DE3344950A1

DE3344950A1 - Kompaktes frischgas-eintrittssystem fuer motoren mit kombinierter aufladung

Info

Publication number: DE3344950A1
Application number: DE19833344950
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Kubis
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1983-12-13
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1985-06-20
Also published as: SE8406193L; JPS60198333A; HUT39225A; GB2153430A; US4625686A; DE3344950C2; IT1178667B; ZA849659B; IT8423838A0; HU192632B; GB8431530D0; FR2561310A1; IT8423838A1; SE457981B; JPH0530968B2; GB2153430B; SE8406193D0

Description

üb-gr

M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 25. November 1983

Kompaktes Frischgas-Eintrittssystem für Motoren mit kombinierter Aufladung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Frischgas-Leitungssystem für turbogeladene Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotoren, welches zwischen den Einlaßkanälen der Zylinder und der Aufladevorrichtung angeordnet ist, bestehend aus zwei Resonanzbehältern, die jeweils einzeln mit den Einlaßkanälen dreier benachbarter "Zylinder in Verbindung stehen und deren Einzelvolumen mehr als die Hälfte, jedoch weniger als das Zehnfache des Gesamtvolumens der drei am jeweiligen Resonanzbehälter angeschlossenen Zylinder beträgt, wobei zu jedem Resonanzbehälter ein mit seiner Austrittsöffnung einmündendes Resonanzrohr gehört, welches mit seiner Einströmöffnung mit der Druckseite der Aufladevorrichtung in Verbindung steht und dessen Wirklänge mindestens das Achtfache des Durchmessers eines Kreises mit einem dem Rohrquerschnitt äquivalenten Kreisquerschnitt beträgt und wobei die jeweiligen Resonanzbehälter mit den dazugehörigen Resonanzrohren sich in derselben Richtung wie die Motorlängsachse erstrecken.

Frischgas-Leitungssysteme mit einer Kombination von

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Abgas-Turboaufladung _und Resonanz-Aufladung sind bekannt (DE-PS 22 45 732). Sie bestehen aus einem von der Aufladegruppe beaufschlagten Ausgleichsbehälter, von dem das Frischgas über zwei Resonanzrohre zu den die Einlaßkanäle jeweils - dreier benachbarter Zylinder verbindenden Resonanzbehältern geführt wird. Derartige Systeme haben folgende Nachteile:

- Durch die getrennte Anordnung von Ausgleichsbehälter und Resonanzrohren von den am Zylinderkopf verschraubten Resonanzbehältern entstehen neben den erforderlichen schwingungsfesten und teueren Halterungen vier Dichtstellen, die das Resonanzsystem nach außen abdichten müssen. Diese Dichtstellen sind aufwendig, da sie bei der üblichen Einleitung der ölhaltigen Motorentlüftungsgase in das Frischgassystem sowohl gas- als auch öldicht sein müssen.

- Der außenliegende Ausgleichsbehälter und die außenliegenden Resonanzrohre nehmen einen großen Bauraum in Anspruch und beeinträchtigen erheblich die im Interesse universeller Einbaueignung dringend erwünschte Kompaktheit der Motor-Peripherie.

- Die außenliegenden Resonanzrohre vergrößern die Geräuschabstrahlung, was auch im Hinblick auf die Erfüllung gesetzlicher Auflagen zur Begrenzung der Geräuschemission unerwünscht ist.

- Die außen liegenden Resonanzrohre müssen im allgemeinen in mehreren Ebenen gebogen werden, um diese im beengten Raum zwischen Resonanz- und Ausgleichsbehälter unterzubringen. Das Biegen ist teuer und problematisch,

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zumal im Hinblick auf die hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Resonanzrohrinneren keinerlei Faltenbildung zulässig ist.

Zur Vermeidung vorgenannter Nachteile werden daher Systeme entwickelt, bei denen Ausgleichsbehälter, Resonanzrohre und resonanzbehälter zu einer Baueinheit kombiniert sind, wobei die Resonanzrohre im allgemeinen in dem sich in

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Motorlängsrichtung über beide Resonanzbehälter erstreckenden, integrierten- Ausgleichsbehälter untergebracht werden. Ein derartiges System ist aus der DE-PS 26 21 638 bekannt.

