EP2626531A1 - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2626531A1
EP2626531A1 EP12154407.6A EP12154407A EP2626531A1 EP 2626531 A1 EP2626531 A1 EP 2626531A1 EP 12154407 A EP12154407 A EP 12154407A EP 2626531 A1 EP2626531 A1 EP 2626531A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
cylinder
internal combustion
cylinders
combustion engine
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Application number
EP12154407.6A
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English (en)
French (fr)
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Guenther Bartsch
Rainer Friedfeldt
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Filing date
Publication date
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Priority to DE202012104300U priority patent/DE202012104300U1/de
Priority to DE102012220375A priority patent/DE102012220375A1/de
Priority to BRBR102013001859-7A priority patent/BR102013001859A2/pt
Priority to US13/753,411 priority patent/US20130199466A1/en
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F02F1/4264—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of exhaust channels
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    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine of the aforementioned type.
  • An internal combustion engine of the above type is used as a drive for motor vehicles.
  • the term internal combustion engine includes in particular gasoline engines, but also diesel engines and hybrid internal combustion engines, ie internal combustion engines, which are operated by a hybrid combustion process.
  • Internal combustion engines have a cylinder block and a cylinder head which can be connected to one another or connected to form the individual cylinders, ie combustion chambers. The individual components will be briefly discussed below.
  • the cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes.
  • the piston of each cylinder of an internal combustion engine is axially movably guided in a cylinder tube and limits together with the cylinder tube and the cylinder head the combustion chamber of a cylinder.
  • the piston head forms a part of the combustion chamber inner wall and seals together with the piston rings the combustion chamber against the cylinder block or the crankcase, so that no combustion gases or combustion air get into the crankcase and no oil gets into the combustion chamber.
  • the piston serves to transfer the gas forces generated by the combustion to the crankshaft.
  • the piston is articulated by means of a piston pin with a connecting rod, which in turn is movably mounted in the region of a Kurbelwellenkröpfung on the crankshaft.
  • the crankshaft mounted in the crankcase receives the connecting rod forces, which are composed of the gas forces due to the fuel combustion in the combustion chamber and the mass forces due to the non-uniform movement of the engine parts.
  • the oscillating stroke movement of the piston is transformed into a rotating rotational movement of the crankshaft.
  • the crankshaft transmits the torque to the drive train.
  • Modern internal combustion engines are operated almost exclusively by a four-stroke work process. As part of the charge change, the expulsion of the combustion gases via the outlet openings of the at least four cylinders and the filling of the combustion chambers with fresh mixture or charge air via the inlet openings takes place.
  • an internal combustion engine requires control means and actuators to operate these controls.
  • To control the charge cycle four-stroke engines almost exclusively lift valves are used as control members that perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and thus release the inlet and outlet ports and close.
  • the valve actuation mechanism required to move the valves including the valves themselves is referred to as a valve train.
  • the at least one cylinder head is generally used to accommodate this valve train.
  • valve train It is the task of the valve train to open the intake and exhaust ports of the cylinder in time or close, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought to keep the throttle losses in the incoming and outflowing gas flows low and the best possible filling of Combustion rooms with fresh mixture or an effective, d. H. To ensure complete removal of the exhaust gases. Therefore, the cylinders are also often provided with a plurality of inlet and outlet ports.
  • the intake ports leading to the intake ports and the exhaust ports, d. H. the exhaust pipes, which adjoin the outlet openings are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art.
  • the exhaust gas lines of the cylinders are usually combined to form a common overall exhaust gas line.
  • the combination of exhaust pipes to an overall exhaust line is generally and in the context of the present invention referred to as exhaust manifold, wherein the exhaust manifold may be considered as belonging to the Abgasabloom.
  • the exhaust gas lines of four cylinders are combined to form an exhaust manifold to a single overall exhaust line.
  • the exhaust pipes of the cylinder are gradually brought together in such a way that each merge the at least one exhaust pipe of an outer cylinder and the at least one exhaust pipe of the adjacent inner cylinder to a partial exhaust gas line and the two partial exhaust gas lines formed in this way the four cylinders or two Combine cylinder groups to form an overall exhaust gas line.
  • the trained exhaust manifold may be partially or completely integrated in the at least one cylinder head.
  • the dynamic wave processes or pressure fluctuations in the exhaust gas removal system are the reason why the thermodynamically displaced working cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine influence each other during the charge cycle, especially hamper. A deteriorated torque characteristic or a reduced power supply may be the result. If the exhaust gas lines of the individual cylinders are guided separately from one another for a longer distance, the mutual influence of the cylinders during the charge exchange can be counteracted.
  • the evacuation of the combustion gases from a cylinder of the internal combustion engine in the context of the charge exchange is based essentially on two different mechanisms.
  • the combustion gases flow at high speed through the exhaust port into the exhaust system due to the high pressure level prevailing in the cylinder at the end of combustion and the associated high pressure difference between the combustion chamber and the exhaust tract.
  • This pressure-driven flow process is accompanied by a high pressure peak, which is also referred to as Vorlstramati and propagates along the exhaust pipe at the speed of sound, the pressure decreases with increasing distance and depending on the routing due to friction more or less, d. H. reduced.
  • Exhaust gas which has already been ejected into or discharged from an exhaust pipe during the charge cycle can therefore again enter the cylinder, due in part to the pressure wave which emanates from another cylinder.
  • short exhaust pipes can also cause the fourth cylinder to fire the third cylinder preceding the ignition sequence, ie the previously ignited one Cylinder, during the charge change adversely affected and derived from the fourth cylinder exhaust gas enters the third cylinder before close the exhaust valves.
  • the exhaust pipes of the cylinder starting from the respective outlet opening to the collection point in the exhaust manifold, at which merge the exhaust pipes to a common exhaust manifold and the hot exhaust gas of the cylinder is collected, as short as possible, for example, the exhaust manifold as far as possible to integrate into the at least one cylinder head and make the merger of the exhaust pipes to a total exhaust line as far as possible already in the cylinder head.
  • short exhaust pipes may advantageously affect the location and operation of an exhaust aftertreatment system provided downstream of the cylinders.
  • the path of the hot exhaust gases to the exhaust aftertreatment systems should be as short as possible so that the exhaust gases are given little time to cool down and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off temperature as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine.
  • the exhaust manifold is integrated into the cylinder head in order to participate in a provided for in the cylinder head cooling and the manifold does not have to produce from thermally highly resilient materials that are costly.
  • the shortening of the exhaust pipes of the exhaust manifold for example, by integration in the cylinder head, has - as stated above - a variety of advantages, but in addition to the shortening of the total travel distance of all exhaust pipes also leads to a shortening of the individual exhaust pipes, as these already merged immediately downstream of the exhaust ports be, which aggravates the problem of mutual influence of the cylinder when changing the charge.
