DE2625788B1

DE2625788B1 - Abgasleitung fuer turboaufgeladene brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2625788B1
Application number: DE19762625788
Authority: DE
Inventors: Werner Moench; Walter Ziemer
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1977-08-11
Also published as: JPS5324915A; FR2354446B3; ES459625A1; IT1078265B; GB1577354A; US4159627A; SE7706661L; DK143041C; DK143041B; DK254477A; NO144751C; NO771929L; FR2354446A1; NO144751B; NL7706258A

Description

ORIGINAL INSPECTED

3 4

gemäß Merkmal b) gegeneinander verdreht sind. Erfindung am Beispiel eines Sechszylinder-Viertaktdie-

Wegen seiner Kleinheit kann dieses Teilstück relativ selmotors gezeigt, bei dem acht Zylinder in einer Reihe

kostengünstig als Gußstück hergestellt werden. Außer- angeordnet sind, wobei nur die Abgasleitung einer

dem hat die beschriebene Gestaltung strömungstechni- Zylinderreihe dargestellt ist.

sehe Vorteile, weil kurze einheitliche Abzweigstutzen 5 F i g. 1 zeigt die Abgasleitung von der Seite, und zwar

weniger dazu neigen, Reflexionen zu erzeugen, die den vom Inneren des V-Raumes aus gesehen;

Aufladevorgang stören. Die Gestaltung gemäß Merk- F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Abgasleitung von

mal b) schafft die Voraussetzungen dafür, daß die oben gesehen;

Abzweigstutzen bei allen Rohrsträngen zu der Seite des F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die beiden unteren

Bündels geführt werden können, die den Abgasaustrit- io Rohrstränge der Abgasleitung von der Ebene III-III

ten am nächsten liegt Es ist demnach nicht erforderlich, (F i g. 1) aus gesehen;

die Abzweigstutzen um das Bündel von Rohrsträngen F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Bündel von

herumzuführen, was die im Zusammenhang mit dem Rohrsträngen längs der Linie IV-IV(F ig. 1,2);

Merkmal a) genannten Vorteile zunichte machen würde. F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Bündel von

Daß die Rohrstränge gemäß Merkmal b) nur im Bereich 15 Rohrsträngen längs der Linie V-V (F i g. 1,2);

eines Zylinders gegeneinander verdreht sind, hat F i g. 6 zeigt eine Seitenansicht eines Abzweigstutzens

gegenüber einer bekannten Ausführung gemäß der von der Linie VI-VI (F ig. 1,3) aus gesehen;

DT-PS 831 035 den Vorteil größerer Einfachheit und Fig.7 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren

besserer Beherrschbarkeit des Problems der Wärme- Abzweigstutzens von der Linie VII-VII (Fig. 1, 3) aus

dehnungen. 20 gesehen;

Man hat zwar schon ein kreuzförmiges Einsatzstück, F i g. 8 zeigt das Teilstück der Abgasleitung, in dem

wie die US-PS 24 23 574 zeigt, zur Unterteilung einer die Rohrstränge verdreht sind, und zwar teilweise

Abgasleitung in vier Kammern lediglich in einem aufgeschnitten, damit das Innere sichtbar ist;

Teilbereich verdreht, aber ein solcher Einsatz läßt sich F i g. 9 zeigt eine Seitenansicht des Teilstückes in

nur sehr schwer mit Dehnstücken versehen und dann 25 PfeilrichtungIX(Fig.8)gesehen,

auch nur unter Verzicht auf gegenseitige hermetische Die Abgasleitung besteht in der Hauptsache aus den

Abdichtung der vier Kammern, wie die DT-PS 10 25 211 Rohrsträngen 1,2,3 und 4, die außerhalb des Teilstückes

zeigt. 5 und mit Ausnahme der Partien 6 und 7 gerade und

Demgegenüber kann im vorliegenden Fall vorteilhaft parallel zueinander verlaufen. Wie F i g. 4 und 5 zeigen, in jeden Rohrstrang ein einfaches Dehnstück eingebaut 30 sind die Achsen dieser parallelen Partien an den Ecken werden, das zwischen den Anschlußstellen der Ab- eines gleichseitigen Viereckes angeordnet. Selbstverzweigstutzen liegt Diese Dehnstücke können als ständlich müssen die Seiten dieses Viereckes nicht Faltenbälge ausgeführt werden, d. h. die einzelnen absolut gleich sein, sondern können kleine, z. B. durch Rohrstränge sind sowohl nach außen als auch die Ausbildung der Befestigungsmittel bedingte Längegeneinander hermetisch abgedichtet, was bei hohen 35 genunterschiede aufweisen. Von den Abgasaustritten 8 Aufladegraden, d. h. hohen Abgasdrücken unbedingt der Zylinder I, II, III, IV, V, VI, VII und VIII führen die erforderlich ist Abzweigstutzen 9 und 10 zu den Rohrsträngen 1, 2, 3

