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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere
einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgastrakt, in
dem ein eine erste innere Schale sowie eine zweite äußere Schale
umfassender Abgaskrümmer
das Abgas der Brennkraftmaschine sammelt und einer Abgasturbine
eines Abgasturboladers zuleitet, wobei zwischen dem Abgaskrümmer und
einem Einlass der Abgasturbine ein flexibles Verbindungselement
angeordnet ist.
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Aus
der
US 2,712,456 ist
ein flexibles, metallisches Abgasführungselement eines Flugzeugtriebwerks
bekannt, das als lösbare
Ausgleichrohrverbindung vorgesehen ist. Das Abgasführungselement
ist weitgehend symmetrisch aufgebaut und weist zwei separate ineinander
greifende, gegeneinander verschiebbare Rohrelemente auf, die jeweils
an ihren axial gegenüber
liegenden Seiten an Anschlussrohrstücken festgelegt sind. Zwischen
den Berührungsflächen der
ineinander greifenden Rohrelemente liegt ein kleiner radialer Spalt
vor, der über
einen elastischen Faltenbalg nach außen abgedichtet ist.
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Aus
der
DE 36 03 498 C2 ist
ein Verbindungselement zur Anbindung der Abgasturbine eines Abgasturboladers
an einen Auspuffkrümmer
einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Verbindungselement weist ein
erstes äußeres Blechrohr
mit einem Balgabschnitt sowie ein zweites inneres Blechrohr auf,
wobei das äußere Blechrohr
an dem einschalig ausgebildeten Abgaskrümmer angeschweißt und zusammen
mit dem inneren Blechrohr am Abgasturbolader festgelegt ist. Zur
Festlegung der Blechrohre des Verbindungselements seitens des Abgasturboladers
ist eine vergleichsweise aufwändige
Spannring-Anordnung vorgesehen.
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Aus
der JP-A-08-074570 ist ein Verbindungselement zwischen einem Abgaskrümmer und einem
Verdichtergehäuse
eines Abgasturboladers bekannt. Als Verbindungselement ist ein flexibler
Faltenbalg vorgesehen, der einen etwa axialen Spalt zwischen dem
Turboladergehäuse
und dem Abgaskrümmer
nach außen
hin abdichtet.
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Ausgehend
von dem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung,
einen Abgasturbolader mit möglichst
einfachen Mitteln an der zugehörigen
Brennkraftmaschine zu fixieren und eine dichte, langlebige und zugleich
elastisch nachgiebige Anbindung des Abgasturboladers an das Abgassystem
sicherzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
ist der an der ersten inneren Schale des Abgaskrümmers ein rohrförmiger Verlängerungsabschnitt
vorgesehen, der einstückig
mit der inneren Schale des Abgaskrümmers ausgeführt und/oder fest
mit der inneren Schale des Abgaskrümmers verbunden ist, wobei zwischen
dem Verlängerungsabschnitt
und dem Einlass der Abgasturbine ein axialer Spalt gebildet ist,
der von dem flexiblen Verbindungselement nach außen abgedeckt ist. Der rohrförmige Verlängerungsabschnitt
greift vorzugsweise in den Einlass der Abgasturbine ein, wobei der
axiale Spalt einen Ausgleich für
Wärmedehnungen
seitens der inneren Schale des Abgaskrümmers ermöglicht. Dabei ist in vorteilhafter
Weise dem Umstand Rechnung getragen, dass die Wärmedehnungen im Bereich der
inneren Schale des Abgaskrümmers
besonders groß sind – diese
also besonders berücksichtigt
werden müssen.
Zugleich ist die Anbindung des flexiblen Verbindungselements an
der thermisch geringer belasteten äußeren Schale des Krümmers und/oder
am Abgasturboladergehäuse
vorgesehen. Es ergibt sich ein besonders einfach aufgebautes und
zugleich langlebiges, weil gering belastetes Verbindungselement
zwischen einem zweischaligen Abgaskrümmer und einem Abgasturbolader.
Aufbau und Funktion des zweischaligen Abgaskrümmers können exemplarisch der
DE 41 18 848 A1 entnommen
werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist das flexible Verbindungselement
einerseits an der zweiten äußeren Schale
des Abgaskrümmers
und andererseits am Einlass der Abgasturbine befestigt. Eine Befestigung
kann jeweils form-, kraft- oder stoffschlüssig erfolgen, wobei eine weitgehend
gasdichte Anbindung realisierbar ist, da mit Hilfe des Verlängerungselements
der inneren Schale des Abgaskrümmers
die thermische Belastung des flexiblen Verbindungselementes und
dessen Anbindungsbereiche gering gehalten ist. Zugleich ermöglicht das
Verlängerungselement
eine optimale Gasführung
ohne größere Strömungsverluste,
während
das flexible Verbindungselement in der vorgeschlagenen Ausgestaltung
eine dauerhafte und zuverlässige
Abdichtung sicherstellt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten inneren
Schale und der zweiten äußeren Schale
des Abgaskrümmers
ein Luftspalt gebildet, der sich zwischen dem flexiblen Verbindungselement
und dem Verlängerungsabschnitt
fortsetzt. Auf diese Weise kann eine Temperierung des Krümmer-Luftspalts
vorteilhaft auf den Bereich des Verbindungselements ausgedehnt werden.
