas connection of the cylinder head or forming one with it. Alternatively, of course, it can also be provided that the exhaust manifold is arranged outside of the cylinder head.

Es wurde bereits erläutert, dass der Abgasturbolader über die Abgasturbine verfügt, die strömungstechnisch an den Abgaskrümmer angeschlossen ist, beispielsweise über den Abgasanschluss des Zylinderkopfs. Hierzu ist die Hauptleitung vorgesehen, die einerseits von dem Abgaskrümmer abzweigt und andererseits strömungstechnisch an die Abgasturbine des Abgasturboladers angeschlossen ist. Die Hauptleitung ist derart an die Abgasturbine angeschlossen, dass das dem Abgasturbolader durch die Hauptleitung zugeführte Abgas ein Turbinenrad der Abgasturbine durchströmt beziehungsweise überströmt. Zu diesem Zweck ist die Hauptleitung in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des Turbinenrads an den Abgasturbolader angeschlossen.It has already been explained that the exhaust gas turbocharger has the exhaust gas turbine, which is fluidically connected to the exhaust manifold, for example via the exhaust gas connection of the cylinder head. The main line is provided for this purpose, which on the one hand branches off from the exhaust manifold and on the other hand is fluidically connected to the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger. The main line is connected to the exhaust gas turbine in such a way that the exhaust gas supplied to the exhaust gas turbocharger through the main line flows through or over a turbine wheel of the exhaust gas turbine. For this purpose, the main line is connected to the exhaust gas turbocharger upstream of the turbine wheel, viewed in the flow direction of the exhaust gas.

In Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine kann es vorteilhaft sein, das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas nicht der Abgasturbine zuzuführen, sondern vielmehr um diese herum. Hierzu ist die Bypassleitung vorgesehen. Dieser mündet bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts des Turbinenrads beziehungsweise der Abgasturbine in einen von der Abgasturbine kommenden Abgasauslass ein. Die Bypassleitung weist einerseits die Einlassöffnung und andererseits die Abgasaustrittsöffnung auf. Über die Einlassöffnung mündet die Bypassleitung in den Abgaskrümmer ein beziehungsweise zweigt von diesem ab. Über die Abgasaustrittsöffnung hingegen mündet die Bypassleitung in den Abgasauslass des Abgasturboladers ein, nämlich stromabwärts des Turbinenrads.Depending on an operating point of the internal combustion engine, it can be advantageous not to feed the exhaust gas generated by the internal combustion engine to the exhaust gas turbine, but rather around it. The bypass line is provided for this purpose. This opens into an exhaust gas outlet coming from the exhaust gas turbine downstream of the turbine wheel or the exhaust gas turbine, as viewed in the direction of flow of the exhaust gas. The bypass line has the inlet opening on the one hand and the exhaust gas outlet opening on the other. The bypass line opens into the exhaust manifold via the inlet opening or branches off from it. On the other hand, via the exhaust gas outlet opening, the bypass line opens into the exhaust gas outlet of the exhaust gas turbocharger, namely downstream of the turbine wheel.

In der Bypassleitung ist das Stellelement des Stellventils angeordnet. Das Stellventil dient dem Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnittsflächen der Bypassleitung. Mithilfe des Stellventils kann also eingestellt werden, welcher Anteil des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases die Abgasturbine durchströmt beziehungsweise durch die Bypassleitung um die Abgasturbine beziehungsweise das Turbinenrad herumgeführt wird.The control element of the control valve is arranged in the bypass line. The control valve is used to set different flow cross-sectional areas of the bypass line. The control valve can therefore be used to set what proportion of the exhaust gas generated by the internal combustion engine flows through the exhaust gas turbine or is routed around the exhaust gas turbine or the turbine wheel through the bypass line.

Mithilfe des Stellventils können unterschiedliche Durchströmungsquerschnittsflächen eingestellt werden, zumindest eine erste Durchströmungsquerschnittsfläche und eine zweite Durchströmungsquerschnittsfläche. Die beiden Durchströmungsquerschnittsflächen sind voneinander verschieden. Beispielsweise ist die erste Durchströmungsquerschnittsfläche gleich Null, wohingegen die zweite Durchströmungsquerschnittsfläche einer maximalen Durchströmungsquerschnittsfläche der Bypassleitung entspricht.Different throughflow cross-sectional areas can be set with the aid of the control valve, at least a first throughflow cross-sectional area and a second throughflow cross-sectional area. The two flow cross-sectional areas are different from one another. For example, the first through-flow cross-sectional area is equal to zero, whereas the second through-flow cross-sectional area corresponds to a maximum through-flow cross-sectional area of the bypass line.

Ist die erste Durchströmungsquerschnittsfläche eingestellt, so ist die Bypassleitung vollständig versperrt, sodass das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas vollständig durch die Abgasturbine geführt wird. Bei eingestellter zweiter Durchströmungsquerschnittsfläche hingegen ist die Bypassleitung vollständig freigegeben, sodass zumindest ein Teil des Abgases, vorzugsweise ein Großteil des Abgases oder sogar das gesamte Abgas, durch die Bypassleitung um die Abgasturbine herumgeführt wird.If the first flow cross-sectional area is set, the bypass line is completely blocked, so that the exhaust gas generated by the internal combustion engine is routed completely through the exhaust gas turbine. When the second throughflow cross-sectional area is set, however, the bypass line is completely released, so that at least part of the exhaust gas, preferably a large part of the exhaust gas or even all of the exhaust gas, is routed around the exhaust gas turbine through the bypass line.

Zum Einstellen der unterschiedlichen Durchströmungsquerschnittsflächen verfügt das Stellventil über das Stellelement, welches in unterschiedlichen Schaltstellungen anordenbar ist, wobei bei Vorliegen einer ersten Schaltstellung des Stellelements die erste Durchströmungsquerschnittsfläche und bei Vorliegen einer zweiten Schaltstellung die zweite Durchströmungsquerschnittsfläche der Bypassleitung eingestellt ist.To set the different flow cross-sectional areas, the control valve has the control element, which can be arranged in different switch positions, with the first flow cross-sectional area being set when the control element is in a first switch position, and the second flow cross-sectional area of the bypass line being set when a second switch position is present.

Üblicherweise sitzt das Stellelement unmittelbar an der Abgasaustrittsöffnung der Bypassleitung. Dies hat jedoch zur Folge, dass zum einen der Abgasauslass des Abgasturboladers hinreichend groß ausgebildet sein muss, um das Stellelement aufzunehmen. Zum anderen treten aufgrund des Stellelements in dem Abgasauslass Verwirbelung auf, die zu unterwünschten Strömungsverlusten führen. Aus diesem Grund soll nun das Stellelement von der Abgasaustrittsöffnung wegverlagert sein und hierzu strömungstechnisch näher an der Einlassöffnung als an der Abgasaustrittsöffnung angeordnet sein.Usually, the control element sits directly on the exhaust gas outlet opening of the bypass line. However, this has the consequence that on the one hand the exhaust gas outlet of the exhaust gas turbocharger must be made sufficiently large to accommodate the actuating element. On the other hand, due to the actuating element, turbulence occurs in the exhaust gas outlet, which leads to undesired flow losses. For this reason, the actuating element should now be shifted away from the exhaust gas outlet opening and for this purpose should be arranged fluidically closer to the inlet opening than to the exhaust gas outlet opening.

Hierzu entspricht der Abstand zwischen der Einlassöffnung und dem Stellventil entlang der Bypassleitung bezogen auf eine strömungstechnische Gesamtlänge der Bypassleitung von der Einlassöffnung bis hin zu der Abgasaustrittsöffnung höchstens 50 %, höchstens 40 %, höchstens 30 %, höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 %. Bevorzugt sind jedoch noch geringere Abstände zwischen der Einlassöffnung und dem Stellelement von unter 10 %, beispielsweise von höchstens 5%.For this purpose, the distance between the inlet opening and the control valve along the bypass line corresponds to a total flow length of the bypass line from the inlet opening to the exhaust gas outlet opening at most 50%, at most 40%, at most 30%, at most 25%, at most 20%, at most 15 % or at most 10%. However, even smaller distances between the inlet opening and the actuating element of less than 10%, for example of at most 5%, are preferred.

