DE3329961C2

DE3329961C2 - Abgasleitungssystem zwischen einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine und einem Abgasturbolader

Info

Publication number: DE3329961C2
Application number: DE3329961A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8904 Friedberg Zatecky
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3329961A1

Abstract

Bei einem Abgasleitungssystem zwischen einer nach dem Stauprinzip aufgeladenen mehrzylindrigen Brennkraftmaschine und einem Abgasturbolader stehen die zylinderkopfseitigen Abgasauslässe über gekrümmte Verbindungskanäle, die sich nach Art eines Diffusors erweitern, mit einer Abgassammelleitung in Verbindung. Der Durchmesser DAL der letzteren ergibt sich aus folgender Formel: $F1 wobei DK = Bohrungsdurchmesser eines Zylinders der Brennkraftmaschine H = Kolbenhub a = Achsabstand der Zylinder.

Description

45 Das in den Figuren dargestellte Abgasleitungssystem

wobei mit C_n, die mittlere Kolbengeschwindigkeit erstreckt sich zwischen einer nach dem Stauprinzip auf- und mit Ak die Kolbenfläche bzw. die Zylinderboh- geladenen, nicht dargestellten mehrzylindrigen Brennrungsquerschnittsfläche zu verstehen sind. kraftmaschine und einem ebenfalls nicht dargestellten,

3. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch seinem Aufbau nach an sich bekannten Abgasturbolagekennzeichnet, daß das geradlinige Teilstück (8) je- 50 der. Die zylinderkopfseitigen Abgasauslässe der Brenndes Diffusors (5) eine Länge von mindestens dem 0,2- kraftmaschine sind über gekrümmte Verbindungskanäbis 0,3fachen des Durchmessers Dal der Abgassam- Ie 1 mit einer an den Turbineneintritt 2 der Turbine des melleitung (3) besitzt. Abgasturboladers angeschlossenen Abgassammelleitung 3 verbunden.

55 Die Verbindungskanäle 1 bestehen jeweils aus einem

zylinderkopfseitig abgehenden, gekrümmten zylindrischen oder sich keglig erweiternden Teilstück 4, das sich

Die Erfindung betrifft ein Abgasleitungssystem mit in Form eines Diffusors 5 fortsetzt Der Gaseintritts-Merkmalen wie im Oberbegriff des Anspruches 1 ange- querschnitt jedes gekrümmten Teilstückes 4 ist vorgeben. 60 nehmlich kreisrund und an den Durchmesser der Ein solches Abgasleitungssystem ist aus der DE-OS zylinderkopfseitigen Abgasauslässe angepaßt ausgebil-21 341 bekannt det.

Bei der Stauaufladung einer Brennkraftmaschine Jeder sich an ein solches gekrümmtes Teilstück 4 an

wird das Abgas aller Zylinder in eine gemeinsame Ab- schließende Diffusor 5 erweitert sich auf den Durchmesgassammelleitung eingeleitet und von dort unter annä- 65 ser Dal der Abgassammelleitung 3 und weist an seinem hemd konstantem Druck der Turbine des Abgasturbo- abgassammelleitungsseitigen Ende einen ovalen oder laders zugeführt. Die potentielle Energie des Abgases, ähnlichen Querschnitt auf. Die Achse 6 jedes Diffusors 5 die am Ende jedes Arbeitstaktes im Zylinder enthalten steht dabei unter einem Winkel λ von etwa 45° geneigt

zur Längsachse 7 der Abgassammelleitung 3. Der Winkel κ kann auch einige Grade unter oder über 45° liegen. Jeder Diffusor S besitzt außerdem auf seiner Druckseite, das ist die dem Abgasturbolader jeweils abgewandte Seite, ein geradlinig auf die Abgassammeileituiig 3 zulaufendes Teilstück 8. Letzteres besitzt in vorteilhafter Weise eine Länge von wenigstens dem 0,2- bis 03fachen des Durchmesser Dal der Abgassammelleitung 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet jeder Verbindungskanal 1 mit dem Diffusor 5 direkc in die Abgassammelleitung 3 ein. Alternativ hierzu kann sich an den Diffusor 5 jedes Verbindungskanales 1 auch ein querschnittsgleiches, zylindrisches, kurzes Zwischenstück anschließen, dessen Achse mit jener des Diffusors 5 fluchtet und mit dem dann der Verbindungskanal 1 in die Abgassammelleitung 3 einmündet

