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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine wassergekühlte Abgassammelleitung mit einzeln gekühlten Sammelleitungssegmenten.
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Hintergrund
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Eine Abgassammelleitung (ein Abgaskrümmer) einer Verbrennungskraftmaschine ist eine Zusammenfassung von Leitungen, durch die während einer Verbrennung produzierte Abgase weg von der Kraftmaschine abgeführt werden. Die Abgassammelleitung nimmt typischerweise Abgase von jedem Kraftmaschinenzylinder durch Abgasventilkanäle in dem Zylinderkopf oder Zylinderblock der Kraftmaschine auf. Die Abgassammelleitung leitet die Abgase dann durch eine oder mehrere Nachbehandlungskomponenten und/oder eine oder mehrere Turbinen eines Turboladers, bevor die Abgase in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Während eines Betriebs der Kraftmaschine wird die Abgassammelleitung aufgrund der extrem hohen Temperaturen der durch die Sammelleitung strömenden Abgase sehr heiß. Zum Verringern der Außenschichttemperatur und Verbessern der Wärmeabfuhr weisen einige Abgassammelleitungen einen Wassermantel nahe einer Außenfläche der Sammelleitung auf.
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Eine beispielhafte Abgasleitung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlflüssigkeitsraum wird in dem
US-Patent mit der Nummer 4,693,079 von Wünsche et al. gelehrt. Das Dokument lehrt eine Abgasleitung, die aus mehreren Gehäusen aufgebaut ist, wobei jedes Gehäuse einen Kühlflüssigkeitsraum umfasst. Die Kühlflüssigkeitsräume der nebeneinanderliegenden Gehäuse sind miteinander unter Verwendung eines Verbindungsnippels verbunden. Es scheint, dass die Verbindungsnippel zusammen mit Zwischenverbindungen zwischen Abgasrohrsegmenten die Verbindung zwischen den mehreren Gehäusen bilden. Auch wenn eine Vielzahl von unterschiedlichen Sammelleitungsgestaltungen im Stand der Technik bekannt ist, sollte anerkannt werden, dass ein fortwährender Bedarf an Sammelleitungsgestaltungen besteht, die Verbesserungen bieten, zum Beispiel umfassend eine erhöhte Oberflächenkühlung, eine Vereinfachung der Herstellung oder Verwendung und eine verbesserte Abdichtung.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme oder Schwierigkeiten gerichtet.
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Zusammenfassung
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In einer Ausführungsform weist eine Verbrennungskraftmaschine einen Zylinderblock, der mindestens einen Zylinder definiert, einen mit dem Zylinderblock verbundenen Zylinderkopf und eine modulare Abgassammelleitung (Modulabgassammelleitung), die mit dem Zylinderkopf verbunden und dazu ausgebildet ist, Abgas von dem Zylinderkopf aufzunehmen, auf. Die modulare Abgassammelleitung weist mehrere Abgassammelleitungssegmente auf, die miteinander entlang einer gemeinsamen Achse verbunden sind. Jedes Abgassammelleitungssegment weist ein separates Wassermantelrohr auf, das einen separaten Flüssigkühlmitteldurchgang um jedes der mehreren Abgassammelleitungssegmente definiert. Die Verbrennungskraftmaschine weist auch eine Verbindungsbaugruppe zum Verbinden von nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmenten auf. Die Verbindungsbaugruppe weist mehrere ringförmige Dichtungsvorrichtungen auf, die dazu ausgebildet sind, in einen ersten Satz Nuten, die an einem Endbereich eines ersten Abgassammelleitungssegments ausgebildet sind, zu passen. Die Verbindungsbaugruppe weist auch eine Abstandshülse auf, die dazu ausgebildet ist, zum Verbinden des ersten Abgassammelleitungssegments und des zweiten Abgassammelleitungssegments an dem Endbereich des ersten Abgassammelleitungssegments angebracht und mit einem festgelegten Radialflansch, der an einem danebenliegenden Endbereich eines zweiten Abgassammelleitungssegments ausgebildet ist, verbunden zu werden.
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In einer Ausführungsform weist eine modulare Abgassammelleitung mehrere Abgassammelleitungssegmente auf, die entlang einer gemeinsamen Achse miteinander verbunden sind. Jedes Abgassammelleitungssegment weist ein separates Wassermantelrohr auf, das einen separaten Flüssigkühlmitteldurchgang um jedes der mehreren Abgassammelleitungssegmente definiert. Das Abgassammelleitungssegment weist auch eine Verbindungsbaugruppe zum Verbinden von nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmenten auf. Die Verbindungsbaugruppe weist mehrere ringförmige Dichtungsvorrichtungen auf, die dazu ausgebildet sind, in einen ersten Satz Nuten, die an einem Endbereich eines ersten Abgassammelleitungssegments ausgebildet sind, zu passen. Die Verbindungsbaugruppe weist auch eine Abstandshülse auf, die dazu ausgebildet ist, zum Verbinden des ersten Abgassammelleitungssegments und des zweiten Abgassammelleitungssegments an dem Endbereich des ersten Abgassammelleitungssegments angebracht und mit einem festgelegten Radialflansch, der an einem danebenliegenden Endbereich eines zweiten Abgassammelleitungssegments ausgebildet ist, verbunden zu werden.
