DE1167112B

DE1167112B - Abgasleitungssystem fuer eine mehrzylindrige Grossdieselmaschine

Info

Publication number: DE1167112B
Application number: DEA28532A
Authority: DE
Inventors: Lars Thorbjoern Collin
Original assignee: Goetaverken AB
Current assignee: Goetaverken AB
Priority date: 1957-01-05
Filing date: 1957-12-20
Publication date: 1964-04-02

Description

Abgasleitungssystem für eine mehrzylindrige Großdieselmaschine Die Auslaßleitung einer Großdieselmaschine kann allgemein in drei Hauptteile unterteilt werden: Der den ersten Teil bildende Auslaßkanal liegt in jeder Zylindereinheit der Maschine selbst- und erstreckt sich von der Zylinderwand bis zu einer außenliegenden Mündung am Zylinder bzw. Zylinderkopf. Der zweite Teil besteht aus einer Verbindungsleitung, die sich von dieser Mündung bis zum dritten Teil er= streckt, der durch ein längs der Maschine laufendes Sammelrohr gebildet wird.
Unabhängig davon, ob die Abgase durch ein Ventil oder durch vorn Kolben gesteuerte Schlitze abströmen, entsteht eine erhebliche Turbulenz, wenn die Gase den Auslaßkanal passieren. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Widerstand für den ganzen Spülvorgang, und es ist daher wünschenswert, die Auslaßleitung so auszubilden, daß die Turbulenz so klein wie möglich wird. Sobald als möglich sollten deshalb die notwendigen Maßnahmen einsetzen, um die Turbulenz zu beseitigen und für ein ungehindertes Abströmen der Abgase zu sorgen.
Die Erfindung betrifft ein Abgasleitungssystem für eine mehrzylindrige Großdieselmaschine mit in jeder Zylindereinheit angeordnetem Auslaßkanal und daran anschließender Verbindungsleitung, welche in ein auf einem anderen Niveau als die Mündung des Auslaßkanals längs der Maschine verlaufendes Sammelrohr tangential einmündet, wobei die Verbindungsleitung aus einem sich an den Auslaßkanal anschließenden, die erforderliche Richtungsänderung zwischen der Mündung des Auslaßkanals und der Einmündung in das Sammelrohr bewirkenden Krümmungsteil mit einem sich an diesen anschließenden, wenigstens annähernd geradlinig verlaufenden Teil besteht.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der geradlinige Teil der Verbindungsleitung eine an sich bekannte Einrichtung zum Geraderichten der Abgasstromfäden enthält, welche aus einer düsenartigen Einschnürung mit .daran anschließendem, sich konisch erweiterndem Diffusorrohr besteht, dessen Kegelwinkel etwa 6 bis 10° und dessen Einmündungsquerschnitt in das Sammelrohr etwa doppelt so groß wie der Querschnitt unmittelbar vor Beginn der Einschnürung, jedoch im Verhältnis zum Sammelrohrquerschnitt nur so groß ist, daß die tangentiale Einströmung in das Sammelrohr im wesentlichen erhalten bleibt.
Bei diesem System wird die Turbulenz, die beim Ausströmen der Abgase aus den Zylindern entsteht, schnellstens beseitigt, denn das Geraderichten der Abgasstromfäden findet unmittelbar hinter dem an den Auslaßkanal anschließenden Krümmer der Auslaßleitung statt. Durch das tangentiale Einströmen in das Sammelrohr wird, dann weiterhin vermieden, daß sich neue Turbulenz einstellt. Die Abgase, können also ungehindert abströmen.
Es ist bei Flugmotoren, insbesondere bei Sternmotoren, bekannt, die Abgase durch kurze Rohre mit düsenartigen Einschnürungen und diffusorartigen Erweiterungen austreten zu lassen, wobei durch die Einschnürüng auch eine Erhöhung der, Gasgeschwindigkeit und eine gleichmäßige Verteilung der Gasstromfäden stattfindet. Diese Auspuffrohre dienen aber im Gegensatz zur Erfindung nicht dazu, um ein ungehindertes Abströmen der gesamten Abgasmenge in ein Sammelrohr zu bewirken, sondern die kurzen Auspuffrohre sind innerhalb einer Haube im Kühlluftstrom des Flugmotors angeordnet, um durch Beschleunigen der Kühlluft das in der Lufteintrittsöffnung vorgesehene Gebläse teilweise oder ganz zu entlasten bzw. gegebenenfalls weglassen zu können.
