EP0409924B1 - Abgasleitung für eine mehrzylindrige kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Abgasleitung für eine mehrzylindrige kolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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EP0409924B1
EP0409924B1 EP90900754A EP90900754A EP0409924B1 EP 0409924 B1 EP0409924 B1 EP 0409924B1 EP 90900754 A EP90900754 A EP 90900754A EP 90900754 A EP90900754 A EP 90900754A EP 0409924 B1 EP0409924 B1 EP 0409924B1
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EP
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement

Definitions

  • the invention relates to an exhaust pipe for a multi-cylinder piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such an exhaust pipe has a very low surface temperature, so that a piston internal combustion engine equipped with it meets the requirements for unattended operation.
  • a generic exhaust pipe is known from DE -C1- 34 45 916.
  • the plug connection interacting with the housing at the exhaust outlet of each cylinder has the task of fixing the section of the inner line in the longitudinal and circumferential directions.
  • the oscillation excitation of the inner line emanating from the pulsating exhaust gas flow cannot be prevented by the known arrangement.
  • the plug-in connection has play between the inner and outer part, as a result of which vibration-reducing support of the sections of the inner line is not possible.
  • the support of the sections of the inner line by the plug connection approximately perpendicular to its longitudinal extension on The housing is ineffective when the exhaust pipe is cold, since there is play between the receptacle and the pin.
  • the support only starts when the play in the plug connection is eliminated due to the difference in thermal expansion. In this way, the sections of the inner line are only supported against the housing when an operating temperature at which vibration excitation would be critical is reached. In contrast, during the heating phase of the exhaust pipe, the thermal expansion of the sections of the inner pipe is not impeded.
  • the plug connection is self-adjusting, that the plug connection of the inner line is easy to assemble and that, in particular when the exhaust line is arranged with two oppositely opening exhaust gas outlets from cylinders, the vibration excitation of the inner line is avoided.
  • the lower part of a liquid-cooled housing for receiving an inner line formed from sections 18 for the exhaust gases of a multi-cylinder piston internal combustion engine is formed by the space 14 of the cylinder crankcase 13 between the rows of cylinders arranged in a V-shape.
  • the length of the sections 18 of the inner line corresponds approximately to the cylinder spacing of the piston internal combustion engine.
  • Each section 18 of the inner line has two exhaust gas inlet openings 16 located approximately in the center of its length, into each of which an exhaust pipe 15 of one cylinder of each row of cylinders opens at an angle.
  • the sections 18 of the inner line are fastened to the cylinder crankcase 13 via flanges 17 approximately centrally to their length.
  • the end faces of the sections 18 face each other with a distance 19 which, due to thermal expansion at operating temperature, is reduced almost to zero.
  • the alternating from the exhaust pipe 15 obliquely for attachment to the flanges 17 on the sections 18 pulsating exhaust gas flow causes a vibration excitation of the inner line.
  • vibrations of the inner line can have an adverse effect on operation when the operating temperature reaches approx. 700 ° C.
  • each section 18 of the inner line is connected to the cylinder crankcase 13 by a plug connection 20 perpendicular to its longitudinal extent.
  • the plug connection 20 consists of a collar bushing 21 inserted and fastened in the cooled wall 22 of the cylinder crankcase 13 and a pin 23 fastened to the section 18.
  • the collar bushing 21 projects with its bottom into the cooling channel 24 of the cylinder crankcase 13 and is thereby intensive chilled.
  • the pin 23, which corresponds to the receiving bore 25 of the collar bushing 21, is detachably fastened to the wall of the section 18 by means of a screw 26 and anvil 27.
  • the pin 23 When the piston internal combustion engine is operating, the pin 23 is heated very strongly by the exhaust gas heat from the inner line. As a result of the temperature increase, the diameter of the pin 23 increases due to thermal expansion. Due to the intensive cooling, the heating of the flange bushing 21 is less than that of the pin 23. This results in a difference in thermal expansion, which consumes the game initially present and leads to a firm fit of the pin 23 in the flange bushing 21. As a result, the vibration-reducing support of the sections 18 of the inner line against the housing occurs when the inner line reaches its critical operating temperature. When the exhaust pipe cools down during interruptions in operation, the tight fit of the pin 23 is released again.
  • the entry of the tight fit of the plug-in connection for a desired temperature level can be determined by a suitable choice of the initial play between the collar bushing 21 and the pin 23.