Durch die Anordnung des Stellelements außerhalb des Abgasauslasses in der Bypassleitung kann ein Durchströmungsquerschnitt des Abgasauslasses verringert werden, sodass der Abgasturbolader einen geringeren Bauraumbedarf aufweist.By arranging the actuating element outside of the exhaust gas outlet in the bypass line, a flow cross section of the exhaust gas outlet can be reduced, so that the exhaust gas turbocharger requires less installation space.

Um zusätzlich zu vermeiden, dass das durch die Abgasaustrittsöffnung der Bypassleitung in den Abgasauslass eintretende Abgas unerwünschte Verwirbelungen und damit Strömungsverluste bewirkt, setzt sich die Abgasaustrittsöffnung aus mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen zusammen. Das bedeutet, dass die Abgasaustrittsöffnung nicht lediglich einen einzigen zusammenhängenden Durchströmungsquerschnitt aufweist, sondern mehrere voneinander separate Durchströmungsquerschnitte, die beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Abgasaustrittsteilöffnungen, aus welchen sich die Abgasaustrittsöffnung zusammensetzt, sind ringförmig in dem Gehäuse des Abgasturboladers angeordnet und ausgebildet. Hierunter ist zu verstehen, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen kreisförmig angeordnet sind, also entlang eines gedachten Kreises. Der gedachte Kreis schließt vorzugsweise eine Kreisfläche ein, welche senkrecht auf einer Drehachse eines Turbinenrads der Abgasturbine steht. Vorzugsweise weisen zudem die Abgasaustrittsteilöffnungen von der Drehachse denselben Abstand auf.In order to additionally prevent the exhaust gas entering the exhaust gas outlet through the exhaust gas outlet opening of the bypass line from causing undesired turbulence and thus flow losses, the exhaust gas outlet opening is composed of several partial exhaust gas outlet openings. This means that the exhaust gas outlet opening not only has a single connected flow cross section, but rather a plurality of flow cross sections that are separate from one another and are arranged at a distance from one another. The partial exhaust gas outlet openings, which make up the exhaust gas outlet opening, are arranged and formed in a ring shape in the housing of the exhaust gas turbocharger. This means that the partial exhaust gas outlet openings are arranged in a circle, ie along an imaginary circle. The imaginary circle preferably encloses a circular area which is perpendicular to an axis of rotation of a turbine wheel of the exhaust gas turbine. In addition, the partial exhaust gas outlet openings are preferably at the same distance from the axis of rotation.

Die beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine verfügt über eine vorteilhafte Ausführungsform des Abgasturboladers, welche sich zum einen durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet und zum anderen unerwünschte Verwirbelungen vermeidet, sodass ein hoher Wirkungsgrad gegeben ist.The embodiment of the internal combustion engine described has an advantageous embodiment of the exhaust gas turbocharger, which is characterized on the one hand by a small space requirement and on the other hand avoids unwanted turbulence, so that a high level of efficiency is provided.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen eine Drehachse eines Turbinenrads der Abgasturbine in Umfangsrichtung um mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 330° oder mindestens 245° umgreifen. Die in Umfangsrichtung am weitesten voneinander beabstandeten Abgasaustrittsteilöffnungen schließen hierzu in Umfangsrichtung mindestens einen der genannten Winkel ein. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Verteilung des aus der Bypassleitung in den Abgasauslass austretenden Abgases erzielt, sodass die Strömungsverluste besonders deutlich reduziert sind.A preferred embodiment of the invention provides that the partial exhaust gas outlet openings encompass an axis of rotation of a turbine wheel of the exhaust gas turbine in the circumferential direction by at least 180°, at least 270°, at least 300°, at least 330° or at least 245°. The partial exhaust gas outlet openings that are spaced furthest from one another in the circumferential direction enclose at least one of the stated angles in the circumferential direction. This achieves a particularly uniform distribution of the exhaust gas exiting from the bypass line into the exhaust gas outlet, so that the flow losses are particularly significantly reduced.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen über einen in dem Gehäuse ausgebildeten Ringspalt in den Abgasauslass einmünden. Die Abgasaustrittsteilöffnungen münden insoweit nicht unmittelbar in den Abgasauslass ein, sondern zunächst lediglich in den Ringspalt, welcher wiederum in den Abgasauslass einmündet. Der Ringspalt verbindet insoweit strömungstechnisch die Abgasaustrittsteilöffnungen mit dem Abgasauslass. Der Ringspalt ist einerseits unmittelbar an die Abgasaustrittsteilöffnungen und andererseits unmittelbar an den Abgasauslass strömungstechnisch angeschlossen. Der Ringspalt ist in dem Gehäuse des Abgasturboladers ausgebildet. Der Ringspalt bewirkt eine Homogenisierung des durch die Abgasaustrittsteilöffnungen in ihn austretenden Abgases, sodass das Abgas besonders gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt aus dem Ringspalt in den Abgasauslass eintritt. Entsprechend wird eine weitere Reduzierung der Strömungsverluste erzielt.A development of the invention provides that the partial exhaust gas outlet openings open into the exhaust gas outlet via an annular gap formed in the housing. In this respect, the partial exhaust gas outlet openings do not open directly into the exhaust gas outlet, but initially only into the annular gap, which in turn opens into the exhaust gas outlet. To this extent, the annular gap fluidically connects the exhaust gas outlet partial openings to the exhaust gas outlet. The annular gap is fluidically connected on the one hand directly to the partial exhaust gas outlet openings and on the other hand directly to the exhaust gas outlet. The annular gap is formed in the housing of the exhaust gas turbocharger. The annular gap brings about a homogenization of the exhaust gas exiting into it through the partial exhaust gas outlet openings, so that the exhaust gas enters the exhaust gas outlet from the annular gap and is distributed particularly uniformly in the circumferential direction. Accordingly, a further reduction in flow losses is achieved.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Ringspalt die Drehachse des Turbinenrads in Umfangsrichtung um mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 330°, mindestens 345° oder vollständig umgreift. Der Ringspalt weist eine in Umfangsrichtung durchgehende Erstreckung um mindestens einen der genannten Winkel auf. Es kann vorgesehen sein, dass der Ringspalt die Drehachse in Umfangsrichtung lediglich teilweise umgreift, also sich in Umfangsrichtung von einem Anfang bis zu einem von dem Anfang verschiedenen Ende erstreckt. Besonders bevorzugt umgreift der Ringspalt die Drehachse in Umfangsrichtung jedoch vollständig. Dies bewirkt eine besonders effektive Homogenisierung des aus den Abgasaustrittsteilöffnungen austretenden Abgases.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the annular gap surrounds the axis of rotation of the turbine wheel in the circumferential direction by at least 180°, at least 270°, at least 300°, at least 330°, at least 345° or completely. The annular gap has a continuous extension in the circumferential direction by at least one of the angles mentioned. Provision can be made for the annular gap to cover the axis of rotation only partially in the circumferential direction encompasses, ie extends in the circumferential direction from a beginning to an end different from the beginning. Particularly preferably, however, the annular gap completely encompasses the axis of rotation in the circumferential direction. This brings about a particularly effective homogenization of the exhaust gas exiting from the partial exhaust gas outlet openings.

Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung mehrere Bypassteilleitungen aufweist, wobei über jeder der Bypassteilleitungen jeweils wenigstens eine der Abgasaustrittsteilöffnungen strömungstechnisch an die Einlassöffnung angeschlossen ist. Die Bypassleitung teilt sich insoweit stromabwärts der Einlassöffnung in die mehreren Bypassteilleitungen auf, welche strömungstechnisch parallel zueinander verlaufen. Jede der Bypassteilleitungen ist insoweit einerseits an die Einlassöffnung und andererseits an wenigstens eine der Abgasaustrittsteilöffnungen strömungstechnisch angeschlossen. Vorzugsweise sind an jede der Bypassteilleitungen jeweils mehrere Abgasaustrittsteilöffnungen angeschlossen, insbesondere an jede der Bypassteilleitungen dieselbe Anzahl an Abgasaustrittsteilöffnungen. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Verteilung des Abgases über den Umfang erzielt.A preferred further embodiment of the invention provides that the bypass line has a plurality of partial bypass lines, with at least one of the partial exhaust gas outlet openings being fluidically connected to the inlet opening via each of the partial bypass lines. To this extent, the bypass line is divided downstream of the inlet opening into the plurality of partial bypass lines, which run parallel to one another in terms of flow. Each of the partial bypass lines is fluidically connected to the inlet opening on the one hand and to at least one of the partial exhaust gas outlet openings on the other hand. A plurality of partial exhaust gas outlet openings are preferably connected to each of the partial bypass lines, in particular the same number of partial exhaust gas outlet openings to each of the partial bypass lines. This achieves a particularly uniform distribution of the exhaust gas over the circumference.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen und/oder der Ringspalt von der Drehachse des Turbinenrads in radialer Richtung einen Abstand aufweisen, der um einen Faktor von höchstens 2, höchstens 1,75 oder höchstens 1,5 größer ist als ein Radius eines Außenumfangs des Turbinenrads. Das bedeutet schlussendlich, dass der gedachte Ring beziehungsweise der gedachte Kreis, entlang welchem die mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen angeordnet sind, einen Durchmesser aufweist, der um höchstens einen der genannten Faktoren größer ist als der Durchmesser des Turbinenrads. Hierdurch wird die besonders kompakte Ausgestaltung des Abgasturboladers realisiert. Unter dem Radius beziehungsweise dem Durchmesser des Außenumfangs des Turbinenrads ist der größte Radius beziehungsweise der größte Durchmesser des Turbinenrads zu verstehen.In a further embodiment of the invention, it can be provided that the partial exhaust gas outlet openings and/or the annular gap are at a distance from the axis of rotation of the turbine wheel in the radial direction that is greater by a factor of at most 2, at most 1.75 or at most 1.5 as a radius of an outer circumference of the turbine wheel. Ultimately, this means that the imaginary ring or the imaginary circle along which the several partial exhaust gas outlet openings are arranged has a diameter that is larger by at most one of the factors mentioned than the diameter of the turbine wheel. As a result, the particularly compact design of the exhaust gas turbocharger is realized. The radius or the diameter of the outer circumference of the turbine wheel is to be understood as meaning the largest radius or the largest diameter of the turbine wheel.

Die Erfindung sieht vor, dass an einen Abgasauslassquerschnitt des Abgasauslasses ein Abgaseinlassquerschnitt eines Fahrzeugkatalysators strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Gehäuse des Abgasturboladers unmittelbar befestigt ist. Der Fahrzeugkatalysator greift insoweit unmittelbar an dem Gehäuse des Abgasturboladers an und ist an diesem befestigt, beispielsweise mittels einer Bandschelle, insbesondere einer V-Bandschelle. Bevorzugt weist hierzu der Abgasturbolader einen Auslassflansch und der Fahrzeugkatalysator einen Einlassflansch auf, welche aneinander anliegen und aneinander befestigt sind. Der Abgasauslassquerschnitt liegt in dem Auslassflansch und der Abgaseinlassquerschnitt in dem Einlassflansch vor. Nach der Anordnung des Fahrzeugkatalysators an dem Abgasturbolader liegen der Abgasauslassquerschnitt und der Abgaseinlassquerschnitt vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander vor, insbesondere sind sie parallel zueinander angeordnet. Durch die unmittelbare Anordnung des Fahrzeugkatalysators an dem Abgasturbolader ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der Brennkraftmaschine.The invention provides that an exhaust gas inlet cross section of a vehicle catalytic converter is fluidically connected to an exhaust gas outlet cross section of the exhaust gas outlet, said exhaust gas inlet cross section being attached directly to the housing of the exhaust gas turbocharger. In this respect, the vehicle catalytic converter acts directly on the housing of the exhaust gas turbocharger and is fastened to it, for example by means of a band clamp, in particular a V-band clamp. For this purpose, the exhaust gas turbocharger preferably has an outlet flange and the vehicle catalytic converter has an inlet flange, which lie against one another and are fastened to one another. The exhaust gas outlet cross section is in the outlet flange and the exhaust gas inlet cross section is in the inlet flange. After the vehicle catalytic converter has been arranged on the exhaust gas turbocharger, the exhaust gas outlet cross section and the exhaust gas inlet cross section are preferably directly adjacent to one another, in particular they are arranged parallel to one another. The direct arrangement of the vehicle catalytic converter on the exhaust gas turbocharger results in a particularly compact configuration of the internal combustion engine.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein in Abgasströmungsrichtung maximaler Durchströmungsquerschnitt des Fahrzeugkatalysators einen grö-ßeren Durchmesser aufweist als der Abgasauslassquerschnitt. Unter dem maximalen Durchströmungsquerschnitt des Fahrzeugkatalysators ist derjenige Durchströmungsquerschnitt zu verstehen, welcher in Strömungsrichtung durch den Fahrzeugkatalysator die größte Durchströmungsquerschnittsfläche aufweist, welche von dem Abgas eingenommen wird. Beispielsweise liegt der maximale Durchströmungsquerschnitt unmittelbar vor oder unmittelbar nach einem Filterkörper des Fahrzeugkatalysators vor. Der maximale Durchströmungsquerschnitt soll nun größer sein beziehungsweise einen größeren Durchmesser aufweisen als der Abgasauslassquerschnitt. Das bedeutet, dass stromabwärts des Abgasauslassquerschnitts eine Aufweitung des Durchströmungsquerschnitts erfolgt, also nicht mehr in dem Abgasturbolader, sondern erst in dem Fahrzeugkatalysator. Hierdurch wird eine kompakte Ausgestaltung des Abgasturboladers erzielt.According to the invention, it is provided that a maximum flow cross section of the vehicle catalytic converter in the exhaust gas flow direction has a larger diameter than the exhaust gas outlet cross section. The maximum flow cross-section of the vehicle catalytic converter is to be understood as meaning that flow cross-section which, in the flow direction through the vehicle catalytic converter, has the largest flow cross-sectional area which is occupied by the exhaust gas. For example, the maximum flow cross section is directly in front of or directly behind a filter body of the vehicle catalytic converter. The maximum flow cross section should now be larger or have a larger diameter than the exhaust gas outlet cross section. This means that the flow cross section widens downstream of the exhaust gas outlet cross section, ie no longer in the exhaust gas turbocharger, but only in the vehicle catalytic converter. This achieves a compact configuration of the exhaust gas turbocharger.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert ist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Durch den Verzicht auf einen separaten Abgaskrümmer außerhalb des Zylinderkopfs wird wiederum der von der Brennkraftmaschine benötigte Bauraum verringert.A further embodiment of the invention provides that the exhaust manifold is integrated into the cylinder head. This has already been pointed out above. By dispensing with a separate exhaust manifold outside of the cylinder head, the installation space required by the internal combustion engine is in turn reduced.

Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Bypassleitung zumindest bereichsweise durch den Zylinderkopf verläuft und das Stellelement in einem durch den Zylinderkopf verlaufenden Bereich der Bypassleitung angeordnet ist. Um Druckverluste des Abgases weitestgehend zu vermeiden, soll die Bypassleitung zumindest bereichsweise durch den Zylinderkopf verlaufen. Auch das Stellventil oder zumindest sein Stellelement soll in dem Zylinderkopf vorliegen. Eine derartige Ausgestaltung der Bypassleitung ermöglicht einen vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitt, sodass unnötige Strömungsverluste beziehungsweise eine unnötige Drosselung vermieden wird. Insgesamt bietet die zumindest teilweise Anordnung der Bypassleitung in dem Zylinderkopf den Vorteil eines vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitts, sodass bei entsprechend eingestellter Durchströmungsquerschnittsfläche das Abgas die Bypassleitung mit lediglich geringen Strömungsverlusten durchströmen kann.Finally, within the scope of a further preferred embodiment of the invention it can be provided that the bypass line runs at least in regions through the cylinder head and the actuating element is arranged in a region of the bypass line running through the cylinder head. In order to avoid pressure losses in the exhaust gas as far as possible, the bypass line should run through the cylinder head at least in certain areas. The control valve or at least its control element should also be present in the cylinder head. Such a configuration of the bypass line enables a comparatively large flow cross section, so that unnecessary flow losses or unnecessary throttling are avoided becomes. Overall, the at least partial arrangement of the bypass line in the cylinder head offers the advantage of a comparatively large flow cross section, so that the exhaust gas can flow through the bypass line with only small flow losses when the flow cross section area is adjusted accordingly.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Stellelement ein Tellerventilelement ist. Das Stellventil ist als Tellerventil ausgestaltet, sodass entsprechend das Stellelement als Tellerventilelement vorliegt. Das Tellerventil beziehungsweise das Tellerventilelement ermöglicht das stetige Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnitte und stellt zudem dauerhaft eine hohe Dichtigkeit sicher, weil ein Nachführen des Tellerventilelements in Richtung eines Ventilsitzes für das Tellerventilelement jederzeit möglich ist. Auch eine von dem Tellerventil verschiedene Ausgestaltung des Stellelements kann selbstverständlich realisiert sein.A further embodiment of the invention provides that the actuating element is a poppet valve element. The control valve is designed as a poppet valve, so that the control element is accordingly present as a poppet valve element. The poppet valve or the poppet valve element enables the constant setting of different flow cross-sections and also permanently ensures high tightness because the poppet valve element can be repositioned in the direction of a valve seat for the poppet valve element at any time. Of course, a configuration of the adjusting element that differs from the poppet valve can also be implemented.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Stellelement mit einem von dem Zylinderkopf ausgebildeten Ventilsitz zum Einstellen der unterschiedlichen Durchströmungsquerschnitte zusammenwirkt. Das Stellventil verfügt als relevante Elemente über das Stellelement und den Ventilsitz. Das Stellelement wirkt mit dem Ventilsitz zum Einstellen der unterschiedlichen Durchströmungsquerschnittsflächen zusammen. Im Falle des Tellerventilelements liegen beispielsweise die unterschiedlichen Durchströmungsquerschnittsflächen bei unterschiedlichen Abständen des Tellerventilelements zu dem Ventilsitz vor. Der Ventilsitz ist von dem Zylinderkopf ausgebildet oder zumindest ist er unmittelbar an dem Zylinderkopf befestigt. Beispielsweise liegt der Ventilsitz materialeinheitlich mit dem Zylinderkopf vor. Alternativ kann der Ventilsitz auch als Einsetzelement vorliegen, welches separat von dem Zylinderkopf hergestellt und nachfolgend in diesen eingesetzt wird. In jedem Fall liegt jedoch der Ventilsitz in dem Zylinderkopf vor.A further preferred embodiment of the invention provides that the adjusting element interacts with a valve seat formed by the cylinder head for setting the different flow cross sections. The control valve has the control element and the valve seat as relevant elements. The adjusting element interacts with the valve seat to set the different flow cross-sectional areas. In the case of the poppet valve element, for example, the different flow cross-sectional areas are present at different distances from the poppet valve element to the valve seat. The valve seat is formed by the cylinder head or at least it is attached directly to the cylinder head. For example, the valve seat is made of the same material as the cylinder head. Alternatively, the valve seat can also be present as an insert element, which is manufactured separately from the cylinder head and subsequently inserted into it. In any case, however, the valve seat is in the cylinder head.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abgaskrümmer eine erste Abgasauslassöffnung und eine zweite Abgasauslassöffnung aufweist, wobei die erste Abgasauslassöffnung stromaufwärts der Abgasturbine und die zweite Abgasauslassöffnung stromabwärts der Abgasturbine an den Abgasturbolader strömungstechnisch angeschlossen ist. Beide Abgasauslassöffnungen liegen auf der dem Zylinder beziehungsweise den Zylindern abgewandten Seite des Abgaskrümmers vor. Durch die Abgasauslassöffnungen tritt insoweit insgesamt das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine aus, insbesondere das zusammengefasste Abgas mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine.A further development of the invention provides that the exhaust manifold has a first exhaust gas outlet opening and a second exhaust gas outlet opening, the first exhaust gas outlet opening being fluidically connected to the exhaust gas turbocharger upstream of the exhaust gas turbine and the second exhaust gas outlet opening being downstream of the exhaust gas turbine. Both exhaust gas outlet openings are on the side of the exhaust manifold facing away from the cylinder or cylinders. In this respect, the entire exhaust gas of the internal combustion engine exits through the exhaust gas outlet openings, in particular the combined exhaust gas of a number of cylinders of the internal combustion engine.

Beide Abgasauslassöffnungen sind an beziehungsweise in dem Abgaskrümmer ausgestaltet, sodass der Abgaskrümmer vollständig in dem Zylinderkopf integriert ist. Die erste Auslassöffnung ist stromaufwärts der Abgasturbine und die zweite Abgasauslassöffnung stromabwärts der Abgasturbine an den Abgasturbolader strömungstechnisch angeschlossen. Das durch die erste Abgasauslassöffnung aus dem Abgaskrümmer austretende Abgas durchströmt insoweit die Abgasturbine, während das durch die zweite Abgasauslassöffnung austretende Abgas um die Abgasturbine herumgeführt ist.Both exhaust gas outlet openings are designed on or in the exhaust manifold, so that the exhaust manifold is fully integrated in the cylinder head. The first outlet opening is fluidically connected to the exhaust gas turbocharger upstream of the exhaust gas turbine and the second exhaust gas outlet opening is downstream of the exhaust gas turbine. To this extent, the exhaust gas exiting from the exhaust manifold through the first exhaust gas outlet opening flows through the exhaust gas turbine, while the exhaust gas exiting through the second exhaust gas outlet opening is routed around the exhaust gas turbine.

