DE10102637A1

DE10102637A1 - Exhaust manifold for exhaust gas discharge from an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10102637A1
Application number: DE10102637A
Authority: DE
Inventors: Detlef Hiemesch; Dieter Niederhauser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2002-07-25
Also published as: EP1225314B1; ATE328194T1; EP1225314A3; EP1225314A2; DE50109943D1; ES2261325T3

Abstract

The manifold has an outer shell (2) extending along the row of outlet openings of the cylinders, and an inner shell to form an insulating air gap between the two shells. A common outlet opening (10') is formed on a centre section of the manifold and for each of the four or more cylinders there is an inlet flange (2 to 8) located on the exhaust inlet side whereby the flanges of the two middle cylinders are connected together through a web. The web has a through bore between the flanges so that it can be heated up by the hot exhaust gases.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskrümmer zur Abgasabführung aus einem Verbrennungsmotor mit bevorzugt sechs in einer Reihe angeordneten Zylindern.The invention relates to an exhaust manifold for exhaust gas discharge from a Internal combustion engine with preferably six cylinders arranged in a row.

Ein Abgaskrümmer kann bei einem Reihenmotor mit mehr als drei Zylindern als ein langgestrecktes rohrförmiges Gebilde aufgebaut sein, das sich längs zur Reihe der Abgasaustrittsöffnungen des Verbrennungsmotors erstreckt, wobei am Abgaskrümmer gegenüber jeder Abgasöffnung des Verbrennungsmotors ein Eintrittsflansch angeordnet ist und an einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers ein gemeinsamer Austrittsflansch angeordnet ist. Aufgrund der hohen Abgastemperatur dehnt sich der Abgaskrümmer in seiner Längserstreckung wesentlich stärker aus als der zugehörige Verbrennungsmotor bzw. Zylinderkopf. Damit der Abgaskrümmer den mechanischen Belastungen, beruhend auf den thermischen Dehnungen, stand hält, muß der Abgaskrümmer sehr robust und damit dickwandig und schwer ausgebildet werden, wobei zusätzlich eine Relativbewegung der Eintrittsflansche des Abgaskrümmers gegenüber den Austrittsöffnungen des Verbrennungsmotors möglich sein muß, um Risse zu vermeiden.An exhaust manifold can be used in an in-line engine with more than three cylinders elongated tubular structure to be built, which extends along the row of Exhaust gas outlet openings of the internal combustion engine, wherein on Exhaust manifold opposite each exhaust opening of the internal combustion engine Inlet flange is arranged and at a central portion of the Exhaust manifold a common outlet flange is arranged. Due to the high exhaust gas temperature, the exhaust manifold stretches in its longitudinal extent much stronger than the associated internal combustion engine or cylinder head. So that the exhaust manifold meets the mechanical loads based on the Withstands thermal expansion, the exhaust manifold must be very robust and therefore thick-walled and heavy, with a relative movement the inlet flanges of the exhaust manifold opposite the outlet openings of the Internal combustion engine must be possible to avoid cracks.

Im Stand der Technik sind Gußkrümmer, einwandige, zusammengesetzte Abgaskrümmer und doppelwandige Abgaskrümmer, sogenannte luftspaltisolierte Abgaskrümmer (LSI-Abgaskrümmer) bekannt. Einwandige und doppelwandige Abgaskrümmer sind üblicherweise aus Rohren, Schalen, Flanschen usw. zusammengeschweißt.In the prior art, cast manifolds are single-walled, composite Exhaust manifolds and double-walled exhaust manifolds, so-called air-gap insulated Exhaust manifold (LSI exhaust manifold) known. Single-walled and double-walled Exhaust manifolds are usually made of pipes, shells, flanges, etc. welded together.

Ein Gußkrümmer hat eine dicke Wandstärke, die fertigungsbedingt größer als 3 mm beträgt, was eine hohe mechanische Festigkeit gegenüber Materialüberbefastung, beruhend auf thermischer Dehnungen, begründet. Nachteilig ist jedoch das hohe Gewicht des Gußkrümmers und auch die damit verbundene hohe Wärmekapazität, die insbesondere in der Warmlaufphase des Motors zu einer starken Abkühlung des Abgases führt. Weiterhin verfügt der Gußkrümmer über eine schlechte Wärmeisolationseigenschaft, dadurch geht Energie für den Betrieb eines Abgasturboladers verloren. Weiterhin wird die Anspringtemperatur einer Abgasreinigungseinrichtung und/oder die Betriebstemperatur einer Abgasreinigungseinrichtung nur langsam erreicht.A cast elbow has a thick wall, which is larger than 3 mm due to the manufacturing process which is a high mechanical strength against material overloading, based on thermal expansion. However, the high is a disadvantage Weight of the manifold and also the associated high heat capacity, which, especially in the warm-up phase of the engine, leads to a strong cooling of the Exhaust gas leads. Furthermore, the manifold has a bad one Thermal insulation property, this means energy for the operation of a Exhaust gas turbocharger lost. Furthermore, the light-off temperature becomes one Emission control device and / or the operating temperature of a Exhaust gas cleaning device only reached slowly.

