DE102005011639A1

DE102005011639A1 - Luftspaltisolierter Abgaskrümmer

Info

Publication number: DE102005011639A1
Application number: DE102005011639A
Authority: DE
Inventors: Günter Schmelzer
Original assignee: ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: EP1864006B8; KR20070112245A; WO2006097187A1; CN101142383A; DE502006008707D1; EP1864006B1; DE102005011639B4; EP1864006A1; US20090139220A1; CN101142383B

Abstract

Ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer weist mehrere verschieblich ineinandergesteckte Einlaßrohre (2 bis 6) auf, die sich zu einer Sammlerkammer (18) ergänzen. Die Einlaßrohre (2 bis 6) werden von einem Auslaßrohr (10) umgeben, wobei sich zwischen Einlaß- und Auslaßrohren (2 bis 6 und 10) ein Luftspalt (20) ergibt. In diesem Luftspalt (20) sind zwei sich zu einem Hohlkörper ergänzende schalenartige Zwischenbleche (22, 24) vorgesehen, die ein direktes Anströmen des Aulaßrohres (10) durch Leckageströme verhindern. Die Zwischenbleche (22, 24) werden durch Tiefziehen einer genoppten Folie erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer, mit wenigstens einem zylinderseitigen Einlaßrohr und wenigstens einem abgasrohrseitigen Auslaßrohr, wobei die Rohre im Bereich einer Sammlerkammer ineinander und unter Bildung eines die Sammlerkammer wenigstens teilweise umgebenden Luftspalts angeordnet sind.

Bei Abgaskrümmern insbesondere für Benzinmotoren sind die Rohre enormen thermischen Belastungen ausgesetzt. Aus diesem Grund gibt es sogenannte luftspaltisolierte Abgaskrümmer, wie sie beispielsweise in der DE 197 52 773 A1 beschrieben sind. Im Krümmerbereich werden üblicherweise mehrere Einlaßrohre zusammengeführt, die an den Motorblock im Bereich der Zylinderauslässe angeflanscht sind. Diese Einlaßrohre münden in eine Sammlerkammer, von wo aus das Gas in ein Auslaßrohr strömt, das dann an das Abgasrohr angeflanscht wird oder einen Abschnitt desselben bildet. Einlaßrohr(e) und Auslaßrohr sind ineinander angeordnet und zwar derart, daß sie im Bereich der Sammlerkammer zwischen sich einen thermisch isolierenden Luftspalt bilden. Welches der beiden Rohre dabei das innenliegende und welches das außenliegende Rohr bildet, ist in diesem Zusammenhang zweitrangig und Konzeptsache. Üblich ist, daß Einlaßrohr(e) und Auslaßrohr im weitesten Sinne beweglich ineinander angeordnet sind, um die enorme Längenausdehnung der Rohre im Betrieb ausgleichen zu können, wodurch die Belastung der Rohre auch reduziert werden soll. Zu diesem Zweck werden Ein- und Auslaßrohre üblicherweise an einen motorblockseitigen Flansch angeschweißt. Das innenliegende Rohr ragt aber frei ins Innere des außenliegenden Rohres, so daß sich die Rohre bei Wärmeausdehnung zueinander bewegen können, ohne daß es zu einer Verspannung kommen kann. Ein- und Auslaßrohr sind nicht gasdicht zueinander angeordnet, denn üblicherweise sind mehrere Einlaßrohre zum Längenausgleich beweglich ineinandergesteckt. Dies führt dazu, daß über nicht zu vermeidende Leckageströme das außenliegende Rohr im Bereich der Sammlerkammer angeströmt wird. Insbesondere an den Leckagestellen des/der innenliegenden Rohre wird das außenliegende Rohr einen sogenannten Hot-Spot aufweisen, also eine punktuelle Stelle höchster thermischer Beanspruchung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die thermischen Belastungen des außenliegenden Rohres im Bereich der Sammlerkammer auf sehr einfache Weise zu reduzieren.

Der Abgaskrümmer der eingangs genannten Art sieht hierzu vor, daß in dem Luftspalt wenigstens ein Zwischenblech angeordnet ist. Dieses Zwischenblech hat üblicherweise keine tragende Funktion, sondern dient nur der Abschirmung des äußeren Rohres.

