Abgassammler für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit nachgeschalteter
Abgasturbine Bei der Aufladung von Dieselmotoren durch Abgasturbogel>läse hat sich
bekanntlich als notwendig erwiesen, besondere Maßnahmen zur Ausnutzung der Druckwellen
in der Abgasleitung zu ergreifen, um bei einem ausreichenden SI>iilgefülle zur Beseitigung
der Restgase im Zylinder auch mit mäßigen Abgastemperaturen die Verdichterarbeit
aufbringen zu können. Neben der Aufteilung der Leitung ist die Art der Rohrführung
und der Kanalquerschnittsverlauf vom Ventil zur Turbinendüse von großer Bedeutung
für die Ausbildung dieser Druckwellen, die einen möglichst hohen Energiebetrag der
im Zylinder vorhandenen potentiellen Energie für die Expansion in der Düse bereitstellen
sollen.Exhaust manifold for supercharged internal combustion engines with a downstream
Exhaust gas turbine When charging diesel engines by exhaust gas turbine> läse has
As is well known, it has been found necessary to take special measures to exploit the pressure waves
to be taken in the exhaust pipe in order to dispose of it if there is a sufficient fill level
the residual gases in the cylinder do the work of the compressor even with moderate exhaust gas temperatures
to be able to raise. In addition to the division of the line, the type of pipe routing is important
and the channel cross-section from the valve to the turbine nozzle is of great importance
for the formation of these pressure waves, which have the highest possible amount of energy
provide potential energy present in the cylinder for the expansion in the nozzle
should.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der Abgasführung
durch Erschwerung der Ausbildung schädlicher rücklaufender oder hin und her pendelnder
Druckwellen als Folge der jeweiligen Ausgangsdruckwelle zu erreichen. Die Energiebeträge
der nachlaufenden, hin und her pendelnden Druckwellen verbrauchen sich nutzlos unter
Reibung und Abstrahlung, ihre Pendelfrequenz innerhalb des im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit
kurzen Rohrsystems ist immerhin so groß, daß wesentliche Energieeinbußen für die
zu späteren Zeitpunkten entstehenden Ausschubdruckwellen anderer angeschlossener
Zylinder erfolgen und auch die Spülung derselben ungünstig beeinflußt werden kann.It is the object of the invention to improve the exhaust gas routing
by hindering the training of harmful backward or backward pendulums
To achieve pressure waves as a result of the respective output pressure wave. The amounts of energy
the trailing, back and forth oscillating pressure waves are uselessly under-used
Friction and radiation, their pendulum frequency within the compared to the speed of sound
short pipe system is after all so large that significant energy losses for the
at later points in time arising ejection pressure waves of other connected ones
Cylinder take place and the flushing of the same can be adversely affected.
Um das Pendeln reflektierter Wellen weitgehend auszulöschen, werden
gemäß der Erfindung an den Einmündungsstellen des Rohrsystems, d. h. den Anschlußstellen
der Zylinderstutzen, blenden- oder
düsenartige Verengungen vorgesehen.
Wenn der z,#veckmäßigerweise gekrümmte Zylinderstutzen, tangential in die Sammlerachse
einmündend, mit seinem verengten Mündungsende etwas in den Sainrnler hineinragt,
wird auch der Sammlerquerschnitt an dieser Stelle eingeengt, und es entstehen praktisch
von selbst für die Verzweigungsstelle nebeneinanderliegende, in Richtung Turbinendüse
@-erengte Kanäle, die besonders für den beabsichtigten Z\%-,eck geeignet sind. Der
dadurch entstehende zungenartige Einbau an der Einmündungsstelle hat zwar das Aussehen
und auch eine gewisse Wirkung einer Leitfläche, ihre wesentliche Bedeutung liegt
aber in der düsenartigen Einengung der zusammenlaufenden Kanalquerschnitte. Es wird
damit erreicht. daß vor der Turbinendüse der verfügbare l)ruckwellenenergiebetrag
pro ausschiebendem Zylinder besonders groß wird. Es kommt dies in der Amplitude
und einer gewissen Völligkeit der Druckwelle zum Ausdruck. Natürlich muß dafür gesorgt
«-erden, claß die zwischen den Druckwellen liegenden Täler hei dem erreichbaren
Ladedruck vor dem Zylinder ein gewisses Spülgefälle gewährleisten. Ohne wesentlichen
Anstieg des statischen Staudrucks vor der Turbine erfährt dadurch das Arbeitsvermögen
der Abgasturbine eine erhebliche Steigerung, welche die Möglichkeit hoher Ladedrücke
schafft und damit trotz Einengung der Täler als Folge einer gewissen Völligkeit
der Druckwellen das Spülgefälle sowie die Ladungswechselarbeit günstig beeinflußt.In order to extinguish the oscillation of reflected waves to a large extent, are
according to the invention at the confluence points of the pipe system, d. H. the connection points
the cylinder socket, aperture or
nozzle-like constrictions provided.