Die Kompaktheit des Bündels aus Rohrsträngen und und 4. Der Abzweigstutzen 9 ist in F i g. 6 und der

die Zugänglichkeit zu den Befestigungsmitteln der Abzweigstutzen 10 in F i g. 7 dargestellt. Es gibt

Dehnstücke wird vorteilhaft dadurch begünstigt, daß die 40 demnach im wesentlichen nur zwei Bauarten 9 und 10

Dehnstücke in den vier Rohrsträngen in deren von Abzweigstutzen, die ungefähr gleich lang sind. Der

Längsrichtung gegeneinander versetzt sind. Abzweigstutzen 11, der zu dem Teilstück 5 führt, ähnelt

Die bereits als vorteilhaft erwähnte Einheitlichkeit stark dem Abzweigstutzen 9. An den Rohrstrang 1 sind

der Abzweigstutzen wird am freien Ende der Abgaslei- die Abgasaustritte 8 der Zylinder IV und V, an den

tung auf sehr einfache Weise dadurch verwirklicht, daß 45 Rohrstrang 2 die Abgasaustritte 8 der Zylinder IH und

die Rohrstränge, die zu den Zylindern führen, die am IV, an den Rohrstrang 3 die Abgasaustritte 8 der

weitesten von der Abgasturbine entfernt sind, von den Zylinder II und VII und an den Rohrstrang 4 die

betreffenden Abzweigstutzen schräg zu der Seite des Abgasaustritte 8 der Zylinder I und VIII angeschlossen.

Rohrstrangvierecks geführt sind, die am weitesten Die Zündfolge der dargestellten Zylinderseite ist

entfernt von den Abgasaustritten der betreffenden 50 1-3-7-5-8-6-2-4. Im Inneren des in Fig.8 und 9 näher

Zylinder liegt dargestellten gegossenen Teilstückes 5 befinden sich

Vorteilhaft wird die Abgasleitung für das sogenannte Trennwände 12, 13, die in Form eines Kreuzes

»Multistoßverfahren« dadurch verwendbar, daß die vier angeordnet sind. Diese Trennwände 12 und 13 bilden

Rohrstränge jeweils an ihrem turbinenseitigen Ende in zusammen mit der Außenwand des Teilstückes 5 die

an sich bekannter Weise in Düsen auslaufen, die in ein 55 Fortsetzung der Wandungen der Rohrstränge 1,2,3 und

Mischrohr münden, das an den einzigen Abgasturbinen- 4. Das Teilstück 5 erstreckt sich ungefähr über den

eintritt angeschlossen ist Dieses Verfahren, das sich Bereich eines Zylinders. Die Trennwände 12 und 13 sind

unter anderem die Vermeidung von Reflexionen zum derart schraubenförmig gewunden, daß die in dem in

Ziel setzt, ist bspw. in der DT-OS 20 10 405 beschrieben. F i g. 1 links dargestellten Bereich der Abgasleitung in

Die erfindungsgemäße Abgasleitung ist aber auch mit 60 der Nähe der Abgasaustritte 8 liegenden Rohrstränge 1

Vorteil bei dem »klassischen« Stoßaufladeverfahren und 2 in dem in F i g. 1 rechts dargestellten Bereich der

dadurch verwendbar, daß jeder der vier Rohrstränge an Abgasleitung weiter entfernt von den Abgasaustritten 8

seinem turbinenseitigen Ende in an sich bekannter liegen als die Rohrstränge 3 und 4. Andererseits liegen

Weise in einen eigenen Abgasturbineneintritt mündet in dem in Fig. 1 links dargestellten Bereich die weiter

