DE3150001C2

DE3150001C2 - Kolbenbrennkraftmaschine mit Aufladung

Info

Publication number: DE3150001C2
Application number: DE3150001A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Deutschmann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1986-08-14
Also published as: CH658297A5; ES8305464A1; GB2111123A; IT8248884A0; FR2518645A1; IT1148389B; FR2518645B1; US4458491A; DE3150001A1; JPS58106128A; GB2111123B; JPS6029816B2; ES513900A0

Abstract

Das Abgasleitungssystem einer Kolbenbrennkraftmaschine (11) weist eine für alle Zylinder gemeinsame Abgassammelleitung (20) auf, aus der die Turbine mindestens eines Abgasturboladers (12) im Stauverfahren gespeist wird. Die Zylinder sind in zwei im Winkel zueinander stehenden Reihen angeordnet, wobei die Zylinderköpfe (14) mit dem Zylinder-Kurbelgehäuse (15) an entsprechenden Auflageflächen (16) verbunden sind. Das Abgasleitungssystem ist innerhalb des Zylinder-Kurbelgehäuses (15) in einem tunnelartigen Raum (21) angeordnet, der begrenzt wird von im Winkelgrund zwischen den Zylindern verbundenen Längswänden (23) des Zylinder-Kurbelgehäuses (15), und von einer Abschlußwand (24), die in Höhe der Auflageflächen (16) an den beiden Zylinderreihen die Längswände (23) miteinander verbindet. Mit dieser Anordnung des Abgasleitungssystems wird die Belastung der Umgebung durch Wärme- und Geräuschabstrahlung verringert. Aufgrund der kurzen Baulänge der Abgassammelleitung (20) und einer geringeren Temperaturdifferenz zur unmittelbaren Umgebung gegenüber der konventionellen Anordnung sind die Energieverluste im Abgas gering.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Aufladung durch Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und bezweckt den Betrieb der Abgasturbolader im Stauverfahren.

Aus der DE-OS 19 40 909 ist eine gattungsbildende Kolbenbrennkraftmaschine bekannt Der tunnelartige Raum zwischen den Zylinderreihen, der unmittelbar als Abgassammelleitung für das heiße, aus den Zylindern austretende Abgas dient, ist allseits von Kühlwasser durchflossenen Räumen umgeben. Daraus resultiert eine große Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Abgas innerhalb des t.unnelartigen Raumes und dem Kühlwasser in den umgebenden Räumen. Dadurch erleidet das Abgas auf dem Weg von den Zylindern durch den tunnelartigen Raum bis zur Turbine des Abgasturboladers eine starke Abkühlung und damit einen großen Energieverlust. Andererseits wird durch die Abwärme aus dem Abgas auf dessen Weg durch den tunnelartigen Raum das Kühlsystem der Kolbenbrennkraftmaschine in unerwünschter Weise belastet und muß überdimensioniert werden.

Es ist nu.i Aufgabe der Erfindung, für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Aufladung eine Anordnung des Abgasleitungssystems zu schaffen, mit der der Energieverlust des Abgases auf dem Wege vom Zylinder zur Turbine des Abgasturboladers verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal von Patentanspruch 1 gelöst.