In der Zeichnung ist die Erfindung in. Anwendung bei einer großen Zweitaktbrennkraftmaschine dargestellt, die ein Auslaßventil im Zylinderkopf hat und mit einem Ladegebläse ausgerüstet ist, das von einer Abgasturbine angetrieben wird.
Die Brennkraftmaschine hat eine Anzahl von Zylindern 1 mit Kolben 2. Der Kolben 2 steuert den Eintritt der Spülluft in den Zylinder mittels der Schlitze 3 in der Zylinderwand. Die Abgase verlassen den Zylinder durch eine Öffnung im Zylinderkopf, die durch das Auslaßventil 4 gesteuert wird, das seinerseits durch eine nicht dargestellte Ventilsteuerung betätigt wird.
Vom Zylinder aus durchströmen die Gase zunächst einen Auslaßkanal 5, der im Ventilgehäuse 6 angeordnet ist. An die außenliegende Mündung dieses Kanals ist eine Verbindungsleitung angesetzt, die aus einem Krümmer 7 und einem anschließenden Diffusorrohr 8 besteht. Dieses ist an das Sammelrohr 9 angeschlossen, das einer Reihe von Zylindern zugeordnet ist. Von diesem Sammelrohr führt eine weitere Leitung 10 zu einer Abgasturbine 11, die ein Ladegebläse antreibt, dessen Laufrad auf der verlängerten Turbinenwelle angeordnet ist. Das Gebläse liefert die Spülluft, die mittels einer Leitung 12 einem Verteiler 13 zugeführt wird, der sich in Längsrichtung der Maschine erstreckt. Durch Öffnungen, die von selbsttätigen Ventilen 14 gesteuert werden, wird der Verteiler mit den Spüllufträumen 15 verbunden, die außerhalb der Spülluftschlitze jedes Zylinders liegen.
Der Weg der Abgase aus dem Zylinder 1 zum Sammelrohr 9 ist durch die strichpunktierte Linie 16, 17 angedeutet. Während des ersten Teiles des Weges durch den Kanal im Ventilgehäuse wird die Strömungsrichtung der Gase um etwa 90° verändert. Die Führung für die Ventilspindel und andere Teile, die die Form des Gaskanals im Ventilgehäuse beeinflussen, erzeugen eine ziemlich große Turbulenz der aus der Mündung des Kanals austretenden Gase.
Das Sammelrohr 9 liegt auf einem wesentlich tieferen Niveau als die Mündung des Auslaßkanals; die Änderung der Strömungsrichtung der Abgase, die infolge der Lage der Mündung des Kanals im Ventilgehäuse und der Lage des Sammelrohres erforderlich ist, findet über eine Entfernung, die durch die Ziffer 18 angedeutet ist, im ersten Teil der Verbindungsleitung statt, und zwar unmittelbar beginnend an der Verbindungsstelle mit der Mündung des Kanals.
Wenn die Ablenkung der Gase stattgefunden hat, sollen sie möglichst geradlinig bzw. in linearem Strom zum Sammelrohr strömen, um weitere Anlässe für die Entstehung einer zusätzlichen Turbulenz zu vermeiden. Um eine günstige Richtung des Gasstromes zu erreichen und die Turbulenz zu beruhigen, ist die Verbindungsleitung hinter dem Krümmerteil mit einer Einschnürung 19 versehen, hinter der die Leitung mit einem sich kontinuierlich vergrößernden Querschnitt geradlinig bis zum Sammelrohr verläuft.
Durch die Einschnürung in der Leitung wird die Geschwindigkeit der Gase vorübergehend erhöht, und es findet ein »Geraderichten« des Gasstromes wenigstens in der Grenzschicht an den Wänden der Leitung statt. Da der turbulente Gasstrom im ersten Teil der Leitung einen verhältnismäßig größeren Raum als ein gleichförmiger Strom benötigt, bewirkt eine mäßige Einschnürung keine merkliche Vergrößerung des Strömungswiderstandes; dafür wird im ganzen gesehen eine Verbesserung der Strömungscharakteristik erreicht.