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In einer Ausführungsform weist eine modulare Abgassammelleitung ein erstes Abgassammelleitungssegment und ein zweites Abgassammelleitungssegment auf. Die modulare Abgassammelleitung weist auch eine Verbindungsbaugruppe zum Verbinden des ersten Abgassammelleitungssegments und des zweiten Abgassammelleitungssegments entlang einer gemeinsamen Achse auf. Die Verbindungsbaugruppe weist mehrere ringförmige Dichtungsvorrichtungen, die dazu ausgebildet sind, in einen ersten Satz Nuten, die an einem Endbereich des ersten Abgassammelleitungssegments ausgebildet sind, zu passen, und eine Abstandshülse, die dazu ausgebildet ist, zum Verbinden des ersten Abgassammelleitungssegments und des zweiten Abgassammelleitungssegments an dem Endbereich des ersten Abgassammelleitungssegments angebracht und mit einem festgelegten Radialflansch, der an einem danebenliegenden Endbereich des zweiten Abgassammelleitungssegments ausgebildet ist, verbunden zu werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die angehängten Zeichnungen, die in die Offenbarung mit aufgenommen sind und ein Teil derselben bilden, stellen mehrere Aspekte der Offenbarung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Prinzipien der Offenbarung.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine mit einer modularen Abgassammelleitung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht mehrerer verbundener Abgassammelleitungssegmente der beispielhaften modularen Abgassammelleitung von 1 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
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3 ist eine zusätzliche perspektivische Ansicht mehrerer verbundener Abgassammelleitungssegmente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines Paares nebeneinanderliegender Abgassammelleitungssegmente gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
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5 ist eine perspektivische Seitenansicht mehrerer verbundener Abgassammelleitungssegmente gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, und
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6 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsbaugruppe, die in Verbindung mit nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmenten verwendet wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Durch die in der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Verbesserungen, die nachfolgend vollständiger beschrieben sind, werden die Betriebsverfahren und die Wirksamkeit der Verbindung deutlich verbessert.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine 10 dargestellt, die zum Zwecke der Darstellung und nicht zur Beschränkung eine Viertakt-Verdichtungszündungskraftmaschine sein kann. Die Kraftmaschine 10 weist allgemein einen Zylinderblock 12 auf, der sich in Längsrichtung zwischen entgegengesetzten Enden 12a und 12b erstreckt und mehrere Verbrennungskammern oder Zylinder 14 definiert. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Kraftmaschine 10 jeglicher Kraftmaschinentyp sein (zum Beispiel innere Verbrennung, Gas, Diesel, Gaskraftstoff, Erdgas, Propan etc.), von jeglicher Größe sein, mit jeglicher Zylinderanzahl, jeglichem Verbrennungskammertyp (zum Beispiel zylindrisch, Rotationsfunkenzündung (Rotationskraftmaschine mit Fremdzündung), Kompressionszündung, Viertakt und Zweitakt etc.) und mit jeglicher Konfiguration (zum Beispiel „V“, in Reihe, radial etc.). Gemäß der beispielhaften Konfiguration definiert der Zylinderblock 12 zwei Reihen von sechs in Längsrichtung beabstandeten Zylindern 14, was zu einer V-12-Konfiguration führt. Allerdings werden Fachleute erkennen, dass jegliche Konfiguration und eine jegliche Anzahl an Zylindern 14 anwendbar sein können.
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Die beispielhafte Kraftmaschine 10 weist auch einen Zylinderkopf 16 zum Vorsehen einer Einlass- und Abgasströmungsverbindung mit den Zylindern 14 jeder Reihe auf. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann jeder Zylinderkopf 16 eine Anzahl an Zylinderkopfmodulen 18 entsprechend der Anzahl der Zylinder 14, die von dem Zylinderblock 12 definiert sind, aufweisen. Allerdings wird in Erwägung gezogen, dass jedes Zylinderkopfmodul 18 dazu dienen kann, eine Strömungsverbindung mit mehr als einem Zylinder 14 vorzusehen, wie beispielsweise zwei, drei oder vier Zylindern 14. Das Zylinderkopfmodul 18 kann dazu ausgebildet sein, einzeln von dem Zylinderblock 12 gelöst bzw. getrennt zu werden, wodurch eine Entfernung eines einzelnen Zylinderkopfmoduls 18 möglich wird, ohne die Notwendigkeit, irgendein anderes Zylinderkopfmodul 18 zu entfernen. Diese beispielhafte Konfiguration kann dazu dienen, eine Wartung der Kraftmaschine 10 zu vereinfachen, wie Fachleute erkennen werden. Die beispielhafte Kraftmaschine 10 weist einen Turbolader 20 auf, der im Wesentlichen an einem Längsende der Kraftmaschine 10 positioniert ist (zum Beispiel das entgegengesetzte Ende 12b der Kraftmaschine 10). Gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann der Turbolader 20 jedem Zylinder 14 zugeordnet sein, allerdings wird eine andere Anzahl an Turboladern und auch Ausführungsformen ohne Turbolader in Erwägung gezogen.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die beispielhafte Kraftmaschine 10 auch eine modulare (mehrteilige) Abgassammelleitung (Auslasssammelleitung) 22 auf, die mit jedem Zylinderkopf 16 zum Vorsehen einer Strömungsverbindung zwischen Abgaskanälen (Auslasskanälen) des Zylinderkopfes 16 und der Umgebung verbunden sind. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die modulare Abgassammelleitung 22 in Längsrichtung und stellt eine Strömungsverbindung zwischen den Zylinderköpfen 16 und dem Turbolader 20 her.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist jede beispielhafte Abgassammelleitung 22 mehrere Abgassammelleitungssegmente (Auslasssammelleitungssegmente) 24 auf, die mit den Enden aneinander bzw. durchgängig entlang einer gemeinsamen Längsachse der Kraftmaschine 10 verbunden bzw. gekoppelt sind. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Abgassammelleitungssegmente 24 einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweisen, obwohl auch andere Querschnitte in Erwägung zu ziehen sind. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform sind die Abgassammelleitungssegmente 24 dazu ausgebildet, Abgas in einer ersten Richtung relativ zu der Längsachse zu leiten. Die Abgassammelleitung 22 und die jeweiligen Abgassammelleitungssegmente 24 können aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material gegossen sein.
