DE1240339B

DE1240339B - Exhaust pipe arrangement for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1240339B
Application number: DES81682A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Ledo Carletti
Original assignee: LEDO CARLETTI DIPL ING DR
Current assignee: LEDO CARLETTI DIPL ING DR
Priority date: 1962-09-20
Filing date: 1962-09-26
Publication date: 1967-05-11

Description

Abgasleitungsanordnung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Abgasleitungsanordnung für Brennkraftmaschinen mit einem gemeinsamen Sammelkanal, der etwa kreisförmigen Querschnitt aufweist, in welchem die aus den Abgasstutzen der einzelnen Zylinder austretenden Teilströme schraubenlinienförmig weitergeführt werden. Dabei. münden die Abgasstutzen tangential in den Sammelkanal, so daß der aus dem Abgasstutzen eintretende Gasstrom in Schraubenlinien weiterfließt.Exhaust pipe arrangement for internal combustion engines The invention relates to an exhaust pipe arrangement for internal combustion engines with a common collecting duct, which has an approximately circular cross-section in which the exhaust gas nozzle the individual cylinder exiting partial flows continued helically will. Included. open the exhaust pipe tangentially into the collecting duct, so that the The gas stream entering from the exhaust gas nozzle continues to flow in helical lines.

Ziel der Erfindung ist es, die kinetische Energie der aus den Abgasstutzen der einzelnen Zylinder austretenden Gase für die Beaufschlagung einer stromabwärts am Ende der Abgasleitungsanordnung angeordneten Turbine nutzbar zu machen, und zwar unter optimalen Bedingungen.The aim of the invention is to reduce the kinetic energy of the exhaust pipe of the individual cylinder exiting gases for the application of a downstream at the end of the exhaust line arrangement arranged turbine to make usable, namely under optimal conditions.

Bekanntlich wird bei der normalen Stoßaufladung das gesamte, mit einem bestimmten Turbinensegment in Verbindung stehende Leitungsvolumen durch den Vorauslaßstoß plötzlich auf hohen Druck gebracht, der dann in der Turbine ausgenutzt wird. Dabei entstehen während des Vorauslaßstoßes, bevor der Leitungsdruck sich dem Zylinderdruck genügend angenähert hat, starke Drosselverluste. Zudem wird die sich beim Vorauslaßbeginn im Zylinder befindende Abgasenergie zuerst in Geschwindigkeit, die Geschwindigkeit dann in Druck und der Druck anschließend in der Turbine wieder in Geschwindigkeit umgewandelt. Dieser mehrmalige Wechsel zwischen potentieller und Bewegungsenergie ist immer mit Verlusten behaftet, zumal bei jedem Vorauslaßstoß die sich zwischen Zylinder und Turbine befindende Gasmasse erneut beschleunigt werden muß.As is well known, with normal shock charging, the entire, with one certain turbine segment related pipeline volumes by the discharge surge suddenly brought to high pressure, which is then used in the turbine. Included arise during the pre-exhaust stroke before the line pressure equals the cylinder pressure has approximated sufficiently, strong throttling losses. In addition, this will be at the beginning of the pre-discharge Exhaust energy in the cylinder first in speed, the speed then in pressure and the pressure then in the turbine again in speed converted. This multiple alternation between potential and kinetic energy is always fraught with losses, especially with each pre-exhaust surge that is between Cylinder and turbine located gas mass must be accelerated again.

Abgesehen von der stoßartigen Beschleunigung der einzelnen Gasmassen und der getrennten Leitungsanordnung ist der Vorgang bei den bisherigen Gleichdruckauflagesystemen grundsätzlich derselbe, da auch hierbei die Geschwindigkeitsenergie der Abgase in die Druckenergie in dem Sammelkanal vor der Turbine umgewandelt wird, wobei der Druck in der Turbine dann wieder in Geschwindigkeit umgesetzt wird. Da der Druck des Sammlers bei derartigen Systemen konstant bleibt, treten allerdings hierbei während des ganzen Vorauslasses Drosselverluste zwischen Zylinder und Leitung auf.Apart from the sudden acceleration of the individual gas masses and the separate line arrangement is the process in the previous equal pressure application systems basically the same, since here too the velocity energy of the exhaust gases is in the pressure energy is converted in the collecting duct upstream of the turbine, the Pressure in the turbine is then converted back into speed. Because the pressure of the collector remains constant in such systems, however, occur here throttling losses between cylinder and line during the entire discharge.

