AT521447B1 - Externer abgaskrümmer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen externen Abgaskrümmer (1), der zumindest zwei Einlassöffnungen (3) an einer Einlassseite (5) und zumindest zwei Auslassöffnungen (6) an einer Auslassseite (8) und zumindest einen Kühlmantel (K) aufweist, wobei die Einlassöffnungen (3) über Abgaskanäle (2) mit den Auslassöffnungen (6) verbunden sind, wobei der Kühlmantel (K) gemeinsam mit den Abgaskanälen (2) innerhalb des einstückig ausgebildeten Abgaskrümmers (1) angeordnet ist. Der Kühlmantel (K) umfasst zumindest einen oberen Kühlmantelabschnitt (12) und einen unteren Kühlmantelabschnitt (11), dabei erstreckt sich der obere Kühlmantelabschnitt (12) bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Abgaskrümmers (1) im Wesentlichen oberhalb und der untere Kühlmantelabschnitt (11) unterhalb der Abgaskanäle (2), wobei der obere Kühlmantelabschnitt (12) und der untere Kühlmantelabschnitt (11) zumindest eine Verbindung (30, 31) zueinander aufweisen, und zumindest eine zweite Verbindung (31) an der Einlassseite (5) vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine thermisch hohe Belastbarkeit, eine günstige Herstellung und eine geringe Fehleranfälligkeit.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen externen Abgaskrümmer, der zumindest zwei Einlassöffnungen an einer Einlassseite und zumindest zwei Auslassöffnungen an einer Auslassseite und zumindest einen Kühlmantel aufweist, wobei die Einlassöffnungen über innerhalb des Abgaskrümmers verlaufende Abgaskanäle mit den Auslassöffnungen verbunden sind, wobei der Kühlmantel gemeinsam mit den Abgaskanälen innerhalb des einstückig ausgebildeten Abgaskrümmers angeordnet ist.

[0002] Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verbrennungskraftmaschine mit einem derartigen Abgaskrümmer und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines externen Abgaskrümmers sowie eine Kernanordnung zur Bildung eines externen Abgaskrümmers mit zumindest zwei Abgaskanalkernen.

[0003] Externe Abgaskrümmer dienen dazu, das heiße Abgas von den Abgaskanälen des Zylinderkopfs einer Verbrennungskraftmaschine aufzunehmen und weiterzuleiten in ein Abgassystem und/oder eine Turbine eines Abgasturboladers und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem. In der Regel dient der Abgaskrümmer auch zum Sammeln des heißen Abgases. Aufgrund der immer höher werdenden Temperaturen des Abgases bei Hochleistungsmotoren nehmen die Anforderungen an den Abgaskrümmer hinsichtlich seines Hochtemperaturverhaltens immer mehr zu. Die Abgastemperatur kann bei Ottomotoren mitunter 1.000°C betragen. Ein Abkühlen des Abgases durch Anfetten des Gemischs ist aufgrund der zunehmend strenger werdenden Gesetze hinsichtlich Abgasemissionen nicht mehr möglich.

[0004] Abgaskrümmer werden üblicherweise gegossen oder aus Rohren geformt. Der dafür verwendete Werkstoff wird dabei so gewählt, dass er die maximale Abgastemperatur aushält, dabei steigen mit den Anforderungen an den Werkstoff auch dessen Kosten. Externe Abgaskrümmer werden in der Regel nicht extra gekühlt, sondern strahlen ihre Wärme in die Umgebung ab, wobei sie von empfindlichen Bauteilen beabstandet angeordnet und zur Vermeidung von Strahlungswärmeabgabe abgeschirmt oder isoliert werden.

[0005] Aus der WO 2011/045659 A1 ist ein externer Abgaskrümmer bekannt, der eine separate Kühlung aufweist, wodurch Werkstoffkosten eingespart werden sollen.

[0006] Dabei sind an dem Rohrpaket des Abgaskrümmers Angüsse für einen Kühlraum vorgesehen. Der Kühlraum ist in einer üblichen Verwendungslage oberhalb der Rohre für die Abgaskanäle angeordnet und wird durch einen Deckel verschlossen. Zwischen diesem Deckel und den Angüssen müssten besondere Vorkehrungen zur Herstellung der Dichtheit getroffen werden. Es ergibt sich jedoch zwischen den Angüssen und dem Deckel eine relativ lange Dichtkante. Durch die vorherrschenden Temperaturen sind die Anforderungen an eine Dichtung erhöht. Daher ist es kompliziert und teuer die Dichtheit dieses Kühlraums herzustellen, gleichzeitig lassen sich nur Teile des Abgaskrümmers kühlen.