Ein aus Rohren, Schalen und Flanschen zusammengeschweißter, einwandiger Abgaskrümmer ist zwar leichter als der Gußkrümmer, seine mechanische Festigkeit gegenüber Materialbelastungen, beruhend auf thermischer Dehnung, ist jedoch auch geringer. Ferner hat ein zusammengeschweißter, einwandiger Abgaskrümmer schlechte Wäremisolationseigenschaften und hat diesbezüglich die gleichen Nachteile, wie der Gußkrümmer.A single-wall welded together from pipes, shells and flanges Exhaust manifold is lighter than the cast manifold, its mechanical strength against material loads based on thermal expansion, however also less. It also has a welded, single-walled exhaust manifold poor thermal insulation properties and has the same in this regard Disadvantages, such as the manifold.

Ein doppelwandiger, luftspaltisolierter Abgaskrümmer hat einerseits gute Wärmeisolationseigenschaften, andererseits ist aus Gründen der Gewichtseinsparung und der geringeren Wärmekapazität ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer aus relativ dünnwandigen Bauteilen aufgebaut, was leicht zu einer Materialüberlastung in Form von thermisch bedingten, plastischen Deformationen und Rissen, insbesondere bei großen Baulängen, führen kann. Um dies zu vermeiden, werden luftspaltisolierte Abgaskrümmer bei großen Baufängen, wie für Vier und insbesondere für Sechszylinderreihenmotoren mehrteilig ausgeführt, wie dies beispielsweise in der DE 199 52 648 A1 dargestellt ist.On the one hand, a double-walled, air-gap-insulated exhaust manifold has good ones Thermal insulation properties, on the other hand, is for the sake of Weight saving and the lower heat capacity an air gap insulated Exhaust manifold constructed from relatively thin-walled components, which is easy to achieve Material overload in the form of thermally induced, plastic deformations and cracks, especially with large lengths. To do this avoid air-gap-insulated exhaust manifolds with large construction catches, such as for Four and in particular designed for six-cylinder in-line engines, such as this is shown, for example, in DE 199 52 648 A1.

Nachteilig an der mehrteiligen Ausführung ist der hohe Fertigungsaufwand und die damit verbundenen hohen Kosten. Weiterhin ist die mehrteilige Ausführung ungünstig bei aufgeladenen Motoren, da der Lader nicht so nahe am Verbrennungsmotor plaziert werden kann, und somit Energieverluste durch die Abkühlung der Abgase hingenommen werden müssen.The disadvantage of the multi-part design is the high manufacturing effort and the associated high costs. Furthermore, the multi-part version unfavorable for turbocharged engines because the loader is not so close to Internal combustion engine can be placed, and thus energy loss through the Cooling of the exhaust gases must be accepted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer in einteiliger Ausführung für Vier- und Mehrzylinderreihenmotoren zur Verfügung zu stellen, bei dem Materialüberlastungen in Form von Rissen oder plastischen Deformationen, beruhend auf thermischer Dehnungen, nicht auftreten.The invention has for its object in an air gap insulated exhaust manifold one-piece design for four and multi-cylinder in-line engines available places where material overloads in the form of cracks or plastic Deformations based on thermal expansion do not occur.

Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein doppelwandiger, luftspaltisolierter Abgaskrümmer eine Vielzahl von Eintrittsflanschen auf der Abgaseintrittsseite hat, wobei die Eintrittsflansche der zwei mittleren Zylinder über einen Steg miteinander verbunden sind. Dadurch, daß sich beim Erwärmen des luftspaltisolierten Abgaskrümmers der Steg zwischen den zwei mittleren Zylindern erwärmt, unterstützt der Steg die thermische Dehnung des Abgaskrümmers, insbesondere im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers, an dem sich der gemeinsame Austrittsflansch des Abgaskrümmers befindet. Durch die konstruktive Ausführung, bei der die mittleren zwei Flansche über den Steg zu einem Doppelflansch verbunden sind, und bei der die Flansche an den äußeren Zylindern als unabhängige, einzelne Flansche verbleiben, ergibt sich ein günstiges Spannungsniveau in der Außenschale des Abgaskrümmers, so daß thermische Betriebsspannungen, die in der Außenschale aufgrund der unterschiedlichen thermischen Längenänderung zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer auftreten, nicht zu plastischen Verformungen oder Rissen in der Außenschale führen. Die Einzelflansche an den Randzylindern erlauben dem Abgaskrümmer in diesen thermisch geringer belasteten Bereichen die größtmögliche Bewegungsfreiheit.This object is achieved with the features of claim 1 in that a double walled, air gap insulated exhaust manifold a variety of Has inlet flanges on the exhaust gas inlet side, the inlet flanges of the two middle cylinders are connected to each other via a web. In that when the air gap-insulated exhaust manifold is heated, the web between the two warmed in the middle cylinders, the web supports the thermal expansion of the Exhaust manifold, in particular in the middle section of the exhaust manifold, on the the common exhaust flange of the exhaust manifold is located. Through the constructive design, in which the middle two flanges over the web are connected by a double flange, and in which the flanges on the outer Cylinders remain as independent, individual flanges, this results in an inexpensive Voltage level in the outer shell of the exhaust manifold, so that thermal Operating voltages in the outer shell due to the different thermal change in length between the cylinder head and exhaust manifold, do not lead to plastic deformation or cracks in the outer shell. The Single flanges on the edge cylinders allow the exhaust manifold in them Areas with the lowest thermal loads provide the greatest possible freedom of movement.

