EP2486253A1 - Abgasanlage - Google Patents

Abgasanlage

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Publication number
EP2486253A1
EP2486253A1 EP10773261A EP10773261A EP2486253A1 EP 2486253 A1 EP2486253 A1 EP 2486253A1 EP 10773261 A EP10773261 A EP 10773261A EP 10773261 A EP10773261 A EP 10773261A EP 2486253 A1 EP2486253 A1 EP 2486253A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
groove
face
partition
manifold
Prior art date
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Granted
Application number
EP10773261A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2486253B1 (de
Inventor
Markus Geminn
Andreas Steigert
Thomas Weidner
Klaus Himmelstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tenneco GmbH
Original Assignee
Heinrich Gillet GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2486253A1 publication Critical patent/EP2486253A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2486253B1 publication Critical patent/EP2486253B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/18Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F01N13/1811Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body with means permitting relative movement, e.g. compensation of thermal expansion or vibration

Definitions

  • the invention relates to an exhaust system for a piston combustion engine comprising a multi-layered manifold having a plurality of cylinder connection pipes or manifold pipes Z1-Z4 and a Abgasauslassstutzen or flue outlet and an exhaust gas guide member with an exhaust pipe socket cast, which can be connected via the exhaust pipe connection to the Ab ⁇ gas clip or is weldable, wherein the manifold and at least the exhaust pipe socket of the exhaust guide element each have a partition which forms two separate exhaust passages A2a, A2b, A3a, A3b, each with a flow axis S2, S3, wherein the respective partition in the region of the nozzle a right angle or has at least transversely to the flow axis S2 extending end face.
  • the end face is preferably formed as a free end face.
  • the exhaust gas turbine is designed as a twin-scroll turbocharger, so that the manifold side grouping can be found in the turbocharger application.
  • a divided exhaust manifold for internal combustion engines which is ge of three half-shells forms ⁇ , the mean half-shell forms a parting plane and a dividing plate.
  • the exhaust manifold has four cylinder connecting pieces and two separate, adjacent thereto ⁇ exhaust ducts and a separate through the dividing plate exhaust pipe connection piece, at which the respective exhaust duct opens.
  • the free, perpendicular to the flow axis extending end face of the dividing plate is flat or flat.
  • an exhaust duct with a Tei ⁇ ment sheet is known.
  • the dividing plate has two flat wall surfaces, in each of which an elongate groove and / or outlet provided for.
  • the area of this groove or Ausneh ⁇ tion serves as a predetermined breaking point in the event of increased pressure loads due to different thermal expansion of exhaust duct and divider plate.
  • the free, perpendicular to the flow axis S2 extending end face of the partition plate is flat or flat.
  • a coupling piece between egg ⁇ ner intermediate wall of an exhaust manifold and an intermediate wall of an exhaust pipe is known.
  • the coupling piece is curved or provided with an undercut. This ensures the flexibility of this connection underlying the main connection between the manifold and the exhaust pipe. Due to the limited width of the coupling piece, the tightness of this connection is not guaranteed.
  • the free, perpendicular to the flow axis extending end face of the respective partition wall is flat or flat.
  • the invention has the object of providing a partition wall for an exhaust system in such a way and to arrange that increased fatigue strength of the partition and high density of the connection is guaranteed.
  • the object is achieved according to the invention in that the end face of the bend or at least one edge segment Rl, an edge segment R2 and / or a core segment K of Stirnflä ⁇ che at least in the warm state, ie during operation of the piston combustion, against the exhaust pipe socket in the axial direction of the flow axis S2, S3 or the geometry axis G at least partially.
  • a He ⁇ increased tightness of this connector at least in the warm state, ie in the range of operating temperature guaranteed.
  • the exhaust pipe is preferably constructed in three parts and has, in addition to the partition, which may be formed as a partition plate, a first and a second shell, which are connected to the partition wall.
  • the Abgasauslassstutzen or exhaust nozzle and the exhaust pipe socket of the exhaust gas guide element generally have the same diameter.
  • the object is also achieved by a system consisting of a three- or multi-shell exhaust manifold and a coupled thereto or welded, designed as a twin-scroll turbocharger or twin-scroll exhaust gas turbine exhaust guide element, preferably made of cast iron, wherein in the exhaust manifold and at least in The exhaust ducts of the Abgastur- bine the exhaust channels A2a, A3a of the exhaust ducts A2b, A3b through the partitions connected by the groove except for leaks in a maximum size of 0.05 to 1 mm or 0.1 mm to 0.3 mm from each other against gas exchange are ge ⁇ separates.
  • Adverse leaks or a cross talk ⁇ surfaces of the exhaust channels and an associated fall in power and torque absence pending sub ⁇ pressure thus be prevented, or at least significantly verrin ⁇ device.
  • the exhaust gas turbine is, as already stated, designed as a twin-scroll turbocharger.
  • the core segment K rests against the partition wall and / or the respective edge segment Rl, R2 against a contact surface of the pipe socket.
  • the partition wall has, as explained below, preferably a groove with a groove bottom, which serves as an abutment surface in the axial direction.
  • a turbocharger-side contact surface is provided, which is aligned in the axial direction with the respective edge segment Rl, R2. It can also be advantageous for this purpose if an end face has an arcuate or wave-shaped profile running in the direction of the flow axis S2, S3 or a geometry axis G with one to ten or more recesses AI, A2 or at least profiled.
  • the recesses AI, A2 arc-shaped, part-circle or groove-shaped and / or if the recesses AI, A2 have a width bA, with respect to. to the direction of the flow axis S2, S3 varies and / or if the recess AI or A2 with respect to the flow axis S2, S3 has an undercut H.
  • the undercut H can be provided with reference to both directions, ie in the flow direction, and opposite to the flow direction alternatively or additionally.
  • corresponding projections can also be provided, which ultimately ensure the formation of a cavity.
  • edge segments Rl, R2 of the partition in the region of the end face are two radially outward and the core segment K is limited by the edge segments Rl, R2, wherein the recess AI, A2 between the core segment K and the respective Randsegmen- te Rl, R2 is provided.
  • the recess AI, A2 is thus limited to the area between the edge segments Rl, R2. This area is subject due to the flow conditions of a particularly large heat load.
  • edge segment Rl, R2 may be constructed as a pin, which in the direction of the flow axis S2, S3 protruding with respect to the core segment K or is set back.
  • the edge ⁇ segment Rl, R2 is sealingly against the end face of the nozzle to be coupled.
  • the end face in the transition region from the core segment K to the respective edge segment Rl, R2 has the recess AI, A2 and / or the transition region has a radius r on ⁇ .
  • the transition region to Randseg ⁇ ment Rl, R2 is subject to a very high mechanical stress, because this is connected to the nozzle or ver ⁇ welded. This limits its thermally induced expansion.
  • the inventively placed recesses or radii ensure the required voltage reduction.
  • edge segments Rl, R2 have a distance aR and the distance aR corresponds to an inner diameter di2 of the exhaust nozzle.
  • the width bK of the core segment K is thus limited to the inner diameter di2 of the Abgasrohrstut ⁇ zen or to the length 13 of the groove of the exhaust nozzle described below.
  • the end face of the dividing wall of the manifold or of the exhaust pipe connecting piece which is preferably made of cast iron, has a connecting element of this type.
  • Nende groove of length 13 having a groove base into which the other end face of the exhaust pipe socket or the partition wall of the manifold for connecting the partition walls can be inserted, wherein the length 13 corresponds to an inner diameter di3 of the exhaust pipe socket.
  • the partition comprises at ⁇ least in the region of the groove has a width b2 of between 1 mm and 7 mm.
  • the partition wall is part of the exhaust pipe socket, which is preferably formed from cast iron, and thus likewise made of cast iron.
  • a minimum thickness between 1 mm and 3 mm is favorable because it can still be represented as a casting.
  • the maximum thickness of 5 mm to 7 mm ensures a material and weight saving in the light of longevity.
  • the exhaust pipe socket has a housing wall with an inner circumference Ui3 and in one end face of the housing wall over the inner circumference Ui3 is provided in the direction of the flow axis S2, S3 extending, ei ⁇ ne contact surface forming recess having a width b3.
  • S3 extending, ei ⁇ ne contact surface forming recess having a width b3.
  • the respective edge segment R 1, R 2 has a width b R which corresponds to the width b 3 of the paragraph speaks, and both edge segments have the distance aR, which corresponds to the width bK of the core segment and the length 13 of the groove, the centering between the connecting piece is ensured.