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Jedes Abgassammelleitungssegment 24 weist einen Abgaskanal 26 auf, der dazu ausgebildet ist, Abgas von einem Abgaskanal des Zylinderkopfes 16 aufzunehmen. Zum Beispiel weist ein erstes Abgassammelleitungssegment 24a einen ersten Abgaskanal 26a auf, der Abgas von einem Abgaskanal des entsprechenden Zylinderkopfmoduls 18 aufnehmen bzw. empfangen kann. Gleichermaßen weist ein zweites Abgassammelleitungssegment 24b einen zweiten Abgaskanal 26b zur Aufnahme von Abgas von einem zweiten Abgaskanal des entsprechenden Zylinderkopfmoduls 18 auf. Der erste und zweite Abgaskanal 26a und 26b nehmen jeweils Abgase von dem Zylinderkopf 16 auf und, wenn sie zum Definieren einer modularen Abgassammelleitung, wie beispielsweise der Abgassammelleitung 22 von 1, miteinander verbunden bzw. gekoppelt sind, definieren ein Kraftmaschinenabgasrohr bzw. Kraftmaschinenauslassrohr.
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Unter Bezugnahme auf 3–6 wird nun eine beispielhafte Abgassammelleitung 22 und entsprechende Abgassammelleitungssegmente 24 ausführlicher beschrieben. Die Abgassammelleitungssegmente 24 weisen einen Sammelleitungssegmentkörper 25 auf, der ein Wassermantelrohr 28 und ein Abgasrohrsegment 30 aufnimmt bzw. aufweist.
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Das Wassermantelrohr 28 ist dazu ausgebildet, ein Flüssigkühlmittel aufzunehmen. Insbesondere definiert das Wassermantelrohr 28 einen Flüssigkühlmitteldurchgang 32, der ein Inneres des Sammelleitungssegments 24 und ein Abgasrohrsegment 30, das innerhalb des Wassermantelrohrs 28 aufgenommen ist, umgibt bzw. umhüllt. Zum Beispiel weist ein erstes Abgassammelleitungssegment 24a ein erstes Wassermantelrohr 28a auf, das einen ersten Flüssigkühlmitteldurchgang 32a definiert. Gleichermaßen weist ein zweites Abgassammelleitungssegment 24b ein zweites Wassermantelrohr 28b auf, das einen zweiten Flüssigkühlmitteldurchgang 32b definiert. Die Wassermantelrohre (zum Beispiel die Wassermantelrohre 28a und 28b) und demnach deren jeweilige Flüssigkühlmitteldurchgänge (zum Beispiel die Flüssigkühlmitteldurchgänge 32a und 32b) sind voneinander und jeglichen zusätzlichen Wassermantelrohren (und entsprechenden Flüssigkühlmitteldurchgängen) von anderen Sammelleitungssegmenten getrennt (separat bzw. einzeln) vorgesehen, wenn die Sammelleitungssegmente miteinander verbunden werden, sodass letztlich die modulare Abgassammelleitung definiert wird.
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Jedes Sammelleitungssegment 24 ist dazu ausgebildet, ein Kühlmittel aufzunehmen und den Kühlmittelfluss um die heißen Oberflächen des Inneren des Sammelleitungssegments 24 zu leiten. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform weist der Flüssigkühlmitteldurchgang 32, der von dem Wassermantelrohr 28 definiert wird, eine Öffnung oder einen Kühlmitteleintrittskanal 34 auf, sodass das Einströmen von Luft und Wasser ermöglicht wird. Der Eintrittskanal 34 kann durch die Eingriffsfläche bzw. Kontaktfläche bzw. Verbindungsfläche zum Übertragen von Flüssigkühlmittel von einer Kühlmittelzufuhr zu dem Wassermantelrohr 28 vorgesehen sein. Wie gezeigt ist, ist der Eintrittskanal 34 radial beabstandet von dem Abgasrohrsegment 30 und kann direkt mit der Kühlmittelzufuhr verbunden bzw. gekoppelt werden. Die Sammelleitungssegmente 24 sind direkt mit einer Kühlmittelquelle über den Kühlmitteleintrittskanal verbunden. Im Betrieb kann ein Flüssigkühlmittel, wie beispielsweise Wasser und/oder ein bekanntes Kühlmittel (zum Beispiel ein auf Glykol basierendes Kühlmittel), in ein Wassermantelrohr 28 über den Flüssigkühlmitteleintrittskanal 34 eintreten bzw. einströmen und einen Flüssigkühlmitteldurchgang 32 im Wesentlichen füllen. Das Kühlmittel wird dann im Wesentlichen um das Abgasrohrsegment zum Umgeben bzw. Umhüllen der Innenwand des Abgassammelleitungssegments 24, Kühlen des Abgases und Abschirmen des Äußeren des Sammelleitungssegments 24 geleitet. Das Kühlen und Abschirmen werden beide innerhalb des Gussteils des Abgassammelleitungssegments 24 erreicht. Anstatt dass das Kühlmittel in eine Abgassammelleitung an einem ersten Ende eintritt, um einen Innenumfang (eine Innenbegrenzung) der Abgassammelleitung vollständig fließt oder von einem Sammelleitungssegment zum nächsten springt und zu einer Kühlmittelrückführsammelleitung 38 an einem zweiten Ende der Abgassammelleitung zurückkehrt, fließt das Kühlmittel daher von der Kühlmittelquelle in das Wassermantelrohr 28 zum Kühlen der einzelnen Abgassammelleitungssegmente.
