DE10031903C1 - Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine ist mit Einlaßöffnungen für das Abgas, mit einer Sammelleitung, mit wenigstens einer Innenschale, die aus mehreren Rohrstücken gebildet ist, mit wenigstens einer Außenschale, wobei die Innenschale und die Außenschale unter Bildung eines dazwischenliegenden Luftspaltes auf Abstand zueinander liegen, und mit einer endseitigen Auslaßöffnung für das Abgas, versehen. An die Sammelleitung auf der von der endseitigen Auslaßöffnung abgewandten Seite ist eine zu einer Abgasrückführöffnung führende Abgasrückführleitung angeschlossen. Wenigstens ein Teil der Außenschale der Abgasrückführleitung ist durch die Außenschale gebildet. Die der Abgasrückführleitung am nächsten liegende Einlaßöffnung ist mit einem Abgasleitrohrstück als Innenschale versehen. Das Abgasleitrohrstück ist mit einer Strömungsleiteinrichtung für das Abgas versehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von An­ spruch 1 näher definierten Art.

Einen gattungsgemäßen Abgaskrümmer mit einer an dem Abgaskrümmer angebrachten Abgasrückführleitung be­ schreibt die DE 42 26 715 A1. Allerdings ist die An­ bindung der Abgasrückführleitung an den Abgaskrümmer insbesondere im Hinblick auf die Anströmung der Abgas­ rückführleitung nicht zufriedenstellend gelöst.

Weitere Abgaskrümmer sind auch aus der DE 44 44 760 A1, der DE 195 46 509 A1, der DE 43 39 290 A1 und der EP 0 709 557 A1 bekannt.

Gebaute isolierte Abgaskrümmer von Brennkraftmaschinen bestehen zumeist aus einer Innenschale aus mehreren Rohrstücken, welche zumeist eine T-Form besitzen und einer die Innenschale umgebende Außenschale. Die In­ nenschale und die Außenschale liegen unter Bildung eines dazwischenliegenden Luftspaltes auf Abstand zu­ einander. Die T-Stücke, die die Innenschale bilden, sind aus hochwertigen und temperaturfesten Materialien gefertigt, während die Außenschale aus weniger hitze­ beständigem und damit preisgünstigerem Material be­ steht.

Allgemeiner Stand der Technik ist es auch, von einem Abgaskrümmer aus eine Abgasrückführleitung abzuzwei­ gen, welche im allgemeinen nicht isoliert ist. Dabei besteht das Problem, daß ein großer Streuanteil des heißen Abgasstromes an die weniger hitzebeständige Außenschale gelangt, welche zumeist aus zwei Teilen, nämlich einem zylinderkopfseitigen Außenschalenteil und einem abgasseitigen Außenschalenteil, besteht. Durch den Aufprall heißer Abgase an die Außenschale wird ein sogenannter "Hot-Spot" gebildet, der zu Schä­ digungen führen kann. Nachteilig ist weiterhin, daß die Abgasrückführleitung eine schlechte Anströmung besitzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß bei einfachem Aufbau keine Überhit­ zung und damit eine Schädigung von Bauteilen auftritt, wobei gleichzeitig auch die Strömung des Abgases ver­ bessert werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Abgasleitrohrstück und das Strömungsleitelement wird vermieden, daß heiße Abgase an die weniger hitzebeständigen Außenschalen gelangen. Gleichzeitig wird durch das Strömungsleitelement ein verbessertes Strömungsverhalten erreicht. Insbesondere kann durch das Strömungsleitelement eine Verbesserung des Abgasstromes in Richtung zur Abgasrückführöffnung erreicht werden.

Durch das Strömungsleitelement wird ein unmittelbares Auftreffen des noch sehr heißen über die Einlaßöffnung einströmenden Abgases auf die Außenschale vermieden. Das spätere Entlangstreifen des Abgases in der Abgas­ rückführleitung an der in diesem Bereich nicht iso­ lierten Außenschale führt an dieser Stelle zu keiner Schädigung mehr. Im Gegenteil: auf diese Weise kann die gewünschte Abkühlung des Abgases erreicht werden.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß die Öff­ nungsweite des Abgasleitrohrstückes in Richtung Abgas­ rückführleitung kleiner ist als die Öffnungsweite der Abgasrückführleitung im Bereich der Öffnung des Abgas­ leitrohrstückes, wobei wenigstens eine Einströmöffnung in den Luftspalt gebildet ist.