  • the diameter of the heel thus corresponds to the outer distance of the two edge segments Rl, R2, whose position is thus in the radial direction be ⁇ true.
  • the two edge segments Rl, R2 therefore sit on the frontal contact surface or are at least in axial alignment with this. Further, the shoulder or the frontal contact surface over the other partial circumference for receiving or conditioning of the two shells of the off ⁇ gas nozzle, whose position in the radial direction is determined by the paragraph. Finally, the point at which the exhaust nozzle dips into the paragraph or the exhaust pipe socket, optimal for the welding of the two nozzles.
  • the groove base is provided with reference to the flow axis S2, S3 at least partially at the height of the end face or the contact surface.
  • a simplified shaping of the groove is possible.
  • the partition wall is at ⁇ least formed thicker in the area in front of the groove than a width b of the groove, wherein the partition wall has a flat portion having a thickness d in the region of the end surface, the thickness d is either equal to the width b is the groove or smaller than the width b of the groove.
  • the partition can thus be made thicker over much of its length, which increases its stability and longevity. Due to the formation of the flattening and the concomitant change in the flow cross sections, an improved flow behavior can be observed.
  • the groove base is formed flat or profiled and / or whose profiling corresponds to the profile of the end face, with respect to the flow axis a radial distance a between the groove bottom and the end face of at least 0.1 mm to 0, 3 mm is provided.
  • the thermally induced expansion of the partition of the exhaust nozzle also takes place in the radial direction, relative to the partition wall or the groove bottom of the exhaust pipe socket.
  • the profiling of the respective partition wall should be designed such that in each operating state, ie from ambient temperature to about 1100 ° C, said distance a is maintained, so that a distortion is prevented.
  • the profile of the groove bottom can never run the mirror symmetry of the partition with respect to ganli ⁇ . A collision in the radial direction would thus be excluded.
  • this may be, when the Abgaskanä ⁇ le A2a, A3a of the exhaust gas ducts A2b, A3b accommodated by means of the groove and the recess for abutment partitions to leaks or column in a size of 0.05 to 1 ma ⁇ ximal mm or 0.1 mm to 0.3 mm apart from gas exchange.
  • the crosstalk of the exhaust ducts is thus prevented, at least significantly reduced.
  • the core segment K has a distance aK from the groove base, wherein the distance aK is between 5% and 50%, between 25% and 35% or 30% of the depth tN of the groove.
  • a relatively small distance aK is desirable.
  • the part of the partition located in the groove is insulated from the exhaust gas, so that the heat input is produced only by heat conduction and not by convection. Since the separation ⁇ wall is fired on both sides, it is assumed that a higher heating than in the pipe wall. The higher heating is accompanied by an increased axial expansion. Consequently, the existing in the cold state distance aK would be reduced or closed after heating, so that an optimal tightness is guaranteed.
  • Figure 1 is an idealized representation of the manifold with connected exhaust gas turbocharger housing
  • Figure 2 shows the shell manifold in the exploded view and the exhaust gas turbocharger housing to be connected
  • Figure 3a shows the exhaust and exhaust pipe socket as an exploded view and the exhaust pipe to be connected thereto;
  • Figure 3b shows the exhaust pipe as an exploded view of FIG.
  • Figure 4a is a sectional view of the mounted nozzle
  • Figure 4b is a sectional view of Figure 4a, offset by 90 °;
  • FIG. 4c shows a sectional illustration according to FIG. 4b according to exemplary embodiment FIG. 3b;
  • FIG. 4d shows a detailed illustration from FIG. 4a;
  • Figure 5 is a sectional view of Figure 4b with alterna ⁇ tive recess
  • Figure 6 is a sectional view of Figure 5 with alterna ⁇ tive recess
  • FIG. 7a shows a perspective view of the mounted connecting piece according to FIG. 3a or FIG. 4a / b in a top view;
  • FIG. 7b shows a view according to FIG. 7a with a changed cross section
  • Figure 7c is a view of Figure 7a, 7b with a modified
  • Figure 8 shows various examples of the formation of savings ⁇ savings
  • FIG. 9 shows a detailed illustration according to FIG. 6 with profiled groove bottom.
  • An exhaust system 1 shown in Figure 1 has a manifold 2 and a connected thereto, as Abgasturbo ⁇ charger housing formed exhaust guide element 3.
  • the manifold 2 has four cylinder connection pipes Z1-Z4 and manifold pipes Z1-Z4, which are connected on the engine side to a flange plate 2.7.
  • At an opposite end of the manifold pipes Z1-Z4 form a common exhaust ⁇ lop 2.1.
  • the exhaust gas turbocharger housing 3 has a Abgasrohrstut ⁇ zen 3.1, via which the exhaust gas turbocharger housing 3 is connected to the exhaust port 2.1 of the manifold 2.
  • the manifold 2 is formed according to exploded view of Figure 2 from three shells 2a, 2b, 2c, wherein the shell 2c at least partially sandwiched between the Oberscha ⁇ le 2a and the lower shell 2b is added.
  • the third shell 2c which is a division plane between the two saddle ⁇ len 2a, 2b is formed at its end as a partition turboladergephinuseeitigen 2.2.
  • the Abgasturboladerge ⁇ housing 3 also has in the region of the exhaust pipe stub 3.1 on a partition 3.2.
  • the partition wall 2.2 seals against the partition wall 3.2, the two partition walls 2.2, 3.2 being coupled via a tongue and groove connection.
  • a groove is seen 3/3 before ⁇ within an end face of the partition 3.2s 3.2, in which the partition wall 2.2 is inserted with its end face 2.2s.
  • the partition 2.2 has at its front end a flattening 2.3, so that the thickness of the partition 2.2 corresponds to a width b of the groove 3.3.
  • the exhaust port 2.1 and the exhaust pipe ⁇ 3.1 are shown in detail, the exhaust gas zen ⁇ zen 2.1 is to be seen as an exploded view due to its dreischaligen structure.
  • the exhaust pipe socket 3.1 is formed in one piece and has, in addition to a cylindrical housing wall 3.4, a partition 3.2.
  • the partition wall 3.2 protrudes beyond the front end of the housing wall 3.4 in the axial direction and has a centrally arranged groove 3.3.
  • the housing wall 3.4 has a recess 3.5 or a corresponding shoulder over its inner circumference Ui3.
  • Paragraph 3.5 is for Recording of the respective end face of the first shell 2a and the second shell 2b as seen in sectional view Figure 4a.
  • the groove 3.3 serves to receive the front end of the partition 2.2.
  • the partition wall 2.2 comprises two formed as a pin edge segments Rl, R2, the wall 3.5 of the housing 3.4 the plant can be brought according to Figure 4b in ⁇ nerrenz the recess.
  • the two edge segments Rl, R2 is a core segment K of the partition 2.2 with the width bK be ⁇ limits, which is placeable within the groove 3.3 according to Figure 4b.
  • the respective edge segment Rl, R2 has a length 1R.
  • a flattening 2.3 of the partition wall 2.2 is provided at least in the region of the core segment K, so that these according to Figure 4a, left side into which groove 3.3 is insertable.
  • an arcuate transition is provided with the radius r of Figure 4b.
  • the remaining core segment K projects with respect to this arcuate transition by approximately r / 2 in the axial direction, so that a length 1K of the core segment K according to FIG. 3a is smaller by approximately 40% than the length 1R.
  • the groove 3.3 has a groove base 3.3G, compared to a contact surface 3.1a and the recess 3.5 in axial Direction protrudes and is arranged according to Figure 4a, 4b at the height ei ⁇ ner end face 3.1s.
  • the offset between the groove base 3.3G and the end face 3.1s is slightly smaller than the difference between the length 1R and the length 1K, so that at least in the cold state between the core segment K and the end face 2.2s and the groove base 3.3G according to FIG 4b is given a distance aK.
  • the partition 2.2 with flattening 2.3 (left side) and the partition 2.2 without flattening 2.3 (right side) are shown opposite one another.
  • the flattening of 2.3 that protrudes through the groove 3.3 a local with reference to a flow axis S2 cross-sectional widening, with a drop of the dynamic pressure in this range results in the area of the portion brings.
  • Turbocharger housing 3 remains, whereby a raised stabili ⁇ hung the dynamic pressure associated.
  • the latter Druckhö ⁇ hung requires a higher density of the thus formed tongue and groove joint of the two partitions 2.2, 3.2 in order to reduce the crosstalk of the thus formed exhaust ducts A2a, A3a and A2b, A3b.