Eine solche Ausgestaltung hat zum einen den bereits erwähnten Vorteil der vollständigen Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf, und zum anderen kann die Strömungsverbindung zwischen dem Abgaskrümmer und dem Abgasturbolader auf einfache Art und Weise hergestellt werden, nämlich durch Anordnen des Abgasturboladers an dem Zylinderkopf. Die Durchströmungsquerschnittsfläche der ersten Abgasauslassöffnung ist vorzugsweise größer als die Durchströmungsquerschnittsfläche der zweiten Abgasauslassöffnung. Beispielsweise beträgt die Durchströmungsquerschnittsfläche der zweiten Abgasauslassöffnung höchstens 75 %, höchstens 50 % oder höchstens 25 % der Durchströmungsquerschnittsfläche der ersten Abgasauslassöffnung.On the one hand, such a configuration has the already mentioned advantage of the complete integration of the exhaust manifold into the cylinder head, and on the other hand, the flow connection between the exhaust manifold and the exhaust gas turbocharger can be established in a simple manner, namely by arranging the exhaust gas turbocharger on the cylinder head. The flow cross-sectional area of the first exhaust gas outlet opening is preferably larger than the flow cross-sectional area of the second exhaust gas outlet opening. For example, the flow cross-sectional area of the second exhaust gas outlet opening is at most 75%, at most 50% or at most 25% of the flow cross-sectional area of the first exhaust gas outlet opening.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Abgasauslassöffnung und die zweite Abgasauslassöffnung eine Anlagefläche des Zylinderkopfs durchgreifen, an der das Gehäuse des Abgasturboladers flächig anliegt. Die Anlagefläche des Zylinderkopfs dient dem Abstützen des Gehäuses des Abgasturboladers. Bei der Montage des Abgasturboladers an dem Zylinderkopf wird das Gehäuse an die Anlagefläche angelegt und der Abgasturbolader an dem Zylinderkopf befestigt. Die beiden Abgasauslassöffnungen, also die erste Abgasauslassöffnung und die zweite Abgasauslassöffnung, durchgreifen nun die Anlagefläche, sodass nach dem Befestigen des Abgasturboladers an dem Zylinderkopf die Strömungsverbindung zwischen den beiden Abgasauslassöffnungen und dem Abgasturbolader hergestellt ist.A further embodiment of the invention provides that the first exhaust gas outlet opening and the second exhaust gas outlet opening reach through a contact surface of the cylinder head, against which the housing of the exhaust gas turbocharger lies flat. The contact surface of the cylinder head serves to support the housing of the exhaust gas turbocharger. When the exhaust gas turbocharger is installed on the cylinder head, the housing is placed against the contact surface and the exhaust gas turbocharger is attached to the cylinder head. The two exhaust gas outlet openings, i.e. the first exhaust gas outlet opening and the second exhaust gas outlet opening, now reach through the contact surface, so that after the exhaust gas turbocharger has been attached to the cylinder head, the flow connection between the two exhaust gas outlet openings and the exhaust gas turbocharger is established.

Die Anlagefläche, in welcher die beiden Abgasauslassöffnungen vorliegen, ist vollständig und durchgehend plan. Die plane Ausgestaltung der Anlagefläche bedeutet, dass die Anlagefläche vollständig in einer gedachten Ebene liegt. Das Gehäuse des Abgasturboladers weist eine entsprechende Anlagegegenfläche auf, welche vorzugsweise ebenfalls plan ist. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass an oder in der Anlagefläche und/oder der Anlagegegenfläche wenigstens eine Dichtung vorliegt. Beispielsweise liegt das Gehäuse des Abgasturboladers über eine Flachdichtung an dem Zylinderkopf an, wobei die Flachdichtung einerseits an der Anlagefläche und andererseits an der Anlagegegenfläche plan anliegt. Bevorzugt sind die Abgasauslassöffnungen jeweils von einem Rand der planen Anlagefläche beabstandet angeordnet, grenzen also nicht unmittelbar an den Rand an.The contact surface in which the two exhaust gas outlet openings are present is completely and continuously flat. The planar configuration of the contact surface means that the contact surface lies entirely in an imaginary plane. The housing of the exhaust gas turbocharger has a corresponding mating contact surface, which is preferably also flat. However, it can be provided that there is at least one seal on or in the contact surface and/or the counter contact surface. For example, the housing of the exhaust gas turbocharger is attached to the cylinder via a flat gasket derkopf, whereby the flat seal rests flat on the one hand on the contact surface and on the other hand on the counter contact surface. The exhaust gas outlet openings are preferably each arranged at a distance from an edge of the planar contact surface, ie they are not directly adjacent to the edge.

Zum Herstellen der Strömungsverbindung zwischen den beiden Abgasauslassöffnungen und dem Abgasturbolader weist der Abgasturbolader beziehungsweise sein Gehäuse also bevorzugt Abgaseinlassöffnungen auf, welche mit den Abgasauslassöffnungen korrespondieren, insbesondere mit diesen fluchten. Eine erste Abgaseinlassöffnung des Abgasturboladers ist der ersten Abgasauslassöffnung und eine zweite Abgaseinlassöffnung der zweiten Abgasauslassöffnung zugeordnet. Die erste Abgaseinlassöffnung liegt stromaufwärts der Abgasturbine und die zweite Abgaseinlassöffnung stromabwärts der Abgasturbine vor.To establish the flow connection between the two exhaust gas outlet openings and the exhaust gas turbocharger, the exhaust gas turbocharger or its housing preferably has exhaust gas inlet openings which correspond to the exhaust gas outlet openings, in particular are aligned with them. A first exhaust gas inlet opening of the exhaust gas turbocharger is assigned to the first exhaust gas outlet opening and a second exhaust gas inlet opening is assigned to the second exhaust gas outlet opening. The first exhaust gas inlet port is upstream of the exhaust gas turbine and the second exhaust gas inlet port is downstream of the exhaust gas turbine.

Bevorzugt fluchtet jede der Abgaseinlassöffnungen mit der entsprechenden Abgasauslassöffnung. Hierzu weist die erste Abgaseinlassöffnung dieselben Abmessungen auf wie die erste Abgasauslassöffnung und die zweite Abgaseinlassöffnung dieselben Abmessungen wie die zweite Abgasauslassöffnung. Zudem liegt nach dem Anordnen des Abgasturboladers an dem Zylinderkopf die erste Abgaseinlassöffnung in vollständiger Überdeckung mit der ersten Abgasauslassöffnung und die zweite Abgaseinlassöffnung in vollständiger Überdeckung mit der zweiten Abgasauslassöffnung vor. Durch einen derartigen strömungstechnischen Anschluss des Abgasturboladers an den Abgaskrümmer ist ein besonders geringer Strömungswiderstand und mithin ein geringer Druckverlust realisiert.Each of the exhaust gas inlet openings is preferably aligned with the corresponding exhaust gas outlet opening. For this purpose, the first exhaust gas inlet opening has the same dimensions as the first exhaust gas outlet opening and the second exhaust gas inlet opening has the same dimensions as the second exhaust gas outlet opening. In addition, after the exhaust gas turbocharger has been arranged on the cylinder head, the first exhaust gas inlet opening completely overlaps the first exhaust gas outlet opening and the second exhaust gas inlet opening completely overlaps the second exhaust gas outlet opening. Such a fluidic connection of the exhaust gas turbocharger to the exhaust manifold results in a particularly low flow resistance and therefore a low pressure loss.

Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung in dem Zylinderkopf von einer Abgasleitung des Abgaskrümmers abzweigt, wobei die erste Abgasauslassöffnung unmittelbar an die Abgasleitung und die zweite Abgasauslassöffnung über das Stellventil und die Bypassleitung an die Abgasleitung angeschlossen ist. Über die Abgasleitung des Abgaskrümmers wird das Abgas der Brennkraftmaschine, insbesondere das zusammengeführte Abgas der mehreren Zylinder, in Richtung des Abgasturboladers abgeführt. Die Bypassleitung zweigt von dieser Abgasleitung ab. Die erste Abgasauslassöffnung ist unmittelbar an die Abgasleitung angeschlossen, wohingegen die zweite Abgasauslassöffnung über das Stellventil und die Bypassleitung an die Abgasleitung angeschlossen ist. Entsprechend ist über den Abgaskrümmer hinweg bis zur ersten Abgasauslassöffnung ein sehr geringer Strömungswiderstand realisiert.A preferred further embodiment of the invention provides that the bypass line in the cylinder head branches off from an exhaust gas line of the exhaust manifold, the first exhaust gas outlet opening being connected directly to the exhaust gas line and the second exhaust gas outlet opening being connected to the exhaust gas line via the control valve and the bypass line. The exhaust gas of the internal combustion engine, in particular the combined exhaust gas of the plurality of cylinders, is discharged in the direction of the exhaust gas turbocharger via the exhaust pipe of the exhaust manifold. The bypass line branches off from this exhaust line. The first exhaust gas outlet opening is connected directly to the exhaust gas line, whereas the second exhaust gas outlet opening is connected to the exhaust gas line via the control valve and the bypass line. Correspondingly, a very low flow resistance is realized across the exhaust manifold up to the first exhaust gas outlet opening.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Stellelement zum Einstellen der unterschiedlichen Durchströmungsquerschnitte in einer Verlagerungsrichtung verlagerbar ist, die vorzugsweise senkrecht auf einer Längsmittelachse der Abgasleitung steht. Die Bypassleitung mündet unter einem bestimmten Winkel in die Abgasleitung ein, vorzugsweise bezüglich der Längsmittelachse senkrecht. Beispielsweise beträgt der Winkel höchstens 90°, höchstens 75°, höchstens 60° oder höchstens 45°. Auch andere Winkel sind selbstverständlich realisierbar. Weiter bevorzugt durchläuft die Längsmittelachse der Abgasleitung den Mittelpunkt der ersten Abgasauslassöffnung, sodass durch die Abgasleitung eine umlenkungsfreie Führung des Abgases bis hin zu der ersten Abgasauslassöffnung umgesetzt ist. Das aus der Abgasleitung in die Bypassleitung überströmende Abgas wird hingegen umgelenkt, sodass hier ein gewisser Druckverlust auftritt. Dieser ist jedoch aufgrund der Umgehung der Abgasturbine nicht relevant.As part of a further embodiment of the invention, it can be provided that the adjusting element for setting the different flow cross sections can be displaced in a displacement direction which is preferably perpendicular to a longitudinal center axis of the exhaust pipe. The bypass line opens into the exhaust gas line at a certain angle, preferably perpendicularly with respect to the longitudinal central axis. For example, the angle is at most 90°, at most 75°, at most 60° or at most 45°. Of course, other angles can also be realized. More preferably, the longitudinal center axis of the exhaust gas line runs through the center point of the first exhaust gas outlet opening, so that the exhaust gas is guided through the exhaust gas line without deflection up to the first exhaust gas outlet opening. The exhaust gas flowing out of the exhaust line into the bypass line, on the other hand, is deflected, so that a certain pressure loss occurs here. However, this is not relevant due to the bypassing of the exhaust gas turbine.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, nämlich eines Zylinderkopfs,
  • 2 eine schematische Teilschnittdarstellung der Brennkraftmaschine, sowie
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Abgasturbolader der Brennkraftmaschine.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawing, without the invention being restricted. It shows:
  • 1 a schematic representation of an area of an internal combustion engine, namely a cylinder head,
  • 2 a schematic partial sectional view of the internal combustion engine, and
  • 3 a schematic sectional view through an exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, genauer gesagt eines Teils der Brennkraftmaschine 1, von welcher ein Zylinderkopf 2 und ein lediglich angedeuteter Abgasturbolader 3 erkennbar sind. Der Abgasturbolader 3 ist strömungstechnisch an einen Abgaskrümmer 4 angeschlossen, der integriert in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet ist. Der Abgasturbolader 3 verfügt über ein hier lediglich angedeutetes Gehäuse 5, das an dem Zylinderkopf 2 anliegt und an diesem befestigt ist. Der Abgasturbolader 3 weist eine Abgasturbine auf, mittels welcher Strömungsenergie und/oder Enthalpie von Abgas in mechanische Energie umsetzbar ist, mit der wiederum ein Verdichter des Abgasturboladers 3 antreibbar ist.the 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1, more precisely a part of the internal combustion engine 1, of which a cylinder head 2 and a merely indicated exhaust gas turbocharger 3 can be seen. The exhaust gas turbocharger 3 is fluidically connected to an exhaust manifold 4 which is integrated into the cylinder head 2 . The exhaust gas turbocharger 3 has a housing 5, which is only indicated here, which rests against the cylinder head 2 and is fastened to it. The exhaust gas turbocharger 3 has an exhaust gas turbine, by means of which flow energy and/or enthalpy of exhaust gas can be converted into mechanical energy, with which in turn a compressor of the exhaust gas turbocharger 3 can be driven.

Der Abgaskrümmer 4 weist eine erste Abgasauslassöffnung 6 und eine zweite Abgasauslassöffnung 7 auf, welche beide in beziehungsweise an dem Zylinderkopf 2 ausgebildet sind. Beide Abgasauslassöffnungen 6 und 7 sind an den Abgasturbolader 3 angeschlossen. Aus der ersten Abgasauslassöffnung 6 austretendes Abgas wird der Abgasturbine des Abgasturboladers 3 zugeführt, wohingegen aus der zweiten Abgasauslassöffnung 7 austretendes Abgas stromabwärts der Abgasturbine in eine Abgasleitung einmündet und in Richtung einer Außenumgebung abgeführt wird.The exhaust manifold 4 has a first exhaust gas outlet opening 6 and a second exhaust gas outlet opening 7 , both of which are formed in and on the cylinder head 2 . Both exhaust gas outlet openings 6 and 7 are connected to the exhaust gas turbocharger 3 . Exhaust gas exiting from the first exhaust gas outlet opening 6 becomes the Exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger 3 is supplied, whereas exhaust gas exiting from the second exhaust gas outlet opening 7 flows into an exhaust pipe downstream of the exhaust gas turbine and is discharged in the direction of an external environment.

Die erste Abgasauslassöffnung 6 ist unmittelbar an eine Abgasleitung 8 des Abgaskrümmers 4 angeschlossen. Die zweite Abgasauslassöffnung 7 ist über eine Bypassleitung 9 und ein Stellventil 10, von welchem hier ein Stellelement 11 erkennbar ist, an die Abgasleitung 8 angeschlossen. Es ist erkennbar, dass sowohl die Abgasleitung 8 als auch die Bypassleitung 9 bis hin zu der jeweiligen Abgasauslassöffnung 6 beziehungsweise 7 durch den Zylinderkopf 2 verlaufen. Auch das Stellventil 10, insbesondere sein Stellelement 11, liegt in dem Zylinderkopf 2 vor. Dies ermöglicht eine Entdrosselung einer Abgasstrecke der Brennkraftmaschine 1, weil in dem Zylinderkopf 2 die Bypassleitung 9 mit einem vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitt ausgestaltet werden kann.The first exhaust gas outlet opening 6 is connected directly to an exhaust pipe 8 of the exhaust manifold 4 . The second exhaust gas outlet opening 7 is connected to the exhaust gas line 8 via a bypass line 9 and a control valve 10, of which a control element 11 can be seen here. It can be seen that both the exhaust gas line 8 and the bypass line 9 run through the cylinder head 2 up to the respective exhaust gas outlet opening 6 or 7 . The control valve 10 , in particular its control element 11 , is also located in the cylinder head 2 . This enables a dethrottling of an exhaust line of the internal combustion engine 1 because the bypass line 9 in the cylinder head 2 can be designed with a comparatively large flow cross section.

Die 2 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung der Brennkraftmaschine 1. Es ist erkennbar, dass zusätzlich zu dem Stellelement 11 auch ein Ventilsitz 12 des Stellventils 10 in dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist. Beispielsweise liegt der Ventilsitz 12 in Form eines Ringeinsatzes vor, welcher in eine entsprechende Aufnahme des Zylinderkopfs 2 eingesetzt ist. Das Stellventil 10 ist als Tellerventil ausgestaltet, sodass entsprechend das Stellelement 11 in Form eines Tellerventilelements vorliegt.the 2 shows a schematic partial sectional representation of the internal combustion engine 1. It can be seen that in addition to the actuating element 11, a valve seat 12 of the actuating valve 10 is also arranged in the cylinder head 2. For example, the valve seat 12 is in the form of a ring insert, which is inserted into a corresponding receptacle in the cylinder head 2 . The control valve 10 is designed as a poppet valve, so that the control element 11 is correspondingly in the form of a poppet valve element.

