DE69723307T2

DE69723307T2 - Turbogeladener verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69723307T2
Application number: DE69723307T
Authority: DE
Inventors: Lennarth Zander; Lars Nilsson; Patrick Olsson; Fredrik Wemmert; Johan Tollmen
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: DE69723307D1; ATE244359T1; SE9604639L; WO1998029646A1; SE9604639D0; EP0956434A1; SE508090C2; JP2001506341A; US6185938B1; EP0956434B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen turbogeladenen 5-Zylinder-Verbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer, der mit einem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Krümmer fünf Abgaskrümmerleitungen aufweist, von denen vier in Paare kombiniert sind und sich in einen Einlass in das Turbinengehäuse öffnen.
US-A-4,207,742 offenbart als vorbekannt einen 5-Zylinder-Motor dieser Art, der ein Turbinengehäuse mit drei Einlassöffnungen besitzt, die sich in einen gemeinsamen Einlasskanal zu dem Inneren des Turbinengehäuses öffnen. Die Paare von Abgaskrümmerleitungen sind jeweils mit einer größeren Einlassöffnung verbunden, während die fünfte Abgaskrümmerleitung mit ihrer eigenen, kleineren Einlassöffnung verbunden ist. Ein 5-Zylinder-Motor stellt höhere Anforderungen an das Design des Abgaskrümmers als ein 4-Zylinder-Motor aufgrund der Tatsache, dass die Überlappung zwischen den Auslassventilen in der offenen Position größer ist als bei dem 4-Zylinder-Motor und daher die Gefahr, dass die Zylinder einander während des Gasaustausches stören, größer ist. Die beschriebene Verteilung ermöglicht eine Form einer Dreifach-Impulsaufladung („three-pulse supercharging"), welche den Verteilungseinfluss der Zylinder aufeinander während des Gasaustausches begrenzt. (siehe ebenso US-A-4,406,126.)
Bei dem oben beschriebenen, bekannten Motor ist die Abgaskrümmerleitung des einen, äußeren Zylinders direkt mit dem Turbinengehäuse verbunden. Die Abgaskrümmerleitung von dem nächsten Zylinder strömt zusammen mit der Abgaskrümmerleitung des zweitäußersten Zylinders, und die zwei Abgaskrümmerleitungen der zwei verbleibenden Zylinder sind miteinander kombiniert. Dies bedeutet, dass wenn man den Zylinder mit der getrennten Abgaskrümmerleitung ignoriert, die Abgaskrümmerleitungen von den anderen vier Zylindern auf dieselbe Weise wie bei einem herkömmlichen 4-Zylinder-Motor gruppiert sind, d. h. die Abgaskrümmerleitungen von den äußeren Zylindern strömen zusammen, ebenso wie die Abgaskrümmerleitungen von den mittleren Zylindern.
Es ist allgemein ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ausgehend von dem obigen Design, eine erhöhte Bauteilkompatibilität zwischen den 4-Zylinder- und den 5-Zylinder-Motoren zu erzielen. Ein zusätzlicher Zweck der Erfindung ist es, einen 5-Zylinder-Motor der eingangs beschriebenen Art zu erzielen, der ein Grunddesign besitzt, das sowohl echte Druckwellenaufladung als auch geringe Emissionen beim Starten ermöglicht.
Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 erzielt. Die fünfte Abgaskrümmerleitung ist durch einen Katalysator hinter das Turbinengehäuse geführt und öffnet sich in eine Abgasleitung auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses, welche einen weiteren Katalysator enthält.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Nachteil des Nicht-Nutzens der Energie von dem fünften Zylinder zum Antreiben der Turbine geringer ist als die anderen Vorteile, die erzielt werden können, beispielsweise die Beseitigung von Druckwellen von dem fünften Zylinder, welche andere Zylinder stören können. Ein Ergebnis wird sein, dass eine Abgaskrümmerleitung mit einer zugehörigen Turbine für einen 4-Zylinder-Motor ohne Veränderung in einem 5-Zylinder-Motor verwendet werden kann. Dies setzt selbstverständlich voraus, dass der einzige Unterschied zwischen dem 4- und dem 5-Zylinder-Motor die Anzahl der Zylinder ist.
Um die Vorteile des Ermöglichens, dass nur vier Zylinder die Turbine eines 5-Zylinder-Motores antreiben, vollständig auszunützen, wird in einer Weiterbildung der grundlegenden Erfindung eine Abgasturbine vom sogenannten Doppeleingangstyp („twin-entry-type") verwendet, die ein Turbinengehäuse mit einem getrennten Einlass für jeden von zwei getrennten Einlasskanälen zum Inneren des Turbinengehäuses besitzt. Durch Verbinden eines Paares von Abgastrümmerleitungen mit jedem Turbineneinlass wird eine echte Druckwellenaufladung (pressure-wave-supercharging) in einem 5-Zylinder-Motor ebenso erzielt, was die Werte für Restgas und Füllgrad verbessert, insbesondere bei geringer Drehzahl, wo die Antwort bestimmt wird.
Es ist vorbekannt, in dem Abgaskrümmer eines Saugmotors einen zusätzlichen, sogenannten Anlasskatalysator anzuordnen, der mittels seiner Anordnung nahe zu den Motorzylindern schneller aufgewärmt wird als ein herkömmlicher Hauptkatalysator, der in der Abgasleitung angeordnet ist. Der zusätzliche Katalysator trägt zu einem schnelleren Aufwärmen des Hauptkatalysators bei, und dies führt zu geringeren Emissionen beim Starten.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines Motors gemäß der Erfindung, der in einer Abgasleitung auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses eine katalytischen Abgasreiniger besitzt, öffnet sich die fünfte Abgaskrümmerleitung in das Abgasrohr stromaufwärts des Abgasreinigers und enthält einen zusätzlichen katalytischen Abgasreiniger. Ein katalytischer Abgasreiniger erzeugt einen bestimmten Abgasgegendruck und kann daher nicht in dem Abgaskrümmer zwischen dem Motorblock und dem Turbinengehäuse in einem Turbomotor angeordnet werden, jedoch ermöglicht es die Anordnung mit einem fünften Abgaskrümmer, der hinter die Turbine geführt ist, auch in einem Turbomotor einen Anlasskatalysator einzusetzen. Der Katalysator trägt hier ebenso zum Erzeugen eines Abgasgegendrucks im Gleichgewicht mit dem Gegendruck, welchen die Turbine in den anderen vier Abgaskrümmerleitungen erzeugt, bei.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf ein in der begleitenden Zeichnung gezeigtes Beispiel beschrieben, die eine schematische Darstellung eines Motors gemäß der Erfindung zeigt.
Der in der Figur gezeigte Motor besitzt einen Motorblock mit fünf Zylindern 1, 2, 3, 4 und 5, wobei sich der Abgasausgang in fünf Abgaskrümmerleitungen 6, 7, 8, 9 und 10 öffnet, von denen die Abgaskrümmerleitungen 7 und 8 als Paar kombiniert sind, ebenso wie die Abgaskrümmerleitungen 9 und 10. Die jeweiligen Paare von Abgaskrümmerleitungen 7, 8 und 9, 10 öffnen sich jeweils in einen einzelnen Einlass 11, 12 in dem Turbinengehäuse 13 eines Turbokompressors, der einen Turbinenabschnitt 14 vom sogenannten Doppeleingangstyp besitzt. Der Turbinenabschnitt 14 treibt einen Kompressorabschnitt 15 an, welcher Einlassluft zu dem Einlasskrümmer 16 des Motors zuführt. Das Turbinengehäuse 13 besitzt einen Auslass 17, der mit einer Abgasleitung 18 verbunden ist, die sich in einen katalytischen Abgasreiniger 19 öffnet.
Der Abgasauspuff von dem ersten Zylinder 1 öffnet sich in eine Abgaskrümmerleitung 6, die hinter das Turbinengehäuse 13 geführt ist und sich in die Abgasleitung 18 zwischen dem Turbinengehäuse 13 und dem Katalysator 19 öffnet. Die Abgaskrümmerleitung 6 enthält einen Anlasskatalysator 20, der aufgrund seiner Nähe zu dem Zylinder 1 schnell aufgewärmt wird und zu einem schnellen Aufwärmen des Hauptkatalysators 19 beiträgt.
Selbst wenn die Erfindung oben unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben worden ist, in welchem der erste Zylinder hinter die Turbine geführt ist, ist es selbstverständlich leicht zu erkennen, dass irgendein Zylinder ausgewählt werden kann, um hinter die Turbine geführt zu werden, abhängig von der Eignung der betreffenden Motorinstallation.

