Die Erfindung bezieht sich auf ein zweiflutiges Sechszylinder-Guss-Abgassammelrohr mit separierten Kanälen.The invention relates to a two-flow, six-cylinder cast exhaust manifold with separate channels.
Im Landtechnikbereich werden Motoren gefordert, welche eine besonders schmale Einbaugröße vorweisen. Die Abgasturbolader werden aus diesem Grund von der Position seitlich neben dem Motor auf eine Position oberhalb des Motors verschoben.In the agricultural technology sector, motors are required that have a particularly narrow installation size. For this reason, the exhaust gas turbochargers are shifted from the position to the side of the engine to a position above the engine.
Versuche, die Abgasübergabe zur Motoroberseite aus einem einzigen Gussbauteil zu realisieren, zeigen diverse Schwierigkeiten auf, insbesondere bei erforderlichen zweiflutigen Abgasleitungen, welche durch die hohe ATL-Position dann einen besonders langen dünnen und zweiflutigen Hals haben. Es entsteht ein Zielkonflikt zwischen der aufgrund der hohen dynamischen Belastung erforderlichen Verrippung (um den Turbolader schwingungstechnisch abzusichern) und den thermomechanischen Eigenspannungen. Um diesen Zielkonflikt zu umgehen, wurde die Abgasverrohrung dorthin mit zusätzlichen, z. B. auf der Ladeluftleitung oder dem Zylinderkopf gelagerten, Konsolen realisiert. Neben den höheren Kosten aufgrund mehrerer Bauteile gibt es die nachfolgenden Nachteile, wie zusätzliche Schnittstellen und damit ein erhöhtes Leckagerisiko, Mehrkosten in Montage und Logistik aufgrund der höheren Bauteilzahl sowie eine große Toleranzkette, welche kostentechnische Nachteile sowie montagetechnische und funktionale Risiken birgt.Attempts to realize the exhaust gas transfer to the top of the engine from a single cast component show various difficulties, in particular in the case of required double-flow exhaust pipes, which then have a particularly long thin and double-flow neck due to the high ATL position. There is a conflict of goals between the ribbing required due to the high dynamic load (to protect the turbocharger from vibration) and the thermomechanical residual stresses. To avoid this conflict of objectives, the exhaust gas piping was there with additional, for. B. realized on the charge air line or the cylinder head, consoles. In addition to the higher costs due to several components, there are the following disadvantages, such as additional interfaces and thus an increased risk of leakage, additional costs in assembly and logistics due to the higher number of components, as well as a large tolerance chain, which entails cost-related disadvantages as well as assembly-related and functional risks.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassammelrohr zu schaffen, das die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet.It is the object of the present invention to provide an exhaust manifold which avoids the disadvantages indicated above.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und wenigstens einem Zylinderkopf mit mindestens sechs entlang der Längsachse des Zylinderkopfes angeordneten Zylindern, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aufweist, an die sich Abgasleitungen anschließen und die Abgasleitungen von wenigstens je drei Zylindern des Zylinderkopfes unter Ausbildung von mindestens zwei integrierten Abgasrohrkanälen zu einer Gesamtabgasleitung bzw. zu einem Flansch zusammenführen, geschaffen.The object on which the invention is based is achieved by an internal combustion engine with a crankcase and at least one cylinder head with at least six cylinders arranged along the longitudinal axis of the cylinder head, each cylinder having at least one outlet opening for discharging the exhaust gases, to which the exhaust gas lines are connected and the exhaust gas lines of at least Bring three cylinders of the cylinder head together to form at least two integrated exhaust pipe ducts to form an overall exhaust pipe or a flange.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung näher erläutert, sowie in den Bildern 1 bis 4 dargestellt, denen auch weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen:
- 1: ursprüngliches Design
- 2: Prinzipskizze Ausführung gemeinsamer Leitungsverlauf
- 3: Prinzipskizze Ausführung separierter Leitungsverlauf
- 4: zweiflutiges Abgasrohr eines Sechszylindermotors mit Vollmaterialverbindung zwischen Abgasrohranschluss für die Zylinder drei und vier.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description and shown in Figures 1 to 4, from which further details of the invention can also be found. Show it: - 1 : original design
- 2nd : Schematic diagram of the execution of a joint line run
- 3rd : Schematic diagram of the execution of a separate line
- 4th : double-flow exhaust pipe of a six-cylinder engine with full material connection between the exhaust pipe connection for cylinders three and four.