Durch die Bildung einer Einströmöffnung bzw. durch die Verbindung mit dem Luftspalt wird aufgrund der Berüh­ rung des Abgases in der Abgasrückführleitung mit der Außenschale eine stärkere Kühlung des Abgases er­ reicht. Über die Einströmöffnung kann das auf diese Weise abgekühlte Abgas auch in den Luftspalt strömen, was sich ebenfalls positiv auf die Haltbarkeit des Abgaskrümmers aufgrund niedrigerer Temperaturen aus­ wirkt. Das in den Luftspalt einströmende kühlere Abgas kann im Bereich der Schiebesitze der miteinander ver­ bundenen Rohrstücke wieder in den Innenraum des Abgaskrümmers eintreten und zusammen mit dem darin sich befindenden Abgas über die Auslaßöffnung abgeleitet werden.

Durch das in den Luftspalt strömende abgekühlte Abgas und der anschließenden Mischung mit dem im Innenraum der Innenschalen strömenden Abgas werden diese eben­ falls abgekühlt.

In einer vorteilhaften Weise kann das erfindungsgemäße Abgasleitrohrstück im Umformverfahren hergestellt wer­ den, wobei nach der Umformung ein Umformstempel mit einer Umformstempelschräge das Strömungsleitelement in Form einer Abkantung oder Abrundung in das Abgas­ leitrohrstück einformt.

Ein sehr vorteilhaftes Umformverfahren ist hierfür das Innenhochdruck-Umformverfahren, wobei in vorteilhafter Weise für die Serienfertigung zwei spiegelbildlich zu­ einander angeordnete Abgasleitrohrstücke gleichzeitig im Umformverfahren umgeformt werden, wonach durch ei­ nen verschiebbaren Umformstempel mit zwei sich gegen­ überliegenden Umformstempelschrägen die Strömungslei­ telemente (Abkantungen/Abrundungen) eingeformt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzip­ mäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch den erfindungsgemäßen Abgaskrümmer,

Fig. 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Ab­ gasleitrohrstück,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Werkzeug für ein kon­ ventionell-mechanisches Umformverfahren im er­ sten Schritt,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Werkzeug für ein kon­ ventionell-mechanisches Umformverfahren im zweiten Schritt,

Fig. 5 ein Herstellverfahren für das erfindungsgemäße Abgasleitrohrstück nach dem Innenhochdruck- Umformverfahren im ersten Schritt, und

Fig. 6 ein Herstellverfahren für das erfindungsgemäße Abgasleitrohrstück nach dem Innenhochdruckver­ fahren im zweiten Schritt.

Der in der Fig. 1 dargestellte Abgaskrümmer weist eine Außenschale 1 auf, die zweiteilig ausgebildet ist mit einer abgasseitigen Außenschale 1a und einer zylinder­ kopfseitigen Außenschale 1b. Im Inneren der Außenscha­ le 1 befindet sich im Abstand dazu unter Bildung eines dazwischenliegenden Luftspaltes 2 eine Innenschale 3, welche aus mehreren im Schiebesitz miteinander verbun­ denden Rohrstücken 3a, 3b . . . in T-Form gebildet ist. In Fig. 1 ist zur Vereinfachung nur 1 Rohrstück 3a komplett und ein zweites, danebenliegendes Rohrstück 3b teilweise angedeutet. Im Bereich von Eingangsflan­ schen 4 ist die Innenschale 3 mit ihren Rohrstücken 3a, 3b . . ., mit der Außenschale 1a und mit den Ein­ gangsflanschen 4 miteinander verbunden.

Das in Abhängigkeit von der Anzahl nicht dargestellter Zylinder der Brennkraftmaschine über Einlaßöffnungen 5 einströmende Abgas gelangt in einer Sammelleitung 6, die den Innenraum der Innenschale 3 bildet, und weiter zu einer endseitigen Auslaßöffnung 7.

Auf der der Auslaßöffnung 7 gegenüberliegenden Seite schließt sich an die Sammelleitung 6 eine zu einer Abgasrückführöffnung 8 führende Abgasrückführleitung 9 an. Die Abgasrückführleitung 9 wird über einen wesent­ lichen Teil ihrer Erstreckung durch die Außenschale 1 gebildet.