Das Zwischenblech kann deshalb vorzugsweise auch äußerst dünn ausgeführt sein, mit einer maximalen Dicke von 0,3, vorzugsweise 0,15 mm, d.h. es ist eigentlich nur eine Art zwischengelegte Folie. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, daß allein dieses folienartige, dünne Blech völlig ausreicht, um die Hot-Spots zu vermeiden.

Vorzugsweise sind mehrere Zwischenbleche vorgesehen.

Diese mehreren Zwischenbleche können die Sammlerkammer sozusagen großteils oder komplett umgeben und damit als Zwischenwand zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr fungieren.

Die Zwischenbleche haben vorzugsweise eine schalenförmige Gestalt und können sich, gemäß einer weiteren Ausführungsform, zu einem Hohlkörper ergänzen. Es ist aber ggf. auch möglich, den Hohlkörper aus einem Zwischenblech zu formen.

Es ist ausreichend, wenn die Zwischenbleche an ihren Berührrändern einfach ineinandergesteckt sind.

Die Zwischenbleche oder die Schalen müssen nicht aneinander befestigt sein, z.B. angelötet oder geschweißt sein, allein das Ineinanderstecken ist bereits ausreichend, um einen für die geforderten Zwecke genügend geschlossenen Hohlkörper zu bilden. Dieser Hohlkörper muß in keiner Weise gasdicht oder weitgehend gasdicht sein, wie sich herausgestellt hat.

Das Zwischenblech hat eine Dicke und Flexibilität, die deutlich geringer bzw. größer ist als die des Einlaß- oder Auslaßrohres, so daß das Zwischenblech in der bevorzugten Ausführungsform keinerlei tragende Funktion hat. Die Dicke beträgt maximal 0,3 mm, vorzugsweise maximal 0,15 mm. Versuche haben ergeben, daß sogar eine Maximalgrenze von 0,10 mm zu einer hervorragenden thermischen Isolierung der außenliegenden zur innenliegenden Wand führt.

Die freiliegende Innenseite der äußeren, den Luftspalt begrenzenden Wand, die durch das Einlaß- oder Auslaßrohr (je nachdem, welches Rohr außen liegt) gebildet ist, wird durch das Zwischenblech zu wenigstens 80 % abgedeckt, wobei das Zwischenblech insbesondere vor den Hot-Spots liegen wird.

Durch das Zwischenblech kann der Luftspalt in einen inneren und einen äußeren Abschnitt unterteilt werden, was die Isolierwirkung verbessert.

Das Zwischenblech besitzt gemäß einer Ausführungsform Vorsprünge, die als Abstandshalter dienen und mit denen es mit geringer Fläche z.B. punktförmig am Einlaß- und/oder Auslaßrohr anliegt, so daß es zwischen den beiden Rohren geklemmt sein kann.

Die Herstellung des Zwischenblechs kann auf sehr einfache Weise erfolgen, z.B. durch Tiefziehen, wobei hier bevorzugt eine sogenannte genoppte Folie verwendet wird, also eine Folie, die nicht glatt ist, sondern eine unebene Fläche hat, wobei die Rückseite das Negativ der Vorderseite bildet. Durch diese unregelmäßige Oberfläche steht beim Tiefziehen noch genügend Material zur Verfügung, so daß die Gefahr der Rißbildung verringert wird.

Das Zwischenblech sollte bevorzugt eine Form haben, die der außenseitigen Wand der Sammlerkammer entspricht. „Entsprechen" heißt in diesem Zusammenhang, daß die Folie natürlich nicht vollflächig an der Innenseite der außenseitigen Wand anliegen sollte, sondern großteils gleichmäßig von dieser beabstandet ist.

Wie sich herausgestellt hat, muß das Zwischenblech nur einfach in den Luftspalt eingelegt zu werden, ohne am Ein- oder Auslaßrohr befestigt zu sein. Allein das Klemmen zwischen den beiden Rohren ist, wie zuvor schon erläutert, ausreichend.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist nicht ein Einlaßrohr vorgesehen, sondern es sind mehrere, in die Sammlerkammer mündende, zylinderseitige Einlaßrohre vorhanden, die verschieblich ineinandergesteckt sind.