[0007] Aufgrund der hohen Temperaturen ist auch die Alterung einer üblichen Dichtung beschleunigt. Daraus resultierende Leckagen führen zu einem erhöhten Kühlmittelverbrauch und bei zu wenig vorhandenem Kühlmittel kann sich der Abgaskrümmer über seine kritische Temperatur erhitzen und thermisch geschädigt werden.

[0008] Aus den Druckschriften US 2003154714 A1 und US 2011232274 A1 ist jeweils ein externer Abgaskrümmer bekannt, der zumindest zwei Einlassöffnungen an einer Einlassseite und zumindest zwei Auslassöffnungen an einer Auslassseite und einen einteiligen Kühlmantel aufweist, wobei die Einlassöffnungen über innerhalb des Abgaskrümmers verlaufende Abgaskanäle mit den Auslassöffnungen verbunden sind, und wobei der Kühlmantel gemeinsam mit den Abgaskanälen innerhalb des einstückig ausgebildeten Abgaskrümmers angeordnet ist. Die durch durchgängigen Kühlmantel sind durch Fertigungsmöglichkeiten begrenzt, ein Mindestquerschnitt für die Strömungsgeschwindigkeit kann nicht unterschritten werden. Daher kommt es zu vergleichsmäßig geringer Strömungsgeschwindigkeit und schlechter Wärmeableitung.

[0009] Die EP 2497931 A1 offenbart einen Abgaskrümmer, der in den Zylinderkopf integriert ist.

[0010] Aus der US 2011265740 A1 ist die Verwendung des Kühlwassers zu Heizzwecken des Fahrgastraumes bei gekühlten Abgaskrümmern bekannt.

[0011] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen externen Abgaskrümmer bereitzustellen, der thermisch hoch belastbar, günstiger in der Fertigung und weniger fehleranfällig ist.

[0012] Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten externen Abgaskrümmer erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlmantel zumindest einen oberen Kühlmantelabschnitt und einen unteren Kühlmantelabschnitt umfasst, dabei erstreckt sich der obere Kühlmantelabschnitt bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Abgaskrümmers im Wesentlichen oberhalb und der untere Kühlmantelabschnitt unterhalb der Abgaskanäle, wobei der obere Kühlmantelabschnitt und der untere Kühlmantelabschnitt zumindest eine Verbindung zueinander aufweisen, und zumindest eine zweite Verbindung an der Einlassseite vorgesehen ist.

[0013] Vor allem bei einer hohen Drehzahllast bei Otto-Saugmotoren erreicht das Abgas sehr hohe Temperaturen. Diese hohen Temperaturen sind einerseits schädlich für die Bauteile und andererseits wird das Temperaturlimit der Abgasreinigungsanlage, wie einem Katalysator überschritten und üblicherweise wird die Temperatur durch das Anfetten des Gemischs abgesenkt. Durch die erfindungsgemäße Kühlstruktur ist kein Anfetten des Gemischs mehr zur Kühlung nötig und daher ein Lambda um eins herum möglich. Dies ist vorteilhaft um die strengen Richtlinien hinsichtlich des Schadstoffausstoßes zum Klimaschutz zu erreichen. Die Fertigung eines derartigen Abgaskrümmers ist beispielsweise durch Gießen einfach möglich, gleichzeitig können Leckagen verhindert werden.

[0014] Um die Strömung im Abgaskrümmer in jedem Abgaskanal zu optimieren und einen Einfluss auf den Brennraum zu verhindern ist es vorteilhaft, wenn eine Anzahl an Einlassöffnungen identisch ist zu einer Anzahl an Auslassöffnungen. Dadurch kann die Schwinglänge möglichst groß sein.

[0015] Ein vergleichbarer Vorteil lässt sich erzielen, wenn die Abgaskanäle im externen Abgaskrümmer separat geführt sind und zwischen Einlass- und Auslassseite keine Verbindung untereinander aufweisen.

[0016] Vorzugsweise weist der Abgaskrümmer an der Einlassseite einen Einlassflansch zur Verbindung mit einem Zylinderkopf auf. In einer Variante weist der Abgaskrümmer an der Auslassseite einen Auslassflansch auf.

[0017] Einlassseitig, wo das heiße Abgas aus dem Zylinderkopf in den Abgaskrümmer eintritt, entstehen während des Betriebs besonders hohe Temperaturen. Um den Abgaskrümmer an dieser kritischen Stelle hinsichtlich der Temperatur ausreichend kühlen zu können, ist es günstig, wenn sich der Kühlmantel im Wesentlichen bis zum Einlassflansch erstreckt.

