DE102012203181A1

DE102012203181A1 - Exhaust manifold for internal combustion engine in exhaust assembly, has section of insert component, which has exhaust tract-sided connection geometry for coupling, particularly by welding, on exhaust system component

Info

Publication number: DE102012203181A1
Application number: DE201210203181
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Jelinek
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-05

Abstract

The exhaust manifold has an insert component (12) made of a metallic material and a cast component made of another metallic material to positively surround the insert component. A section of the insert component projecting from the cast component has an exhaust tract-sided connection geometry for coupling, particularly by welding, on an exhaust system component, particularly a turbine housing. The former metallic material is iron, or iron alloy, particularly steel, where latter metallic material is aluminum or an aluminum alloy. An independent claim is included for a method for manufacturing an exhaust manifold.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor, der zur Ausbildung einer Abgasbaugruppe an zumindest ein Abgasanlagenbauteil angekoppelt werden kann, sowie eine derartige Abgasbaugruppe und ein Herstellungsverfahren für einen Abgaskrümmer.The invention relates to an exhaust manifold for an internal combustion engine, which can be coupled to at least one exhaust system component to form an exhaust assembly, and such an exhaust assembly and a manufacturing method for an exhaust manifold.

Abgasbaugruppen mit einem Abgaskrümmer und einem weiteren Abgasanlagenbauteil, insbesondere einem Turbinengehäuse, sind einerseits als geflanschte Systeme mit zwei über Befestigungselemente aneinander geflanschten Komponenten und andererseits als integrierte Systeme aus einem gemeinsamen Gussbauteil oder mit verschweißten Komponenten bekannt. Geflanschte Systeme weisen insbesondere zur Montage einen hohen Bauraumbedarf sowie zusätzliches Gewicht durch die Befestigungselemente auf. Integrierte Systeme werden bei einem Gussbauteil mit einem homogenen Werkstoff oder bei Schweißverbindung mit einer Werkstoffpaarung mit ähnlichen Eigenschaften zum Ermöglichen einer Schweißverbindung gefertigt. Diese Einschränkung der Werkstoffauswahl resultiert in einem hohen Gewicht der Abgasbaugruppe bzw. des Abgaskrümmers.Exhaust assemblies with an exhaust manifold and a further exhaust system component, in particular a turbine housing, on the one hand known as flanged systems with two flanged components via fasteners and on the other hand as integrated systems of a common cast component or with welded components. Flanged systems have a high space requirement and additional weight through the fasteners especially for mounting. Integrated systems are manufactured in a cast component with a homogeneous material or in a welded joint with a material combination with similar properties to allow a weld joint. This limitation of the material selection results in a high weight of the exhaust assembly or the exhaust manifold.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen leicht bauenden Abgaskrümmer und eine leicht bauende Abgasbaugruppe sowie ein Herstellungsverfahren zu schaffen, welches eine Abgasbaugruppe mit geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf ermöglicht.The object of the invention is to provide an easily constructing exhaust manifold and a lightweight exhaust assembly and a manufacturing method which allows an exhaust assembly with low weight and low space requirement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgaskrümmer mit einer Verbundbaugruppe gelöst. Die Verbundbaugruppe umfasst zumindest ein Einlegebauteil aus einem ersten metallischen Werkstoff und ein das Einlegebauteil abschnittsweise formschlüssig umgebendes Gussbauteil aus einem zweiten metallischen Werkstoff, wobei die beiden unterschiedlichen metallischen Werkstoffe so gewählt sind, dass sie nicht durch Schweißen miteinander verbunden werden können. Ein aus dem Gussbauteil herausragender Abschnitt des Einlegebauteils weist eine abgasstrangseitige Anschlussgeometrie zum Ankoppeln, vorzugsweise durch Schweißen, an zumindest ein Abgasanlagenbauteil, insbesondere ein Turbinengehäuse, auf. Auf diese Weise kann der Abgaskrümmer über die Anschlussgeometrie mit dem Abgasanlagenbauteil verbunden werden.This object is achieved by an exhaust manifold with a composite assembly. The composite assembly comprises at least one insert component made of a first metallic material and a cast component of a second metallic material surrounding the insert component in sections, wherein the two different metallic materials are selected so that they can not be joined together by welding. A protruding from the cast component portion of the insert member has a discharge line side connection geometry for coupling, preferably by welding, to at least one exhaust system component, in particular a turbine housing on. In this way, the exhaust manifold can be connected via the connection geometry with the exhaust system component.

