DE3216433A1

DE3216433A1 - Abgasleitungssystem an einer nach dem stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3216433A1
Application number: DE19823216433
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8901 Kissing Häfner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1982-05-03
Filing date: 1982-05-03
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS58195021A; DE3216433C2; JPH0456133B2

Description

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Abgasleitungssystem an einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Abgasleitungssystem an einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bei der an den Einlaß einer Turbine eines Abgasturbo1aders eine AbgasSammelleitung angeschlossen ist, in die von den zylinderkopfseitigen Abgasauslässen der Maschine wegführende Anschlußrohre einmünden.

Bei solchen, an nach dem Stauprinzip aufgeladenen Brennkraftmaschinen angeordneten Abgasleitungssystemen kommt es besonders darauf an, daß die Geschwindigkeitsenergie der Abgase mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad in Druckenergie umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad am angeschlossenen Abgasturbolader wird um so höher, je geringer die Druckschwankungen sind bzw. je besser die Geschwindigkeitsumwandlung in Druck ist. Bekannt sind Abgasleitungssysteme an nach dem Stauprinzip aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen die von den zylinderkopfseitigen Abgasauslässen der Maschine wegführenden Anschlußrohre sich zu ihren Mündungen an der Abgassammelleitung hin querschnittsmäßig nach Art eines Diffusors erweitern. Derart ge^- staltete Anschlußrohre bringen zwar gegenüber zylindrischen schon einen gewissen Gewinn, jedoch läßt

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sich die Geschwindigkeitsenergie der durchströmenden Abgase insbesondere bei Teillast noch nicht mit wünschenswert großem Wirkungsgrad in Druckenergie umwandeln. Außerdem ergeben sich insbesondere bei Motoren mit höherer Zylinderzahl gegenseitige Beeinflussungen der immer noch vorhandenen. Druckpulsationen,

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abgasleitungssystem der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß eine möglichst gute Umwandlung von Abgasgeschwindigkeitsenergie in Druckenergie erzielbar ist, außerdem eine Lenkung der Energie aus der verbleibenden Geschwindigkeit derart möglich ist, daß diese zum größten Teil direkt auf die Turbine wirkt, und außerdem sich die Auspuffungen der Zylinder untereinander nicht oder nur in geringem Umfang zu beeinflussen vermögen.

Diese Aufgabe ist durch ein Abgasleitungssystem ent·*- sprechend den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Abgasleitungssystem weist gegenüber bekannten Abgasleitungssystemen eine ganze Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise wird jene kinetische Energie, welche nach weitgehender Umwandlung der Ge^- schwindigkeitsenergie der die Anschlußrohre durchströmenden Abgase in Druckenergie noch verbleibt, größtenteils zur Abgasturbine hin gerichtet und dort günstiger als bisher wirksam. Insbesondere ruft auch die im Teillastbereich an sich geringe Abgasenergie eine relativ große Impulsenergie hervor, die zu einem besseren als bislang möglichen Wirkungsgrad der Aufladung führt. Durch die mit dem erfindungsgemäßen Abgasleitungssystem erzielbaren, gerichteten Strömungen ist

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außerdem gewährleistet, daß sich die Auspuffungen der einzelnen Maschinenzylinder gegenseitig nicht mehr in dem Maße beeinflussen können, wie dies bei bekannten Abgasleitungssystemen noch der Fall ist. Letzteres insbesondere deshalb, weil beim erfindungsgemäßen Abgasleitungssystem die an den Mündungen der Anschlußrohre in der AbgasSammelleitung auftretende, aus der Auspuffung anderer Zylinder herrührende kinetische Abgasenergie praktisch nicht zu einer Druckbeaufschlagung führt, sondern gewissermaßen ein Absaugen der. Abgase aus den Anschlußrohren bewirkt- Außerdem ist durch die strömungsgünstige Gestaltung der im Mündungsbereich der Anschlußrohre angeordneten Prallplatten sichergestellt, daß die Abgasströmungen in der AbgasSammelleitung auf ihrem Weg zur Abgasturbine positiv beeinflußt werden.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbexspiele ersichtlich. In der Zeichnung zeigen

einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgasleitungssystemes nach der Erfindung,

einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Abgasleitungssystem,

einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abgasleitung s sys temes nach der Erfindung,