[0018] Vorzugsweise wird die Temperatur der Abgase auf ein für nachgelagerte Bauteile möglichst erträgliches Maß reduziert, indem sich der Kühlmantel im Wesentlichen bis zum Auslassflansch erstreckt.

[0019] Dabei ist unter der Formulierung im Wesentlichen bis zum Einlass- oder Auslassflansch zu verstehen, dass der Kühlmantel unter Einhaltung fertigungstechnischer Toleranzen sehr nahe an den jeweiligen Flansch heranreicht.

[0020] Unter Richtungsangaben wie oben und unten versteht sich hier nur eine Richtungsangabe zum leichteren Verständnis in einer üblichen Gebrauchslage. Dabei ist der externe Abgaskrümmer keinesfalls hinsichtlich seiner Lage eingeschränkt. „Im Wesentlichen erstrecken“ bedeutet dabei, dass der Großteil des Kühlmantelabschnitts im beschriebenen Bereich befindet, Teile aber in Bereiche zwischen bzw. neben den Abgaskanälen reichen.

[0021] Es ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, die Verbindung innerhalb des Abgaskrümmers verlaufend ausgeführt ist. Mit anderen Worten ist zumindest eine Strömungsverbin-

dung oder mehrere Strömungsverbindungen zwischen dem unteren und dem oberen Kühlmantelabschnitt vorgesehen, über die Kühlmittel zwischen von einem Kühlmantelabschnitt zum anderen Kühlmantelabschnitt übertreten kann. Die Kühlmantelabschnitte sind damit über die Verbindung/Verbindungen fluidverbunden. Durch diese Verbindung kann zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantelabschnitt ein Kühlmittelaustausch erfolgen bzw. das Kühlmittel von einem Kühlmantelabschnitt zum anderen Kühlmantelabschnitt strömen. Dadurch können die Kühlmantelabschnitte mit nur einem Kühlmittelkreislauf versorgt werden, indem z.B. in einen Kühlmantelabschnitt eine Zuführung von Kühlmittel erfolgt, dieses dann über die Verbindung zum andern Kühlmantelabschnitt übertritt und von dort über eine Ableitung abgeführt wird. Außerdem entsteht dadurch der Vorteil, dass sich die Temperaturen im Abgaskrümmer angleichen und Wärmespannungen verringert werden können.

[0022] Dadurch, dass zumindest eine erste Verbindung an der Einlassseite vorgesehen ist, kann ein Strömen des Kühlmittels im Bereich der heißen Einlassseite begünstigt werden, wodurch ein rascher Abtransport der Wärme erfolgt. In einer Variante ist zusätzlich zumindest eine zweite Verbindung an der Auslassseite vorgesehen.

[0023] Es ist vorteilhaft, wenn der Auslassflansch zur Verbindung mit einem Auslassröhrenwerk und/oder einer Abgasreinigungsanlage ausgebildet ist.

[0024] Es ist günstig, wenn der Kühlmantel über zumindest eine Zuleitung mit Kühlmittel bzw. Kühlmedium versorgbar ist und das Kühlmittel über zumindest eine Ableitung aus dem Kühlmantel abführbar ist, wobei vorzugsweise der Kühlmantel mit einem Kühlmittelkreislauf, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist.

[0025] Um ein schnelles Aufheizen in der Kabine eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist in einer günstigen Ausführung vorgesehen, dass zumindest eine Ableitung des Kühlmantels mit einer Kabinenheizung eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.

[0026] Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren durch eine eingangs genannte Verbrennungskraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlmantel des Abgaskrümmers mit einem Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreislauf parallel zu einem Kühlmittelkreislauf eines Zylinderblocks und/oder Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine verläuft. In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlmittelkreislauf des Kühlmantels seriell mit dem Kühlmittelkreislauf des Zylinderblocks und/oder -kopfes ausgeführt.

[0027] Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein eingangs genanntes Kraftfahrzeug mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine gelöst, wobei der Kühlmantel des Abgaskrümmers erfindungsgemäß mit einer Kabinenheizung des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Damit lässt sich ein besonders rasches Aufheizen der Kabine erreichen, da es im Abgaskrümmer rasch zu hoher Wärmeentwicklung kommt, die durch die erfindungsgemäße Lösung gut abgeleitet und der Kabine zugeführt wird.

[0028] Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine eingangs erwähnte Kernanordnung mit zumindest zwei Abgaskanalkernen gelöst, wobei erfindungsgemäß die Kernanordnung zur Bildung eines Kühlmantels zumindest einen Kühlmantelkern aufweist, indem die Kernanordnung einen oberen Kühlmantelkern zur Bildung eines oberen Kühlmantelabschnitts und/oder einen unteren Kühlmantelkern zur Bildung eines unteren Kühlmantelabschnitts aufweist.