Der Energieinhalt im Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine wird durch die Arbeitsleistung in der Turbine des Abgasturboladers vermindert. Beim Verlassen der Turbine besitzt das Abgas deshalb eine geringere Temperatur als btim Eintritt. Die Temperaturdifferenz zwischen dem die Turbine verlassenden Abgas innerhalb des tunnelartigen Raumes und dem Kühlwasser in den angrenzenden Räumen ist damit erheblich vermindert. Die unerwünschte Belastung des Kühlsystems der Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasabwärme ist somit ebenfalls reduziert. Ferner ergibt sich aus der vorgeschlagenen Abgasführung eine höhere Umgebungstemperatur für das die heißen Abgase aus dem Zylinder aufnehmende Abgassammeirohr und damit einen wesentlich verringerten Energieverlust des Abgases vor der Turbine.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 11.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich für das Abgasleitungssystem eine wärmetechnisch außerordentlich vorteilhafte Anordnung ergibt, was sich in einer verbesserten Energiebilanz der Aufladung und in einer verringerten Belastung der Umgebung durch Wärme und Geräuschabstrahlung auswirkt, daß oberhalb der Abgassammelleitung auf dem Zylinder-Kurbelgehäuse zwischen den Zylinderreihen der oder die Abgasturbolader besonders platzsparend anzuordnen sind, daß sich eine niedrige Bauhöhe der Kolbenbrennkraftmaschine ergibt und daß die kurze Baulänge der Abgassammelleitung zwischen den Zylindern und den Abgasturboladern eine gewichtssparende Bauweise darstellt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend

näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Teilquerschnitt einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer einwandigen Abgassammelleitung;

Fig.2 Teilquerschnitt einer Kolbenbrennkrafimaschine mit einer doppelwandigen Abgassammelleitung;

Fig.3 Teilquerschnitt einer Kolbenbrennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung und einer doppelwandigen Abgassammelleitung.

Eine Kolben.brennkraftmaschine 11 wird durch Abgasturbolader 12,13 zur Aufladung mit vorverdichteter Ladeluft versorgt Den Zylindern die in zwei Reihen im Winkel zueinander angeordnet sind, strömt die Ladeluft über die Ladeluftleitungen 17 zu. Der jedem Zylinder zugehörige Einzelzyhnderkopf 14 ist mit dem Zylinder-Kurbelgehäuse 15 an einer entsprechenden Auflagefläche 16 verbunden, wobei der Abgasauslaßkanal 18 jedes Einzdzylinderkopfes 14 jeweils mit einer Öffnung 19 in den Auflageflächen 16 korrespondiert. Das Abgasleitungssystem, das eine für alle Zylinder gemeinsame Abgassammelleitung 20 aufweist, ist zwischen den Zylinderreihen, innerhalb des Zylinder-Kurbelgehäuses 15, in einem tunnelartigen Raum 21 angeordnet und über steckbare Rohre 22 mit den Abgasauslaßkanälen 18 verbunden. Der tunnelartige Raum 21 wird begrenzt von den im Winkelgrund zwischen den Zylinderreihen miteinander verbundenen Längswänden 23 des Zylinder-Kurbelgehäuses 15 und von einer Abschlußwand 24, die in Höhe der Auflageflächen 16 an den Zylinderreihen die Längswände 23 miteinander verbindet.

Aus der Abgassammelleitung 20, die durch eine Wärmedämmung 25 geschützt sein kann, wird nach dem Prinzip der Stauaufladung ein Abgasturbolader 12 über eine steckbare Verbindung 26 mit heißem Abgas gespeist. Das in der Turbine des Abgasturboladers 12 entspannte Abgas wird in den von der Abgassammelleitung 20 nicht ausgefüllten Querschnitt des tunnelartigen Raumes 21 ausgeblasen. An den somit als Auspuffsammler dienenden tunnelartigen Raum 21 ist die nicht weiter dargestellte Auspuffanlage der Kolbenbrennkraftmaschine 11 mit ihren Schalldämpfern angeschlossen.

Fig.2 ist die Abgassammelleitung 20 mit Abstand von einem Hüllrohr 27 umgeben, wobei mehrere Stützen 28 im Zwischenraum 29 zwischen Abgassammelleitung 20 und Hüllrohr 27 angeordnet sind. Der Abgasstrom verläuft vom Zylinder bis zum Eintritt in die Turbine des Abgasturbolader 12 wie für Fig. 1 beschrieben. Das entspannte Abgas wird jedoch in den Zwischenraum 29 über Steckrohr 31 ausgeblasen. Bei einstufiger Aufladung ist die Auspuffanlage (nicht weiter dargestellt) an den Zwischenraum 29 angeschlossen, so daß der vom Abgasleitungssystem nicht ausgefüllte Querschnitt des tunnelartigen Raumes 21 frei von Abgas bleibt. Das Hüllrohr 27 kann auf der Außenseite durch eine Wärmedämmung geschützt sein.