Insbesondere bei einem integrierten System muss lediglich der erste metallische Werkstoff zum Schweißen mit dem Werkstoff des Abgasanlagenbauteils geeignet sein. Das Gussbauteil kann hingegen aus einem anderen Werkstoff gefertigt werden und ermöglicht somit insbesondere eine Leichtbauweise. Der zweite metallische Werkstoff kann ferner auf weitere Aufgaben, beispielsweise in Bezug auf thermische Leitfähigkeit, optimiert werden.Especially with an integrated system, only the first metallic material needs to be suitable for welding with the material of the exhaust system component. The cast component, however, can be made of a different material and thus allows in particular a lightweight construction. The second metallic material can also be optimized for other tasks, for example with regard to thermal conductivity.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, dass der Werkstoff des Gussbauteils ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist als der des Einlegebauteil.The invention provides, in particular, that the material of the cast component has a lower specific weight than that of the insert component.

Vorzugsweise ist der erste metallische Werkstoff Eisen oder eine Eisenlegierung, insbesondere Stahl, und/oder der zweite metallische Werkstoff ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.Preferably, the first metallic material is iron or an iron alloy, in particular steel, and / or the second metallic material is aluminum or an aluminum alloy.

Ist das Einlegebauteil mit der Anschlussgeometrie aus Eisen oder einer Eisenlegierung hergestellt, so weist das Einlegebauteil eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit auf, wodurch auch die Verbindungsstelle zum Abgasanlagenbauteil auch bei relativ geringem Bauraum stabil ausgebildet ist.If the insert component is produced with the connection geometry made of iron or an iron alloy, then the insert component has a high mechanical and thermal load capacity, whereby the connection point to the exhaust system component is designed to be stable even with a relatively small installation space.

Ist das Gussbauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt, so hat dieses einerseits eine gute Wärmeleitfähigkeit und andererseits ein geringes Gewicht.If the cast component is made of aluminum or an aluminum alloy, this on the one hand has a good thermal conductivity and on the other hand a low weight.

Das Einlegebauteil kann zumindest ein Rohrsegment einer Abgasleitung des Abgaskrümmers umfassen, welches vorzugsweise mit einem freiliegenden Abschnitt aus dem Gussbauteil herausragt.The insert component may comprise at least one pipe segment of an exhaust pipe of the exhaust manifold, which preferably protrudes with an exposed portion of the cast component.

Eine Abgasleitung kann vollständig durch das Einlegebauteil gebildet werden, indem sich das Rohrsegment durchgehend von einem abgasstrangseitigen Anschluss bis zu einem zylinderkopfseitigen Anschluss erstreckt. Auf diese Weise kommt das durch die Abgasleitung strömende Abgas nur mit dem Werkstoff des Einlegebauteils in direkten Kontakt.An exhaust pipe may be formed entirely by the insert member by extending the pipe segment continuously from an exhaust pipe side port to a cylinder head side port. In this way, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe comes into direct contact only with the material of the insert component.

Abgasleitungen von verschiedenen Zylindern eines Verbrennungsmotors können gebündelt werden, indem das Einlegebauteil verzweigte Rohrabschnitte umfasst.Exhaust pipes from various cylinders of an internal combustion engine may be bundled by the insert member comprising branched pipe sections.

Eine einfache Bauweise des Einlegebauteils wird durch die Verwendung von zumindest einem Blechbauteil ermöglicht, welches durch Stanzen und Umformen eines Blechs aus dem ersten metallischen Werkstoff hergestellt werden kann.A simple construction of the insert component is made possible by the use of at least one sheet metal component, which can be produced by stamping and forming a sheet of the first metallic material.

Vorteilhafterweise weist das Einlegebauteil zumindest ein Blechbauteil auf, welches einen gegenüber dem Gussbauteil freiliegenden Abschnitt aufweist, der die Anschlussgeometrie, insbesondere zur Schweißverbindung, mit dem Abgasanlagenbauteil bildet.Advantageously, the insert component has at least one sheet metal component which has a section which is exposed relative to the cast component and which forms the connection geometry, in particular for the welded connection, with the exhaust system component.

Ferner kann das Einlegebauteil zumindest ein Blechbauteil aufweisen, welches einen vom Gussbauteil umgebenen Abschnitt aufweist, welcher vorzugsweise in einer axialen Richtung einen Hinterschnitt bildet. Die axiale Richtung steht senkrecht zur Verbindungsebene des Abgaskrümmers mit einem weiteren Abgasanlagenbauteil und stimmt vorzugsweise mit der Richtung des Rohrsegments im Bereich des Anschlusses überein.Furthermore, the insert component can have at least one sheet-metal component which has a section surrounded by the cast component, which preferably has a section in an axial direction Undercut forms. The axial direction is perpendicular to the connection plane of the exhaust manifold with a further exhaust system component and preferably coincides with the direction of the pipe segment in the region of the terminal.

Beispielsweise kann das Einlegebauteil durch zumindest ein Rohrsegment gebildet werden, welches mit einem oder mehreren der oben beschriebenen Blechbauteile verbunden ist.For example, the insert member may be formed by at least one pipe segment which is connected to one or more of the sheet metal components described above.