Insbesondere ist erfindungsgemäß ein aktiver
Lufttransfer zwischen dem Bereich des Verbindungselements und dem
Krümmer-Luftspalt
möglich.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftspalt angrenzend
an den Einlass der Abgasturbine ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich
das Verbindungselement effektiv kühlen. Vorzugsweise ist seitens
des Abgasturbolader-Gehäuses
eine Öffnung
zu dem Luftspalt ausgebildet, durch die ein Druck- und/oder Volumenausgleich
erreichbar ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Verlängerungsabschnitt
und dem Einlass der Abgasturbine ein radialer Spalt gebildet, der in
den Luftspalt zwischen flexiblem Verbindungselement und Verlängerungsabschnitt übergeht.
Mit dieser Anordnung kann ausgehend vom Krümmer-Luftspalt eine gezielte Zuströmung in
den Einlass der Abgasturbine mit entsprechenden Druck- und Temperaturausgleicheffekten
realisiert werden. Ferner sind Relativbewegungen zwischen der inneren
Schale des Abgaskrümmers
bzw. deren Verlängerungsabschnitt
einerseits und dem flexiblen Verbindungselement andererseits tolerierbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Verlängerungsabschnitt
und dem Einlass der Abgasturbine ein axialer Spalt zum Ausgleich
von Wärmedehnungen
der inneren Schale des Abgaskrümmers
und/oder des Verlängerungsabschnitts gebildet.
Vorzugsweise ist dieser axiale Spalt strömungstechnisch verbunden mit
dem Luftspalt zwischen dem flexiblen Verbindungselement bzw. dem
Luftspalt des Abgaskrümmers.
Dadurch kann eine gezielte Zuströmung
in die Abgasströmung
am Einlass der Abgasturbine mit entsprechenden Druck- und Temperaturausgleicheffekten,
jedoch auch umgekehrt eine Abströmung
aus der Abgasleitung in den Luftspalt erzielbar sein. Ferner ist
ein wirkungsvoller Toleranzausgleich realisierbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zwischen dem Verlängerungsabschnitt
und dem Einlass der Abgasturbine ausgebildete radiale Spalt in mindestens
einem Betriebszustand enger als der zwischen dem Verlängerungsabschnitt
und dem Einlass der Abgasturbine ausgebildete axiale Spalt. Dabei
dient der radiale Spalt als Spaltdichtung und verhindert eine Beaufschlagung
des elastischen Verbindungselements mit heißem Abgas. Beide Spalte lassen
ferner einen Wärmedehnungs-
und Toleranzausgleich in alle Richtungen zwischen der inneren Schale
des Abgaskrümmers
bzw. deren Verlängerungsabschnitt
einerseits und dem Abgasturbolader-Gehäuse andererseits zu.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands
ergeben sich aus der anschließenden
Beschreibung und den Zeichnungen. Hierzu zeigt die einzige Figur
einen Längsschnitt
durch einen Abgastrakt einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, dies
im Anbindungsbereich eines Abgasturboladers an einen Abgaskrümmer.
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Eine
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeuges ist bevorzugt als Hubkolben-Dieselmotor ausgeführt und
weist in allgemein bekannter Weise in ihrem Abgastrakt 1 einen
Abgaskrümmer 3 sowie
einen Abgasturbolader 2 auf, wobei Abgaskrümmer 3 und
Abgasturbolader 2 über
ein Anschluss-Stück 4 aneinander
angekoppelt sind.
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Der
Abgasturbolader 2 umfasst in nicht näher dargestellter Weise eine
Abgasturbine, die in einem Gehäuse 5 gelagert
ist, welches wiederum einen Einlass 5a zur Zufuhr des aus
der Brennkraftmaschine abgeführten
Abgases aufweist. Das Abgasturbolader-Gehäuse 5 ist mit einfachen
Mitteln über
Halterungen weitgehend starr am Motorblock der Brennkraftmaschine
angebunden, wodurch Vibrationen des Abgasturboladers minimiert bzw.
wirkungsvoll unterdrückt
werden.