[0029] Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein eingangs genanntes Verfahren zur Fertigung eines externen Abgaskrümmers, bei dem zumindest ein Kühlmantelkern und zumindest zwei Abgaskanalkerne in eine Gussform eingelegt werden und ein Gussvorgang durchgeführt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nacheinander ein unterer Kühlmantelkern, zumindest zwei Abgaskanalkerne und ein oberer Kühlmantelkern in eine Gussform eingelegt werden, eine Positionierung des unteren Kühlmantelkerns und des oberen Kühlmantelkerns zueinander durch Fixieren von dem, dem jeweiligen Kühlmantelkern zugeordneten, korrespondierenden Zapfen erfolgt, danach ein Gussvorgang durchgeführt wird und nach dem Gussvorgang und nach dem Entfernen der Gusskerne, also der Kühlmantelkerne und der Abgaskanalkerne, eine Verbin-

dung zwischen den durch den oberen und den unteren Kühlmantelkern geschaffenen Kühlmantelabschnitte durch mechanisches Bearbeiten zumindest einer oder mehrerer der durch die Zapfen geschaffenen Ausnehmung/Ausnehmungen im Abgaskrümmer hergestellt wird, wobei vorzugsweise die nach dem Anbohren verbleibende Öffnung vom im Inneren des Abgaskrümmers angeordneten Kühlmantel nach außen durch ein Stopfelement je Öffnung verschlossen wird. Das mechanische Bearbeiten kann durch Anbohren, Vergrößern, Erweitern bzw. Schleifvorgänge erfolgen.

[0030] Dadurch ist eine rasche Herstellung der Verbindung zwischen den durch die Kühlmantelkerne geschaffenen Kühlmantelabschnitten möglich.

[0031] In der Folge wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Darin zeigen:

[0032] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen externen Abgaskrümmer in einer ersten Schrägansicht von einer Auslassseite her;

[0033] Fig. 2 den externen Abgaskrümmer in einer zweiten Schrägansicht von einer Einlassseite her;

[0034] Fig. 3 den Abgaskrümmer in einer Ansicht von der Einlassseite;

[0035] Fig. 4 den Abgaskrümmer in einer Seitenansicht;

[0036] Fig. 5 den Abgaskrümmer in einer Ansicht von der Auslassseite;

[0037] Fig. 6 den Abgaskrümmer in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5; [0038] Fig. 7 den Abgaskrümmer in einem Schnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 5; [0039] Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kernanordnung;

[0040] Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Abgaskrümmers nach dem Gießvorgang vor Entfernen der Kernanordnung;

[0041] Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines oberen und unteren Kühlmantelkerns von der Auslassseite;

[0042] Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines oberen und unteren Kühlmantelkerns von der Einlassseite; und

[0043] Fig. 12 ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine mit erfindungsgemäßem Abgaskrümmer.

[0044] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen externen Abgaskrümmers 1, der vier Abgaskanäle 2 aufweist. Diese Abgaskanäle 2 verlaufen innerhalb des Abgaskrümmers 1 und führen von Einlassöffnungen 3 (Fig. 2) an einer Einlassseite 5 mit einem Einlassflansch 4 zu Auslassöffnungen 6 an einer, der Einlassseite 5 gegenüberliegenden Auslassseite 8 mit einem Auslassflansch 7. An der Einlassseite 5 dient der Einlassflansch 4 zur Verbindung mit einem nicht gezeigten Zylinderkopf. An der Auslassseite 8 dient der Auslassflansch 7 zur Verbindung mit nicht gezeigtem Auslassröhrenwerk oder mit einer Abgasreinigungsanlage, wie einem Katalysator oder Ahnlichem. Auch die Verbindung mit einer Turbine eines Abgasturboladers ist grundsätzlich möglich. Die Anzahl der Einlassöffnungen 3 ist identisch der Anzahl der Auslassöffnungen 6. Die Abgaskanäle 2 führen getrennt voneinander durch den Abgaskrümmer 1 durch. Mit anderen Worten sind die Abgaskanäle 2 innerhalb des Abgaskrümmers separat geführt und weisen zwischen Einlass- und Auslassseite keine Verbindung untereinander auf. Dabei ist in Fig. 1 bzw. in Fig. 5 ersichtlich, dass die Auslassöffnungen 6 so angeordnet sind, dass sie ein gedachtes Trapez bilden. Wie Fig. 2 und Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die Einlassöffnungen 3 nebeneinander in einer Reihe angeordnet. In nicht gezeigten alternativen Ausführungen sind auch andere Anordnungen der Abgaskanäle 2 möglich.