Zum Anschluss des Abgaskrümmers an einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors weist das Einlegebauteil vorzugsweise eine zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie auf, insbesondere einen Flansch oder einen zylinderkopfseitigen Fortsatz zur Anbringung des Abgaskrümmers an einem Zylinderkopf.To connect the exhaust manifold to a cylinder head of the internal combustion engine, the insert member preferably has a cylinder-head-side engine connection geometry, in particular a flange or a cylinder head side extension for attachment of the exhaust manifold to a cylinder head.

Es ist möglich, dass die zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie durch zumindest ein zweites zylinderkopfseitig angeordnetes Einlegebauteil gebildet wird.It is possible for the cylinder-head-side engine connection geometry to be formed by at least one second cylinder-head-side insertion component.

Die Motor-Anschlussgeometrie zum Zylinderkopf kann auch durch das Gussbauteil gebildet werden.The engine connection geometry to the cylinder head may also be formed by the cast component.

Eine integrierte Kühlung des Abgaskrümmers kann realisiert werden, indem das Gussbauteil zumindest einen Hohlraum zur Kühlmitteldurchführung aufweist. Auf diese Weise wird beispielsweise ein wassergekühlter Abgaskrümmer ermöglicht, bei dem ein entsprechend geeigneter aber nicht ausreichend temperaturstabiler Werkstoff verwendet werden kann.An integrated cooling of the exhaust manifold can be realized by the casting member has at least one cavity for coolant passage. In this way, for example, a water-cooled exhaust manifold is made possible, in which a suitably suitable but not sufficiently temperature-stable material can be used.

Das Einlegebauteil kann zwei parallel angeordnete Rohrabschnitte aufweisen, die zum Anschluss an eine zweiflutige Turbine ausgebildet sind.The insert component may have two pipe sections arranged in parallel, which are designed for connection to a double-flow turbine.

Die Aufgabe wird ferner durch eine erfindungsgemäße Abgasbaugruppe gelöst, welche einen oben beschriebenen Abgaskrümmer und ein Turbinengehäuse umfasst, das stoffschlüssig mit der abgasstrangseitigen Anschlussgeometrie des Abgaskrümmers verbunden ist.The object is further achieved by an exhaust assembly according to the invention comprising an exhaust manifold and a turbine housing described above, which is materially connected to the exhaust gas side connection geometry of the exhaust manifold.

Vorteilhafterweise kann der Abgaskrümmer am Turbinengehäuse angeschweißt sein.Advantageously, the exhaust manifold may be welded to the turbine housing.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Abgaskrümmers umfasst die Verfahrensschritte des Bereitstellens eines Einlegebauteils mit einer abgasstrangseitigen Anschlussgeometrie aus einem ersten metallischen Werkstoff, des Einlegens des Einlegebauteils in eine Gussform, und der Herstellung eines Verbundbauteils durch zumindest teilweises Umgießen des Einlegebauteils mit einem zweiten metallischen Werkstoff, wobei ein Abschnitt des Einlegebauteils mit der abgasstrangseitigen Anschlussgeometrie freigelegt bleibt.A method according to the invention for producing an exhaust manifold comprises the method steps of providing an insert component with a connection line geometry from a first metallic material, inserting the insert component into a casting mold, and producing a composite component by at least partially encapsulating the insert component with a second metallic material a portion of the insert member remains exposed with the exhaust line side connection geometry.

Eine einfache und kostengünstige Herstellung des Einlegebauteils wird ermöglicht, indem zur Bildung des Einlegebauteils zumindest ein vorzugsweise ringförmiges Blechbauteil mit einem Rohrsegment verbunden wird.A simple and cost-effective production of the insert component is made possible by connecting at least one preferably annular sheet-metal component to a tube segment in order to form the insert component.

Das Verbundbauteil kann über die abgasstrangseitige Anschlussgeometrie mit einem Turbinengehäuse verbunden, insbesondere verschweißt, werden.The composite component can be connected, in particular welded, via the connection line-side connection geometry to a turbine housing.

Zu betonen ist, dass die bezogen auf den Abgaskrümmer beschriebenen Eigenschaften und Merkmale auch für das Verfahren gelten.It should be emphasized that the properties and characteristics described with regard to the exhaust manifold also apply to the process.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren, auf die Bezug genommen wird. In den Figuren zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the figures, to which reference is made. In the figures show:

1 eine perspektivische Ansicht eines Einlegebauteils eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers; 1 a perspective view of an insert component of an exhaust manifold according to the invention;

2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers mit dem Einlegebauteil gemäß 1 und einem Gussbauteil; 2 a schematic view of an exhaust manifold according to the invention with the insert component according to 1 and a cast component;

3 eine Schnittansicht eines Abgaskrümmers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer erfindungsgemäßen Abgasbaugruppe; 3 a sectional view of an exhaust manifold according to a second embodiment of the invention in an exhaust assembly according to the invention;

4 eine erste Schnittansicht eines Abgaskrümmers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer erfindungsgemäßen Abgasbaugruppe; und 4 a first sectional view of an exhaust manifold according to a third embodiment of the invention in an exhaust assembly according to the invention; and

5 eine zweite Schnittansicht der Abgasbaugruppe gemäß der dritten Ausführungsform. 5 a second sectional view of the exhaust assembly according to the third embodiment.

