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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere für
eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, mit einer einen ersten Anschlussflansch
aufweisenden ersten Abgasleitung und mit einer einen zweiten Anschlussflansch
aufweisenden zweiten Abgasleitung, wobei der erste Anschlussflansch
und der zweite Anschlussflansch die erste Abgasleitung mit der zweiten
Abgasleitung verbindend aneinander befestigt sind und wobei zwischen
dem ersten Anschlussflansch und dem zweiten Anschlussflansch eine
Axialdichtung angeordnet ist.
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Eine
solche Abgasanlage ist aus
DE
198 22 693 A1 bekannt. Die bekannte Abgasanlage umfasst zylinderindividuelle
Abgasauslassleitungen, abgasauslassrohrseitige Befestigungsflansche,
einen Abgaskrümmer
mit Befestigungsflanschen, die mit den abgasauslassrohrseitigen
Befestigungsflanschen korrespondieren, sowie an den Befestigungsflanschen
des Abgaskrümmers
befestigte Gewindebolzen zur Herstellung von Flanschverbindungen.
Zwischen den abgasauslassrohrseitigen Befestigungsflanschen und
den Befestigungsflanschen des Abgaskrümmers ist ein Trägerblech
in Form einer Dichtung angeordnet. In Öffnungen des Trägerbleches
für die
zylinderindividuellen Abgasauslassleitungen ist jeweils ein Katalysatormodul
befestigt. Beidseitig des Trägerbleches
ist jeweils eine zusätzliche
Dichtung vorgesehen, welche auf die Katalysatormodule aufschiebbar
und auf diesen axial verschiebbar ausgebildet ist.
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Darüber hinaus
ist eine Abgasanlage mit einem als Blechbauteil ausgebildeten Abgaskrümmer und
mit einem mittels eines Wellbalges mit dem Abgaskrümmer in
Form einer Wellbalgverbindung verbundenen Abgasturbolader bekannt.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige Abdichtung
der Verbindung von erster und zweiter Abgasleitung bei nur geringer
Bauteilbeanspruchung auch bei thermischer Belastung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer Abgasanlage der eingangs genannten Art, bei der die erste Abgasleitung
endseitig ein in eine Ausnehmung des ersten Anschlussflansches eingreifendes
Tauchrohr aufweist und bei der zwischen dem ersten Anschlussflansch
und dem zweiten Anschlussflansch ein gegenüber dem Tauchrohr radial abgedichteter Zwischenflansch angeordnet
ist. Die Unteransprüche betreffen
besonders zweckmäßige Weiterbildungen der
Erfindung.
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Mit
der erfindungsgemäßen Abgasanlage
ist vorteilhaft auf einfache Weise eine Flanschverbindung zwischen
zwei Abgasleitungen verwirklicht, die einen Toleranzausgleich sowohl
in axialer als auch in radialer Richtung ermöglicht, und zwar einerseits
mit Hilfe der Axialdichtung und andererseits mittels einer zusätzlichen
radialen Abdichtung in Form einer radial abgedichteten Tauchrohr-Zwischenflansch-Anordnung.
Die Flanschverbindung der Abgasleitungen weist somit zwei unabhängige, in
unterschiedliche Raumrichtungen wirksame Abdichtungen auf. Die zwischen
erstem und zweitem Anschlussflansch angeordnete Axialdichtung befindet
sich dabei vorzugsweise unmittelbar zwischen zweitem Anschlussflansch
und Zwischenflansch. Es ist von besonderem Vorteil, dass mit der
Erfindung nicht nur Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können, sondern auch
Toleranzen, die sich im Betrieb der Abgasanlage zum Beispiel aufgrund
thermischer Dehnungen ergeben können.
