DE102006012365B4

DE102006012365B4 - Abgasleitungssystem für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102006012365B4
Application number: DE102006012365.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Christl; Thomas Eger; Michael Förster; Andreas Hoh
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2026-03-18
Also published as: JP5774260B2; CN101054931B; JP2007247644A; FI20070151A0; FI20070151A; KR101305560B1; DE102006012365A1; KR20070094469A; CN101054931A; FI126488B

Abstract

Abgasleitungssystem für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren aus mehreren im Wesentlichen gleich gestalteten Leitungsteilstücken (1, 2), wobei jedes Leitungsteilstück (1, 2) ein Leitungsanschlussteil (3, 4) für einen Zylinder (30) umfasst und für jedes Leitungsteilstück (1, 2) eine äußere Wärmeisolierung vorgesehen ist, so dass jedes Leitungsteilstück (1, 2) doppelwandig ausgeführt ist, derart, dass ein zentral verlaufendes Rohrleitungsstück (6) unter Ausbildung einer Längskammer (7) etwa koaxial von einem äußeren Rohrleitungsstück (12) ummantelt ist, die Längskammer (7) mittels eines Keramikschaums ausgegossen ist und die einzelnen Leitungsteilstücke (1, 2) mittels hitzebeständiger Rohrkupplungen oder Axialkompensatoren (11) verbunden sind, die auch einen Verschluss der Längskammern (7) durch Wärmeausdehnung zulassen, wobei der Verschluss der Längskammern (7) durch jeweils eine geschlitzte Querwandung (20) an jeder Stirnseite einer Längskammer (7) erfolgt, die durch Wärmeausdehnung diese verschließt, und der Abschluss der Längskammer (7) mittels eines Abschlussblechs (13), das in die Rohrkupplung oder Axialkompensator (11) integriert ist, realisiert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren aus mehreren im Wesentlichen gleich gestalteten Leitungsteilstücken.
Aus der DE 38 15 406 A1 ist bereits ein Abgasleitungssystem bekannt geworden, bei dem zusätzlich die aus den Rohrleitungsstücken gebildete Abgasleitung mittels einer äußeren Wärmeisolierung, beispielsweise in Form von Isoliermatten in der Regel auf Glasfasermaterial ausgekleidet ist. Da die Abgasleitung doch verhältnismäßig großen Wärmedehnungen unterworfen ist, die bekanntlich Verspannungen oder gar Zerstörungen innerhalb des Zylinderkopfes hervorrufen können, sind die einzelnen Rohrstücke mittels Steckverbindungen zusammengeführt, so dass relative Axialbewegungen der Rohrstücke möglich sind. Die Montage und Demontage dieses Abgasleitungssystems ist aufwändig, da die Abgasleitung in den Zylinderkopf eingeformt ist.
In Abgasleitungssystemen der Anmelderin sind die einzelnen Rohrstücke auch schon gegenseitig mittels verglichen mit den beschriebenen Steckverbindungen zuverlässigeren Dehnungsstücken, d. h. Axial- und/oder Radialkompensatoren verbunden worden, so dass sie sich bei Erwärmung frei ausdehnen können. Die einzelnen Rohrstücke und die Dehnungsstücke sind isoliert, wobei die Isolierung beispielsweise aus Steinwolle, einer Lage Aluminiumfolie und evtl. einem Asbesttuch, das mit einem Traggewebe abgedeckt ist, besteht. Die Abgasleitung ist mit einem Gehäuse in Form einer Verschalung nach außen abgedeckt.
Ein derartiges Abgasleitungssystem steht natürlich der Forderung nach einer kompakten Bauweise der Brennkraftmaschine entgegen. Die Isolierung der Abgasleitung ist zwar wirkungsvoll, jedoch aufwändig und leider kurzlebig. Außerdem stellen die Dehnungsstücke, so genannte Dilatationskompensatoren, einen beträchtlichen Kostenfaktor für das Abgasleitungssystem dar.
Radial- und/oder Axialkompensatoren, d. h. Abgaskompensatoren, sind beispielsweise bereits in der DE 10 2004 021 799 B3 beschrieben.
Die Nachteile eines oben beschriebenen Abgasleitungssystems liegen auf der Hand. Es erfordert eine hohe Teilevielfalt, man hat eine Vielzahl von Wärmebrücken durch eine vergleichsweise komplizierte Geometrie zumindest der Leitungsanschlussteile.
Des Weiteren ist immer ein Ausblasen von heißer Luft an den Schnittstellen der äußeren Verschalung aus Blech möglich. Auch ist die Lebensdauer der Isoliermatten aus Glasfasermaterial nicht hoch, Glasfasermaterial zersetzt sich leicht.
Demgegenüber stehen allerdings gewisse Anforderungen an die Wärmeisolierung. So sollte die Außentemperatur am Abgasleitungssystem nicht mehr als 220°C betragen. Des Weiteren muss die Isolierung öl- und kraftstoffdicht sein bei einer evtl. Leckage über der Abgasleitung. Trotz Isolierung muss die Abgasleitung demontierbar sein. Eine mehrjährige Lebensdauer wird angestrebt und alle Bauteile inkl. Verbindungen müssen vibrationsfest sein. Es ist zudem bei großen Motoren wünschenswert, dass die Abgasleitung trittfest ist und dass bei Demontage der Zylinderköpfe eine Fixierung der Abgasleitung möglich ist.
Aus der DE 195 06 530 A1 ist ebenfalls eine Abgasleitung für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren aus mehreren im Wesentlichen gleich gestalteten Leitungsteilstücken bekannt, bei dieser jedes Leitungsteilstück unter Ausbildung einer Längskammer doppelwandig ausgeführt ist und die Längskammer mit einem keramischen Material ausgefüllt ist.