	Fig.	1
25
	Fig.	2
30
	Fig.	3

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Fig. 4 einen Längsschnitt durch das in Fig. dargestellte Abgasleitungssystem,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Abgaslei-

tungssystemes nach der Erfindung,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Abgas-

leitungssystem gemäß Fig. 5, 10

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Abgasleitungssystemes nach der Erfindung,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch das in Fig.

dargestellte Abgasleitungssystem.

In den Figuren sind der Übersichtlichkeit halber gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen angezogen.

In den Figuren sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Abschnitte eines Abgasleitungssystemes dargestellt, das an einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Verbindung von den zylinderkopfseitigen Abgasauslässen zur Abgasturbine eines Abgasturboladers oder einer Ladergruppe herstellt. Dabei ist an den Einlaß einer Abgasturbine eine in der Zeichnung mit 1 bezeichnete AbgasSammelleitung angeschlossen, in die zumindest jene von den zylinderkopfseitigen Abgasauslässen einer Zylinderreihe der Brennkraftmaschine wegführende, in der Zeichnung insgesamt mit 2 bezeichnete Anschlußrohre einmünden.

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Beim Abgasleitungssystem nach der Erfindung ist jeder Bereich, an dem ein Anschlußrohr 2 in die Abgassammelleitung 1 einmündet, als Kurzdiffusor ausgebildet. Ferner ist im Mündungsbereich jedes Anschlußrohres 2 als Teil eines solchen Kurzdiffusors eine strömungsgünstig gestaltete, etwa die Form eines Kegels aufweisende
Prallplatte 3 angeordnet. Jede der Prallplatten 3 ist so groß ausgebildet, daß sie die Mündungsöffnung des
zugehörigen Anschlußrohres 2 zumindest größtenteils

überdeckt; darüber hinaus ragt jede Prallplatte 3 mit ihrem Kegel teilweise in das zugehörige Anschlußrohr hinein; die vorzugsweise durch eine gerundete Kuppe 4 gebildete Spitze am Kegel jeder Prallplatte 3 ist dabei derart in den Mündungsbereich des zugehörigen Anschlußrohres 2 hineinragend angeordnet, daß ein ringförmiger Gasdurchlaßspalt 5 mit zur Seite der Turbine hin größerer Querschnittsbrexte gegeben ist. Hierdurch ist zumindest einem Großteil des durchströmenden Abgases eine zur Turbine des Abgasturboladers hin ge-

richtete Austrittsrichtungskomponente aufprägbar, die in den Figuren 2, 4, 6 und 8 durch einen Pfeil 6 angegeben ist. Die unterschiedliche Querschnittsbrexte des Gasdurchlaßspaltes 5 ist vorzugsweise durch eine
Schrägstellung der Prallplatten 3 in Bezug auf die

Mündungsebene der zugehörigen Anschlußrohre 2 realisiert. Desweiteren ist jede Prallplatte 3 an ihrer
Rückseite 7 derart gestaltet, daß in der Abgassammelleitung 1 von der, der Turbine abgewandten Seite in
Richtung Turbine fließendes Abgas strömungsgünstig

über den Mündungsbereich des zugehörigen Anschlußrohres 2 leitbar ist. Letzteres ist durch die Schräglage der Rückseite 7 der Prallplatten 3 - wie aus den Figuren 2, 4, 6 und 8 gut ersichtlich - gewährleistet.

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Jedes Anschlußrohr 2 weist desweiteren zur Bildung eines Kurzdiffusors ein sich zur Mündung an der Abgassammelleitung 1 hin querschnittsmäßig erweiterndes Rohrteil 8 auf. Der übergang von diesem sich diffusorartig erweiternden Rohrteil 8 zur Abgassammelleitung ist vorzugsweise gerundet ausgebildet, was günstige Strömungsverhältnisse erbringt.