  • an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, d. H. of the generic type to provide, on the one hand, the requirement for a compact exhaust manifold with short exhaust pipes takes into account and with the other hand, the problem of mutual influence of the cylinder when changing the charge repair or mitigate.
  • a further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.
  • the exhaust pipes of the four cylinders of the at least one cylinder head of the internal combustion engine are in a first stage in groups, ie in pairs, merged, each an outboard cylinder and the adjacent inner cylinder form a pair of cylinders whose exhaust pipes merge to form a partial exhaust gas line.
  • these partial exhaust gas lines are then combined downstream in the exhaust gas discharge system to form an overall exhaust gas line.
  • the total travel distance of all exhaust pipes is thereby shortened.
  • the Gradual merging of the exhaust pipes to an overall exhaust line also contributes to a more compact, ie less bulky construction.
  • the exhaust gas flows of the two cylinder groups according to the invention kept separated longer than the exhaust gas flows within a group.
  • the formation of the partial exhaust gas lines and their wegumblenhab longer separation from each other have the effect that one cylinder group does not influence the other cylinder group when changing the charge or less.
  • the four cylinders are operated in such a way that the cylinders of a cylinder group have the largest possible offset in terms of work processes, d. H. It is alternately in a cylinder of a cylinder group and a cylinder of the other cylinder group, the combustion - for example by means of spark ignition - initiated.
  • process variants may be advantageous in which the cylinders are ignited in the order 1 - 3 - 2 - 4 or in the order 1 - 4 - 2 - 3.
  • the numbering of the cylinders of an internal combustion engine is regulated in DIN 73021. For in-line engines, the cylinders are counted in sequence.
  • the cylinders are ignited at a distance of 180 ° CA, so that starting from the first cylinder the ignition times measured in ° CA are the following: 0-180-360-540. Consequently, the cylinders of one cylinder group have a thermodynamic offset of 360 ° CA. Taking into account that the exhaust valves usually have an opening duration between 220 ° CA and 260 ° CA, it becomes clear that the cylinders of a group can not influence the change of charge in the selected firing order, regardless of how quickly the cylinders Merging the exhaust pipes downstream of the outlet openings to a partial exhaust gas line takes place.
  • a firing order deviating from the conventional firing sequence 1 - 3 - 4 - 2 also requires a crankshaft which deviates from the conventional crankshaft, that is to say a crankshaft which deviates from the conventional firing sequence 1 - 3 - 4 - 2.
  • crankshaft is used, with which the cylinders of a cylinder group run mechanically, d. H. go through the top and bottom dead center at the same time.
  • the associated crankshaft cranks of the two cylinders may for this purpose have no offset in the circumferential direction about the longitudinal axis of the crankshaft.
  • the thermodynamic offset of 360 ° KW is then realized by the firing order.
  • crankshaft cranks of one cylinder group are rotated in the circumferential direction by 180 ° with respect to the crankshaft cranks of the other cylinder group. H. added.
  • the internal combustion engine according to the invention is an internal combustion engine which has a compact exhaust manifold with short exhaust pipes and at the same time eliminates the problem of mutual influence of the cylinder during the charge cycle, which is why the internal combustion engine according to the invention solves the first sub-task on which the invention is based.
  • An internal combustion engine according to the invention may also have two cylinder heads, if, for example, eight cylinders are arranged distributed on two cylinder banks.
  • the merging of the exhaust pipes in the then two cylinder heads according to the invention can then also be used to improve the charge cycle and to improve the torque supply.
  • embodiments of the internal combustion engine are particularly advantageous in which the exhaust gas lines of the cylinder groups merge to form partial exhaust gas lines within the at least one cylinder head, forming two integrated partial exhaust gas manifolds.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the exhaust lines of the cylinders merge within the at least one cylinder head to form an overall exhaust gas line, forming an integrated exhaust manifold within the at least one cylinder head, are advantageous.
  • the partial exhaust gas lines formed in the cylinder head already converge within the cylinder head to form an overall exhaust gas line.
  • the entire, guided by the Abgasabriossystem exhaust gas leaves the cylinder head through a single outlet opening on the outlet side outside of the cylinder head.
  • the present embodiment is characterized by a very compact design that has all the advantages of having an exhaust manifold fully integrated with the cylinder head.
  • embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which the partial exhaust gas lines of the cylinders outside the at least one cylinder head merge to form an overall exhaust gas line.
  • the exhaust gas lines of the cylinders of a group lead thereby preferably together within the cylinder head to a partial exhaust gas line.
  • the exhaust manifold is then modular and consists of a in the Cylinder head integrated manifold section, namely two Abgasteilkrümmern, and an external manifold or manifold section together.
  • the exhaust gas streams of the partial exhaust gas lines are kept separate from one another at least until they leave the cylinder head, so that the exhaust gas exhaust system emerges from the cylinder head in the form of two outlet openings.
  • the partial exhaust gas lines are combined downstream of the cylinder head and thus only outside of the cylinder head to form an overall exhaust gas line. This may be upstream or downstream of exhaust after-treatment or exhaust turbocharging.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the internal combustion engine is a naturally aspirated engine are advantageous.
  • embodiments of the internal combustion engine in which a charging device is provided are particularly advantageous.
  • the exhaust gases in the cylinders of a supercharged internal combustion engine have significantly higher pressures during operation of the internal combustion engines, which is why the dynamic wave processes in the exhaust system during the gas exchange are significantly more pronounced, in particular the pre-exhaust.
  • At least one exhaust gas turbocharger which comprises a turbine arranged in the Abgasabriossystem.
  • an exhaust gas turbocharger for example compared to a mechanical supercharger, uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.
  • the output of the exhaust gas flow to the turbine energy is used to drive a compressor, which promotes the charge air supplied to it and compressed, creating a Charging the cylinder is achieved.
  • a charge air cooling is provided, with which the compressed combustion air is cooled before entering the cylinder.
  • the charge is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. However, charging is also a suitable means of shifting the load spectrum to higher loads under the same vehicle boundary conditions, as a result of which specific fuel consumption can be reduced.
  • embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous, which are characterized in that the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger is a double-flow turbine having an inlet region with two inlet channels in each case one of the two partial exhaust gas lines opens into one of the two inlet channels.
  • This embodiment is also advantageous because the partition wall between the inlet ducts of the twin-flow turbine runs vertically and the two partial exhaust gas ducts perpendicular thereto - offset from one another along the longitudinal axis of the cylinder head - emerge from the head.
  • the arrangement of the partition wall or the inlet channels corresponds to the outlet structure of the two partial exhaust gas lines.
