DE3743851C1 - Abgasleitung fuer eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Mit einer derartigen Anordnung wird verhindert, daß das heiße Abgas unmittelbaren Kontakt mit der flüssigkeitsgekühlten Umhüllung bekommt, wodurch der Wärmezufluß in das Kühlmittel klein gehalten wird.

Eine gattungsbildende Anordnung einer Abgasleitung ist aus dem DE-GM 80 13 256 bekannt. Mehrere flanschartig ausgebildete Vorsprünge sind über die Länge verteilt an jeder Längsseite der dünnwandigen Leitung angeordnet und liegen an einer korrespondierenden Flanschfläche der flüssigkeitsgekühlten Umhüllung an. Die Befestigung der Leitung erfolgt durch senkrecht zur Flanschfläche eingesetzte Schrauben. Die im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen der heißen Gase führen zu erheblichen Wärmedehnungsdifferenzen zwischen Leitung und Umhüllung, die nur zum Teil von der Befestigung kompensiert werden. Nicht kompensierbare Wärmedehnungen führen zu Zwangsdruckkräften, die nicht kalkulierbare Werkstoffbeanspruchungen zur Folge haben. Die Auswirkungen der Zwangsdruckkräfte überlagern sich mit den betriebsbedingten Beanspruchungen einer Brennkraftmaschine wie Vibration und Gaspulsation zu betriebsgefährdenden Beanspruchungen der Leitung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine betriebssichere Verbindung zwischen Leitung und flüssigkeitsgekühlter Umhüllung ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Nach Einbau der Leitung in die Umhüllung sind die Wandungsabschnitte zwischen den Vorsprüngen mindestens in Bereichen beiderseits der Querschnittebene der Schrauben durch Zugspannungen verformt. Die Verformung liegt in der Größenordnung der bei Betriebstemperatur zu erwartenden Wärmedehnung. Die im kalten Zustand erzeugte Verformung der Leitung geht bei Erwärmung zurück, wobei die Zugspannungen abgebaut werden. Bei dieser gewissermaßen programmierten Wärmedehnung der Leitung ist die Gefahr von unkalkulierbaren Werkstoffbeanspruchungen durch Zwangskräfte vermieden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Erzeugung der Leitungsverformung zwangsläufig mit der Montage der Befestigungsmittel erfolgt, daß die Befestigungsmittel von außen kontrollierbar sind, daß sich das Untermaß, das die Verformung der Leitung ergibt, eindeutig bei der Montage messen läßt, daß sich eine kostengünstige Herstellung der Leitungsbefestigung ergibt.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Teilquerschnitt einer Abgasturbine mit einer Abgasleitung im Abgasaustritt nach Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 Schnitt durch die Befestigungsebene der Leitung nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 Ausschnitt einer Abgasleitung mit eingefügtem Spannring nach Linie III-III in Fig. 4;

Fig. 4 Schnitt durch die Befestigungsebene der Leitung nach Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung im Abgasaustritt eines Zylinders nach Linie V-V in Fig. 6;

Fig. 6 Schnitt durch die Befestigungsebene der Leitung nach Linie VI-VI in Fig. 5.

Zwischen einer Abgasturbine 12 und einer Auspuffleitung 14 ist eine die heißen Abgase der Abgasturbine 12 aufnehmende Leitung 11 angeordnet (Fig. 1 und Fig. 2). Die dünnwandig ausgebildete Leitung 11 ist von einer flüssigkeitsgekühlten Umhüllung 13 umgeben, an der die Leitung 11 und die Auspuffleitung 14 befestigt sind. Die Verbindung zwischen Leitung 11 und Umhüllung 13 erfolgt am Austrittsende 15 der Leitung 11 durch vier radial und in einer Querschnittsebene angeordnete Schrauben 16. Die Wand der Leitung 11 ist in der Querschnittsebene entsprechend der Umfangsverteilung der Schrauben 16 mit linsenförmigen Vorsprüngen 17 ausgestattet, die jeweils ein den Schrauben 16 entsprechendes Mutterngewinde aufweisen.

Im Montageanfangszustand, wenn die Leitung 11 in die Umhüllung 13 eingeschoben ist, weist die Leitung 11 im Bereich jedes Vorsprungs 17 ein radiales Untermaß auf. Durch die in die Mutterngewinde der Vorsprünge 17 eingreifenden und fest angezogenen Schrauben 16 wird die Leitung 11 unter Verformung ihrer Querschnittskontur im Bereich jedes Vorsprungs 17 gegen die Umhüllung gezogen. Das ursprünglich vorhandene radiale Untermaß ist danach nicht mehr vorhanden. Dafür ist die Leitung 11 in der Querschnittsebene der Schrauben 16 in den Wandungsabschnitten zwischen den Vorsprüngen 17 zu der in Fig. 2 mit vollen Linien dargestellten Kontur verformt. Das die Verformung bewirkende radiale Untermaß zwischen den Vorsprüngen 17 an der Leitung 11 und der Umhüllung 13 wird so gewählt, daß sich eine Verformung einstellt, die in der Größenordnung der bei Betriebstemperatur der Leitung 11 zu erwartenden Wärmedehnung liegt. Daraus ergibt sich bei Betriebstemperatur der Leitung 11 infolge der Wärmedehnung ein Rückgang der im kalten Zustand erzeugten Verformung. In den Wandungsabschnitten zwischen den Vorsprüngen 17 nimmt die Leitung 11 dann die in Fig. 2 strichpunktiert gezeichnete Kontur an. Eine Behinderung der Wärmedehnung kann nicht eintreten. Im betriebswarmen Zustand ist die Leitung 11 dadurch von betriebsgefährdenden Zwangskräften, die aus behinderter Wärmedehnung resultieren, entlastet.