Durch die vorteilhafte Gestaltung des Abgaskrümmers ist es möglich, die tragende Schale, entweder die Innenschale oder bevorzugt die Außenschale, dünnwandiger zu gestalten, wodurch Gewicht und damit Kosten eingespart werden. Es ist damit möglich einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer mit einer geringen Wärmekapazität zur Verfügung zu stellen, wodurch ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur und damit ein schnelles Anspringen der Abgasnachbehandlung beim Kaltstart erreicht werden können. Weiterhin verfügt der Abgaskrümmer über eine gute Isolationswirkung, so daß die Wärmeverluste des Abgases minimal sind, was zu einem höheren Temperaturniveau der Abgase führt und damit ein schnelleres Anspringen der Abgasnachbehandlung beim Kaltstart sowie ggf. ein erhöhtes Enthalpieangebot für einen möglicherweise angeschlossenen Abgasturbolader bewirkt. Mit der vorteilhaften Gestaltung des vorliegenden Abgaskrümmers wird ein leichter, wärmeisolierter Abgaskrümmer mit hoher Lebensdauer zur Verfügung gestellt, der auch bei einem Sechszylinderreihenmotor einflutig bzw. einteilig ausgebildet sein kann.Due to the advantageous design of the exhaust manifold, it is possible to support the Shell, either the inner shell or preferably the outer shell, thin-walled to design, which saves weight and thus costs. It is with it possible an air gap-insulated exhaust manifold with a low heat capacity to provide, thereby quickly reaching the operating temperature and thus a quick start of the exhaust gas aftertreatment on cold start can be achieved. Furthermore, the exhaust manifold has a good one Isolation effect, so that the heat losses of the exhaust gas are minimal, resulting in leads to a higher temperature level of the exhaust gases and thus a faster one Start of the exhaust gas aftertreatment on cold start as well as an increased if necessary Enthalpy offer for a possibly connected exhaust gas turbocharger causes. With the advantageous design of the present exhaust manifold, a lighter, heat-insulated exhaust manifold with a long service life available provided that even with a six-cylinder in-line engine, or in one piece can be trained.

In einer vorteilhaften Ausführung des Abgaskrümmers ist der Steg mit einer Durchgangsbohrung versehen, damit der Steg durch heiße Abgase beheizbar ist, um ein schnelleres Erwärmen des Stegs zu unterstützen, so daß die thermische Ausdehnung im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers zusätzlich unterstützt wird.In an advantageous embodiment of the exhaust manifold, the web has a Provide a through hole so that the web can be heated by hot exhaust gases, to support faster heating of the web, so that the thermal Expansion in the middle section of the exhaust manifold is additionally supported.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der Steg mit einer Wärmeisolation versehen sein, so daß seine, die Ausdehnung des mittleren Abschnitts des Abgaskrümmers unterstützende Wirkung schnell erreicht wird und beim Betrieb aufrecht erhalten bleibt.In a further advantageous embodiment, the web can be provided with thermal insulation be provided so that its the extent of the central portion of the Exhaust manifold supportive effect is achieved quickly and during operation is maintained.

Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausführung der Steg aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine höhere Wärmeausdehnung hat als der Werkstoff der verbleibenden Bauteile des Abgaskrümmers. Auch auf diese Weise kann die Wirkung zur Ausdehnung des mittleren Abschnitts des Abgaskrümmers unterstützt werden.Furthermore, in a preferred embodiment, the web can be made of one material be produced, which has a higher thermal expansion than the material of the remaining components of the exhaust manifold. In this way too Supporting the expansion of the central portion of the exhaust manifold become.