[0045] Der Abgaskrümmer 1 wird durch einen Gussvorgang einstückig hergestellt. Durch dieses Herstellungsverfahren ist eine Vielzahl von Werkstoffen möglich, die je nach Verwendung bzw.

zu erwartender Anforderung ausgewählt werden können. Als möglicher Werkstoff kann Aluminium sowie diverse Aluminiumlegierungen dienen. Es sind in alternativen Ausführungen auch andere Werkstoffe möglich.

[0046] Herrührend von der Herstellung des Abgaskrümmers 1 durch einen Gussvorgang sind an einer Oberseite O und an einer Unterseite U des Abgaskrümmers 1 Löcher L zu erkennen, die mit Stopfen 9 verschlossen sind. An der Auslassseite 8 sind neben dem Auslassflansch 7 an beiden Seiten Ausnehmungen zu erkennen, die durch erste Stopfenelemente 10 verschlossen sind. An der Einlassseite 5 sind ebenfalls derartige Ausnehmungen zu erkennen, die durch zweite Stopfenelemente 13 verschlossen sind.

[0047] Diese oben genannten Ausnehmungen 10, 13 sind das Resultat des Gussvorgangs zur Herstellung des Abgaskrümmers 1 und der an den dabei verwendeten Gusskernen ausgebildeten Zapfen zur Fixierung bzw. Positionierung der Kerne. Die Ausnehmungen können durch mechanische Bearbeitung - z.B. Bohren - vergrößert bzw. erweitert werden, bevor die Stopfenelemente 10, 13 eingesetzt werden.

[0048] Die Kühlung des externen Abgaskrümmers 1 erfolgt durch einen Kühlmantel K, der gemeinsam mit den Abgaskanälen 2 innerhalb des einstückig ausgebildeten Abgaskrümmers 1 angeordnet ist. Der Kühlmantel K wird dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Kühlmittel wie z.B. mit Zusätzen versehenes Kühlwasser durchströmt. Dazu ist an einer Unterseite U des Abgaskrümmers 1 eine Zuleitung Z und an einer Oberseite O eine Ableitung A für Kühlmittel vorgesehen. Natürlich sind auch andere Ausführungen möglich, bei denen die Zu- und Ableitung umgekehrt erfolgt, bzw. bei denen sowohl Zu- als auch Ableitung nur an der Ober- oder der Unterseite oder seitlich vorgesehen sind. In einer nicht dargestellten Variante sind Zuleitung Z und/ oder Ableitung A am höchsten Punkt (d.h., dem Bereich des Abgaskrümmers 1 und des Kühlmantels K, der im montierten Zustand ganz oben positioniert ist) bzw. an kritischen Stellen (z.B. Luftsack) erfolgen.

[0049] Dadurch ist eine bessere Entlüftung des Kühlsystems möglich, Luftblasen können abgeführt werden und lokale Überhitzung wird verhindert. Durch die dargestellte Anordnung der Zu- Z und Ableitung A ist eine besonders einfache Integration in Kühlsysteme einer Verbrennungskraftmaschine möglich, an deren Zylinderkopf der Abgaskrümmer 1 montierbar ist. Der Kühlmantel K kann also mit einem Kühlmittelkreislauf, insbesondre einem Kühlmittelkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine verbunden werden.

[0050] Fig. 12 zeigt schematisch eine derartige Anordnung, wo der erfindungsgemäße Abgaskrümmer 1 an einer Verbrennungskraftmaschine 26 eines Kraftfahrzeugs 100 angeordnet und mit dem Kühlmittelkreislauf 27 der Verbrennungskraftmaschine 26 verbunden ist. Das Beispiel in Fig. 12 zeigt des Weiteren, dass die Ableitung A der Kühlmantels K des Abgaskrümmers 1 mit einer Kabinenheizung 28 des Kraftfahrzeugs 100 verbunden ist. Damit kann die Wärme des Abgaskrümmers 1, die bereits kurz nach Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine 26 zur Verfügung steht, bestmöglich genutzt werden.

[0051] Der Kühlmantel K weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen unteren 11 und einen oberen Kühlmantelabschnitt 12 auf. Die Bezeichnung „oberer“ und „unterer“ bezieht sich dabei auf die Darstellung in den Figuren bzw. die Positionierung bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Abgaskrümmers 1.

[0052] In Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch den Abgaskrümmer 1 entlang einer Linie VI- VI in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist der untere Kühlmantelabschnitt 11 zu erkennen, der einen Teil des Kühlmantels K darstellt. Der untere Kühlmantelabschnitt 11 erstreckt sich im Wesentlichen unterhalb der Abgaskanäle 2, wobei der Kühlmantelabschnitt 11 teilweise zwischen die Abgaskanäle 2 hineinreicht, um einen besonders vollständigen Wärmeübergang zwischen dem in den Abgaskanälen 2 geführten Abgas und dem Kühlmittel sicher zu stellen.