Systeme dieser Art sind unter anderem infolge; des notwendigen Ausgleichsbehälters kompliziert. Im Interesse geringen Bauvolumens müssen die integrierten Resonanzrohre mit engen, noch dazu in den konisch erweiterten Mündungsbereich übergehenden Krümmungen ausgeführt werden, die meist nur als Gußteil hergestellt werden können, so daß die Resonanzrohre - wenn man in ganzer Länge gegossene Rohre aus Gründen zu rauher Oberflächen, großer Strömungsverluste und erheblicher Komplizierung des integralen Gußteiles ausschließt - aus gezogenem Rohr und Grußkrümmern mit erheblichem Aufwand "gebaut" werden müssen. Feraer sind die Einbringung und schwingungsfeste Halterung der so dargestellten Resonanzrohre im Innern der Baueinheit aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes mit geringen Strömungsverlusten behaftetes Frischgas-Eintrittssystem zu entwickeln, welches auf einen externen oder integrierten Ausgleichsbehälter ganz verzichtet und bei dem die Einbringung der Resonanzrohre in die Baueinheit sowie die Zuführung des Frischgases erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsbildenden System gemäß der DE-PS 26 21 638 dadurch gelöst, daß mindestens ein Resonanzbehälter eine derartige Länge aufweist, daß er sich über alle in Reihe liegenden Einlaßkanalöffnungen

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sämtlicher Zylinder hinwegerstreckt und daß das von der Aufladevorrichtung kommende Frischgas über eine Zuführeinrichtung in Form eines Deckels in die Resonanzrohre gelangt.

Gemäß der Erfindung erstreckt sich also zumindest ein, im Regelfall beide Resonanzbehälter über die durch alle sechs Einlaßkanalöffnungen der in Reihe liegenden Zylinder gebildete Länge hinweg. Dabei erfolgt die Zuführung des vom Turbolader verdichteten Frischgases über einen strömungsgünstig ausgebildeten Deckel. Dieser kann entweder als gemeinsamer Zuführdeckel für beide Resonanzrohre bzw. Resonanzbehälter oder je als getrennter Zuführdeckel für die einzelnen Resananzrohre bzw. Resonanzbehälter ausgebildet sein. Im ersten Falle sind die Einströmöffnungen der im Innern der Resonanzbehälter verlaufenden (vorzugsweise gerade ausgebildeten) Resonanzrohre auf der gleichen Seite nebeneinander angeordnet; im zweiten Falle liegen sich die Einströmöffnungen gegenüber.

In vorteilhafter Weise sind die beiden Resonanzbehälter zu einem Resonanzkasten bzw. Resonanzgehäuse vereinigt. Dadurch ergibt sich eine möglichst kompakte Bauweise. Natürlich ist es auch möglich, zwei über alle sechs Einlaßkanalöffnungen hinwegführende Resonanzbehälter als völlig voneinander getrennte Gußteile auszubilden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung liegt bzw.'.liegen-· der oder die Zuführdeckel parallel zu den Einströmöffnungen der Resonanzrohre entweder auf der Eintrittsseite des die beiden 'Resonanzbehälter vereinigenden integralen Resonanzkastens oder den jeweiligen Resonanzbehältergehäusen gasdicht auf.

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In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Unterteilung des Resonanzkastens in die beiden Resonanzbehälter mit Hilfe einer gemeinsamen Trennwand« Um zwei Resonanzbehälter gleichen Volumens und gleicher Länge zu erhalten₍ kann die Trennwand über die Länge aller sechs Öffnungen der Einlaßkanäle und parallel zur Motorlängsachse hinweg verlaufen. Dabei wird die Trennwand jeweils so um die Einlaßkanalöffnungen herumgeführt, daß der jeweilige Resonanzbehälter mit den drei zugehörigen Einlaßkanälen zu den jeweils benachbarten Zylindern in Verbindung steht»

Die Trennwand kann aber auch - wenn konstruktive Gründe dies erfordern - so geführt werden, daß sie nur teilweise parallel zur Motorlängsachse verläuft und später dann quer zur Motorlängsrichtung. Dadurch ergeben sich zwei Resonanzbehälter verschiedener Größe, wobei eines der Resonanzrohre ganz im zugehörigen Resonanzbehälter und das andere Resonanzrohr durch beide Resonanzbehälter läuft. Das durch beide Resonanzbehälter verlaufende Resonanzrohr wird dabei in der Trennwand mit Hilfe eines Schiebesitzes gelagert und abgedichtet. Hierbei könnten auch leicht gekrümmte Resonanzrohre vorgesehen werden, falls dies aus konstruktiven Gründen zwingend notwendig sein sollte.