In einer vorteilhaften Ausführung hat die Innenschale die Aufgabe, die Abgase von den Eintrittsflanschen zum gemeinsamen Austrittsflansch zu leiten. Die Innenschale ist aus mehreren Teilen ausgebildet, wobei die Teile der Innenschale an Bereichen mit großer Wärmedehnung über einen Schiebesitz verbunden sind. Die Außenschale übernimmt dabei die tragende Funktion und ist gasdicht ausgebildet. Durch diese Gestaltung mit Schiebesitzen an der Innenschale ist es möglich, der Innenschale, die höheren thermischen Betriebsspannungen ausgesetzt ist wie die Außenschale, einen optimalen Bewegungsspielraum einzuräumen. Weiterhin kann durch diese Gestaltung die Außenschale dünnwandiger ausgebildet werden, da die Außenschale nicht mit Wärmeausdehnungsspannungen der Innenschale beaufschlagt wird.In an advantageous embodiment, the inner shell has the task of removing the exhaust gases from direct the inlet flanges to the common outlet flange. The inner shell is formed from several parts, the parts of the inner shell in areas are connected with great thermal expansion via a sliding seat. The The outer shell takes on the supporting function and is gas-tight. This design with sliding seats on the inner shell makes it possible for the Inner shell that is exposed to higher thermal operating voltages than that Outer shell to allow optimal freedom of movement. Furthermore can through this design, the outer shell can be made thinner because the Outer shell not with thermal expansion stresses of the inner shell is applied.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further refinements of the invention are specified in the subclaims.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:A preferred embodiment is described below with reference to the attached drawings, wherein:

Fig. 1 eine Schrägansicht des luftspaltisolierten Abgaskrümmers (LSI- Abgaskrümmer) in einteiliger Ausführung für einen Sechs-Zylinderreihenmotor zeigt; Fig. 1 shows an oblique view of the air-gap insulated exhaust manifold (LSI exhaust manifold) in a one-piece design for a six-cylinder in-line engine;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie C-C nach Fig. 3 zeigt; Fig. 2 shows a sectional view of the exhaust manifold along the section line CC of Fig. 3;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie B-B nach Fig. 2 zeigt; Fig. 3 shows a sectional view of the exhaust manifold along the section line BB of Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie A-A nach Fig. 2 zeigt; Fig. 4 shows a sectional view of the exhaust manifold along the section line AA of Fig. 2;

Fig. 5 eine Explosionsansicht aller Einzelteile des Abgaskrümmers nach Fig. 1 zeigt; Fig. 5 shows an exploded view of all parts of the exhaust manifold of FIG. 1;

Fig. 6 eine Explosionsansicht der Hauptbaugruppen des Abgaskrümmers nach Fig. 1 zeigt; Figure 6 shows an exploded view of the main assemblies of the exhaust manifold of Figure 1;

Fig. 7 die Zusammenführung der Rohrleitungen am Austrittsflansch zeigt; FIG. 7 shows the merging of the pipes is at the outlet flange;

Fig. 8 eine abgewandelte Steganordnung zwischen den mittleren Eintrittsflanschen zeigt; Fig. 8 shows a modified web arrangement between the central Eintrittsflanschen;

Fig. 9 eine Darstellung der thermischen Betriebsspannungen der Außenschale des Abgaskrümmers zeigt, wenn kein Steg zwischen den mittleren Einzelflanschen vorgesehen ist; Fig. 9 shows a representation of the thermal operating stress of the outer shell of the exhaust manifold when no web is provided between the middle Einzelflanschen;

Fig. 10 eine Darstellung der thermischen Betriebsspannungen der Außenschale des Abgaskrümmers zeigt, wenn ein Steg zwischen den mittleren Einzelflanschen vorgesehen ist. Fig. 10 shows a representation of the thermal operating stress of the outer shell of the exhaust manifold, if there is provided a space between center Einzelflanschen.

Gemäß Fig. 1 bis 6 ist der Aufbau eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers für einen Sechszylinderreihenmotor (nicht gezeigt) dargestellt. Der Abgaskrümmer erstreckt sich im wesentlichen entlang der Auslaßöffnungen des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt). Der Abgaskrümmer hat eine Innenschale 1, die von einer Außenschale 2 umgeben ist, so daß zwischen Innenschale 1 und Außenschale 2 ein Luftspalt 13 ausgebildet wird. Auf der Abgaseintrittsseite sind sechs einzelne, den Auslaßöffnungen des Verbrennungsmotors gegenüberliegende Eintrittsflansche 3 bis 8 nebeneinander angeordnet, wobei jeder Eintrittsflansch 3 bis 8 je eine ovale Eintrittsöffnung 3' bis 8' und je zwei Befestigungsbohrungen 15 zum Befestigen am Verbrennungsmotor hat. Sowohl der Endbereich der Außenschale 2 als auch der Endbereich der Innenschale 1 ragt aneinanderliegend in jede Eintrittsöffnung 3' bis 8' derart hinein, daß die Außenschale 2 gegenüber der Innenschale 1 weiter in die jeweilige Eintrittsöffnung 3' bis 8' ragt. Über eine gemeinsame Schweißnaht 9 auf der Innenfläche jeder Eintrittsöffnung 3' bis 8' ist die Innenschale 1 und die Außenschale 2 mit dem jeweiligen Eintrittsflansch 3 bis 8 verbunden.According to Fig. 1 to 6 is the construction of an air-gap-insulated exhaust manifold for a six cylinder engine (not shown). The exhaust manifold extends substantially along the exhaust ports of the internal combustion engine (not shown). The exhaust manifold has an inner shell 1 , which is surrounded by an outer shell 2 , so that an air gap 13 is formed between the inner shell 1 and the outer shell 2 . On the exhaust gas inlet side six individual, opposite the exhaust ports of the engine Eintrittsflansche 3 are arranged to 8 next to each other, each inlet flange to 8 each have an oval inlet opening 3 'to 8' and two fastening holes 15 has for attachment to the internal combustion engine. 3 Both the end region of the outer shell 2 and the end region of the inner shell 1 protrude into each inlet opening 3 'to 8 ' such that the outer shell 2 projects further into the respective inlet opening 3 'to 8 ' relative to the inner shell 1 . The inner shell 1 and the outer shell 2 are connected to the respective inlet flange 3 to 8 via a common weld seam 9 on the inner surface of each inlet opening 3 'to 8 '.

An einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers werden die über die Eintrittsflansche 3 bis 8 eingeführten Abgase auf einen gemeinsamen Austrittsflansch 10 zusammengeführt. Die Ebene 11 des Austrittsflansches 10 ist gegenüber der gemeinsamen Ebene der Eintrittsflansche um 90° gedreht angeordnet, so daß die Abgase im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers gegenüber der Ebene 12 der Eintrittsflansche um 90° zur Ebene 11 der Austrittsflansche umgelenkt werden. Der Austrittsflansch 10 ist mit einer annähernd kreisförmigen Austrittsöffnung 10' versehen. Sowohl der Endbereich der Außenschale 2 als auch der Endbereich der Innenschale 1 ragen aneinanderliegend in die Austrittsöffnung 16 derart hinein, daß die Außenschale 2 gegenüber der Innenschale 1 weiter in die Austrittsöffnung 16 ragt. Über eine gemeinsame Schweißnaht 17 auf der Innenfläche der Austrittsöffnung 16 ist die Innenschale 1 und die Außenschale 2 mit dem Austrittsflansch 10 verbunden.At a central section of the exhaust manifold, the exhaust gases introduced via the inlet flanges 3 to 8 are brought together on a common outlet flange 10 . The plane 11 of the outlet flange 10 is arranged rotated by 90 ° relative to the common plane of the inlet flanges, so that the exhaust gases in the middle section of the exhaust manifold are deflected by 90 ° relative to plane 12 of the inlet flanges to plane 11 of the outlet flanges. The outlet flange 10 is provided with an approximately circular outlet opening 10 '. Both the end region of the outer shell 2 and the end region of the inner shell 1 protrude into the outlet opening 16 in such a way that the outer shell 2 projects further into the outlet opening 16 than the inner shell 1 . The inner shell 1 and the outer shell 2 are connected to the outlet flange 10 via a common weld seam 17 on the inner surface of the outlet opening 16 .

Die beiden mittleren Eintrittsflansche 5 und 6 sind über einen Steg 18 miteinander verbunden, der sich längs zur Erstreckung des Abgaskrümmers zwischen den Eintrittsflanschen 5 und 6 erstreckt. Die weiter außen liegenden Eintrittsflansche 3 und 4, 4 und 5, 6 und 7, 7 und 8 sind nicht miteinander verbunden.The two middle inlet flanges 5 and 6 are connected to one another via a web 18 which extends longitudinally between the inlet flanges 5 and 6 to extend the exhaust manifold. The inlet flanges 3 and 4 , 4 and 5 , 6 and 7 , 7 and 8 lying further out are not connected to one another.

Der Abgaskrümmer ist im wesentlichen symmetrisch zu einer Spiegelebene 19 aufgebaut, die durch die Mitte des Abgaskrümmers entlang der Austrittsöffnung 16 und durch den Steg 18 verläuft (Fig. 2). Der weitere Aufbau des Abgaskrümmers wird daher nur für eine Hälfte des Abgaskrümmers dargestellt, da die andere Hälfte spiegelsymmetrisch zur einen Hälfte ist.The exhaust manifold is constructed essentially symmetrically to a mirror plane 19 which runs through the center of the exhaust manifold along the outlet opening 16 and through the web 18 ( FIG. 2). The further construction of the exhaust manifold is therefore only shown for one half of the exhaust manifold, since the other half is mirror-symmetrical to one half.