[0053] In Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 5 dargestellt. Neben dem bereits beschriebenen unteren Kühlmantelabschnitt 11 ist der obere Kühlmantelabschnitt 12 zu erkennen, der sich im Wesentlichen oberhalb der Abgaskanäle 2 erstreckt. In Fig. 6 und Fig. 7 ist

zu erkennen, dass sich der aus unterem 11 und oberem Kühlmantelabschnitt 12 gebildete Kühlmantel K im Wesentlichen bis zum Einlassflansch 4 und bis zum Auslassflansch 7 erstreckt. Mit anderen Worten umgibt der Kühlmantel K die Abgaskanäle 2 von der Einlass- 5 bis zur Auslassseite 8 und stellt damit einen möglichst großflächigen Kontakt zwischen Abgas (bzw. der davon abgestrahlten bzw. in den Abgaskrümmer 1 übergetretenen Wärme) und Kühlmittel sicher.

[0054] Je nach Anforderung kann in nicht dargestellten Varianten der Kühlmantel entweder auf der Einlass- 5 oder der Auslassseite 8 konzentriert sein.

[0055] In Fig. 7 sind die Zuleitung Z und die Ableitung A für das Kühlmittel an der Oberseite O0 und an der Unterseite U des Abgaskrümmers 1 erkennbar. Die Kühlmantelabschnitte 11, 12 sind über Verbindungen 30, 31 (siehe Fig. 10 und Fig. 11) miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich eine Strömungsverbindung zwischen den Kühlmantelabschnitten 11, 12, so dass das Kühlmittel durch den Kühlmantel K fließt und Wärme abführt. Die Verbindungen 30, 31 verlaufen dabei innerhalb des Abgaskrümmers 1.

[0056] Neben dem Ermöglichen des Übertritts des Kühlmittels können durch die Verbindungen 30, 31 auch gezielt Kühlimpulse gesetzt werden: Durch das Positionieren von ersten Verbindungen 30 an der Auslassseite 8 kann eine Strömung von der Zuleitung Z vollständig an den Abgaskanälen 2 vorbei zur Ableitung Z bewirkt werden, wodurch sich eine besonders gute Wärmeabfuhr ergibt. Zweite Verbindungen 31 können an der thermisch besonders hoch belasteten Einlassseite 5 angeordnet werden - dadurch ergibt sich eine Wärmeabfuhr nicht nur durch die Kühlmantelabschnitte 11, 12, die an den Einlassflansch 4 heranreichen, sondern auch durch die zweiten Verbindungen 31. Auch das Vorsehen sowohl von ersten 30 als auch zweiten Verbindungen 31 bewirkt vorteilhafte Strömungsverhältnisse im Kühlmantel K des Abgaskrümmers 1.

[0057] Die Herstellung des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers 1 erfolgt durch einen Gussvorgang. Die dabei verwendete Kernanordnung 20 ist in Fig. 8 gezeigt. Erkennbar ist ein oberer Kühlmantelkern 21 zur Herstellung des oberen Kühlmantelabschnitts 12, ein unterer Kühlmantelkern 22 zur Herstellung des unteren Kühlmantelabschnitts 11 und vier Abgaskanalkerne 23 auf. Die Positionierung der Kerne 21, 22, 23, insbesondere der Kühlmantelkerne 21, 22 zueinander bzw. in der Gussform erfolgt durch Zapfen 24 und durch Halteelemente 25. Dabei weist jeder Kühlmantelkern 21, 22 zugeordnete Zapfen 24 auf, die vor Durchführung des Gussvorgangs fixiert werden, wobei jeweils Zapfen 24 des oberen 21 und unteren Kühlmantelkerns 22 miteinander korrespondieren. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Fertigung eines Abgaskrümmers 1 wie oben beschrieben werden zumindest ein Kühlmantelkern 21, 22 und zumindest zwei Abgaskanalkerne 23 in eine Gussform eingelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nacheinander der untere Kühlmantelkern 22, zumindest zwei Abgaskanalkerne 23 und der obere Kühlmantelkern 21 in die Gussform eingelegt. Die Positionierung des unteren Kühlmantelkerns 22 und des oberen Kühlmantelkerns 21 zueinander erfolgt durch Fixieren der den Kernen 21, 22 zugeordneten, korrespondierenden Zapfen 24. In Fig. 9 ist der Abgaskrümmer 1 nach dem Gussvorgang dargestellt. Die Zapfen 24 und Halteelemente 25 sowie die vier verwendeten Abgaskanalkerne 23 sind gut zu erkennen.