Eine Gefahr von Bauteilschädigungen,
beispielsweise Rissen oder Brüchen
in den Flanschen oder den Abgasleitungen, und insbesondere eine
Gefahr von Undichtigkeiten der Verbindungsstelle von erster und
zweiter Abgasleitung aufgrund von Betriebsbeanspruchungen, zu denen
auch eine fortwährende
Schwingungsbeanspruchung der Abgasanlage im Betrieb der Brennkraftmaschine zählt, kann
mit der Erfindung zuverlässig
vermindert werden. Damit werden nicht nur Herstellung und Montage
der erfindungsgemäßen Abgasanlage
vereinfacht, sondern diese weist zudem eine besonders hohe Betriebssicherheit
und Dauerhaltbarkeit auf. Dadurch ist die Abgasanlage besonders
geeignet für eine
Großserienfertigung
und insbesondere für
einen Einsatz an einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine. Aufgrund
der hohen Unempfindlichkeit gegenüber Fertigungstoleranzen und
Betriebsbeanspruchungen ist die erfindungsgemäße Abgasanlage dann besonders
vorteilhaft, wenn im Einbau- und Betriebszustand der Abgasanlage
sowohl die erste Abgasleitung als auch die zweite Abgasleitung fest
mit der Brennkraftmaschine verbunden sind; Verspannungen, die in
einem solchen Fall auftreten können
und denen gegebenenfalls durch konstruktiven Mehraufwand und/oder
durch Auswahl kostenintensiver Spezialwerkstoffe entgegengewirkt
werden müsste,
werden mit der Erfindung vermieden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durchgreift das Tauchrohr
den ersten Anschlussflansch durch die Flanschausnehmung, und zwischen
einer Außenwandung
des Tauchrohres und einer Wandung einer Zwischenflanschausnehmung des
Zwischenflansches ist eine Radialdichtung angeordnet. Auf diese
Weise kann eine sehr zuverlässige radiale
Abdichtung bei besonders leichter Montierbarkeit erzielt werden.
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Vorteilhaft
bildet gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung die Zwischenflanschausnehmung einen
sich in Richtung des ersten Anschlussflansches erweiternden Konus,
wodurch die Radialdichtung einerseits an der konischen Wandung der
Zwischenflanschausnehmung und andererseits an der regelmäßig zylindrischen
Außenwandung
des Tauchrohres anliegen kann, so dass eine die Dichtwirkung erhöhende Verpressung
der Radialdichtung bei einem Zusammendrücken oder Zusammenziehen von
Zwischenflansch und erstem Anschlussflansch bei der Befestigung
von erstem und zweitem Anschlussflansch aneinander erfolgt. Zudem
ergibt sich damit automatisch auch eine Zentrierung des Zwischenflansches
gegenüber
der ersten Abgasleitung.
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Kostengünstig und
besonders gut haltbar ist die Radialdichtung, wenn gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Radialdichtung
ein Dichtring ist. Der Dichtring kann beispielsweise ein Graphitring
mit verstärkendem
Drahtgestrick sein.
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Grundsätzlich ist
es vorstellbar, die Anschlussflansche beispielsweise miteinander
zu vernieten oder zum Beispiel mittels einer Rastverbindung aneinander
zu befestigen. Hingegen kann vorteilhaft eine genau einstellbare
Vorspannkraft auf die Radialdichtung aufgebracht werden, und die
Abgasanlage kann zum Beispiel im Zusammenhang mit Wartungs- und/oder
Instandhaltungsmaßnahmen leicht
demontiert werden, wenn gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der erste Anschlussflansch
und der zweite Anschlussflansch mittels einer Axialverschraubung
aneinander befestigt sind.