Das Diffusorrohr hat eine solche Länge, daß es bei einem schlanken Konuswinkel von etwa 6 bis 10° eine Endöffnung hat, die um 10011/o in der Querschnittsfläche größer ist als der Krümmerteil der Verbindungsleitung. Das Diffusorrohr ist tangential an der Wand des Sammelrohres angesetzt, das seinerseits einen erheblich größeren Durchmesser hat als die Mündung der Verbindungsleitung. Infolgedessen ergibt sich in dem Sammelrohr eine Wirbelbewegung, die ein ungehindertes Abziehen des Gases zur Folge hat. Um das »Geraderichten« des Gasstromes in der Verbindungsleitung noch zu verbessern, kann unmittelbar vor der Einschnürung ein Teil 20 von unveränderlichem Querschnitt vorgesehen werden, dessen Längsachse mit der Längsachse des anschließenden Diffusorrohres fluchtet.
Mittels des Diffusorrohres wird ein Teil der Geschwindigkeit der Abgase in Druck umgewandelt. Die Druckdifferenz zwischen dem Zylinder und dem Sammelrohr ist ein Maß für den Energieverlust während des Spülens. Daher wird der Spülwirkungsgrad durch jede mögliche Verminderung dieser Druckdifferenz verbessert. Bei Anwendung der Erfindung auf eine Brennkraftmaschine mit Abgasturboladegebläse ergeben sich Vorteile in zweifacher Hinsicht. Einerseits wird ein geringerer Teil der Leistung des Gebläses zum Ausgleich der Strömungsverluste benötigt, während andererseits vor der Turbine ein höherer Gasdruck zur Verfügung steht, der mehr Leistung für den Antrieb des Gebläses erzeugt. Das als Folge hiervon vergrößerte Luftvolumen verbessert die Rufladung des Zylinders.
Die Erfindung kann sowohl bei Zweitakt- als auch bei Viertaktmaschinen angewendet werden und ist unabhängig von der Zahl der Auslaßventile an jedem Zylinder. Sie kann, wie schon erwähnt, auch bei Maschinen benutzt werden, in denen der Kolben Auslaßschlitze in der Zylinderwand steuert.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung bei solchen Maschinen, die mit durch Abgasturbinen angetriebenen Ladegebläsen ausgerüstet sind. Sie hat aber auch Bedeutung bei gewöhnlichen Maschinen, wo selbstverständlich die Verminderung des Strömungswiderstandes während des Spülvorganges vorteilhaft ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Abgasleitungssystem für eine mehrzylindrige Großdieselmaschine mit in jeder Zylindereinheit angeordnetem Auslaßkanal und daran anschließender Verbindungsleitung, welche in ein auf einem anderen Niveau als die Mündung des Auslaßkanals längs der Maschine verlaufendes Sammelrohr tangential einmündet, wobei die Verbindungsleitung aus einem sich an den Auslaßkanal anschließenden, die erforderliche Richtungsänderung zwischen der Mündung des Auslaßkanals und der Einmündung in das Sammelrohr bewirkenden Krümmungsteil mit einem sich an diesen anschließenden, wenigstens annähernd geradlinig verlaufenden Teil besteht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der geradlinige Teil der Verbindungsleitung eine an sich bekannte Einrichtung zum Geraderichten der Abgasstromfäden enthält, welche aus einer düsenartigen Einschnürung (19) mit daran anschließendem, sich konisch erweiterndem Diffusorrohr (8) besteht, dessen Kegelwinkel etwa 6 bis 10"' und dessen Einmündungsquerschnitt in das Sammelrohr (9) etwa doppelt so groß wie der Querschnitt unmittelbar vor Beginn der Einschnürung, jedoch im Verhältnis zum Sammelrohrquerschnitt nur so groß ist, daß die tangentiale Einströmung in das Sammelrohr im wesentlichen erhalten bleibt. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (7, 8) unmittelbar vor der Einschnürung (19) einen Teil (20) von unveränderlichem Querschnitt hat, dessen Längsachse mit der Längsachse des anschließenden Diffusorrohres (8) fluchtet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 718 487; schweizerische Patentschriften Nr. 226 648, 235 831; französische Zusatzpatentschrift 46 894/776 345; britische Patentschrift Nr. 563 955; USA.-Patentschrift Nr. 1985 294; Motortechnische Zeitschrift, 1951, Heft 4, S. 110.