Wird die Kolbenbrennkraftmaschine 11 zweistufig durch Hintereinanderschaltung zweier Abgasturbolader 12, 13 aufgeladen, gelangt das im Abgasturbolader 12 teilentspannte Abgas aus dem Zwischenraum 29 nicht in die Auspuffanlage, sondern über Steckrohr 30 in die Niederdruckturbine des Abgasturboladers 13 und wird dann in den vom Abgasleitungssystem nicht ausgefüllten Querschnitt des tunnelartigen Raumes 21 ausgeblasen. In diesem Fall ist die nicht dargestellte Auspuffanlage an den tunnelartigen Raum 21 angeschlossen.

Zum Einbau der Abgassammeileitung 20 bzw. der mit dem Hüllrohr 27 verbundenen Abgassammelleitung 20 weist der tunnelartige Raum 21 an den stirnseitigen Wänden mit Deckeln verschließbare Montageöffnungen auf. Ebenso sind in der Abschlußwand 24 Montageöffnungen angeordnet, die mit Deckeln verschließbar sind, wobei die Deckel eine Flüssigeitskühlung besitzen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit Aufladung durch Abgasturbolader, mit zwei im Winkel zueinander stehenden Zylinderreihen, mit Zylinderköpfen, die mit dem Zylinder-Kurbelgehäuse an entsprechenden Auflageflächen verbunden sind, und mit einem Abgassammeirohr, das zwischen den Zylinderreihen innerhalb des Zylinder-Kurbelgehäuses in einem tunnelartigen Raum angeordnet ist, der begrenzt wird von im Winkelgrund zwischen den Zylinderreihen miteinander verbundenen Längswänden des Zylinder-Kurbelgehäuses und von einer oberen Abschlußwand die etwa in Höhe der Auflageflächen der Zylinderköpfe die Längswände verbindet, wobei die Abschlußwand eine mit einem Deckel verschließbare Montageöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet,daß bei bekann-

·/- ten deckelseitigen Anschluß der Turbine eines Abgasturboladers (12) an das Abgassammeirohr (20), das die Turbine verlassende Abgas in den vom Abgassammelrohr (20) nicht ausgefüllten Querschnitt des tunnelartigen Raumes (21) geleitet wird.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassammeirohr (20) mit Abstand von einem Hüllrohr (27) umgeben ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Turbine mindestens eines Abgasturboladers (12) in den Zwischenraum (29) zwischen Abgassammeirohr (20) und Hüllrohr (27) mündet.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Turbine mindestens eines weiteren Abgasturboladers (13) an den Zwischenraum (29) zwischen Abgassammelrohr (20) und Hüllrohr (27) angeschlossen ist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsstutzen einer Auspuffanlage an den tunnelartigen Raum (21) angeschlossen ist.

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsstutzen einer Auspuffanlage an den Zwischenraum (29) zwisehen Abgassammeirohr (20) und Hüllrohr (27) angeschlossen ist.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassammeirohr (20) — wie an sich bekannt — mit wärmedämmendem Material umgeben ist.

8. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (27) mit wärmedämmendem Material (25) umgeben ist.

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der An-Sprüche 1, 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als abgasführende Leitungsverbindung zum Abgassammelrohr (20) sowie zum Zwischenraum (29) zwischen Hüllrohr (27) und Abgassammeirohr (20) steckbare Rohre (22,26,30,31) angeordnet sind.

10. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abschlußwand (24) angeordnete Montageöffnungen mit flüssigkeitsgekühlten Deckeln verschließbar sind.

11. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Zylinder-Kurbelgehäuse (15) an den stirnseitigen Wänden des tunnelartigen Raumes (21) mit Deckeln verschließ

bare Montageöffnungen angeordnet sind.