DE3936171A1

DE3936171A1 - Auspuffkruemmer fuer brennkraftmaschinen, insbesondere fuer otto-motore mit abgasturbo-aufladung

Info

Publication number: DE3936171A1
Application number: DE3936171A
Authority: DE
Inventors: Eckard Pueschel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-05-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffkrümmer für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Otto-Motore mit Abgasturbo-Aufladung mit den im Oberbegriff des Patent anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiger Auspuffkrümmer ist beispielsweise von einem mittels Abgasturbolader aufgeladenen Serien- Dieselmotor bekannt. Bei diesem Auspuffkrümmer dient die gemeinsame Trennwand zwischen den die Sammelleitungen mit dem Anschlußflansch zum Abgasturbolader verbindenden Krümmern zum Umlenken der beiden gegenflutigen Abgas ströme in den Turbineneintritt und zur gasdynamischen Trennung der Abgasströme in den gegenflutig angeordneten Sammelleitungen. Ein in der Länge kurzbauender Auspuff krümmer weist Krümmer für die Sammelleitungen von relativ kleinem Radius mit der Folge starker Umlenkungen der Abgasströme auf. Weiter ergibt sich daraus eine gemeinsame Trennwand von erheblicher Erstreckung.

Dies ergibt durch die beidseitige Beaufschlagung der Trennwand und der starken Umlenkung der Abgasströme eine hohe thermische und mechanische Belastung der Trennwand, wobei eine unzureichende Wärmeabfuhr die Temperatur der Trennwand erheblich ansteigen läßt und zusätzlich eine Materialabtragung begünstigt. Insbesondere bei sehr heißen Abgasen führt dies zur Zerstörung der Trennwand vor allem durch Rißbildung mit der Folge eines vorzeiti gen Ausfalls des Auspuffkrümmers.

Luft- und Flüssigkeits-Kühlung für Auspuffkrümmer sind im Stand der Technik bekannt, z. B. zeigt die DE-A-26 40 713 einen gattungsfremden Auspuffkrümmer mit einem diesen im wesentlichen umgebenden Kühlmantel für ein flüssiges Kühlmittel. Diese Ausgestaltung ist mit erheblichem zusätzlichem Gewicht verbunden.

Ferner zeigt die DE-A-32 16 433 einen gattungsfremden Auspuffkrümmer mit einer alle Abgaskanäle einer Brenn kraftmaschine erfassenden Sammelleitung, an die ein Abgasturbolader anschließbar ist. Die Sammelleitung weist die Abgasströme aus den Abgaskanälen lenkende Prallplatten auf, die und ggf. auch diese tragenden Halter innen hohl, jedoch nach außen verschlossen sind, und in diesen Hohlräumen ein festes oder flüssiges oder bei Erwärmung seinen Aggregatzustand änderndes Kühlmit tel eingeschlossen ist. Die Absenkung der Bauteiltem peratur erfolgt hierbei im wesentlichen über die Wärme aufnahme der eingeschlossenen Kühlmittelmasse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen gattungsgemäß gestalteten Auspuffkrümmer eine bei kleinem Bauraum wirkungsvolle Kühleinrichtung zur Absenkung der Temperatur der für beide Krümmer der gegenflutig angeordneten Sammelleitungen gemeinsamen Trennwand aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß die Trennwand mit einer an der Außenkontur des Auspuffkrümmers angeordne ten Kühlrippe in Verbindung steht und daß in Trennwand und Kühlrippe eine Kammer zur Aufnahme eines Kühlmittels angeordnet ist.