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Man
könnte
zum Beispiel daran denken, die Anschlussflansche zur Verbindung
miteinander in Form eines Bajonettverschlusses auszubilden. Hingegen
weist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Axialverschraubung
zumindest eine den Zwischenflansch frei durchgreifende Axialschraube
auf; bevorzugt sind zwei oder drei gleichmäßig über den Umfang der Anschlussflansche
und des Zwischenflansches verteilte Axialschrauben vorgesehen, die
den Zwischenflansch frei durchgreifen. Der Zwischenflansch ist somit
gegenüber
den Axialschrauben, die vorzugsweise mit Spiel in dem Zwischenflansch
geführt
sind, verschiebbar und kann vorteilhaft – von dem zweiten Anschlussflansch
bei einem Anziehen der Verschraubung in Richtung des ersten Anschlussflansches
gedrückt – die Radialdichtung
verpressen.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein die erste
Abgasleitung aufweisender Abgaskrümmer und ein die zweite Abgasleitung
aufweisender Abgasturbolader vorgesehen. Somit kann unter Zuhilfenahme
der in der erfindungsgemäßen Abgasanlage
vorgesehenen Flanschverbindung der Abgasturbolader unmittelbar an
den Abgaskrümmer angeschlossen
werden, ohne dass unzulässig
hohe Verspannungen und Bauteilbeanspruchungen zu befürchten wären.
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Vorteilhaft
ist der Abgaskrümmer
gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung in kostengünstiger Weise ein Gussbauteil.
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Einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entsprechend ist
die erste Abgasleitung an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine und
die zweite Abgasleitung an einem Zylinderkurbelgehäuse der
Brennkraftmaschine befestigbar. Insbesondere können damit Abgaskrümmer und
Abgasturbolader motorfest an der Brennkraftmaschine vorgesehen werden,
wobei der Abgaskrümmer
an den Zylinderkopf und der Abgasturbolader an das Zylinderkurbelgehäuse der
Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Herstellkosten der Abgasanlage
weiter verringernd der erste Anschlussflansch in einfacher Weise
ein Blechbauteil, vorzugsweise ein mit einer Umbördelung versehenes Blechbauteil.
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Die
Erfindung lässt
zahlreiche Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung schematisiert dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine
Abgasanlage für
eine Brennkraftmaschine in einer Schnittansicht,
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2 die
Abgasanlage nach 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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3 die
Abgasanlage nach 1 in einer Explosionsdarstellung
und
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4 die
Abgasanlage nach 1 in teilweise zusammengebautem
Zustand.
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Sich
jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen. In 1, 2 ist
eine Abgasanlage 1 für
eine hier nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine, die in diesem
Ausführungsbeispiel
eine als Fünf-Zylinder-Dieselmotor
ausgebildete Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine ist, in einem zusammengebauten
Zustand dargestellt. 2 zeigt die Abgasanlage 1 dabei
in einer perspektivischen Ansicht, und 1 zeigt die
Abgasanlage in einer Schnittansicht in Richtung der Linie I-I nach 2.
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Die
Abgasanlage 1 besitzt eine einen ersten Anschlussflansch 2 aufweisende
erste Abgasleitung 3 und eine einen zweiten Anschlussflansch 4 aufweisende
zweite Abgasleitung 5.
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Ein
als Gussbauteil ausgebildeter Abgaskrümmer 6 weist die erste
Abgasleitung 3 und ein hier nicht im Einzelnen dargestellter
Abgasturbolader 7 die zweite Abgasleitung 5 auf.
Mittels fünf
motorseitiger Anschlussflansche 8 ist der Abgaskrümmer 6 und damit
auch die erste Abgasleitung 3 an der Brennkraftmaschine,
und zwar insbesondere an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine,
befestigbar. Der Abgasturbolader 7 und damit auch die zweite
Abgasleitung 5 ist ebenfalls an der Brennkraftmaschine, und
zwar insbesondere an einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine,
befestigbar. Im zusammengebauten Zustand sind Abgaskrümmer 6 und
Abgasturbolader 7 fest mit der Brennkraftmaschine verbunden.
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Die
erste Abgasleitung 3 und die zweite Abgasleitung 5 sind
mittels einer Flanschverbindung 9 abgasdicht miteinander
verbunden. Dazu sind der erste Anschlussflansch 2, der
hier als umgebördeltes Blechbauteil
ausgebildet ist, und der zweite Anschlussflansch 4 mittels
einer Axialverschraubung 10 aneinander befestigt.