  • the groove has a depth of 3.3 tN, the execution in accordance with ⁇ form 4a, left side, is smaller than a height hA of the flattening 2.3.
  • a bevel 2.5 is provided in a corresponding manner.
  • the exhaust nozzle 2.1 is seated inside the recess 3.5 of the housing wall 3.4.
  • An inner diameter di2 of the exhaust gas nozzle 2.1 here is slightly smaller than an inner diameter di3 of the housing wall 3.4 of the exhaust pipe connection 3.1.
  • the exhaust port 2.1 is frontally centered by the recess 3.5 in the radial direction.
  • a width b3 of the recess 3.5 is smaller than the wall thickness of the exhaust gas nozzle 2.1, whereby the difference between the two inner diameters di2, di3 is justified.
  • the dividing wall 2.2 is likewise centered on the two edge segments R1, R2 within the recess 3.5.
  • the respective edge segment R1, R2 has a width bR which corresponds to the width b3 of the depression 3.5 in the region of the dividing wall 3.2, so that the respective edge segment R1, R2 projects radially outward in the region of the depression 3.5 against the housing wall 3.4 can be applied and on the other hand in the radial direction inwardly against the partition wall 3.2 can be applied or applied to ensure the necessary tightness of the thus formed tongue and groove connection of the partitions 2.2, 3.2.
  • FIG. 4c depicts the exemplary embodiment according to FIG. 3b. Thereafter, between the respective edge segment Rl, R2 and the core segment K also an arcuate transition with the radius r according to Figure 4c. However, the remaining core segment K is not protruded in the axial direction, so that the length 1K of the core segment K is approximately equal to the length 1R.
  • a common recess AI is also provided according to exemplary embodiment FIG.
  • the recess AI itself has the much larger radius ra.
  • Figure 7a is as stated in the plan view according to the embodiment can clearly be seen that the exhaust ⁇ 2.1 clip formed by the two shells 2a, 2b, and the partition 2.2 are centered within the recess 3.5 of the exhaust pipe stub 3.1, wherein the partition wall 2.2 is disposed within the groove 3.3 of the partition wall 3.2.
  • the partition wall 3.2 in turn lies in the region of the radial side at four points (see arrow P) against the inside 2.6a, 2.6b of the respective shell 2a, 2b except for small gaps in the range of at most 0.05 to 1 mm or 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the partition wall 2.2 is bent in the area of the edge parts 2.4a-2.4b ' , so that the edge parts 2.4a-2.4b '> as well as the edge segments of the partition 2.2 with respect to the partition wall 2.2 at an angle of approx 30 ° are employed.
  • the partition 2.2 thus results in a z-shaped cross-section Q.
  • the angular position of the edge portions 2.43-2.4 ⁇ is carried out in the same manner as in Figure 7b, wherein the partition 2.2 has an S-shaped cross section Q.
  • the existing in the partition 3.2 groove 3.3 also runs s-shaped. It extends either to the half-shell 2a, 2b (left half of the picture) or is at a distance from the half-shell 2a, 2b provided (right half of the picture), wherein in a groove gap L thus formed, the partition wall 2.2 can sit on the partition wall 3.2 without lateral guidance through the groove 3.3 and the groove legs 3.3n.
  • the most different shapes with different widths bA are provided for the respective recess AI.
  • forms with an undercut H as in FIG. 8 at positions 2, 5, 6 and 8 are also provided.
  • the recess AI of position 1 has a constant width bA, while the recesses of the positions 3, 4 and 7 has a width bA, which is continuously larger with respect to the flow axis S2, S3.
  • the recesses AI with undercut H according to positions 2, 5, 6 and 8 have accordingly with respect to the flow axis S2, S3 a reduction in the width bA, ie a taper.
  • the groove base 3.3G also has a profiling, which corresponds to the profiling of the end face 2.2s of the partition 2.2.
  • a corresponding increase El, E2 is provided on the groove base 3.3G.
  • the recesses AI, A2 and the respective elevations El, E2 are designed such that in the radial direction a minimum distance a of 0.1 mm is ensured in each operating state of the exhaust system 1, so that the resulting due to thermal stress deformations and relative movements, in particular in the radial direction, guaranteed.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage 1 für eine Kolbenbrennmaschine bestehend aus einem Krümmer 2 mit mehreren Krümmerrohren Z1-Z4 und einem Abgasstutzen 2.1 sowie einem Abgasführungselement 3 mit einem Abgasrohrstutzen 3.1, das über den Abgasrohrstutzen 3.1 an den Abgasstutzen 2.1 anschließbar ist, wobei der Krümmer 2 und zumindest der Abgasrohrstutzen 3.1 des Abgasführungselements 3 je eine Trennwand 2.2, 3.2 aufweisen, die jeweils zwei getrennte Abgaskanäle A2a, A2b, A3a, A3b mit je einer Strömungsachse S2, S3 bildet und die im Bereich des Stutzens 2.1, 3.1 eine quer zur Strömungsachse S2 verlaufende Stirnfläche 2.2s, 3.2s aufweist, wobei das Randsegment R1, das Randsegment R2 und/oder das Kernsegment K des Krümmers 2 zumindest im warmen Zustand der Kolbenbrennmaschine gegen den Abgasrohrstutzen 3.1 in axialer Richtung zumindest teilweise anliegt.

Description

Abgasanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage für eine Kolbenbrennmaschine bestehend aus einem mehrschaligen Krümmer mit mehreren Zylinderanschlussrohren bzw. Krümmerrohren Z1-Z4 und einem Abgasauslassstutzen bzw. Abgasstutzen sowie einem Abgasführungselement mit einem Abgasrohrstutzen aus Guss, das über den Abgasrohrstutzen an den Ab¬ gasstutzen anschließbar bzw. anschweißbar ist, wobei der Krümmer und zumindest der Abgasrohrstutzen des Abgasführungselements je eine Trennwand aufweisen, die jeweils zwei getrennte Abgaskanäle A2a, A2b, A3a, A3b mit je einer Strömungsachse S2, S3 bildet, wobei die jeweilige Trennwand im Bereich des Stutzens eine rechtwinklig oder zumindest quer zur Strömungsachse S2 verlaufende Stirnfläche aufweist. Die Stirnfläche ist vorzugsweise als freie Stirnfläche ausgebildet. Die Abgasturbine ist als Twin-Scroll-Turbolader ausgebildet, so dass die krümmerseitige Gruppentrennung im Turbolader Anwendung finden kann.
Aus der EP 1 793 101 A2 ist ein geteilter Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren bekannt, der aus drei Halbschalen ge¬ bildet ist, wobei die mittlere Halbschale eine Teilungsebene bzw. ein Teilungsblech bildet. Der Abgaskrümmer weist vier Zylinderanschlussstutzen und zwei getrennte, daran an¬ schließende Abgaskanäle sowie einen durch das Teilungsblech getrennten Abgasrohranschlussstutzen auf, an dem der jeweilige Abgaskanal mündet. Die freie, rechtwinklig zur Strömungsachse verlaufende Stirnfläche des Teilungsblechs ist eben bzw. flach ausgebildet.
Aus der US 4, 289, 169 A ist ein Abgaskanal mit einem Tei¬ lungsblech bekannt. Das Teilungsblech weist zwei ebene Wandflächen auf, in denen je eine längliche Nut bzw. Aus- nehmung vorgesehen ist. Der Bereich dieser Nut bzw. Ausneh¬ mung dient als Sollbruchstelle im Falle erhöhter Druckbelastungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Abgaskanal und Teilungsblech. Die freie, rechtwinklig zur Strömungsachse S2 verlaufende Stirnfläche des Teilungsblechs ist eben bzw. flach ausgebildet.
