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Die Erfindung bezieht sich auf ein Auspuffsammelrohr eines
aufgeladenen Verbrennungsmotors.
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Zu diesem Zweck ist das Auspuffsammelrohr dazu bestimmt, zwischen
dem Zylinderkopf des Motors und einem Verdichter der Zentrifugal-
bzw. Turbokompressor-Bauart eingefügt zu werden.
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Im allgemeinen werden die bekannten Auspuffsammelrohre durch eine
Gesamtheit von Leitungen gebildet, die einerseits aus abgezweigten
Leitungen, deren freies sogenanntes Einlassende mit dem
Zylinderkopf des Motors und mehr besonders mit den in diesem
gebildeten und Ventilkörbe genannten Gasauspuffstutzen verbunden
ist und andererseits aus Hauptleitungen, in jede der welchen
mehrere dieser abgezweigten Leitungen münden und deren freies
sogenanntes Auslassende mit einem gemeinsamen Gehäuse verbunden
ist, bestehen.
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Bei gewissen aufgeladenen Motoren leitet das oben erwähnte
gemeinsame Gehäuse die von den Leitungen und insbesondere von den
Hauptleitungen empfangenen Auspuffgase zu einer sogenannten
Antriebsturbine des Turboverdichters hin, wobei diese Turbine zum
Drehen mit einem Aufladungsverdichter mechanisch verbunden ist,
der unmittelbar oder über ein Kühlsystem die Zufuhr unter Druck
der ein Verbrennung bewirkendes Mittel bildenden Luft und
gegebenenfalls des Brennstoff-Sauerstoffträger-Gemisches zu den
Einlassventilen des Motors hin gewährleistet.
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Ferner kennt man aus EP-A-284 466 ein Auspuffsammelrohr der in dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnten Gattung, mit mehreren
getrennten Leitungen, die in angrenzender Weise an ihrem
Auslassende in ein gemeinsames Gehäuse münden.
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Man weiss auch, dass die Aufladungseinheiten im allgemeinen
entweder gemäss einem Aufladungsverfahren unter konstantem Druck
oder gemäss einem Aufladungsverfahren durch Impulse arbeiten.
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Da das Aufladungsverfahren unter konstantem Druck eine
Sammelkammer grossen Volumens und breiten Querschnitts, in welche
die mit den Zylindern verbundenen Leitungen einmünden, erfordert,
zieht man es vor, aus Gründen der Optimisierung und
Rationalisierung, das Aufladungsverfahren durch Impulse zu
verwenden.
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Dieses Aufladungsverfahren verwendet bedeutende "Stösse" genannte
Bewegungen der Gase, die bei der Öffnung der Auslassventile
erzeugt werden.
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Diese Stösse gestatten es, während deren Einströmen in die den
Turboverdichter antreibende Turbine, die Geschwindigkeit der
Aufladungsturbine zu steigern und also die Luftdurchsatzmenge
sowie deren Druck und gegebenenfalls diejenigen der
Brennstoff-Sauerstoffträger-Gemische in den Zylindern zu steigern.
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Demzufolge, um einen wirksamen Betrieb des Turboverdichters zu
sichern, müssen diese Stösse regelmässig aufeinander folgen.
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Jedoch beim Öffnen der Auslassventile und bevor sie erzeugt
werden, geht diesen Stössen eine Druckwelle voran, die fähig ist,
in dem Sammelrohr zurückgeworfen zu werden und durch eine der
Leitungen zu den anderen Zylindern hin zurückzukommen.
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Dementsprechend hat die Erfindung hauptsächlich zum Ziel, die
Rückführung der Druckwellen zu den Zylindern hin zu vermeiden. In
genauerer Weise ist es das Ziel der Erfindung, ein
Auspuffsammelrohr vorzuschlagen, dessen Leitungen Querschnitte
haben, die fähig sind, eine allmähliche Beschleunigung der
Auspuffgase innerhalb der getrennten Leitungen und dann des
Verbindungsgehäuses unter Vermeidung der Rückführungen von
Druckwellen von einer getrennten Leitung zu einer anderen zu
veranlassen.
