DE10317053B4

DE10317053B4 - Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10317053B4
Application number: DE10317053A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Sudmanns Hans
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2003-04-12
Filing date: 2003-04-12
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2023-04-13
Also published as: DE10317053A1

Abstract

Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader, enthaltend jeweils eine den Abgasstrom von den Turbinen der Abgasturbolader wegführende erste und zweite Abgasauslassleitung (11, 12) und eine die Abgasströme der Abgasauslassleitungen (11, 12) zusammenfassende gemeinsame Auslassöffnung (13), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasauslassleitung (11) teilweise die zweite Abgasauslassleitung (12) umgebend angeordnet ist, wobei die zweite Abgasauslassleitung (12) über eine vorgegebene Beruhigungsstrecke (B) im Inneren der ersten Abgasauslassleitung (11) im wesentlichen in der gleichen Richtung wie diese verläuft, und dass die zweite Abgasauslassleitung (12) am Ende der Beruhigungsstrecke (B) in einer Auslassöffnung (14) endet, die zusammen mit der ersten Abgasauslassleitung (11) in die gemeinsame Auslassöffnung (13) übergeht, wobei in der zweiten Abgasauslassleitung (12) an deren Auslassöffnung (14) eine Abgasklappe (16) zum öffnen und Schließen der Auslassöffnung (14) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader, enthaltend jeweils eine den Abgasstrom von den Turbinen der Abgasturbolader wegführende erste und zweite Abgasauslassleitung und eine die Abgasströme der Abgasauslassleitungen zusammenfassende gemeinsame Auslassöffnung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen höherer Leistung, insbesondere bei großvolumigen Brennkraftmaschinen mit größerer Zylinderzahl, werden oft mehrere Abgasturbolader an einer einzigen Brennkraftmaschine eingesetzt. Diese können beispielsweise bei Vollast und damit hohem Abgasanfall parallel betrieben und bei Teillast mit geringerem Abgasanfall teilweise stillgesetzt werden. Die Anordnung und Verschaltung von mehreren Abgasturboladern mit ihren Abgas- und Luftleitungen ist konstruktiv schwierig und es ist ein verhältnismäßig hoher Raumbedarf damit verbunden.
Aus der DE 195 24 566 C1 ist eine Anordnung von mehreren Abgasturboladern einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Abgasturbolader paarweise mit gemeinsamen Abgaszuleitungen und Abgasauslassleitungen für deren Turbinen zusammengeschaltet sind. Dabei werden die Abgasströme der beiden Abgasauslassleitungen in einem hosenförmigen Abgasrohr zusammengefasst und von einer gemeinsamen Auslassöffnung dieses Abgasrohrs zur weiteren Abführung abgegeben. Das besagte hosenförmige Abgasrohr ist im wesentlichen symmetrisch aufgebaut, wobei die beiden Abgasauslassleitungen, die an jeweiligen Einlassöffnungen mit den Auslässen der Turbinen der einander gegenüberliegend angeordneten Abgasturbolader verbunden sind, bogenförmig ausgebildet sind und sich einander schneidend zu dem gemeinsamen Abgasrohr vereinigen, das in der besagten gemeinsamen Auslassöffnung endet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der genannten Art zu schaffen, welches möglichst platzsparend und dennoch strömungstechnisch günstig ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasrohr mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasrohrs sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird ein Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader geschaffen. Das Abgasrohr umfasst jeweils eine den Abgasstrom von den Turbinen der Abgasturbolader wegführende erste und zweite Abgasauslassleitung und eine die Abgasströme der Abgasauslassleitungen zusammenfassenden gemeinsamen Auslassöffnung. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die erste Abgasauslassleitung teilweise die zweite Abgasauslassleitung umgebend angeordnet ist, wobei die zweite Abgasauslassleitung über eine vorgegebene Beruhigungsstrecke im Inneren der ersten Abgasauslassleitung im wesentlichen in der gleichen Richtung wie diese verläuft, wobei die zweite Abgasauslassleitung am Ende der Beruhigungsstrecke in einer Auslassöffnung endet, die zusammen mit der ersten Abgasauslassleitung in die gemeinsame Auslassöffnung übergeht und wobei in der zweiten Abgasauslassleitung an deren Auslassöffnung eine Abgasklappe zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung vorgesehen ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Abgasrohrs besteht darin, dass trotz geringem Platzverbrauch eine optimale Strömungsführung der Gasströme möglich ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass an der Zusammenführungsstelle der beiden Abgasauslassleitungen ein Unterdruck nach Art einer Venturidüse herrscht, so dass ein Druckverlust am Auslass der zweiten Abgasauslassleitung ausgeglichen wird. Dadurch sind die Abgasdrücke am Ausgang der Turbinen der Abgasturbolader im wesentlichen gleich. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Schließeinrichtung weit genug von der Turbine angeordnet werden kann und damit eine störende Rückwirkung der Strömungskräfte auf die Turbinenschaufeln, d. h. Schwingungsanregung, vermieden wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine mit der Abgasklappe gekoppelte Betätigungseinrichtung zum wahlweisen Öffnen und Schließen derselben in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Betätigungssignal vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Betätigungseinrichtung einen mit der Abgasklappe gekoppelten pneumatischen oder hydraulischen Betätigungszylinder.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrohrs ist eine der beiden Abgasauslassleitungen bogenförmig ausgebildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch sind beide Abgasauslassleitungen bogenförmig ausgebildet.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft vorzusehen, dass die Abgasauslassleitungen jeweils eine mit den Auslässen der Turbinen der Abgasturbolader verbundene Einlassöffnung haben, die in einem Abstand voneinander auf entgegengesetzten Seiten des Abgasrohrs angeordnet sind. Ein wesentlicher Vorteil hiervon ist, dass ein minimaler Abstand der Abgasauslässe der Abgasturbolader möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mitten der Einlassöffnungen der Abgasauslassleitungen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die Mitten der Einlassöffnungen der Abgasauslassleitungen auf gegeneinander parallel versetzten verschiedenen Achsen angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass eine große Wahlfreiheit in der Positionierung der Abgasturbolader möglich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auslassöffnung der zweiten Abgasauslassleitung im wesentlichen mittig bezüglich der gemeinsamen Auslassöffnung angeordnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Auslassöffnung der zweiten Abgasauslassleitung seitlich versetzt bezüglich der gemeinsamen Auslassöffnung angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die bogenförmigen Abgasauslassleitungen einen Krümmungsradius haben, der kleiner ist als die Länge der Beruhigungsstrecke.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte und schematisierte Seitenansicht eines Abgasrohrs einer aufgeladenen Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 eine perspektivische Darstellung des Abgasrohrs gemäß dem Ausführungsbeispiel in detaillierter Wiedergabe.
In den 1 und 2 ist ein Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, die über mindestens einen ersten und einen zweiten Abgasturbolader verfügt, dargestellt. Das Abgasrohr ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Das Abgasrohr 10 umfasst eine erste Abgasauslassleitung 11 und eine zweite Abgasauslassleitung 12, die jeweils eine Einlassöffnung 17 bzw. 18 aufweisen, die jeweils an den Abgasauslass des in den Figuren nicht gezeigten ersten bzw. zweiten Abgasturboladers der Brennkraftmaschine angeschlossen sind. Das Abgasrohr 10 verfügt an seinem stromabwärtigen Ende über eine gemeinsame Auslassöffnung 13, an der die Abgasströme der Abgasauslassleitungen 11, 12 zusammengefasst abgegeben werden. Die Abgabe erfolgt an ein nachgeschaltetes Element des Abgasstrangs der Brennkraftmaschine, dies kann beispielsweise ein Diffusor oder ein anderes Bestandteil sein.