Eine erste Ausführungsform eines Abgaskrümmers 10 wird anhand der 1 und 2 erläutert.A first embodiment of an exhaust manifold 10 is determined by the 1 and 2 explained.

1 zeigt ein Einlegebauteil 12 eines Abgaskrümmers, das aus einem ersten metallischen Werkstoff, insbesondere aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht, vorzugsweise Stahl. Das Einlegebauteil 12 umfasst zwei Rohrsegmente 14, welche jeweils Abgasleitungen 15 des Abgaskrümmers 10 bilden. Die Abgasleitungen 15 des Abgaskrümmers 10 erstrecken sich von einem zylinderkopfseitigen Ende bis zu einem abgasstrangseitigen Ende. 1 shows an insert component 12 an exhaust manifold, which consists of a first metallic material, in particular iron or an iron alloy, preferably steel. The insert component 12 includes two pipe segments 14 , which each exhaust pipes 15 the exhaust manifold 10 form. The exhaust pipes 15 the exhaust manifold 10 extend from a cylinder head end to an exhaust gas end end.

Am zylinderkopfseitigen Endabschnitt 14a der Rohrsegmente 14 weist das Einlegebauteil 12 jeweils eine zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie 16 auf, mit der der Abgaskrümmer 10 an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors befestigt werden kann. In der ersten Ausführungsform ist die zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie 16 als ebener Flansch ausgebildet.At the cylinder head end portion 14a the pipe segments 14 has the insert component 12 in each case a cylinder-head-side engine connection geometry 16 on, with the exhaust manifold 10 can be attached to a cylinder head of an internal combustion engine. In the first embodiment, the cylinder head side engine port geometry is 16 designed as a flat flange.

Die Rohrsegmente 14 weisen in einem mittleren Abschnitt 14b jeweils eine Rohrverzweigung auf. Der abzweigende Rohrabschnitt ist der Übersichtlichkeit halber abgeschnitten dargestellt. Die Rohrverzweigung führt mehrere verschiedene vom Verbrennungsmotor ausgehende Abgasleitungen 15 zusammen.The pipe segments 14 show in a middle section 14b one pipe branch each. The branching pipe section is shown cut off for clarity. The manifold results in several different outgoing from the engine exhaust pipes 15 together.

Am stromabwärtigen, abgasstrangseitigen Endabschnitt 14c der Rohrsegmente 14 verlaufen die Rohrsegmente 14 parallel.At the downstream, exhaust passage-side end portion 14c the pipe segments 14 the pipe segments run 14 parallel.

Ein Blechbauteil 18 ist am abgasstrangseitigen Endabschnitt 14c mit den Rohrsegmenten 14 z. B. durch Schweißen verbunden und bildet einen Abschnitt des Einlegebauteils 12, der sich ausgehend von den Rohrsegmenten 14 trichterförmig radial nach außen und in Richtung zum zylinderkopfseitigen Endabschnitt 14a erstreckt.A sheet metal part 18 is at the exhaust gas end section 14c with the pipe segments 14 z. B. connected by welding and forms a portion of the insert component 12 that is starting from the pipe segments 14 funnel-shaped radially outward and toward the cylinder head end portion 14a extends.

2 zeigt das Einlegebauteil 12 gemäß 1, welches von einem Gussbauteil 20 aus einem zweiten metallischen Werkstoff teilweise umgeben ist, wobei Einlegebauteil 12 und Gussbauteil 20 formschlüssig verbunden sind. Der zweite metallische Werkstoff ist in den gezeigten Ausführungsformen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, was eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Dichte im Vergleich zum ersten metallischen Werkstoff hat. 2 shows the insert component 12 according to 1 which is from a cast component 20 is partially surrounded by a second metallic material, wherein insert member 12 and cast component 20 are positively connected. The second metallic material in the embodiments shown is aluminum or an aluminum alloy, which has a good thermal conductivity and a low density compared to the first metallic material.

Am zylinderkopfseitigen Endbereich 14a des Einlegebauteils 12 ragt die als Flansch ausgebildete zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie 16 aus dem Gussbauteil 20 heraus.At the cylinder head end area 14a of the insert component 12 protrudes designed as a flange cylinder-side engine connection geometry 16 from the cast component 20 out.

Am stromabwärtigen, abgasstrangseitigen Endbereich 14c des Einlegebauteils 12 ragen die Enden der Rohrsegmente 14 sowie ein insbesondere konischer Abschnitt 18a des Blechbauteils 18 aus dem Gussbauteil 20 hervor und bilden eine abgasstrangseitige Anschlussgeometrie 22, die zum Ankoppeln an ein Abgasanlagenbauteil, insbesondere an ein Gehäuse einer Turbine, geeignet ist.At the downstream exhaust gas end portion 14c of the insert component 12 protrude the ends of the pipe segments 14 and a particular conical section 18a of the sheet metal component 18 from the cast component 20 and form a discharge line side connection geometry 22 , which is suitable for coupling to an exhaust system component, in particular to a housing of a turbine.