Für die Befestigung jeder Prallplatte 3 und deren Sicherung in vorgesehener Lage innerhalb des Abgaslei·^ tungssystemes ist ein Halter vorgesehen, der in den Fi guren jeweils insgesamt mit 9 bezeichnet ist,

Bei den in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Halter 9 für die Prallplatte 3 jeweils zwischen deren Rückseite 7 und dem der Mündungsöffnung des zugehörigen Anschlußrohres 2 gegenüberliegenden Bereich dej? Abgas Sammelleitung 1. Der Halter 9 kann dabei durch einen Stab 91 mit rundem oder ovalem, entsprechend dimensioniertem Querschnitt, aus Vollmaterial oder innen hohl und beispielsweise durch ein Rohr realisiert sein. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 gezeigt, kann jede Prallplatte 3 mit ihrem Halter unlösbar mit der AbgasSammelleitung 1 vereinigt sein. In den Figuren 1 und 2 ist eine Gußkonstruktion gezeigt, bei der die Prallplatten 3 mit ihren Haltern 9 und der Abgassammelleitung bzw. Abschnitten derselben, und den Anschlußrohren 2 oder Teilen derselben einstückig ausgebildet und durch Gießen hergestellt sind. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Lösung kann jedoch auch aus miteinander verschweißten Teilen realisiert sein.

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Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Halter 9 durch ein, einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisenden, vorzugsweise innen hohlen Stab 91 gebildet, der an seinem der Prallplat-. te 3 gegenüberliegenden Ende in einen Befestigungsflansch 92 übergeht. Dieser derart ausgebildete Halter 9 ist lösbar an einem, an der Abgassammelleitung 1 ausgebildeten Tragring 10 mittels Schrauben befestigt. Der Tragring besitzt einen solchen Öffnungsquerschnitt, daß die Prallplatte 3 hindurchführbar ist. Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform bildet jede Prallplatte 3 mit dem Stab 91 und dem Befestigungsflansch 92 eine einstückige Einheit, die durch Gießen oder durch Zusammenschweißen der Einzelteile hergestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 ist der Halter 9 durch einen hohlen Stab 91 gebildet, der quergeteilt ist. Dabei ist das eine der beiden Teile an der Rückseite 7 der Prallplatte 3, das andere Teil dagegen an der Abgassammelleitung 1 angeordnet. Das eine Rohrteil ist mit der Prallplatte 3, das andere Rohrteil dagegen mit der Abgassammelleitung 1 unlösbar vereinigt. Die Prallplatte 3 ist durch eine Schraube 11 gehalten, die mit ihrem Schaft 12 das eine Rohrteil durchdringt sowie mit ihrem Gewindekopf 13 in ein Innengewinde des an der Prallplatte 3 angeordneten Rohrteiles eingreift.

Die Prallplatte 3 kann alternativ zu den vorbeschriebenen Ausführungsvarianten jedoch auch von einem Halter getragen sein, der sich zwischen ihrem Kegel und einem im Mündungsbereich gelegenen Wandbereich eines Anschlußrohrteiles 8 erstreckt. Beispielsweise kann der Halter 9, wie in den Fig. 7 und 3 gezeigt, durch eine flache Halterippe gebildet sein. Auch in diesem Fall bildet die Prallplatte 3 mit der Halterippe 9 und der

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AbgasSammelleitung 1 oder einem Teil derselben sowie zumindest Teilen der Anschlußrohre 2 eine einstückige Einheit, die durch Gießen oder Zusammenschweißen von Einzelteilen realisiert ist.
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Nachstehend sind noch vorteilhafte Details betreffend die Ausbildung und Lage einer Prallplatte 3 dargelegt.

