Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 31 38 369 C1 aus. In dieser ist eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine in V-Bauart mit separaten Zylinderbänken beschrieben. Die Zylinder 1 und 4 versorgen einen ersten Abgasturbolader mit Abgas und befüllen die Zylinder 2 und 3 mit Frischgas. Die Zylinder 2 und 3 treiben einen zweiten Abgasturbolader an, der seinerseits wiederum die Zylinder 1 und 4 mit Frischgas versorgt. Die Zylinder 6 und 7 treiben einen dritten Abgasturbolader an, mit denen die Zylinder 5 und 8 mit Frischgas versorgt werden. Die Zylinder 5 und 8 treiben einen vierten Abgasturbolader an, der seinerseits die Zylinder 6 und 7 mit Frischgas befüllt. Weiter weist die 8-zylindrige Brennkraftmaschine symmetrische Zündabstände auf, d. h. die einzelnen Zylinder werden nacheinander mit einem Zündabstand von 90° befeuert.

[0003] Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist, dass die 8-zylindrige Brennkraftmaschine aufgrund der symmetrischen Zündabstände zwar eine gute Laufruhe aufweist, jedoch nicht die maximale Leistung erzielt wird.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung für eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine aufzuzeigen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180° beträgt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgaskrümmers ist die gegenseitige Querbeeinflussung der Abgasmassenströme auf den Ladungswechsel eines anderen Zylinders, sowie der Abgasgegendruck im Abgasstrang minimiert, wodurch die Brennkraftmaschine eine größere Leistung abgeben kann.

[0006] Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist es möglich, zylinderselektiv Abgasmessungen durchzuführen. Dies ist möglich, da der Zündabstand zwischen den einzelnen Zylindern, deren Abgas in den Teilabgaskrümmer eingeleitet wird, 180° beträgt, so dass ein Standard-Messsensor auch bei höheren Drehzahlen ausreichend Zeit hat, Sensorsignale zu erzeugen, damit eine Abgasanalyse durchgeführt werden kann. Ultra schnelle Messsensoren werden nicht benötigt, wodurch die Herstellkosten für die Brennkraftmaschine gesenkt werden.

[0007] In einer besonderen Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 kann dieser Sensor ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor sein. Somit ist es möglich, beispielsweise die Sauerstoffkonzentration bzw. das Luftverhältnis eines jeden einzelnen Zylinders zylinderselektiv zu messen. Insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist dies von Vorteil, da die zylinderselektiv zugemessene Kraftstoffmenge je Zylinder exakt eingeregelt werden kann. Es kann auch ein NOx-Sensor eingesetzt werden, um zylinderselektiv die NOx-Konzentration zu messen. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird ein kombinierter Sauerstoff- / NOx-Sensor eingesetzt, um sowohl das Luftverhältnis als auch die NOx-Konzentration gleichzeitig zylinderselektiv zu messen.

[0008] Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird das Übersprechen der einzelnen Abgasmassenströme auf andere Zylinder auf ein Minimum reduziert. Sauerstoff-, bzw. Luftverhältnis- und/oder NOx-Messungen werden somit noch genauer möglich. Darüber hinaus führt diese Ausgestaltung nochmals zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine.

[0009] Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 gewährleistet kürzeste Abgasrohrlängen, wodurch eine genaueste Lambda- bzw. NOx-Messung möglich ist.

[0010] Im Folgenden ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante handelt es sich um eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine mit einem 90° Winkel zwischen den 4-zylindrigen Zylinderbänken. Selbstverständlich ist der erfindungsgemäße Abgaskrümmer auch bei anderen Winkeln als 90° einsetzbar. Der Abgaskrümmer, der aus zwei einzelnen Teilabgaskrümmern besteht, ist hierbei im heißen V der Zylinderbänke angeordnet. Eine Brennkraftmaschinenlängsachse erstreckt sich wie eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer Fahrtrichtung. Jede Zylinderbank weist 4 Zylinder in Reihe auf, wobei die Zylinder in Fahrtrichtung rechts betrachtet, ausgehend von der in Fahrtrichtung vorne liegenden Seite mit dem Nummern 1, 2, 3, 4 und die Zylinder der linken Bank ebenfalls ausgehend von der in Fahrtrichtung vorne liegenden Seite mit den Nummern 5, 6, 7 und 8 durchnummeriert sind.