  • the turbine can be designed as a twin-flow turbine even if it is placed in the overall exhaust line.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which two exhaust-gas turbochargers are provided which comprise two turbines arranged in the exhaust-gas removal system are particularly advantageous.
  • the torque characteristic of a supercharged internal combustion engine is therefore often tried to improve by using more than one exhaust gas turbocharger, d. H. by a plurality of turbochargers arranged in parallel or in series, d. H. by a plurality of turbines arranged in parallel or in series.
  • embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the two turbines are arranged in series in the overall exhaust gas line.
  • the compressor map can be widened in an advantageous manner both towards smaller compressor streams and towards larger compressor streams.
  • the exhaust gas turbocharger serving as a high-pressure stage, it is possible to shift the surge limit to smaller compressor flows, whereby high charge pressure ratios can be achieved even with small compressor flows, which significantly improves the torque characteristic in the lower part load range.
  • This is achieved by designing the high-pressure turbine for small exhaust gas mass flows and providing a bypass line, with which increasing exhaust gas mass flow increasingly exhaust gas is passed to the high-pressure turbine.
  • the bypass line branches off the exhaust system upstream of the high-pressure turbine and re-enters the exhaust gas system downstream of the turbine, wherein a shut-off element is arranged in the bypass line in order to control the exhaust gas flow passed by the high-pressure turbine.
  • embodiments may also be advantageous, which are characterized in that a turbine is arranged in each of the two partial exhaust gas lines.
  • the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger can be equipped with a variable turbine geometry, which allows a further adaptation to the respective operating point of the internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the effective turbine cross section.
  • adjustable guide vanes for influencing the flow direction are arranged in the inlet region of the turbine. Unlike the vanes of the rotating impeller, the vanes do not rotate with the shaft of the turbine.
  • the vanes are not only stationary, but also completely immovable in the entry area, i. H. rigidly fixed.
  • the guide vanes are indeed arranged stationary, but not completely immobile, but rotatable about its axis, so that the flow of the blades can be influenced.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head is equipped with an integrated coolant jacket are advantageous. Especially supercharged internal combustion engines are highly loaded thermally, which is why high demands are placed on the cooling.
  • the liquid cooling requires the equipment of the internal combustion engine, d. H. the cylinder head or the cylinder block, with an integrated coolant jacket, d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head or cylinder block leading coolant channels.
  • the heat is already released inside the component to the coolant.
  • the coolant is conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket.
  • the heat given off to the coolant is removed in this way from the interior of the head or block and removed from the coolant in a heat exchanger again.
  • each cylinder has at least two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder.
  • an oxidation catalyst may be provided in the exhaust system.
  • catalytic reactors are used, in particular three-way catalysts with which nitrogen oxides are reduced by means of the unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxides and the unburned hydrocarbons, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.
  • the nitrogen oxides contained in the exhaust gas can not be reduced due to the principle lack of reducing agents.
  • selective catalysts - so-called SCR catalysts - are used, in which targeted reducing agents are introduced into the exhaust gas to selectively reduce the nitrogen oxides.
  • the nitrogen oxide emissions can also be reduced with so-called nitrogen oxide storage catalysts, also called LNTs.
  • the nitrogen oxides are first absorbed during lean operation of the internal combustion engine in the catalytic converter, ie collected and stored, in order then to be reduced during a regeneration phase, for example by means of a substoichiometric operation ( ⁇ ⁇ 1) of the internal combustion engine in the event of an oxygen deficiency.
  • so-called regenerative particle filters are used, which filter out and store the soot particles from the exhaust gas. The particles are intermittently burned as part of the regeneration of the filter.
  • embodiments are also advantageous in which at least one exhaust aftertreatment system is provided in the exhaust gas removal system.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one exhaust aftertreatment system is arranged in the overall exhaust gas line can be advantageous.
  • the entire exhaust gas shares a common aftertreatment system.
  • embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous, which are characterized in that an exhaust gas aftertreatment system is arranged in each of the two partial exhaust gas lines.
  • an exhaust gas aftertreatment system is arranged in each of the two partial exhaust gas lines.
  • a further exhaust gas aftertreatment system can also be provided, optionally also another type of exhaust aftertreatment system.
  • the second sub-task on which the invention is based namely to disclose a method for operating an internal combustion engine according to a previously described type, is achieved by a method according to which the combustion in the cylinders is initiated at a distance of 180 ° CA.
  • the initiation, d. H. Initiation of the combustion can be carried out both by a spark ignition, for example by means of a spark plug, as well as by auto-ignition or compression ignition.
  • the method can be used in gasoline engines, but also in diesel engines and hybrid internal combustion engines.
  • process variants can be advantageous, which are characterized in that the cylinders are ignited by means of igniters in the order 1-3-3-4 and at a distance of 180 ° KW. Beginning with an outer cylinder, the cylinders are numbered consecutively along the longitudinal axis of the at least one cylinder head and numbered.
  • process variants may also be advantageous in which the cylinders are ignited by means of ignition devices in the order 1 - 4 - 2 - 3 and at a distance of 180 ° KW. Beginning with an outer cylinder, the cylinders are numbered consecutively along the longitudinal axis of the at least one cylinder head and numbered.
  • the two cylinders of a cylinder group have the greatest possible offset with regard to their work processes, namely a thermodynamic offset of 360 ° KW. It is initiated alternately in a cylinder of a cylinder group and a cylinder of the other cylinder group, the combustion by means of spark ignition.
  • FIG. 1 schematically shows the cylinder head integrated portion of the exhaust manifold 7 of a first embodiment of the internal combustion engine in plan view.
  • the associated cylinder head (not shown) has four cylinders 1, 2, 3, 4 which are arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the cylinder head thus has two outer cylinders 1, 4 and two inner cylinders 2, 3.
  • Each cylinder 1, 2, 3, 4 has two outlet openings 5, followed by the exhaust pipes 8 of the Abgasabriossystems 6 for discharging the exhaust gases.
  • the exhaust pipes 8 of the cylinders 1, 2, 3, 4 lead gradually to an overall exhaust line 10, wherein in each case the two exhaust pipes 8 of an outer cylinder 1, 4 and the two exhaust pipes 8 of the adjacent inner cylinder 2, 3 to one of this cylinder group associated partial exhaust gas line 9 merge before the two partial exhaust gas lines 9 of the four cylinders 1, 2, 3, 4 merge to form an overall exhaust gas line 10.
  • exhaust manifold 7 is a fully integrated in the cylinder head exhaust manifold 7, ie, the exhaust pipes 8 of the cylinders 1, 2, 3, 4 lead together within the cylinder head to form the exhaust manifold 7 to an overall exhaust line 10.
  • FIG. 2 schematically shows the cylinder head integrated portion of the exhaust manifold 7 of a second embodiment of the internal combustion engine in plan view. It should only the differences to the in FIG. 1 illustrated embodiment, why in the The rest is referred to FIG. 1 , The same reference numerals have been used for the same components.