Aus der JP 2001-55920 A ist ein Kupplungsstück zwischen ei¬ ner Zwischenwand eines Abgaskrümmers und einer Zwischenwand eines Abgasrohres bekannt. Das Kupplungsstück ist gewölbt bzw. mit einem Hinterschnitt versehen. Dies gewährleistet die der Hauptverbindung zwischen dem Krümmer und dem Abgas- rohr zugrunde liegende Flexibilität dieser Verbindung. Aufgrund der begrenzten Breite des Kupplungsstücks ist die Dichtheit dieser Verbindung nicht gewährleistet. Die freie, rechtwinklig zur Strömungsachse verlaufende Stirnfläche der jeweiligen Zwischenwand ist eben bzw. flach ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trennwand für eine Abgasanlage derart auszubilden und anzuordnen, dass eine erhöhte Dauerfestigkeit der Trennwand und hohe Dichtigkeit der Verbindung gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Stirnfläche des Krümmers oder zumindest ein Randsegment Rl, ein Randsegment R2 und/oder ein Kernsegment K der Stirnflä¬ che zumindest im warmen Zustand, also im Betrieb der Kolbenbrennmaschine, gegen den Abgasrohrstutzen in axialer Richtung der Strömungsachse S2, S3 bzw. der Geometrieachse G zumindest teilweise anliegt. Mit der Anlage wird eine er¬ höhte Dichtigkeit dieser Steckverbindung zumindest im warmen Zustand, also im Bereich der Betriebstemperatur, gewährleistet . Der Abgasstutzen ist vorzugsweise dreiteilig aufgebaut und weist zusätzlich zu der Trennwand, die als Teilungsblech ausgebildet sein kann, eine erste und eine zweite Schale auf, die mit der Trennwand verbunden sind.
Der Abgasauslassstutzen bzw. Abgasstutzen und der Abgasrohrstutzen des Abgasführungselements weisen in der Regel den gleichen Durchmesser auf.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein System bestehend aus einem drei- oder mehrschaligen Abgaskrümmer und einem daran angekoppelten bzw. angeschweißten, als Twin-Scroll- Turbolader bzw. Twin-Scroll-Abgasturbine ausgebildeten Abgasführungselement, vorzugsweise aus Guss, wobei im Abgaskrümmer und zumindest in dem Abgasrohrstutzen der Abgastur- bine die Abgaskanäle A2a, A3a von den Abgaskanälen A2b, A3b durch die mittels der Nut verbundenen Trennwände bis auf Undichtigkeiten in einer Größe von maximal 0,05 bis 1 mm oder 0,1 mm bis 0,3 mm voneinander gegen Gasaustauch ge¬ trennt sind. Nachteilige Undichtigkeiten bzw. ein Überspre¬ chen der Abgaskanäle und ein damit verbundener Einbruch der Leistung und des Drehmoments mangels anstehenden Unter¬ drucks werden somit verhindert, zumindest deutlich verrin¬ gert. Die Abgasturbine ist, wie bereits ausgeführt, als Twin-Scroll-Turbolader ausgebildet .
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn das Kernsegment K gegen die Trennwand und/oder das jeweilige Randsegment Rl, R2 gegen eine Anlagefläche des Rohrstutzens anliegt. Die Trennwand weist, wie nachstehend ausgeführt, vorzugsweise eine Nut mit einem Nutgrund auf, der in axialer Richtung als Anlagefläche dient. Ferner ist eine turboladerseitige Anlagefläche vorgesehen, die in axialer Richtung mit dem jeweiligen Randsegment Rl, R2 fluchtet. Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn eine Stirnfläche ein in Richtung der Strömungsachse S2, S3 oder einer Geometrieachse G verlaufendes bogen- oder wellenförmiges Profil mit ein bis zehn oder mehreren Aussparungen AI, A2 aufweist oder zumindest profiliert ausgebildet ist. Durch diese Form des Profils werden insbesondere die in radialer Richtung auftretenden Druckspannungen in der Trennwand im Bereich der Stirnfläche gut abgeleitet und der Höhe nach beschränkt. Die Trennwand wird aufgrund der beidseitigen Beaufschlagung mit Abgas deutlich heißer als das Abgasrohr bzw. der Abgasstutzen. Aufgrund der profilierten Ausbildung ist eine verbesserte Aufnahme von Wärmespannungen bzw. eine Reduzierung der entstehenden Wärmespannungen gewährleistet. Somit wird die Dauerfestigkeit der Verbindung erhöht.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Aussparungen AI, A2 bogen-, teilkreis- oder nutförmig ausgebildet sind und/oder wenn die Aussparungen AI, A2 eine Breite bA aufweisen, die mit Bezug . zur Richtung der Strömungsachse S2, S3 variiert und/oder wenn die Aussparung AI bzw. A2 mit Bezug zu der Strömungsachse S2, S3 eine Hinterschneidung H aufweist. Die Hinterschneidung H kann dabei mit Bezug zu beiden Richtungen, also in Strömungsrichtung, und entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung alternativ oder ergänzend vorgesehen sein. Alternativ zu einer eine Kavität bildenden Aussparung können auch entsprechende Anformungen vorgesehen sein, die letztlich die Bildung einer Kavität gewährleisten.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Randsegmente Rl, R2 der Trennwand im Bereich der Stirnfläche zwei in radialer Richtung außen liegen und das Kernsegment K durch die Randsegmente Rl, R2 begrenzt ist, wobei die Aussparung AI, A2 zwischen dem Kernsegment K und dem jeweiligen Randsegmen- te Rl, R2 vorgesehen ist. Die Aussparung AI, A2 ist somit auf den Bereich zwischen den Randsegmenten Rl, R2 beschränkt. Dieser Bereich unterliegt aufgrund der Strömungsverhältnisse einer besonders großen Wärmebelastung. Das je¬ weilige Randsegment Rl, R2 kann als Zapfen ausgebildet sein, der in Richtung der Strömungsachse S2, S3 gegenüber dem Kernsegment K hervorsteht oder zurücksteht. Das Rand¬ segment Rl, R2 liegt gegen die Stirnfläche des anzukoppelnden Stutzens dichtend an.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, wenn die Stirnfläche im Übergangsbereich von dem Kernsegment K zu dem jeweiligen Randsegment Rl, R2 die Aussparung AI, A2 aufweist und/oder der Übergangsbereich einen Radius r auf¬ weist. Insbesondere der Übergangsbereich zum Randseg¬ ment Rl, R2 unterliegt einer sehr hohen mechanischen Belastung, weil dieser mit dem Stutzen verbunden bzw. ver¬ schweißt ist. Damit ist seine thermisch bedingte Ausdehnung beschränkt. Die erfindungsgemäß platzierten Aussparungen bzw. Radien gewährleisten den erforderlichen Spannungsabbau .
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn die Randsegmente Rl, R2 einen Abstand aR aufweisen und der Abstand aR einem Innendurchmesser di2 des Abgasstutzens entspricht. Die Breite bK des Kernsegments K ist somit auf den Innendurchmesser di2 des Abgasrohrstut¬ zens bzw. auf die der Länge 13 der nachstehend beschriebenen Nut des Abgasstutzens beschränkt.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die Stirnfläche der vorzugsweise aus Guss gebildeten Trennwand des Krümmers oder des Abgasrohrstutzens eine als Verbindungselement die- nende Nut der Länge 13 mit einem Nutgrund aufweist, in die die andere Stirnfläche des Abgasrohrstutzens oder der Trennwand des Krümmers zum Verbinden der Trennwände einsteckbar ist, wobei die Länge 13 einem Innendurchmesser di3 des Abgasrohrstutzens entspricht. Mit der Ausbil¬ dung einer Nut ist einerseits eine optimale Verbindung zwischen den Trennwänden gewährleistet. Andererseits kann die profilierte Ausbildung der Stirnfläche trotz der damit entstehenden Spalten bzw. Lücken zwischen den zu dichtenden Stirnflächen gewährleistet werden, weil diese durch die Nut bzw. deren Wände überdeckt bzw. abgedichtet werden.
Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn die Trennwand zumin¬ dest im Bereich der Nut eine Breite b2 zwischen 1 mm und 7 mm aufweist. Die Trennwand ist Teil des vorzugsweise aus Guss gebildeten Abgasrohrstutzens und somit ebenfalls aus Guss. Eine Mindestdicke zwischen 1 mm und 3 mm ist günstig, weil sie sich noch als Gussteil abbilden lässt. Die Maximaldicke von 5 mm bis 7 mm gewährt im Lichte der Langlebigkeit eine Material- und Gewichtsersparnis.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Abgasrohrstutzen eine Gehäusewand mit einem Innenumfang Ui3 aufweist und in einer Stirnseite der Gehäusewand über den Innenumfang Ui3 eine in Richtung der Strömungsachse S2, S3 verlaufende, ei¬ ne Anlagefläche bildende Vertiefung mit einer Breite b3 vorgesehen ist. Mit der Vertiefung bzw. der axial versetzten Anlagefläche, die sich über einen Teilradius der ursprünglichen Stirnseite erstreckt, entsteht eine Stirnfläche mit verringerter Breite. Mit der Vertiefung entsteht also eine profilierte Stirnseite des Abgasrohrstutzens mit einer Stirnfläche und einer hierzu benachbarten stirnseitigen Anlagefläche. Da das jeweilige Randsegment Rl, R2 eine Breite bR aufweist, die der Breite b3 des Absatzes ent- spricht, und beide Randsegmente den Abstand aR aufweisen, der der Breite bK des Kernsegments bzw. der Länge 13 der Nut entspricht, ist die Zentrierung zwischen den zu verbindenden Stutzen gewährleistet. Der Durchmesser des Absatzes entspricht also dem äußeren Abstand der beiden Randsegmente Rl, R2, deren Position somit in radialer Richtung be¬ stimmt ist. Die beiden Randsegmente Rl, R2 sitzen demnach auf der stirnseitigen Anlagefläche auf bzw. stehen mit dieser zumindest in axialer Flucht. Ferner dient der Absatz bzw. die stirnseitige Anlagefläche über den weiteren Teilumfang zur Aufnahme bzw. Anlage der beiden Schalen des Ab¬ gasstutzens, dessen Position in radialer Richtung durch den Absatz bestimmt ist. Schließlich ist die Stelle, an der der Abgasstutzen in den Absatz bzw. den Abgasrohrstutzen eintaucht, optimal für die Verschweißung der beiden Stutzen.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Nutgrund mit Bezug zur Strömungsachse S2, S3 zumindest teilweise auf der Höhe der Stirnfläche oder der Anlagefläche vorgesehen ist. Somit ist eine vereinfachte Formgebung der Nut möglich. Mit einem Fräswerkzeug kann in radialer Richtung in das Materi¬ al eingetaucht bzw. herausgefahren werden.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das jeweilige Rand¬ segment Rl, R2 und/oder die Trennwand und/oder die jeweili¬ ge Halbschale des Abgasstutzens im kalten Zustand stirnseitig innerhalb der Vertiefung des Abgasrohrstutzens in Richtung der Strömungsachse S2, S3 dichtend gegen die Anlagefläche des Abgasrohrstutzens anliegt. Hierbei sind Un¬ dichtigkeiten bzw. lokale Spalte von maximal 0,05 bis 1 mm oder 0,1 mm bis 0,3 mm mit Rücksicht auf die vorzusehende Stau- bzw. Stoßaufladung zulässig. Ein Übersprechen der Abgaskanäle wird somit verhindert, zumindest deutlich und ausreichend verringert. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Trennwand zumin¬ dest im Bereich vor der Nut dicker ausgebildet ist als eine Breite b der Nut, wobei die Trennwand im Bereich der Stirnfläche eine Abflachung mit einer Dicke d aufweist, wobei die Dicke d entweder gleich der Breite b der Nut ist oder kleiner ist als die Breite b der Nut. Die Trennwand kann somit über einen Großteil ihrer Länge dicker ausgebildet sein, was die Stabilität und die Langlebigkeit erhöht. Durch die Ausbildung der Abflachung und die damit einhergehende Veränderung der Strömungsquerschnitte ist ein verbessertes Strömungsverhalten zu beobachten.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Abflachung in Richtung der Strömungsachse S2, S3 eine Höhe hA aufweist, wobei die Trennwand mit 5 % bis 70 %, mit 10 % bis 50 % oder mit 30 % der Höhe hA in die Nut eingesteckt ist. In dem Bereich, in dem die Abflachung aus der Nut herausschaut, liegt zwangsläufig eine lokale Erweiterung des Strömungsquerschnitts vor. Damit einher geht eine lokale Absenkung des dynamischen Drucks in dem jeweiligen Abgaska¬ nal, unmittelbar im Bereich der Dichtungsstelle zum Nach¬ barkanal. Dies wirkt sich positiv auf die entstehende Le¬ ckage aus, die trotz der geringen Spalte bestehen kann.
Schließlich kann es von Vorteil sein, wenn der Nutgrund eben oder profiliert ausgebildet ist und/oder dessen Profilierung dem Profil der Stirnfläche entspricht, wobei mit Bezug zur Strömungsachse ein radialer Abstand a zwischen dem Nutgrund und der Stirnfläche von mindestens 0,1 mm bis 0,3 mm vorgesehen ist. Die thermisch bedingte Ausdehnung der Trennwand des Abgasstutzens erfolgt auch in radialer Richtung, relativ zu der Trennwand bzw. dem Nutgrund des Abgasrohrstutzens. Die Profilierung der jeweiligen Trennwand sollte derart ausgebildet sein, dass in jedem Be- triebszustand, also von Umgebungstemperatur bis ca. 1100°C, der genannte Abstand a eingehalten wird, so dass ein Verspannen verhindert wird.
Das Profil des Nutgrundes kann auch mit Bezug zur Anlageli¬ nie spiegelsymmetrisch zu dem der Trennwand verlaufen. Eine Kollision in radialer Richtung würde damit ausgeschlossen.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn die Abgaskanä¬ le A2a, A3a von den Abgaskanälen A2b, A3b durch die mittels der Nut und der Vertiefung zur Anlage gebrachten Trennwände bis auf Undichtigkeiten oder Spalte in einer Größe von ma¬ ximal 0,05 bis 1 mm oder 0,1 mm bis 0,3 mm voneinander gegen Gasaustauch getrennt sind. Das Übersprechen der Abgaskanäle ist somit verhindert, zumindest deutlich verringert.
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn im kalten Zustand das Kernsegment K einen Abstand aK zum Nutgrund aufweist, wobei der Abstand aK zwischen 5 % und 50 %, zwischen 25 % und 35 % oder 30 % der Tiefe tN der Nut beträgt. Zwecks Gewährleistung der Dichtigkeit der Nut-Feder-Verbindung ist je¬ doch ein relativ kleiner Abstand aK wünschenswert. Der in der Nut befindliche Teil der Trennwand ist gegenüber dem Abgas isoliert, so dass der Wärmeeintrag nur durch Wärmeleitung und nicht durch Konvektion entsteht. Da die Trenn¬ wand beidseitig befeuert wird, ist von einer höheren Erwärmung auszugehen als bei der Rohrwand. Mit der höheren Erwärmung geht auch eine erhöhte axiale Ausdehnung einher. Mithin würde der im kalten Zustand bestehende Abstand aK nach der Erwärmung reduziert bzw. geschlossen werden, so dass eine optimale Dichtigkeit gewährleistet ist.
Wenn die Stirnfläche der Trennwand des Krümmers auch schon im kalten Zustand zumindest teilweise gegen die Trennwand des Abgasrohrstutzens anliegt, kommt es aufgrund der erhöh- ten Wärmeausdehnung zu einer Druckbelastung der Trennwand. Wenn die Druckbelastung anwächst, wird die Trennwand gestaucht, was letztlich auch zu einem Ausbeulen oder Auskni¬ cken führen kann, so dass die Trennwand innerhalb der Nut gegen die beiden Nutschenkel zur Anlage kommt. In diesem Fall wird die Dichtigkeit der Nut-Feder-Verbindung erhöht.
Durch Variation der Spalt- bzw. Anlagesituation zwischen der Stirnfläche der Trennwand des Krümmers und dem Nutgrund kann also auf die Anlagesituation zwischen der Trennwand und dem Nutschenkel Einfluss genommen werden, mithin ein Knick X erzeugt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine idealisierte Darstellung des Krümmers mit angeschlossenem Abgasturboladergehäuse ;
Figur 2 den Schalenkrümmer in der Explosionsdarstellung sowie das anzuschließende Abgasturboladergehäuse;
Figur 3a den Abgas- und Abgasrohrstutzen als Explosionszeichnung sowie den daran anzuschließenden Abgasrohrstutzen;
Figur 3b den Abgasstutzen als Explosionszeichnung nach Fig.
3a mit verkürzten Randsegmenten;
Figur 4a eine Schnittdarstellung der montierten Stutzen;
Figur 4b eine Schnittdarstellung gemäß Figur 4a, um 90° versetzt ;
Figur 4c eine Schnittdarstellung gemäß Figur 4b nach Ausführungsbeispiel Fig. 3b; Figur 4d eine Detaildarstellung aus Fig. 4a;
Figur 5 eine Schnittdarstellung nach Figur 4b mit alterna¬ tiver Aussparung;
Figur 6 eine Schnittdarstellung nach Figur 5 mit alterna¬ tiver Aussparung;
Figur 7a eine perspektivische Ansicht der montierten Stutzen nach Figur 3a bzw. Figur 4 a/b in der Ansicht von oben;
Figur 7b eine Ansicht nach Figur 7a mit verändertem Querschnitt ;
Figur 7c eine Ansicht nach Figur 7a, 7b mit verändertem
Querschnitt ;
Figur 8 verschiedene Beispiele für die Ausbildung der Aus¬ sparungen;
Figur 9 eine Detaildarstellung nach Figur 6 mit profiliertem Nutgrund.
