DE7016913U - FIVE-CYLINDER IN-LINE OR TEN-CYLINDER V-COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST GAS TURBOCHARGER - Google Patents

FIVE-CYLINDER IN-LINE OR TEN-CYLINDER V-COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST GAS TURBOCHARGER

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Description

AKTIENGESELLSCHAFT KÜHNLE, KOPl5 & kAÜSCH FRANKENTHAL(PFALZ) Seite. ...1.AKTIENGESELLSCHAFT KÜHNLE, KOPl 5 & kAÜSCH FRANKENTHAL (PFALZ) page. ...1.

Nr. vom: an Fa.No. from: to Fa.

Beschreibungdescription

/L-FünfzylInder-Reihen- oder Zehnzvllnder-V-Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader"^ / L -Fifth-cylinder in-line or ten-cylinder V internal combustion engine with exhaust gas turbocharger "^

Die Erfindung betrifft einen Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader. Sie ist besonders für Anlagen mit solchen Turboladern bestimmt, welche hohe Energiepulsationen am Turbineneintritt mit gutem Wirkungsgrad verwerten können. Da solche Turbolader in letzter Zeit neu entwickelt wurden, ist es besonders Sinnvoll, hierfür geeignete Anordnungen zu erstellen.The invention relates to a five-cylinder in-line or ten-cylinder V-type internal combustion engine with exhaust gas turbocharger. It is especially designed for systems with such turbochargers, which have high energy pulsations can utilize at the turbine inlet with good efficiency. Since such turbochargers have been newly developed recently, it is It is particularly useful to create suitable arrangements for this.

Bisher wurden hierbei die Auspuffleitungen ohne Rücksicht auf den Abgasturbolader zunächst so verlegt, wie sie sich an dem Motor aus der zweckmäßigen Zusammenfassung einzelner Zylindergruppen ergaben. Sie wurden dann je nach Anordnung des Laders am Motor se zu der Turbine geführt, wie es sich aus räumlichen Gründen am zweckmässigsten ergab. Dies gestattet jedoch nicht, die stark pulsierende Energie der Auspuffstöße im Abgasturbolader mit gutem Wirkungsgrad auszunutzen.So far, the exhaust lines were initially laid in the same way as they appear on the engine, regardless of the exhaust gas turbocharger the appropriate combination of individual cylinder groups resulted. They then became the se depending on the arrangement of the loader on the engine Turbine guided as it is most expedient for spatial reasons revealed. However, this does not allow the strongly pulsating energy of the exhaust shocks in the exhaust gas turbocharger with good efficiency to take advantage of.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Auspuffanlage des Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Motors so zu gestalten, daß vom Zylinderaustritt bis zum Laufrad der Abgasturbine eine strömungstechnische Einheit entsteht und daher die beste Ausnutzung insbesondere der hohen Energiepulsationen gegeben ist.The invention has set itself the task of designing an exhaust system of the five-cylinder in-line or ten-cylinder V-engine in such a way that that from the cylinder outlet to the impeller of the exhaust gas turbine a fluidic unit is created and therefore the best use is made of the high energy pulsations in particular.

701691324.5.73701691324.5.73

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß von den fünf Zylindern einer Reihe, in Längsrichtung des Motors gezählt, der 1. und 2. sowie der 4. und 5. Je in einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt sind und daß der mittlere 3. Zylinder eine getrennte Auspuffleitung besitzt und daß diese drei Leitungen getrennt bis direkt vor das Laufrad der Abgasturbine geführt werden und daß der Querschnitt dieser drei Leitungen kurz vor dem Laufrad der Turbine kleiner ist als der Zulaufquerschnitt an der Zunge der einflutigen Spirale des Eintrittsgehäuses der Turbine,The invention solves this problem in that of the five cylinders one row, counted in the longitudinal direction of the motor, the 1st and 2nd as well as the 4th and 5th, each combined in a common line and that the middle 3rd cylinder has a separate exhaust line and that these three lines are separated up to directly in front of the impeller of the exhaust gas turbine and that the cross-section of these three lines just before the impeller of the turbine is smaller than the inlet cross-section on the tongue of the single-flow Spiral of the inlet casing of the turbine,

Zusätzlich ergab es sich als besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindungsaufgabe, daß die Endquerschnitte dieser drei Leitungen kurz vor der Turbine je zwischen 85 und 9596 des Zulaufquerschnittes an der Zunge der Turbinenspirale betragen.In addition, it was found to be particularly advantageous in terms of the object of the invention that the end cross-sections of these three lines shortly before the turbine between 85 and 9596 of the inlet cross-section on the tongue of the turbine volute.

Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten werden im Rahmen der Beschreibung anhand der Bilder Fig. 1 bis 4 erläutert.Further advantageous design options are available as part of the Description with reference to the pictures Fig. 1 to 4 explained.

Fig. 1 und 2 stellen jede eine schematische Draufsicht auf einen FUnfzylinder-Reihen-Motor bzw. auf eine Reihe eines Zehnzylinder-V-Motors mit der erfindungsgemäßen Auspuffanlage dar.Figs. 1 and 2 each show a schematic plan view of a five-cylinder in-line engine and a row of a ten-cylinder V-engine, respectively with the exhaust system according to the invention.

Fig. 3 und 4 zeigen eine besonders vorteilhafte Zusammenfassung der drei getrennten Auspuffleitungen am Eintrittsgehäuse des Abgasturboladers. 3 and 4 show a particularly advantageous combination of the three separate exhaust lines on the inlet housing of the exhaust gas turbocharger.

Figc 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in schematischer Darstellung bei Anbringung des Abgasturboladers 21 etwa in der Mitte der Längsseite des Motors. Die fünf Zylinder sind entsprechend derFigc 1 shows the arrangement according to the invention in a schematic representation when attaching the exhaust gas turbocharger 21 approximately in the middle of the longitudinal side of the engine. The five cylinders are corresponding to the

Zündfolge so zu Abgassträngen zusammengefaßt, daß sie sich gegenseitig nicht stören. Die Zylinder 1 und 2 sind dementsprechend in der Auspuffleitung 6 zusammengefaßt, die letzten beiden Zylinder 4 und 5 in der Leitung 8. Der mittlere dritte Zylinder besitzt eine eigene Auspuffleitung 7- Die drei Auspuffleitungen 6, 7 und 8 sind kurz bevor das Gas das Turbinenlaufrad erreicht, auf die Querschnitte 9 verengt. Diese Querschnitte 9 sikd kleiner als der angedeutete Querschnitt 10 an der Zunge der einflutigen Spirale des Eintrittsgehäus«3 der unter 21 gezeigten Turbine des Abgastur boladers.Firing order combined into exhaust lines so that they are mutually exclusive do not bother. The cylinders 1 and 2 are accordingly combined in the exhaust line 6, the last two cylinders 4 and 5 in line 8. The middle third cylinder has its own exhaust line 7- The three exhaust lines 6, 7 and 8 are narrowed to the cross-sections 9 shortly before the gas reaches the turbine impeller. These cross sections 9 sikd smaller than that Indicated cross-section 10 on the tongue of the single-flow spiral of the inlet housing «3 of the exhaust gas turbine shown under 21 boladers.

Die Untersuchungen haben ergeben, daß es günstig ist, den Querschnitt 91 der kleiner sein soll als der Querschnitt 10, zwischen 85 und 9596 des Querschnittes 10 auszuführen. Außerdem 3ollen die Querschnitte so gelegt werden, daß die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Querschnitt 9 mit möglichst geringer Umlenkung auf kürzestem Wege ohne weitere wesentliche Beschleunigung direkt zur Eintrittsgeschwindigkeit in das Turbinenlaufrad übergeführt wird. Die natürliche Beschleunigung entsprechend dem Drallsatz ist davon ausgenommen. Bei einer solchen Dimensionierung der Querschnitte tritt kein nennenswerter Übertritt des Gases z.B. von der Abgasleitung 6 der Zylinder 1 und 2 in die Abgasleitung 7 des Zylinders 3 und die Abgasleitung 8 der Zylinder 4 und 5 auf und die Impulswellen vom Zylinder 1 oder 2 können dementsprechend mit geringsten Abzweigverlusten von der Turbine genutzt werden. Das gleiche gilt natürlich für die übrigen Zylinder.The investigations have shown that it is beneficial to adjust the cross-section 91 which should be smaller than the cross section 10, between 85 and 9596 of the cross-section 10. In addition, the Cross-sections are placed so that the exit velocity from the cross-section 9 is as short as possible with the least possible deflection Paths directly to the Entrance speed is transferred into the turbine runner. The natural acceleration corresponding to the rate of twist is of it except. With such a dimensioning of the cross-sections, there is no significant transfer of gas, e.g. from the exhaust pipe 6 of the cylinders 1 and 2 in the exhaust pipe 7 of the cylinder 3 and the exhaust pipe 8 of the cylinders 4 and 5 and the Impulse waves from cylinder 1 or 2 can accordingly be used by the turbine with the lowest possible branch losses. That the same applies, of course, to the other cylinders.

Infolge der kurzen, möglichst wenig gekrümmten Leitungen erhält man den weiteren Vorteil, daß die Leitungüquerschnitte besondersAs a result of the short lines, which are curved as little as possible, there is the further advantage that the line cross-sections are particularly special

eng ausgeführt werden können;, ohne daß sich ein wesentlicher Druckverlust ergibt.can be made tight; without any significant pressure loss results.