Die kompakte Bauart des Rohrstrangbündels erleich- 65 von den Abgasaustritten 8 entfernten Rohrstränge 3

tert bei beiden vorgenannten Verfahren den Anschluß und 4 in dem in Fig. 1 rechts gezeigten Bereich den

an die Abgasturbine. Abgasaustritten 8 am nächsten. Dadurch ist es möglich,

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der an allen Zylindern die praktisch einheitlichen, etwa

gleich langen Abzweigstutzen 9, 10 und 11 zu verwenden. Aus den F i g. 6 und 7 ist zu erkennen, daß die Mittellinien der Abzweigstutzen 9 und 10 jeweils zu einer der beiden Ecken des in F i g. 4 und 5 gezeigten Rohrstrangviereckes führen, die an der Seite des Rohrstrangvierecks liegen, die den Abgasaustritten 8 am nächsten ist. Da das Teilstück 5 sich nur über den Bereich eines Zylinders erstreckt, ist die Längenzunahme bei Erwärmung sowie der Ausdehnungsunterschied zwischen seiner Außenwand und seinen Trennwänden 12 und 13 so gering, daß es als einheitliches Gußstück ausgeführt werden kann. Dadurch wird die Herstellung sehr verbilligt, insbesondere weil keine inneren Dehn-

stücke benötigt werden. In jeden der Rohrstränge 1,2,3 und 4 ist zwischen den Abzweigstutzen 9 bzw. 10 jeweils ein Dehnstück in Form eines Faltenbalges 14 eingebaut. Je ein weiterer Faltenbalg 14 befindet sich zwischen den turbinenseitigen Enden der Rohrstränge 1, 2, 3 und 4 und den Abgaseintritten des Teilstückes 15, in dem jeder Rohrstrang in eine Düse ausläuft, die in ein gemeinsames Mischrohr mündet. Der Austritt des Mischrohrs ist an den einzigen Eintritt der Turbine des nicht dargestellten Abgasturboladers angeschlossen.

Die Rohrstränge 1,2,3 und 4 können auch einzeln an eine Abgasturbine mit vier Eintritten angeschlossen sein, wobei das Teilstück 15 in diesem Fall wegfällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Partien an den Ecken eines Vierecks liegen. Patentansprüche: Eine solche Abgasleitung ist bspw. in der Zeichnung der US-PS 26 74 086 dargestellt. Bei dieser Ausführung

1. Abgasleitung zur Verbindung mehrerer in einer liegen die Achsen der vier Rohrstränge in den Ecken Reihe angeordneter Zylinder einer turboaufgelade- 5 eines ungleichseitigen Viereckes, wobei die beiden nen Brennkraftmaschine mit der Turbine ihres Rohrstränge die den Abgasaustritten der Zylinder am Abgasturboladers, im wesentlichen bestehend aus nächsten liegen, auseinandergerückt sind, damit einzelvier einzelnen, auf dem überwiegenden Teil ihrer ne Abzweigstutzen, welche die betreffenden Abgasaus-Länge gerade und parallel zueinander verlaufenden tritte mit den beiden weiter entfernten Rohrsträngen Rohrsträngen, die in Form eines Bündels derart io verbinden, durch die entstehende Lücke hindurchangeordnet sind, daß die Achsen ihrer parallelen geführt werden können.

Partien an den Ecken eines Vierecks liegen, Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: darin, den Querschnitt und damit den Platzbedarf des

a) Die Abzweigstutzen (9,10) welche die Abgasau- Bündels aus vier Rohrsträngen zu verkleinern, die stritte (8) der einzelnen Zylinder (I, H, III, IV, V, 15 Herstellung der Abgasleitung zu vereinfachen sowie VI, VII, VIII) jeweils mit einem Rohrstrang (1,2, ihre Strömungseigenschaften zu verbessern.

3, 4) verbinden, führen zu jeweils einer der Diese Aufgabe wird an einer Abgasleitung der

beiden Ecken, die an der Seite des gleichseitigen eingangs genannten Art durch eine Gestaltung mit

Rohrstrangvierecks (F ig. 4, 5) liegen, die den folgenden Merkmalen gelöst:

Abgasaustritten am nächsten liegt. 20 a) Die Abzweigstutzen, welche die Abgasaustritte der

b) Die Rohrstränge (1,2,3,4) sind im Bereich eines einzelnen Zylinder mit jeweils einem Rohrstrang kurzen Teilstückes (5) der Abgasleitung derart verbinden, führen zu jeweils einer der beiden gegeneinander verdreht, daß bei einem Teil der Ecken, die an der Seite des gleichseitigen Abgasleitung eine erste Seite des gleichseitigen Rohrstrangvierecks liegen, die den Abgasaustritten Rohrstrangvierecks (F i g. 4, 5) den Abgasaus- 25 am nächsten liegt.