Die von der Kuppe 4 einer Prallplatte 3 ausgehende äußere Kegelmantelfläche ist - wie gut aus den Figuren 2, 4, 6 und 8 ersichtlich - zumindest auf der der Turbine zugewandten Seite konkav gewölbt. Die Rückseite 7 einer Prallplatte 3 ist größtenteils eben oder leicht konvex gekrümmt ausgebildet. Der Übergang von der Rückseite 7 einer Prallplatte 3 zu ihrer Kegelmantelfläche ist gerundet ausgebildet. Bevorzugt sind die Prallplatten 3 derart angeordnet, daß deren Kuppen 4 dezentral im Stundungsbereich der zugehörigen Anschlußrohre 2 angeordnet sind, ferner die Rückseiten 7 der Prallplatten 3 schräg zur Längsachse der Abgassammelleitung stehen, in Querrichtung aber etwa parallel zu den Mündungsebenen der Anschlußrohre 2 verlaufen. Außerdem sind die Prallplatten 3 vorzugsweise hohl ausgebildet und ringsum durch gleich starke Wandungen begrenzt.

Die Prallplatten 3 und gegebenenfalls auch die sie tragenden Halter 9 können schließlich derart ausgebildet sein, daß sie innen kühlbar sind. Zu diesem Zweck können die Prallplatten 3 und gegebenenfalls auch die sie tragenden Halter 9 innen hohl, jedoch nach außen verschlossen und in den so gebildeten Hohlräumen ein festes oder flüssiges oder bei Erwärmung seinen Aggregatszustand änderndes Kühlmittel eingeschlossen sein.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

Abgaslextungssystem an einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bei der an den Einlaß einer Turbine eines Abgasturboladers bzw. einer Ladergruppe eine Abgassammelleitung angeschlossen ist, in die von den zylinderkopf seitigen Abgasauslässen der Maschine wegführende Anschlußrohre einmünden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- jeder Bereich, an dem ein Anschlußrohr (2) in die Abgassammelleitung (1) einmündet, ist als Kurzdiffusor ausgebildet,

- im Mündungsbereich jedes Anschlußrohres (2) ist a,ls Teil eines Kurzdiffusors eine str.ömungsgünstig gestaltete, etwa die Form eines Kegels aufweisende Prallplatte (3) angeordnet,

2, Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anschlußrohr (2) ein sich zur Mündung an der AbgasSammelleitung (1) hin querschnittsmäßig erweiterndes Rohrteil (8) aufweist,

3. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) die Mündungsöffnung des zugehörigen Anschlußrohres (2) zumindest größtenteils überdeckt und in letzteres mit ihrem. Kegel teilweise hineinragt,

4. Abgasleitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da,ß jede Prallpla.tte (3) mit der Spitze C4) ihres Kegels derart in den Mündungsbereich eines zugehörigen Anschlußrohres (2) hineinragend angeordnet ist, daß ein ringförmiger Gäsdurchlaßspalt (5) mit zur Seite der

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Turbine hin größerer Querschnittsbreite gegeben und so einem Großteil des durchströmenden Abgases eine zur Turbine hin gerichtete Austrittsrichtungskomponente aufprägbar ist.
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5. Abgasleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) derart zur Mündungsebene eines zugeordneten Anschlußrohres (2) schräg gestellt ist, daß ein ringförmiger Gasdurchlaßspalt (5) mit zur Seite der Turbine hin größerer Querschnittsbreite gegeben und so ein Großteil des durchströmenden Abgases eine zur Turbine hin gerichtete Austrittsrichtungskomponente aufprägbar ist.

6. Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) an ihrer Rückseite (7) derart gestaltet ist, daß in der AbgasSammelleitung (1) von der, der Turbine abgewandten Seite in Richtung Turbine fließendes Abgas strömungsgünstig über den Mündungsbereich eines zugehörigen Anschlußrohres (2) leitbar ist.

7, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) getragen von einem strömungsgünstig gestalteten Kalter (9) in vorgesehener Lage gehalten ist,

8. Abgasleitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) für die Prallplatte (3) sich zwischen deren Rückseite (7) und einem, der Mündungsöffnung des zugehörigen Anschlußrohres (2) gegenüberliegenden Wandbereich der Abgassammelleitung (1) erstreckt.