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Abstract

Eine die Abgase führende innere Leitung ist in einem gekühlten Gehäuse (13) angeordnet. Die am Gehäuse (13) befestigte innere Leitung besteht aus einzelnen, unter Belassung von Dehnfugen, aneinandergereihten Abschnitten (18). Die Länge eines Abschnittes (18) entspricht etwa dem Zylinderabstand der Kolbenbrennkraftmaschine. Jeder Abschnitt (18) weist auf der Hälfte seiner Länge am Außenumfang eine mit dem Gehäuse zusammenwirkende Steckverbindung (20) auf, die etwa gegenüberliegend der Einmündung eines Abgasstutzens (15) eines mit dem Abschnitt (18) zusammenwirkenden Zylinders angeordnet ist. Die Steckverbindung (20) besteht aus einer im Gehäuse gekühlt angeordneten Aufnahme und einem mit dem Abschnitt (18) der inneren Leitung verbundenen, korrespondierenden Zapfen (23). Die Steckverbindung (20) bewirkt bei Erreichen der Betriebstemperatur der inneren Leitung eine Abstützung gegen das Gehäuse (13), wodurch eine Schwingungserregung der Abschnitte (18) der inneren Leitung durch die auftreffende, pulsierende Abgasströmung vermieden wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung für eine mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine derartige Abgasleitung hat eine sehr niedrige Oberflächentemperatur, so daß eine damit ausgerüstete Kolbenbrennkraftmaschine den Anforderungen für unbeaufsichtigten Betrieb entspricht.
  • Eine gattungsgemäße Abgasleitung ist aus der DE -C1- 34 45 916 bekannt. Die mit dem Gehäuse zusammenwirkende Steckverbindung am Abgasaustritt jeden Zylinders hat die Aufgabe, jeweils den Abschnitt der inneren Leitung in Längs- und Umfangsrichtung zu fixieren. Die von der pulsierenden Abgasströmung ausgehende Schwingungserregung der inneren Leitung kann von der bekannten Anordnung nicht verhindert werden. Die Steckverbindung weist nämlich bei allen Betriebszuständen Spiel zwischen Innen- und Außenteil auf, wodurch eine schwingungsmindernde Abstützung der Abschnitte der inneren Leitung nicht möglich ist.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Abgasleitung einer mehrzylindrigen Kolbenbrennkraftmaschine mit einer die Abgase führenden inneren Leitung und einem diese Leitung mit Abstand umgebenden gasdichten Gehäuse derart weiterzuentwickeln, daß eine Schwingungserregung der inneren Leitung durch die Abgasströmung vermieden wird.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst und mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 weiter ausgestaltet.
  • Die Abstützung der Abschnitte der inneren Leitung durch die Steckverbindung etwa senkrecht zu ihrer Längserstreckung am Gehäuse ist im kalten Zustand der Abgasleitung unwirksam, da dann zwischen Aufnahme und Zapfen Spiel vorhanden ist. Die Abstützung setzt erst ein, wenn infolge von Wärmedehnungsdifferenz das Spiel in der Steckverbindung aufgehoben ist. Auf diese Weise sind die Abschnitte der inneren Leitung erst bei Erreichen einer Betriebstemperatur, bei der eine Schwingungserregung kritisch wäre, gegen das Gehäuse abgestützt. Während der Erwärmungsphase der Abgasleitung ist die Wärmedehnung der Abschnitte der inneren Leitung dagegen nicht behindert.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Steckverbindung selbsteinstellend wirkt, daß die Steckverbindung der inneren Leitung einfach zu montieren ist und daß insbesondere bei Anordnung der Abgasleitung mit zwei gegenüberliegend schräg einmündenden Abgasaustritten von Zylindern die Schwingungserregung der inneren Leitung vermieden ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 Teillängsschnitt einer Kolbenbrennkraftmaschine nach Linie I-I in Figur 2;
    • Fig. 2 Teilquerschnitt einer Kolbenbrennkraftmaschine nach Linie II-II in Figur 1;
    • Fig. 3 Detaildarstellung einer Steckverbindung nach Einzelheit III in Figur 1.
  • Das Unterteil eines flüssigkeitsgekühlten Gehäuses zur Aufnahme einer aus Abschnitten 18 gebildeten inneren Leitung für die Abgase einer mehrzylindrigen Kolbenbrennkraftmaschine wird durch den Raum 14 des Zylinder-Kurbelgehäuses 13 zwischen den V-förmig angeordneten Zylinderreihen gebildet. Die Länge der Abschnitte 18 der inneren Leitung entspricht etwa dem Zylinderabstand der Kolbenbrennkraftmaschine. Jeder Abschnitt 18 der inneren Leitung weist etwa mittig zu seiner Länge zwei sich gegenüberliegende Abgaseintrittsöffnung 16 auf, in die jeweils ein Abgasstutzen 15 eines Zylinders jeder Zylinderreihe schräg mündet. Die Abschnitte 18 der inneren Leitung sind über Flansche 17 etwa mittig zu ihrer Länge am Zylinder-Kurbelgehäuse 13 befestigt. Die Stirnseiten der Abschnitte 18 stehen sich mit einem Abstand 19 gegenüber, der sich infolge Wärmedehnung bei Betriebstemperatur nahezu auf Null reduziert. Die abwechselnd aus den Abgasstutzen 15 schräg zur Befestigung an den Flanschen 17 auf die Abschnitte 18 auftreffende pulsierende Abgasströmung verursacht eine Schwingungserregung der inneren Leitung. Infolge abnehmender Werkstoffestigkeit bei starker Erwärmung eines Bauteils können sich Schwingungen der inneren Leitung bei Erreichen der Betriebstemperatur von ca. 700 °C betriebsgefährdend auswirken.
  • Etwa gegenüberliegend den Abgaseintrittsöffnungen 16 ist jeder Abschnitt 18 der inneren Leitung, senkrecht zu seiner Längserstreckung durch eine Steckverbindung 20 mit dem Zylinder-Kurbelgehäuse 13 verbunden. Die Steckverbindung 20 besteht aus einer in die gekühlte Wand 22 des Zylinder-Kurbelgehäuses 13 eingesetzten und befestigten Bundbuchse 21 sowie einem am Abschnitt 18 befestigten Zapfen 23. Die Bundbuchse 21 ragt mit ihrem Boden in den Kühlkanal 24 des Zylinder-Kurbelgehäuses 13 und wird dadurch intensiv gekühlt. Der Zapfen 23, der mit der Aufnahmebohrung 25 der Bundbuchse 21 korrespondiert, ist an der Wand des Abschnittes 18 mittels einer Schraube 26 und Gegenhalter 27 lösbar befestigt.
  • Im kalten Zustand der Abgasleitung besteht zwischen Aufnahmebohrung 25 in der Bundbuchse 21 und dem Zapfen 23 eine Spielpassung, die eine einfache Montage der inneren Leitung gewährleistet.
  • Bei Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine wird der Zapfen 23 durch die Abgaswärme von der inneren Leitung her sehr stark erwärmt. Infolge der Temperaturerhöhung vergrößert sich der Durchmesser des Zapfens 23 durch Wärmedehnung. Die Erwärmung der Bundbuchse 21 ist aufgrund der intensiven Kühlung geringer als die des Zapfens 23. Daraus resultiert eine Wärmedehnungsdifferenz, die das anfangs vorhandene Spiel aufzehrt und zu einem festen Sitz des Zapfens 23 in der Bundbuchse 21 führt. Dadurch tritt die schwingungsmindernde Abstützung der Abschnitte 18 der inneren Leitung gegenüber dem Gehäuse dann ein, wenn die innere Leitung ihre kritische Betriebstemperatur erreicht. Bei Abkühlung der Abgasleitung während Betriebsunterbrechungen löst sich der Festsitz des Zapfens 23 wieder.
  • Durch geeignete Wahl des Anfangsspieles zwischen Bundbuchse 21 und Zapfen 23 kann der Eintritt des Festsitzes der Steckverbindung für ein gewünschtes Temperaturniveau bestimmt werden.