Eine in Figur 1 dargestellte Abgasanlage 1 weist einen Krümmer 2 sowie ein daran angeschlossenes, als Abgasturbo¬ ladergehäuse ausgebildetes Abgasführungselement 3 auf. Der Krümmer 2 weist vier Zylinderanschlussrohre Z1-Z4 bzw. Krümmerrohre Z1-Z4 auf, die motorseitig an eine Flanschplatte 2.7 angeschlossen sind. An einem gegenüberliegenden Ende bilden die Krümmerrohre Z1-Z4 einen gemeinsamen Abgas¬ stutzen 2.1.
Das Abgasturboladergehäuse 3 weist einen Abgasrohrstut¬ zen 3.1 auf, über den das Abgasturboladergehäuse 3 mit dem Abgasstutzen 2.1 des Krümmers 2 verbunden ist. Der Krümmer 2 ist gemäß Explosionsdarstellung nach Figur 2 aus drei Schalen 2a, 2b, 2c gebildet, wobei die Schale 2c zumindest teilweise sandwichartig zwischen der Oberscha¬ le 2a und der Unterschale 2b aufgenommen ist. Die dritte Schale 2c, die eine Teilungsebene zwischen den beiden Scha¬ len 2a, 2b bildet, ist an ihrem turboladergehäuseeitigen Ende als Trennwand 2.2 ausgebildet. Das Abgasturboladerge¬ häuse 3 weist im Bereich des Abgasrohrstutzens 3.1 ebenfalls eine Trennwand 3.2 auf. Im montierten Zustand nach Figur 1 schließt die Trennwand 2.2 an die Trennwand 3.2 dichtend an, wobei die beiden Trennwände 2.2, 3.2 über eine Nut-Feder-Verbindung gekoppelt werden. Hierzu ist innerhalb einer Stirnfläche 3.2s der Trennwand 3.2 eine Nut 3.3 vor¬ gesehen, in der die Trennwand 2.2 mit ihrer Stirnfläche 2.2s einführbar ist. Die Trennwand 2.2 weist hierzu an ihrem stirnseitigen Ende eine Abflachung 2.3 auf, so dass die Dicke der Trennwand 2.2 einer Breite b der Nut 3.3 entspricht .
Gemäß Figur 3a sind der Abgasstutzen 2.1 sowie der Abgas¬ rohrstutzen 3.1 im Detail dargestellt, wobei der Abgasstut¬ zen 2.1 aufgrund seines dreischaligen Aufbaus als Explosionszeichnung zu sehen ist.
Der Abgasrohrstutzen 3.1 ist einteilig ausgebildet und weist neben einer zylinderförmigen Gehäusewand 3.4 eine Trennwand 3.2 auf. Die Trennwand 3.2 steht über das stirnseitige Ende der Gehäusewand 3.4 in axialer Richtung hervor und weist eine mittig angeordnete Nut 3.3 auf. Durch die Nut 3.3 werden stirnseitig zwei nicht weiter bezeichnete Teilwände der Zwischenwand 3.2 gebildet, die stirnseitig je mit einer Fase 3.6, 3.6 versehen sind. Die Gehäusewand 3.4 weist über ihren Innenumfang Ui3 eine Vertiefung 3.5 bzw. einen entsprechenden Absatz auf. Der Absatz 3.5 dient zur Aufnahme des jeweiligen stirnseitigen Endes der ersten Schale 2a und der zweiten Schale 2b wie gemäß Schnittdarstellung Figur 4a zu sehen.
Die Nut 3.3 dient zur Aufnahme des stirnseitigen Endes der Trennwand 2.2. Die Trennwand 2.2 weist zwei als Zapfen ausgebildete Randsegmente Rl, R2 auf, die gemäß Figur 4b in¬ nerhalb der Vertiefung 3.5 der Gehäusewand 3.4 zur Anlage bringbar sind. Durch die beiden Randsegmente Rl, R2 wird ein Kernsegment K der Trennwand 2.2 mit der Breite bK be¬ grenzt, welches gemäß Figur 4b innerhalb der Nut 3.3 platzierbar ist. Das jeweilige Randsegment Rl, R2 weist eine Länge 1R auf. In dem Fall, in dem die Trennwand 2.2 eine Dicke d aufweist, die größer ist als die Breite b der Nut 3.3, ist zumindest im Bereich des Kernsegments K eine Abflachung 2.3 der Trennwand 2.2 vorgesehen, so dass diese gemäß Darstellung Figur 4a, linke Seite, in die Nut 3.3 einführbar ist.
Zwischen dem jeweiligen Randsegment Rl, R2 und dem Kernsegment K ist ein bogenförmiger Übergang mit dem Radius r gemäß Figur 4b vorgesehen. Das verbleibende Kernsegment K steht mit Bezug zu diesem bogenförmigen Übergang um etwa r/2 in axialer Richtung hervor, so dass eine Länge 1K des Kernsegments K gemäß Figur 3a um etwa 40 % kleiner ist als die Länge 1R.
Die Verbindung zwischen den beiden Schalen 2a, 2b und der Trennwand 2.2 der Schale 2c erfolgt über abgewinkelte Rand¬ teile 2. a-2.4b, der Schalen 2a, 2b und den jeweiligen Randbereich der Trennwand 2.2 wie in der Draufsicht gemäß Figur 7a zu sehen.
Die Nut 3.3 weist einen Nutgrund 3.3G auf, der gegenüber einer Anlagefläche 3.1a bzw. der Vertiefung 3.5 in axialer Richtung hervorsteht und nach Figur 4a, 4b auf der Höhe ei¬ ner Stirnfläche 3.1s angeordnet ist. Der Versatz zwischen dem Nutgrund 3.3G und der Stirnfläche 3.1s ist etwas kleiner als die Differenz zwischen der Länge 1R und der Länge 1K, so dass zumindest im kalten Zustand zwischen dem Kernsegment K bzw. der Stirnfläche 2.2s und dem Nutgrund 3.3G gemäß Figur 4b ein Abstand aK gegeben ist.
In der Darstellung gemäß Figur 4a ist die Trennwand 2.2 mit Abflachung 2.3 (linke Seite) sowie die Trennwand 2.2 ohne Abflachung 2.3 (rechte Seite) gegenüberliegend dargestellt. Im Fall der Notwendigkeit einer Abflachung 2.3 (linke Sei¬ te) ergibt sich im Bereich des Teils der Abflachung 2.3, der über die Nut 3.3 hervorsteht, eine mit Bezug zu einer Strömungsachse S2 lokale Querschnittserweiterung, die einen Abfall des dynamischen Drucks in diesem Bereich mit sich bringt. Im Fall ohne Abflachung 2.3 (rechte Seite) entsteht unmittelbar im Bereich des stirnseitigen Endes der Trenn¬ wand 3.2 mit Bezug zu einer Strömungsachse S3 eine Querschnittsverengung, bedingt durch die erhöhte Dichte der Trennwand 3.2, die im weiteren Verlauf des
Abgasturboladergehäuses 3 bestehen bleibt, womit eine Erhö¬ hung des dynamischen Drucks einhergeht. Letztere Druckerhö¬ hung erfordert eine höhere Dichtigkeit der so gebildeten Nut-Feder-Verbindung der beiden Trennwände 2.2, 3.2 zwecks Reduzierung des Übersprechens der so gebildeten Abgaskanäle A2a, A3a und A2b, A3b.
Die Nut 3.3 weist eine Tiefe tN auf, die gemäß Ausführungs¬ form Figur 4a, linke Seite, kleiner ist als eine Höhe hA der Abflachung 2.3. Zwischen der Abflachung 2.3 und dem übrigen Teil der Trennwand 2.2 ist in entsprechender Weise auch eine Fase 2.5 vorgesehen. Wie in der Schnittdarstellung nach Figur 4a zu sehen ist, sitzt der Abgasstutzen 2.1 stirnseitig innerhalb der Vertiefung 3.5 der Gehäusewand 3.4. Ein Innendurchmesser di2 des Abgasstutzens 2.1 ist hierbei geringfügig kleiner als ein Innendurchmesser di3 der Gehäusewand 3.4 des Abgasrohrstutzens 3.1. Der Abgasstutzen 2.1 wird stirnseitig durch die Vertiefung 3.5 in radialer Richtung zentriert. Eine Breite b3 der Vertiefung 3.5 ist kleiner als die Wandstärke des Abgasstutzens 2.1, womit der Unterschied zwischen den beiden Innendurchmessern di2, di3 begründet ist.