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Die Kühlmitteldurchgänge innerhalb jedes Sammelleitungssegments können auch einen Verbindungskanal bzw. Überbrückungskanal 40 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, den Kühlmittelfluss zu steuern und Luftblasen daran zu hindern, sich innerhalb des Flüssigkühlmitteldurchgangs 32 zu bilden. Wenn das Kühlmittel bis zu dem Wassermantelrohr 28 fließt und in einen ersten Flüssigkühlmitteldurchgangsbereich 42 eintritt, kann mindestens ein Teil des Kühlmittels in den Verbindungskanal 40 eintreten bzw. einströmen und hindurchfließen. Das Kühlmittel kann den Verbindungskanal 40 verlassen und zum Fließen zu einem zweiten, nicht angrenzenden Flüssigkühlmitteldurchgangsbereich 43 des Wassermantelrohrs 28, der nicht anderweitig mit dem ersten Bereich 42 verbunden ist, geleitet werden.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform können die Flüssigkühlmitteldurchgänge, die von dem Wassermantelrohr 28 definiert werden, jeweils eine Entlüftung (Belüftung) oder Öffnung aufweisen, sodass ein Austritt von Wasser und Luft möglich ist. Demnach kann mindestens eine zusätzliche Öffnung oder eine Rückführöffnung 36 durch den Sammelleitungssegmentkörper 25 zum Übertragen von Flüssigkühlmittel von dem Wassermantelrohr 28 zu einer Kühlmittelrückführsammelleitung 38 vorgesehen sein. Das Flüssigkühlmittel kann durch den Flüssigkühlmitteldurchgang 32 fließen und das Wassermantelrohr 28 über den Flüssigkühlmittelrückführkanal 36 verlassen. Beim Verlassen des Wassermantelrohrs 28 kann das Flüssigkühlmittel von jedem Abgassammelleitungssegment dann in die Kühlmittelrückführsammelleitung 38 geleitet werden. In einigen Ausführungsformen fließt das Kühlmittel dann nach oben zum Verlassen des Wassermantelrohrs 28 über den Rückführkanal 36 und aus dem Oberteil des Sammelleitungssegmentkörpers 25 zum Verbinden mit Kühlmittel aus einem oder mehreren danebenliegenden (angrenzenden bzw. benachbarten) Abgassammelleitungssegmenten in den Kühlmittelrückführsammelleitung 38. Wie gezeigt ist, kann der Rückführkanal 36 radial beabstandet von dem Abgasrohrsegment sein und kann direkt mit der Kühlmittelrückführsammelleitung 38 gekoppelt bzw. verbunden sein (wie in 1 gezeigt ist).
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Wie in 4–5 gesehen werden kann, ist das Abgasrohrsegment 30 von jedem Abgassammelrohrsegment 24 teleskopartig innerhalb eines entsprechenden Wassermantelrohrs 28 aufgenommen. Wie oben beschrieben ist, kann jedes Abgassammelrohrsegment 24 einen Abgaskanal 26 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Strömungsverbindung zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem Abgasrohrsegment von jedem Abgassammelrohrsegment 24 herzustellen bzw. vorzusehen. Der Abgaskanal 26 kann jegliches geeignetes Mittel sein, um die Abgasrohrsegmente mit dem Zylinderkopf 16 in Fluidverbindung zu setzen. In einigen Ausführungsformen kann die Kontaktfläche (Eingriffsfläche bzw. Befestigungsfläche bzw. Verbindungsfläche) 44 des Abgaskanals einen Flansch bzw. Kragen aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine ähnlich geformte Dichtung (nicht gezeigt) zum Abdichten des Abgaskanals 26 zu dem Zylinderkopf 16 aufzunehmen. Ein Dichtungsbauteil (nicht gezeigt) kann entlang der Kontaktfläche 44 positioniert sein und eine Dichtung, wie beispielsweise eine Mehrlagenstahldichtung (MLS-Dichtung), aufweisen, die über bzw. entlang der Kontaktfläche 44 und um das Abgasrohrsegment 30 positioniert ist, sodass der Abgaskanal 26 zu dem Zylinderkopf abgedichtet ist. Die Kontaktfläche 44 kann auch mehrere Öffnungen 46 zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels (zum Beispiel Bolzen, Schrauben etc.) zum weiteren Sichern des Abgaskanals 26 an dem Zylinderkopf 16 aufweisen.