Weitere Isolationsmaterialien wie z. Bsp. in Form von keramischen Schäumen sind in der DE 197 13 332 A1 oder der Veröffentlichung: PETZOLD: Anorganischnichtmetallische Werkstoffe; Charakteristik, Eigenschaften, Anwendungsverhalten. 1. Auflage. Leipzig: Dt. Verl. Für Grundstoffindustrie. S. 190–191. – ISBN 3-342-00491-6 aufgezeigt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abgasleitungssystem der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass die heißen Abgase vor Energieverlust weitgehend geschützt sind, dass keine schädlichen Auswirkungen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Elemente des Abgasleitungssystems auftreten, dass eine verglichen mit dem Stand der Technik kostengünstigere Fertigung möglich ist und das Abgasleitungssystem leicht und schnell montiert werden kann, bei Wartungsarbeiten schadhafte Leitungsabschnitte einfach ermittelt und, unter Vermeidung von Dichtungsproblemen, leicht ausgetauscht werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das vorgeschlagene Abgasleitungssystem trotz Erzielung zuverlässiger Verbindungen und Abdichtungen mittels hitzebeständiger Rohrkupplungen, die axiale und radiale Bewegungen absorbieren, auf vergleichsweise teure Axialkompensatoren für Wärmeausdehnungen zwischen den einzelnen Abgasleitungsabschnitten wie beispielsweise in der DE 10 2004 021 799 B3 beschrieben ist, verzichten kann.
Als ganz besonderer Vorteil kann angesehen werden, dass die Lebensdauer der Isolierung der Abgasleitung konstruktionsbedingt mit der Lebensdauer des Abgasleitungssystems gleich zieht und im Gegensatz zu bisherigen Isolationen wartungsfrei ist. Des Weiteren sind als Vorteile verglichen mit dem Stand der Technik kürzere Montagezeiten, eine kompaktere Bauweise und nicht zuletzt ein saubereres Motorbild zu erwähnen.
Die in die Leitungsteilstücke integrierte Isolationsschicht aus Keramikschaum reduziert die Oberflächentemperatur der äußeren Wand des Abgasleitungssystems auf unter 200°C.
Dadurch, dass in besonders vorteilhafter Weise das Abgasleitungssystem mit einem Berührschutz aus Blech ummantelt ist, wird weiterhin eine Absenkung auf ca. 60°C im Verkehrsbereich erreicht.
Um die Isolations-Längskammer zu verschließen, werden in die Rohrkupplungen oder Axialkompensatoren integrierte Abschlussbleche verwendet, um so die Verformungen und dadurch auftretenden Spannungen zwischen den bevorzugt als Gusswände einstückiger Gussteilen ausgeführten Rohrstücke der Leitungsteilstücke zu absorbieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Fig. zeigt
eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Abgasleitungssystems für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, bei dem die Isolationskammern durch einfache Axialkompensatoren abgeschlossen sind.
Die Figur zeigt einen Teil eines Abgasleitungssystems für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren aus mehreren im Wesentlichen gleich gestalteten Leitungsteilstücken 1, bzw. 2. Jedes Leitungsteilstück 1, 2 umfasst ein Leitungsanschlussteil 3, 4 für einen Zylinder.
Die doppelwandigen Leitungsteilstücke 1, 2 sind als einstückige Gussteile hergestellt, die jeweils mittels einer handelsüblichen hier nicht gezeigten Rohrkupplung verbunden sein können.
Jedes Leitungsteilstück 1, 2 umfasst ein zentral verlaufendes Rohrleitungsstück 6, das unter Ausbildung einer Längskammer 7 etwa koaxial von einem äußeren Rohrleitungsstück 12 ummantelt ist.
Alle Längskammern 7 haben eine Füllung 8 aus Isolationsmaterial in Form eines Keramikschaums.
Der Keramikschaum besteht bevorzugt aus einer Mischung aus Metalloxidverbindungen, insbesondere Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid in Form von anorganischer, aufschäumender und aushärtender Formmasse. In bevorzugter Weise kann ein solcher Keramikschaum aus 99% Aluminium- und Siliziumoxid und 1% verschiedener Metalloxide zusammengesetzt sein.
Es ist jedoch auch ein Granulat, bei dem eine Mischung aus verschiedenen Metalloxiden zu Granulat verarbeitet ist, denkbar. Solche Materialen sind beispielsweise in der DE 101 50 057 A1 als Brandschutzmaterial bekannt.
In bevorzugter Weise sind die Leitungsteilstücke 1, 2 mit einem Berührschutz aus Blech ummantelt. Auf dem äußeren Rohrleitungsstück 12 sind dazu Abstützelemente für das Abgasleitungssystem angeordnet, auf diesem der Berührschutz lagert und selbst so eine Abstützung des Abgasleitungssystems darstellt.
Der Abschluss einer Längskammer 7 ist mittels eines Abschlussblechs 13, das in einen Axialkompensator 11 integriert ist, realisiert. Dabei wird eine Verbindung und Abdichtung der Leitungsteilstücke 1, 2 mittels einer Rohrkupplung vorgenommen und der Abschluss der Längskammern 7 erfolgt per Abschlußblech.
Weiterhin wäre auch ein erfindungsgemäßes Abgasleitungssystem in Anlehnung an das voran beschriebene denkbar, mit dem einzigen Unterschied, dass zwischen den beiden Längskammern 7 der Leitungsteilstücke 1, 2 nur eine Rohrkupplung oder ein Axialkompensator angeordnet ist, der Verschluss der Längskammern 7 erfolgt durch jeweils eine geschlitzte Querwandung 20 an jeder Stirnseite einer Längskammer 7, die durch Wärmeausdehnung diese verschließt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Leitungsteilstück 2 als Endstück ausgebildet ist, das endseitig mittels einer Doppelwandung verschlossen ist. Jedes Leitungsteilstück 1, 2 ist als Baueinheit in Form eines einstückigen Gussteils hergestellt und mit dem zentral verlaufenden Rohrstück 6 zur Abgasführung, ein das innere Rohrstück 6 unter Ausbildung der ringförmigen Längskammer 7 im Abstand koaxial umgebendes äußeres Rohrleitungsstück 12 und den Leitungsanschlussteilen 3, 4 in Form eines gekrümmten Teilstücks, der an einen Zylinder 30 angeschlossen ist, ausgeführt.
In axialer Richtung sind auf diese Weise für die Abgase und Isolierung durchgehende Kanäle bereit gestellt. Zwischen jeweils der axial benachbarten Stirnseiten der Leitungsteilstücke 1, 2 sind ringförmige Rohrkupplungen oder Axialkompensatoren 11 und/oder geschlitzte Querwandungen 20 vorgesehen, so dass an diesen Stellen Raum für eine Wärmeausdehnung der Gusswände in axialer und radialer Richtung der Abschnitte zur Verfügung steht.