Das Blechbauteil 18 umfasst ferner einen vom Gussbauteil 20 umgebenen Abschnitt 18b. Durch die Trichterform des Blechbauteils 18 wird in axialer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Rohrsegmente 14 im Bereich des abgasstrangseitigen Endbereichs 14c der Rohrsegmente 14 sowie vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsebene mit einem Abgasanlagenbauteil ein Hinterschnitt gebildet, um eine gute formschlüssige Verbindung des Einlegebauteils 12 und des Gussbauteils 20 zu schaffen.The sheet metal component 18 further comprises one of the cast component 20 surrounded section 18b , Through the funnel shape of the sheet metal component 18 becomes in the axial direction perpendicular to the extension direction of the pipe segments 14 in the area of the exhaust gas end section 14c the pipe segments 14 and preferably formed perpendicular to the connection plane with an exhaust system component, an undercut to a good positive connection of the insert member 12 and the cast component 20 to accomplish.

3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Abgaskrümmers 10 in einer Abgasbaugruppe 100 mit einem Abgasanlagenbauteil 110, die an einem Verbrennungsmotor 120 angebracht ist. Der Formschluss zwischen Einlegebauteil 12 und Gussbauteil 20 wird durch die gekrümmten und verzweigten Rohrsegmente 14 des Einlegebauteils 12 gebildet. 3 shows a sectional view of a second embodiment of an exhaust manifold 10 in an exhaust assembly 100 with an exhaust system component 110 connected to an internal combustion engine 120 is appropriate. The form fit between insert component 12 and cast component 20 gets through the curved and branched pipe segments 14 of the insert component 12 educated.

Die abgasstrangseitigen Endbereiche 14c der Rohrsegmente 14 des Einlegebauteils 12 ragen aus dem Gussbauteil 20 heraus und erstrecken sich in eine Anschlussöffnung 112 des Abgasanlagenbauteils 110. Die Rohrsegmente 14 des Einlegebauteils 12 sind über eine Schweißverbindung 114 an das Abgasanlagenbauteil 110 angekoppelt.The exhaust gas end sections 14c the pipe segments 14 of the insert component 12 protrude from the cast component 20 out and extend into a connection opening 112 the exhaust system component 110 , The pipe segments 14 of the insert component 12 are over a welded joint 114 to the exhaust system component 110 coupled.

Die zylinderkopfseitigen Endbereiche 14a der Rohrsegmente 14 ragen ihrerseits auch aus dem Gussbauteil 20 heraus und erstrecken sich in Anschlussöffnungen 122 des Verbrennungsmotors 120.The cylinder head end areas 14a the pipe segments 14 For their part, they also protrude from the cast component 20 out and extend into connection openings 122 of the internal combustion engine 120 ,

Der gasführende Querschnitt der Abgasleitungen 15 im Abgaskrümmer 10 ist im Bereich des Übergangs vom Abgaskrümmer 10 zum Abgasanlagenbauteil 110 nicht reduziert und ermöglicht einen thermodynamisch optimierten Betrieb.The gas-conducting cross-section of the exhaust pipes 15 in the exhaust manifold 10 is in the area of the transition from the exhaust manifold 10 to the exhaust system component 110 not reduced and allows a thermodynamically optimized operation.

Der erste metallische Werkstoff des Einlegebauteils 12 weist eine höhere mechanische und thermische Festigkeit auf als der zweite Werkstoff des Gussbauteils 20 und ermöglicht somit bei geringem Gewicht und Bauraumbedarf eine hohe Stabilität der Verbindung von Abgaskrümmer 10 und Abgasanlagenbauteil 110.The first metallic material of the insert component 12 has a higher mechanical and thermal resistance than the second material of the cast component 20 and thus allows for low weight and space requirements, a high stability of the connection of the exhaust manifold 10 and exhaust system component 110 ,

Eine dritte Ausführungsform eines Abgaskrümmers 10 und einer Abgasbaugruppe 100 ist in den 4 und 5 gezeigt. 4 zeigt eine Schnittansicht des Abgaskrümmers 10 in einer Blickrichtung in Richtung senkrecht zur Verbindungsebene des Abgaskrümmers 10 mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors 120. 5 zeigt eine Schnittansicht in Blickrichtung senkrecht zur Verbindungsebene des Abgaskrümmers 10 mit dem Abgasanlagenbauteil 110.A third embodiment of an exhaust manifold 10 and an exhaust assembly 100 is in the 4 and 5 shown. 4 shows a sectional view of the exhaust manifold 10 in a viewing direction in the direction perpendicular to the connecting plane of the exhaust manifold 10 with a cylinder head of an internal combustion engine 120 , 5 shows a sectional view in the direction perpendicular to the connection plane of the exhaust manifold 10 with the exhaust system component 110 ,