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Unter Bezugnahme auf 6 sind nun verbundene Abgassammelleitungssegmente, die ähnlich zu den oben beschriebenen Abgassammelleitungssegmenten 24 sind, beschrieben. Insbesondere und gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mindestens ein Ende 48 jedes Abgassammelleitungssegments 24 dazu ausgebildet sein, eine nachgebende bzw. erweiterbare bzw. dehnbare bzw. ausdehnende Verbindungsbaugruppe (Kupplungsbaugruppe) 50 bzw. Verbindung aufzunehmen, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmeausdehnung aufzunehmen und einen Verzug bzw. Versatz zu verhindern. Die erweiterbare Verbindungsbaugruppe 50 ist dazu ausgebildet, ein Abgassammelleitungssegment mit einem anderen Abgassammelleitungssegment zu verbinden. Zum Beispiel kann die erweiterbare Verbindungsbaugruppe 50 dazu ausgebildet sein, ein erstes Sammelleitungssegment 24a an einem zweiten Sammelleitungssegment 24b anzubringen und eine Verschiebe- bzw. Gleitbewegung der verbundenen Sammelleitungssegmente entlang einer Dichtfläche eines entsprechenden Sammelleitungssegments relativ zu danebenliegenden Sammelleitungssegmenten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Nuten 52, 54 in das mindestens eine Ende 48 des ersten Sammelleitungssegments 24a (maschinell bzw. spanabhebend) eingearbeitet werden. Die Nuten sind integral (einstückig bzw. einheitlich) mit dem Sammelleitungssegmentkörper 25 vorgesehen.
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Ringförmige Elastomerdichtungsvorrichtungen 56, 58 (zum Beispiel O-Ringe) können innerhalb einer oder mehrerer Nuten 52, 54, die entlang eines Außenumfangs des ersten Sammelleitungssegmentendes 48 (maschinell bzw. spanabhebend) eingearbeitet sind, positioniert sein. Im Einzelnen kann jede Verbindungsbaugruppe 50 mindestens eine erste Ringdichtung 56 zum Positionieren um eine erste Nut 52, die in dem ersten Sammelleitungssegmentende 48 an einer ersten Längsposition ausgebildet ist, aufweisen. Jedes Verbindungsbauteil 50 kann ferner eine zweite Ringdichtung 58 aufweisen, die innerhalb einer zweiten Nut 54 an dem ersten Sammelleitungssegmentende 48 an einer zweiten Längsposition, die von der ersten Längsposition beabstandet ist, positioniert ist.
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Die Verbindungsbaugruppe 50 kann auch eine Abstandshülse 60 bzw. einen Adapter aufweisen, der eine Kontaktfläche (Eingriffsfläche) bzw. Oberfläche definiert, die zum Zusammenverbinden von nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmenten 24a und 24b ausgebildet sind. Die Abstandshülse 60 weist eine erste Kontaktfläche (Eingriffsfläche) 62 auf, die zum Verbinden bzw. Koppeln des ersten Abgassammelleitungssegments 24a mit dem zweiten Abgassammelleitungssegment 24b ausgebildet ist. Die Abstandshülse 60 kann eine oder mehrere Vorsprünge 64 aufweisen, die entlang eines Außenumfangs der Abstandshülse 60 ausgebildet sind und sich nach außen erstrecken, sodass eine manuelle bzw. händische Drehung der Abstandshülse 60 möglich ist. Löcher 66 können durch die Vorsprünge zum Aufnehmen von Verbindungsmechanismen (zum Beispiel Bolzen, Schrauben etc.) gebohrt sein. Die Verbindungsbaugruppe 50 kann auch eine dritte Ringdichtung 68 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, innerhalb einer entsprechenden Nut 70 zu sitzen, die an der ersten Kontaktfläche 62 der Abstandshülse 60 ausgebildet ist.
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Mindestens ein gegenüberliegendes bzw. entgegengesetztes Ende jedes Sammelleitungssegments 24 weist einen flächigen fixierten (fest angebrachten bzw. befestigten bzw. ortsfesten bzw. festgelegten) Radialflansch 72 auf, der eine Kontaktfläche (Eingriffsfläche) 74 bzw. Fläche des zweiten Sammelleitungssegments 24b definiert, die zum Verbinden mit dem ersten Sammelleitungssegment 24a über die Verbindungsbaugruppe 50 ausgebildet ist. Ähnlich zu der Abstandshülse 60 kann der fixierte Radialflansch 72 auch eine oder mehrere Flanschvorsprünge 76 aufweisen, die entlang eines Außenumfangs des befestigten Radialflansches 72 ausgebildet sind. Löcher 77 können durch die Vorsprünge zum Aufnehmen von Verbindungsmechanismen (zum Beispiel Bolzen, Schrauben etc.) gebohrt sein.
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Die Verbindungsbaugruppe 50 kann auch eine vierte Ringdichtung 78 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, innerhalb einer entsprechende Nut 80 zu sitzen (wie in 2 gezeigt ist), die in bzw. an einer zweiten Kontaktfläche (Eingriffsfläche) 82 der Abstandshülse 60 ausgebildet ist. Die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 können außen (außerhalb) von dem Wassermantelrohr 28 positioniert sein, sodass die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 so kalt wie die Außenfläche des Abgassammelleitungssegmentkörpers 25 bleiben, während sie das Abgas innerhalb der Sammelleitung 22 abdichten. Positioniert man die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 außen von dem Wassermantelrohr 28, ermöglicht dies den Dichtungsvorrichtungen, im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie die Außenfläche des Sammelrohrsegmentkörpers 25 zu halten.