Das Zwischenblech umgibt dabei vorzugsweise alle im Bereich der Sammlerkammer vorgesehenen Einlaßrohre.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Längsschnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer,
2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in 1, und
3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in 1.
In 1 ist ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer gezeigt, der drei zylinderseitige Einlaßrohre 2, 4, 6 miteinander verbindet. Die Zylinderauslässe sind durch die Kreise 8 symbolisiert. Jedem Zylinder 8 ist ein eigenes Einlaßrohr 2, 4, 6 zugeordnet. Die Einlaßrohre 2, 4, 6 haben einen vom Zylinder kommenden Abschnitt 9, mit dem sie am Zylinderblockflansch 11 angeschweißt sind (3), und einen frei auskragenden Abschnitt, mit dem weiter sie in ein abgasrohrseitiges Auslaßrohr 10 eindringen (2 und 3). Das abgasseitige Auslaßrohr 10 besteht aus einer oberen und einer unteren Schale 12, 14 und weist einen auslaßseitigen Flansch 16 auf, an dem ein Abgasrohr befestigt wird. Eingangsseitig ist das Auslaßrohr 10 ebenfalls am Zylinderblockflansch 11 angeschweißt. Das Auslaßrohr 10 umgibt die Einlaßrohre 2, 4, 6 in dem Bereich, in dem diese strömungsmäßig ineinander übergehen. Dabei sind die Einlaßrohre 2, 4, 6 ineinandergesteckt. Das mittlere Einlaßrohr 4 hat hierzu seitliche, vergrößerte Aufnahmeöffnungen, die in entgegengesetzte Richtungen weisen und dabei das linke und das rechte Einlaßrohr 2, 6 verschieblich aufnehmen. Im Inneren der ineinandergeschobenen Einlaßrohre 2, 4, 6, und zwar im Bereich des Auslaßrohres 10, wird eine Sammlerkammer 18 gebildet, die eine im wesentlichen langgestreckte zylindrische Form hat und in 1 von dem in der Zeichenebene liegenden linken Abschnitt des linken Einlaßrohres 2 bis zum rechten Abschnitt des rechten Einlaßrohres 6 reicht.
Zwischen den Einlaßrohren 2, 4, 6 und der Innenseite des Auslaßrohres 10 ist ein in etwa gleichmäßig dicker, der thermischen Isolierung dienender Luftspalt 20 gebildet.
Dieser Luftspalt 20 soll neben der thermischen Isolierung auch eine freie Ausdehnung der Einlaßrohre 2, 4, 6 zum Auslaßrohr 10 bieten, da Ein- und Auslaßrohre nur an einem Ende miteinander befestigt und somit außerhalb des Endes beweglich ineinander angeordnet sind.
Der Luftspalt umgibt die Sammlerkammer 18 allseitig.
Zwei schalenförmige, tiefgezogene Zwischenbleche mit einer maximalen Dicke von 0,3 mm (in der gezeigten Ausführungsform gerade 0,1 mm) sind im Luftspalt 20 angeordnet und umgeben die Sammlerkammer 18 vollständig. Ein oberes Zwischenblech 22 ist dabei in ein unteres Zwischenblech 24 gesteckt, wobei die Zwischenbleche 22, 24 im Bereich ihrer Berührränder 26 (2) leicht geklemmt sind.
Die Zwischenbleche 22, 24 bedecken die Einlaßrohre 2 bis 6 bereits unmittelbar nachdem sie in das Auslaßrohr 10 eindringen (3) und reichen, wie in 1 zu sehen ist, bis zum Flansch 16.
Die Zwischenbleche 22, 24 ergänzen sich zu einem sehr flexiblen, dünnen Hohlkörper, der zwischen den Einlaßrohren 2 bis 6 und dem Auslaßrohr 10 geklemmt ist, ohne bleibend an den Rohren befestigt zu sein und ohne eine tragende Funktion zu haben.
Abstandshalter in Form von beim Tiefziehen der Zwischenbleche 22, 24 erzeugten punktuellen Vorsprüngen 28 dienen der Anlage und der Beabstandung der Zwischenbleche 22, 24 an den Einlaßrohren 2 bis 6 und dem Auslaßrohr 10, so daß der Luftspalt 20 durch die Zwischenbleche in einen inneren und einen äußeren Abschnitt 30, 32 unterteilt wird.
Die Zwischenbleche 22, 24 werden durch Tiefziehen einer Folie erzeugt, die zwar eine gleichmäßige Dicke hat, aber eine leicht genoppte Oberfläche besitzt, so daß Material beim Tiefziehen fließen kann.
Im Fahrbetrieb strömt heißes Abgas aus den Zylindern über die Einlaßrohre 2 bis 6 in den Teil des Abgaskrümmers, in dem er zweischalig ausgeführt ist und gelangt in die Sammlerkammer 18. Durch die verschiebliche Lagerung der Einlaßrohre 2 bis 6 zueinander kommt es zu Leckageströmen, so daß Abgas eigentlich gegen die Innenseite des Auslaßrohres 10 mit hoher Geschwindigkeit auftreffen und dort zu Hot-Spots führen würde. Da die Zwischenbleche 22, 24 aber nahezu die gesamte Innenseite der den Luftspalt 20 nach außen begrenzenden Wand (Auslaßrohr 10) abdeckt, treffen die Leckageströme auf die Zwischen bleche 22, 24. Es kann zwar im Bereich der Berührränder 26 ebenfalls noch zu Leckageströmen kommen, diese sind jedoch im Hinblick auf die thermische Beanspruchung des Auslaßrohres 10 vernachlässigbar.
Die Zwischenbleche sind aus temperaturbeständigem Material, z.B. AlSl309.
Durch den Einsatz der Zwischenbleche 22, 24 ist es auch denkbar, thermisch weniger hochfeste Materialien für das Auslaßrohr 10 zu verwenden.