Ein erstes Einlegebauteil 12 umfasst zwei Rohrsegmente 14, wobei das rechte Rohrsegment 14 eine Verzweigung aufweist, und zwei Blechbauteile 24, 26, die im abgasstrangseitigen Endbereich 14c mit den Rohrsegmenten 14 verbunden sind. Die Blechbauteile 24, 26 sind jeweils ringförmig ausgebildet und an den Rohrsegmenten 14 angeschweißt.A first insert component 12 includes two pipe segments 14 , where the right tube segment 14 has a branch, and two sheet metal parts 24 . 26 in the exhaust gas end area 14c with the pipe segments 14 are connected. The sheet metal components 24 . 26 are each annular and formed on the pipe segments 14 welded.

Das erste Blechbauteil 24 ist zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung annähernd vollständig im Gussbauteil 20 eingebettet und bildet analog zum Blechbauteil 18 der ersten Ausführungsform je einen Hinterschnitt 140 in jeder axialen Richtung. Durch den U-förmig abgewinkelten, frei auskragenden, radialen Rand des Blechbauteils 18 ist, auch ein radialer Hinterschnitt gebildet (unterer Hinterschnitt 140).The first sheet metal component 24 is approximate to the formation of a positive connection completely in the cast component 20 embedded and forms analogous to the sheet metal component 18 the first embodiment, each an undercut 140 in any axial direction. By the U-shaped angled, cantilevered, radial edge of the sheet metal component 18 is, also formed a radial undercut (lower undercut 140 ).

Das zweite Blechbauteil 26 ist an den aus dem Gussbauteil 20 herausragenden Enden der Rohrsegmente 14 angebracht und bildet mit diesen gemeinsam die abgasstrangseitige Anschlussgeometrie 22. Das zweite Blechbauteil 26 bildet dabei einen Flansch, welcher mit dem abgasstrangseitigen Abgasanlagenbauteil 110 durch eine von den Rohrsegmenten 14 beabstandete Schweißverbindung 114 verbunden ist.The second sheet metal part 26 is at the out of the cast component 20 protruding ends of the pipe segments 14 attached and together with these forms the exhaust line side connection geometry 22 , The second sheet metal part 26 forms a flange, which with the exhaust gas side exhaust system component 110 through one of the pipe segments 14 spaced weld joint 114 connected is.

Wie in 5 gut zu erkennen ist, erstreckt sich das rechte Rohrsegment 14 durchgehend vom abgasstrangseitigen Anschluss bis zum zylinderkopfseitigen Anschluss des Abgaskrümmers 10.As in 5 is clearly visible, the right tube segment extends 14 Continuously from the exhaust gas side connection to the cylinder head side connection of the exhaust manifold 10 ,

Am zylinderkopfseitigen Anschluss bildet das Einlegebauteil 12 eine zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie 16 in Form eines Fortsatzes, welcher abschnittsweise konisch verjüngt ausgebildet ist. Am Verbrennungsmotor 120 montiert erstreckt sich der Fortsatz in eine Anschlussöffnung 122 des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors 120, wobei der Fortsatz mit dem konisch verjüngten Abschnitt vorzugsweise an einem Dichtelement 124 anliegt.On the cylinder head side connection forms the insert component 12 a cylinder-head-side engine connection geometry 16 in the form of an extension, which is tapered in sections tapered. At the internal combustion engine 120 mounted, the extension extends into a connection opening 122 the cylinder head of the internal combustion engine 120 wherein the extension with the conically tapered portion preferably on a sealing element 124 is applied.

Das linke Rohrsegment 14 in 5 zeigt eine alternative Ausführungsvariante einer Abgasleitung des Abgaskrümmers 10, wobei sich das Rohrsegment 14 ausgehend vom abgasstrangseitigen Anschluss nicht vollständig bis zum zylinderkopfseitigen Anschluss erstreckt.The left pipe segment 14 in 5 shows an alternative embodiment of an exhaust pipe of the exhaust manifold 10 , where the pipe segment 14 does not extend completely from the exhaust line side port to the cylinder head port.

Ein zweites vom ersten Einlegebauteil 12 separates Einlegebauteil 28 ist vorgesehen und bildet eine zylinderkopfseitige Motor-Anschlussgeometrie 16 in Form eines Fortsatzes analog zum Fortsatz des rechten Rohrsegments 14. In der gezeigten Ausführungsform wird das zweite Einlegebauteil gemeinsam mit dem Einlegebauteil 12 im Gussbauteil 20 umformt.A second from the first insert component 12 separate insert component 28 is provided and forms a cylinder-head-side engine connection geometry 16 in the form of an extension analogous to the extension of the right tube segment 14 , In the embodiment shown, the second insert member becomes common with the insert member 12 in the cast component 20 reshapes.

