DE2022089A1 - Auspuffsystem fuer Fuenfzylinder-Reihen- und Zehnzylinder-V-Motoren mit Abgasturbolader - Google Patents

Description

• B e 5 c h r e i b u n g Auspuffsystem für Funfzylinder-Reihen- und Zehnzylinder-V-Motoren mit Abgasturbolader Die Erfindung betrifft ein Auspuffsystem für ünfzylinder-Reihen-bzw. Zehnzylinder-V-Motoren mit Abgasturboladern. Sie ist besonders für Anlagen mit solchen Turboladern bestimmt, welche hohe Energiepulsationen am Turbineneintritt mit gutem Wirkungsgrad verwerten können. Da solche Turbolader in letzter Zeit neu entwickelt wurden, ist es besonders sinnvoll, hierfür geeignete Auspuffsysteme zu erstellen.
• Bisher wurden die Auspuffleitungen ohne Rücksicht auf den Abgas turbolader zunächst so verlegt, wie sie sich an dem Motor aus der zweckmäßigen Zusammenfassung einzelner Zylindergruppen ergaben.
• Sie wurden dann je nach Anordnung des Laders am Motor so zu der Turbine geführt, wie es sich aus räumlichen Gründen am zweckmässigsten ergab. Dies gestattet jedoch nicht, die stark pulsierende Energie der Auspuffstöße im Abgasturbolader mit gutem Wirkungagrad auszunutzen.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Auspuffsystem für Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Motoren zu schaffen, das vom Zylinder austritt bis zum Laufrad der Abgasturbine eine strömungstechnische Einheit bildet und daher die beste Ausnutzung insbesondere der hohen Energiepulsationen gestattet.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß von den fünf Zylindern einer Reihe, in Längsrichtung des Motors gezählt, der 1. und 2. sowie der 4. und 5. je in einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt sind und daß der mittlere 3. Zylinder eine getrennte Auspuffleitung besitzt und daß diese drei Leitungen getrennt bis direkt vor das Laufrad der Abgas turbine geführt werden und daß der Querschnitt dieser drei Leitungen kurz vor dem Laufrad der Turbine kleiner ist als der Zulaufquerschnitt an der Zunge der einflutigen Spirale des Eintrittsgehäuses der Turbine.
• Zusätzlich ergab es sich als besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindungsaufgabe, daß die Endquerschnitte dieser drei Leitungen kurz vor der Turbine je zwischen 85 und 95% des Zulaufquerschnittes an der Zunge der Turbinenspirale betragen.
• Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten werden im Rahmen der Beschreibung anhand der Bilder Fig. 1 bis 4 erläutert.
• Fig. 1 und 2 stellen jede eine schematische Draufsicht auf einen Funfzylinder-Reihen-Motor bzw. auf eine Reihe eines Zehnzylinder-V-Motors mit dem erfindungsgemäßen Auspuffsystem dar.
• Fig. 3 und 4 zeigen eine besonders vorteilhafte Zusammenfassung der drei getrennten Auspuffleitungen am Eintrittsgehäuse des Abgasturboladers.
• Fig. t zeigt das erfindungsgemäße Auspuffsystem in schematischer Darstellung bei Anordnung des Abgasturboladers 21 etwa in der Mitte der Längsseite des Motors. Die fünf Zylinder sind entspreahend der Zündfolge so zu Abgasstrangen zusammengefaßt, daß sie sich gegenseitig nicht stören. Die Zylinder 1 und 2 sind dementsprechend in der Auspuffleitung 6 zusammengefaßt, die letzten beiden Zylinder 4 und 5 in der Leitung 8. Der mittlere dritte Zylinder besitzt eine eigene Auspuffleitung 7. Die drei Auspuffleitungen 6, 7 und 8 sind kurz bevor das'Gas das Turbinenlaufrad erreicht, auf die Querschnitte 9 verengt. Diese Querschnitte 9 sind kleiner als der angedeutete Querschnitt 10 an der Zunge der einflutigen Spirale des Eintrittegehäuses der unter 21 gezeigten Turbine des Abgasturboladers.
• Die Untereuchungen haben ergeben, daß es günstig ist, den Querschnitt 9, der kleiner sein soll als der Querschnitt 10, zwischen 85 und 95% des Querschnittes 10 auszuführen. Außerdem sollen die Querschnitte so gelegt werden, daß die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Querschnitt 9 mit möglichst geringer Umlenkung auf kurz zestem Wege ohne weitere wesentliche Beschleunigung direkt zur Eintrittseaschwindigkeit in das Turbinenlaufrad übergeführt wird.
• Die natürliche Beschleunigung entsprechend dem Drallsatz ist davon ausgenommen. Bei einer solchen Dimeneionlerung der Querschnitte tritt kein nennenswerter übertritt des Gases s.B. von der Abgasleitung 6 der Zylinder 1 und 2 in die Abgasleitung 7 des Zylinders 3 und die Abgasleitung 8 der Zylinder 4 und 5 auf und die Impulswellen vom Zylinder 1 oder 2 können dementsprechend mit, geringsten Abzweigverlusten von der Turbine genutzt werden. Das gleiche gilt natürlich für die übrigen Zylinder.
• Infolge der kurzen, möglichst wenig gekrümmten Leitungen erhält man den weiteren Vorteil, daß die Leitungsquerschnitte besonders eng ausgeführt werden können, ohne daß sich ein'wesentlicher Druckverlust ergibt.
• Fig. 2 zeigt die entsprechende erfindungsgemäße Anordnung der Auspuffleitungen bei einem Fünfzylinder-Reihen-Motor oder bei einer Reihe eines Zehnzylinder-V-Motors, bei dem der Abgasturbolader an der Stirnseite des Motors angeordnet ist. Auch hier sind die Zylinder 1 und 2 in der Leitung 6 sowie 4 und 5 in einer Leitung 8 zusammengefaßt, während der mittlere Zylinder 3 eine eigene Auspuffleitung 7 besitzt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Auspuffsystem nach Fig. 1 und 2 sind drei Auspuffleitungen mit Endquerschnitten 9 an dem Turbineneintrittsgehäuse zusammenzufassen. Die Bilder Fig. 3 und 4 zeigen eine besonders günstige Ausführung hierfür. Dabei stellt Fig. 3 in etwa eine Draufsicht auf den Flansch am Turbinengehäuse dar, während Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-S bedeutet. Die drei Leitungequerschnitte sind mit 17, 18 und 19 bezeichnet. Entsprechend sieht man in Fig. 4 im Schnitt die beiden Abschnitte 17 und 18. Die Anordnung nach Fig. 3 entspricht etwa der von drei Kreissektoren, die sich mit radialen Seiten zu je zwei berühren, so daß ein voller Kreisumfang auagefüllt ist und bei einer idealen symmetrischen Anordnung die Zentrumswinkel der einzelnen Sektoren '1200 betragen. Nach Fig. 4 wird am Eintritt in das urbinengehäuse der Querschnitt 17 sowie 18 auf kurzer Strecke stark verengt in den querschnitt 9 übergeführt. Man erreicht so den Vorteil daß die römung aus allen drei Endquerschnitten der Beitungen 179 18 und 19 mit geringster Umlenkung in die Strömung im Querschnitt 10 übergeführt wird.
• Das Auspuffsystem nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die einzelnen Leitungen die geringstmöglichen Toträume und die geringstmögliche Länge bei möglichst wenig gekrümmter Leitungsführung besitzen. Es entstehen daher die geringsten Energieverluste. Außerdem ist bei dieser Ausführung die kleinste Mengenüberströmung von einer Leitung, die gerade den größten Energiestrom führt, in die benachbarten Leitungen zu erwarten. Die einflutige Ausführung des Spiralgehäuses der Abgasturbine beaufschlagt das Laufrad stets am ganzen Umfang und in ganzer Breite, wodurch die Teilbeaufschlagungsverlust entfallen. Dadurch ergeben sich vor allem im Zusammenhang mit Abgasturbinen, welche die nun besonders durch die Verkleinerung der Auspuffleitungsquerschnitte und der Sacklochvolumina erhöhte Pulsation in mechanische Energie mit gutem Wirkungsgrad umsetzen können, beträchtliche Energiegewinne, welche sich letzthin im Brennstoffverbrauch des Motors ausdrAcken. Außerdem erreicht man dadurch einen wesentlich flacheren Verlauf des Ladedruckes über der Motordrehzahl, so daß die Überbeanspruchung durch Zünddrücke und die unnötig hohen Ballastluftmengen bei hohen Motordrehzahlen wegfallen.

