DE102018007999A1 - Hohes zweiflutiges Guss-Abgassammelrohr mit separierten Kanälen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und wenigstens einem Zylinderkopf mit mindestens sechs entlang der Längsachse des Zylinderkopfes angeordneten Zylindern, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aufweist, an die sich Abgasleitungen anschließen, und die Abgasleitungen von wenigstens je drei Zylindern des Zylinderkopfes unter Ausbildung von mindestens zwei getrennt voneinander verlaufenden Abgasrohrkanälen (1) zu einer Gesamtabgasleitung (2) bzw. zu einem Flansch (3) zusammenführen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein zweiflutiges Sechszylinder-Guss-Abgassammelrohr mit separierten Kanälen.
• Im Landtechnikbereich werden Motoren gefordert, welche eine besonders schmale Einbaugröße vorweisen. Die Abgasturbolader werden aus diesem Grund von der Position seitlich neben dem Motor auf eine Position oberhalb des Motors verschoben.
• Versuche, die Abgasübergabe zur Motoroberseite aus einem einzigen Gussbauteil zu realisieren, zeigen diverse Schwierigkeiten auf, insbesondere bei erforderlichen zweiflutigen Abgasleitungen, welche durch die hohe ATL-Position dann einen besonders langen dünnen und zweiflutigen Hals haben. Es entsteht ein Zielkonflikt zwischen der aufgrund der hohen dynamischen Belastung erforderlichen Verrippung (um den Turbolader schwingungstechnisch abzusichern) und den thermomechanischen Eigenspannungen. Um diesen Zielkonflikt zu umgehen, wurde die Abgasverrohrung dorthin mit zusätzlichen, z. B. auf der Ladeluftleitung oder dem Zylinderkopf gelagerten, Konsolen realisiert. Neben den höheren Kosten aufgrund mehrerer Bauteile gibt es die nachfolgenden Nachteile, wie zusätzliche Schnittstellen und damit ein erhöhtes Leckagerisiko, Mehrkosten in Montage und Logistik aufgrund der höheren Bauteilzahl sowie eine große Toleranzkette, welche kostentechnische Nachteile sowie montagetechnische und funktionale Risiken birgt.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassammelrohr zu schaffen, das die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und wenigstens einem Zylinderkopf mit mindestens sechs entlang der Längsachse des Zylinderkopfes angeordneten Zylindern, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aufweist, an die sich Abgasleitungen anschließen und die Abgasleitungen von wenigstens je drei Zylindern des Zylinderkopfes unter Ausbildung von mindestens zwei integrierten Abgasrohrkanälen zu einer Gesamtabgasleitung bzw. zu einem Flansch zusammenführen, geschaffen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung näher erläutert, sowie in den Bildern 1 bis 4 dargestellt, denen auch weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen:
• 1: ursprüngliches Design
• 2: Prinzipskizze Ausführung gemeinsamer Leitungsverlauf
• 3: Prinzipskizze Ausführung separierter Leitungsverlauf
• 4: zweiflutiges Abgasrohr eines Sechszylindermotors mit Vollmaterialverbindung zwischen Abgasrohranschluss für die Zylinder drei und vier.
• Als Lösung für die Trennung der Abgasrohrkanäle (1) wurde ein Abgasrohrdesign entwickelt, welches einteilig mit getrennten Kanälen bis kurz vor der Turbolader-Flanschfläche ausgeführt ist. Hierbei profitieren die voneinander separierten Abgasrohrkanäle (1) von der wesentlich geringeren Bauteiltemperatur, da sich die beiden Kanäle keine bzw. kaum eine gemeinsame Innenwand teilen müssen. Diese gemeinsame Innenwand heizt sich durch den Temperaturstau im Rohr nämlich sehr stark auf und gilt daher als kritischste Stelle. Durch die reduzierte Materialtemperatur bei gleichbleibender Abgastemperatur erhöhen sich die Festigkeitswerte des Materials. Die Verrippung, welche zur Schwingungsabsicherung des Turboladers erforderlich ist, kann aus diesem Grund wesentlich kleiner ausfallen. Die reduzierten Rippen wiederum begünstigen selbst nochmals die thermomechanische Festigkeit des Abgasrohres, was zu weiteren Materialeinsparungen führt. Der Zielkonflikt zwischen thermomechanischer (low cycle fatigue) und dynamischer (high cycle fatigue) Festigkeit wird somit stark entschärft. Symmetrie: Der gesamte Aufbau des Abgasrohres wird möglichst symmetrisch ausgeführt. Das führt dazu, dass der Turboladerflansch mittig zwischen Zylinder 3 und 4 sitzt. Hierdurch vermeidet man einen S-förmigen und damit spannungstechnisch ungünstigen Hals, wie dies in Bild 1 dargestellt wird. Ausgeprägte S-Formen des Halses sorgen für erhöhte Biegespannungen unter Temperatureinfluss. Weiterhin ist der Leitungsverlauf des Abgases aus den Querstegen der Segmente der Zylinder 1 - 3 und 4 - 6 nach oben zum Turbolader nicht mittig zwischen Zylinder 3 und 4, sondern jeweils einen Zylinder nach außen versetzt, also zwischen Zylinder 2 und 3 sowie zwischen Zylinder 4 und 5, wie dies in 3 gezeigt wird. Dies ermöglicht, neben dem größeren Abstand der Leitungen zueinander, auch, dass die Rippen ohne großen Aufwand an insgesamt vier, statt wie sonst üblich zwei Zylinderkopfflanschen angebunden werden können. Die erforderliche Steifigkeit für Fertigung, Handling und Montage wird durch einen dünnen Vollmaterial-Verbindungssteg 4 zwischen den Segmenten der Zylinder 1 - 3 und 4 - 6 realisiert. Der Vollmaterial-Verbindungssteg 4 hat einen positiven Einfluss auf die Temperaturdehnung und den gesamten wärmebedingten Verzug des Bauteils. Die Wärmeausdehnung ist auch durch die geringere Bauteiltemperatur niedriger, wodurch die Abgasleitung komplett einteilig ausgeführt werden kann. Es entfallen somit mehrteilige axial verschiebbare und untereinander abzudichtende Teilstücke der Abgasleitung, wodurch die Kosten weiter gesenkt werden können.
• Bezugszeichenliste

1

Abgasrohrkanäle

2

Gesamtabgasleitung

3

Flansch

4

Vollmaterial-Verbindungssteg

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und wenigstens einem Zylinderkopf mit mindestens sechs entlang der Längsachse des Zylinderkopfes angeordneten Zylindern, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aufweist, an die sich Abgasleitungen anschließen, und die Abgasleitungen von wenigstens je drei Zylindern des Zylinderkopfes unter Ausbildung von mindestens zwei getrennt voneinander verlaufenden Abgasrohrkanälen (1), die zum Zwecke der Reduktion thermomechanischer Spannungen erst kurz vor dem Flansch (3) zu einer Gesamtabgasleitung (2) zusammengeführt werden.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3) zur Aufnahme des Turboladers geeignet ist.
3. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turboladerflansch mittig zwischen Zylinder 3 und 4 angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrohrkanäle (1) insbesondere im Bereich zwischen den Zylindern 3 und 4 mittels eines Vollmaterial-Verbindungssteges (4) miteinander befestigt sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtabgasleitung (2) einteilig bzw. einstückig ausgeführt ist.

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