DE112006001468T5 - Integrierte, innen liegende Abgaskrümmer für V-Motoren - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor, der umfasst:
ein Zylindergehäuse mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen, wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen jeweils mindestens eine darin definierte Zylinderbohrung aufweisen;
wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen in Bezug zueinander derart angeordnet sind, dass sie einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad bilden und dadurch einen allgemein V-förmigen Hohlraum definieren;
einen ersten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit einem ersten Zylinderkopf gebildet ist;
einen zweiten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit einem zweiten Zylinderkopf gebildet ist; und
wobei der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer im Wesentlichen benachbart zu dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Zylinderköpfe für einen Verbrennungsmotor und im Spezielleren eine Zylinderkopfkonfiguration mit einem integrierten Abgaskrümmer.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein typischer Verbrennungsmotor mit oben hängenden Ventilen umfasst ein Zylindergehäuse, das mindestens eine Zylinderbohrung mit einen darin hin- und herbewegbaren Kolben definiert. Der Kolben und die Zylinderbohrung arbeiten mit einem Zylinderkopf zusammen, um eine Brennraum mit einem variablen Volumen zu bilden. Der Zylinderkopf definiert Ansaugkanäle, durch die Luft, die von einem Ansaugkrümmer bereitgestellt wird, selektiv in den Brennraum eingeleitet wird. Darüber hinaus definiert der Zylinderkopf Abgaskanäle, durch die Abgase oder Verbrennungsprodukte selektiv aus dem Brennraum abgesaugt werden. Typischerweise ist ein Abgaskrümmer durch Verschrauben oder ein anderes Befestigungsverfahren an dem Zylinderkopf befestigt, sodass der Abgaskrümmer mit jedem Abgaskanal verbunden ist, um die Abgase aus dem Verbrennungsmotor zu einem Fahrzeug-Abgassystem für eine nachfolgende Freisetzung in die Umgebung zu transportieren. Bei der Konstruktion eines Abgaskrümmers werden viele Aspekte wie z. B. Verpackungsbeschränkungen, Gewicht, Kosten, Strömungsverhalten und Dauerhaftigkeit berücksichtigt. Die Dauerhaftigkeit kann insofern von Bedeutung sein, als der Abgaskrümmer und der Kopf, an dem er befestigt ist, typischerweise verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungsraten sind. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungsraten können zu Spannungen im Zylinderkopf wie auch dem Abgaskrümmer führen.
  • Einige moderne Verbrennungsmotoren können einen Turbolader verwenden. Der Turbolader weist einen Turbinenabschnitt und einen Kompressorabschnitt auf. Der Turbinenabschnitt weist ein Turbinengehäuse auf, das mit dem Abgaskrümmer verbunden ist. Das Turbinengehäuse leitet die Wärme, Geräusche und kinetische Energie des strömenden Abgasstromes, um eine Turbinenschaufel zu drehen. Die Turbinenschaufel ist starr an einer Kompressorschaufel für eine einheitliche Rotation mit dieser angebracht. Wenn sich die Kompressorschaufel dreht, wird die Luft innerhalb eines Kompressorgehäuses komprimiert. Danach wird die komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer eingeleitet, um den volumetrischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Um die Leistung des Turboladers zu erhöhen, bringen Motorkonstrukteure das Turbinengehäuse typischerweise so nahe wie möglich am Abgaskanal an, sodass die Wärmeenergie, die andernfalls verwendet werden kann, um die Turbinenschaufel zu drehen, nicht durch Abstrahlung an die Umgebung verschwendet wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Verbrennungsmotor ist vorgesehen, der ein Zylindergehäuse mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen aufweist. Die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen weisen jeweils mindestens eine darin definierte Zylinderbohrung auf. Die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen sind in Bezug zueinander derart angeordnet, dass sie einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad bilden und dadurch einen allgemein V-förmigen Hohlraum definieren. Ebenfalls vorgesehen sind ein erster integrierter Abgaskrümmer, der einteilig mit einem ersten Zylinderkopf gebildet ist, und ein zweiter integrierter Abgaskrümmer, der einteilig mit einem zweiten Zylinderkopf gebildet ist. Der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer sind im Wesentlichen benachbart zu dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet.
  • Der Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung kann ein Motor mit Fremdzündung oder ein Motor mit Kompressionszündung sein. Darüber hinaus kann/können ein oder mehrere Turbolader in Bezug auf mindestens einen von dem ersten und dem zweiten integrierten Abgaskrümmer derart positioniert sein, dass der Turbolader allgemein in dem allgemein V-förmigen Hohlraum positioniert ist.
  • Die oben stehenden Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnung offensichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Rückansicht eines V-Verbrennungsmotors mit Abgaskrümmern, die in den Zylinderköpfen in einer innen liegenden Konfiguration integriert sind; und
  • 2 ist eine schematische Draufsicht des in 1 gezeigten V-Verbrennungsmotors.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Darstellungen durchwegs entsprechende Teile bezeichnen, ist in 1 ein Verbrennungsmotor, allgemein bei 10 bezeichnet, gezeigt. Der Verbrennungsmotor 10 kann in einem kompressionsgezündeten oder funkengezündeten Verbrennungsbetrieb arbeiten, die dem Fachmann beide bekannt sind. Der Verbrennungsmotor 10 weist ein Zylindergehäuse 12 mit einer allgemeinen V-Konfiguration auf. In einer V-Konfiguration sind eine erste und eine zweite Reihe von Zylinderbohrungen 14 bzw. 14' des Zylindergehäuses 12 mit einem eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad relativ zueinander angeordnet. Der Fachmann wird erkennen, dass die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen 14 und 14' jeweils eine oder eine Vielzahl von als Phantom gezeigte/n Zylinderbohrungen 16 enthalten kann. Ein erster und ein zweiter Zylinderkopf 18 und 18' sind im Bezug auf die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen 14 bzw. 14' angebracht.
  • Der erste und der zweite Zylinderkopf 18 und 18' definieren jeweils eine Vielzahl von Abgaskanälen 20, durch die Abgase oder Verbrennungsprodukte selektiv aus der entsprechenden Zylinderbohrung 16 abgesaugt werden. Die Abgaskanäle 20 leiten Abgase an einen entsprechenden von dem ersten und dem zweiten integrierten Abgaskrümmer 22 und 22' weiter, die jeweils innerhalb des ersten und des zweiten Zylinderkopfes 18 bzw. 18' definiert sind. Der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer 22 und 22' sind einteilig mit dem entsprechenden ersten und zweiten Zylinderkopf 18 und 18' gebildet, wodurch die Notwendigkeit für Befestigungselemente und Dichtungen, die typischerweise zum Befestigen eines Abgaskrümmers erforderlich sind, vermieden ist. Da die integrierten Abgaskrümmer 22 und 22' einteilig mit den Zylinderköpfen 18 bzw. 18' ge bildet sind, sind die möglichen Abgasleckagewege während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 10 reduziert.
  • Der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer 22 und 22' sind derart an dem Verbrennungsmotor 10 positioniert, dass sie Abgase in einer innen liegenden Konfiguration, d. h. der erste und der zweite Abgaskrümmer 22 und 22' sind im Wesentlichen benachbart zu einem innen liegenden Bereich oder einem allgemein V-förmigen Hohlraum 24 angeordnet, austragen. Die Konfiguration mit innen liegendem Austrag ist insofern vom Vorteil, als die Einbauraumanforderung des Motors 10 verringert sein kann. Die integrierten Abgaskrümmer 22 und 22' können innerhalb des Umfangs der Ansprüche in einer beliebigen Orientierung innerhalb des durch den Hohlraum 24 definierten allgemeinen Bereiches austragen. Ein/e entsprechende/s erste/s und zweite/s Austragleitung oder -rohr 26, 26' steht in Fluidverbindung mit dem ersten bzw. dem zweiten integrierten Abgaskrümmer 22 und 22'.