Claims (3)

  1. Abgasleitung für eine mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einer die Abgase führenden inneren Leitung und einem die innere Leitung mit Abstand umgebenden gasdichten, gekühlten Gehäuse (13), wobei die am umgebenden Gehäuse (13) befestigte innere Leitung aus einzelnen, unter Belassung von Dehnfugen, aneinandergereihten Abschnitten (18) besteht, die Länge eines Abschnittes (18) etwa dem Zylinderabstand der Kolbenbrennkraftmaschine entspricht und jeder Abschnitt (18) auf etwa der Hälfte seiner Länge am Außenumfang eine mit dem Gehäuse (13) zusammenwirkende, spielbehaftete Steckverbindung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung (20) etwa gegenüberliegend der Einmündung eines Abgasstutzens (15) eines mit dem Abschnitt (18) zusammenwirkenden Zylinders angeordnet ist, daß die Steckverbindung (20) aus einer im Gehäuse (13) gekühlt angeordneten Aufnahme (21) und einem mit dem Abschnitt (18) der inneren Leitung verbundenen, korrespondierenden Zapfen (23) besteht.
  2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme eine dichtend, in eine Öffnung der gekühlten inneren Wand (22) des Gehäuses (13) eingesetzte Bundbuchse (21) mit Boden ist.
  3. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (23) mittels Schraubenverbindung lösbar am Abschnitt (18) der inneren Leitung befestigt ist.
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