  • the exhaust pipes 8 of the two cylinder groups lead together to form partial exhaust gas lines 9, forming two integrated partial exhaust manifolds 7a, 7b within the cylinder head.
  • these partial exhaust gas lines 9 only together outside the cylinder head to an overall exhaust gas line (not shown), so that the partial exhaust gas lines 9 are separated from each other over a longer distance.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the crankshaft 15 of the internal combustion engine as a schematic diagram.
  • the illustrated crankshaft 15 has five bearings 16 and has for each cylinder a crankshaft cranking 11, 12, 13, 14 associated with the cylinder.
  • the crankshaft crests 11, 12, 13, 14 are spaced apart along the longitudinal axis 15a of the crankshaft 15, the two crankshaft crests 11, 12, 13, 14 of the two cylinders of each cylinder group having no offset in the circumferential direction about the longitudinal axis 15a of the crankshaft 15 such that the cylinders of each cylinder group are mechanically co-rotating cylinders.
  • the crankshaft cranks 11, 12 of the first two cylinders, d. H. the first cylinder group are compared with the crankshaft crankings 13, 14 of the third and fourth cylinder, d. H. the second cylinder group, offset in the circumferential direction by 180 ° on the crankshaft 15.
  • the forces acting on the crankshaft cranks 11, 12, 13, 14 mass forces F are identified.
  • the mass moment M resulting from the inertial forces is preferably compensated by means of mass compensation.

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die eine kompakte Bauweise aufweist und mit der sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel beheben läßt. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass - die beiden Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) jeder Zylindergruppe in Umfangsrichtung um die Längsachse (15a) der Kurbelwelle (15) herum keinen Versatz aufweisen, so dass die Zylinder (1, 2, 3, 4) einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufende Zylinder (1, 2, 3, 4) sind, und die Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der anderen Zylindergruppe in Umfangsrichtung um 180° versetzt auf der Kurbelwelle (15) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit
    • mindestens einem Zylinderkopf,
    • vier entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern, und
    • einer zu einem Kurbeltrieb gehörenden Kurbelwelle, die für jeden Zylinder eine dem Zylinder zugehörige Kurbelwellenkröpfung aufweist, wobei die Kurbelwellenkröpfungen entlang der Längsachse der Kurbelwelle beabstandet zueinander angeordnet sind, bei der
    • jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wozu sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
    • die Zylinder in zwei Gruppen konfiguriert sind, wobei jeweils ein außenliegender Zylinder und der benachbarte innenliegende Zylinder eine Gruppe bilden, und
    • die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung eines Abgaskrümmers stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei die Abgasleitungen jeder Zylindergruppe jeweils zu einer Teilabgasleitung zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen der zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art.
  • Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch Dieselmotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden. Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder, d. h. Brennräume, miteinander verbindbar bzw. verbunden sind. Auf die einzelnen Bauteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
  • Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Kolben jedes Zylinders einer Brennkraftmaschine wird axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt und begrenzt zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf den Brennraum eines Zylinders. Der Kolbenboden bildet dabei einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse ab, so dass keine Verbrennungsgase bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangen und kein Öl in den Brennraum gelangt.
  • Der Kolben dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben mittels eines Kolbenbolzens mit einer Pleuelstange gelenkig verbunden, die wiederum im Bereich einer Kurbelwellenkröpfung an der Kurbelwelle beweglich gelagert ist.
  • Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf, die sich aus den Gaskräften infolge der Kraftstoffverbrennung im Brennraum und den Massenkräften infolge der ungleichförmigen Bewegung der Triebwerksteile zusammensetzen. Dabei wird die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle transformiert. Die Kurbelwelle überträgt dabei das Drehmoment an den Antriebsstrang.
  • Moderne Brennkraftmaschinen werden nahezu ausschließlich nach einem vier Takte umfassenden Arbeitsverfahren betrieben. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen der mindestens vier Zylinder und das Füllen der Brennräume mit Frischgemisch bzw. Ladeluft über die Einlaßöffnungen. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Der mindestens eine Zylinderkopf dient in der Regel zur Aufnahme dieses Ventiltriebs.
  • Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Zylinder rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung der Brennräume mit Frischgemisch bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Daher werden die Zylinder auch häufig mit mehreren Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen versehen.
  • Die Einlaßkanäle, die zu den Einlaßöffnungen führen, und die Auslaßkanäle, d. h. die Abgasleitungen, die sich an die Auslaßöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Zylinder werden in der Regel zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet, wobei der Abgaskrümmer als zum Abgasabführsystem gehörend angesehen werden kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden die Abgasleitungen von vier Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Dabei werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt und zwar in der Art, dass jeweils die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammenführen und die beiden auf diese Weise gebildeten Teilabgasleitungen der vier Zylinder bzw. zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen und damit das Volumen des Krümmers deutlich reduzieren. Der ausgebildete Abgaskrümmer kann dabei teilweise oder vollständig in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert sein.
  • Die dynamischen Wellenvorgänge bzw. Druckschwankungen im Abgasabführsystem sind der Grund dafür, dass sich die thermodynamisch versetzt arbeitenden Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel gegenseitig beeinflussen, insbesondere auch behindern können. Eine verschlechterte Drehmomentcharakteristik bzw. ein gemindertes Leistungsangebot können die Folge sein. Werden die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt, kann der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel entgegengewirkt werden.
  • Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslaßventil nahe dem unteren Totpunkt öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgastrakt mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslaßöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslaßstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke und in Abhängigkeit von der Leitungsführung infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.
  • Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung weitgehend an, so dass die Verbrennungsgase maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.
  • In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Abgasabführsystems laufen die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch die Abgasleitungen der anderen Zylinder entlang und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen und geöffneten Auslaßöffnung.
  • Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar unter anderem infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht.
  • Kurze Abgasleitungen können beispielsweise bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor, dessen Zylinder mit der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 betrieben werden, auch dazu führen, dass der vierte Zylinder den in der Zündfolge vorangehenden dritten Zylinder, d. h. den vorher gezündeten Zylinder, während des Ladungswechsels nachteilig beeinflußt und aus dem vierten Zylinder stammendes Abgas in den dritten Zylinder gelangt, bevor dessen Auslaßventile schließen.
  • Die vorstehend beschriebene Problematik betreffend die gegenseitige Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel, ist bei der konstruktiven Auslegung von Brennkraftmaschinen von zunehmender Relevanz, da bei der Ausbildung des Abgaskrümmers eine Entwicklung hin zu kurzen Abgasleitungen zu beobachten ist.
