DE2156704A1 - Water-cooled internal combustion engine with a charger - Google Patents
Water-cooled internal combustion engine with a chargerInfo
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Description
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Dr-Ing. Wilhelm Reichel • DipL-Ing. Wolfgang ReichelDr-Ing. Wilhelm Reichel • DipL-Ing. Wolfgang Reichel
6 Frankfurt a. M. 1 68916 Frankfurt a. M. 1 6891
EUGLISH ELECTRIC DIESELS LIMITED, .Fewton-le-Willows, Lancashire, EnglandEUGLISH ELECTRIC DIESELS LIMITED, .Fewton-le-Willows, Lancashire, England
Wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem LaderWater-cooled internal combustion engine with a charger
Die Erfindung bezieht sich auf eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem Lader oder Vorverdichter, 'beispielsweise einem Turbolader, der von dem Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben wird und der Einströmleitung unter Druck Luft zuführt.- . ■ .The invention relates to a water-cooled internal combustion engine with a supercharger or supercharger, 'for example a turbocharger, from the exhaust gas of the internal combustion engine is driven and the inlet line supplies air under pressure. ■.
Es ist bekannt, den Lader einer Brennkraftmaschine mit Wasser zu kühlen. Bei den bekannten Anordnungen ist jedoch der Kühlwasserkreis des Laders von demjenigen der eigentlichen Brennkraftmaschine getrennt. Dies führt zu einer komplizierten und aufwendigen Kühlwasseranordnung. Ferner ist es bekannt, die Ausströmleitung einer Brennkraftmaschine mit Wasser zu kühlen, und beispielsweise unter Verwendung einer gemeinsamen Wasserpumpe den Kühlwasserkreis der eigentlichen Brennkraftmaschine mit demjenigen der Ausströmleitung parallel zu schalten.It is known to cool the charger of an internal combustion engine with water. In the known arrangements, however, is the cooling water circuit of the charger is separated from that of the actual internal combustion engine. This leads to a complicated and expensive cooling water arrangement. It is also known to use the discharge line of an internal combustion engine to cool with water, and for example using a common water pump the cooling water circuit of the to connect the actual internal combustion engine with that of the exhaust line in parallel.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem Lader eine integrierte Wasserkühlanordnung zu schaffen.The object of the invention is to provide an integrated one for a water-cooled internal combustion engine with a charger To create water cooling arrangement.
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Zu diesem Zweck ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem lader nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Kühlwassers der Brennkraftmaschine den Lader kühlt und aufeinanderfolgend durch die Brennkraftmaschine und den lader strömt.For this purpose, a water-cooled internal combustion engine with a charger according to the invention is characterized in that at least part of the cooling water of the internal combustion engine cools the charger and successively through the Internal combustion engine and the charger flows.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der lader, als Abgasturbolader ausgebildet und die Ausströmleitung der Brennkraftmaschine ist derart ausgestaltet, daß die Abgase von der Ausströmleitung dem Turbolader zugeführt werden und die Ausströmleitung vom Kühlwasser der Brennfe kraftmaschine gekühlt wird, wobei mindestens ein Teil dieses Kühlwassers dem Turbolader zugeführt wird, so daß' das Kühlwasser nacheinander die Brennkraftmaschine, die Ausströmleitung und den Turbolader durchströmt.In a preferred development of the invention, the charger is designed as an exhaust gas turbocharger and the outflow line The internal combustion engine is designed in such a way that the exhaust gases are fed from the discharge line to the turbocharger and the outflow line is cooled by the cooling water of the Brennfe engine, at least part of this Cooling water is supplied to the turbocharger, so that 'the cooling water successively the internal combustion engine, the discharge line and flows through the turbocharger.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figuren beschrieben.A preferred embodiment of the invention is described with reference to figures.
Die Pig. 1 ist ein Teilschnitt durch einen nach derThe Pig. 1 is a partial section through one after the
Erfindung ausgebildeten Dieselmotor mit einem Turbolader.Invention trained diesel engine with a turbocharger.