Die der Abgasrückführleitung 9 am nächsten liegende Einlaßöffnung 5 für das Abgas ist mit einem Abgas­ leitrohrstück 10 versehen. Das Abasleitrohrstück 10 ist in einer ungefähren T-Form ausgebildet und weist an dem "T-Balken" eine zu der Abgasrückführleitung 9 gerichtete Abschrägung als Strömungsleitelement 11 auf. Die Abschrägung 11 führt dazu, daß auch die Öff­ nungsweite 12 des Abgasleitrohrstückes 10 kleiner ist als die Öffnungsweite der Abgasrückleitung 9 im Be­ reich der Öffnung 12 des Abgasleitrohrstückes 10. Die Außenschale 1 bzw. 1b umgibt das Abgasleitrohrstück 10 mit Abstand und stellt damit die Verlängerung des Luftspaltes 2 dar. Die Abgasrückführleitung 9, die durch die abgasseitige Außenschale 1b auf der Außen­ seite gebildet ist, liegt ebenfalls auf Abstand zu der Abschrägung 11 des Abgasleitrohrstückes 10. Auf diese Weise ergibt sich eine Einströmöffnung 13 zu dem Luftspalt 2.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Winkel der Abschrägung 11 kleiner als der Neigungswinkel der Ab­ gasrückführleitung bzw. der abgasseitigen Außenschale 1. Die Abschrägung 11 beginnt wenigstens annähernd bereits unterhalb der Einlaßöffnung 5. Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird durch die Abschrägung 11 als Strö­ mungsleitelement nicht nur eine Umlenkung eines Teiles des Abgases in Richtung auf die Abgasrückführleitung 9 erreicht, sondern darüber hinaus auch ein sofortiger Kontakt mit der Außenschale 1, da sich die Abschrägung 11 in die Abgasrückführleitung 9 erstreckt. Erst im weiteren Strömungsverlauf kommt das Abgas im Inneren der Abgasrückführleitung 9 mit der Außenschale in Kon­ takt. In diesem Bereich ist jedoch die Gefahr von "Hot-Spots" nicht mehr gegeben. Vielmehr kommt es da­ bei durch den direkten Kontakt mit der nicht isolier­ ten Außenschale 1 zu einer Abkühlung des Abgases. Über die Einströmöffnung 13 in Pfeilrichtung in den Luftspalt 2 einströmendes Abgas ist auf diese Weise ebenfalls kühler, womit es dort bei der Rückführung über die Schiebesitze zwischen den einzelnen Rohrstüc­ ken 3a, 3b . . . in die Sammelleitung 6 ebenfalls zu einer Abkühlwirkung kommt.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Herstellverfahren für das Abgasleitrohrstück im mechanischen Umformverfahren dargestellt.

Die Herstellung des Abgasleitrohrstückes 10 erfolgt im wesentlichen in zwei Stufen. Ein T-förmiges Rohrstück wird in Werkzeugmatrizen 14 mit der Negativ-Kontur des Rohrstückes eingelegt. Ein Anschlagstempel 15 wird bis auf eine definierte Endposition vorgefahren (in der Zeichnung nach rechts). Ein Verdrehen des Anschlag­ stempels 15 kann z. B. durch eine Passfeder verhindert werden. Die Endposition kann weggesteuert oder durch einen Endanschlag 16 am Anschlagstempel definiert wer­ den. Während sich der Anschlagstempel 15 bereits in seiner Endposition befindet, wird bei einem Vorfahren eines Umformstempels 17, der auf seiner Vorderseite eine Umformstempelschräge 18 besitzt, eine Umformstem­ pelschräge 18 gegen den Bereich des Rohrstückes ge­ drückt, das später das Strömungsleitelement 11 bilden soll. Auf der anderen Seite der einzuformenden Schräge befindet sich an dem Anschlagstempel 15 eine Anschlag­ stempelschräge 19, damit eine Gegenhalterung gebildet wird. Zwischen der Umformstempelschräge 18 und der Anschlagstempelschräge 19 wird das Strömungsleitele­ ment 11 durch den vorgefahrenen Umformstempel 17 kali­ briert (siehe Fig. 4). Nach dem Zurückfahren des Um­ formstempels 17 und des Abschlagstempels 15 kann das fertige Abgasleitrohrstück aus den Werkzeugmatrizen 14 und 15 entnommen werden.

In den Fig. 5 und 6 ist die Herstellung des Abgas­ leitrohrstückes 10 im Innenhochdruckverfahren darge­ stellt. Bei diesem Verfahren wird das Abgasleitrohr­ stück 10 aus einem Doppelrohformteil hergestellt, wel­ ches anschließend in der Mitte geteilt wird. Auch bei diesem Verfahren wird in eine Matrize 20 ein Rohform­ teil 21 als Doppelteil eingebracht. In einem ersten Schritt werden zwei gegenüberliegende Hochdruckumform­ stempel 22 dichtend an das Rohformteil 21 herangefah­ ren. Durch Zuführung eines Mediums unter sehr hohem Druck erfolgt dann in bekannter Weise die Hochdruckum­ formung des Rohformstückes 21. Während dieser Zeit befindet sich ein Umformstempel 23, der an seinem vor­ deren Ende zwei Abstempelschrägen 24 und 25 besitzt, die eine Kaltform ergeben, in einer zurückgeschobenen Position. In den auf diese Weise gebildeten Hohlraum 26 wird über Bypass-Leitungen 27 ebenfalls ein Medium unter Hochdruck eingebracht, damit bei der Hoch­ druckumformung ein Ausbauchen des Rohformstückes 21 in den Hohlraum 26 vermieden wird. Nach dem Hochdruckum­ formen wird der Umformstempel 23 nach vorne gefahren, wobei noch unter Beibehaltung des Hochdruckes im Inne­ ren des Rohformstückes 21 zwei Abkantungen als Strö­ mungsleitelemente 11 spiegelbildlich eingebracht wer­ den.

