DE4342572C1 - Abgasanlage für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasanlage für eine aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
Es ist bekannt, bei Stoßaufladung die einzelnen Motorzylinder
einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Zündfolge so zu
Gruppen zusammenzufassen, daß sich die Druckwellen ungestört
ausbilden können. Bei Motoren mit größerer Zylinderzahl sind
deshalb mehrere getrennte Abgasleitungen und damit verbundene
separate Turbinenfluten der Abgasturbolader nötig, damit sich
die Druckstöße in den Abgasleitungen voll ausbilden können.
Bei einer Abgasleitung nach der CH-PS 627 821 sind die
entsprechenden Abgasleitungen in einem gasdichten,
wassergekühlten Gehäuse angeordnet. Die Abgasrohre bestehen aus
einzelnen mit Steckverbindungen zusammengesetzten
Rohrabschnitten. Die Steckverbindungen sind ohne Dichtungen
ausgeführt. In den Undichtigkeiten austretendes Abgas wird in
dem von Gehäuse und Abgasrohren gebildeten Zwischenraum
zurückgehalten. Nachdem sich in dem Zwischenraum ein
entsprechender Druck aufgebaut hat, wird ein weiteres Abströmen
von Abgas aus den Abgasrohren verhindert.
In der DE 36 29 841 A1 ist ebenfalls eine Abgasanlage für
Stoßaufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Jeweils drei
Zylinder der Brennkraftmaschine sind mit einer Abgasleitung
verbunden, die zu separaten Turbinen zweier Abgasturbolader
führen. Von den Abgasleitungen zweigen stromauf der Turbinen
Umgehungsleitungen ab, die in ein gemeinsames Abblaseventil
einmünden. Vom Abblaseventil führt eine gemeinsame
Umgehungsleitung in eine gemeinsame, mit den Auslaßstutzen der
Turbinen verbundene Leitung. Das Abblaseventil ermöglicht es,
Abgas an den Turbinen vorbeizuführen. Um bei Teillast ein gutes
Beschleunigungsverhalten des Abgasturboladers zu erhalten ist
nämlich die Verwendung von engen Turbinenquerschnitten nötig.
Das führt dazu, daß bei hoher Last ein Teil des Abgases
ungenutzt an der Turbine vorbeizuführen ist, um, unter
Beibehaltung der beschleunigungsoptimierten Ausbildung von
Abgasrohren und Abgasturboladern auch im Vollastpunkt gute
Motorbetriebswerte zu erhalten. Das aufgezeigte Abblaseventil
ermöglicht es, die Umgehungsleitungen strömungstechnisch
voneinander getrennt zu führen, so daß gewährleistet ist, daß
die Spülvorgänge dicht durch Druckstöße gerade ausschiebender
Zylinder gestört werden.
Auch bei der Brennkraftmaschine nach der CH 188 402 werden die
Abgase einer Turbine zugeführt, um ihren Energieinhalt
auszunutzen. Um die Druckschwankungen in der zur Turbine
führenden Abgasleitung auszugleichen, ist ein Ausgleichsraum
vorgesehen, in den bei jedem Auspuffsstoß ein Teil der Abgase
abströmt. Es ist jedoch kein Abblaseventil vorgesehen. Zum
Ableiten von sich aus den Abgasen absetzenden Unreinigkeiten ist
allerdings ein Ventil angebracht, das während des Betriebs
ständig geöffnet ist. Außerdem ist der Ausgleichsraum mit einer
Leitung und einer darin befindlichen Klappe versehen, die jedoch
nur beim Anstellen und Abstellen der Turbine geöffnet wird, und
jedenfalls nicht zur Turbinenregelung dient.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem
zugrunde, für eine mehrwandige Abgasanlage eine einfache
Einrichtung für das Abblasen von Abgas anzugeben, durch die die
Stoßaufladung nicht behindert wird.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 angeführten
Merkmale gelöst. Das Abblasen von Abgas erfolgt aus einem von
den abgasführenden Bauteilen und dem Gehäuse gebildeten
Zwischenraum. Durch Öffnungen in den abgasführenden Bauteilen
baut sich im Zwischenraum ungefähr der mittlere Druck vor
Turbine auf. Wegen des geringen Druckgefälles gegenüber dem in
den abgasführenden Bauteilen herrschenden pulsierenden Druck
sind die Verluste in den Öffnungen minimal, das heißt, die
Stoßaufladung wird nicht gestört. Wenn zur Ladedruckbegrenzung
die Turbinenleistung reduziert werden soll, wird der Druck im
Zwischenraum durch Öffnen des Abblaseventils abgesenkt. Durch
das Druckgefälle wird ein Abblasen von Abgas erzielt. Bei dieser
Abgasanlage können entsprechend Anspruch 2, die zu den Turbinen
führenden Abgasleitungen allein innerhalb des Gehäuse angeordnet
sein. Es können aber auch nur die Turbinen nach Anspruch 3 oder
auch sowohl die zu den Turbinen führenden Abgasleitungen wie
auch die Turbinen nach Anspruch 4 im Gehäuse angeordnet sein.