  • So ist es aus mehreren Gründen vorteilhaft, die Abgasleitungen der Zylinder ausgehend von der jeweiligen Auslaßöffnung bis hin zur Sammelstelle im Abgaskrümmer, an der die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen und das heiße Abgas der Zylinder gesammelt wird, möglichst kurz auszuführen, beispielsweise den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren und die Zusammenführung der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen.
  • Zum einen führt dies zu einer kompakteren Bauweise der Brennkraftmaschine und einem dichteren Packaging der gesamten Antriebseinheit im Motorraum. Zum anderen ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung und der Montage sowie eine Gewichtsreduzierung, insbesondere bei einer vollständigen Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf
  • Des Weiteren können sich kurze Abgasleitungen vorteilhaft auf die Anordnung und den Betrieb eines Abgasnachbehandlungssystems, welches stromabwärts der Zylinder vorgesehen ist, auswirken. Der Weg der heißen Abgase zu den Abgasnachbehandlungssystemen sollte möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
  • In diesem Zusammenhang ist man bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann, d. h. durch Verkürzung der entsprechenden Abgasleitungen.
  • Bei mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird angestrebt, die Turbine möglichst nahe am Auslaß, d. h. den Auslaßöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Auch dabei sollte die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslaßöffnungen der Zylinder und der Turbine minimiert werden, weshalb wiederum die Verkürzung der Leitungen dieses Leitungssystems zielführend ist, beispielsweise durch zumindest teilweise Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
  • Zunehmend häufig wird der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlung zu partizipieren und den Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind.
  • Die Verkürzung der Abgasleitungen des Abgaskrümmers, beispielsweise durch Integration in den Zylinderkopf, hat - wie vorstehend dargelegt - eine Vielzahl von Vorteilen, führt aber neben der Verkürzung der Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen auch zu einer Verkürzung der einzelnen Abgasleitungen, da diese bereits unmittelbar stromabwärts der Auslaßöffnungen zusammengeführt werden, wodurch sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel verschärft.
  • Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. der gattungsgemäßen Art, bereitzustellen, die einerseits der Forderung nach einem kompakten Abgaskrümmer mit kurzen Abgasleitungen Rechnung trägt und mit der sich andererseits die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel beheben bzw. abmildern läßt.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit
    • mindestens einem Zylinderkopf,
    • vier entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern, und
    • einer zu einem Kurbeltrieb gehörenden Kurbelwelle, die für jeden Zylinder eine dem Zylinder zugehörige Kurbelwellenkröpfung aufweist, wobei die Kurbelwellenkröpfungen entlang der Längsachse der Kurbelwelle beabstandet zueinander angeordnet sind, bei der
    • jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wozu sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
    • die Zylinder in zwei Gruppen konfiguriert sind, wobei jeweils ein außenliegender Zylinder und der benachbarte innenliegende Zylinder eine Gruppe bilden, und
    • die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung eines Abgaskrümmers stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei die Abgasleitungen jeder Zylindergruppe jeweils zu einer Teilabgasleitung zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen der zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
      und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • die beiden Kurbelwellenkröpfungen der zwei Zylinder jeder Zylindergruppe in Umfangsrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle herum keinen Versatz aufweisen, so dass die Zylinder einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufende Zylinder sind, und die Kurbelwellenkröpfungen der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen der anderen Zylindergruppe in Umfangsrichtung um 180° versetzt auf der Kurbelwelle angeordnet sind.
  • Die Abgasleitungen der vier Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine werden in einer ersten Stufe gruppenweise, d. h. paarweise, zusammengeführt, wobei jeweils ein außenliegender Zylinder und der benachbarte innenliegende Zylinder ein Zylinderpaar bilden, deren Abgasleitungen zu einer Teilabgasleitung zusammenführen. In einer zweiten Stufe werden dann diese Teilabgasleitungen stromabwärts im Abgasabführsystem zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen wird hierdurch verkürzt. Das stufenweise Zusammenführen der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung trägt zudem zu einer kompakteren, d. h. weniger voluminösen Bauweise bei.
  • Die Abgasströme der beiden Zylindergruppen werden erfindungsgemäß länger voneinander getrennt gehalten als die Abgasströme innerhalb einer Gruppe. Die Ausbildung der Teilabgasleitungen und deren wegstreckenmäßig längere Separierung voneinander haben den Effekt, dass die eine Zylindergruppe die andere Zylindergruppe beim Ladungswechsel nicht bzw. weniger stark beeinflußt.
  • Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Abgaskrümmers, insbesondere der Ausbildung von Teilabgasleitungen, besteht zwar grundsätzlich die Möglichkeit, dass sich die Zylinder einer Gruppe beim Ladungswechsel gegenseitig behindern.
  • Diese Problematik wird aber vorliegend durch die Wahl einer geeigneten Zündfolge entschärft. Die vier Zylinder werden dazu in der Art betrieben, dass die Zylinder einer Zylindergruppe einen möglichst großen Versatz hinsichtlich der Arbeitsprozesse aufweisen, d. h. es wird abwechselnd bei einem Zylinder der einen Zylindergruppe und einem Zylinder der anderen Zylindergruppe die Verbrennung - beispielweise mittels Fremdzündung - initiiert. Vorteilhaft können dabei Verfahrensvarianten sein, bei denen die Zylinder in der Reihenfolge 1 - 3 - 2 - 4 oder in der Reihenfolge 1 - 4 - 2 - 3 gezündet werden. Die Numerierung der Zylinder einer Brennkraftmaschine ist in der DIN 73021 geregelt. Bei Reihenmotoren werden die Zylinder der Reihe nach durchgezählt.
  • Die Zylinder werden im Abstand von jeweils 180°KW gezündet, so dass ausgehend vom ersten Zylinder die Zündzeitpunkte in °KW gemessen die Folgenden sind: 0 - 180 - 360 - 540. Folglich weisen die Zylinder einer Zylindergruppe einen thermodynamischen Versatz von 360°KW auf Berücksichtigt man weiter, dass die Auslaßventile in der Regel eine Öffnungsdauer zwischen 220°KW und 260°KW haben, wird deutlich, dass sich die Zylinder einer Gruppe bei der gewählten Zündfolge nicht beim Ladungswechsel beeinflussen können, und zwar völlig unabhängig davon, wie zügig die Zusammenführung der Abgasleitungen stromabwärts der Auslaßöffnungen zu einer Teilabgasleitung erfolgt.
  • Eine von der herkömmlichen Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 abweichende Zündfolge erfordert auch eine von der herkömmlichen Kurbelwelle abweichende Kurbelwelle, d. h. eine von der herkömmlichen Kurbelwellenkröpfung abweichende Kurbelwellenkröpfung.