Claims

Turbogeladener Fünfzylinderverbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer, der mit einem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Krümmer fünf Abgaskrümmerleitungen aufweist, von denen vier in Paare kombiniert sind und sich in einen Einlass in das Turbinengehäuse öffnen, und die fünfte Abgaskrümmerleitung (6) ist hinter das Turbinengehäuse (13) geführt und öffnet sich in ein Abgasrohr (18) auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrohr (18) auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses (13) einen katalytischen Abgasreiniger (19) enthält, und dass die fünfte Abgaskrümmerleitung (6) sich in das Abgasrohr (18) stromaufwärts des Abgasreinigers öffnet und einen zusätzlichen katalytischen Abgasreiniger (20) enthält.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (13) einen separaten Einlass (11, 12) für jeden von zwei getrennten Einlasskanälen zum Inneren des Turbinengehäuses besitzt, und dass ein Paar von Abgaskrümmerleitungen (7, 10 und 8, 9) sich in jeden Einlass öffnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Abgaskrümmerleitung (6) von einem (1) der äußeren Zylinder des Motors geführt ist, dass die Abgaskrümmerleitung (8) von dem mittleren Zylinder (3) des Motors mit der Abgaskrümmerleitung (9) von einem (4) der Zylinder benachbart zu dem mittleren Zylinder kombiniert ist, und dass die Abgaskrümmerleitung (10) von dem anderen (5) der äußeren Zylinder des Motors mit der Abgaskrümmerleitung (7) des anderen (2) der Zylinder benachbart zu dem mittleren Zylinder kombiniert ist.