  • Der Verbrennungsmotor 10 umfasst auch einen Turbolader 28. Der Turbolader 28 umfasst ein Turbinengehäuse 30, in das das erste und das zweite Austragrohr 26 und 26' Abgase weiterleiten. Der Fachmann wird erkennen, dass das erste und das zweite Austragrohr 26 und 26' beseitigt sein können, indem das erste und das zweite Austragrohr 26 und 26' in dem Turbinengehäuse 30 enthalten sind. Die Wärme, Geräusche und kinetische Energie der Abgase bewirken, dass sich eine Turbinenschaufel 32, in 1 in gestrichelten Linien gezeigt, in dem Turbinengehäuse 30 dreht oder rotiert. Wenn die nutzbare Energie durch den Turbolader 28 entfernt ist, werden die Abgase für eine nachfolgende Freisetzung in die Umgebung an ein Austragrohr 34 weitergeleitet. Die innen liegende Konfiguration des ersten und des zweiten integrierten Abgaskrümmers 22 und 22' lässt ein Minimieren der Länge des ersten und des zweiten Austrag rohres 26 und 26' zu. Durch Minimieren der Länge des ersten und des zweiten Austragrohres 26 und 26' kann die Wärmeenergie der Abgase zurückgehalten werden, um die Turbinenschaufel 32 zu drehen. Diese Wärmeenergie würde andernfalls durch Wärmeübertragung an die Umgebung verloren gehen. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung einen einzigen Turbolader 28, Doppel-Turbolader oder mehrstufige Turbolader beinhalten kann.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Draufsicht des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors 10 gezeigt. Wie gezeigt, ist die Turbinenschaufel 32 über eine Welle 36 starr mit einer Kompressorschaufel 38 für eine einheitliche Drehung mit dieser verbunden. Die rotierende Kompressorschaufel 38 wirkt mit einem Kompressorgehäuse 40 zusammen, um Luft allgemein bei Umgebungsdruck einzuleiten und die Luft danach zu verdichten. Die Luft wird an einen Kompressor Auslasskanal 42 weitergeleitet, der mit einem ersten und einem zweiten Ansaugkrümmer 44 bzw. 44' verbunden ist. Der erste und der zweite Ansaugkrümmer 44 und 44' verteilen die Luft an eines von einer Vielzahl von Ansaugkrümmerrohren, die in Fluidverbindung mit einem entsprechenden einer Vielzahl von Ansaugkanälen 48 stehen, die durch den ersten und den zweiten Zylinderkopf 18 und 18' definiert sind. Die Ansaugkanäle 48 leiten Luft selektiv in eine entsprechende der Vielzahl von Zylinderbohrungen 16, wo sie dann gemeinsam mit einer Kraftstoffladung auf eine bekannte Weise verbrannt wird.
  • Der Verbrennungsmotor kann ferner eine Nachbehandlungsvorrichtung 50 wie z. B. einen Abgaskatalysator und/oder einen Partikelfilter umfassen, der in dem V-förmigen Hohlraum 24 und in unterstromiger Strömungsbeziehung zu dem Turbolader 28 angeordnet ist. Die kompakte Anordnung der integrierten Abgaskrümmer 22 und 22' lässt zu, die Nachbe handlungsvorrichtung 50 eng gekoppelt mit dem Verbrennungsmotor 10 zu verpacken. Während der in den 1 und 2 gezeigte Verbrennungsmotor 10 den Turbolader 28 umfasst, wird der Fachmann einsehen, dass der Turbolader 28 vorhanden sein kann oder nicht, ohne das erfinderische Konzept zu verlassen. Überdies können die Ansaugkanäle 48 entweder auf der innen liegenden Seite der Zylinderköpfe 18 und 18' oder der außen hegenden Seite der Zylinderköpfe 18 und 18', wie in 2 gezeigt, vorgesehen sein.
  • Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verbrennungsmotor weist eine erste und eine zweite Zylinderreihe auf. Die erste und die zweite Zylinderreihe sind derart angeordnet, dass sie in Bezug zueinander einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad aufweisen und dadurch einen innen liegenden Bereich oder einen allgemein V-förmigen Hohlraum bilden. Ein entsprechender erster und zweiter Zylinderkopf ist in Bezug auf die erste und die zweite Zylinderreihe angebracht. Integriert in dem ersten und dem zweiten Zylinderkopf sind ein erster bzw. ein zweiter integrierter Abgaskrümmer. Der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer sind an dem Motor in einer „innen liegenden" Konfiguration vorgesehen, d. h., sie sind auf einer Seite ihres entsprechenden Zylinderkopfes derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen benachbart zu dem allgemein V-förmigen Hohlraum sind. Der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer können dazu dienen, um Abgase aus dem Motor zu mindestens einem Turbolader zu transportieren, der im Wesentlichen in dem allgemein V-förmigen Hohlraum angebracht ist.

Claims (14)

  1. Verbrennungsmotor, der umfasst: ein Zylindergehäuse mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen, wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen jeweils mindestens eine darin definierte Zylinderbohrung aufweisen; wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen in Bezug zueinander derart angeordnet sind, dass sie einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad bilden und dadurch einen allgemein V-förmigen Hohlraum definieren; einen ersten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit einem ersten Zylinderkopf gebildet ist; einen zweiten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit einem zweiten Zylinderkopf gebildet ist; und wobei der erste und der zweite integrierte Abgaskrümmer im Wesentlichen benachbart zu dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet sind.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens einen Turbolader; und wobei der mindestens eine Turbolader allgemein in dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine Turbolader dazu dient, um Abgase von mindestens einem von dem ersten und dem zweiten integrierten Abgaskrümmer aufzunehmen.