Der Vorteil der Erfindung ist in der zweifachen Wärme ableitung von der durch Abgase thermisch hochbelasteten Trennwand zu der in der Regel in einem Kühlluftstrom des Motorlüfters liegenden Kühlrippe am Außenumfang des Auspuffkrümmers zu sehen. Die eine Wärmeableitung erfolgt von der Trennwand zur Kühlrippe über das Mate rial des Auspuffkrümmers, während die andere Wärmeab leitung über ein zusätzliches Kühlmittel erfolgt, wobei die Wirksamkeit der zweiten Wärmeableitung entsprechend der thermischen Belastung und dem Grad der Abgasumlen kung über die Krümmer durch geeignete Wahl des Kühlmit tels vorteilhaft gesteuert bzw. bestimmt werden kann.

So kann in Ausgestaltung der Erfindung nach mehreren Unteransprüchen zur wirkungsvollen Kühlung der Trennwand eines Auspuffkrümmers für insbesondere bei Otto-Motore gegebene heiße Abgase ein bei Erwärmung den Aggregatzu stand änderndes Kühlmittel zur Anwendung kommen mit dem Vorteil einer kleinbauenden Kühleinrichtung. Eine vorteilhaft kleinbauende, die Abmessungen des Abgaskrüm mers unwesentlich beeinflussende Kühleinrichtung ergibt sich bei Verwendung von Natrium als Kühlmittel, das eine gegenüber dem Werkstoff eines Guß-Auspuffkrümmers doppelte Wärmeleitfähigkeit bei relativ niedrigem Schmelzpunkt und einem unter den maximalen Abgastempe raturen liegenden Siedepunkt aufweist. Damit kann bei relativ geringer Masse an Natrium die Wärme aus der Trennwand an die beispielsweise luftgekühlte Kühlrippe zügig abgeführt werden.

In einem weiteren Unteranspruch ist die Anordnung einer das Kühlmittel, vorzugsweise Natrium, aufnehmenden Kammer in Trennwand und Kühlrippe beschrieben, wobei die Kammer vom Anschlußflansch her mittels Gießkern ausge formt und ein dichter Verschluß der Kernöffnung z. B. in der flanschseitigen Stirnseite der Trennwand mittels Materialauftrag, z. B. Schweißen, erzielt wird.

Andere geeignet erscheinende Kühlmittel, insbesondere bei geringeren Abgastemperaturen, sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.

Schließlich kann die gekühlte Trennwand nach einem anderen Unteranspruch über den Anschlußflansch hinaus in den Einströmstutzen eines beispielsweise für Stauauf ladung ausgelegten Abgasturboladers verlängert sein. Damit wird die Übersprechstelle der beiden getrennten Sammelleitungen wesentlich reduziert, wobei die verlän gerte, gekühlte Trennwand die thermische Belastung im Radeintrittsbereich des Abgasturboladers vermindert. Damit kann ein für Stauaufladung in seinem Aufbau bekannt einfacher Abgasturbolader nach Art der wirkungs volleren Stoßaufladung betrieben werden.

Mit der Erfindung braucht bei einem hohen Abgastempera turen ausgesetzten Auspuffkrümmer vorteilhafterweise auf die gasdynamische Trennung von Abgasströmen zu einem Abgasturbolader nicht verzichtet zu werden, wobei sich daraus neben der vorteilhafteren Stoßaufladung des Abgasturboladers und einer hohen Standfestigkeit durch partielle Kühlung auch eine größere konstruktive Gestal tungsmöglichkeit des Auspuffkrümmers bei stark einge schränktem Bauraum ergibt. Neben der Rißbildung kann damit auch eine bei starker Umlenkung der Abgasströme mögliche Materialabtragung mittels der erfindungsgemäß gekühlten Trennwand vermieden werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Auspuffkrüm mers mit natriumgekühlter Trennwand und Kühlrippe ist anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Auspuffkrümmer für eine Brennkraftma schine mit einem Abgasturbolader, und

Fig. 2 den abschnittsweise dargestellten Auspuff krümmer im Schnitt im Bereich der gekühlten Trennwand.