Es ist bereits ein Abgassammelbehälter für Brennkraftmaschinen bekannt, der sich dem Ausgang zu kegelförmig erweitert und dessen Wandungen von den Abgaszuflußrohren durchdrungen werden, und in dessen Inneren die durch die Zuflußrohre austretenden Teilströme der einzelnen Zylinder schraubenförmig weitergeführt werden. Dabei sind die Abgasstutzen in einer Radialebene der Behälterachse in Richtung zum Auslaßende des Sammelbehälters hin gekrümmt und in dessen Achse und mit ihr gleichgerichtet mündend geführt, oder aber es sind schraubenförmig ausgebildete Leitflächen für die Weiterleitung der Abgase ebenfalls in dessen Achse mündend vorgesehen. Die schraubenförmige Bewegungsbahn der Abgase wird also hier entweder zwangsweise durch Leitbleche aufrechterhalten, oder aber die Abgasstutzen weisen eine erhebliche Krümmung auf. In beiden Fällen ergibt sich eine ungeordnete Strömung, die natürlich mit erheblichen Verlusten behaftet ist. Außerdem ist bei dieser Anordnung nicht zu erwarten, daß die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gleichmäßig belastet werden.An exhaust gas collector for internal combustion engines is already known, which widens to a conical shape at the exit and its walls from the exhaust gas supply pipes are penetrated, and in its interior exiting through the supply pipes Partial flows of the individual cylinders are continued helically. Are there the exhaust gas nozzle in a radial plane of the container axis in the direction of the outlet end of the collecting container curved towards and in the same direction in its axis and with it out opening, or there are helical guide surfaces for the forwarding of the exhaust gases is also provided opening into its axis. The helical one The path of movement of the exhaust gases is therefore either forcibly maintained by baffles, or the exhaust gas stubs have a considerable curvature. In both cases the result is a disordered flow, which of course involves considerable losses is. In addition, with this arrangement it is not to be expected that the individual cylinders the internal combustion engine are evenly loaded.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, daß die als gerade Rohrstücke ausgebildeten Abgasstutzen am Umfang des zylindrischen Sammelkanals unter einem spitzen Winkel auf die stromab angeordnete Abgasturbine einmünden.According to the invention it is now proposed that the straight pipe pieces formed exhaust pipe on the circumference of the cylindrical collecting channel under a open at an acute angle to the downstream exhaust gas turbine.

Damit diese überraschend einfache Ausführung einer Abgasleitungsanordnung gemäß der Erfindung ihre noch im einzelnen zu beschreibenden vorteilhaften Eigenschaften zur Wirkung bringen kann, müssen für jeden Einzelfall die geometrischen Daten, also der Durchmesser des Sammelkanals, der Winkel a usw., den jeweiligen besonderen Gegebenheiten sowohl der Brennkraftmaschine als auch der nachgeschalteten Abgasturbine angepaßt werden.So that this surprisingly simple design of an exhaust line arrangement according to the invention, their advantageous properties to be described in detail can bring about effect, the geometric data must for each individual case, so the diameter of the collecting channel, the angle a, etc., the respective special circumstances adapted to both the internal combustion engine and the downstream exhaust gas turbine will.