Claims (4)

1. Pat entanspruche

   Auspuffsystem für Fünfzylinder-Reihen- und Zehnzylinder-V-Motoren mit Abgasturbolader 1. Auspuffsystem für Fünfzylinder-Reihen- bzw. Zehnzylinder-V-Motoren mit Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß von den fünf Zylindern einer Reihe, in Längsrichtung gezählt, der 1. und 2. sowie der 4.

   und 5. je in einer gemeinsamn Leitung (6 und 8) zusammengefaßt sind und daß der mittlere 3. Zylinder eine getrennte dritte Auspuffleitung (7) besitzt und daß diese drei Leitungen getrennt bis direkt vor das Laufrad der Abgasturbine geführt werden und daß der Endquerschnitt (9) dieser drei Leitungen kurz vor dem Laufrad der Turbine kleiner ist als der Zulaufquerschnitt (10) an der Zunge der einflutigen Spirale des Eintrittsgehäuses der Turbine.
2. 2. Auspuffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endquerschnitte (9) der drei Auspuffleitungen je zwischen 85 und 95% des Zulaufquerschnittes (10) an der Zunge des Spiraleneintrittsgehäuses der Turbinde betragen.
3. 5. Auspuffsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Auspuffleitungen am Eintritt in das Turbinengehäuse bis zum Endquerschnitt (9) etwa als Kreissektoren so angeordnet sind, daß die radialen Seiten von Je zwei nebeneinanderliegenden Querschnitten sich berWhren (Fig. 3).
4. 4. Auspuffsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Auspuffleitungen auf kÜrzestem Wege vom Querschnitt (17, 18, 19) am Eintritt in das Turbinengehäuse auf den Endquerschnitt (9) verengt werden und daß ein möglichst direkter und etörungsfreier ftbergang jeder Einzelleitung in den gemeinsamen Querschnitt (10) erfolgt (Fig. 4).