Nach Figur 4b ist die Trennwand 2.2 ungeachtet der festen Verbindung mit den beiden Schalen 2a, 2b ebenfalls über die beiden Randsegmente Rl, R2 innerhalb der Vertiefung 3.5 zentriert. Das jeweilige Randsegment Rl, R2 weist eine Breite bR auf, die der Breite b3 der Vertiefung 3.5 im Bereich der Trennwand 3.2 entspricht, so dass das jeweilige Randsegment Rl, R2 zum einen in radialer Richtung nach außen im Bereich der Vertiefung 3.5 gegen die Gehäusewand 3.4 anlegbar ist und zum anderen in radialer Richtung nach innen gegen die Trennwand 3.2 anlegbar ist bzw. anliegt, um die notwendige Dichtigkeit der so gebildeten Nut-Feder- Verbindung der Trennwände 2.2, 3.2 zu gewährleisten.
Die Darstellung nach Figur 4c stellt auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 3b ab. Hiernach besteht zwischen dem jeweiligen Randsegment Rl, R2 und dem Kernsegment K ebenfalls ein bogenförmiger Übergang mit dem Radius r gemäß Figur 4c. Das verbleibende Kernsegment K steht jedoch in axialer Richtung nicht hervor, so dass die Länge 1K des Kernsegments K etwa der Länge 1R entspricht.
Nach Figur 4b ist im kalten Zustand ein Abstand aK zwischen der Trennwand 2.2 bzw. dem Kernsegment K und der Trennwand 3.2 vorgesehen. Der Abstand aK verringert sich mit wachsender Temperatur, da die jeweilige Trennwand 2.2, 3.2 heißer wird als das Abgasrohr bzw. der Rohrstutzen 2.1, 3.1. Je nach Wahl des Abstands aK kommt es zu einer Anlage zwischen der Trennwand 2.2 und der Trennwand 3.2, so dass nach weiterer Erwärmung der schmalere Teil der Trennwand 2.2 gemäß Detailansicht Figur 4d ausknickt bzw. einen Knick X aufweist. Die Trennwand 2.2 kommt in diesem Fall innerhalb der Nut 3.3 gegen zumindest einen der Nutschenkel 3.3n zur An¬ lage. Diese Anlage begründet eine erhöhte Dichtigkeit der Nut-Feder-Verbindung .
In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass gemäß Darstellung Figur 7a, Pfeil P, die Trennwand 3.2 im Bereich der radial außen liegenden Seite gegen eine Innensei¬ te 2.6a, 2.6b der jeweiligen Halbschale 2a, 2b zur Anlage bringbar ist.
Alternativ zu zwei gemäß Ausführungsbeispiel Figur 4b dargestellten Ausnehmungen AI, A2 innerhalb des Kernsegments K der Trennwand 2.2 ist nach Ausführungsbeispiel Figur 5 auch eine gemeinsame Ausnehmung AI vorgesehen, die im Übergangsbereich zum jeweiligen Randsegment Rl, R2 den Radius r aufweist. Die Ausnehmung AI selbst besitzt den deutlich größeren Radius ra .
Nach Ausführungsbeispiel Figur 6 sind ausgehend von der Ausführungsform nach Figur 4b drei weitere Aussparun¬ gen Al^-Al^^ vorgesehen, wobei alle fünf Aussparungen Al- Α1 , A2 dieselbe Querschnittsform, also denselben Radi¬ us ra aufweisen.
Wie bereits ausgeführt ist in der Draufsicht gemäß Ausführungsbeispiel Figur 7a deutlich zu sehen, dass der Abgas¬ stutzen 2.1, gebildet durch die beiden Schalen 2a, 2b sowie die Trennwand 2.2 innerhalb der Vertiefung 3.5 des Abgasrohrstutzens 3.1 zentriert angeordnet sind, wobei die Trennwand 2.2 innerhalb der Nut 3.3 der Trennwand 3.2 angeordnet ist. Die Trennwand 3.2 wiederum liegt im Bereich der radialen Seite an vier Stellen (siehe Pfeil P) gegen die Innenseite 2.6a, 2.6b der jeweiligen Schale 2a, 2b bis auf geringe Spaltmaße im Bereich von maximal 0,05 bis 1 mm oder 0,1 mm bis 0,3 mm an.
Zwecks Gewährleistung der erforderlichen Dichtigkeit ist zudem die stirnseitige Anlage der beiden Schalen 2a, 2b und/oder der Trennwand 2.2 innerhalb der Vertiefung 3.5 zumindest teilweise notwendig. Wie in den Figuren 4a, 4b zu sehen ist, liegt sowohl die Stirnfläche 2.2s, 3.2s der jeweiligen Halbschale 2a, 2b als auch die Stirnfläche des je¬ weiligen Randsegments Rl, R2 der Trennwand 2.2 in axialer Richtung gegen die Gehäusewand 3.4 bzw. die Trennwand 3.2 als integrierte Teile des Abgasrohrstutzens 3.1 dichtend an. Vorgenannte Spaltmaße gelten auch für diese Dichtungs¬ stellen .
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7b ist die Trennwand 2.2 im Bereich der Randteile 2.4a-2.4b'1 abgeknickt, so dass die Randteile 2.4a-2.4b'> sowie auch die Randsegmente der Trennwand 2.2 gegenüber der Trennwand 2.2 in einem Winkel von ca. 30° angestellt sind. Für die Trennwand 2.2 ergibt sich somit ein z-förmiger Querschnitt Q.
Nach Figur 7c ist die Winkellage der Randteile 2.43-2.4^ in gleicher Weise ausgeführt wie in Figur 7b, wobei die Trennwand 2.2 einen s-förmigen Querschnitt Q aufweist. Die in der Trennwand 3.2 vorhandene Nut 3.3 verläuft ebenfalls s-förmig. Sie reicht entweder bis zu der Halbschale 2a, 2b (linke Bildhälfte) oder ist mit Abstand zur Halbschale 2a, 2b versehen (rechte Bildhälfte) , wobei in einer so gebildeten Nut-Lücke L die Trennwand 2.2 auf der Trennwand 3.2 ohne seitliche Führung durch die Nut 3.3 bzw. die Nutschenkel 3.3n aufsitzen kann.
Nach Ausführungsbeispiel Figur 8 sind für die jeweilige Ausnehmung AI die verschiedesten Formen mit unterschiedlichen Breiten bA vorgesehen. Alternativ zu der kreis- bzw. halbkreisförmigen Form aus den Ausführungsbeispielen Figur 4a, 4b, 5 und 6 sind auch Formen mit einer Hinterschneidung H wie nach Figur 8 bei den Positionen 2, 5, 6 und 8 vorgesehen. Die Ausnehmung AI der Position 1 weist eine gleichbleibende Breite bA auf, während die Ausnehmungen der Positionen 3, 4 und 7 eine Breite bA, die mit Bezug zur Strömungsachse S2, S3 kontinuierlich größer wird. Die Ausnehmungen AI mit Hinterschneidung H gemäß Positionen 2, 5, 6 und 8 weisen dementsprechend mit Bezug zur Strömungsachse S2, S3 eine Verringerung der Breite bA, also eine Verjüngung auf.