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Zum
Sammeln des Abgases aus mehreren Brennräumen der Brennkraftmaschine
ist der Abgaskrümmer 3 in
bekannter Weise als ein verzweigtes Rohrsystem ausgebildet, das
an seinem von der Brennkraftmaschine beabstandeten Ende 3a ein
gemeinsames Sammelrohr 6 aufweist, durch das das gesamte,
dem Krümmer
zugeordnete Abgas geleitet wird.
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Bei
dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abgaskrümmer 3 in
vorteilhafter Weise zweischalig ausgebildet, wobei eine metallische
erste innere Schale 7 zugleich die Funktion des Sammelrohrs 6 übernimmt.
Der inneren Schale 7 ist erfindungsgemäß ein rohrförmiger Verlängerungsabschnitt 8 zugeordnet,
der vorzugsweise einstückig mit
der inneren Schale 7 ausgeführt ist. Der Verlängerungsabschnitt 8 ist
bevorzugt kreiszylindrisch ausgestaltet und erstreckt sich bis hinein
in eine zylindrische Aufnahme 9 seitens des Abgasturbolader-Gehäuses 5.
Zwischen dem Verlängerungsabschnitt 8 und
der Aufnahme 9 sind sowohl ein relativ weiter axialer Spalt 10,
als auch ein engerer radialer Spalt 11 gebildet. Beide
Spalte 10, 11 gestatten eine Relativbewegung und
eine Wärmedehnung
des Verlängerungsabschnittes 8 gegenüber dem
Einlass 5a des Abgasturbolader-Gehäuses 5, wobei Relativbewegungen
und Wärmedehnungen
des Verlängerungsabschnitts 8 im
Allgemeinen einhergehen mit ebensolchen Prozessen der thermisch
hoch belasteten inneren Schale 7 des Abgaskrümmers. Ferner lassen
sich statische und/oder dynamische Lagetoleranzen zwischen einerseits
einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, an dem der Abgaskrümmer 3 gelagert
ist, und andererseits einem Halter des Abgasturboladers 2 ausgleichen.
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Die
innere Schale
7 des Abgaskrümmers
3 ist außenseitig
umgeben von einer zweiten äußeren Schale
12,
die ebenfalls aus einem (allerdings thermisch geringer belasteten)
metallischen Werkstoff hergestellt ist. Zwischen äußerer Schale
12 und
innerer Schale
7 des Abgaskrümmers
3 ist ein so
genannter Luftspalt
13 gebildet, der nicht nur von Luft,
sondern auch von Abgas durchströmbar
sein kann. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Luftspalt
13 entsprechend
der
DE 102 06 066
A1 mit Kühlluft
zwangsbelüftet
ausgeführt.
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Das
zwischen Abgasturbolader-Gehäuse 5 und
Abgaskrümmer 3 vorgesehene
Anschluss-Stück 4 umfasst
neben dem Verlängerungsabschnitt 8 der inneren
Schale 7 ein flexibles Verbindungselement 14 in
Form eines an sich bekannten Faltenbalges. Der Faltenbalg ist vorzugsweise
als so genannter Stahlflexschlauch ausgeführt und mittels zweier Ringe 15 einerseits
an die äußere Schale 12 des
Abgaskrümmers 3 und
andererseits an das Abgasturbolader-Gehäuse 5 gasdicht angeschweißt, sodass
er die zwischen dem Verlängerungsabschnitt 8 und
dem Einlass 5a des Abgasturbolader-Gehäuses 5 gebildeten
Spalte 10, 11 nach außen hin abdeckt und eine mit
einfachen Mitteln realisierbare, weiche Anbindung des Abgasturboladers
am Abgaskrümmer
bietet. Zugleich ist zwischen dem Verbindungselement 14 und
dem Verlängerungsabschnitt 8 ein
Luftspalt 16 gebildet, der in Strömungsverbindung steht sowohl
mit den Spalten 10, 11 als auch mit dem Luftspalt 13 des
Abgaskrümmers 3.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel
ist das Verbindungselement aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt.
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In
nicht dargestellter Weise kann eine aktive und/oder passive Durchströmung des
Luftspaltes 13 des Abgaskrümmers vorgesehen sein, die über den Spalt 16 zwischen
dem Verlängerungsabschnitt 8 und
dem Verbindungselement 14 bis hin zum Einlass 5a des
Abgasturbolader-Gehäuses 5 geführt ist.
Die Spalte 10, 11 in der Aufnahme 9 sind
ebenfalls strömungstechnisch
mit den Luftspalten 13, 16 verbunden. Dadurch
kann eine gezielte Zuströmung
in die Abgasströmung
am Einlass 5a der Abgasturbine mit entsprechenden Druck-
und Temperaturausgleicheffekten, jedoch auch umgekehrt eine Abströmung aus der
Abgasleitung in den Luftspalt 10 erzielbar sein.
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Die
Merkmale der lediglich beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lassen sich nahezu beliebig miteinander kombinieren, so dass sich
weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben
können.