Die Innenschale besteht im wesentlichen aus einer Verbindungsleitung 20, die sich von der Eintrittsöffnung 3' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt, einer Verbindungsleitung 21, die sich von der Eintrittsöffnung 4' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt und einer Verbindungsleitung 22, die sich von der Eintrittsöffnung 5' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt. Die Verbindungsleitung 20, die den äußersten Eintrittsflansch 3 mit dem Austrittsflansch 10 verbindet, ist dabei die längste von den drei Verbindungsleitungen, wobei die Verbindungsleitung 21 und 22 entsprechend kürzer sind. Die Verbindungsleitung 20 und 21 laufen im Bereich zwischen dem Eintrittsflansch 4 und dem Eintrittsflansch 5 parallel und vereinigen sich zu einem gemeinsamen Rohr, das im Bereich des Eintrittsflansches 5 als Sammelbereich 24 ausgebildet ist. Der Sammelbereich 24 ist aus einer ersten Halbschale 25 und einer zweiten Halbschale 26 aufgebaut. Die erste Halbschale 25 umfaßt dabei die Eintrittsöffnung 5' für den Eintrittsflansch 5. Die erste Halbschale 25 und die zweite Halbschale 26 des Sammelbereichs 24 sind über eine längsverlaufende Überlappschweißnaht 28 miteinander verbunden. Im Bereich zwischen dem Eintrittsflansch 4 und 5, bei dem sich die Verbindungsleitungen 20 und 21 vereinigen und in den Sammelbereich 24 einmünden, ist eine Überlappung 29 zwischen der Verbindungsleitung 20 und 21 und dem Sammelbereich vorgesehen. Die Überlappung 29 ist als Schiebesitz zwischen den Verbindungsleitungen 20 und 21 und dem Sammelbereich 24 ausgebildet, so daß bei thermischen Dehnungen eine Relativbewegung zwischen den Verbindungsleitungen 20, 21 und dem Sammelbereich 24 stattfinden kann.The inner shell essentially consists of a connecting line 20 which extends from the inlet opening 3 'to the outlet opening 10 ', a connecting line 21 which extends from the inlet opening 4 'to the outlet opening 10 ' and a connecting line 22 which extends from the inlet opening 5 'to the outlet opening 10 ' extends. The connecting line 20 , which connects the outermost inlet flange 3 to the outlet flange 10 , is the longest of the three connecting lines, the connecting lines 21 and 22 being correspondingly shorter. The connecting lines 20 and 21 run parallel in the area between the inlet flange 4 and the inlet flange 5 and unite to form a common tube which is formed in the area of the inlet flange 5 as a collecting area 24 . The collection area 24 is constructed from a first half-shell 25 and a second half-shell 26 . The first half-shell 25 includes the inlet opening 5 ′ for the inlet flange 5 . The first half-shell 25 and the second half-shell 26 of the collecting area 24 are connected to one another via a longitudinal overlap weld 28 . In the area between the inlet flange 4 and 5 , in which the connecting lines 20 and 21 unite and open into the collecting area 24 , an overlap 29 is provided between the connecting line 20 and 21 and the collecting area. The overlap 29 is designed as a sliding fit between the connecting lines 20 and 21 and the collecting area 24 , so that a relative movement between the connecting lines 20 , 21 and the collecting area 24 can take place during thermal expansions.

Der Sammelbereich 24 endet auf der Auslaßseite in Form eines Halbkreissegmentes 30 und bildet zusammen mit dem Sammelbereich der anderen symmetrischen Hälfte des Abgaskrümmers die kreisförmige Austrittsöffnung 10'.The collecting area 24 ends on the outlet side in the form of a semicircular segment 30 and, together with the collecting area of the other symmetrical half of the exhaust manifold, forms the circular outlet opening 10 '.

Auf der Endseite in Richtung der Längserstreckung des Abgaskrümmers ist in die Verbindungsleitung 20 ein Abgasrückführrohr 31 mit einem daran befindlichen Abgasrückführrohrflansch 32 eingesetzt.On the end side in the direction of the longitudinal extent of the exhaust manifold, an exhaust gas recirculation pipe 31 with an exhaust gas recirculation pipe flange 32 located thereon is inserted into the connecting line 20 .

Um die dargestellte Anordnung der Innenschale 1, die aus den Verbindungsleitungen 20 bis 22 aufgebaut ist, ist eine zweigeteilte Außenschale 2 mit einer ersten äußeren Halbschale 33 und einer zweiten äußeren Halbschale 34 angeordnet. An der ersten äußeren Halbschale 33 sind die Eintrittsöffnungen 3' bis 8' und die Hälfte der Austrittsöffnung 10' ausgebildet. An der zweiten äußeren Halbschale 34 ist die andere Hälfte der Austrittsöffnung 10' ausgebildet und mit der ersten äußeren Halbschale 33 über eine rundum, längs zur Erstreckung des Abgaskrümmers verlaufenden Überlappschweißnaht 35 verbunden.A two-part outer shell 2 with a first outer half-shell 33 and a second outer half-shell 34 is arranged around the arrangement of the inner shell 1 shown , which is constructed from the connecting lines 20 to 22 . The inlet openings 3 'to 8 ' and half of the outlet opening 10 'are formed on the first outer half-shell 33 . The other half of the outlet opening 10 'is formed on the second outer half-shell 34 and is connected to the first outer half-shell 33 via an all-round overlap weld 35 which extends longitudinally to extend the exhaust manifold.