Die Schnittebene V-V (siehe Fig.2) steht senkrecht zur Achse 6 des Verbindungskanales 1 und geht durch den Schnittpunkt der Achse 6 des Verbindungskanales 1 mit der Abgassammelleitungsinnenseite. Die hierdurch gegebene Querschnittsfläche Ao eines Verbindungskanales 1 ist aus Fig.5 ersichtlich. In vorteilhafter Weise besitzt diese auf die Schnittebene V-V projezierte Querschnittsfläche Ad eine Größe, die sich aus folgender Formel ergibt, nämlich

. A₀ = 0,85 ν 1,15 A_K

Dabei ist mit Ak die Kolbenfläche bzw. der Zylinderbohrungsquerschnitt und mit C_n die mittlere KolbeEgeschwindigkeit bei Auslegungsdrehzahl der Brennkraftmaschine zu verstehen.

Erfindungsgemäß weist die Abgassammelleitung 3 einen Durchmesser Dal auf, der sich aus nachstehender Formel ergibt:

sung der Abgassammelleitung 3 ergibt sich eine besonders gute Ausnutzung der in den Abgasen vorhandenen Energie für einen hohen Turboladerwirkungsgrad.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

Dabei sind unter Dk der Bohrungsdurchmesser eines Zylinders der Brennkraftmaschine, unter //der Kolbenhub und unter a der Abstand der Achsen der einzelnen Zylinder zu verstehen.

Die einen runden Abgasquerschnitt aufweisende Abgassammelleitung 3 ist vorzugsweise aus mehreren, wärmeelastisch nachgiebig miteinander verbundenen und gegeneinander abgedichteten Leitungsstücken 9 zusammengesetzt, von denen jedes wenigstens einen Verbindungskanal 1 trägt Zwischen die einzelnen Lei- so tungsstücke 9 sind jeweils Dilatationskompensatoren 10 eingeschaltet Es können jedoch auch andere Verbindungen vorgesehen sein. Die einzelnen Leitungsstücke 9 der Abgassammelleitung 3 sind vorzugsweise zusammen mit den in sie einmündenden Verbindungsicanälen 1 jeweils einstückig durch Gießen hergestellt.

Die so zusammengesetzte Abgassammelleitung 3 kann entweder direkt oder — wie in der Zeichnung dargestellt — unter Zwischenschaltung eines Dilatationskompensators 10 am Turbinengehäuse 2 des Abgasturboladers festgelegt sein.

Beim Eintritt des Abgases in die Verbindungskanäle 1 wird dieses zunächst im jeweiligen gekrümmten Teilstück 4 partiell in eine neue Richtung umgelenkt, dann innerhalb jedes Diffusors 5 an dessen geradlinigem Teilstück 8 stabilisiert und mit Druckrückgewinn in die Abgassammelleitung 3 in das dort bereits vorhandene Abgas eingeleitet. Durch die erfindungsgemäße Bemes-

Claims

1 2 ist, wird dabei durch Beschleunigung in den Auslaßven-Patentansprüche: tilen teilweise in kinetische Energie umgesetzt die dann aber durch Verwirbelung beim Obergang ins Abgaslei-