Claims

Luftspaltisolierter Abgaskrümmer, mit wenigstens einem zylinderseitigen Einlaßrohr (2 bis 6) und wenigstens einem abgasrohrseitigen Auslaßrohr (10), die im Bereich einer Sammlerkammer (18) ineinander und unter Bildung eines die Sammlerkammer (18) wenigstens teilweise umgebenden Luftspalts (20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftspalt (20) wenigstens ein Zwischenblech (22, 24) angeordnet ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zwischenbleche (22, 24) vorgesehen sind.
Abgaskrümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbleche (22, 24) an ihren Berührrändern (26) ineinandergesteckt sind.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Zwischenbleche (22, 24) eine schalenförmige Gestalt hat/haben.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Zwischenbleche (22 bis 24) einen Hohlkörper bilden.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) eine Dicke von maximal 0,3 mm, vorzugsweise maximal 0,15 mm hat.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) wenigstens 80 % der freiliegenden Innenseite der äußeren, den Luftspalt (20) begrenzenden Wand abdeckt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech den Luftspalt (20) in einen inneren und einen äußeren Abschnitt (30, 32) unterteilt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) Vorsprünge (28) hat, mit denen es am Einlaß- und/oder Auslaßrohr (2 bis 6 und 10) anliegt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) das innenliegende der beiden Rohre (2 bis 6) im Bereich der Sammlerkammer (18) umgibt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) eine tiefgezogene Folie ist, die vor dem Tiefziehen eine genoppte Oberfläche besitzt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) eine Form hat, die der außenseitigen, den Luftspalt (20) begrenzenden Wand entspricht.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) in den Luftspalt (20) eingelegt ist, ohne am Einlaß- oder Auslaßrohr (2 bis 6 und 10) befestigt zu sein.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, in das Auslaßrohr (10) mündende zylinderseitige Einlaßrohre (2 bis 6) vorgesehen sind, die verschieblich ineinandergesteckt sind.
Abgaskrümmer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenblech (22, 24) alle im Bereich der Sammlerkammer (18) vorgesehenen Einlaßrohre (2 bis 6) umgibt.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr und das Auslaßrohr nur an einem Ende miteinander verbunden sind und das innenliegende der beiden Rohre frei im Inneren des außenliegenden der beiden Rohre frei auskragt.