Ein Auspuffkrümmer 1 für eine durch einen Abgasturbola der 2 aufgeladene Brennkraftmaschine 3 weist zwei gegenflutig angeordnete Sammelleitungen 4 auf. Jede Sammelleitung 4 ist einer Zylindergruppe der Brenn kraftmaschine 3 zugeordnet. Die gegenflutig angeordneten Sammelleitungen 4 stehen über Krümmer 5 mit einem Anschlußflansch 6 in Verbindung. An den Anschluß flansch 6 ist der Abgasturbolader 2 angeschlossen.

Wie aus Fig. 2 näher ersichtlich, weisen die Krümmer 5 des in seiner Länge kurzbauenden Auspuffkrümmers 1 eine gemeinsame Trennwand 7 auf. Die Trennwand 7 steht mit einer an der Außenkontur des Auspuffkrümmers 1 angeord neten Kühlrippe 8 in Verbindung. Trennwand 7 und Kühl rippe 8 begrenzen gemeinsam eine Kammer 9 zur Aufnahme eines Kühlmittels 10. Zur Erzielung einer wirkungsvollen Kühlung bei kleinem Bauraum der Kühleinrichtung 11 der Trennwand 7 ist in der Kammer 9 ein bei Erwärmung den Aggregatzustand änderndes Kühlmittel 10 eingeschlossen, vorzugsweise Natrium.

Zur Anordnung der Kühlmittel-Kammer 9 in Trennwand 7 und Kühlrippe 8 eines in Guß ausgeführten Auspuffkrümmers 1 wird die Kammer 9 vom Anschlußflansch 6 her ausgeformt und ein dichter Verschluß der Kernöffnung 12 in der Trennwand 7 mittels durch Schweißen bewirkten Material auftrag - Schweißnaht 13 - erzielt.

Wie aus Fig. 2 durch strichlierte Linien angedeutet, kann die Trennwand 7 über den Anschlußflansch 6 hinaus in den Einströmstutzen 14 eines beispielsweise für Stauaufladung ausgelegten Abgasturboladers 2 verlängert sein. Damit wird neben einer Verringerung der thermi schen Belastung auch die Übersprechstelle der beiden Sammelleitungen 4 reduziert.

Im Rahmen der Erfindung kann die Kammer 9 auch mit einem Kühlmittel aus einem Flüssigkeitskreislauf der Brenn kraftmaschine 3 beaufschlagt sein. Weiter ist denkbar, daß die Kammer 9 mit einem als Wärmesenke wirkenden Kühlmittel 10 gefüllt ist.

Claims

1. Auspuffkrümmer für Brennkraftmaschinen, insbeson dere für Otto-Motore mit Abgasturbo-Aufladung,

- mit gegenflutig angeordneten Sammelleitungen (4), die
- über Krümmer (5) mit teilweise gemeinsamer Trenn wand (7) mit einem Anschlußflansch (6) in Verbin dung stehen,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Trennwand (7) mit einer an der Außenkontur des Auspuffkrümmers (1) angeordneten Kühlrippe (8) in Verbindung steht, und
- daß in Trennwand und Kühlrippe eine Kammer (9) zur Aufnahme eines Kühlmittels (10) angeordnet ist.

2. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (9) mit einem Kühlmittel aus einem Flüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine (3) beaufschlagt ist.

3. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (9) mit einem als Wärmesenke wirkenden Kühlmittel (10) gefüllt ist.

4. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (9) ein bei Erwärmung den Aggregatzustand änderndes Kühl mittel (10) eingeschlossen ist.

5. Auspuffkrümmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel (10) Natrium in der Kammer (9) vorgesehen ist.

6. Auspuffkrümmer nach den Ansprüchen 1 bis 5, in Gußausführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (9) vom Anschlußflansch (6) her ausgeformt und ein dichter Verschluß der Kernöffnung (12) in der Trennwand (7) mittels Materialauftrag (Schweißnaht 13) erzielt ist.

7. Auspuffkrümmer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (7) über den Anschlußflansch (6) hinaus in den Einström stutzen (14) eines Abgasturboladers (2) verlängert ist.