Die erste Abgasauslassleitung 11 und die zweite Abgasauslassleitung 12 führen von ihren Einlassöffnungen 17 bzw. 18 zunächst getrennt aufeinander zu, um dann im Abgasrohr 10 zusammenzulaufen. Dabei ist die erste Abgasauslassleitung 11 so angeordnet, dass sie die zweite Abgasauslassleitung 12 teilweise umgibt, wobei die zweite Abgasauslassleitung 12 über eine vorgegebene Beruhigungsstrecke B im Inneren der ersten Abgasauslassleitung 11 im wesentlichen in der gleichen Richtung wie diese verläuft. Die zweite Abgasauslassleitung 12 endet am Ende der Beruhigungsstrecke B in einer Auslassöffnung 14, die zusammen mit dem Auslass der ersten Abgasauslassleitung 11 in die gemeinsame Auslassöffnung 13 übergeht. Der Auslass der ersten Abgasauslassleitung 11 ist dabei im wesentlichen durch den Querschnittsbereich gebildet, der nicht von der Auslassöffnung 14 der zweiten Auslassleitung 12 eingenommen wird.
Wie die 2 erkennen lässt, ist die Auslassöffnung 14 der zweiten Abgasauslassleitung 12 seitlich versetzt bezüglich der Mitte der gemeinsamen Auslassöffnung 13 angeordnet. Alternativ kann die Auslassöffnung 14 der zweiten Abgasauslassleitung 12 auch mehr oder weniger mittig bezüglich der gemeinsamen Auslassöffnung 13 angeordnet sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Abgasauslassleitungen 11, 12 bogenförmig ausgebildet, wobei deren Einlassöffnungen 17, 18 in einem Abstand A voneinander auf entgegengesetzten Seiten des Abgasrohrs 10 angeordnet und sowohl seitlich als auch lateral bezüglich der Längsrichtung des Abgasrohrs 10 versetzt sind. Dabei sind die Mitten der Einlassöffnungen 17, 18 auf gegeneinander parallel versetzten verschiedenen Achsen Z1 bzw. Z2 angeordnet. Alternativ können die Einlassöffnungen 17, 18 der Abgasauslassleitungen 11, 12 auch nur seitlich oder nur lateral gegeneinander versetzt angeordnet sein oder ihre Mitten könnten auch auf einer gemeinsamen Achse, die Einlassöffnungen 17, 18 also genau einander gegenüberliegend angeordnet sein.
Die bogenförmigen Abgasauslassleitungen 11, 12 haben bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Krümmungsradius, der kleiner als die Länge der Beruhigungsstrecke B ist, so dass eine platzsparende Anordnung der Abgasturbolader an den Einlassöffnungen 17, 18 möglich ist.
Wie beide Figuren zeigen, ist in der zweiten Abgasauslassleitung 12 nahe deren Auslassöffnung 14 eine Abgasklappe 16 vorgesehen, die zum Öffnen und Schließen der zweiten Abgasauslassleitung 12 bzw. der Auslassöffnung 14 in Abhängigkeit vom Betriebszustand desjenigen Abgasturboladers, dessen Abgas über die zweite Abgasauslassleitung 12 abgeführt wird, dient. Wie 2 zeigt, ist mit der Abgasklappe 16 eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Betätigungseinrichtung gekoppelt, die zum wahlweisen Öffnen und Schließen derselben in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Betätigungssignal, also zwangsweise vorgesehen ist. Diese Betätigungseinrichtung 20 umfasst einen pneumatischen oder hydraulischen Betätigungszylinder 21, der über ein Kolbenstange 22 und einen Zwischenhebel 24 mit einem Betätigungshebel 23 gekoppelt ist, der seinerseits drehfest auf einer Betätigungswelle 25 sitzt, auf welcher ihrerseits die Abgasklappe 16 angeordnet ist. Dem Betätigungszylinder 21 ist über Druckmittelanschlüsse 26, 27 ein Druckmittel P zum Verschieben der Kolbenstange 22 in jeweils der einen oder anderen Richtung und damit zum Öffnen oder Schließen der Abgasklappe 16 zuführbar.