[0012] Die Zylinder 1 bis 8 werden beispielsweise in folgender Reihenfolge befeuert:

Zylinder 1 - Zylinder 5 - Zylinder 4 - Zylinder 8 - Zylinder 6 - Zylinder 3 - Zylinder 7 - Zylinder 2,

wobei der Zündabstand jeweils 90° beträgt. Auch andere Zündfolgen sind möglich. Bei der hier aufgeführten Zündfolge wird eine sog. Komfortanordnung erzielt, d. h. die Brennkraftmaschine ist besonders laufruhig, da bei dieser Zündfolge keine Massenkräfte 2. Ordnung auftreten.

[0013] Erfindungsgemäß sind die Zylinder 1, 4, 6 und 7 mit einem ersten Teilabgaskrümmer und die Zylinder 2, 3, 5 und 8 mit einem zweiten Teilabgaskrümmer gasführend miteinander verbunden. Somit ergibt sich für jeden an einen Teilabgaskrümmer angeordneten Zylinder ein Zündabstand von jeweils 180° zum nächsten befeuerten Zylinder, wodurch die erfindungsgemäße Leistungssteigerung erzielt wird. Die Teilabgaskrümmer können ihrerseits wiederum in einzelne Abgasanlagen oder in eine gemeinsame Abgasanlage münden.

[0014] Vier einzelne Krümmerrohre, die einen Teilabgaskrümmer bilden, werden nach einer maximalen Abgas-Lauflänge von 300 mm nach den Zylindern 1, 4, 6 und 7 oder 2, 3, 5 und 8 zusammengeführt und weisen untereinander einen maximalen Längenunterschied von 100 mm auf. Nach der Zusammenführungsstelle der einzelnen Krümmerrohre, ist an jeden Teilabgaskrümmer ein Sensor, vorzugsweise ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist in vorteilhafter Weise eine zylinderselektive Lambda-Messung (Luftverhältnis) bzw. NOx-Bestimmung (Konzentration der im Abgas enthaltenen Stickoxide) möglich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein kombinierter Sauerstoff-NOx-Sensor eingesetzt werden. Auch die Verwendung anderer Sensoren zur Bestimmung einer Abgaszusammensetzung oder von Komponenten hiervon ist möglich.

[0015] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgaskrümmers wird für eine 8-zylindrige Brennkraftmaschine eine erhöhte Leistung erzielt, bei gleichzeitiger zylinderselektiver Messung von Abgasemissionen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit den o. g. maximalen Krümmerrohrlängen ist eine zylinderselektive Bestimmung von Abgaskomponenten bis ca. 4000 1/min. der Brennkraftmaschine möglich.

[0016] Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile für einen Zündfolgekrümmer mit gleicher Abgasrohrlänge:

➢ Ein sehr genauer Zündabstand von 180° von der zum jeweiligen Krümmer zusammengefassten Zylindergruppe;

➢ Eine identisches Betriebsverhalten aller Zylinder (Absenkung der Klopfempfindlichkeit);

➢ Eine zylinderindividuelle Überwachung und Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit jeweils nur einer einzigen Lambda-Sonde je Teilabgaskrümmer;

➢ Ein zylinderindividueller Injektorabgleich (Kraftstoff-Einspritzventil) ist möglich;

➢ OBD-Funktion (onboard-Diagnose) ist ermöglicht;

➢ Aufgrund der Einsparung von Lambda-Sonden ist eine Kostenreduzierung erzielt;

➢ Ein Injektorabgleich auch bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist möglich.

Ansprüche

1. Abgaskrümmer für eine 8-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Zündabstand von 90°, bestehend aus zumindest einem ersten und einem zweiten Teilabgaskrümmer, wobei jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilabgaskrümmer für eine Zylindergruppe vorgesehen ist, deren Zündabstand 180° beträgt.

2. Abgaskrümmer nach Patentanspruch 1, wobei jeder Teilabgaskrümmer die Abgase der ihm zugeordneten Zylinder an einer Abgas-Zusammenführungsstelle zusammenführt,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilabgaskrümmer in Strömungsrichtung eines Abgases hinter der Abgas-Zusammenführungsstelle einen Abgas-Sensor aufweist.

3. Abgaskrümmer nach Patentanspruch2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sauerstoff- und/oder ein NOx-Sensor ist.

4. Abgaskrümmer nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, wobei jeder Teilabgaskrümmer für jeden ihm zugeordneten Zylinder ein Abgasrohr aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass alle Abgasrohre weitgehend die gleiche Länge aufweisen.

5. Abgaskrümmer nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkraftmaschine eine V-Bauform aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer weitgehend im V der Brennkraftmaschine angeordnet ist.