Alternativ ist es möglich, dass das zweite Einlegebauteil 28 in einem anschließenden Bearbeitungsschritt am Gussbauteil 20 befestigt, beispielsweise eingeklebt, wird.Alternatively, it is possible that the second insert member 28 in a subsequent processing step on the cast component 20 attached, for example, glued, is.

Im Gussbauteil 20 sind Hohlräume 30 zur Kühlmitteldurchführung vorgesehen, die ein Kühlen des Abgaskrümmers ermöglichen. Da das Gussbauteil 20 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, besteht eine gute Wärmeübertragung vom Abgaskrümmer 10 auf das durch die Hohlräume 30 fließende Kühlmittel.In the cast component 20 are cavities 30 provided to the coolant passage, which allow cooling of the exhaust manifold. Because the cast component 20 is made of aluminum or an aluminum alloy, there is a good heat transfer from the exhaust manifold 10 on the through the cavities 30 flowing coolant.

6 zeigt eine Detailansicht einer alternativen Verbindung von Abgaskrümmer und Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 120, wobei die Motor-Anschlussgeometrie durch das Gussbauteil 20 gebildet wird. In der gezeigten Ausführungsform weist die Motor-Anschlussgeometrie des Gussbauteils 20 einen Flanschabschnitt und einen Fortsatz auf, welcher in eine Öffnung des Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors 120 ragt. 6 shows a detailed view of an alternative connection of exhaust manifold and cylinder head of the internal combustion engine 120 , wherein the motor connection geometry through the cast component 20 is formed. In the embodiment shown, the engine connection geometry of the cast component 20 a flange portion and an extension, which in an opening of the cylinder head of the internal combustion engine 120 protrudes.

Die gezeigten Ausführungsformen des Abgaskrümmers 10 sind jeweils zweiflutig ausgebildet, zum Anschluss an eine zweiflutige Turbine. Es ist jedoch eine einflutige Ausführung des Abgaskrümmers 10 möglich.The illustrated embodiments of the exhaust manifold 10 each have a double-flow design, for connection to a twin-flow turbine. However, it is a single-flow design of the exhaust manifold 10 possible.

Der Abgaskrümmer 10 und die Abgasbaugruppe 100 werden nach einem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Im ersten Verfahrensschritt wird das Einlegebauteil 12 aus dem ersten metallischen Werkstoff bereitgestellt. Bei den gezeigten Ausführungsformen werden dazu die Rohrsegmente 14 geformt sowie, soweit vorgesehen, die Blechbauteile 18, 24, 26 an den Rohrsegmenten 14 angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Die Rohrsegmente 14 sind beispielsweise durch Innenhochdruckumformung hergestellt.The exhaust manifold 10 and the exhaust assembly 100 are prepared by a method described below. In the first step, the insert component 12 provided from the first metallic material. In the embodiments shown to the pipe segments 14 shaped and, if provided, the sheet metal components 18 . 24 . 26 at the pipe segments 14 attached, preferably welded. The pipe segments 14 are made for example by hydroforming.

Die Rohrsegmente 14 und das Einlegebauteil 28 weisen die zuvor erwähnten Merkmale optional auf.The pipe segments 14 and the insert component 28 have the aforementioned features optional.

Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird das Einlegebauteil 12 in eine Gussform eingelegt, und der Abgaskrümmer 10 wird als Verbundbauteil durch teilweises Umgießen des Einlegebauteils 12 mit einem zweiten metallischen Werkstoff hergestellt. Beim Umgießen des Einlegebauteils 12 bleibt zumindest ein Abschnitt des Einlegebauteils 12 frei, der die abgasstrangseitige Anschlussgeometrie 22 bildet.In the subsequent process step, the insert component 12 placed in a mold, and the exhaust manifold 10 is used as composite component by partial encapsulation of the insert component 12 made with a second metallic material. When pouring the insert component 12 remains at least a portion of the insert component 12 free, the exhaust gas connection geometry 22 forms.

Bei der anschließenden Montage des Abgasstrangs wird der als Verbundbauteil ausgebildete Abgaskrümmer 10 über die abgasstrangseitige Anschlussgeometrie 22 mit einem Abgasanlagenbauteil 110, insbesondere einem Gehäuse einer Turbine, verbunden, indem das Turbinengehäuse an der Anschlussgeometrie 22 des Abgaskrümmers 10 angeschweißt wird.During the subsequent assembly of the exhaust gas system, the exhaust manifold is designed as a composite component 10 via the exhaust line connection geometry 22 with an exhaust system component 110 , in particular a housing of a turbine, connected by the turbine housing to the connection geometry 22 the exhaust manifold 10 is welded.

Das Einlegebauteil 12 ist beispielsweise aus Stahl gefertigt und kann somit auf einfache Weise über einen Schweißverbund Stahl-Stahl mit einem Turbinengehäuse aus Stahl verschweißt werden.The insert component 12 is made of steel, for example, and can therefore be easily welded to a steel turbine shell via a steel-steel welded joint.