1. Abgasleitungssystem zwischen einer nach dem tungssystem größtenteils wieder verloren geht, sofern Stauprinzip aufgeladenen, mehrzylindrigen Brenn- s keine dies vermeidenden Maßnahmen getroffen sind, kraftmaschine und einem Abgasturbolader, wobei Eine vorteilhafte Lösung dieses Problems ist bereits rait die zylinderkopfseitigen Abgasauslässe der Brenn- dem Abgasleitungssystem entsprechend der DE-OS kraftmaschine über gekrümmte Verbindungskanäle 3Ί 21 341 angegeben worden. Dieses bekannte Abgasmiteiner an die Turbine des Abgasturboladers ange- leitungssystem umfaßt einen Doppeldiffusor am turbischlossenen Abgassammelleitung verbunden sind, io nenseitigen Ende der Abgassammelleitung. Es hat sich welche Verbindungskanäle jeweils aus einem zylin- in der Praxis gezeigt, daß an einer Brennkraftmaschine derkopfseitig abgehenden, gekrümmten Teilstück meist kein Platz mehr für die Anordnung eines solchen bestehen, das sich in Form eines Diffuscrs fortsetzt, Diffusors vorhanden ist Läßt man diesen Diffusor aber der sich auf den Durchmesser der Abgassammeilei- weg, geht ein Teil der erzielbar vorteilhaften Wirkung tung erweitert, einen ovalen oder ähnlichen Quer- 15 verloren.

schnitt aufweist, der ferner auf seiner Druckseite ein Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom

geradlinig zur Abgassammelleitung hinlaufendes bekannten ein Abgasleitungssystem mit einer Abgas-Teilstück aufweist, außerdem mit seiner Achse in Sammelleitung zu schaffen, das gegebenenfalls auch oheinem Winkel ac von etwa 45° zur Längsachse der ne einen Diffusor bzw. Doppeldiffusor ein vergleichs-Abgassammelleitung steht und direkt oder über ein 20 weise gutes Abgasenergieangebot an der Turbine des anschließendes querschnittsgleiches zylindrisches Abgasturboladers bereitzustellen vermag.
Zwischenstück in die Abgassammelleitung einmün- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Abgas-

det, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- leitungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen gassammelleitung (3) einen Durchmesser Dal auf- Merkmalen gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser weist der sich aus folgender Formel ergibt: 25 Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Nachstehend ist das erfindungsgemäße Abgaslei-

D = O 8 - 1 2 D · I/— tungssystem anhand der Zeichnung nähe» erläutert In

' · ' "Va der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispie-

wobei mit Dk der Bohrungsdurchmesser eines Zylin- 30 les eines Abgasleitungssystemes, mit der erfindungsgedersder Brennkraftmaschine, mit//der Kolbenhub mäßen Abgassammelleitung für eine mehrzylindrige und mit a der Achsabstand der Zylinder untereinan- Brennkraftmaschine,
der bezeichnet sind. F i g. 2 einen Schnitt durch das Abgasleitungssystem

2. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch von Fig. 1 entlang der dort eingetragenen Schnittlinie gekennzeichnet daß eine auf eine Schnittebene, die 35 H-II,

senkrecht zur Achse des Verbindungskanales (1) F i g. 3 einen Schnitt durch das Abgasleitungssystem

steht und durch den Schnittpunkt derselben mit der von F i g. 1 und 2 entlang der in F i g. 2 eingetragenen Abgassammelleitungsinnenseite geht projezierte Schnittlinie IH-III,

Querschnittsfläche (A_D) eines Verbindungskanales F i g. 4 einen Schnitt durch das Abgasleitungssystem

(1) eine Größe besitzt wie sich aus folgender Formel 40 von Fig. 1 und 2 entlang der in F ig. 2 eingetragenen ergibt: Schnittlinie IV-IV,

F i g. 5 einen Schnitt durch das Abgasleitungssystem

/Jn=O85-115/4r· ^von F'E· 1 ^und 2 entlang der in Fig.2 eingetragenen

^D ' ' 33,5 Schnittlinie V-V.