Nach dem Ausführungsbeispiel Figur 9 weist der Nutgrund 3.3G ebenfalls eine Profilierung auf, die der Profilierung der Stirnfläche 2.2s der Trennwand 2.2 entspricht. In den Bereichen, in denen die Trennwand 2.2 die jeweilige Ausnehmung AI, A2 aufweist, ist am Nutgrund 3.3G eine entsprechende Erhöhung El, E2 vorgesehen. Die Aussparungen AI, A2 und die jeweiligen Erhöhungen El, E2 sind dabei derart ausgebildet, dass in radialer Richtung ein Mindestabstand a von 0,1 mm in jedem Betriebszustand der Abgasanlage 1 gewährleistet ist, so dass die aufgrund thermischer Belastung entstehenden Verformungen und Relativbewegungen, insbesondere in radialer Richtung, gewährleistet sind . Bezugs zeichenliste
1 Abgasanlage
2 Krümmer
2a erste Schale, Halbschale
2b zweite Schale, Halbschale
2c dritte Schale
2.1 Abgasstutzen, Abgasauslassstut
2.2 Trennwand, Teilungsblech
2.2s Stirnfläche
2.3 Abflachung
2.4a Randteile
2.4aA Randteile
2.4b Randteile
2.4by Randteile
2.5 Fase
2.6a Innenseite
2.6b Innenseite
2.7 Fase
3 Abgasführungselement
3.1 Abgasrohrstutzen, Stutzen
3.1a stirnseitige Anlagefläche
3.1s Stirnfläche des Rohrstutzens
3.2 Trennwand, Teilungswand
3.2s Stirnfläche
3.3 Nut
3.3G Nutgrund
3.3n Nutschenkel
3.4 Gehäusewand
3.5 Vertiefung, Absatz
3.6 Fase
3.6Λ Fase
α Winkel
a Abstand AI Aussparung
A2 Aussparung
A2a Abgaskanal
A2b Abgaskanal
A3a Abgaskanal
A3b Abgaskanal
aK Abstand zwischen K & 3.3G
aR Abstand zwischen Rl & R2
b Breite von 3.3
bA Breite von AI, A2
b Breite von K
bR Breite von Rl & R2
b2 Breite von 3.2
b3 Breite von 3.5
d Dicke von 2.2 bei 2. 3
di2 Innendurchmesser von 2.1
di3 Innendurchmesser von 3.1
El Erhöhung
E2 Erhöhung
G Geometrieachse
hA Höhe der Abflachung
H Hinterschneidung von AI, A2
K Kernsegment
L Lücke
1K Länge von K
1R Länge von Rl & R2
13 Länge von 3.3
P Pfeil (Anlage 3.2 an 2a, 2b)
Q Querschnitt
r Radius von Übergang zwischen Rl, R2 & K ra Radius von AI, A2
Rl Randsegment, Zapfen
R2 Randsegment, Zapfen S2 Strömungsachse
S3 Strömungsachse
tN Tiefe von 3.3
Ui3 Innenumfang von 3.4
ZI Zylinderanschlussrohr, Krümmerrohr
Z2 Zylinderanschlussrohr , Krümmerrohr
Z3 Zylinderanschlussrohr , Krümmerrohr
Z4 Zylinderanschlussrohr, Krümmerrohr

Claims

Patentansprüche
Abgasanlage (1) für eine Kolbenbrennmaschine bestehend aus einem Krümmer (2) mit mehreren Krümmerrohren Z1-Z4 und einem Abgasstutzen (2.1) sowie einem Abgasführungs¬ element (3) mit einem Abgasrohrstutzen (3.1), das über den Abgasrohrstutzen (3.1) an den Abgasstutzen (2.1) anschließbar ist, wobei der Krümmer (2) und zumindest der Abgasrohrstutzen (3.1) des Abgasführungselements (3) je eine Trennwand (2.2, 3.2) aufweisen, die jeweils zwei getrennte Abgaskanäle A2a, A2b, A3a, A3b mit je einer Strömungsachse S2, S3 bildet und die im Bereich des Stutzens (2.1, 3.1) eine quer zur Strö¬ mungsachse S2 verlaufende Stirnfläche (2.2s, 3.2s) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Stirnfläche (2.2s) des Krümmers (2) oder zumindest ein Randsegment Rl, ein Randsegment R2 und/oder ein Kernsegment K der Stirnfläche (2.2s) zumindest im warmen Zustand der Kolbenbrennmaschine gegen den Abgasrohrstutzen (3.1) in axialer Richtung zumindest teilweise anliegt.
Abgasanlage (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Kernsegment K gegen die Trennwand (3.
2) und/oder das jeweilige Randsegment Rl, R2 gegen eine Anlagefläche (3.1a) der Stirnseite des Rohrstut¬ zens (3.1) anliegt.
3. Abgasanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Stirnfläche (2.2s, 3.2s) ein in Richtung der Strömungsachse S2, S3 oder einer Geometrieachse G ver¬ laufendes bogen- oder wellenförmiges Profil mit ein bis zehn oder mehreren Aussparungen AI, A2 aufweist oder profiliert ausgebildet ist.
4. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Randsegmente Rl, R2 der Trennwand (2.2) im Be¬ reich der Stirnfläche (2.2s) in radialer Richtung außen liegen und das Kernsegment K durch die Randsegmente Rl, R2 begrenzt ist, wobei die Aussparung AI, A2 zwischen dem Kernsegment K und dem jeweiligen Randsegmente Rl , R2 vorgesehen ist.
5. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Randsegmente Rl, R2 einen Abstand aR aufweisen und der Abstand aR einem Innendurchmesser di2 des Abgasstutzens (2.1) entspricht.
6. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Stirnfläche (3.2s) der Trennwand (3.2) des Ab¬ gasrohrstutzens (3.1) eine als Verbindungselement dienende Nut (3.3) der Länge 13 mit einem Nutgrund (3.3G) aufweist, in die die andere Stirnfläche (2.2s) der Trennwand (2.2) des Krümmers (2) zum Verbinden der Trennwände (2.2, 3.2) einsteckbar ist, wobei die Län¬ ge 13 einem Innendurchmesser di3 des Abgasrohrstutzens (3.1) entspricht.
7. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Trennwand (3.2) zumindest im Bereich der
Nut (3.3) eine Breite b2 zwischen 1 mm und 7 mm aufweist .
8. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Abgasrohrstutzen (3.1) eine Gehäusewand (3.4) mit einem Innenumfang Ui3 aufweist und in einer Stirnseite der Gehäusewand (3.4) über den Innenumfang Ui3 eine in Richtung der Strömungsachse S2, S3 verlaufende, eine Anlagefläche (3.1a) bildende Vertiefung (3.5) mit einer Breite b3 vorgesehen ist.
Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Nutgrund (3.3G) mit Bezug zur Strömungsachse S2, S3 zumindest teilweise auf der Höhe der Stirn¬ fläche (3.1s) oder der Anlagefläche (3.1a) vorgesehen ist .
Abgasanlage (1) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das jeweilige Randsegment Rl, R2 und/oder die Trennwand (2.2) und/oder die jeweilige Halbschale (2a, 2b) des Abgasstutzens (2.1) im kalten Zustand stirnseitig innerhalb der Vertiefung (3.5) des Abgasrohrstutzens (3.1) in Richtung der Strömungsachse S2, S3 dichtend gegen die Anlagefläche (3.1a) des Abgasrohrstutzens (3.1) anliegt.
Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Trennwand (2.2) dicker ausgebildet ist als ei¬ ne Breite b der Nut (3.3), wobei die Trennwand (2.2) im Bereich der Stirnfläche (2.2s, 3.2s) eine Abflachung (2.3) mit einer Dicke d aufweist, wobei die Di¬ cke d entweder gleich der Breite b der Nut (3.3) ist oder kleiner ist als die Breite b der Nut (3.3).
Abgasanlage (1) nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Abflachung (2.3) in Richtung der Strömungsachse S2, S3 eine Höhe hA aufweist, wobei die Trennwand (2.2) mit 5 % bis 70 %, mit 10 % bis 50 % oder mit 30 % der Höhe hA in die Nut (3.3) eingesteckt ist.
13. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Nutgrund (3.3G) in Richtung der Strömungsachse S2, S3 oder einer Geometrieachse G profiliert ausgebildet ist und/oder dessen Profilierung dem Profil der Stirnfläche (2.2s) entspricht.
14. Abgasanlage (1) nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in radialer Richtung zur Strömungsachse S2, S3 ein Abstand a zwischen dem Nutgrund (3.3G) und der Stirn¬ fläche (2.2s) von mindestens 0,1 mm bis 0,3 mm vorgesehen ist.
15. System bestehend aus einem drei- oder mehrschaligen Abgaskrümmer (2) und einem daran angekoppelten, als Ab- gasturbine ausgebildeten Abgasführungselement (3), wo¬ bei im Abgaskrümmer (2) und zumindest in dem Abgasrohrstutzen (3.1) der Abgasturbine (3) die Abgaskanäle A2a, A3a von den Abgaskanälen A2b, A3b durch die mittels der Nut (3.3) verbundenen Trennwände (2.2, 3.2) bis auf Undichtigkeiten in einer Größe von maximal 0,05 bis 1 mm oder 0,1 mm bis 0,3 mm voneinander gegen Gasaustauch getrennt sind.
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