tritten (8) am nächsten liegt, während bei b) Die Rohrstränge sind im Bereich eines kurzen einem anderen Teil der Abgasleitung eine Teilstückes der Abgasleitung derart gegeneinander

zweite, der ersten gegenüberliegende Seite des verdreht, daß bei einem Teil der Abgasleitung eine

gleichseitigen Rohrstrangvierecks den Abgas- erste Seite des gleichseitigen Rohrstrangvierecks

austritten am nächsten liegt. 30 den Abgasaustritten am nächsten liegt, während bei

2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch ge- einem anderen Teil der Abgasleitung eine zweite, kennzeichnet, daß in jeden Rohrstrang (1,2,3,4) ein der ersten gegenüberliegende Seite des gleichseiti-Dehnstück (14) eingebaut ist, das zwischen den gen Rohrstrangvierecks den Abgasaustritten am Anschlußstellen der Abzweigstutzen (9,10,11) liegt. nächsten liegt.

3. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch ge- 35 Durch die Anordnung der Rohrstrangachsen in den kennzeichnet, daß die Dehnstücke (14) in den vier Ecken eines gleichseitigen Vierecks gemäß Merkmal a) Rohrsträngen (1, 2, 3, 4) in deren Längsrichtung wird eine sehr kompakte Bauart des Rohrbündels gegeneinander versetzt sind. ermöglicht, bei der die einzelnen Rohrstränge sehr nahe

4. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch ge- beieinander liegen, so daß keine Abzweigstutzen kennzeichnet, daß die Rohrstränge (3,4), die zu den 40 zwischen den Rohrsträngen hindurchgeführt werden beiden Zylindern (VII, VIII) führen, die am weitesten können. Diese Abgasleitung ist für alle aufgeladenen von der Abgasturbine entfernt sind, von den Viertaktmotoren mit Stoßaufladung, mit sieben, acht betreffenden Abzweigstutzen (9, 10) schräg zu der und zehn in einer Reihe angeordneten Zylindern Seite des Rohrstrangvierecks (F i g. 4,5) geführt sind, geeignet. Bei Motoren mit diesen Zylinderzahlen die am weitesten entfernt von den Abgasaustritten 45 werden vier Rohrstränge pro Zylinderreihe benötigt, (8) der betreffenden Zylinder liegt. um zu erreichen, daß nur Zylinder an den gleichen

5. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch ge- Rohrstrang angeschlossen sind, deren Auspuffstöße kennzeichnet, daß die vier Rohrstränge (1, 2, 3, 4) mindestens um 240° Kurbelwinkel zeitlich versetzt jeweils an ihrem turbinenseitigen Ende in an sich erfolgen. Dieses bekannte Prinzip der Leitungsauslebekannter Weise in Düsen auslaufen, die in ein 50 gung bei Stoßaufladung soll verhindern, daß der Mischrohr münden, das an den Abgasturbinenein- Auspuffstoß des später zündenden Zylinders den tritt angeschlossen ist. Spülvorgang des früher zündenden Zylinders stört.

6. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch ge- Besonders vorteilhaft ist die kompakte Rohrstrangankennzeichnet, daß jeder der vier Rohrstränge (1,2,3, Ordnung gemäß Merkmal a) bei V-Motoren mit 4) an seinem turbinenseitigen Ende in an sich 55 vierzehn, sechzehn und zwanzig Zylindern und kleinem bekannter Weise in einen eigenen Abgasturbinen- V-Winkel, bei denen zwei Bündel aus je vier eintritt mündet. Rohrsträngen, d. h. jeweils eines für eine Zylinderreihe,

in dem engen Raum zwischen den beiden Zylinderrei-

hen untergebracht werden müssen. Dadurch, daß die

60 Abzweigstutzen gemäß Merkmal a) zu den Ecken des

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung zur gleichseitigen Rohrstrangvierecks geführt werden, ist Verbindung mehrerer in einer Reihe angeordneter ihre Länge annähernd gleich und außerdem relativ klein. Zylinder einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine Nicht nur durch die relativ kurze Bauart ist der mit der Turbine ihres Abgasturboladers, im wesentli- Herstellungsaufwand für die Abzweigstutzen auf ein chen bestehend aus vier einzelnen, auf dem überwiegen- 65 Mindestmaß verringert, sondern auch dadurch, daß nur den Teil ihrer Länge gerade und parallel zueinander zwei Ausführungen von Abzweigstutzen für die verlaufenden Rohrsträngen, die in Form eines Bündels Abgasleitung benötigt werden, wenn man von dem derart angeordnet sind, daß die Achsen ihrer parallelen kleinen Teilstück absieht, in dem die Rohrstränge