Zwar ist bereits eine Abgasanordnung für Brennkraftmaschinen mit Turboaufladung bekannt, bei der die geraden Rohrstücke, als die die Abgasstutzen ausgebildet sind, am Umfang des zylindrischen Sammelkanals einmünden. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch nicht wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein spiralförmig in Richtung auf die Abgasturbine hinlaufendes Geschwindigkeitsfeld erzeugt, sondern es werden Drallfelder gebildet, bei denen erhebliche Zentrifugalkräfte auf die Abgasströmung wirken und diese abbremsen. Dadurch ergibt sich zwar nach einiger Zeit auch ein spiralförmiges Geschwindigkeitsfeld; dies ist jedoch energiearm, da die kinetische Energie der Gasströmung durch Reibung in wesentlichem Umfang aufgezehrt worden ist. Es wurde also nicht erkannt, daß durch ein Spiralfeld die im Abgasstoß vorhandene Geschwindigkeitsenergie möglichst reibungsfrei und unter dem richtigen Winkel zur Turbine geleitet werden kann.There is already an exhaust system for internal combustion engines with turbocharging known, in which the straight pipe sections, as which the exhaust ports are designed, on the circumference of the cylindrical collecting channel merge. At this known arrangement is not, however, as in the case of the arrangement according to the invention Velocity field running spirally in the direction of the exhaust gas turbine generated, but swirl fields are formed with which considerable centrifugal forces act on the exhaust gas flow and slow it down. This results in after for a while also a spiral velocity field; However, this is low in energy, since the kinetic energy of the gas flow is consumed to a considerable extent by friction has been. So it was not recognized that the spiral field in the exhaust shock existing speed energy as frictionless as possible and under the correct one Angle can be directed to the turbine.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden dagegen diese Verluste weitgehend herabgesetzt, denn die gerichteten Abgasstöße aus den einzelnen Zylindern treffen nun auf ein in Richtung auf die Turbine verlaufendes, ausgebildetes Geschwindigkeitsfeld und müssen zumindest nicht mehr vollständig in Druckenergie umgewandelt werden. Dadurch wird die am Zylinderaustritt entstehende Strömung mindestens teilweise ohne eine Umwandlung in Druckenergie direkt zur Turbine geleitet, wodurch die bei der Energieumwandlung entstehenden Verluste vermindert sind. Selbstverständlich lassen sich dabei Reibungsverluste, die durch die Strömung längs der Sammlerwand entstehen, nicht vermeiden. Sie sind aber nicht viel größer als bei jedem anderen Leitungssystem. Darüber hinaus beeinflußt das Geschwindigkeitsfeld durch seine »mitreißende« Wirkung den Spülvorgang günstig.With the arrangement according to the invention, however, these losses largely reduced, because the directed exhaust pulses from the individual cylinders now encounter a developed velocity field running in the direction of the turbine and at least no longer have to be completely converted into pressure energy. As a result, the flow occurring at the cylinder outlet is at least partially without a conversion into pressure energy passed directly to the turbine, whereby the at the Energy conversion losses are reduced. Of course leave there are friction losses caused by the flow along the collector wall, do not avoid. But they are not much larger than with any other pipe system. In addition, the speed field influences through its "sweeping" effect the rinsing process favorably.

Diese bessere Ausnutzung der Abgasenergie wird es z. B. ermöglichen, mit einem quergespülten, im Gleichdrucksystem aufgeladenen Zweitaktmotor den gesamten Last- und Drehzahlbereich einschließlich des Startens ohne mechanische Spülpumpe zu durchfahren.This better utilization of the exhaust gas energy is z. B. enable with a cross-flushed two-stroke engine charged in the constant pressure system the entire Load and speed range including starting without a mechanical flushing pump to drive through.