[0058] Nach dem Entfernen der Kerne 21, 22, 23 befinden sich an den Stellen der Zapfen 24 und Halteelemente 25 Löcher L bzw. Ausnehmungen. Damit das Kühlmittel nicht aus dem Abgaskrümmer 1 austritt, werden die durch die Halteelemente 25 entstandenen Löcher L mit Stopfen 9 verschlossen. Die Zapfen 24 an der Einlass- 5 und der Auslassseite 8 bewirken die Bildung von Ausnehmungen. Diese Ausnehmungen werden durch erste 10 und zweite Stopfenelemente 13 verschlossen.

[0059] Vorher werden allerdings einige bzw. alle Ausnehmungen mechanisch bearbeitet, z.B. durch Bohren, Vergrößern oder Erweitern, so dass sich zwischen dem durch den oberen Kühlmantelkern 21 geschaffenen oberen Kühlmantelabschnitt 12 und den durch den unteren Kühlmantelkern 22 geschaffenen unteren Kühlmantelabschnitt 11 eine oder mehrere Verbindungen 30, 31 ergeben. Nach der mechanischen Bearbeitung werden die Ausnehmungen mit den Stopfenelementen 10, 13 verschlossen.

[0060] Es besteht damit zwischen oberem Kühlmantel 12 und unterem Kühlmantel 11 eine Strömungsverbindung. An der Auslassseite 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere erste Verbindungen 30 vorgesehen und an der Einlassseite 5 verfügt der Abgaskrümmer 1 über mehrere zweite Verbindungen 31.

[0061] Die Verbindungen 30, 31 sind von außen am fertigen Abgaskrümmer 1 nicht zu erkennen. Die ersten Verbindungen 30 befinden sich an der Position der ersten Stopfenelemente 10 und die zweiten Verbindungen 31 befinden sich an der Position der zweiten Stopfenelemente 13. In Fig. 10 und Fig. 11 sind die Kühlmantelabschnitte 11, 12 durch die Kühlmantelkerne 21, 22 dargestellt. Fig. 10 zeigt dabei in strichlierter Form die Position (bzw. möglichen Positionen) der ersten Verbindungen 30 an der Auslassseite 8, Fig. 11 zeigt die Position (bzw. möglichen Positionen) der zweiten Verbindungen 31 an der Einlassseite 5.

[0062] Wie zu erkennen ist befinden sich die Verbindungen 30, 31 an der Stelle der Zapfen 24, die an den Kühlmantelkernen 21, 22 jeweils zueinander korrespondieren, wenn die Kühlmantelkerne 21, 22 in der Gussform platziert sind.

[0063] Grundsätzlich können Verbindungen zwischen oberen 12 und unterem Kühlmantelabschnitt 11 auch an anderen Stellen vorgesehen werden durch Anbohren des Abgaskrümmers 1 und entsprechendes Zustopfen der Bohrlöcher.

[0064] Erfindungsgemäß ist also der externe Abgaskrümmer 1 einstückig mittels Gussvorgang gefertigt und weist einen Kühlmantel K mit unterem 11 und oberem Kühlmantelabschnitt 12 auf, zwischen denen zumindest eine Verbindung 30, 31 zum Ubertritt von Kühlmittel vorgesehen ist. Günstigerweise wird/werden diese Verbindung/en 30, 31 durch mechanisches Bearbeiten von durch Zapfen 24 verbleibende Ausnehmungen im Abgaskrümmer 1 geschaffen, die danach durch erste 10 und zweite Stopfenelemente 13 verschlossen werden.

[0065] Damit ergibt sich ein einfach und kostengünstig herstellbarer Abgaskrümmer, der eine optimale Wärmeabfuhr erlaubt und damit die Verwendung von Hochleistungsmotoren bei gleichzeitiger Einhaltung zunehmend strenger werdender Abgasvorschriften ermöglicht.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Externer Abgaskrümmer (1), der zumindest zwei Einlassöffnungen (3) an einer Einlassseite (5) und zumindest zwei Auslassöffnungen (6) an einer Auslassseite (8) und zumindest einen Kühlmantel (K) aufweist, wobei die Einlassöffnungen (3) über innerhalb des Abgaskrümmers (1) verlaufende Abgaskanäle (2) mit den Auslassöffnungen (6) verbunden sind, wobei der Kühlmantel (K) gemeinsam mit den Abgaskanälen (2) innerhalb des einstückig ausgebildeten Abgaskrümmers (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (K) zumindest einen oberen Kühlmantelabschnitt (12) und einen unteren Kühlmantelabschnitt (11) umfasst, dabei erstreckt sich der obere Kühlmantelabschnitt (12) bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Abgaskrümmers (1) im Wesentlichen oberhalb und der untere Kühlmantelabschnitt (11) unterhalb der Abgaskanäle (2), wobei der obere Kühlmantelabschnitt (12) und der untere Kühlmantelabschnitt (11) zumindest eine Verbindung (30, 31) zueinander aufweisen, und zumindest eine zweite Verbindung (31) an der Einlassseite (5) vorgesehen ist.