If the z, # rectangularly curved cylinder connector, tangential to the collector axis
converging, with its narrowed mouth protruding somewhat into the Sainrnler,
the collector cross-section is also narrowed at this point, and this practically arises
by itself for the branch point adjacent to each other, in the direction of the turbine nozzle
Narrow channels, which are particularly suitable for the intended Z \% - corner. Of the
the resulting tongue-like installation at the junction has the appearance
and also a certain effect of a guide surface, its essential importance lies
but in the nozzle-like narrowing of the converging channel cross-sections. It will
thus achieved. that in front of the turbine nozzle the amount of jerk wave energy available
is particularly large per extending cylinder. It comes in amplitude
and a certain completeness of the pressure wave. Of course, this must be taken care of
"-Earth, the valleys lying between the pressure waves are called the reachable
Ensure a certain flushing gradient in front of the cylinder. Without essential
As a result, the working capacity experiences an increase in the static back pressure in front of the turbine
the exhaust gas turbine a considerable increase, which the possibility of high boost pressures
creates and thus despite the narrowing of the valleys as a result of a certain completeness
the pressure waves have a favorable effect on the flushing gradient and the gas exchange work.
Bei der bekannten Aufteilung der Abgasleitungen, welche den Anschluß
von zwei oder drei Zylindern an einen Rohrstrang bedingt, ist diese Richtungsbevorzugung
für den Energietransport besonders aus #epr<igt. Es wird damit erreicht, daß
infolge des \\'egfalles der Pendelung rücklaufenderWellen diese \\'irl;iiiig auch
bei Anschluß von noch mehr Zylindernaneine .-\bgassammelleitung noch in ausreichendem
Maße eintritt. Unter Umständen muß ein längeres Rohrstück, evtl. auch als Diffusor
ausgebildet, vorn letzten Zylinderanschluß bis zur Turbinendüse eingeschaltet werden.
Neben der Vereinfachung der Abgasführung ergibt sich daraus für die Durchführung
der Hochaufladung, bei der bekanntlich die Abgasturbinen mitRücksicht auf thermodynamische
Güte mehrstufig ausgelegt werden müssen, die Möglichkeit einer besseren Ausnutzung
der Druckwellenenergie in der in den hinteren Stufen praktisch immer voll beaufschlagten
Schaufelung. Dies liegt daran, daß die zur Verfügung gestellte Druckwellenenergie
infolge der größeren Häufigkeit der zur Verarbeitung gelangenden Druckwellen eher
unter den einer Strömungsmaschine eigenen günstigen Bedingungen für stationären
Durchfluß ohne verlustreiche Anlaufvorgänge verarbeitet werden kann.With the known division of the exhaust pipes, which make the connection
due to two or three cylinders on a pipe string, this directional preference is preferred
for energy transport especially from #epr <igt. It is achieved that
as a result of the oscillation of returning waves, these \\ 'irl; iiiig too
if more cylinders are connected to a gas manifold, this is still sufficient
Dimensions enters. A longer piece of pipe may be required, possibly also as a diffuser
trained to be switched on from the last cylinder connection to the turbine nozzle.