Fig. 2 zeigt die entsprechende erfindungsgemäße Anordnung de .· Auspuffleitungen bei einem Fünfzylinder-Reihen-Motor oder oei einer Reihe eines Zehnzylinder-V-Motors, bei dem der Abgasturbolader an der Stirnseite des Motors angeordnet ist. Auch hier sind die Zylinder 1 und 2 in der Leitung 6 sowie 4 und 5 in einer Leitung 8 zusammengefaßt, während der mittlere Zylinder 3 eine eigene Auspuffleitung 7 besitzt.Fig. 2 shows the corresponding arrangement according to the invention of the exhaust lines with a five-cylinder in-line engine or one Row of a ten-cylinder V-engine with the exhaust gas turbocharger on the front of the engine is arranged. Here, too, cylinders 1 and 2 are in line 6, and cylinders 4 and 5 are in line 8 summarized, while the middle cylinder 3 has its own exhaust pipe 7.

Bei dem erfindun~sgemäßen Auspuffsystem nach Fig. 1 und 2 sind drei Auspuffleitungen mit Endquerschnitten 9 an dem Turbineneintrittsgehäuse zusammenzufassen. Die Bilder Fig. 3 und 4 zeigen eine besonders günstige Ausführung hierfür. Dabei stellt Fig. 3 in etwa eine Draufsicht auf den Flansch am Turbinengehäuse dar, während Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-B bedeutet. Die drei Leitungsquerschnitte sind mit 17, 18 und 19 bezeichnet. Entsprechend sieht man in Fig. 4 im Schnitt die beiden Abschnitte 17 und 18. Die Anordnung nach Fig. 3 entspricht etwa der von drei Kreissektoren, die sich mit radialen Seiten zu je zwei berühren, so daß ein voller Kreisumfang ausgefüllt ist und bei einer idealen symmetrischen Anordnung die Zentrumswinkel der einzelnen Sektoren 120° betragen. Nach Fig. 4 wird am Eintritt in das Turbinengehäuse der Querschnitt 17 sowie 18 auf kurzer Strecke stark verengt in den Querschnitt 9 übergeführt. Man erreicht so den Vorteil, daß die Strömung aus allen drei Endquerschnitten der Leitungen 1?, und 19 mit geringster Umlenkung in die Strömung im Querschnitt übergeführt wird.In the exhaust system according to the invention according to FIGS. 1 and 2 three exhaust lines with end cross-sections 9 on the turbine inlet housing summarize. The pictures Fig. 3 and 4 show a particularly favorable embodiment for this. 3 shows represents approximately a plan view of the flange on the turbine housing, while Fig. 4 means a section along the line A-B. The three Line cross-sections are denoted by 17, 18 and 19. Correspondingly, the two sections 17 and 17 can be seen in section in FIG 18. The arrangement according to FIG. 3 corresponds approximately to that of three sectors of a circle, each of which touches two radial sides, so that a full circumference is filled and, in the case of an ideal symmetrical arrangement, the central angles of the individual sectors 120 °. According to FIG. 4, the cross-section 17 and 18 are sharply narrowed over a short distance at the entrance to the turbine housing transferred into the cross section 9. This has the advantage that the flow from all three end cross-sections of the lines 1 ?, and 19 is converted into the flow in cross section with the slightest deflection.

V016 913 24.5.73V016 913 5/24/73

Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die einzelnen Leitungen die geringstinöglichen Toträume und die geringstmögliche Länge bei möglichst wenig gekru-.-itf»* Leitungsführung besitzen. Es entstehen daher die geringsten Energieverlur/te. Außerdem ist bei dieser Ausführung die kleinste Mengenüberströmung v^_ einer Leitung, die gerade den größten Energiestrom führt, in die benachbarten Leitungen zu erwarten. Die einflutige Ausführung des Spiralgehäuses der Abgasturbine beaufschlagt das Laufrad stets am ganzen Umfang und in ganzer Breite, wodurch die Teilbeaufschlagungs verluste entfallen. Dadurch ergeben sich vor allem im Zusammenhang mit Abga.sturbinen, welche die nun besonders durch die Verkleinerung der Auspuffleitungsquerschnitte und der Sacklochvolumina erhöhte Pulsation in mechanische Energie mit gutem Wirkungsgrad umsetzen können, beträchtliche Energiegewinne, welche sich letzthin im Brennstoffverbrauch des Motors ausdrücken. Außerdem erreicht
man dadurch einen wesentlich flacheren Verlauf des Ladedruckes
über der Motordrehzahl, so daß die Überbeanspruchung durch Zündirücke und die unnötig hohen Ballastluftmengen bei hohen Motordrehzahlen wegfallen.The arrangement according to the invention has the advantage that the individual lines have the smallest possible dead spaces and the shortest possible length with the least possible curved line routing. There are therefore the lowest energy losses. In addition, with this design, the smallest volume overflow v ^ _ of a line that is currently carrying the greatest energy flow into the adjacent lines is to be expected. The single-flow design of the volute casing of the exhaust gas turbine always acts on the impeller over its entire circumference and across its entire width, which means that there are no losses in partial impact. This results in considerable energy gains, especially in connection with exhaust turbines, which can convert the increased pulsation, especially due to the reduction of the exhaust pipe cross-sections and the blind hole volumes, into mechanical energy with good efficiency, which is ultimately expressed in the fuel consumption of the engine. Also achieved
you get a much flatter curve of the boost pressure
above the engine speed, so that there is no overstress due to ignition backlash and the unnecessarily high amounts of ballast air at high engine speeds.