Die erfindungsgemäße Abgasleitungsanordnung kann natürlich auch in Systemen Anwendung finden, bei denen vor der Turbine noch ein Leitrad angeordnet ist, das ordnend und beschleunigend auf die Strömung einwirkt. Dadurch wird die Ausnutzung der Abgasenergie weiter verbessert, denn mit Hilfe des Leitrades kann ein in dem Sammelkanal neben dem Geschwindigkeitsfeld vorhandener Überdruck mit gutem Wirkungsgrad zum Antrieb der Turbine verwendet werden; die erfindungsgemäße Anordnung ist grundsätzlich also nicht an ein bestimmtes Druckniveau - z. B. den Atmosphärendruck - in dem Sammelkanal gebunden. Ferner können der Sammelkanal und die Turbinen zweckmäßig koaxial miteinander angeordnet sein, oder der Sammelkanal kann durch einen koaxialen beschaufelten oder unbeschaufelten Spiraldiffusor mit Sammelspirale abgeschlossen werden. Der nach der Spirale herrschende hohe Druck kann dabei entweder in einer Turbine Verwendung finden oder direkt in die Atmosphäre entspannt werden. Im letzteren Fall entsteht dabei in dem Sammelkanal ein Unterdruck, durch dessen Saugwirkung eine Spülung der Zylinder ermöglicht wird. Deshalb kann z. B. ein Zweitaktmotor auch bei Ausfall des Turboladers unaufgeladen weiterbetrieben werden. Bei richtiger Dimensionierung der Anordnung kann der im Inneren des Sammelkanals entstehende Unterdruck unter den Atmosphärendruck sinken. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn in dem Sammelkanal ein zentraler Frischluftzuführkanal angeordnet ist, der unmittelbar vor der Turbine Leitorgane besitzt, durch die die Frischluft den Zuführkanal in Richtung des Abgasstromes verläßt.The exhaust pipe arrangement according to the invention can of course also be used in Systems are used in which a stator is arranged in front of the turbine that has an ordering and accelerating effect on the flow. This will make the Utilization of the exhaust gas energy further improved, because with the help of the stator can an existing overpressure in the collecting duct next to the velocity field good efficiency can be used to drive the turbine; the invention The arrangement is basically not based on a certain pressure level - z. B. the Atmospheric pressure - bound in the collecting duct. Furthermore, the collecting channel and the turbines can expediently be arranged coaxially with one another, or the collecting duct can with a coaxial bladed or bladed spiral diffuser Collective spiral to be completed. The high pressure after the spiral can either be used in a turbine or directly into the atmosphere be relaxed. In the latter case, a negative pressure is created in the collecting duct, its suction effect enables the cylinder to be rinsed. Therefore can z. B. a two-stroke engine will continue to operate uncharged even if the turbocharger fails will. If the arrangement is correctly dimensioned, the inside of the collecting channel resulting negative pressure drop below atmospheric pressure. Therefore it is beneficial if a central fresh air supply duct is arranged in the collecting duct, the Directly in front of the turbine has guide elements through which the fresh air enters the supply duct leaves in the direction of the exhaust gas flow.

Durch Modellversuche konnte nachgewiesen werden, daß bei der erfindungsgemäßen Abgasleitungsanordnung die Abgasstöße der stromaufwärts liegenden Zylinder durch Ejektorwirkung den Spülvorgang der stromabwärts liegenden Zylinder verbessern, während das durch die Abgasstöße der stromabwärts liegenden Zylinder erzeugte Spiralfeld durch seine mitreißende Wirkung den Spülvorgang der stromaufwärts liegenden Zylinder verbessert. Im Endeffekt ergibt sich, daß bei richtiger Dimensionierung alle Zylinder gleichmäßig beansprucht werden, was bei den bisher bekannten Anordnungen nicht der Fall ist. Diese die Spülung verbessernde Wirkung des schraubenlinienförmigen Geschwindigkeitsfeldes ist sowohl bei stationärer Gaszufuhr als auch bei stoßweiser Zufuhr festzustellen. Dasselbe gilt für den bereits erwähnten Unterdruck, der im Zentrum des Sammelkanals aufgebaut werden kann. Es hat sich auch gezeigt, daß der bereits erwähnte zentrale Frischluftzuführkanal in dem Sammelkanal vorteilhaft sein kann. Hierbei fällt nämlich unter bestimmten Voraussetzungen, die durch den Zusammenhang der einzelnen Größen - wie z. B. Motordrehzahl, Auspufftemperatur, Gasmenge, Druck und Temperatur im Zylinder während des Vorauslasses, Sammlergröße und -durchmesser sowie Turbinencharakteristik -gegeben sind, die größere Menge stärker ins Gewicht als der Temperaturabfall in dem Abgasstrom, so daß insgesamt für die Turbine eine Leistungssteigerung erreicht wird. Eine vorteilhafte konstruktive Lösung für den Aufbau des Sammelkanals besteht darin, daß dieser aus einzelnen untereinander schraubenförmig und elastisch verbundenen Teilen besteht, die in einem Gerüst aus starren Ringen und Längsstützen gehalten sind. Bei dieser Konstruktion kann dann der Sammelkanal innerhalb des Gerüstes frei expandieren, ohne daß sich Kräfte auf die zu den Zylindern führenden Abgasstutzen übertragen können.It could be demonstrated by model tests that in the inventive Exhaust pipe arrangement through the exhaust gas impacts of the upstream cylinders Ejector effect improve the purging of the downstream cylinders while the spiral field created by the exhaust pulses of the downstream cylinders the flushing process of the cylinders located upstream due to its thrilling effect improved. The bottom line is that all cylinders are properly dimensioned are evenly stressed, which is not the case with the previously known arrangements Case is. This flushing-improving effect of the helical velocity field can be determined both with stationary gas supply and with intermittent supply. The same applies to the already mentioned negative pressure in the center of the collecting channel can be built. It has also been shown that the aforementioned central Fresh air supply duct in the collecting duct can be advantageous. Here namely falls under certain conditions caused by the relationship between the individual variables - such as B. engine speed, exhaust temperature, gas volume, pressure and temperature in the Cylinder during discharge, collector size and diameter as well as turbine characteristics - are given, the larger amount weighs more heavily than the temperature drop in the exhaust gas flow, so that an overall increase in performance is achieved for the turbine will. There is an advantageous constructive solution for the construction of the collecting channel in the fact that this consists of individual screws and elastically connected to one another Parts consists of rigid rings and longitudinal supports in a frame are. With this construction, the collecting channel can then be free within the framework expand without forces acting on the exhaust pipe leading to the cylinders can transfer.