Günstig ist es nach Anspruch 5, das Abblaseventil in
unmittelbarer Nähe zum Auslaß der Turbinen im Gehäuse
anzuordnen, wodurch lange Umgehungsleitungen vermieden werden.
Sind die abgasführenden Bauteile, insbesondere die
Abgasleitungen nach Anspruch 6 mit Steckverbindungen ausgeführt,
so kann Abgas aus den Abgasleitungen über Undichtigkeiten in den
Steckverbindungen in den Zwischenraum austreten. Zweckmäßig kann
es auch sein, besondere Bohrungen nach Anspruch 7 vorzusehen,
die als Abgasübertritte dienen können. Die Bohrungen in den
beiden Abgasleitungen sollen so angeordnet sein, daß die
Stoßaufladung nicht gestört wird. Dies kann nach Anspruch 8
dadurch erfolgen, daß die Bohrungen von einander abgewandt
liegend angeordnet sind oder nach Anspruch 9 weit auseinander
liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bohrungen in
unmittelbarer Nähe zum Auslaß zur Umgehungsleitung liegen, weil
dann die abzublasende Abgasmenge unmittelbar in die
Umgehungsleitung eintritt, ohne starke Strömungsbewegungen in
den entfernteren Bereichen des Zwischenraums zu verursachen.
Starke Strömungsbewegungen sind unerwünscht, weil dadurch mehr
Wärme in das gekühlte Gehäuse übergeht und damit der
Energieinhalt des Abgasstroms sinkt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
die einzige Figur, eine Ansicht einer Abgasanlage im
Längsschnitt, wobei eine mehrflutige Turbine und die zu ihr
führenden Abgasleitungen innerhalb eines gekühlten Gehäuses
angeordnet sind.
Bei der in der Figur im Längsschnitt dargestellten Abgasanlage 1
sind jeweils die Zylinderauslässe 3 zweier Zylinder einer
Brennkraftmaschine an getrennte Abgasrohre 4 bzw. 5
angeschlossen. Je nach Motortyp können natürlich auch drei oder
vier Zylinder einer Brennkraftmaschine zu Gruppen zusammengefaßt
sein. Jedoch dürfen die Abgasrohre jeweils nur solche Zylinder
miteinander verbinden, die nicht gleichzeitig auspuffen oder
deren Auslaßventilöffnungszeiten sich nur wenig überschneiden.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur sind die Abgasrohre 4
bzw. 5 mit unterschiedlichen Fluten einer zweiflutigen Turbine
11 eines Abgasturboladers 13 verbunden. Je nach Bedarf kann die
Turbine 11 auch mit mehr als zwei Fluten ausgebildet sein, und
es können mehrere ein- oder mehrflutige Turbinen verwendet
werden. Die Abgasrohre 4 und 5 und die das Abgas von den
Zylinderauslässen 3 des Zylinderkopfs 2 in die Abgasrohre
überleitenden Anschlußrohre 4a, 4b, 5a, 5b sind ebenso wie die
Turbine 11 innerhalb eines wassergekühlten Gehäuses 10
angeordnet. Eine derartige Abgasanlage mit Anordnung
entsprechender abgasführender Bauteile innerhalb eines
wassergekühlten Gehäuses 10 hat den Zweck, die heißen Abgase vor
Energieverlust durch Wärmeabstrahlung und Konvektion zu schützen
und die Außenwandtemperatur der Abgasanlage niedrig zu halten,
wobei der Zwischenraum 18 zwischen Abgasrohren 4, 5 und Gehäuse
10 isolierend wirkt. Da das an den Zylinderkopf 2 angebaute
Gehäuse 10 abgasdicht ausgeführt ist, ergibt sich weiter der
Vorteil, daß die Abgasleitungen ohne besondere Dichtungen
ausgeführt sein können. Die Abgasrohre 4, 5 und die
Anschlußrohre 4a, 4b, 5a, 5b können beispielsweise aus
ineinandergesteckten Rohrstücken gebildet sein. Über die
Undichtigkeiten in den Steckverbindungen kann in den
Zwischenraum 18 Abgas austreten. Es baut sich dort ein Druck
auf, der etwa dem mittleren Druck des Abgases vor der Turbine 11
entspricht. Aufgrund des geringen Druckgefälles wird die
Stoßaufladung nicht gestört. Wenn zur Ladedruckbegrenzung die
Turbinenleistung reduziert werden muß, wird der Druck im
Zwischenraum 18 abgesenkt. Dafür ist der Zwischenraum 18 über
eine Umgehungsleitung 15 mit der Auslaßleitung 17 verbunden, die
an den Auslaßstutzen der Turbine 11 anschließt. Im
Teillastbereich verschließt das Sperrglied 16 des beispielsweise
ladeluftdruckabhängig gesteuerten Abblaseventils 14 die
Umgehungsleitung 15. Erst bei höherer Last, wenn das erhöhte
Abgasangebot von der Turbine nicht mehr aufgenommen werden kann,
öffnet das Abblaseventil 14 die Umgehungsleitung 15. Durch den
absinkenden Druck im Zwischenraum entweicht über die Öffnungen
in den Abgasleitungen ein Abgasstrom, der unter Umgehung der
Turbine über die Umgehungsleitung 15 in die Auslaßleitung 17 der
Turbine 11 gelangt. Um die Umgehungsleitung 15 kurz zu halten,
ist es besonders günstig, wenn das Abblaseventil 14 unmittelbar
im Bereich der Auslaßleitung 17 angeordnet ist. Die
Umgehungsleitung 15 kann wie im Ausführungsbeispiel aus Kanälen
in den Wänden des Gehäuses 10 bestehen.
Die Öffnungen in den Abgasleitungen für den Abgasübertritt in
den Zwischenraum 18 können auch durch Bohrungen in den
Abgasrohren dargestellt sein. Dabei ist darauf zu achten, daß
die Bohrungen 19, 20 so angeordnet sind, daß diese die
Stoßaufladung im Betrieb ohne Abblasen nicht stören. Sie können
beispielsweise voneinander abgewandt liegend angeordnet sein, so
daß der ausströmende Abgasstrom nicht gegen die jeweils andere
Bohrung gerichtet ist. Die Bohrungen können auch weit
auseinanderliegend angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn die Bohrungen 19, 20 in unmittelbarer Nähe zum Auslaß
zur Umgehungsleitung 15 angeordnet sind. Die abzublasende
Abgasmenge entweicht dann unmittelbar in die Umgehungsleitung
15, ohne daß das Abgas in etwas entfernteren Bereichen des
Zwischenraums beim Abblasen in allzu starke Bewegung gerät.
Strömungsbewegungen des Abgases im Zwischenraum verstärken den
Wärmeübergang zum gekühlten Gehäuse, was aber den Energieinhalt
des Abgases in unerwünschter Weise herabsetzen würde.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die
Abgasturbine auch außerhalb des gekühlten Gehäuses 10 liegen.
Denkbar ist auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Turbinen
in einem von den Abgasleitungen getrennten separaten, gekühlten
Gehäuse angeordnet sind, wobei die Umgehungsleitung 15 von dem
von diesem Gehäuse umschlossenen Zwischenraum zur Auslaßleitung
17 führt.
Claims (10)
1. Abgasanlage für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, mit
Abgasleitungen, die jeweils eine Gruppe von Zylindern der
Brennkraftmaschine mit einer Flut von ein- oder mehrflutigen
Turbinen von Abgasturboladern verbinden, wobei abgasführende
Bauteile in einem gasdichten Gehäuse angeordnet sind, wobei
ferner die abgasführenden Bauteile mit Öffnungen versehen sind,
über die in den Zwischenraum zwischen den abgasführenden
Bauteilen und dem Gehäuse Abgas gelangt, und wobei das von den
Turbinen abströmende Abgas über eine Auslaßleitung abgeleitet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umgehungsleitung (15)
vorgesehen ist, die den Zwischenraum (18) mit der Auslaßleitung
(17) verbindet, und daß in der Umgehungsleitung (15) ein
Abblaseventil (14) angeordnet ist, mittels welchem die durch das
Umgehungsrohr (15) hindurchtretende Abgasmenge regelbar ist.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abgasleitungen, bestehend aus zu den Turbinen (11) führenden
Abgasrohren (4, 5) und Anschlußrohren (4a, 4b, 5a, 5b),
innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet sind.
3. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Turbinen (11) innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet sind.
4. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abgasleitungen wie die Turbinen (11) in dem Gehäuse (10)
angeordnet sind.
5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abblaseventil (14) in unmittelbarer Nähe
zur Auslaßleitung (17) angeordnet ist.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die abgasführenden Bauteile aus mit
Steckverbindungen aufgebauten Rohrstücken gebildet sind.
7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß in den abgasführenden Bauteilen Bohrungen
(19, 20) zum Abgasübertritt in den Zwischenraum (18) vorgesehen
sind.
8. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bohrungen (19, 20) voneinander abgewandt liegend angeordnet
sind.
9. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bohrungen (19, 20) weit auseinanderliegen.
10. Abgasanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen (19, 20) in unmittelbarer Nähe zum Auslaß zur
Umgehungsleitung (15) angeordnet sind.
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