Zur Erzielung geringer Strömungsverluste sind die Einström- und Ausströmöffnungen der Resonanzrohre trichterförmig erweitert und verrundet. Außerdem sind die sich über alle sechs Einlaßkanalöffnungen erstreckenden Resonanzbehälter im Strömungsumlenkbereich an den Ausströmöffnungen der Resonanzrohre gegenüber dem Bereich nach erfolgter Strömungsumkehr, wo die Resonanzbehälter im Interesse kompakter Bauart eng um die integrierten Resonanzrohre herumgeführt werden, querschnittserweitert.

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Die Befestigung der Resonanzrohre erfolgt zwecks Ausgleich von Wärmedehnungen und zwecks Vermeidung von Wärmespannungen auf einfache Weise dadurch, daß diese im Bereich ihrer Einströmöffnungen mit einem Schiebesitz im Resonanzkasten bzw. den Resonanzbehältern gelagert sind und im Bereich ihrer Ausströmöffnungen durch einen Festsitz mit den entsprechenden Resonanzbehältern verbunden sind. Dabei kann der Festsitz als einfache Schraubverbindung ausgebildet sein.

Die Erfindung ist nicht nur auf reine, Sechszyiindermotoren beschränk^ sondern kann genauso für jede der beiden Zylinderreihen von V12-Motoren Anwendung finden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt gemäß der Linie I-I der Figur 2 durch eine erste Ausführungsform des Frischgas-Leitungssystems bei einem Sechszylinder-Reihen-Motor

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Figur 1 mit teilweiser Darstellung des dritten Zylinders

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III der Figur 1 durch das Frischgas-Leitungssystem im Bereich der ausströmseitigen Befestigung der Resonanzrohre in den Resonanzbehältern

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Fig. 4 eine zweite Äusführungsform des Frischgas-Leitungssystems

Fig. 5 eine dritte Äusführungsform des Frischgas-Leitungssystems

Fig. 6 eine genauere Darstellung der Befestigungsart der Resonanzrohre in den Resonanzbehältern (siehe auch Figur 3).

Gemäß den Figuren 1 bis 3 ist ein Frischgas-Leitungssystem zwischen den Einlaßkanälöffnungen 1 bis 6 (bzw. Einlaßkanälen 18) eines Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotors und der Druckseite eines Turboladers 11 angeordnet. Das Leitungssystem besteht aus den Resonanzbehältern 7 und 8, in welchen die Resonanzrohre 9 und 10 angeordnet sind. Die Resonanzbehälter 7, 8 sind dabei als integrales Gußteil 15 ausgebildet und erstrecken sich über alle^in Reihe liegenden Einlaßkanalöffnungen 1 bis 6 sämtlicher Zylinder hinweg^ ο

Die Unterteilung der im Resonanzkasten 15 vereinigten _ Resonanzbehälter 7 und 8 erfolgt mit Hilfe einer gemeinsamen (Trenn·) Wand 19. Diese verläuft parallel zur Motorlängsachse ebenfalls über die Länge aller sechs Einlaßkanalöffnungen 1 bis 6 hinweg und wird jeweils so um die Einlaßkanalöffnungen 1 bis 6 herumgeführt, daß der Resonanzbehälter 7 mit den Einlaßkanalöffnungen 4 bis 6 und der Resonanzbehälter 8 mit den Einlaßkanalöffnungen 1 bis 3 der dazugehörigen benachbarten Zylindern in Verbindung steht. Der Rauminhalt der Resonanzbehälter ist größer als das halbe Gesamthubvolumen der jeweils angeschlossenen Zylinder,.jedoch kleiner als dessen zehnfacher Betrag. Außerdem ist jeweils die Länge der Resonanzrohre größer als das Ächtfache der jeweiligen Innendurchmesser.

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Die Zuführung des vom Turbolader 11 verdichteten Frischgases in die Resonanzrohre 9, 10 (vergleiche Strömungspfeile 28) erfolgt über einen Zuführungsdeckel 12, welcher unmittelbar parallel zu den Einströmöffnungen 16 der Resonanzrohre 9, 10 auf der Eintrittseite des Resonanzkastens 15 gasdicht aufliegt. Der Zuführungsdeckel hat dabei eine zur Erzielung verlustarmer Strömung geeignete Formgebung. Die Resonanzbehälter 7, 8 sind im Strömungsumlenkbereich im Bereich der Ausströmöffnungen 17 der Resonanzrohre 9 und 10 gegenüber dem Bereich nach erfolgter Strömungsumkehr (vergleiche Strömungsverlauf 29a und 29b), querschnittserweitert. Außerdem sind die Ein- und Ausströmöffnungen 16, 17 der Resonanzrohre 9, 10 trichterförmig erweitert.

Die Befestigung der Resonanzrohre 9, 10 in den Resonanzbehältern 7, 8 erfolgt auf einfache Weise dadurch, daß diese im Bereich ihrer einseitig angeordneten Einströmßffnungen 16 mit einem Schiebesatz 25 im Resonanzkästen 15 gelagert sind und an den gegenüberliegenden Enden jeweils mit den Resonanzbehältern 7, 8 verschraubt sind (Festsitz 27) .

Bei der in der Figur 4 dargestellten Ansführungsform des Frischgas-Leitungssystems verläuft die Trennwand

20 zuerst parallel und dann später quer zur Motorlängsrichtung. Dabei erstreckt sich nur ein Resonanzbehälter 22 über die durch die Einlaßkanalöffnungen 1 bis 6 aller Zylinder gebildete Länge hinweg, während sich der andere Resonanzbehälter 21 nur über die Einlaßkanalöffnungen 4 bis 6 der drei benachbarten Zylinder erstreckt. Bei dieser Variante ist das Resonanzrohr 23 teilweise im Resonanzbehälter 22 und teilweise im Resonanzbehälter

21 untergebracht und ist in der Trennwand 20 in einem

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Schiebesitz 26 gelagert und abgedichtet. Der sich über alle sechs Einlaßkanalöffnungen 1 bis 6 erstreckende Resonanzbehälter 22 ist wiederum, im Bereich der Ausströmöffnung 17 des Resonanzrohres 24 querschnittserweitert. Außerdem geht aus dieser Figur auch hervor, daß grundsätzlich auch leicht gekrümmte Resonanzrohre (vergleiche R<asanaazronrj 24) vorgesehen werden können, falls dies aus konstruktiven Gründen notwendig sein sollte.

Eine dritte Ausführungsform ist in der Figur 5 dargestellt. ^<i<°™^s Bei dieser Variante befinden sich die gegenüberliegenden Einströmöffnungen 16 der Resonanzrohre 9, 10 auf der vorderen und hinteren Stirnseite des Resonanzkastens 15, und die Zuführung des durch die Turbolader 11a,11b verdichteten Frischgases (vergleiche Strömungspfeile 28a, und 28b) erfolgt über die Zuführdeckel 13 und 14. Auch liegt jeweils für jedes Resonanzrohr 9, 10 ein Schiebesitz 25a, 25b vor,

Die Fig. 6 zeigt Einzelheiten der Verschraubung 27'der Resonanzrohre mit den Resonanzbehältern, welche im Bereich der Ausströmöffnungen der Resonanzrohre vorliegt.

Abschließend ist zu erwähnen, daß das vorgeschlagene Frischgas-Eintrittssystem auch für jede der beiden Zylinderreihen von V12-Motoren anwendbar ist. Da dieses System auf einen Ausgleichsbehälter vollständig verzichtet, wird das Gußteil des Resonanzkastens 15 erheblich vereinfacht und verbilligt.

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Claims

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M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 25. November 1983

Patentansprüche

ί1.yFrischgas-Leitungssystem für turboaufgeladene Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotoren , welches zwischen den Einlaßkanälen der Zylinder und der Aufladevorrichtung angeordnet ist, bestehend aus zwei Resonanzbehältern, die jeweils einzeln mit den Einlaßkanälen dreier benachbarter Zylinder in Verbindung stehen und deren Einzelvolumen mehr als die Hälfte, jedoch weniger als das Zehnfache des Gesamtvolumens der drei am jeweiligen Resonanzbehälter angeschlossenen Zylinder beträgt, wobei zu jedem Resonanzbehälter ein mit seiner Austrittsöffnung einmündendes Resonanzrohr gehört, welches mit seiner Einströmöffnung mit der Druckseite der Aufladevorrichtung in Verbindung steht und dessen Wirklänge mindestens das Achtfache des Durchmessers eines Kreises mit einem dem Rohrquerschnitt äquivalenten Kreisquerschnitt beträgt und wobei die jeweiligen Resonanzbehälter mit den dazugehörigen Resonanzrohren sich in derselben Richtung wie die Motorlängsachse erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Resonanzbehälter (7, 8, 22) eine derartige Länge aufweist, daß der sich über alle in Reihe liegenden Einlaß-

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kanalöffnungen (1 bis 6) sämtlicher Zylinder hinweg erstreckt und daß das von der Aufladevorrichtung (11, 11a, 11b) kommende Frischgas über eine Zuführeinrichtung in Form eines Deckels (12, 13, 14) in die
Resonanzrohre (9, 10, 23, 24) gelangt.