  • Erfindungsgemäß wird eine Kurbelwelle eingesetzt, mit der die Zylinder einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufen, d. h. zu demselben Zeitpunkt den oberen und unteren Totpunkt durchlaufen. Die dazugehörigen Kurbelwellenkröpfungen der beiden Zylinder dürfen hierzu in Umfangsrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle herum keinen Versatz aufweisen. Der thermodynamische Versatz von 360°KW wird dann durch die Zündfolge realisiert.
  • Um im Hinblick auf die Gesamtheit der vier Zylinder einen Zündabstand von jeweils 180°KW zu realisieren, sind die Kurbelwellenkröpfungen der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen der anderen Zylindergruppe in Umfangsrichtung um 180° verdreht, d. h. versetzt.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine Brennkraftmaschine, die einen kompakten Abgaskrümmer mit kurzen Abgasleitungen aufweist und gleichzeitig die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel eliminiert, weshalb die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe löst.
  • Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen, wenn beispielweise acht Zylinder auf zwei Zylinderbänke verteilt angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Zusammenführung der Abgasleitungen in den dann zwei Zylinderköpfen kann auch dann zur Verbesserung des Ladungswechsels und zur Verbesserung des Drehmomentangebots genutzt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
  • Wie bereits beschrieben, ist es vorteilhaft, den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren, d. h. die Zusammenführung der Abgasleitungen möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen, da dies zu einer kompakteren Bauweise führt, ein dichtes Packaging gestattet und sich Kostenvorteile und Gewichtsvorteile ergeben. Zudem können sich Vorteile hinsichtlich des Ansprechverhaltens eines im Abgasabführsystem vorgesehenen Abgasturboladers bzw. eines Abgasnachbehandlungssystems sowie hinsichtlich des für den Krümmer zu verwendenden Werkstoffs ergeben.
  • Aus den vorstehend genannten Gründen sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Abgasleitungen der Zylindergruppen unter Ausbildung von zwei integrierten Abgasteilkrümmern innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu Teilabgasleitungen zusammenführen.
  • D. h. die Zusammenführung der Abgasleitungen jeder der beiden Zylindergruppen zu einer dieser Zylindergruppe zugehörigen Teilabgasleitung erfolgt gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform innerhalb des Zylinderkopfes.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Gemäß der vorstehenden Ausführungsform führen die im Zylinderkopf ausgebildeten Teilabgasleitungen bereits innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammen. Insofern verläßt das gesamte, vom Abgasabführsystem geführte Abgas den Zylinderkopf durch eine einzelne Austrittsöffnung an der auslaßseitigen Außenseite des Zylinderkopfes.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist durch eine sehr kompakte Bauweise gekennzeichnet, die über sämtliche Vorteile verfügt, die ein vollständig in den Zylinderkopf integrierter Abgaskrümmer mit sich bringt.
  • Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Teilabgasleitungen der Zylinder außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Die Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe führen dabei vorzugsweise innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Teilabgasleitung zusammen. Der Abgaskrümmer ist dann modular aufgebaut und setzt sich aus einem im Zylinderkopf integrierten Krümmerabschnitt, nämlich zwei Abgasteilkrümmern, und einem externen Krümmer bzw. Krümmerabschnitt zusammen.
  • Die Abgasströme der Teilabgasleitungen werden zumindest bis zum Verlassen des Zylinderkopfes voneinander getrennt gehalten, so dass das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf austritt. Die Teilabgasleitungen werden stromabwärts des Zylinderkopfes und damit erst außerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Dies kann stromaufwärts oder stromabwärts einer Abgasnachbehandlung oder einer Abgasturboaufladung erfolgen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Brennkraftmaschine ein Saugmotor ist.
  • Vorteilhaft sind aber insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladevorrichtung vorgesehen ist. Die Abgase in den Zylindern einer aufgeladenen Brennkraftmaschine weisen während des Betriebs der Brennkraftmaschen deutlich höhere Drücke auf, weshalb die dynamischen Wellenvorgänge im Abgasabführsystem während der Ladungswechsel deutlich ausgeprägter sind, insbesondere der Vorauslaßstoß.
  • Dementsprechend hat die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen eine noch höhere Relevanz.
  • Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine umfaßt.
  • Die Vorteile eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader bestehen darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase. Die vom Abgasstrom an die Turbine abgegebene Energie wird für den Antrieb eines Verdichters genutzt, der die ihm zugeführte Ladeluft fördert und komprimiert, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Gegebenenfalls ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Verbrennungsluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird.
  • Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die Aufladung ist aber auch ein geeignetes Mittel, bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin zu verschieben, wodurch der spezifische Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Teilabgasleitungen der Zylinder außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine zweiflutige Turbine ist, die einen Eintrittsbereich mit zwei Eintrittskanälen aufweist, wobei jeweils eine der beiden Teilabgasleitungen in einen der beiden Eintrittskanäle mündet.
  • Vorteilhaft ist diese Ausführungsform auch, weil die Trennwand zwischen den Eintrittskanälen der zweiflutigen Turbine vertikal verläuft und die beiden Teilabgasleitungen senkrecht dazu - entlang der Längsachse des Zylinderkopfes versetzt zueinander - aus dem Kopf austreten. Insofern korrespondiert die Anordnung der Trennwand bzw. der Eintrittskanäle mit der Austrittsstruktur der beiden Teilabgasleitungen.
  • Nichtsdestotrotz kann die Turbine auch dann als zweiflutige Turbine ausgeführt werden, wenn sie in der Gesamtabgasleitung angeordnet wird.
  • Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, die zwei im Abgasabführsystem angeordnete Turbinen umfassen.
  • Ist nur ein Abgasturbolader vorgesehen, wird häufig bei Unterschreiten einer bestimmten Motordrehzahl ein Drehmomentabfall beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird beispielsweise die Drehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.
  • Grundsätzlich kann dabei dem Abfall des Ladedruckes durch eine Verkleinerung des Turbinenquerschnittes und der damit einhergehenden Steigerung des Turbinendruckverhältnisses entgegengewirkt werden, was aber zu Nachteilen bei hohen Drehzahlen führt.
  • Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird daher häufig durch Einsatz von mehr als einem Abgasturbolader zu verbessern versucht, d. h. durch mehrere parallel oder in Reihe angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel oder in Reihe angeordnete Turbinen.
  • Werden zwei Abgasturbolader vorgesehen, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die zwei Turbinen in der Gesamtabgasleitung in Reihe angeordnet sind.
  • Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
  • Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Teillastbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypaßleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypaßleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgassystem ab und mündet stromabwärts der Turbine wieder in das Abgassystem ein, wobei in der Bypaßleitung ein Absperrelement angeordnet ist, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.