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Die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58 sind so ausgebildet, dass sie einen ersten Durchmesser aufweisen, der dazu ausgebildet ist, in die entsprechenden Radialnuten 52, 54, die an bzw. in der Außenfläche des ersten Sammelrohrsegmentendes 48 ausgebildet sind, zu passen. Die dritte und die vierte ringförmige Dichtungsvorrichtung 68, 78 weisen einen zweiten Durchmesser auf, der größer als der erste Durchmesser und dazu ausgebildet ist, in die Nuten 70, 80 zu passen, die in die Kontaktflächen 62, 82 der Abstandshülse 60 eingearbeitet sind. In einigen Ausführungsformen sind die dritte und vierte ringförmigen Dichtungsvorrichtung 68, 78 in die Nuten 70, 80 eingesetzt und axial hinter einer Lippe mechanisch gesichert (eingeklemmt), die an einer entsprechenden Kontaktfläche der Abstandshülse 60 ausgebildet sind, sodass verhindert wird, dass die ringförmige Dichtungsvorrichtungen 68, 70 aus der Nut fällt. Der Innendurchmesser der dritten ringförmigen Dichtungsvorrichtung 68 ist dazu ausgebildet, den Außendurchmesser der Abstandshülse 60 zu führen, sodass der ersten Kontaktfläche 62 der Abstandshülse 60 ermöglicht wird, über das erste Sammelleitungssegmentende 24a zu gleiten (verschoben zu werden) und mit einem entsprechenden fixierten Radialflansch 72, der an dem zweiten Sammelleitungssegmentende 24b positioniert ist, ausgerichtet zu sein. Beim Fixieren bzw. Befestigen der Abstandshülse 60 über die erste und zweite ringförmige Dichtungsvorrichtung 56, 58, kann die Abstandshülse an einen Absatz bzw. Vorsprung 61, der an dem ersten Abgassammelleitungssegmentende 48 ausgebildet ist, beabstandet von den Nuten 52, 54 anliegen bzw. anstoßen.
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Zum Sichern eines ersten Sammelleitungssegments 24a an einem zweiten Sammelleitungssegment 24b und Ausbilden einer erweiterbaren Verbindung (zum Beispiel zum Sichern der Abstandshülse 60 an dem fixierten Radialflansch 72) kann die Abstandshülse 60 dann über die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58 positioniert werden. Die Abstandshülse 60 kann aus Stahl oder jeglicher anderen geeigneten Metalllegierung gebildet sein. Die Abstandshülse 60 weist eine Nut auf, die an der Innenseite einer ersten Kontaktfläche eingearbeitet ist. Eine Innenumfangsfläche der Abstandshülse 60 kann zum Aufnehmen der mehreren ringförmigen Dichtungsvorrichtungen, die in den oben beschriebenen Nuten positioniert sind, innen glatt (glatt gebohrt) sein. Lösbare Befestigungsmittel, wie beispielsweise Bolzen, können durch entsprechende Öffnungen, wie beispielsweise Gewindebohrungen, sowohl der Abstandshülse 60 als auch des fixierten Radialflansches 72 zum Sichern einer Verbundposition der nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmente 24a und 24b durch Sichern der Abstandshülse 60 an dem fixierten Radialflansch 72 positioniert sein. Allerdings werden alternative Verbindungsmittel auch in Erwägung gezogen. Jeglicher Positionsversatz oder Flächenversatz zwischen dem ersten Sammelleitungssegment 24a und dem zweiten Sammelleitungssegment 24b kann durch die Radial-/Axialbewegung der Verbindungsbaugruppe 50 aufgenommen werden. Eine solche Aufnahme des Montageversatzes ermöglicht ein gleichmäßiges Zusammendrücken der ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 74.
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Die oben beschriebene Verbindungsbaugruppe 50 sieht eine erweiterbare Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Abgassammelleitungssegment 24a und 24b vor, die eine Bewegung der Abgassammelleitungssegmente ermöglicht, wenn die Wassermantelrohre sich als eine Folge der Wärmeausdehnung verschieben oder biegen.
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Die Abgassammelleitungssegmente 24 weisen auch mehrere Stopfen (Stöpsel) 84 auf, die entlang des Sammelleitungssegmentkörpers 25 vorgesehen sind. Die Stopfen 84 können Ablassmöglichkeiten für das Wassermantelrohr 28 vorsehen. Die Abgassammelleitungssegmente 24 können auch einen Wassermantelrohrablassstopfen 86 aufweisen, der auf einer Unterseite (Bodenseite) des Abgaskanals 26 vorgesehen ist. Der Ablassstopfen 86 kann auf ähnliche Weise Ablassmöglichkeiten für das Wassermantelrohr 28 vorsehen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung kann auf Verbrennungskraftmaschinen mit Abgassammelleitungen bzw. -kümmern anwendbar sein. Ferner kann die vorliegende Offenbarung auf Abgassammelleitungen mit Wassermänteln zum Verringern der Außenflächentemperatur der Abgassammelleitung anwendbar sein. Ferner kann die vorliegende Offenbarung auf modulare Sammelleitungsgestaltungen, die eine verbesserte Herstellbarkeit und Wartbarkeit bieten, anwendbar sein. Zudem kann die vorliegende Offenbarung auf Strategien für Dichtungsverbindungen zwischen Abgassammelleitungssegmenten einer mit einem Wassermantel gekühlten, modularen Abgassammelleitung anwendbar sein.
