MULTICYLINDER INTERNAL-COMBUSTION ENGINE PROVIDED WITH AN EXHAUST TURBO CHARGER

Abstract: 1. Multi-cylinder internal combustion engine having exhaust passages (4') which extend from their cylinders and which are connected by exhaust pipes (20) with a turbine of an exhaust-gas driven turbocharger (9') whereby a by-pass pipe (15') governed by a waste-gate (14') is provided for a portion of the exhaust gases, and whereby a branch pipe (22) extends from each exhaust passage or from each exhaust pipe (20) close to its connection with the exhaust passage (4') and is connected with the by-pass pipe (15') upstream of the waste gate (14'), characterized in that the exhaust pipes extend individually up to a point close to the inlet of the turbine (8') and that their cross-sectional area downstream of the branching (22) is smaller than necessary for the flow rate at full load in the high speed range.

Description: Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehryzlinder-Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art (siehe beispielsweise die DE-OS 33 03 350) zweigt die Bypassleitung von dem Abgassammelrohr ab, welches die einzelnen Abgasleitungen bzw. den die Abgasleitungen zusammenfassenden Abgaskrümmer mit der Abgasturbine verbindet. Um im oberen Drehzahlbereich bei Vollast möglichst geringe Strömungswiderstände im Auspuffsystem zu erreichen, werden die Abgasleitungen und das Abgassammelrohr mit einem entsprechend grossen Querschnitt ausgeführt. Diese grossen Leitungsquerschnitte verringern jedoch die Strömungsgeschwindigkeit im unteren Drehzahlbereich, wodurch das Ansprechverhalten der Abgasturbine verschlechtert wird. Aus der DE-OS 33 12 093 ist es bekannt, bei Erreichen eines bestimmten Ladedrucks einzelne Abgasleitungen unter Umgehung der Abgasturbine direkt mit dem Abgasauslass hinter der Turbine zu verbinden, während die anderen Abgasleitungen ständig mit der Abgasturbine verbunden sind. Dadurch soll der Abgasgegendruck verringert werden. Es findet jedoch keine Verbesserung des Ansprechverhaltens der Abgasturbine im unteren Drehzahlbereich statt, da die Querschnitte der Abgasleitungen und der Abgassammelrohre auf die Verhältnisse bei Vollast ausgelegt werden müssen. Überdies ergeben sich bei Vollast, wenn einzelne Abgasleitungen direkt mit dem Abgasauslass in Verbindung stehen, unterschiedliche Abgasgegendrücke für die einzelnen Zylinder, was zu unterschiedlichen Restgasanteilen in den Zylindern führt und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtert. Aus der DE-OS 23 26 989 ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader bekannt, bei der zwischen den Abgasleitungen und der Abgasturbine ein Katalysator vorgesehen ist. Um den Katalysator und die Turbine vor zu hohen Drücken oder zu hohen Temperaturen zu bewahren, sind die Abgasleitungen im Bereich ihrer Anschlüsse an die Auslass- kanäle mittels einer zu einem Abblaseventil führenden Verbindungsleitung untereinander verbunden. Das Ansprechverhalten der Abgasturbine bei niedrigen Drehzahlen wird hierdurch nicht verbessert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Art einerseits ein druckverlustarmes Durchströmen des Auspuffsystems im oberen Drehzahlbereich und andererseits eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Abgase im unteren Drehzahlbereich zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im -Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung macht sich den Umstand zu Nutze, dass das Abblaseventil normalerweise erst im oberen Drehzahlbereich öffnet, um zu verhindern, dass der Ladedruck einen bestimmten Wert übersteigt. Solange das Abblaseventil geschlossen ist, und dies ist im unteren Drehzahlbereich stets der Fall, strömt das Abgas vollständig zur Turbine, und zwar aufgrund des entsprechend relativ geringen Querschnitts der Abgasleitungen mit einer hohen Strömungsgeschzaindigkeit, so dass die Turbine sehr schnell anspr-cht. Im oberen Drehzahlbereich öffnet das Abblaseventil und es kann nun ein Teil der Abgase durch die 3ypassleitung abströmen, so dass trotz des verhältnismt3ig geringen Querschnittes der Abgasleitungen der Gesmtströmungswiderstand und damit der Druckverlust gering gehalten wird. Dadurch, dass die Abgasströme aller Zylinder in allen Betriebszuständen den gleichen Bedingungen unterworfen sind, sind alle Zylinder dem gleichen Abgasgegendruck ausgesetzt, so dass die Arbeitsbedingungen für alle Zylinder gleich sind und optimale Verbrauchs- und Abgaswerte erreicht werden können. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Abgas turbolader entsprechend dem Stand der Technik, und Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Mehr zylinder-Brennkraftmaschine mit Abgas turbolader entsprechend einem Ausführungs beispiel der Erfindung. In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, die einen Zylinderkopf 2 aufweist, der Einlasskanäle 3 und Auslasskanäle 4 enthält, die mit einem Ansaugkrümmer 5 bzw. einem Auspuffkrümmer 6 in Verbindung stehen. An den Auspuffkrümmer 6 ist ein Abgassammelrohr 7 angeschlossen, das mit einer Abgasturbine 8 eines Abgasturboladers 9 in Verbindung steht. An die Ausgangsseite der Abgasturbine 8 ist eine Auspuffleitung 10 angeschlossen. Die Abgasturbine 8 treibt einen Lader 11, der Frischluft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine Ansaugleitung 12 ansaugt und durch eine Leitung 13 zum Ansaugkrümmer 5 fördert. Zur Steuerung des Ladedrucks ist ein Abblaseventil 14 in einer die Abgasturbine 8 umgehenden Bypassleitung 15 vorgesehen. Das Abblaseventil 14 kann sich gegen die Kraft einer Feder 16 mit Hilfe des Ladedrucks öffnen, der durch eine Leitung 17 von der Ladeluftleitung 13 zugeführt wird Um die Strömungsverluste im Abgassystem möglichst gering zu halten, muss der Querschnitt des Auspuffkrümmers 6 und des Abgassammelrohres 7 so gross bemessen werden, dass bei Vollast im oberen Drehzahlbereich der Auspuffgegendruck möglichst gering ist. Dies hat jedoch zur Folge, dass im unteren Drehzahlbereich, in dem eine verhältnismässig geringe Abgasmenge anfällt, die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase relativ gering ist, wodurch das Ansprechverhalten der Abgasturbine 8 gerade in dem Drehzahlbereich verschlechtert wird, wo ein schneller Aufbau des Ladedrucks erwünscht ist. Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine, wobei gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Strich, bezeichnet sind. Bei dieser Ausführung sind an die einzelnen Auslasskanäle 4' Abgasleitungen 20 angeschlossen, die sich erst verhältnismässig kurz vor der Abgasturbine 8' in einem gemeinsamen Rohrstutzen 21 vereinigen. Jede Abgasleitung 20 ist nahe ihres Anschlusses an den zugehörigen Auslasskanal 4' durch eine Zweigleitung 22 einzeln mit der Bypassleitung 15' stromauf des Abblaseventils 14' verbunden. Bei dieser Ausführung besteht nun die Möglichkeit, die Abgasleitungen 20 so zu bemessen, dass bei Vollast im niedrigen Drehzahlbereich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Abgase und damit ein schnelles Ansprechen der Abgasturbine 8' erreicht wird. Bei Vollast im hohen Drehzahlbereich, in welchem die Abgasleitungen 20 aufgrund ihres relativ geringen Querschnittes Druckverluste verursachen würden, ist jedoch das Abblaseventil 14' offen, so dass ein Teil der anfallenden Abgasmenge (der je nach Auslegung der Turbine bis zu 60% betragen kann) unter Umgehung der verlustbehafteten Abgasleitungen 20 durch die Bypassleitung 15' abströmen kann, die mit einem entsprechend grossen Querschnitt ausgeführt werden kann, um die Strömungsverluste gering zu halten. Abweichend von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es grundsätzlich möglich, bereits die Auslasskanäle 4' an die Bypassleitung 15' anzuschliessen, beispielsweise mittels eines in den Zylinderkopf 2' eingegossenen Verbindungskanals.

Claims: Patentanspruch Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, von dessen Zylindern Auslasskanäle ausgehen, die durch Abgasleitungen mit einer Turbine eines Abgasturbolader verbunden sind, wobei eine die Turbine umgehende, von einem Abblaseventil beherrschte Bypassleitung für einen Teil der Abgase vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Auslasskanal (4') oder von jeder Abgasleitung (20) nahe ihres Anschlusses an den Auslass- kanal (4') eine Zweigleitung (22) ausgeht, die mit der Bypassleitung (15') stromauf des Abblaseventils (14') verbunden ist, und dass die Abgasleitungen (20) einzeln bis nahe an den Eingang der Turbine (8') geführt sind und ihr Querschnitt stromab der Verzweigung (22) für hohe Strömungsgeschwindigkeiten im unteren Drehzahlbereich ausgebildet ist.

Inventors: LIMBERS, HEINRICH
Applicants: AUDI AG
Application year: 1987
Main classification: F02B37
IPC codes: F02B37