2. Frischgas-Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß als Zuführeinrichtung ein für beide Resonanzrohre (9, 10, 23, 24) bzw. Resonanzbehälter (7, 8, 22) gemeinsamer Zuführdeckel (12) dient, wobei die beiden Einströmöffnungen (16)
der Resonanzrohre (9, 10, 23, 24) auf einer Seite angeordnet sind.

3. Frischgas-Leitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Resonanzrohr (9, 10) bzw. jeden Resonanzbehälter (7, 8) ein separater
Zuführdeckel (13, 14) Anwendung findet, wobei die Einströmöffnungen (16) der Resonanzrohre (9,. 10)
gegenüberliegend angeordnet sind.

4. Frischgas- Leitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise
geraden Resonanzrohre (9, 10, 23) im Innern der
Resonanzbehälter <7, 8, 21, 22) verlaufen.

5. Frischgas -Leitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Resonänzbehälter (7, 8, 21, 22) zu einem Resonsanzkasten
bzw. Resonanzgehäuse (15) vereinigt sind.

6. Frischgas-Leitungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß die beiden Resonanzbehälter (7, 8) als völlig voneinander getrennte Gehäuse ausgebildet sind, die je für sich am Motor befestigt sind.

7, Frischluf t-^Leitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Zuführdeckel (12,13,14) parallel zu den Einströmöffnungen (16) der Resonanzrohre (9, 10, 23, 24) entweder auf der Eintrittsseite des die beiden Resonanzbehälter vereinigenden integralen Resonanzkastens (15) oder den jeweiligen Resonanzbehältergehäusen gasdicht aufliegt bzw. aufliegen.

ο Frischluf t-rLeitungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Resonanzbehälter (7, 8, 21, 22) eine gemeinsame Wand (Trennwand 19, 20) aufweisen, die den Resonanzkasten (15) in die beiden Resonanzbehälter (7, 8, 21, 22) unterteilt.

9. Frischgas-Leitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (19) zwischen den Resonanzbehältern (7, 8) parallel zur Motorlängsachse über die Länge aller sechs Öffnungen (1 bis 6) der Einlaßkanäle (18) hinwegverläuft und jeweils so um die Einlaßkanalöffnungen (1 bis 6) herumgeführt wird, daß der jeweilige Resonanzbehälter (7, 8) mit den drei zugehörigen Einlaßkanälen (18) zu den jeweils benachbarten Zylindern in Verbindung steht.

10. Frischgas-Leitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (20) wenigstens teilweise parallel zur Motorlängsachse verläuft

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und dabei nur einen Resonanzbehälter (21) voll umschließt, wobei das eine Resonanzrohr (24) ganz im zugehörigen Resonanzbehälter (22) und daß andere Resonanzrohr (23) durch beide Resonanzbehälter (21,22) läuft und dabei die Trennwand (20) im Bereich ihres quer zur Motorlängsrichtung verlaufenden Abschnittes an einer Dichtstelle (Schiebesitz 26) durchstößt»

11. Frischgas -Leitungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einström- und Ausströmöffnungen (16, 17) der Resonanzrohre (9, 10, 23, 24) trichterförmig aufgeweitet sind.

12. Frischgas-Leitungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sich über alle sechs Einlaßkanalöffnungen erstreckenden Resonanzbehälter (7, 8, 22) im Bereich der Strömungsumlenkungen an den Ausströmöffnungen (17) der Resonanzrohre (9, 10, 24) einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisen als im Bereich der Parallelströmung nach beendeter Strömungsumkehr.

13. Frischluft-Leitungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzrohre (9,\10_Ϋ 23, 24) im Bereich ihrer Einströmöffnungen (16) mit einem Schiebesitz (25, 25a, 25b) im Resonanzkasten (15) bzw. Resonanzbehälter (7, 8) gelagert sind und im Bereich ihrer Ausströmöffnungen (17) durch einen Festsitz (27) mit den entsprechenden Resonanzbehältern <7, 8, 21, 22) verbunden sind.

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14. Frischluft-Leitungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Festsitz (27) als einfache Schraubenverbindung ausgebildet ist.

ο Frischluft -Leitungssystem nach den Ansprüchen 1

bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es auch für

jede der beiden Zylinderreihen von Vi2-Motoren Anwendung findet.

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