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Unter allgemeiner Bezugnahme auf 1–6 weist eine beispielhafte Verbrennungskraftmaschine 10 allgemein einen Zylinderblock 12, der mehrere Zylinder 14 definiert, auf. Ein Zylinderkopf 16 ist mit dem Zylinderblock 12 verbunden und sieht eine Einlass- und Auslassströmungsverbindung mit den Zylindern 14 vor. Die beispielhafte Kraftmaschine 10 weist auch eine hierin offenbarte, modulare Abgassammelleitung (Modulabgassammelleitung) 22 auf, die mit jedem Zylinderkopf 16 zum Vorsehen einer Strömungsverbindung zwischen Abgaskanälen (Auslasskanälen) des Zylinderkopfes 16 und der Umgebung verbunden sind. Wie in 1 gezeigt ist, weist jede beispielhafte modulare Abgassammelleitung 22 mehrere Abgassammelleitungssegmente 24 auf, die mit aneinander anliegenden Enden entlang einer gemeinsamen Längsachse der Kraftmaschine 10 verbunden sind.
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Die hierin beschriebene modulare Abgassammelleitung 22 weist mehrere Abgassammelleitungssegmente auf, die jeweils einen Sammelleitungssegmentkörper 25 aufweisen, die ein Wassermantelrohr 28 und ein Abgasrohrsegment 30 aufnehmen. Das Wassermantelrohr 28 ist dazu ausgebildet, ein Flüssigkühlmittel aufzunehmen. Insbesondere definiert das Wassermantelrohr 28 einen Flüssigkühlmitteldurchgang 32, der ein Inneres des Sammelleitungssegments 24 und ein innerhalb des Wassermantelrohrs 28 aufgenommenes Abgasrohrsegment 30 umgibt bzw. umhüllt. Zum Beispiel weist ein erstes Abgassammelleitungssegment 24a ein erstes Wassermantelrohr 28a auf, das einen ersten Flüssigkühlmitteldurchgang 32a definiert. Gleichermaßen weist ein zweites Abgassammelleitungssegment 24b ein zweites Wassermantelrohr 28b auf, das einen zweiten Flüssigkühlmitteldurchgang 32b definiert. Die Wassermantelrohre (zum Beispiel die Wassermantelrohre 28a und 28b) und demnach deren jeweilige Flüssigkühlmitteldurchgänge (zum Beispiel die Flüssigkühlmitteldurchgänge 32a und 32b) sind separat bzw. einzeln zueinander und zu jeglichem zusätzlichen Wassermantelrohr (und entsprechende Flüssigkühlmitteldurchgänge) anderer Sammelleitungssegmente vorgesehen, wenn die Sammelleitungssegmente verbunden sind, sodass schlussendlich die modulare Abgassammelleitung 21 definiert wird.
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Mindestens ein Ende 48 jedes Abgassammelleitungssegments 24 kann dazu ausgebildet sein, eine erweiterbare Verbindungsbaugruppe 50 oder Verbindung aufzunehmen, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmeausdehnung aufzunehmen und einen Versatz zu verhindern. Die erweiterbare Verbindungsbaugruppe 50 ist dazu ausgebildet, ein Abgassammelleitungssegment mit einem anderen Abgassammelleitungssegment zu verbinden. Zum Beispiel kann die erweiterbare Verbindungsbaugruppe 50 dazu ausgebildet sein, ein erstes Sammelleitungssegment 24a an einem zweiten Sammelleitungssegment 24b anzubringen und eine Verschiebebewegung bzw. Gleitbewegung der verbundenen Sammelleitungssegmente entlang einer Dichtfläche eines jeweiligen Sammelleitungssegments relativ zu danebenliegenden Sammelleitungssegmenten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Nuten 52, 54 in das mindestens eine Ende 48 des ersten Sammelleitungssegments 24a eingearbeitet sein. Die Nuten sind integral mit dem Sammelleitungssegmentkörper 25 vorgesehen.
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Die ringförmigen Elastomerringdichtvorrichtungen 56, 58 (zum Beispiel O-Ringe) können innerhalb der einen oder mehreren Nuten 52, 54, die entlang eines Außenumfangs des ersten Sammelleitungssegmentendes 48 eingearbeitet sind, positioniert sein. Im Einzelnen kann jede Verbindungsbaugruppe (Kopplungsbaugruppe) 50 mindestens eine erste Ringdichtung 56, die um eine erste Nut 52, die in dem ersten Sammelleitungssegmentende 48 an einer ersten Längsposition ausgebildet ist, zu positionieren ist, aufweisen. Jede Verbindungsbaugruppe 50 kann ferner eine zweite Ringdichtung 58 aufweisen, die innerhalb einer zweiten Nut 54 an dem ersten Sammelrohrsegmentende 48 an einer zweiten Längsposition, die von der ersten Längsposition beabstandet ist, positioniert ist.
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Die Verbindungsbaugruppe 50 weist auch eine Abstandshülse 60 oder einen Adapter auf, der eine Kontaktfläche oder Fläche definiert, die zum miteinander Verbinden von nebeneinanderliegenden Abgassammelleitungssegmenten 24a und 24b ausgebildet ist. Die Abstandshülse 60 weist eine erste Kontaktfläche 62 auf, die zum Verbinden des ersten Abgassammelleitungssegments 24a mit dem zweiten Abgassammelleitungssegment 24b ausgebildet ist. Die Abstandshülse 60 kann eine oder mehrere Abstandshülsenvorsprünge 64 aufweisen, die entlang eines Außenumfangs der Abstandshülse 60 zum Ermöglichen einer manuellen Drehung der Abstandshülse 60 ausgebildet sind. Die Abstandshülsenlöcher 66 können durch die Vorsprünge 64 zum Aufnehmen von Verbindungsmechanismen (zum Beispiel Bolzen, Schrauben etc.) gebohrt sein. Die Verbindungsbaugruppe 50 kann auch eine dritte Ringdichtung 68 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, innerhalb einer entsprechende Nut 70, die in der ersten Kontaktfläche 62 der Abstandshülse 60 ausgebildet ist, zu sitzen.