Eine in Umfangsrichtung unregelmäßige Anordnung der Vorsprünge 17, wie in Fig. 6 beispielhaft dargestellt, verbessert das Schwingungsverhalten der Leitung 11. Die ungleich langen Wandabschnitte zwischen den Vorsprüngen 17 haben unterschiedliche Eigenfrequenzen, so daß die von der pulsierenden Abgasströmung angeregten Schwingungen der Leitung 11 sich auf diese Weise nicht zu einer betriebsgefährdenden Resonanzschwingung aufschaukeln können.

In den Fig. 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer heiße Abgase führenden Leitung 11 dargestellt, das sich auf die in Fig. 1 und 2 gezeigte Situation bezieht. Die Leitung 11 ist allerdings in der Befestigungsebene glattwandig ausgebildet und weist gegenüber der Umhüllung 13 im Montagezustand das zur Verformung erforderliche Untermaß auf. Im Innern der Leitung 11 ist ein Spannring 19 lose eingefügt, der mit seinen radial vorspringenden Vorsprüngen 17 an der Innenseite der Leitung 11 anliegt. Die Befestigung von Leitung 11 und Spannring 19 an der Umhüllung 13 erfolgt wieder mit Schrauben 16, die die Leitung 11 an Durchgangslöchern durchdringen und in die Vorsprünge 17 eingeschraubt werden. Leitung 11 und Spannring 19 sind nach dem Anziehen der Schrauben 16 wie vorstehend schon beschrieben verformt. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß die Leitung 11 ohne Schweißnaht bzw. mit weniger Schweißnähten ausgebildet werden kann. Ferner sind für Leitung 11 und Spannring 19 unterschiedliche Werkstoffe wählbar.

In den Fig. 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine heiße Abgase führende Leitung 11 innerhalb einer flüssigkeitsgekühlten Umhüllung 13 am Abgasaustritt eines Zylinders einer Brennkraftmaschine zeigt. Die Befestigung zwischen Leitung 11 und Umhüllung 13 erfolgt mittels zweier, radial in einer Querschnittsebene angeordneter Schrauben 16. Die Querschnittsebene mit den Schrauben 16 ist etwa in der Mitte der Längserstreckung der Leitung 11 angeordnet. Zur Aufnahme der Schrauben 16 ist die Wand der Leitung 11 mit Vorsprüngen 17 ausgestattet. Wie für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 beschrieben, ist auch beim zweiten Ausführungsbeispiel im kalten Zustand zwischen der Leitung 11 im Bereich jeden Vorsprungs 17 und der Umhüllung 13 ein radiales Untermaß vorhanden. Durch das Anziehen der Schrauben 16 wird die Leitung 11 in den Wandungsabschnitten zwischen den Vorsprüngen 17 durch eine Zugspannung verformt. Die sich dabei einstellende Querschnittskontur der Leitung 11 zwischen den Vorsprüngen 17 in der Befestigungsebene der Schrauben 16 entspricht der Darstellung in Fig. 2 für den kalten und für den betriebswarmen Zustand.

Die Vorsprünge 17 bilden radial über den Außenumfang der Leitung 11 auskragende, zwei mit entsprechenden Aussparungen 18 in der Umhüllung 13 zusammenwirkende Schultern 20, 21, durch die die Leitung 11 in axialer Richtung fixiert ist.

Claims (6)

1. Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Abgasleitung dünnwandig ausgebildet und von einer flüssigkeitsgekühlten, gegenüber der Abgasleitung einen Abstand aufweisenden Umhüllung gasdicht umschlossen ist und lediglich an der Umhüllung in nur einer Querschnittsebene, an den Anschluß-Stellen freibleibend, befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (11) gegenüber der Umhüllung (13) ein Untermaß aufweist, welches durch Befestigungsmittel (16) an den Befestigungsstellen, durch Verspannung der nicht befestigten Bereiche im kalten Zustand, aufgehoben wird.

2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstellen Vorsprünge (17) aufweisen.

3. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (17) als fester Bestandteil der Leitung (11) ausgebildet sind.

4. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (17) als Bestandteil eines in die Leitung (11) einfügbaren Spannringes (19) ausgebildet sind.

5. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstellen unsymmetrisch am Umfang verteilt angeordnet sind.

6. Abgasleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel als Schrauben (16) ausgebildet sind, die in ein Muttergewinde in den Vorsprüngen (17) eingreifen.