In bestimmten Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die einzelnen Abgasstutzen als Lavaldüsen auszubilden. Bemerkt sei ferner, daß für die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 5 und 7 Schutz nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches begehrt wird.In certain cases it can also be beneficial to the individual Train exhaust gas nozzles as Laval nozzles. It should also be noted that for the objects of claims 2 to 5 and 7 protection only in connection with the subject matter of the main claim is coveted.

Nachfolgend werden an Hand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes beschrieben.Exemplary embodiments are given below on the basis of schematic drawings of the subject matter of the invention described.

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein® erste Ausführungsform der Erfindung in der Draufsicht, wobei der Gehäusemantel des Sammelkanals teilweise entfernt ist, während F i g. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie 1-I von F i g. 1 wiedergibt; F i g. 3 stellt in gleicher Weise wie F i g. 1 eine zweite Ausführungsform dar, bei der der Sammelkanal durch einen Spiraldiifusor abgeschlossen ist; F i g. 4 ist eine Ansicht der F i g. 3, von rechts gesehen; F i g. 5 ist eine verkleinerte Darstellung von F i g. 4, wobei eine Umschaltmöglichkeit gezeigt ist, um die Abgase nach dem Spiraldiffusor wahlweise direkt in den Auspuff oder in die Turbine zu führen; F i g. 6 zeigt im Längsschnitt längs der Achse des Sammelkanals ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem den Abgasen zusätzlich Frischluft zugeführt wird; F i g. 7 gibt den Schnitt II-11 von F i g. 6 wieder, während in F i g. 8 in vergrößerter Darstellung ein Detail aus F i g. 7 dargestellt ist, und zwar die Anordnung der Luftzuführungskanäle; F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform für die Ausbildung des Sammelkanals im Längsschnitt, während F i g. 10 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III von F i g. 9 und F i g. 11 ein Detail aus F i g. 10 darstellen.F i g. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention in plan view, with the housing jacket of the collecting channel partially is removed, while F i g. 2 shows a section along the section line 1-I of F i G. 1 reproduces; F i g. 3 represents in the same way as FIG. 1 shows a second embodiment represents, in which the collecting channel is closed by a spiral diffuser; F i g. 4 is a view of FIG. 3, seen from the right; F i g. 5 is a scaled down Illustration of FIG. 4, with a switch being shown to the exhaust gases after the spiral diffuser to lead either directly into the exhaust or into the turbine; F i g. 6 shows a third exemplary embodiment in longitudinal section along the axis of the collecting channel the Invention in which the exhaust gases are additionally supplied with fresh air will; F i g. 7 gives section II-11 from FIG. 6 again, while in FIG. 8 in enlarged view of a detail from FIG. 7 is shown, namely the arrangement the air supply ducts; F i g. 9 shows an embodiment for the training of the collecting channel in longitudinal section, while F i g. 10 shows a section along the cutting line III-III of FIG. 9 and FIG. 11 shows a detail from FIG. 10 represent.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts are given the same reference symbols in all figures Mistake.