In addition to the simplification of the exhaust gas routing, this results in the implementation
supercharging, in which, as is well known, the exhaust gas turbines take into account thermodynamic
Quality must be interpreted in several stages, the possibility of better utilization
the pressure wave energy in that in the rear stages practically always fully applied
Shoveling. This is because the pressure wave energy made available
due to the greater frequency of the pressure waves used for processing
under the favorable conditions inherent in a turbomachine for stationary
Flow can be processed without lossy start-up processes.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Abgasleitungen
an Brennkraftmaschinen nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i das
Schema einer Abgasleitung für eine Secliszylinderbrennkraftmaschine, Fig. 2 einen
Schnitt durch eine Einmündungsstelle finit Verwendung besonderer Mündungsformen,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine ringförmige Einmündung eines Abgasstutzens
in die Sammelleitung und Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.In the drawing are several exemplary embodiments of exhaust pipes
shown on internal combustion engines according to the invention, namely Fig. i shows the
Scheme of an exhaust pipe for a Seclis cylinder internal combustion engine, FIG. 2 a
Section through a point of confluence with finite use of special mouth shapes,
3 shows a longitudinal section through an annular confluence of an exhaust pipe
in the collecting line and FIG. 4 shows a cross section along the line IV-IV in FIG. 3.
In der Fig. i sind die Abgasleitungen r und 2 der Übersichtsmöglichkeit
wegen auf beiden Seiten der Brennkraftmaschine 3 dargestellt. Die Stutzen 4, 7 und
8 der Zylinder I, IV und V münden in die Leitung i und die Stutzen 5, 6 und 9 in
die Leitung 2. Beide Abgasleitungen i und 2 führen zum Turbinengehäuse i9, in dem
der Turbinenläufer io von den Abgasen beaufschlagt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die erfindungsgemäße Einengung bei der Einmündung der Stutzen in die Sammelleitung
in einfacher Weise ausgeführt. Im Zwickel mit dem kleineren Winkel der Gabelung
ist ein Sägeschnitt vorgenommen, in welchem ein Blech i i eingeschweißt ist. Durch
die Länge des Einschnittes und seine Neigung zur Sammlerachse lassen sich passende
Einengungen erzielen, um die Dämmwirkung auf rücklaufende Wellen für den jeweiligen
Fall bestmöglich zu erreichen. Man sieht ohne weiteres, daß die relative Verengung
an Stutzen und Sammler, gekennzeichnet durch das Verhältnis fstl f'st bzw. fslf'$,
durch die beiden erwähnten Größen eingestellt werden kann. Bei Anschluß mehrerer
Zylinder an einen Abgassammler sind z. B. mit zunehmender Annäherung an die Turbinendüse
am Sammlerende verschiedene Verengungen an den einzelnen Verzweigungsstellen zweckmäßig,
und zwar in dem Sinn, daß die Querschnitte f$ zunehmen, wenn nicht sowieso der Sammlerquerschnitt
als solcher zur Turbinendüse hin schwach erweitert ausgebildet ist. Ergänzend zu
der dargestellten einfachen Lösung der Einengungen an der Verzweigungsstelle können
eingesetzte Sickenbänder 12 gemäß Fig. 2 zur Erhöhung der Steuerwirkung des Transportes
von Druckwellenenergie angewendet werden. Es sind oft auch nachgeschaltete Erweiterungen
von Vorteil, welche im Querschnittsverlauf den Venturiröhren ähnlich sind. Die Begrenzungsränder
der einengenden Wände kann man sogar wellig ausbilden.In Fig. I, the exhaust pipes r and 2 are the overview option
due to shown on both sides of the internal combustion engine 3. The nozzles 4, 7 and
8 of cylinders I, IV and V open into line i and nozzles 5, 6 and 9 in
the line 2. Both exhaust lines i and 2 lead to the turbine housing i9, in which
the turbine rotor io is acted upon by the exhaust gases. In the illustrated embodiment
is the narrowing according to the invention at the confluence of the nozzle in the collecting line
carried out in a simple manner. In the gusset with the smaller angle of the crotch
a saw cut is made into which a sheet metal i i is welded. By
the length of the incision and its inclination to the collector axis can be matched
Achieve constrictions in order to reduce the insulating effect on returning waves for the respective
To reach the case in the best possible way. It is easy to see that the relative narrowing
at nozzle and collector, characterized by the ratio fstl f'st or fslf '$,
can be adjusted by the two sizes mentioned. When connecting several
Cylinders to an exhaust manifold are z. B. with increasing approach to the turbine nozzle
Various constrictions at the individual branch points at the end of the collector are useful,
in the sense that the cross-sections f $ increase, if not the collector cross-section anyway
as such is designed to be slightly widened towards the turbine nozzle. In addition to
the illustrated simple solution of the constrictions at the branch point
used beading strips 12 according to FIG. 2 to increase the control effect of the transport
of pressure wave energy can be applied. Often there are also downstream extensions
advantageous, which are similar in cross-section to the Venturi tubes. The bounding margins
the constricting walls can even be made wavy.