Sowohl die verschiedenen Bestandteile der Innenschale 1, wie die Verbindungsleitungen 20, 21 und 22 als auch die Bestandteile der Außenschale 2, die die erste äußere Halbschale 33 und der zweite äußere Halbschale 34 aufweist, sind bevorzugt als Tiefziehteile aus dünnwandigem Blech, bevorzugt aus rostfreiem Edelstahlblech hergestellt. Die Teile der Innenschale 1 sind dabei aus Blech mit einer Blechstärke von bevorzugt 0,8 mm hergestellt, wobei die Bestandteile der Außenschale 2 bevorzugt aus einem Blech mit einer Blechdicke von 1,5 mm hergestellt sind. Die Eintrittsflansche 3 bis 8, der Austrittsflansch 10 und der Abgasrückführflansch 32 sind aus geschmiedetem blechartigen Material mit einer Wandstärke von bevorzugt 8 mm hergestellt. Der Luftspalt 13 zwischen Innenschale 1 und Außenschale 2 beträgt bevorzugt zwischen 4 bis 6 mm. Da die Innenschale 1 mit der als Schiebesitz ausgebildeten Überlappung 29 zum thermischen Längenausgleich versehen ist, ist die Innenschale 1 nicht gasdicht ausgebildet. Die Innenschale 1 dient mit ihren Verbindungsleitungen 20, 21 und 22, die sich im Sammelbereich 24 vereinigen, der Gasführung, wobei die Führung der Gase aus den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors weitestgehend getrennt voneinander innerhalb der Innenschale 1 verläuft, um ein günstiges Instationärverhalten des Verbrennungsmotors zu erzielen.Both the various components of the inner shell 1 , such as the connecting lines 20 , 21 and 22, and the components of the outer shell 2 , which has the first outer half shell 33 and the second outer half shell 34 , are preferably deep-drawn parts made of thin-walled sheet metal, preferably of stainless steel sheet manufactured. The parts of the inner shell 1 are made of sheet metal with a sheet thickness of preferably 0.8 mm, the components of the outer shell 2 are preferably made of sheet metal with a sheet thickness of 1.5 mm. The inlet flanges 3 to 8 , the outlet flange 10 and the exhaust gas recirculation flange 32 are made of forged sheet-like material with a wall thickness of preferably 8 mm. The air gap 13 between the inner shell 1 and the outer shell 2 is preferably between 4 and 6 mm. Since the inner shell 1 is provided with the overlap 29 designed as a sliding seat for thermal length compensation, the inner shell 1 is not designed to be gas-tight. The inner shell 1 , with its connecting lines 20 , 21 and 22 , which unite in the collecting area 24 , is used for gas routing, the routing of the gases from the individual cylinders of the internal combustion engine being largely separate from one another within the inner shell 1 , in order to ensure favorable unsteady behavior of the internal combustion engine achieve.