Als Lösung für die Trennung der Abgasrohrkanäle (1) wurde ein Abgasrohrdesign entwickelt, welches einteilig mit getrennten Kanälen bis kurz vor der Turbolader-Flanschfläche ausgeführt ist. Hierbei profitieren die voneinander separierten Abgasrohrkanäle (1) von der wesentlich geringeren Bauteiltemperatur, da sich die beiden Kanäle keine bzw. kaum eine gemeinsame Innenwand teilen müssen. Diese gemeinsame Innenwand heizt sich durch den Temperaturstau im Rohr nämlich sehr stark auf und gilt daher als kritischste Stelle. Durch die reduzierte Materialtemperatur bei gleichbleibender Abgastemperatur erhöhen sich die Festigkeitswerte des Materials. Die Verrippung, welche zur Schwingungsabsicherung des Turboladers erforderlich ist, kann aus diesem Grund wesentlich kleiner ausfallen. Die reduzierten Rippen wiederum begünstigen selbst nochmals die thermomechanische Festigkeit des Abgasrohres, was zu weiteren Materialeinsparungen führt. Der Zielkonflikt zwischen thermomechanischer (low cycle fatigue) und dynamischer (high cycle fatigue) Festigkeit wird somit stark entschärft. Symmetrie: Der gesamte Aufbau des Abgasrohres wird möglichst symmetrisch ausgeführt. Das führt dazu, dass der Turboladerflansch mittig zwischen Zylinder 3 und 4 sitzt. Hierdurch vermeidet man einen S-förmigen und damit spannungstechnisch ungünstigen Hals, wie dies in Bild 1 dargestellt wird. Ausgeprägte S-Formen des Halses sorgen für erhöhte Biegespannungen unter Temperatureinfluss. Weiterhin ist der Leitungsverlauf des Abgases aus den Querstegen der Segmente der Zylinder 1 - 3 und 4 - 6 nach oben zum Turbolader nicht mittig zwischen Zylinder 3 und 4, sondern jeweils einen Zylinder nach außen versetzt, also zwischen Zylinder 2 und 3 sowie zwischen Zylinder 4 und 5, wie dies in 3 gezeigt wird. Dies ermöglicht, neben dem größeren Abstand der Leitungen zueinander, auch, dass die Rippen ohne großen Aufwand an insgesamt vier, statt wie sonst üblich zwei Zylinderkopfflanschen angebunden werden können. Die erforderliche Steifigkeit für Fertigung, Handling und Montage wird durch einen dünnen Vollmaterial-Verbindungssteg 4 zwischen den Segmenten der Zylinder 1 - 3 und 4 - 6 realisiert. Der Vollmaterial-Verbindungssteg 4 hat einen positiven Einfluss auf die Temperaturdehnung und den gesamten wärmebedingten Verzug des Bauteils. Die Wärmeausdehnung ist auch durch die geringere Bauteiltemperatur niedriger, wodurch die Abgasleitung komplett einteilig ausgeführt werden kann. Es entfallen somit mehrteilige axial verschiebbare und untereinander abzudichtende Teilstücke der Abgasleitung, wodurch die Kosten weiter gesenkt werden können.As a solution for the separation of the exhaust pipe ducts ( 1 ) an exhaust pipe design was developed, which is made in one piece with separate channels up to just before the turbocharger flange surface. The separated exhaust pipe ducts benefit from this ( 1 ) from the significantly lower component temperature, since the two channels hardly or have to share a common inner wall. This common inner wall heats up very strongly due to the temperature build-up in the tube and is therefore considered the most critical point. The material's strength values increase due to the reduced material temperature with the exhaust gas temperature remaining the same. For this reason, the ribbing required to protect the turbocharger from vibrations can be significantly smaller. The reduced fins in turn favor the thermomechanical strength of the exhaust pipe, which leads to further material savings. The conflict of aims between thermomechanical (low cycle fatigue) and dynamic (high cycle fatigue) strength is thus greatly alleviated. Symmetry: The entire structure of the exhaust pipe is carried out as symmetrically as possible. As a result, the turbocharger flange is centered between the cylinders 3rd and 4th sits. This avoids an S-shaped neck which is unfavorable in terms of tension, as shown in the picture 1 is shown. Pronounced S-shapes of the neck ensure increased bending stresses under the influence of temperature. Furthermore, the route of the exhaust gas from the crossbars of the segments of the cylinders 1 - 3 and 4 - 6 up to the turbocharger not in the middle between the cylinders 3rd and 4th , but offset one cylinder to the outside, i.e. between cylinders 2nd and 3rd as well as between cylinders 4th and 5 how this in 3rd will be shown. In addition to the greater distance between the lines, this also enables the ribs to be connected to a total of four, rather than two, cylinder head flanges without great effort. The required rigidity for manufacturing, handling and assembly is achieved by a thin solid material connecting bridge 4th between the segments of the cylinders 1 - 3 and 4 - 6 realized. The solid material connecting bridge 4th has a positive influence on the temperature expansion and the overall thermal distortion of the component. The thermal expansion is also lower due to the lower component temperature, which means that the exhaust pipe can be made in one piece. This eliminates the need for multi-part, axially displaceable and mutually sealed sections of the exhaust pipe, which further reduces costs.
BezugszeichenlisteReference list
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11
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AbgasrohrkanäleExhaust pipe ducts
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22nd
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GesamtabgasleitungTotal exhaust pipe
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33rd
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Flanschflange
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44th
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Vollmaterial-VerbindungsstegSolid material connecting bridge