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Zwischen
dem ersten Anschlussflansch 2 und dem zweiten Anschlussflansch 4 ist
eine Axialdichtung 11 angeordnet, und zwar im Einzelnen
zwischen einem unten näher
beschriebenen Zwischenflansch 14 und dem zweiten Anschlussflansch 4.
Wie 1 zu entnehmen ist, weist die erste Abgasleitung 3 endseitig,
und zwar an ihrem der zweiten Abgasleitung 5 zugewandten
Ende, ein in eine als Durchgangsausnehmung ausgebildete Flanschausnehmung 12 des
ersten Anschlussflansches 2 eingreifendes Tauchrohr 13 auf.
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Zwischen
dem ersten Anschlussflansch 2 und dem zweiten Anschlussflansch 4 ist
der Zwischenflansch 14 angeordnet, der gegenüber dem Tauchrohr 13 radial
abgedichtet ist. Die Richtungsangaben radial und axial beziehen
sich auf eine ideelle Mittelachse 15 von erster Abgasleitung 3 und
zweiter Abgasleitung 5 im Bereich der Flanschverbindung 9, wobei
die tatsächlichen
Mittelachsen der Abgasleitungen 3, 5 durchaus
einen Versatz zueinander aufweisen können. Ein solcher Versatz der
tatsächlichen Mittelachsen
der Abgasleitungen 3, 5, der im zusammengebauten
und an die Brennkraftmaschine angebauten Zustand der Abgasanlage 1 aufgrund
von Fertigungstoleranzen regelmäßig vorliegt,
wird durch die sowohl axiale als auch radiale Abdichtung der Flanschverbindung 9 ausgeglichen.
Die Flanschverbindung 9 mit axialer und radialer Abdichtung
bewirkt einen Toleranzausgleich in allen drei Raumrichtungen und
sorgt für
eine abgasdichte Verbindung der Abgasleitungen 3, 5.
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Es
ist zu erkennen, dass das Tauchrohr 13 den ersten Anschlussflansch 2 durch
die Flanschausnehmung 12 durchgreift. Zwischen einer Außenwandung 16 des
Tauchrohres 13 (siehe auch 3, 4)
und einer Wandung 17 einer Zwischenflanschausnehmung 18 des
Zwischenflansches 14 ist eine als Dichtring ausgebildete
Radialdichtung 19 angeordnet. Der Dichtring ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Graphitring mit verstärkendem
Drahtgestrick und kann zum Beispiel als Drahtpressring bezeichnet
werden. Die Zwischenflanschausnehmung 18 bildet einen sich
in Richtung des ersten Anschlussflansches 2 erweiternden
Konus.
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Mit
Hilfe von drei den Zwischenflansch 14 frei, mit Spiel durchgreifenden
Axialschrauben 20 der Axialverschraubung 10 wird
der erste Anschlussflansch 2 mit dem zweiten Anschlussflansch 4 verschraubt.
Gleichzeitig wird der Zwischenflansch 14 zwischen den Anschlussflanschen 2, 4 eingespannt und
damit auch die Radialdichtung 19 verpresst. Die Axialdichtung 11 liegt
unmittelbar und dichtend an dem Zwischenflansch 14 und
dem zweiten Anschlussflansch 4 an und wird zwischen diesen
Bauteilen eingespannt. Die Flanschausnehmung 12 des ersten
Anschlussflansches 2 und die Zwischenflanschausnehmung 18 des
Zwischenflansches 14 weisen eine Größe auf, die es erlaubt, einen
Radialversatz der Abgasleitungen 3, 5 auszugleichen.
Eine axiale Toleranz kann von der Radialdichtung 19 aufgefangen
werden.
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Zur
Verdeutlichung des Zusammenbaues der Abgasanlage 1 ist
diese in 3 in einer Explosionsdarstellung
gezeigt. 4 zeigt die Abgasanlage 1 in
einem späteren
Stadium des Zusammenbaues, und zwar vor Verschraubung der Anschlussflansche 2, 4,
das heißt
vor einem Anziehen der Axialschrauben 20 und einem Verpressen
der Radialdichtung 19.