Wenn das bogenförmige Einmünden der Zylinderstutzen in der Sammlerachse
aus irgendwelchen Gründen unerwünscht ist, kann mit Vorteil eire Ringeinlauf in
den Sammler angewendet werden, dessen grundsätzliche Eigenart aus Fig. 3 ersichtlich
ist. Der Zylinderstutzen 13 legt sich an der Verzweigungsstelle mit einer Spirale
um das Sammlerende 14 der weiter ab angeschlossenen Zylinder, das vorn düsenartig
eingezogen ist. An diesen Austrittsquerschnitt schließt sich der längs des Umfanges
ständig abnehmende Spiralringraum mit einem düsenartigen Ringquerschnitt 15 an.
Bei Anordnung mehrerer Sammler i und i' an einer Motorlängsseite kann durch entsprechende
Abkrümmung des Spiralstutzenis 13' vom Zylinderanschluß der vorhandene Platz gut
ausgenutzt werden.When the arched opening of the cylinder nozzle in the collector axis
is undesirable for any reason, a ring inlet in
the collector can be used, the basic nature of which can be seen in FIG
is. The cylinder connector 13 is located at the branch point with a spiral
around the collector end 14 of the cylinder connected further from, the nozzle-like at the front
has moved in. This exit cross-section is connected along the circumference
constantly decreasing spiral annulus with a nozzle-like annular cross-section 15.
If several collectors i and i 'are arranged on a longitudinal side of the engine, corresponding
Curvature of the spiral nozzle 13 'from the cylinder connection, the space available is good
be exploited.
Die Auswirkung der auf diese Weise vor der Turbine aufgespeicherten
Druckwellenenergie verbessert die Bilanz der Turbinenseite bei der Rufladung, der
mögliche kleine Staudruckzuwachs der
Abgasseite wird durch die Drehzahlerhöhung
des Turboladers und die damit verbundene Ladedrucksteigerung weitgehend ausgeglichen,
so daß eine Leistungssteigerung des Gesamttriebwerks herauskommt, ohne eine merkbare
Erhöhung des spezifischen Verbrauchs. Es können daher auch Leistungszustände günstiger
gefahren werden, bei welchen der Betriebspunkt im Kennfeld des Verdichters nicht
gerade bei den besten Wirkungsgraden liegt. Da die Druckwellendynamik sehr schnell
anspricht, ist gerade für aufgeladene Fahrzeugmotoren eine schnelle Beschleunigung
möglich. Damit wird ein kleiner Nachteil des aufgeladenen Motors gegenüber dem unaufgeladenen
hinsichtlich einer gewissen Trägheit der Laständerungen mindestens ausgeglichen.The effect of this accumulated in front of the turbine
Pressure wave energy improves the balance of the turbine side during the call charge, the
possible small increase in dynamic pressure of the
The exhaust side is increased by the speed increase
of the turbocharger and the associated increase in boost pressure are largely balanced out,
so that an increase in performance of the entire engine comes out without a noticeable
Increase in specific consumption. Therefore, performance states can also be more favorable
are driven at which the operating point in the compressor map is not
is precisely at the best efficiencies. Because the pressure wave dynamics very quickly
responds, is a fast acceleration especially for supercharged vehicle engines
possible. This is a small disadvantage of the supercharged engine compared to the uncharged one
at least balanced with regard to a certain inertia of the load changes.