Das Stellventil 10 dient zum Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnittsflächen der Bypassleitung 9. Bei der hier angedeuteten ersten Schaltstellung des Stellventils 10 ist die Durchströmungsquerschnittsfläche gleich Null, die Bypassleitung 9 ist also vollständig verschlossen. Die Bypassleitung 9, insbesondere der Ventilsitz 12, kann zumindest bereichsweise von einem Kühlkanal 13 umgriffen sein. Dies ermöglicht eine Kühlung des Stellventils 10, insbesondere des Stellelements 11 und des Ventilsitzes 12, sodass eine lange Lebensdauer gewährleistet werden kann.The control valve 10 is used to set different flow cross-sectional areas of the bypass line 9. In the first switching position of the control valve 10 indicated here, the flow cross-sectional area is equal to zero, the bypass line 9 is therefore completely closed. The bypass line 9, in particular the valve seat 12, can be surrounded by a cooling channel 13 at least in certain areas. This enables the control valve 10, in particular the control element 11 and the valve seat 12, to be cooled so that a long service life can be ensured.

Es wird deutlich, dass die erste Abgasauslassöffnung 6 und die zweite Abgasauslassöffnung 7 in einer Anlagefläche 14 ausgebildet sind beziehungsweise diese durchgreifen. Die Abgasauslassöffnungen 6 und 7 sind beide randgeschlossen in der Anlagefläche 14 ausgebildet. Die Anlagefläche 14 ist bevorzugt eben ausgebildet, liegt also vollständig in einer gedachten Ebene. Die Anlagefläche 14 dient als Stützfläche für den Abgasturbolader 3 beziehungsweise dessen Gehäuse 5. Der Abgaskrümmer 4 weist entsprechend eine Anlagegegenfläche auf, mit welcher er an der Anlagefläche 14 nach seiner Montage an dem Zylinderkopf 2 anliegt.It is clear that the first exhaust gas outlet opening 6 and the second exhaust gas outlet opening 7 are formed in a contact surface 14 or pass through it. The exhaust gas outlet openings 6 and 7 are both formed in the contact surface 14 with closed edges. The contact surface 14 is preferably flat, so it lies completely in an imaginary plane. The contact surface 14 serves as a support surface for the exhaust gas turbocharger 3 or its housing 5. The exhaust manifold 4 correspondingly has a counter contact surface with which it bears against the contact surface 14 after it has been mounted on the cylinder head 2.

Die 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung durch den Abgasturbolader 3, nämlich bezüglich einer Drehachse 15 eines Turbinenrads 16 der Abgasturbine des Abgasturboladers 3. Stromabwärts des Turbinenrads 16 ist in dem Gehäuse 5 des Abgasturboladers 3 ein Abgasauslass 17 mit einem Abgasauslassquerschnitt 18 ausgebildet. Das von dem Abgaskrümmer 4 kommende Abgas durchströmt beziehungsweise überströmt zumindest zeitweise und zumindest teilweise das Turbinenrad 16 und gelangt nachfolgend in den Abgasauslass 17. Aus diesem tritt es dann durch den Abgasauslassquerschnitt 18 aus dem Abgasturbolader 3 aus, insbesondere in Richtung eines hier nicht dargestellten Fahrzeugkatalysators. Zum Anschluss des Fahrzeugkatalysators an den Abgasturbolader 3 weist das Gehäuse 5 einen Auslassflansch 19 auf, der den Abgasauslassquerschnitt 18 umgreift. Vorzugsweise weist der Abgasauslassquerschnitt 18 einen Durchmesser auf, welcher kleiner ist als der Durchmesser eines maximalen Durchströmungsquerschnitts des Fahrzeugkatalysators.the 3 shows a longitudinal sectional view through the exhaust gas turbocharger 3, namely with respect to an axis of rotation 15 of a turbine wheel 16 of the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger 3. Downstream of the turbine wheel 16, an exhaust gas outlet 17 with an exhaust gas outlet cross section 18 is formed in the housing 5 of the exhaust gas turbocharger 3. The exhaust gas coming from the exhaust manifold 4 flows through or overflows at least temporarily and at least partially the turbine wheel 16 and then reaches the exhaust gas outlet 17. It then exits through the exhaust gas outlet cross section 18 from the exhaust gas turbocharger 3, in particular in the direction of a vehicle catalytic converter, not shown here. To connect the vehicle catalytic converter to the exhaust gas turbocharger 3 , the housing 5 has an outlet flange 19 which surrounds the exhaust gas outlet cross section 18 . The exhaust gas outlet cross section 18 preferably has a diameter which is smaller than the diameter of a maximum flow cross section of the vehicle catalytic converter.

Die Bypassleitung 9 zweigt an einer Einlassöffnung von dem Abgaskrümmer 4 ab. Über eine Abgasaustrittsöffnung 20 mündet sie auf ihrem gegenüberliegenden Ende in den Abgasauslass 17 ein. Die Abgasaustrittsöffnung 20 setzt sich aus mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen 21 zusammen, die ringförmig in dem Gehäuse 5 des Abgasturboladers 3 angeordnet sind. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Abgasaustrittsteilöffnungen 21 ausgebildet, welche gleichmäßig über den Umfang hinweg verteilt vorliegen. Die Abgasaustrittsteilöffnungen 21 münden in einen Ringspalt 22 ein, der ebenfalls in dem Gehäuse 5 ausgebildet ist, vorzugsweise in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 15 durchgehend. Einerseits ist der Ringspalt 22 also strömungstechnisch an die Abgasaustrittsteilöffnung 21 und andererseits an den Abgasauslass 17 angeschlossen. Das aus den Abgasaustrittsteilöffnungen 21 austretende Abgas strömt also durch den Ringspalt 22 in den Abgasauslass 17 ein.The bypass line 9 branches off from the exhaust manifold 4 at an inlet opening. It opens into the exhaust gas outlet 17 at its opposite end via an exhaust gas outlet opening 20 . The exhaust gas outlet opening 20 is made up of several partial exhaust gas outlet openings 21 which are arranged in a ring in the housing 5 of the exhaust gas turbocharger 3 . In the exemplary embodiment shown here, four partial exhaust gas outlet openings 21 are formed, which are distributed uniformly over the circumference. The partial exhaust gas outlet openings 21 open into an annular gap 22 , which is also formed in the housing 5 , preferably continuously in the circumferential direction with respect to the axis of rotation 15 . On the one hand, the annular gap 22 is fluidically connected to the partial exhaust gas outlet opening 21 and, on the other hand, to the exhaust gas outlet 17 . The exhaust gas emerging from the partial exhaust gas outlet openings 21 therefore flows through the annular gap 22 into the exhaust gas outlet 17 .

Es ist erkennbar, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen 21 von der Drehachse des Turbinenrads 16 in radialer Richtung einen Abstand aufweisen, der lediglich etwas größer ist als ein Radius des Turbinenrads 16, insbesondere der größte Radius des Turbinenrads 16. Beispielsweise ist der Abstand der Abgasaustrittsteilöffnungen 21 von der Drehachse 15 höchstens doppelt so groß wie der Radius des Turbinenrads 16. Hierdurch wird eine äußerst kompakte Ausgestaltung des Gehäuses 5 und gleichzeitig ein geringerer Druckverlust beim Einströmen des Abgases erzielt.It can be seen that the partial exhaust gas outlet openings 21 are at a distance in the radial direction from the axis of rotation of the turbine wheel 16 which is only slightly larger than a radius of the turbine wheel 16, in particular the largest radius of the turbine wheel 16. For example, the distance between the partial exhaust gas outlet openings 21 is The axis of rotation 15 is at most twice as large as the radius of the turbine wheel 16. This results in an extremely compact design of the housing 5 and at the same time a lower pressure loss when the exhaust gas flows in.