Das erfindungsgemäße Abgasrohr 10 vereinigt die Vorteile von einerseits einem sehr geringen Raumbedarf mit andererseits einer guten strömungsdynamischen Wirksamkeit hinsichtlich der Abführung der Abgasströme von den Turbinen der Abgasturbolader ohne einen signifikanten Rückstau.
Bezugszeichenliste

10: Abgasrohr
11: erste Abgasauslassleitung
12: zweite Abgasauslassleitung
13: gemeinsame Auslassöffnung
14: Auslassöffnung
16: Abgasklappe
17: Einlassöffnung
18: Einlassöffnung
20: Betätigungseinrichtung
21: Betätigungszylinder
22: Kolbenstange
23: Betätigungshebel
24: Zwischenhebel
25: Betätigungswelle
26: Druckmittelanschluss
27: Druckmittelanschluss
B: Beruhigungsstrecke
A: minimaler Abstand
Z1: Achse
Z2: Achse

Claims

Abgasrohr einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens einem ersten und einem zweiten Abgasturbolader, enthaltend jeweils eine den Abgasstrom von den Turbinen der Abgasturbolader wegführende erste und zweite Abgasauslassleitung (11, 12) und eine die Abgasströme der Abgasauslassleitungen (11, 12) zusammenfassende gemeinsame Auslassöffnung (13), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasauslassleitung (11) teilweise die zweite Abgasauslassleitung (12) umgebend angeordnet ist, wobei die zweite Abgasauslassleitung (12) über eine vorgegebene Beruhigungsstrecke (B) im Inneren der ersten Abgasauslassleitung (11) im wesentlichen in der gleichen Richtung wie diese verläuft, und dass die zweite Abgasauslassleitung (12) am Ende der Beruhigungsstrecke (B) in einer Auslassöffnung (14) endet, die zusammen mit der ersten Abgasauslassleitung (11) in die gemeinsame Auslassöffnung (13) übergeht, wobei in der zweiten Abgasauslassleitung (12) an deren Auslassöffnung (14) eine Abgasklappe (16) zum öffnen und Schließen der Auslassöffnung (14) vorgesehen ist.
Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Abgasklappe (16) gekoppelte Betätigungseinrichtung (20) zum wahlweisen öffnen und Schließen derselben in Ansprache auf ein von außen zugeführtes Betätigungssignal vorgesehen ist.
Abgasrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) einen mit der Abgasklappe (16) gekoppelten pneumatischen oder hydraulischen Betätigungszylinder (21) umfasst.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Abgasauslassleitungen (11, 12) bogenförmig ausgebildet ist.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Abgasauslassleitungen (11, 12) bogenförmig ausgebildet sind.
Abgasrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasauslassleitungen (11, 12) jeweils eine mit den Auslässen mit den Turbinen der Abgasturbolader verbundene Einlassöffnung (17, 18) haben, die in einem Abstand (A) auf entgegengesetzten Seiten des Abgasrohrs (10) angeordnet sind.
Abgasrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitten der Einlassöffnungen (17, 18) der Abgasauslassleitungen (11, 12) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
Abgasrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitten der Einlassöffnungen (17, 18) der Abgasauslassleitungen (11, 12) auf gegeneinander parallel versetzten verschiedenen Achsen (Z1, Z2) angeordnet sind.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (14) der zweiten Abgasauslassleitung (12) im wesentlichen mittig bezüglich der gemeinsamen Auslassöffnung (13) angeordnet ist.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (14) der zweiten Abgasauslassleitung (12) seitlich versetzt bezüglich der gemeinsamen Auslassöffnung (13) angeordnet ist.
Abgasrohr nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmigen Abgasauslassleitungen (11, 12) einen Krümmungsradius haben, der kleiner ist als die Länge der Beruhigungsstrecke (B).