_ Die Pig. 2 ist eine Ansicht einer wassergekühlten Ausström-™ leitungsanordnung des in der Pig. 1 dargestellten_ The Pig. Figure 2 is a view of a water cooled vent ™ line arrangement of the in the pig. 1 shown
Motors, wobei die Ausströmleitungsöffnungen mitMotor, the exhaust duct openings with
dem Turbolader verbunden sind.connected to the turbocharger.
Die Pig. 1 zeigt einen Achtzylinder-V-Dieselmotor 11 mit einem lader in Porm eines -Abgasturboladers 12* Der Turbolader__12~enthäl-t lufteinlässe 13 und 14 sowie einen Auslaß-"kanal 15, über den der Turbolader unter Druck stehende luft den Einströmleitungen 16 der Brennkraftmaschine und damit den Einströmöffnungen 1.7 zuführt, von denen zwei dargestellt sind.The Pig. 1 shows an eight-cylinder V-diesel engine 11 with a charger in the form of an exhaust gas turbocharger 12 * The turbocharger__12 ~ contains air inlets 13 and 14 and an outlet "channel 15 through which the turbocharger air is under pressure the inflow lines 16 of the internal combustion engine and thus the inflow openings 1.7, two of which are shown are.
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Jeder Zylinder des Dieselmotors hat eine Ausströmöffnung 18. Die Ausströmöffnungen sind über Yerbindungsstücke 19 mit Ausströmkanälen verbunden, die einer wassergekühlten Auspuffleitungsanordnung 20 angehören, die In der Pig. 2 in einem größeren Maßstab dargestellt ist. Dort sind vier "ATissirömkanäle 21, 22, 23 und 24 zü~se"ßen"r-A-n--jeden dieser Ausströmkanäle sind jeweils zwei Ausströmöffnungen 18 von zwei Zylindern des Dieselmotors angeschlossen. Bei diesen beiden Zylindern handelt es sich jeweils um die einander gegenüberliegenden Zylinder auf den beiden Seiten des V-Motors. An den den Ausströmöffnungen 18 gegenüberliegenden Enden laufen die vier Kanäle senkrecht nach oben durch die Oberseite der Ausströmanordnung 20 und sind mit vier parallelen Turbineneinlaßöffnungen 25 (Fig. 1) verbunden, so daß die Abgase des Dieselmotors 11 den Turbolader 12 antreiben, bevor sie am oberen Ende 26 des Turboladers durch einen Auspuffauslaß abströmen.Each cylinder of the diesel engine has an outflow opening 18. The outflow openings are via connecting pieces 19 connected to outflow channels, which belong to a water-cooled exhaust pipe arrangement 20, which In the Pig. 2 is shown on a larger scale. There are four "Aissirömkanäle 21, 22, 23 and 24 zu ~ se" ßen "r-A-n - each of these Outflow channels are each connected to two outflow openings 18 of two cylinders of the diesel engine. With these Both cylinders are the opposite cylinders on both sides of the V-engine. At the ends opposite the outflow openings 18, the four channels run vertically upwards through the Top of the outflow arrangement 20 and are connected to four parallel turbine inlet openings 25 (Fig. 1), so that the exhaust gases of the diesel engine 11 drive the turbocharger 12, before they flow off through an exhaust outlet at the upper end 26 of the turbocharger.
Die beiden Zylinderblöcke und Zylinderköpfe des Dieselmotors 11_..sind mit inneren Kühlwasserräumen 27 ausgerüstet, deren obere Enden die Ausströmöffnungen 18 umgeben. Den Räumen 27 wird das Kühlwasser in herkömmlicher Weise zugeführt (nicht gezeigt). Nahe bei jeder Ausströmöffnung 18 weisen die Zylinderköpfe Kühlwasserauslässe auf, die über Verbindungsstücke 28 an einen Innenraum 29 der Ausströmanordnung 20 f angeschlossen sind, durch die die Ausströmkanäle laufen. Auf diese Weise strömt das gesamte Kühlwasser, wenn es den Dieselmotor 11 verläßt, durch den Innenraum 29 der Ausströmanordnung 20, um die Ausströmkanäle 21, 22, 23 und 24 zu kühlen. ·The two cylinder blocks and cylinder heads of the diesel engine 11 _ .. are equipped with internal cooling water spaces 27, their upper ends surround the outflow openings 18. The cooling water is supplied to the spaces 27 in a conventional manner (not shown). Near each outflow opening 18, the cylinder heads have cooling water outlets that are connected via connecting pieces 28 are connected to an interior 29 of the outflow arrangement 20 f, through which the outflow channels run. In this way, all of the cooling water, when it leaves the diesel engine 11, flows through the interior 29 of the outflow arrangement 20 to cool the outflow channels 21, 22, 23 and 24. ·
Die Oberseite der Ausströmanordnung 20 weist drei Kühlwasserauslaßöffnungen 30, 31 und 32 (Fig. 2) auf, von denen die Auslaßöffnungen 30 und 31 an eine Kühlwassereinlaßeinrichtung (nicht gezeigt) des Turboladers 12 angeschlossen sind.The top of the outflow arrangement 20 has three cooling water outlet openings 30, 31 and 32 (Fig. 2), of which the outlet openings 30 and 31 to a cooling water inlet device (not shown) of the turbocharger 12 are connected.
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Das auf diese Weise dem Turbolader zwecks Kühlung zugeführte Kühlwasser verläßt den !Turbolader durch eine Kühlwasserauslaßlei-tung 33 (I1Ig. 1), die das Wasser zu einem Kühler (nicht gezeigt) des Dieselmotors führt, so daß es vor dem Wiedereintritt in den Motor gekühlt wird. Demzufolge wird nur ein Teil des Kühlwassers durch den Turbolader geschickt. Der andere Teil Kühlwassers verläßt die Ausströmanordnung über die Auslaßöffnung 32 und gelangt von dort direkt zum Kühler.The cooling water fed to the turbocharger in this way for cooling purposes leaves the turbocharger through a cooling water outlet line 33 (I 1 Ig Engine is being cooled. As a result, only part of the cooling water is sent through the turbocharger. The other part of the cooling water leaves the outflow arrangement via the outlet opening 32 and from there reaches the cooler directly.
Außer den Abgasen zum Antrieb und dem Kühlwasser zum Kühlen erhält der Turbolader von dem Dieselmotor über einen nicht dargestellten Kanal Öl für Schmierzwecke. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Kanal 34 vorgesehen, über den das Öl vom Turbolader zu dem Motor zurückströmt. Wie man sieht, führt der Kanal 34 durch die Ausströmanordnung 20. Der Kanal 34 führt direkt zu einem Raum 35 zwischen den bei-, den Zylinderblöcken des Motors. Dieser Raum enthält die Kurbelwelle (nicht gezeigt). Der Raum 35 (Pig. 1) ist mit einer Platte 36 abgedeckt, die eine Öffnung (nicht gezeigt) aufweist, zu der das untere Ende des Kanals 34 über ein Verbindungsstück 37 führt. Die Ölzufuhr zu dem Turbolader kann gleichermaßen wie der Ölrückfluß über einen Kanal erfolgen, der dem Kanal 34 ähnlich ist und der mit seinem Eintrittsende an die Ölzufuhreinrichtung des Motors angeschlossen ist. Bei dem dargestellten Auslführungsbeispiel ist die ölzufuhr zu dem Turbolader jedoch in einer einfacheren Weise vorgesehen, und zwar durch eine getrennte Ölzuifuhrleitung (nicht gezeigt) die von der Ölpumpe des Motors direkt zu dem Turbolader führt«,Apart from the exhaust gases for the drive and the cooling water for cooling, the turbocharger does not receive one from the diesel engine illustrated channel oil for lubrication purposes. In the embodiment shown, a channel 34 is provided through which the oil flows back from the turbocharger to the engine. As can be seen, the channel 34 leads through the outflow arrangement 20. The channel 34 leads directly to a space 35 between the two, the cylinder blocks of the engine. This space contains the crankshaft (not shown). The room 35 (Pig. 1) is with a plate 36 covered which has an opening (not shown) to which the lower end of the channel 34 via a Connector 37 leads. The oil supply to the turbocharger can be the same as the oil return flow via a channel take place, which is similar to the channel 34 and which is connected with its inlet end to the oil supply device of the engine is. In the illustrated exemplary embodiment, however, the oil supply to the turbocharger is simpler Way provided by a separate Ölzuifuhrleitung (not shown) from the oil pump of the Engine leads directly to the turbocharger «,
Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich durch einen äußerst kompakten und einfachen Aufbau aus, der dafür Sorge trägt, daß dLi© Motorabgase demThe described embodiment of the invention is characterized through an extremely compact and simple structure who ensures that dLi © engine exhaust gases dem
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Turbolader zugeführt werden, daß nicht nur der Motor, sondern auch die AusstrÖmanordnung und der Turbolader durch einen einzigen Kühlwasserkreislauf gekühlt werden und daß dem Turbolader vom Motor Öl zugeführt wird, das dann wieder zum Motor zurückkehrt. Der kompakte und einfache Aufbau führt zu einer erheblichen Gewichtseinsparung der gesamten Brennkraftmaschine.Turbocharger are supplied that not only the engine, but also the AusstrÖmanordnung and the turbocharger through a single cooling water circuit are cooled and that the turbocharger is fed from the engine oil, which then again returns to the engine. The compact and simple structure leads to a considerable weight saving of the whole Internal combustion engine.
Obwohl sich das Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem V-Motor befaßt, sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch auf andere Motorarten anwendbar, beispielsweise auch auf „Reihenmotoren·-. .__ Although the embodiment of the invention is concerned with a V-engine, the measures according to the invention are also Applicable to other types of engines, for example also to "in-line engines". .__
Bis jetzt war es nicht üblich, bei einer mit einem Turbolader ausgerüsteten Brennkraftmaschine eine Wasserkühlung der Ausström- oder Auspuffleitungen vorzusehen. Die hohen Temperaturen, denen luftgekühlte Auspuffleitungen ausgesetzt sind, haben in der Praxis zu zahlreichen Schwierigkeiten geführt:Until now it was not common for one with a turbocharger equipped internal combustion engine to provide water cooling of the exhaust or exhaust lines. The high Temperatures to which air-cooled exhaust pipes are exposed have led to numerous difficulties in practice:
a) allmähliche Zunahme des Materials der Auspuffleitungen beim Betrieb, es sei denn, die Auspuffleitungen bestehen aus Stahl mit einem hohen Gehalt an Nickel, was jedoch sehr teuer ist;a) a gradual increase in the material of the exhaust pipes during operation, unless the exhaust pipes exist made of steel with a high content of nickel, which is, however, very expensive;
b) die Schwierigkeit, Auspuffleitungen aus einem Stahl mit einem hohen Mckelgehalt in Form einer Ausström- oder Auspuffanordnung zu integrieren;b) the difficulty of having exhaust pipes made of a steel a high Mckel content in the form of a discharge or Integrate exhaust assembly;
c) das verhältnismäßig starke Ausdehnen oder Zusammenziehen · des Auspuffrohres oder Auspuffkrümmers, was infolge wiederholter Ausdehnung und Zusammenziehung beim abwechselnden Betrieb des Motors über einen gewissen Zeit-■ raum zu einem allmählichen lösen von Verbindungselementenc) the relatively strong expansion or contraction of the exhaust pipe or exhaust manifold, which occurs as a result of repeated expansion and contraction when alternating Operation of the engine for a certain ■ period of time leads to a gradual loosening of fasteners
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und Ermüden von notwendigerweise dazwischengeschalteten Expansionsausgleichselementen, beispielsweise von balgaxügen Expansionsverbindungsstücken, führt;and tiring of necessarily intermediaries Expansion compensation elements, for example from bellows cables Expansion connectors, leads;
d) eine verhältnismäßig hohe Wärmeausstrahlung in den Motorraum und die Umgebung.d) a relatively high heat radiation in the Engine compartment and the surrounding area.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Kühlwasser für den Motor und den Turbolader in einer integrierten Anordnung auch zum Kühlen der Ausströmleitungen dient, werden diese Schwierigkeiten zum größten Teil beseitigt. So wird die Temperatur des Auspuffkrümmers genügend herabgesetzt, so daß der Auspuffkrümmer aus billigeren und besser geeigneten Materialien hergestellt werden kann, beispielsweise aus Aluminiumlegierungen oder Gußeisen, die gegossen werden können, ohne daß das langfristige Wachstum dieser Materialien bedeutend ist. Infolge des herabgesetzten Temperaturbereichs, dem der Krümmer ausgesetzt ist, sind auch die thermische Ausdehnung, und Zusammenziehung niedriger und mit den entsprechenden Werten von anderen Motorteilen vergleichbar, so daß man ohne balgartige Expansionsverbindungsstücke auskommen kann. Die Anordnung der Auspuffleitungen in Porm einer integrierten Auspuffanordnung vermindert weiterhin in hohem Maß die Anzahl der benötigten Verbindungen, Da darüber hinaus die Verbindungen nicht mehr extremen Temperaturen ausgesetzt sind, werden die zuvor auftretenden Störungen vermieden. Die geringere Temperatur des die Auspuffanordnung umgebenden Wassermantels und die Tatsache, daß die' Wärme von der Auspuff- oder Ausströmanordnung durch das Kühlwasser dem Motorkühler zugeführt wird, bedeuten, daß die an die Umgebung abgegebene Wärme wesentlich geringer als bei den bekannten Anordnungen ist..In a preferred embodiment of the invention, in which the cooling water for the engine and the turbocharger in one integrated arrangement is also used to cool the outflow lines, these difficulties are largely eliminated. So the temperature of the exhaust manifold is lowered enough that the exhaust manifold from cheaper and more suitable materials can be made, for example aluminum alloys or cast iron, which are cast without significant long-term growth of these materials. As a result of the degraded Temperature range to which the manifold is exposed, thermal expansion and contraction are also lower and comparable with the corresponding values of other engine parts, so that one can without bellows-like expansion connectors can get along. The arrangement of the exhaust pipes in the form of an integrated exhaust arrangement further reduces the number of connections required to a great extent, In addition, since the connections are no longer exposed to extreme temperatures, the previously occurring Disturbances avoided. The lower temperature of the exhaust assembly surrounding water jacket and the fact that the 'heat from the exhaust or vent assembly passes through the cooling water is supplied to the engine radiator, mean that the heat given off to the environment is significantly lower than with the known arrangements ..
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Da bei der gezeigten Ausströmanordnung 20 alle Auspuffleitiingen in einer einzigen Anordnung integriert sind, wird die G-esamtanzahl der einzelnen Motorteile "beträchtlich verringert, was sich auch in einer kürzeren Montagezeit niederschlägt. So können die Kühlwasseranschlüsse 28 in einfacher Weise an der Ausströmanordnung 20 und den Zylinderköpfen des Motors angeschraubt"werden. Die Auspuffkanalverbindungsstücke 19j die zwar im einzelnen nicht dargestellt sind, werden vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, daß jedes Verbindungsstück einzeln und abnehmbar zwischen einander gegenüberliegenden parallelen Sitzflächen an der Ausströmanordnung 20 und an dem zugeordneten Zylinderkopf eingepaßt ist, und zwar derart, daß bei der Montage die Ausströmanordnung 20 nicht entfernt zu werden braucht. Zu diesem Zweck enthält jedes Verbindungsstück 19 vorzugsweise ein kurzes Stück eines axial ausdehnbaren Metallschlauchs, an dessen Enden starre Ringe befestigt sind, deren ringförmige äußere Stirnflächen an den Sitzflächen der Ausströmanordnung und des betreffenden Zylinderkopfs anliegen. Der Metallschlauch kann beispielsweise ringförmige Wellen hinreichender !Flexibilität aufweisen, um eine axiale Dehnung zuzulassen. Die starren Ringe sind mit gegenseitig ^__gßgenüberliegenden kegelstumpfförmigen Oberflächen versehen, die in entsprechend entgegengesetzt geneigte Kantenabschnitte eines profilierten geteilten Ringes eingreifen, der den Schlauchabschnitt umgibt und selbst von einer Schlauchklemme veränderlichen Umfangs umgeben ist, die nach Art einer "Jubilee"-Schlauchklemme ausgebildet sein kann. Wenn die Schlauchklemme festgesogen wird, drückt sie nach innen auf den geteilten Ring, um dessen Umfang au verringern." Dadurch übt der geteilte Ring eine Keilwirkung auf die starren Ringe aus und treibt sie auseinander. Dadurch wird das Schlauchstück gedehnt, und die äußeren Stirnflächen der starren Ringe gegen die Sitzflächen der Ausströmanordnung 20 und des betreffenden Zylinderkopfes gepreßt»Since in the outflow arrangement 20 shown, all exhaust lines are integrated in a single arrangement, the total number of individual engine parts "becomes" considerable reduced, which is also reflected in a shorter assembly time. The cooling water connections 28 in simple way on the exhaust assembly 20 and the cylinder heads of the engine ". The exhaust duct connectors 19j, which are not shown in detail, are preferably designed and arranged in such a way that that each connector is individually and detachable between opposing parallel seat surfaces is fitted on the discharge arrangement 20 and on the associated cylinder head, in such a way that during assembly the vent assembly 20 need not be removed. To this end, each connector contains 19 preferably a short piece of axially expandable metal hose with rigid rings attached to the ends, their annular outer end faces on the seat surfaces of the outflow arrangement and the relevant cylinder head issue. The metal hose can, for example, have ring-shaped waves of sufficient flexibility to allow an axial Allow stretching. The rigid rings are provided with mutually opposite frustoconical surfaces, which engage in correspondingly oppositely inclined edge sections of a profiled split ring, which surrounds the hose section and is itself surrounded by a hose clamp of variable circumference, which according to Can be designed as a "Jubilee" hose clamp. When the hose clamp is tightened, it pushes inward on the split ring, reducing its circumference. " As a result, the split ring wedges the rigid rings and drives them apart. This will the tube stretched, and the outer end faces of the rigid rings against the seat surfaces of the outflow arrangement 20 and the relevant cylinder head pressed »
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Die äußeren Stirnflächen der starren Ringe weisen vorzugsweise einen Dichtungsring auf, der einen dichten Sitz gewährleistet. Palis eines der beschriebenen Verbindungsstücke 19 während des Betriebs versagen sollte, kann es sehr leicht entspannt, herausgenommen und durch ein neues ersetzt werden, ohne daß zu diesem Zweck andere Motorteile abmontiert werden müssen. Die Gefahr einer Störung ist jedoch gering, da die beschriebenen Verbindungsstücke zwischen verhältnismäßig starren Oberflächen eingespannt sind, die in bezug aufeinander eine feste und atarre Läge einnehmen. Die Verbindungsstücke sind daher keinen fortwährenden fc Biegebelastungen ausgesetzt, wie es beispielsweise infolge der Motorvibration bei den herkömmlichen baigartigeη"Ausdehnungsverbindungsstücke η der Pail ist, die die Zwischenverbindung zu den getrennten Auspuffleitungen bilden, die im allgemeinen nicht starr befestigt sind und gegenüber dem Motor Vibrationsbewegungen ausführen. .The outer end faces of the rigid rings preferably have a sealing ring that provides a tight fit guaranteed. Palis should one of the connecting pieces 19 described fail during operation, it can can be easily relaxed, removed and replaced with a new one without any other engine parts being used for this purpose must be removed. However, the risk of interference is low, since the connecting pieces described between relatively rigid surfaces are clamped, which take a fixed and atarre position with respect to each other. The connecting pieces are therefore not exposed to continuous bending loads, as is the case, for example the engine vibration in the conventional baigartigeη "expansion connectors η is the pail that forms the interconnection to the separate exhaust pipes that are generally not rigidly attached and vibrate with respect to the engine. .
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