Claims

Abgasleitungssystem für mehrzylindrige Gas- und Dieselmotoren aus mehreren im Wesentlichen gleich gestalteten Leitungsteilstücken (1, 2), wobei jedes Leitungsteilstück (1, 2) ein Leitungsanschlussteil (3, 4) für einen Zylinder (30) umfasst und für jedes Leitungsteilstück (1, 2) eine äußere Wärmeisolierung vorgesehen ist, so dass jedes Leitungsteilstück (1, 2) doppelwandig ausgeführt ist, derart, dass ein zentral verlaufendes Rohrleitungsstück (6) unter Ausbildung einer Längskammer (7) etwa koaxial von einem äußeren Rohrleitungsstück (12) ummantelt ist, die Längskammer (7) mittels eines Keramikschaums ausgegossen ist und die einzelnen Leitungsteilstücke (1, 2) mittels hitzebeständiger Rohrkupplungen oder Axialkompensatoren (11) verbunden sind, die auch einen Verschluss der Längskammern (7) durch Wärmeausdehnung zulassen, wobei der Verschluss der Längskammern (7) durch jeweils eine geschlitzte Querwandung (20) an jeder Stirnseite einer Längskammer (7) erfolgt, die durch Wärmeausdehnung diese verschließt, und der Abschluss der Längskammer (7) mittels eines Abschlussblechs (13), das in die Rohrkupplung oder Axialkompensator (11) integriert ist, realisiert ist.
Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelwandigen Leitungsteilstücke (1, 2) als einstückige Gussteile hergestellt sind.
Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikschaum aus einer Mischung aus Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid in Form von anorganischer, aufschäumender und aushärtender Formmasse besteht.
Abgasleitungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasleitungssystem mit einem Berührschutz aus Blech ummantelt ist.