  • Das Ansprechverhalten einer derartig aufgeladenen Brennkraftmaschine - insbesondere im Teillastbereich - ist deutlich verbessert gegenüber einer vergleichbaren Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung. Der Grund hierfür ist auch darin zu sehen, dass die kleinere Hochdruckstufe weniger träge ist als ein im Rahmen einer einstufigen Aufladung verwendeter größerer Abgasturbolader, weil sich das Laufzeug eines kleiner dimensionierten Abgasturboladers schneller beschleunigen und verzögern läßt.
  • Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Teilabgasleitungen der Zylinder außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, können auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass in jeder der beiden Teilabgasleitungen eine Turbine angeordnet ist.
  • Auch durch zwei parallel angeordnete Turbinen läßt sich die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine spürbar verbessern. Vorliegend besteht die Möglichkeit, beide kleinen Turbinen motornah, d. h. unmittelbar benachbart zum Zylinderkopf, anzuordnen.
  • Die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes ermöglicht. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
  • Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluß genommen werden kann.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mit einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist. Insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschinen sind thermisch hoch belastet, weshalb hohe Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Mit einer Flüssigkeitskühlung können aber wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.
  • Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung der Brennkraftmaschine, d. h. des Zylinderkopfes bzw. des Zylinderblocks, mit einem integrierten Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird bereits im Inneren des Bauteils an das Kühlmittel abgegeben. Das Kühlmittel wird mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Kopfes bzw. Blocks abgeführt und dem Kühlmittel in einem Wärmetauscher wieder entzogen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  • Wie bereits ausgeführt wurde, wird während des Ladungswechsels eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt, um die Drosselverluste in den ausströmenden Abgasströmungen gering zu halten und ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Deshalb ist es vorteilhaft, die Zylinder mit zwei oder mehr Auslaßöffnungen auszustatten.
  • Brennkraftmaschinen werden zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid kann ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen werden. Bei Ottomotoren kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, insbesondere Dreiwegekatalysatoren, mit denen Stickoxide mittels der nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert werden, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden. Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuß betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren aber auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel nicht reduziert werden. Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren - sogenannte SCR-Katalysatoren - eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren, auch LNT genannt, reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine im Katalysator absorbiert, d. h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (λ < 1) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden. Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern. Die Partikel werden im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt.
  • Auch bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist.
  • Entsprechend den unterschiedlichen Ausgestaltungen des Abgaskrümmers bzw. des Abgasabführsystems ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der Abgasnachbehandlung.
  • Vorteilhaft können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist. Das gesamte Abgas teilt sich ein gemeinsames Nachbehandlungssystem.
  • Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Teilabgasleitungen der Zylinder außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass in jeder der beiden Teilabgasleitungen ein Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist. In der Gesamtabgasleitung, zu der die beiden Teilabgasleitungen stromabwärts zusammen führen, kann auch ein weiteres Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen werden, gegebenenfalls auch eine andere Art von Abgasnachbehandlungssystem.
  • Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, gemäß dem die Verbrennung bei den Zylindern im Abstand von 180°KW initiiert wird.
  • Die Initiierung, d. h. Einleitung der Verbrennung kann sowohl durch eine Fremdzündung, beispielsweise mittels Zündkerze, als auch durch Selbstzündung bzw. Kompressionszündung erfolgen. Insofern läßt sich das Verfahren bei Ottomotoren, aber auch bei Dieselmotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen anwenden.
  • Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Bei Brennkraftmaschinen, deren Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung mit Zündvorrichtungen ausgestattet sind, können Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Zylinder mittels Zündvorrichtungen in der Reihenfolge 1 - 3 - 2 - 4 und im Abstand von 180°KW gezündet werden. Die Zylinder werden dabei beginnend mit einem außenliegenden Zylinder der Reihe nach entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes durchgezählt und numeriert.
  • Vorteilhaft können aber auch Verfahrensvarianten sein, bei denen die Zylinder mittels Zündvorrichtungen in der Reihenfolge 1 - 4 - 2 - 3 und im Abstand von 180°KW gezündet werden. Die Zylinder werden dabei beginnend mit einem außenliegenden Zylinder der Reihe nach entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes durchgezählt und numeriert.
  • Gemäß den beiden vorstehenden Verfahrensvarianten, weisen die beiden Zylinder einer Zylindergruppe den größtmöglichen Versatz hinsichtlich ihrer Arbeitsprozesse auf, nämlich einen thermodynamischen Versatz von 360°KW. Es wird abwechselnd bei einem Zylinder der einen Zylindergruppe und einem Zylinder der anderen Zylindergruppe die Verbrennung mittels Fremdzündung initiiert.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch den im Zylinderkopf integrierten Abschnitt des Abgaskrümmers einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Draufsicht,
    Fig. 2
    schematisch den im Zylinderkopf integrierten Abschnitt des Abgaskrümmers einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Draufsicht, und
    Fig. 3
    eine Ausführungsform der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine als Prinzipskizze.
  • Figur 1 zeigt schematisch den im Zylinderkopf integrierten Abschnitt des Abgaskrümmers 7 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Draufsicht.
  • Der dazugehörige Zylinderkopf (nicht dargestellt) verfügt über vier Zylinder 1, 2, 3, 4, die entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnet sind. Der Zylinderkopf verfügt somit über zwei außenliegende Zylinder 1, 4 und zwei innenliegende Zylinder 2, 3.
  • Jeder Zylinder 1, 2, 3, 4 weist zwei Auslaßöffnungen 5 auf, an die sich Abgasleitungen 8 des Abgasabführsystems 6 zum Abführen der Abgase anschließen. Die Abgasleitungen 8 der Zylinder 1, 2, 3, 4 führen stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung 10 zusammen, wobei jeweils die zwei Abgasleitungen 8 eines außenliegenden Zylinders 1, 4 und die zwei Abgasleitungen 8 des benachbarten innenliegenden Zylinders 2, 3 zu einer dieser Zylindergruppe zugehörigen Teilabgasleitung 9 zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen 9 der vier Zylinder 1, 2, 3, 4 zu einer Gesamtabgasleitung 10 zusammenführen.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Abgaskrümmer 7 handelt es sich um einen vollständig im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer 7, d. h. die Abgasleitungen 8 der Zylinder 1, 2, 3, 4 führen innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung des Abgaskrümmers 7 zu einer Gesamtabgasleitung 10 zusammen.
  • Figur 2 zeigt schematisch den im Zylinderkopf integrierten Abschnitt des Abgaskrümmers 7 einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Draufsicht. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf Figur 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Die Abgasleitungen 8 der beiden Zylindergruppen führen unter Ausbildung von zwei integrierten Abgasteilkrümmern 7a, 7b innerhalb des Zylinderkopfes zu Teilabgasleitungen 9 zusammen. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 führen diese Teilabgasleitungen 9 aber erst außerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammen (nicht dargestellt), so dass die Teilabgasleitungen 9 über eine längere Wegstrecke voneinander separiert sind.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Kurbelwelle 15 der Brennkraftmaschine als Prinzipskizze.