Die Einformung der Abkantungen durch den Umformstempel 23 kann gegebenenfalls auch vor dem Hochdruckumformen des Rohformstückes erfolgen.

Um Leckagen am Umformstempel 23 zu reduzieren, ist die Passung entsprechend genau auszulegen bzw. sind Dicht­ elemente vorzusehen. Eine Verdrehsicherung und der Verfahrweg können entsprechend dem Anschlagstempel 15 und dem Umformstempel 17 nach den Fig. 3 und 4 aus­ gewählt werden. Nach dem kompletten Umformen wird der Innendruck abgebaut, der Umformstempel 23 und die In­ nenhochdruckstempel 22 fährt zurück, und das Bauteil kann aus der Matrize 20 entnommen werden. Abschließend muß das Doppelteil lediglich noch im Bereich der bei­ den eingebrachten Abschrägungen 11 in zwei Einzelteile getrennt werden, die dann zwei fertige Abgasleitrohr­ stücke 10 darstellen.

Claims (9)

1. Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine mit Ein­ laßöffnungen für das Abgas, mit einer Sammellei­ tung, mit wenigstens einer Innenschale, die aus mehreren Rohrstücken gebildet ist, mit wenigstens einer Außenschale, wobei die Innenschale und die Außenschale unter Bildung eines dazwischenliegen­ den Luftspaltes auf Abstand zueinander liegen, und mit einer endseitigen Auslaßöffnung für das Abgas, und wobei an die Sammelleitung auf der von der endseitigen Auslaßöffnung abgewandten Seite eine zu einer Abgasrückführöffnung führende Abgasrück­ führleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Abgasrückführleitung (9) durch die Außenschale (1) gebildet ist, und daß das der der Abgasrückführleitung (9) am nächsten liegenden Einlaßöffnung (5) zugeordnete Rohrstück als Abgasleitrohrstück (10) ausgebildet ist und einen Teil der Innenschale (3) bildet, wobei das Abgasleitrohrstück (10) mit einem Strömungsleit­ element (11) versehen ist, welches das Abgas in Richtung der Abgasrückführöffnung (8) leitet.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsweite des Abgasleitrohrstückes (10) in Richtung Abgasrückführleitung (9) kleiner ist als die Öffnungsweite der Abgasrückführleitung (9) im Bereich der Öffnung (12) des Abgasleitrohrstückes (10), wobei wenigstens eine Einströmöffnung (13) in dem Luftspalt (2) gebildet ist.

3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasleitrohrstück (10) als T-Stück ausgebil­ det ist, das als Strömungsleitelement (11) eine an dem T-Balken angeordnete und zu der Abgasrückführ­ leitung (9) gerichtete Abschrägung oder Abrundung aufweist.

4. Abgaskrümmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand der Abgasrückführleitung (9) gegen­ über der Längsachse der Sammelleitung in Richtung auf das Strömungsleitelement (Abschrägung/Abrun­ ung 11) geneigt ist.

5. Abgaskrümmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des Strömungsleitelementes (Abschrä­ gung/Abrundung 11) gleich groß oder kleiner ist als der Neigungswinkel der Abgasrückführleitung (9).

6. Verfahren zur Herstellung eines Abgasleitrohrstüc­ kes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 im Umformver­ fahren, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rohformstück in eine Endform gebracht wird, wonach ein Umformstempel (17, 23) mit einer Umformstempelschräge (18 bzw. 24, 25) minde­ stens ein Strömungsleitelement (Abschrägung/Abrun­ dung 11) einformt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasleitrohrstück (10) im Innenhochdruckum­ formverfahren hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Abgas­ leitrohrstücke (10) im Umformverfahren umgeformt werden, wonach durch einen verschiebbaren Umform­ stempel (23) mit zwei sich gegenüberliegenden Um­ formstempelschrägen (24, 25) die Strömungsleitele­ mente (Abschrägungen/Abrundungen 11) eingeformt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Innenhochdruckumformverfahrens über Bypass-Leitungen (27) in einen durch den zurückge­ schobenen Umformstempel (23) gebildeten Hohlraum (26) ein Gegendruck zu dem Umformdruck aufgebaut wird.