In den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen umfasst das Einlegebauteil 12 jeweils Rohrsegmente 14, die Abgasleitungen 15 des Abgaskrümmers 10 bilden. Es ist jedoch allgemein möglich, dass das Einlegebauteil 12 einen ersten Abschnitt aufweist, der formschlüssig vom Gussbauteil 20 umgeben ist, sowie einen aus dem Gussbauteil 20 herausragenden zweiten Abschnitt, der die abgasstrangseitige Anschlussgeometrie 22 bildet. Ein solches Einlegebauteil 12 könnte beispielsweise in der in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform durch das trichterförmige Blechbauteil 18 an sich oder wie in der in 4 und 5 gezeigten dritten Ausführungsform durch eine Kombination der beiden Blechbauteile 24, 26 gebildet werden.In the embodiments shown in the figures, the insert member comprises 12 each pipe segments 14 , the exhaust pipes 15 the exhaust manifold 10 form. However, it is generally possible that the insert component 12 having a first portion, the form-fitting of the cast component 20 is surrounded, as well as one from the cast component 20 outstanding second section, the exhaust gas connection geometry 22 forms. Such an insert component 12 could for example in the in the 1 and 2 shown first embodiment by the funnel-shaped sheet metal component 18 in itself or as in the in 4 and 5 shown third embodiment by a combination of the two sheet metal components 24 . 26 be formed.

Die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen können auf verschiedene Arten miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht gegenseitig ausschließen.The various features of the various embodiments described above may be combined with each other in various ways unless they are mutually exclusive.

Claims

Exhaust manifold ( 10 ) for an internal combustion engine ( 120 ) with a composite assembly, which at least one insert component ( 12 ) of a first metallic material and an insert component ( 12 ) in sections form-fitting surrounding casting component ( 20 ) comprises a second metallic material, wherein the two different metallic materials can not be joined together by welding and one of the cast component ( 20 ) outstanding section of the insert component ( 12 ) a discharge line side connection geometry ( 22 ) for coupling, preferably by welding, to at least one exhaust system component ( 110 ), in particular a turbine housing.

Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that the first metallic material is iron or an iron alloy, in particular steel, and / or the second metallic material is aluminum or an aluminum alloy.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the insert component ( 12 ) at least one pipe segment ( 14 ) an exhaust pipe of the exhaust manifold ( 10 ), which preferably with an exposed portion of the cast component ( 20 ) stands out.

Exhaust manifold according to claim 3, characterized in that the pipe segment ( 14 ) extends continuously from a exhaust line side port to a cylinder head side port.

Exhaust manifold according to claim 3 or 4, characterized in that the insert component ( 12 ) comprises branched pipe sections.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the insert component ( 12 ) at least one sheet metal component ( 18 . 26 ), which has a relation to the cast component ( 20 ) exposed portion, the connection geometry ( 22 ), in particular for the welded connection with the exhaust gas system component ( 110 ) forms.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the insert component ( 12 ) at least one sheet metal component ( 18 . 24 ), one of the cast component ( 20 ), which preferably forms an undercut in an axial direction.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the insert component ( 12 ) a cylinder-head-side engine connection geometry ( 16 ), in particular a flange or a cylinder head side extension for attachment of the exhaust manifold ( 10 ) on a cylinder head of the internal combustion engine ( 120 ), having.

Exhaust manifold according to claim 8, characterized in that the cylinder-head-side engine connection geometry ( 16 ) by at least one second cylinder head side arranged insert member ( 28 ) is formed.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that a cylinder-head-side engine connection geometry through the cast component ( 20 ) is formed.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the cast component ( 20 ) at least one cavity ( 30 ) to the coolant passage.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the insert component ( 12 ) two parallel pipe sections ( 14 ), which are designed for connection to a twin-flow turbine.

Exhaust assembly ( 100 ) with an exhaust manifold ( 10 ) according to one of the preceding claims and a turbine housing ( 110 ), the material fit with the exhaust gas side connection geometry ( 22 ) of the exhaust manifold ( 10 ) connected is.

Method for producing an exhaust manifold ( 10 ), in particular according to one of the preceding claims, with the following method steps: • providing an insert component ( 12 ) with a discharge line-side connection geometry ( 22 ) made of a first metallic material; • inserting the insert component ( 12 in a mold; and • production of a composite component by at least partial encapsulation of the insert component ( 12 ) with a second metallic material, wherein a portion of the insert component ( 12 ) with the exhaust line side connection geometry ( 22 ) remains exposed.

A method according to claim 14, characterized in that for the formation of the insert component ( 12 ) at least one preferably annular sheet-metal component ( 18 . 24 . 26 ) with a pipe segment ( 14 ) is connected.

A method according to claim 14 or 15, characterized in that the composite component via the exhaust gas side connection geometry ( 22 ) with a turbine housing ( 110 ), preferably welded, is connected.