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9. Abgasleitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) durch einen Stab (91) mit rundem oder ovalem Querschnitt gebildet ist.
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10. Abgasleitungssystem, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der, den Halter (9) bildende Stab C91) innen hohl und rohrförmig ausgebildet ist.

11. Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) mit ihrem Halter (9) und der Abgassammelleitung (1) eine unlösbare Einheit bildet,

12. Abgasleitungssystem nach einem, oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) mit ihrem Halter (9) und der Abgassammelleitung (1) bzw. Abschnitten derselben sowie gegebenenfalls den Anschlußrohren C2) oder Teilen derselben einstückig ausgebildet ist.

13. Abgasleitungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Gießen in einem einzigen Gußvorgang oder durch Zusammenschweißen der einzelnen Teile hergestellt ist.

14. Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) durch ein, einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisendes Rohr (91) mit Befestigungsflansch (92) gebildet und lösbar a,n einem, an der Abgassammelleitung (1) ausgebildeten Tragring (IQ) festgeschraubt ist.

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15. Abgasleitungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte mit dem Halter (9; 91, 92) einstückig ausgebildet ist.

16. Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das den Halter (9) bildende Rohr (91) quergeteilt ist, wobei ein Teil an der Rückseite (7) der Prallplatte (3), das andere Teil dagegen an der Abgassammelleitung (1) angeordnet ist und beide Rohrteile durch eine Schraube (11) miteinander verbunden sind,

17, Abgasleitungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) von einem Ha,lter (9) getragen ist, der sich zwischen ihrem Kegel und einem im Mündungsbereich liegenden Wandbereich eines Anschlußrohrteiles (8) erstreckt.

18, Abgasleitungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet_f daß der Halter (9) durch eine flache Halterippe gebildet ist,

19, Abgasleitungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (3) mit der Halterippe (9) und der Abgassammelleitung (1) oder Teilen derselben sowie gegebenenfalls zumindest Teilen der Anschlußrohre (2) einstückig ausgebildet und durch Gießen oder Zusammenschweißen der Einzelteile hergestellt ist,

20, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze jeder Prallplatte (3) durch eine gerundete Kuppe (4) gebildet ist,

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21, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (4) jeder Prallplatte (3) dezentral über deren Rückseite (7) steht.

22, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kuppe (4) der Prallplatte (3) ausgehende äußere Kegelmantelfläche zumindest auf der der Turbine zugewandten Seite konkav gewölbt ist.

23, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (4) der Prallplatte (3) im Mündungsbereich des zugehörigen Anschlußrohres (2) dezentral angeordnet ist.

24, Abga,sleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (7) einer Prallplatte (3) größtenteils eben oder leicht konvex gekrümmt ausgebildet ist,

25, Abgasleitungsßystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der übergang von der Rückseite (7) einer Prallplatte (3) zu deren äußeren Kegeljnantelflache gerundet ausgebildet ist,

26, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (7) einer Prallplatte (3) schräg zur Längsachse der Abga.ssammelleitung (1) und in Querrichtung etwa parallel zur Mündungsebene des zugehörigen Anschlußrohres (2) verläuft.

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27. Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) hohl ausgebildet und ringsum durch eine überall gleich starke Wandung begrenzt ist.

28. Abgasleitungssystem nach einem; oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) und gegebenenfalls der sie tragende Halter (9) derart ausgebildet sind, daß sie innen kühlbar sind.

29, Abgasleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallplatte (3) und gegebenenfalls der sie tragende Halter (9) innen hohl, jedoch nach außen verschlossen und in den so gebildeten Hohlräumen ein festes oder flüssiges oder bei Erwärmung seinen Aggregatszustand änderndes Kühlmittel eingeschlossen ist,

30, Abga,sleitungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übergänge der Anschlußrohre (2) zur Abgassammelleitung (1) gerundet ausgebildet sind,