  • Die dargestellte Kurbelwelle 15 verfügt über fünf Lager 16 und weist für jeden Zylinder eine dem Zylinder zugehörige Kurbelwellenkröpfung 11, 12, 13, 14 auf. Die Kurbelwellenkröpfungen 11, 12, 13, 14 sind entlang der Längsachse 15a der Kurbelwelle 15 beabstandet zueinander angeordnet, wobei die beiden Kurbelwellenkröpfungen 11, 12, 13, 14 der zwei Zylinder jeder Zylindergruppe in Umfangsrichtung um die Längsachse 15a der Kurbelwelle 15 herum keinen Versatz aufweisen, so dass die Zylinder jeder Zylindergruppe mechanisch gleichlaufende Zylinder sind. Die Kurbelwellenkröpfungen 11, 12 der ersten beiden Zylinder, d. h. der ersten Zylindergruppe, sind gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen 13, 14 des dritten und vierten Zylinders, d. h. der zweiten Zylindergruppe, in Umfangsrichtung um 180° versetzt auf der Kurbelwelle 15 angeordnet.
  • Die an den Kurbelwellenkröpfungen 11, 12, 13, 14 angreifenden Massenkräfte F sind kenntlich gemacht. Das aus den Massenkräften resultierende Massenmoment M ist vorzugsweise mittels Massenausgleich auszugleichen.
    • Bezugszeichen
    • 1
    erster Zylinder, außenliegender Zylinder
    2
    zweiter Zylinder, innenliegender Zylinder
    3
    dritter Zylinder, innenliegender Zylinder
    4
    vierter Zylinder, außenliegender Zylinder
    5
    Auslaßöffnung
    6
    Abgasabführsystem
    7
    Abgaskrümmer
    7a
    Abgasteilkrümmer
    7b
    Abgasteilkrümmer
    8
    Abgasleitung
    9
    Teilabgasleitung
    10
    Gesamtabgasleitung
    11
    Kurbelwellenkröpfung des ersten Zylinders
    12
    Kurbelwellenkröpfung des zweiten Zylinders
    13
    Kurbelwellenkröpfung des dritten Zylinders
    14
    Kurbelwellenkröpfung des vierten Zylinders
    15
    Kurbelwelle
    15a
    Längsachse der Kurbelwelle
    16
    Kurbelwellenlager, Lager
    F
    Massenkraft
    °KW
    Grad Kurbelwinkel
    M
    Massenmoment

Claims (17)

  1. Brennkraftmaschine mit
    - mindestens einem Zylinderkopf,
    - vier entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern (1, 2, 3, 4), und
    - einer zu einem Kurbeltrieb gehörenden Kurbelwelle (15), die für jeden Zylinder (1, 2, 3, 4) eine dem Zylinder (1, 2, 3, 4) zugehörige Kurbelwellenkröpfung (11, 12, 13, 14) aufweist, wobei die Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) entlang der Längsachse (15a) der Kurbelwelle (15) beabstandet zueinander angeordnet sind, bei der
    - jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslaßöffnung (5) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder (1, 2, 3, 4) via Abgasabführsystem (6) aufweist, wozu sich an jede Auslaßöffnung (5) eine Abgasleitung (8) anschließt,
    - die Zylinder (1, 2, 3, 4) in zwei Gruppen konfiguriert sind, wobei jeweils ein außenliegender Zylinder (1, 4) und der benachbarte innenliegende Zylinder (2, 3) eine Gruppe bilden, und
    - die Abgasleitungen (8) der Zylinder (1, 2, 3, 4) unter Ausbildung eines Abgaskrümmers (7) stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen, wobei die Abgasleitungen (8) jeder Zylindergruppe jeweils zu einer Teilabgasleitung (9) zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen (9) der zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die beiden Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) jeder Zylindergruppe in Umfangsrichtung um die Längsachse (15a) der Kurbelwelle (15) herum keinen Versatz aufweisen, so dass die Zylinder (1, 2, 3, 4) einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufende Zylinder (1, 2, 3, 4) sind, und die Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen (11, 12, 13, 14) der anderen Zylindergruppe in Umfangsrichtung um 180° versetzt auf der Kurbelwelle (15) angeordnet sind.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (8) der Zylindergruppen unter Ausbildung von zwei integrierten Abgasteilkrümmern (7a, 7b) innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu Teilabgasleitungen (9) zusammenführen.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (8) der Zylinder (1, 2, 3, 4) unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers (7) innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabgasleitungen (9) der Zylinder (1, 2, 3, 4) außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Saugmotor ist.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem (6) angeordnete Turbine umfaßt.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung (10) angeordnet ist.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, bei der die Teilabgasleitungen (9) der Zylinder (1, 2, 3, 4) außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine zweiflutige Turbine ist, die einen Eintrittsbereich mit zwei Eintrittskanälen aufweist, wobei jeweils eine der beiden Teilabgasleitungen (9) in einen der beiden Eintrittskanäle mündet.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, die zwei im Abgasabführsystem (6) angeordnete Turbinen umfassen.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Turbinen in der Gesamtabgasleitung (10) in Reihe angeordnet sind.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Teilabgasleitungen (9) der Zylinder (1, 2, 3, 4) außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der beiden Teilabgasleitungen (9) eine Turbine angeordnet ist.
  12. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem (6) vorgesehen ist.
  13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung (10) angeordnet ist.
  14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, bei der die Teilabgasleitungen (9) der Zylinder (1, 2, 3, 4) außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung (10) zusammenführen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der beiden Teilabgasleitungen (9) ein Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Zylindern (1, 2, 3, 4) die Verbrennung im Abstand von 180°KW initiiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, deren Zylinder (1, 2, 3, 4) zur Einleitung einer Fremdzündung mit Zündvorrichtungen ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Zündvorrichtungen in der Reihenfolge 1 - 3 - 2 - 4 und im Abstand von 180°KW gezündet werden, wobei die Zylinder (1, 2, 3, 4) beginnend mit einem außenliegenden Zylinder (1, 4) der Reihe nach entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes durchgezählt und numeriert werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, deren Zylinder (1, 2, 3, 4) zur Einleitung einer Fremdzündung mit Zündvorrichtungen ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Zündvorrichtungen in der Reihenfolge 1 - 4 - 2 - 3 und im Abstand von 180°KW gezündet werden, wobei die Zylinder (1, 2, 3, 4) beginnend mit einem außenliegenden Zylinder (1, 4) der Reihe nach entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes durchgezählt und numeriert werden.
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