Die hier beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 ermöglich zum einen vergleichsweise große Durchströmungsquerschnitte der Bypassleitung 9 und zum anderen eine einfache und rasche Herstellung der Strömungsverbindung zwischen dem Abgaskrümmer 4 und dem Abgasturbolader 3. Beides wird durch die zumindest teilweise Integration der Bypassleitung 9 und des Stellelements 11 in den Zylinderkopf 2 realisiert. Zudem wird durch die Verwendung der Abgasaustrittsteilöffnungen 21 und des (optionalen) Ringspalts 22 ein geringer Strömungswiderstand erzielt, weil Verwirbelungen bei dem Einströmen des Abgases aus der Bypassleitung 9 in den Abgasauslass 17 weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden.The configuration of the internal combustion engine 1 described here enables, on the one hand, comparatively large flow cross sections of the bypass line 9 and, on the other hand, a simple and rapid establishment of the flow connection between the exhaust manifold 4 and the exhaust gas turbocharger 3. Both are achieved by the at least partial integration of the bypass line 9 and the actuating element 11 in realized the cylinder head 2. In addition, the use of the partial exhaust gas outlet openings 21 and the (optional) annular gap 22 achieves a low flow resistance because turbulence when the exhaust gas flows from the bypass line 9 into the exhaust gas outlet 17 is largely or even completely avoided.

BezugszeichenlisteReference List

11
Brennkraftmaschineinternal combustion engine
22
Zylinderkopfcylinder head
33
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
44
Abgaskrümmerexhaust manifold
55
GehäuseHousing
66
Abgasauslassöffnungexhaust outlet opening
77
Abgasauslassöffnungexhaust outlet opening
88th
Abgasleitungexhaust pipe
99
Bypassleitungbypass line
1010
Stellventilcontrol valve
1111
Stellelementactuator
1212
Ventilsitzvalve seat
1313
Kühlkanalcooling channel
1414
Anlageflächecontact surface
1515
Drehachseaxis of rotation
1616
Turbinenradturbine wheel
1717
Abgasauslassexhaust outlet
1818
Abgasauslassquerschnittexhaust outlet cross-section
1919
Auslassflanschoutlet flange
2020
Abgasaustrittsöffnungexhaust outlet opening
2121
AbgasaustrittsteilöffnungExhaust outlet part opening
2222
Ringspaltannular gap

Claims (8)

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgaskrümmer (4) und einem Abgasturbolader (3), wobei der Abgaskrümmer (4) über eine Hauptleitung stromaufwärts einer Abgasturbine des Abgasturboladers (3) und über eine Bypassleitung (9) stromabwärts der Abgasturbine strömungstechnisch an den Abgasturbolader (3) angeschlossen ist, wobei die Bypassleitung (9) über eine Einlassöffnung von dem Abgaskrümmer (4) abzweigt und über eine Abgasaustrittsöffnung (20) in einen Abgasauslass (17) des Abgasturboladers (3) einmündet, und wobei in der Bypassleitung (9) ein Stellelement (11) eines Stellventils (10) zum Einstellen unterschiedlicher Durchströmungsquerschnittsflächen der Bypassleitung (9) strömungstechnisch näher an der Einlassöffnung als an der Abgasaustrittsöffnung (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abgasaustrittsöffnung (20) aus mehreren Abgasaustrittsteilöffnungen (21) zusammensetzt, die ringförmig in einem Gehäuse (5) des Abgasturboladers (3) angeordnet sind, und dass an einen Abgasauslassquerschnitt (18) des Abgasauslasses (17) ein Abgaseinlassquerschnitt eines Fahrzeugkatalysators strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Gehäuse (5) des Abgasturboladers (3) unmittelbar befestigt ist, wobei ein in Abgasströmungsrichtung maximaler Durchströmungsquerschnitt des Fahrzeugkatalysators einen größeren Durchmesser aufweist als der Abgasauslassquerschnitt (18).Internal combustion engine (1) with an exhaust manifold (4) and an exhaust gas turbocharger (3), the exhaust manifold (4) being fluidically connected to the exhaust gas turbocharger (3 ) is connected, with the bypass line (9) branching off from the exhaust manifold (4) via an inlet opening and opening into an exhaust gas outlet (17) of the exhaust gas turbocharger (3) via an exhaust gas outlet opening (20), and with an actuating element in the bypass line (9). (11) of a control valve (10) for setting different flow cross-sectional areas of the bypass line (9) is arranged fluidically closer to the inlet opening than to the exhaust gas outlet opening (20), characterized in that the exhaust gas outlet opening (20) is composed of several partial exhaust gas outlet openings (21), which are arranged annularly in a housing (5) of the exhaust gas turbocharger (3), and that at one The exhaust gas outlet cross section (18) of the exhaust gas outlet (17) is fluidically connected to an exhaust gas inlet cross section of a vehicle catalytic converter, which is directly attached to the housing (5) of the exhaust gas turbocharger (3), with a maximum flow cross section of the vehicle catalytic converter in the exhaust gas flow direction having a larger diameter than the exhaust gas outlet cross section (18 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen (21) eine Drehachse (15) eines Turbinenrads (16) der Abgasturbine in Umfangsrichtung um mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 330° oder mindestens 345° umgreifen.internal combustion engine claim 1 , characterized in that the partial exhaust gas outlet openings (21) surround an axis of rotation (15) of a turbine wheel (16) of the exhaust gas turbine in the circumferential direction by at least 180°, at least 270°, at least 300°, at least 330° or at least 345°. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen (21) über einen in dem Gehäuse (5) ausgebildeten Ringspalt (22) in den Abgasauslass (17) einmünden. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the partial exhaust gas outlet openings (21) open into the exhaust gas outlet (17) via an annular gap (22) formed in the housing (5). Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (22) eine Drehachse (15) eines Turbinenrads (16) in Umfangsrichtung um mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 230°, mindestens 345° oder vollständig umgreift.internal combustion engine claim 3 , characterized in that the annular gap (22) surrounds an axis of rotation (15) of a turbine wheel (16) in the circumferential direction by at least 180°, at least 270°, at least 300°, at least 230°, at least 345° or completely. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (9) mehrere Bypassteilleitungen aufweist, wobei über jede der Bypassteilleitungen jeweils wenigstens eine der Abgasaustrittsteilöffnungen (21) strömungstechnisch an die Einlassöffnung angeschlossen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the bypass line (9) has a plurality of partial bypass lines, at least one of the partial exhaust gas outlet openings (21) being fluidically connected to the inlet opening via each of the partial bypass lines. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasaustrittsteilöffnungen (21) und/oder der Ringspalt (22) von einer Drehachse (15) eines Turbinenrads (16) in radialer Richtung einen Abstand aufweisen, der um einen Faktor von höchstens 2, höchstens 1,75 oder höchstens 1,5 größer ist als ein Radius eines Außenumfangs des Turbinenrads (16).internal combustion engine claim 3 , characterized in that the partial exhaust gas outlet openings (21) and/or the annular gap (22) are at a distance from an axis of rotation (15) of a turbine wheel (16) in the radial direction by a factor of at most 2, at most 1.75 or at most 1.5 is greater than a radius of an outer circumference of the turbine wheel (16). Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (4) in einen Zylinderkopf (2) integriert ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust manifold (4) is integrated into a cylinder head (2). Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (9) zumindest bereichsweise durch den Zylinderkopf (2) verläuft und das Stellelement (11) in einem durch den Zylinderkopf (2) verlaufenden Bereich der Bypassleitung (9) angeordnet ist.internal combustion engine claim 7 , characterized in that the bypass line (9) runs at least partially through the cylinder head (2) and the adjusting element (11) is arranged in a through the cylinder head (2) running region of the bypass line (9).
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