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Mindestens ein gegenüberliegendes (entgegengesetztes) Ende von jedem Sammelleitungssegment 24 weist einen flächigen festgelegten Radialflansch 72 auf, der eine Radialflanschkontaktfläche (Radialflanscheingriffsfläche) 74 oder Fläche des zweiten Sammelleitungssegments 24b definiert, die zum Verbinden mit dem ersten Sammelleitungssegment 24a über die Verbindungsbaugruppe 50 ausgebildet ist. Ähnlich zu der Abstandshülse 60 kann der fixierte Radialflansch 72 auch eine oder mehrere Radialflanschvorsprünge 76 aufweisen, die entlang eines Außenumfangs des befestigten Radialflansches 72 ausgebildet sind. Die Radialflanschlöcher 77 können durch die Vorsprünge zum Aufnehmen von Verbindungsmechanismen (zum Beispiel Bolzen, Schrauben etc.) gebohrt sein.
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Der Verbindungsmechanismus 50 kann auch eine vierte Ringdichtung 78 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, innerhalb einer entsprechende Nut 80 zu sitzen (wie in 2 gezeigt ist), die in der zweiten Kontaktfläche 82 der Abstandshülse 60 ausgebildet ist. Die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 können außen von dem Wassermantelrohr 28 positioniert sein, sodass die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 so kalt wie die Außenfläche des Abgassammelleitungssegmentkörpers 25 bleiben, während sie das Abgas innerhalb der Sammelleitung 122 abdichten. Positioniert man die ringförmigen Dichtungsvorrichtungen 56, 58, 68 und 78 außen von dem Wassermantelrohr 28, ermöglicht dies, dass die Dichtungsvorrichtungen im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie die Außenfläche des Sammelleitungssegmentkörpers 25 halten.
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Die modulare Abgassammelleitung, die eine Direktverbindungskühlung für einzelne Sammelleitungssegmente und eine Verbindungsbaugruppe, die zum Aufnehmen von Wärmeausnehmung der Sammelleitungssegmente ausgebildet ist, vorsieht, bietet zumindest von einem Herstellbarkeits- und/oder Wartbarkeitsstandpunkt her Vorteile. Insbesondere können durch Verwenden mehrerer gleicher (ähnlicher) Abgassammelleitungssegmente 24 gleiche (ähnliche) Teile für Kraftmaschinen mit unterschiedlicher Größen und/oder Konfigurationen hergestellt werden. Zum Beispiel erfordert das Herstellen der Kraftmaschine 10, die in 1 gezeigt ist, die Verwendung von sechs Abgassammelleitungssegmenten 24 für jeden Zylinderkopf 16, wobei jedes Abgassammelleitungssegments 24 zwei Zylindern 14 entspricht. Die sich ergebende V-12-Kraftmaschine 10 benötigt demnach die Verwendung von sechs Abgassammelleitungssegmenten 24. Die Herstellung einer V-16-Kraftmaschine kann allerdings die Verwendung von acht Abgassammelleitungssegmenten 24 erfordern.
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Die Wartbarkeit kann auch durch die Modularität der Sammelleitungsgestaltung verbessert werden. Insbesondere können Wartungszeiten und resultierende Kosten durch Minimieren der Teileanzahl, die während der Wartung oder Reparatur entfernt werden müssen, verringert werden. Insbesondere kann ein Zugang zu einem Zylinder 14 oder einem Zylinderkopfmodul 18 eine Entfernung von nur dem jeweiligen Abgassammelleitungssegment 24 erfordern, ohne die Notwendigkeit, die gesamte Abgassammelleitung 22 zu entfernen. Demnach kann es gemäß der hierin offenbarten modularen Abgassammelleitung 22 möglich sein, eine einem Zylinder 14 zugeordnete Wartung leichter im Vergleich mit einer Kraftmaschine, die eine einheitliche Sammelleitung aufweist, durchzuführen.
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Wie oben beschrieben ist, weisen unter Bezugnahme auf 3–6 nebeneinanderliegende Abgassammelleitungssegmente, zum Beispiel die Segmente 24a und 24b, jeweils eine verbesserte Dichtung an den Verbindungen zwischen Segmenten der Sammelleitung auf. Insbesondere weist jede Verbindung eine unabhängige Direktverbindung der Wassermantelrohre mit der Kühlmittelquelle auf. Die hierin vorgesehenen Direktkühlmittelzufuhrverbindungen verbessern die Kühlung der einzelnen Sammelleitungssegmente in einer großen modularen Abgassammelleitung. Zusätzlich kann die oben beschriebene erweiterbare Verbindungsbaugruppe, die dazu ausgebildet ist, die Wärmeausdehnung der einzelnen Abgassammelleitungssegmente aufzunehmen, wenn diese miteinander verbunden sind, einen Verschleiß und möglichen Schaden an den Sammelleitungssegmenten verringern.
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Es sollte verstanden werden, dass die obige Beschreibung nur zu Darstellungszwecken und nicht zum Beschränken des Umfangs der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Hinsicht gedacht ist. Demnach werden Fachleute anerkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche erhalten werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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