In einer Abwandlung gemäß Fig. 8 ist der Steg 18 zwischen dem Eintrittsflansch 5 und dem Eintrittsflansch 6 mit einer Längsbohrung 36 versehen, so daß heiße Abgase durch den Steg 18 strömen können, um den Steg 18 zu beheizen. In einer weiteren Abwandlung kann der Steg 18 aus einem Material hergestellt sein, der über einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügt als das Material der übrigen Bauteile des Abgaskrümmers. Im Betrieb ist der dargestellte Abgaskrümmer großen Temperaturschwankungen von Umgebungstemperatur bis zu den höchsten Abgastemperaturen ausgesetzt und dehnt sich entsprechend der Erwärmung durch die heißen Abgase aus. Bei einem einteiligen bzw. einflutigen Abgaskrümmer für einen Sechszylinderreihenmotor können die Ausdehnungen zwischen heiß und kalt bis zu 2,7 mm entlang der Längserstreckung des Abgaskrümmers betragen. Da sich der Verbrennungsmotor, an dem der Abgaskrümmer befestigt wird, im Betrieb nicht so stark ausdehnt, wie der daran befestigte Abgaskrümmer, muß eine Relativbewegung zwischen den Eintrittsflanschen 3 bis 8 des Abgaskrümmers und der Befestigungsfläche am Motor möglich sein, da ansonsten die thermischen Spannungen innerhalb des Abgaskrümmers zu plastischen Verformungen und zu Rißbildung führen können. Die Erfinder haben dazu einen Abgaskrümmer ohne Steg 18 (Fig. 9) und einen Abgaskrümmer mit Steg 18 (Fig. 10) mit einer Finite- Element-Spannungsanalyse untersucht. Ein Abgaskrümmer ohne Steg 18 zeigt bei dieser Untersuchung gemäß Fig. 9 extreme Spannungsbereiche 37 im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers, die plastische Dehnungen darstellen. Der mittlere Abschnitt des Abgaskrümmers ist thermisch sehr hoch belastet, da sich in diesem Bereich die Austrittsöffnung 10' befindet. Beim Erwärmen des Abgaskrümmers muß die Wärmeausdehnung und beim Abkühlen muß die Schrumpfung des mittleren Abschnitts in Form einer Schiebekraft auf die jeweils weiter ausenliegenden Eintrittsflansche 5, 4 und 3 und auf der anderen Seite 6, 7 und 8 übertragen werden, um plastische Verformungen zu vermeiden. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Abgaskrümmer, der mit dem Steg 18 versehen ist, treten im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers keine extremen Spannungsbereiche auf, da der Steg die Ausdehnung und auch das Zusammenziehen bei der thermischen Belastung des Abgaskrümmers unterstützt. Auf diese Weise kann ein relativ langer Abgaskrümmer für einen Sechszylinderreihenmotor aber auch für einen Vierzylinderreihenmotor einstückig ausgebildet werden, wobei alle Eintrittsöffnungen 3' bis 8' einflutig auf eine Austrittsöffnung 10' zusammengeführt werden können. Der mit dem Steg 18 versehene Abgaskrümmer ist daher trotz "Thermoschockbeanspruchung" dauerhaft haltbar bei geringem Gewicht und bei einer guten Isolationswirkung.In a modification according to FIG. 8, the web 18 is provided with a longitudinal bore 36 between the inlet flange 5 and the inlet flange 6 , so that hot exhaust gases can flow through the web 18 in order to heat the web 18 . In a further modification, the web 18 can be made of a material that has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the other components of the exhaust manifold. In operation, the illustrated exhaust manifold is exposed to large temperature fluctuations from the ambient temperature to the highest exhaust gas temperatures and expands in accordance with the heating caused by the hot exhaust gases. In the case of a one-piece or single-flow exhaust manifold for a six-cylinder in-line engine, the expansion between hot and cold can be up to 2.7 mm along the longitudinal extent of the exhaust manifold. Since the internal combustion engine to which the exhaust manifold is attached does not expand as much during operation as the exhaust manifold attached to it, a relative movement between the inlet flanges 3 to 8 of the exhaust manifold and the mounting surface on the engine must be possible, otherwise the thermal stresses within of the exhaust manifold can lead to plastic deformation and cracking. To this end, the inventors have examined an exhaust manifold without web 18 ( FIG. 9) and an exhaust manifold with web 18 ( FIG. 10) using a finite element stress analysis. In this investigation according to FIG. 9, an exhaust manifold without a web 18 shows extreme stress ranges 37 in the middle section of the exhaust manifold, which represent plastic strains. The middle section of the exhaust manifold is subjected to very high thermal loads, since the outlet opening 10 'is located in this area. When the exhaust manifold is warmed up, the thermal expansion and when it cools down, the shrinkage of the middle section must be transferred in the form of a pushing force to the respectively outer inlet flanges 5 , 4 and 3 and on the other side 6, 7 and 8 in order to avoid plastic deformation. In the exhaust manifold shown in FIG. 10, which is provided with the web 18 , no extreme stress ranges occur in the middle section of the exhaust manifold, since the web supports expansion and contraction in the thermal load of the exhaust manifold. In this way, a relatively long exhaust manifold for a six-cylinder in-line engine but also for a four-cylinder in-line engine can be formed in one piece, it being possible for all inlet openings 3 'to 8 ' to be brought together in one flow onto an outlet opening 10 '. The exhaust manifold provided with the web 18 is therefore durable in spite of "thermal shock stress" with a low weight and a good insulation effect.

Claims

1. Exhaust manifold for exhaust gas discharge from an internal combustion engine with more than three cylinders arranged in series with
an outer shell ( 2 ) which extends along the exhaust gas outlet openings of the cylinders arranged in series,
an inner shell ( 1 ) arranged inside the outer shell ( 2 ) to form air gap insulation between the inner shell ( 1 ) and the outer shell ( 2 ),
a common outlet opening ( 10 ') located on the exhaust gas outlet side,
which is located on a middle section of the exhaust manifold,
and for each cylinder an inlet flange ( 2 to 8 ) located on the exhaust gas inlet side, the inlet flanges ( 2 to 8 ) of the two middle cylinders ( 3 , 4 ) being connected to one another via a web ( 18 ).

2. Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that in the web ( 18 ) a through hole ( 36 ) between the flanges of the middle two cylinders ( 3 , 4 ) is provided so that the web ( 18 ) can be heated by hot exhaust gases.

3. Exhaust manifold according to claim 1 or 2, characterized in that the web ( 18 ) is provided with thermal insulation.

4. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 3, characterized in that the web ( 18 ) is made of a material which has a higher thermal expansion than the material of the remaining components of the exhaust manifold.

5. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner shell ( 1 ) conducts the exhaust gases from the inlet openings ( 2 to 8 ) formed in the inlet flanges ( 2 'to 8 ') to the common outlet opening ( 10 ').

6. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner shell ( 1 ) is formed from several parts, the parts of the inner shell ( 1 ) are connected to areas with high thermal expansion via a sliding seat ( 29 ).

7. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 6, characterized in that the outlet opening ( 10 ') is formed in an outlet flange ( 10 ) and on the outer shell ( 2 ) the inlet flanges ( 3 to 8 ) and the outlet flange ( 10 ) attached are, the outer shell ( 2 ) has the supporting function and is gas-tight.

8. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 7, characterized in that an exhaust gas recirculation flange ( 32 ) for branching exhaust gas is arranged on one end side of the exhaust manifold.