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Ausserdem, da es in den meisten modernen Fahrzeugen geboten ist,
den durch den Triebwerksatz eingenommenen Raum zu optimisieren, um
seinen Raumbedarf zu minimisieren und die Geräumigkeit der
besagten Fahrzeuge zu verbessern, hat die Erfindung ebenfalls zum
Ziel, den Wirkungsgrad der Sammelrohr-Turboverdichter-
Aufladungseinheit zu verbessern und dies, um sein Volumen auf ein
Minimum zurückzuführen.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Auspuffsammelrohr eines
aufgeladenen Verbrennungsmotors zum Gegenstand, das bestimmt ist,
jeden der Zylinder des Motors mit einem Turboverdichter zu
verbinden und derjenigen Gattung mit mehreren getrennten
Leitungen, von denen jede einerseits jeweils mit einem einzigen
der Zylinder durch ihr sogenanntes Einlassende und andererseits
durch ihr sogenanntes Auslassende mit einem gemeinsamen Gehäuse
verbunden ist, wobei die Leitungen in etwa angrenzender und
paralleler Weise in dieses Gehäuse münden, dadurch gekennzeichnet,
dass, da ein Verbindungsteil des Gehäuses an den Einlass des
Turboverdichters angeschlossen ist und in diesen einmündet, die
besagten Leitungen jeweils ein Auslassende mit einem um wenigstens
30% in Bezug auf den Querschnitt des entsprechenden Einlassendes
verminderten Wirkquerschnitt haben, wobei der Wirkquerschnitt des
gemeinsamen Gehäuses bis zum vorgenannten Verbindungsteil selber
abnimmt, während der das gemeinsame Gehäuse mit dem
Turboverdichter im Bereich des Verbindungsteiles verbindende
Wirkquerschnitt in Bezug auf den Wirkquerschnitt des dieses
gemeinsame Gehäuse mit den Leitungen zusammenfügenden Endes
vermindert ist, welcher durch die Summe der Querschnitte der
Auslassenden der Leitungen gebildet wird und einen zwischen 0,375
und 0,75 mal den besagten Querschnitt des Zusammenfügungsendes
liegenden Wert hat.
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Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung wird die
Querschnittsveränderung jeder Leitung über eine grössere Länge als
der Wert des sogenannten äquivalenten Durchmessers des
Wirkquerschnitts des Einlassendes bewirkt.
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In dem Fall, wo der Verbrennungsmotor vier Zylinder besitzt, hat
der das gemeinsame Gehäuse mit dem Turboverdichter verbindende
Wirkquerschnitt im Bereich des Verbindungsteiles einen zwischen
1,5 und 3 mal den Wirkquerschnitt des Auslassendes einer der
getrennten Leitungen liegenden Wert.
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Aber weitere Vorteile der Erfindung werden besser in der
ausführlichen Beschreibung, die folgt und sich auf die beigefügten
nur beispielsweise angegebenen Zeichnungen bezieht, erscheinen und
in welchen
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Die Figur 1 eine sehr schematische Ansicht eines
erfindungsgemässen Auspuffsammelrohres, das einen
Verbrennungsmotor vorzugsweise mit vier Zylindern ausstattet und
gemäss einer bevorzugten Ausführungsform angeordnet ist, ist;
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Die Figur 2 eine die Ausrichtung der beiden nebeneinanderliegenden
Leitungen des erfindungsgemässen Sammelrohres in Bezug aufeinander
darstellende sehr schematische Ansicht ist;
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Die Figuren 3a bis 3c die Kurven der Entwicklung des Querschnitts
jeder der Leitungen nach der Erfindung darstellen;
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Die Figuren 4a bis 4c jeweils verschiedene Ausführungsformen der
Auslassquerschnitte der Leitungen im Bereich ihrer Zusammenfügung
mit dem an den Turboverdichter angeschlossenen gemeinsamen Gehäuse
darstellen.
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Bezugnehmend auf die Figur 1 ist in sehr schematischer Weise ein
zwischen einem Verbrennungsmotor 2 vorzugsweise mit vier Zylindern
jeweils 3, 4, 5 und 6 und einer Turbine der Zentripetalgattung
eines Turboverdichters 7 angeordnetes Auspuffsammelrohr 1
dargestellt.
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Das Auspuffsammelrohr 1 wird durch eine Gesamtheit von vier
Leitungen 8, 9, 10 und 11 gebildet, deren jeweiliges freies
sogenanntes Einlassende 8a, 9a, 10a und 11a mit dem Zy1inderkopf
12 des Verbrennungsmotors 2 und mehr besonders mit dem bzw. den
jeweiligen nicht dargestellten Auspuffstutzen oder
Auslassventilkorb bzw. - körbe der Zylinder 3 bis 6 verbunden ist.
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Das andere sogenannte Auslassende 8b, 9b, 10b, 11b jeder Leitung
8, 9, 10 und 11 ist im Bereich der Anschlusszone 13 mit einem
gemeinsamen Gehäuse 14 verbunden, dessen Verbindungsteil 15 an ein
Einlassgehäuse 16 des Turboverdichters 7 angeschlossen ist und in
diesen einmündet.
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Bezugnehmend auf die Figur 2 wird man bemerken, dass die
Auslassenden der angrenzenden Leitungen z.B. 8 und 9 in Bezug
aufeinander unter einem zwischen 0 und 30 Grad liegenden Winkel a
ausgerichtet sind, wobei diese Auslassenden vorzugsweise zu dem
gemeinsamen Gehäuse hin zusammenlaufen, wenn der Winkel a sich von
Null unterscheidet.
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Vorzugsweise und wie dies auf der Figur 1 dargestellt ist, sind
die Auslassenden der nebeneinander liegenden Leitungen 8-9, 9-10
und 10-11 des Auspuffsammelrohres 1 in etwa paralleler Weise
ausgerichtet, wobei der Winkel a nahezu Null oder sogar Null ist.
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Ausserdem wird man andeuten, dass die Auslassenden 8b und llb auf
der Figur 1, die in angrenzender Weise an der in dem
Anschlussbereich 13 vorgesehenen Wand des gemeinsamen Gehäuses 14
münden, in Bezug auf diese Wandung in etwa paralleler Weise
ausgerichtet sind.