Die in den Figuren nur schematisch angedeuteten Zylinder 1, z. B. eines 6-Zylinder-Zweitaktmotors, besitzen je einen Abgasstutzen 2, der unter dem Winkel a stromabwärts geneigt tangential (s. F i g. 2) in einen allen Zylindern gemeinsamen Sammelkanal 3 mit kreisförmigem Querschnitt einmündet. In dem Beispiel nach den F i g. 1 und 2 ist dieser Kanal 3 an seinem stromabwärts gelegenen - die Strönungsrichtung der Abgase ist durch die Eintrittsrichtung der Abgasstutzen 2 in den Sammelkanal 3 bestimmt-Ende durch eine mit dem Kanal 3 koaxiale, axial beschaufelte Turbine 4 abgeschlossen, die über die Welle 5 mit einem nicht dargestellten Verdichterrad verbunden ist.The only schematically indicated in the figures cylinder 1, z. B. a 6-cylinder two-stroke engine, each have an exhaust pipe 2, inclined at the angle α downstream tangentially (see Fig. 2) opens into a common cylinder 3 common to all cylinders with a circular cross-section. In the example according to FIGS. 1 and 2, this channel 3 is at its downstream end - the flow direction of the exhaust gases is determined by the direction of entry of the exhaust gas nozzle 2 into the collecting channel 3 - terminated by an axially bladed turbine 4 coaxial with the channel 3, which via the shaft 5 with is connected to a compressor wheel, not shown.

Hinter der Turbine 4 befindet sich noch ein rohrförmiger Ansatz 6, an den die Auspuffleitung angeschlossen wird.Behind the turbine 4 there is also a tubular extension 6 to which the exhaust line is connected.

Die aus den Zylindern 1 beim öffnen der Auslaßorgane oder -schlitze austretenden Abgase strömen durch die Stutzen 2, die - was nicht besonders gezeigt ist - vorteilhafterweise als Lavaldüsen ausgebildet sein können, mit hoher Geschwindigkeit in den Sammelkanal 3 ein. Der Eintrittswinkel a sowie die Abmessungen des Kanals 3 sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß sich in dem Kanal 3 eine schraubenförmig umlaufende Strömung ausbildet, in die sich die Abgase aus jedem Zylinder 1 gleichgerichtet einordnen. Die Abgase werden also in dem Sammelkanal 3 nicht zunächst abgebremst und dann wieder beschleunigt, sondern durchlaufen den Kanal 3 mit der ihnen in den Stutzen 2 erteilten hohen Geschwindigkeit längs der durch Pfeile angedeuteten Stromfäden schraubenförmig in Richtung auf die Turbine 4, in die sie ohne Zwischenschalten eines Leitrades mindestens annähernd stoßfrei eintreten. Nachdem sie ihre Energie an das Turbinenrad abgegeben haben, gelangen sie über den Stutzen 6 in die Auspuffleitung.The out of the cylinder 1 when opening the outlet organs or slots Exiting exhaust gases flow through the nozzle 2, which - which is not particularly shown is - can advantageously be designed as Laval nozzles, at high speed into the collecting duct 3. The entry angle a and the dimensions of the channel 3 are coordinated so that in the channel 3 is a helical forms a circulating flow in which the exhaust gases from each cylinder 1 are rectified classify. The exhaust gases are therefore not initially braked in the collecting duct 3 and then accelerated again, but pass through channel 3 with them in the Nozzles 2 imparted high speed along the stream lines indicated by arrows helically in the direction of the turbine 4, in which it goes without interposing of a stator at least almost smoothly. After having their energy have delivered to the turbine wheel, they reach the exhaust line via the nozzle 6.

Die Größe und der Durchmesser des Sammelkanals 3 und der Abgasstutzen 2 sind dabei abhängig von der Art und Größe des Motors, also z. B. von der Zylinder- und der Drehzahl, von der Abgasmenge sowie dem Druck und der Temperatur der Abgase während des Vorausfasses. Der Eintrittswinkel a seinerseits ist darüber hinaus bestimmt durch die Abmessungen des Sammelkanals 3 und durch die Turbinencharakteristik. Daher müssen zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Abgasleitungssystems alle Größen durch Rechnung und Versuch aufeinander abgestimmt werden.The size and diameter of the collecting duct 3 and the exhaust gas nozzle 2 are dependent on the type and size of the engine, so z. B. from the cylinder and the speed, the amount of exhaust gas and the pressure and temperature of the exhaust gases during the advance draft. The entry angle a, in turn, is also determined by the dimensions of the collecting duct 3 and by the turbine characteristics. Therefore must to achieve a good efficiency of the exhaust pipe system according to the invention all sizes can be coordinated by calculation and trial.

In dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3, 4 und 5 werden die Abgase aus dem Sammelkanal 3 nicht direkt auf die Schaufeln eines Turbinenrades geleitet, sondern der Kanal 3 ist durch einen mit Leitschaufeln 7 versehenen Spiraldiffusor 8 von aus dem Radialverdichterbau bekannter Bauart abgeschlossen. In diesem Diffusor 8 wird die hohe Geschwindigkeit der Abgase in einen hohen Druck umgewandelt, der dann, wie in F i g. 5 gezeigt, entweder über die Leitung 9 in einer Turbine zur Arbeitsleistung verwendet oder durch den Rohransatz 10 dem Auspuff direkt zugeführt wird. Durch eine drehbar gelagerte Klappe 11 kann dabei wahlweise der eine oder andere Weg für die Abgase freigegeben werden. Während des Normalbetriebes ist die Verbindung 9 zur Turbine geöffnet. Ein Umschalten der Klappe 11 erfolgt im allgemeinen nur, wenn der Turbolader ausgefallen ist, um den Motor im Notbetrieb unaufgeladen weiter betreiben zu können, da bei einem Entspannen des Druckes nach dem Diffusor 8 in die Atmosphäre ein Unterdruck in der Sammelkammer 3 herrscht, so daß ein Absaugen der Abgase und in gewissem Umfang ein Ansaugen von Frischluft in die Zylinder ermöglicht werden.In the embodiment according to FIGS. 3, 4 and 5 are the exhaust gases not passed directly from the collecting duct 3 onto the blades of a turbine wheel, but the channel 3 is through a spiral diffuser provided with guide vanes 7 8 of the type known from radial compressor construction completed. In this diffuser 8 the high speed of the exhaust gases is converted into a high pressure, the then, as in FIG. 5 shown, either via the line 9 in a turbine for Work used or fed directly to the exhaust through the pipe socket 10 will. By a rotatably mounted flap 11 can either one or other way for the exhaust gases to be released. During normal operation, the Connection 9 to the turbine open. The flap 11 is generally switched over only when the turbocharger has failed to keep the engine uncharged in emergency mode to be able to continue to operate, since when the pressure is released after the diffuser 8 into the atmosphere there is a negative pressure in the collecting chamber 3, so that suction of the exhaust gases and, to a certain extent, allows fresh air to be drawn into the cylinders will.

In dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6, 7 und 8 wird der - durch die Umlaufströmung hoher Geschwindigkeit in dem Sammelkanal 3 im Zentrum entstehende - Unterdruck, der bei geeigneter Dimensionierung unter dem Atmosphärendruck liegt, dazu verwendet, in einem zentral in dem Sammelkanal 3 liegenden Zuführkanal 12 Luft aus der Atmosphäre anzusaugen. Daher ist der Kanal 3 an seinem der Strömungsrichtung der Gase abgewandten Ende offen und mit dem in seinem Zentrum gelegenen, konisch verlaufenden Zuführungskanal 12 verbunden. Kurz vor der Turbine besitzt der Kanal 12 schlitzartige öffnungen 13, an denen Leitschaufeln 14 angebracht sind. Diese haben, wie in F i g. 8 vergrößert dargestellt, eine derartige Richtung und Krümmung, daß die angesaugte Frischluft in die schraubenförmige Umlaufströmung im wesentlichen ohne Störungen einfließen kann. Dadurch wird die die Turbine 4 durchsetzende Gasmenge erheblich vergrößert, so daß bei richtiger Dimensionierung der Anlage trotz des Temperaturabfalls der Gesamtgasmenge eine Leistungssteigerung der Turbine erzielt werden kann. Die Pfeile in den F i g. 6 und 8 geben dabei den Weg der einströmenden Frischluft an.In the embodiment according to FIGS. 6, 7 and 8 becomes the - through the high speed circulating flow arising in the collecting duct 3 in the center - negative pressure, which is below atmospheric pressure if dimensioned appropriately, used to supply air in a supply duct 12 located centrally in the collecting duct 3 sucking in from the atmosphere. Therefore, the channel 3 is at its the direction of flow the end facing away from the gases is open and the one in its center is conical extending supply channel 12 connected. Just before the turbine, the canal has 12 slot-like openings 13 to which guide vanes 14 are attached. These have, as in Fig. 8 shown enlarged, such a direction and curvature, that the fresh air sucked into the helical circulating flow essentially can flow in without interference. This increases the amount of gas passing through the turbine 4 significantly enlarged, so that with correct dimensioning of the system despite the A drop in temperature of the total amount of gas achieved an increase in turbine performance can be. The arrows in FIGS. 6 and 8 indicate the path of the inflowing Fresh air.