Claims (4)

Ansprüche Fünfzylinder-Reihen- oder Zehnzylinder-V-Verbrennungsmotor mit AbgasturboladerClaims Five-cylinder in-line or ten-cylinder V-internal combustion engine with exhaust gas turbocharger 1. Fünfzylinder-Re.ihen- bzw. ^e^nzylinder-V-Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader,1. Five-cylinder straight-line or single-cylinder V-type internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, dadurch gekennzeichnet, daß von den fünf Zylindern einer Reihe, in Längsrichtung gezählt, der 1. und 2. sowie der 4. und 5. je in ein^r gemeinsamen Leitung (6 und 8) zusammengefaßt sind xuad daß der mittlere 3. Zylinder eine getrennte dritte Auspuffleitung (7) besitzt und daß diese drei Leitungen getrennt bis direkt vor das Laufrad der Abgasturbine geführt werden und daß der Endquerschnitt (9) dieser drei Leitungen kurz vor dem Laufrad der Turbine kleiner ist als der Zulaufquerschnitt (10) an der Zunge der einflutjgen Spirale des Eintrittsgehäuses der Turbine.characterized in that of the five cylinders in a row, counted in the longitudinal direction, the 1st and 2nd and the 4th and 5. are each combined in a common line (6 and 8) xuad that the middle 3rd cylinder is a separate one third exhaust line (7) and that these three lines are separated to directly in front of the impeller of the exhaust gas turbine and that the end cross-section (9) of these three lines just before the impeller of the turbine is smaller than the Inlet cross-section (10) on the tongue of the incoming spiral the inlet casing of the turbine. 2. FUnfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,2. Five-cylinder in-line or ten-cylinder V-type internal combustion engine according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Er.dquerschnitte (9) der drei Auspuffleitungen je zwischen 85 und 95% des Zulaufquerschnittes (10) an der Zunge des Spiraleneintrittsgehäuses der Turbine betragen.characterized in that the Er.dquerschnitte (9) of the three exhaust lines are each between 85 and 95% of the inlet cross-section (10) on the tongue of the volute inlet casing of the turbine. 3. Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2,3. Five-cylinder in-line or ten-cylinder V-type internal combustion engine according to claim 1 and 2, dadurch gekennzeichnet,. daß die drei Auspuffleitungen am Eintritt in das Turbinengehäuse bis zum Endquerschnitt (9) etwa als Kreissektoren so angeordnet sind, daß die radialen Seiten von je zwei nebeneinanderliegenden Querschnitten sich berühren (Fig. 3).characterized,. that the three exhaust pipes at the inlet are arranged in the turbine housing up to the end cross-section (9) approximately as sectors of a circle so that the radial sides of two adjacent cross-sections touch each other (Fig. 3). 4. Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3,4. Five-cylinder in-line or ten-cylinder V-type internal combustion engine according to claim 1 to 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Auspuffleitungen auf kürzestem Wege vom Querschnitt (17, 1Py 19 j am Eintritt in das Turbinengehäuse auf den Endquerschnitt (9) verengt werden und daß ein möglichst direkter und störungsfreier Übergang jeder Einzelleitung in den gemeinsamen Querschnitt (10) erfolgt (Fig. 4).characterized in that the individual exhaust lines are narrowed by the shortest possible route from the cross-section (17, 1P y 19 j at the inlet to the turbine housing to the end cross-section (9) and that the transition from each individual line to the common cross-section (10) is as direct and trouble-free as possible (Fig. 4).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015102546A1 (en) * 2015-02-23 2016-08-25 Fev Gmbh Method for operating an internal combustion engine, internal combustion engine and vehicle

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