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Man wird auch auf der Figur 1 bemerken, dass jede Leitung 8, 9, 10
und 11 mit einem der Zylinder 3, 4, 5 oder 6 des Motors 2 und nur
mit diesem verbunden ist, wobei die von dem bzw. den
entsprechenden Auslassventil(en) herkommenden jeweiligen
Auspuffströme aus jedem Zylinder von den Zylindern ab bis zum
gemeinsamen Gehäuse 14 voneinander getrennt sind.
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Somit weist das Auspuffsammelrohr 1 nach der Erfindung, unter der
Gesamtheit der vier Leitungen 8 bis 11, keine eine Anzahl von
zusätzlichen Anschlüssen zwischen den Einlass- und
Auslassleitungen bildende abgezweigte Leitung auf, wie dies der
Fall bei den hier obenerwähnten herkömmlichen Auspuffsammelrohren
ist.
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Bezugnehmend auf die Figuren 3a bis 3c, die die Entwicklung des
Wirkquerschnitts S der Leitungen 8 bis 11 in Abhängigkeit deren
Länge l darstellen, wird man andeuten, dass der Wirkquerschnitt S1
jedes Auslassendes 8b-11b verringert ist, um kleiner als bzw. etwa
gleich 0,7 mal der bzw. den Wirkquerschnitt S0 des Einlassendes
8a-11a der entsprechenden Leitung zu sein.
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Diese zu einer Abnahme ihres Auslassquerschnitts führende
Querschnittsänderung VS jeder Leitung 8-11 kann, entweder im
wesentlichen im Bereich der Auslassenden 8b-11b, wie man es auf
der Figur 3a sieht, oder in zwei Teilen und in örtlich begrenzter
Weise, wie man es auf der Figur 3b sieht, einerseits im Bereich
des Einlassendes 8a-11a und andererseits im Bereich des
Auslassendes 8b-11b, oder in über die ganze Länge L der Leitungen
8 bis 11 verteilten Weise, wie es auf der Figur 3c dargestellt
ist, ausgeführt werden.
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Vorzugsweise ist die Querschnittsänderung VS jeder Leitung 8 bis
11 über eine Länge L0, die grösser als der dem Wirkschnitt S0 des
Einlassendes 8a-11a entsprechende sogenannte äquivalente
Durchmesser ist, ausgeführt.
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In dem Fall, wo die Querschnittsänderung VS im Bereich des
Einlassendes 8a-11a und des Auslassendes 8b-llb jeder Leitung 8
bis 11 verteilt ist, wird man andeuten, dass die Summe der Längen
L1 und L2, über welche die Querschnittsänderung VS jeweils im
Bereich des Einlassendes und im Bereich des Auslassendes
durchgeführt wird, grösser als die Länge L0 oder gleich dieser
ist.
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Ausserdem, bezugnehmend auf die Figur 1 wird man bemerken, dass
das gemeinsame Gehäuse 14 ebenfalls an seinem Auslassende 17 im
Bereich des Verbindungsteiles 15 einen sogenannten
Verbindungswirksquerschnitt
aufweist, der in Bezug auf den sogenannten
Anschlussquerschnitt seines Einlassendes 18 im Bereich der
Anschlusszone 13 verringert ist.
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In dem Fall eines Motors mit vier Zylindern hat der
Verbindungswirkquerschnitt des Auslassendes 17 des gemeinsamen
Gehäuses 14 einen zwischen 1,5 und 3 mal den Querschnitt S1 des
Auslassendes 8b-11b eines der Leitungen 8 bis 11 liegenden Wert.
Demzufolge, was auch die Bauart des Motors sein mag, ist der
Verbindungswirkquerschnitt des Auslassendes 17 des gemeinsamen
Gehäuses 14 in Bezug auf den Anschlusswirkquerschnitt dieses
selben Gehäuses verringert, welcher durch die Summe der
Wirkquerschnitte S1 der Auslassenden 8b-11b der Leitungen 8 bis 11
gebildet wird und einen zwischen 0,375 und 0,75 mal den besagten
Anschlusswirkquerschnitt liegenden Wert hat.
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Es sind auf den Figuren 4a bis 4c verschiedene Ausführungsformen
der Auslassenden 8b bis 11b der Leitungen 8 bis 11 in dem
Anschlussbereich 13 dargestellt worden.
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Somit hat auf der Figur 4a jedes Auslassende 8b-11b eine
sektorförmige Gestalt und ist an die Flanken der beiden
angrenzenden Auslassenden derselben Gestalt angefügt.
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Auf der Figur 4b haben die Auslassenden 8b bis 11b jeweils eine
kreisrunde Gestalt und sind in einer sie angrenzend
zusammenhaltenden Umhüllung 19 angeordnet.
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Auf der Figur 4c sind die Auslassenden 8b bis 11b vieleckiger,
vorzugsweise quadratförmiger Gestalt, wobei zwei deren Seiten
jeweils angrenzend an einer der Seiten der anderen benachbarten
Auslassenden angeordnet sind.