  3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor in einem kompressionsgezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor in einem funkengezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den ersten Zylinderkopf weiterzuleiten; einen zweiten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den zweiten Zylinderkopf weiterzuleiten; wobei der erste Ansaugkrümmer in Bezug auf den ersten Zylinderkopf gegenüber dem ersten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist; und wobei der zweite Ansaugkrümmer in Bezug auf den zweiten Zylinderkopf gegenüber dem zweiten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist.
  6. Verbrennungsmotor, umfassend: ein Zylindergehäuse mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen, wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen jeweils mindestens eine darin definierte Zylinderbohrung aufweisen; wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen in Bezug zueinander derart angeordnet sind, dass sie einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad bilden und dadurch einen allgemein V-förmigen Hohlraum definieren; einen ersten Zylinderkopf, der in Bezug auf die erste Reihe von Zylinderbohrungen angebracht ist, wobei der erste Zylinderkopf eine erste Vielzahl von Abgaskrümmerrohren definiert; einen ersten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit dem ersten Zylinderkopf gebildet und mit der ersten Vielzahl von Abgaskrümmerrohren verbunden ist; einen zweiten Zylinderkopf, der in Bezug auf die zweite Reihe von Zylinderbohrungen angebracht ist, wobei der zweite Zylinderkopf eine zweite Vielzahl von Abgaskrümmerrohren definiert; einen zweiten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit dem zweiten Zylinderkopf gebildet und mit der zweiten Vielzahl von Abgaskrümmerrohren verbunden ist; und wobei der erste und der zweite Abgaskrümmer in Bezug auf den all-gemein V-förmigen Hohlraum nebeneinander angeordnet sind.
  7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, ferner umfassend: mindestens einen Turbolader; und wobei der mindestens eine Turbolader allgemein in dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine Turbolader dazu dient, um Abgase von mindestens einem von dem ersten und dem zweiten integrierten Abgaskrümmer aufzunehmen.
  8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei der Verbrennungsmotor in einem kompressionsgezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei der Verbrennungsmotor in einem funkengezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen ersten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den ersten Zylinderkopf weiterzuleiten; einen zweiten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den zweiten Zylinderkopf weiterzuleiten; wobei der erste Ansaugkrümmer in Bezug auf den ersten Zylinderkopf gegenüber dem ersten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist; und wobei der zweite Ansaugkrümmer in Bezug auf den zweiten Zylinderkopf gegenüber dem zweiten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist.
  11. Verbrennungsmotor, umfassend: ein Zylindergehäuse mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen, wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen jeweils mindestens eine darin definierte Zylinderbohrung aufweisen; wobei die erste und die zweite Reihe von Zylinderbohrungen in Bezug zueinander derart angeordnet sind, dass sie einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 180 Grad bilden und dadurch einen allgemein V-förmigen Hohlraum definieren; einen ersten Zylinderkopf, der in Bezug auf die erste Reihe von Zylinderbohrungen angebracht ist, wobei der erste Zylinderkopf eine erste Vielzahl von Abgaskrümmerrohren definiert; einen ersten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit dem ersten Zylinderkopf gebildet und mit der ersten Vielzahl von Abgaskrümmerrohren verbunden ist; einen zweiten Zylinderkopf, der in Bezug auf die zweite Reihe von Zylinderbohrungen angebracht ist, wobei der zweite Zylinderkopf eine zweite Vielzahl von Abgaskrümmerrohren definiert; einen zweiten integrierten Abgaskrümmer, der einteilig mit dem zweiten Zylinderkopf gebildet und mit der zweiten Vielzahl von Abgaskrümmerrohren verbunden ist; mindestens einen Turbolader; wobei der mindestens eine Turbolader allgemein in dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine Turbolader dazu dient, um Abgase von mindestens einem von dem ersten und dem zweiten integrierten Abgaskrümmer aufzunehmen; und wobei mindestens einer von dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer im Wesentlichen benachbart zu dem allgemein V-förmigen Hohlraum angeordnet ist.
  12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, wobei der Verbrennungsmotor in einem kompressionsgezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, wobei der Verbrennungsmotor in einem funkengezündeten Verbrennungsbetrieb arbeitet.
  14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen ersten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den ersten Zylinderkopf weiterzuleiten; einen zweiten Ansaugkrümmer, der dazu dient, um Ansaugluft an den zweiten Zylinderkopf weiterzuleiten; wobei der erste Ansaugkrümmer in Bezug auf den ersten Zylinderkopf gegenüber dem ersten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist; und wobei der zweite Ansaugkrümmer in Bezug auf den zweiten Zylinderkopf gegenüber dem zweiten integrierten Abgaskrümmer angebracht ist.
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