F i g. 9 und 10 zeigen im Längsschnitt bzw. im Querschnitt den Aufbau des Sammelkanals 3, der nach einem weiteren Gedanken der Erfindung aus einzelnen schraubenlinienförmig miteinander verbundenen Blechen besteht, die in einem Gerüst aus starren Ringen 15 und Längsstützen 16 gehalten sind. Die Verbindung 19 zwischen den einzelnen Teilen 17 und 18 wird dabei aus balgartig gefaltetem, elastischem Stahlblech hergestellt, das an der Innenseite oder an der Außenseite (F i g. 11) auf die zu verbindenden Teile aufgeschweißt ist. Die in dem Längsschnitt der F i g. 9 mit unterbrochenen Linien gezeichnete Verbindungsnaht befindet sich in dem unter der Zeichenebene befindlichen Teil des Kanalgehäuses. Sie wurde nur zum besseren Verständnis in die Figur eingetragen. Diese Konstruktion bringt den Vorteil, daß der Mantel des Kanals 3 frei expandieren kann, ohne daß dabei Kräfte auf die die Verbindung zu den Zylindern 1 herstellenden Abgasstutzen 2 übertragen werden.F i g. 9 and 10 show, in longitudinal section and in cross section, the structure of the collecting duct 3, which, according to a further concept of the invention, consists of individual sheet metal sheets connected to one another in the form of a helix, which are held in a framework of rigid rings 15 and longitudinal supports 16. The connection 19 between the individual parts 17 and 18 is made from bellows-like folded, elastic sheet steel which is welded on the inside or outside (FIG. 11) onto the parts to be connected. The in the longitudinal section of FIG. 9 connecting seam drawn with broken lines is located in the part of the duct housing located below the plane of the drawing. It was only entered in the figure for better understanding. This construction has the advantage that the jacket of the channel 3 can expand freely without forces being transferred to the exhaust gas nozzle 2 which establishes the connection to the cylinders 1 .

Claims

Claims: 1. Exhaust pipe arrangement for internal combustion engines with a common, approximately circular cross-section having collecting duct, in which the partial flows emerging from the individual cylinders through the exhaust gas nozzle are continued in a helical manner, the exhaust gas nozzle opening tangentially into the collecting duct, so that the gas flow entering from the exhaust gas nozzle continues to flow in helical lines, characterized in that the straight pipe sections (2) open on the circumference of the cylindrical collecting duct (3) at an acute angle (a) pointing towards the downstream exhaust gas turbine (4).

2. Exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized in that in front of the turbine a stator is arranged through which the gases flowing into the turbine be ordered and accelerated.

3. exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the collecting duct and the turbine are arranged coaxially with one another are.

4. exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized in that the Collecting channel in front of the turbine by a coaxial bladed or bladed Spiral diffuser with subsequent spiral is complete.

5. Exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized in that there is a central fresh air supply duct in the collecting duct is arranged, which has guide elements immediately in front of the turbine through which the Fresh air leaves the supply channel in the direction of the exhaust gas flow.

6. Exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized in that the collecting channel consists of individual ones among one another helically and elastically connected parts, which are made in a frame rigid rings and longitudinal supports are held.

7. exhaust pipe arrangement according to claim 1, characterized in that the individual exhaust gas nozzles are designed as Laval nozzles are. Considered publications: German patent specifications No. 737 396, 687106; German Auslegeschrift No. 1068 513; German utility model No. 1784 983; French additional patent specification No. 46 894 to 776 345; British patent specification No. 541661; U.S. Patent No. 2,910,827.