2. Externer Abgaskrümmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an Einlassöffnungen (3) identisch ist zu einer Anzahl an Auslassöffnungen (6).

3. Externer Abgaskrümmer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskanäle (2) im externen Abgaskrümmer (1) separat geführt sind und zwischen Einlass(5) und Auslassseite (8) keine Verbindung untereinander aufweisen.

4. Externer Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (1) an der Einlassseite (5) einen Einlassflansch (4) zur Verbindung mit einem Zylinderkopf aufweist und sich der Kühlmantel (K) im Wesentlichen bis zum Einlassflansch (4) erstreckt.

5. Externer Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (1) an der Auslassseite (8) einen Auslassflansch (7) vorsieht und sich der Kühlmantel (K) im Wesentlichen bis zum Auslassflansch (7) erstreckt.

6. Externer Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (30, 31) innerhalb des Abgaskrümmers (1) verlaufend ausgeführt ist.

7. Externer Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Verbindung (30) an der Auslassseite (8) vorgesehen ist.

8. Externer Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (K) über zumindest eine Zuleitung (Z) mit Kühlmittel versorgbar ist und das Kühlmittel über zumindest eine Ableitung (A) aus dem Kühlmantel (K) abführbar ist, wobei vorzugsweise der Kühlmantel (K) mit einem Kühlmittelkreislauf, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf (27) einer Verbrennungskraftmaschine (26), verbindbar ist.

9. Externer Abgaskrümmer (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ableitung (A) des Kühlmantels (K) mit einer Kabinenheizung (28) eines Kraftfahrzeugs (100) verbindbar ist.

10. Verbrennungskraftmaschine (26) mit einem externen Abgaskrümmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (K) des Abgaskrümmers (1) mit einem Kühlmittelkreislauf (27) der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreislauf (27) parallel oder seriell zu einem Kühlmittelkreislauf eines Zylinderblocks und/oder eines Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine (26) verläuft.

11. Kraftfahrzeug (100) mit einer Verbrennungskraftmaschine (26) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (K) des Abgaskrümmers (1) mit einer Kabinenheizung (28) des Kraftfahrzeugs (100) verbunden ist.

12. Kernanordnung (20) zur Fertigung eines externen Abgaskrümmers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit zumindest zwei Abgaskanalkernen (23), wobei die Kernanordnung (20) zur Bildung eines Kühlmantels (K) zumindest einen Kühlmantelkern (21, 22) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kernanordnung (20) einen oberen Kühlmantelkern (21) zur Bildung eines oberen Kühlmantelabschnitts (12) und einen unteren Kühlmantelkern (22) zur Bildung eines unteren Kühlmantelabschnitts (11) aufweist.

13. Verfahren zur Fertigung eines externen Abgaskrümmers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest ein Kühlmantelkern (21, 22) und zumindest zwei Abgaskanalkerne (23) in eine Gussform eingelegt werden und ein Gussvorgang durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander ein unterer Kühlmantelkern (22), zumindest zwei Abgaskanalkerne (23) und ein oberer Kühlmantelkern (21) in eine Gussform eingelegt werden, eine Positionierung des unteren Kühlmantelkerns (22) und des oberen Kühlmantelkerns (21) zueinander durch Fixieren von dem jeweiligen Kühlmantelkern (21, 22) zugeordneten, korrespondierenden Zapfen (24) erfolgt, danach ein Gussvorgang durchgeführt wird und dass nach dem Gussvorgang und nach dem Entfernen der Kühlmantelkerne (21, 22) und der Abgaskanalkerne (23) eine Verbindung zwischen den durch den oberen (21) und den unteren Kühlmantelkern (22) geschaffenen Kühlmantelabschnitten (11, 12) durch mechanisches Bearbeiten zumindest einer oder mehrerer der durch die Zapfen (24) geschaffenen Ausnehmung/Ausnehmungen im Abgaskrümmer (1) hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Anbohren verbleibende Öffnung vom im Inneren des Abgaskrümmers (1) angeordneten Kühlmantel (K) nach außen durch ein Stopfenelement (10, 13) je Offnung verschlossen wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen