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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz für einen Auslasskanal einer Verbrennungskraftmaschine, eine Motorbaugruppe, einen Zylinderkopf und ein Verfahren zur Montage eines entsprechenden Einsatzes.
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Bei Verbrennungsmotoren ist allgemein bekannt, dass im Auslasskanal des Zylinderkopfs, also abstromseitig von den Auslassventilen, relativ hohe Temperaturen herrschen, die in den Zylinderkopf abgegeben werden und dass der Wärmestrom aus dem Abgas in den Zylinderkopf reduziert werden soll. Denn durch den Wärmestrom wird das zylinderkopfinterne Kühlkanalsystem belastet und die dort durchströmende Kühlflüssigkeit muss mit entsprechendem Aufwand abgekühlt werden. Wenn das Abgas einem Abgasturbolader zugeleitet wird, so ist es hingegen vorteilhaft, dass dessen Temperatur möglichst hoch ist, da dies die Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers erhöht. Durch die höhere Temperatur steht nämlich mehr Energie zur Verfügung, die im Turbolader umgewandelt werden kann.
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Auch ist für eine Abgasnachbehandlung (z.B. im Katalysator) eine höhere Abgastemperatur vorteilhaft, da hierdurch ihr Konvertierungsgrad unter Umständen erhöht wird. Ein Vorteil des Einsatzes besteht nämlich insbesondere darin, in der Kaltstartphase des Motors durch die Isolierung zu einem schnelleren Erreichen der für die Abgasnachbehandlung notwendigen Temperaturen zu führen.
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Es sind diverse Maßnahmen bekannt, den genannten Wärmestrom zu reduzieren. Beispielsweise kann der Auslasskanal mit einer Beschichtung versehen sein, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat. Nachteilig ist bei der Beschichtung die relativ geringe Reduktion des Wärmeübergangs und deren Verschleiß im Kontakt mit dem vorbeiströmenden Abgas. Aus
DE 10 2016 012 719 A1 ist ein Zylinderkopf mit einem Flanschbuchseneinsatz bekannt. Und
US 4 195 477 A1 offenbart eine ähnliche Anwendung. Einsätze haben den Nachteil, dass sie typischerweise benachbart zu der Verschraubungszone mit dem Abgaskrümmer eingebaut werden und so häufig beabstandet von dem Auslassventil sind, so dass an dieser Stelle keine entsprechende Isolierwirkung aufgebaut werden kann. Auch wird durch die Geometrie von den bekannten Einsätzen ein Einbau in Auslasskanälen mit einer komplexeren Geometrie erschwert oder verhindert. Komplexe Geometrien können Abwinklungen im Auslasskanal oder dreidimensionale Drehungen oder Windungen oder Querschnittsänderungen sein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren. Konkret wird eine verbesserte technische Lösung benötigt, die innerhalb des Zylinderkopfs den Wärmestrom vom Abgas in den Zylinderkopf reduziert. Dabei soll das Abgas innerhalb des Zylinderkopfs auf einem möglichst langen Bereich gegenüber einer hohen Wärmeabgabe in den Zylinderkopf geschützt werden. Dieser Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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So umfasst die Erfindung einen Einsatz für einen Zylinderkopf mit einer Vereinigung mehrerer Auslasskanäle. Der Begriff „Einsatz“ bedeutet insbesondere, dass dies ein Teil ist, das sich von dem Zylinderkopf und/oder Auslasskrümmer unterscheidet und/oder bevorzugt zerstörungsfrei entfernbar ist. Dies bedeutet, dass innerhalb des Einsatzes unterschiedliche Auslasskanäle getrennt voneinander geführt werden und der Einsatz zumindest einen Abschnitt umfasst, in dem die Auslasskanäle fluidal als ein Kanal verbunden sind. Diese Verbindung ist insbesondere quer zur Abgas-Strömungsrichtung. Während Einsätze bekannt sind, die jeweils in exakt einen Auslasskanal eingesetzt werden, so bringt die beschriebene Kombination den ersten Vorteil eines geringeren Volumens des Zylinderkopfs mit der damit verbundenen Gewichtsreduktion. Der Einsatz wird nämlich in den Zylinderkopf aufgenommen und somit liegt die Vereinigung der Auslasskanäle im Zylinderkopf und ersetzt das üblicherweise dort befindliche Material. Auch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt gerade benachbart zu dem Abgaskrümmer, was dort die Strömungsgeschwindigkeit reduziert und so die Enthalpieabgabe des Abgases an den Einsatz und so den Zylinderkopf reduziert. Diese Reduktion lässt sich dadurch erklären, da mittig im größeren Strömungsquerschnitt strömende Abgasanteile ihre Enthalpie (aufgrund des Abstands) nur reduziert an den Zylinderkopf abgeben können. Zwar ist erstens die Herstellung des hier beschriebenen Einsatzes deutlich aufwendiger als bekannte einfache rotationssymmetrische Einsätze und ist zweitens der hier beschriebene Einsatz größer und somit sind thermische Dehnungen relevanter, so dass hier besondere Dehnungsabstände notwendig sind, aber es wurde erkannt, dass die beschriebenen Vorteile diese Nachteile überwiegen. Auch wird herkömmlich für jeden Auslasskanal ein entsprechender Kanal im Abgaskrümmer benötigt und die vorstehend beschriebene Vereinigung mehrere Auslasskanäle reduziert die Kanalanzahl im Abgaskrümmer mit den Vorteilen geringerer konstruktiver Komplexität, geringeren Materialeinsatz und höheren Fließquerschnitten.
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In einer ersten bevorzugten Variante kann der Einsatz mehrstückig sein. Dies ermöglicht die Montage, wenn die Auslasskanäle schräg zueinander verlaufen, sodass ein üblicher einteiliger Einsatz nicht einführbar wäre. Insbesondere kann der Einsatz einen Grundkörper aus einem metallischen Material umfassen und dabei kann dieser Grundkörper mehrstückig sein. Diese bevorzugte Definition von „mehrstückig“ wird verwendet, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass beim Stand der Technik ein Einsatz ein Isoliermaterial umfasst und somit auch „mehrstückig“ ist, aber eine derartige Mehrstückigkeit hier ausdrücklich nicht gemeint ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Grundkörper der Körper sein, der den Führungskanal für den Abgasstrom definiert und dabei auch beschichtet sein kann. Der Grundkörper ist bevorzugt als eine Trägerstruktur ausgeführt und kann angeformte oder angebaute Komponenten umfassen, wie eine Beschichtung und/oder Isoliermaterialien. Mehrstückig bedeutet insbesondere, dass zur Bildung des Einsatzes mehrere Teile verwendet werden, die zerstörungsfrei voneinander trennbar und/oder rekombinierbar sind. Es kann der Einsatz bevorzugt aus einem Blech gleichmäßiger Wandstärke geformt sein, wobei aber Anbaukomponenten angeformt sein können. Aufgrund der Mehrstückigkeit können die einzelnen Teile nacheinander in die entsprechenden Auslasskanäle eingeführt und währenddessen so ausgerichtet werden, wie die Kanalgeometrie es vorgibt.
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Alternativ kann der Einsatz einstückig ausgeführt sein. Einstückig bedeutet insbesondere, dass der Einsatz einen Grundkörper umfasst, der seinerseits einstückig ausgeführt ist, und an dem weitere Komponenten, wie Isolierelemente, Führungselemente oder -schienen oder dergleichen befestigt oder angeordnet sein können, auch wenn diese Befestigung(en) lösbar ist. Ein einstückiger Einsatz ist einfach montierbar und aufgrund der reduzierten Teileanzahl kann ein Klappern und/oder können Relativbewegungen reduziert werden oder ausgeschlossen werden. Auch können bei mehrteiligen Einsätzen Spalte zwischen den Teilen auftreten (oder konstruktiv vorgesehen sein), die ggf. die Isolierwirkung des Einsatzes gegenüber dem Zylinderkopf zumindest lokal reduzieren.
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Vorteilhaft ist ferner, wenn der Einsatz einen oder mehrere Schlitze, Freimachungen und/oder sonstige Materialschwächungen umfasst, so dass hierüber für die Montage des Einsatzes in die mehreren Auslasskanäle eine Verformbarkeit des Einsatzes erzielt wird. Bei schräg zueinander verlaufenden Auslasskanälen wäre sonst die Montage eines einteiligen Einsatzes nicht möglich. Es wird also ermöglicht, den Einsatz in Geometrien des Auslasskanals einzuführen, bei denen dies aufgrund eines Hinterschnitts eigentlich nicht möglich wäre. Da aber über die Schlitze und dergleichen eine lokale Materialschwächung erzeugt wird, die die elastische und plastische Verformbarkeit erhöht, kann der Einsatz trotzdem aufgrund seiner temporären Verformung eingeführt werden. Aufgrund der so ermöglichten Einstückigkeit auch für den Fall eines Hinterschnitts wird die Anzahl der Teile reduziert, was auch für eine mögliche Geräuschentwicklung vorteilhaft ist. So können Abschnitte des Einsatzes in unterschiedliche Auslasskanäle einführt werden, wie dies bei den folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.
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Während vorstehend Einsätze betrachtet wurden, die Abschnitte für mehrere Auslasskanäle umfassen, ist es alternativ auch dann mit Vorteilen verbunden, wenn der Einsatz in nur einen Auslasskanal eines Zylinderkopfes eingeführt wird, und der Einsatz einen oder mehrere Schlitze, Freimachungen oder Materialschwächungen umfasst, so dass hierüber für die Montage des Einsatzes in diesen Auslasskanal eine Verformbarkeit erzielt wird, ohne die (aufgrund der Geometrie des Auslasskanals) die Montage nicht möglich wäre, wie dies später anhand der 4 näher erläutert wird.
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Insbesondere kann der Einsatz zumindest abschnittsweise entlang seiner Erstreckung ein Isoliermaterial umfassen. Dieses befindet sich bevorzugt auf der Seite des Einsatzes, die dem Auslasskanal entgegen gesetzt ist. Aufgrund der vereinfachten Montage und zur Erhöhung der Isolierwirkung kann radial außenliegend von dem Isoliermaterial eine weitere Schicht des (bzw. eines) Einsatzes vorgesehen sein, so dass sich eine Sandwichpackung mit einem innen liegenden Dichtmaterial ergibt.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Zylinderkopf mit einem Einsatz mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale.
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Eine Motorbaugruppe kann zumindest einen Zylinderkopf, einen Einsatz nach einem oder mehreren der vorstehend genannten Merkmale und einen Abgaskrümmer umfassen, wobei der Einsatz ein- oder mehrstückig ist und die Stücke, nämlich bevorzugt alle Stücke, Flansche umfassen, die zwischen dem Zylinderkopf und dem Abgaskrümmer angeordnet sind. Dabei werden die Flansche zwischen dem Zylinderkopf und dem Abgaskrümmer eingespannt, was deren geometrische Lage bestimmt und so ein mögliches Klappern vermieden werden kann. In einer ersten Variante können die Flansche Teil einer umlaufenden Dichtlinie sein. Dies ist vorteilhaft, da die notwendige Verschraubung von dem Abgaskrümmer zur Positionierung und Befestigung des/der Einsatz/Einsätze genutzt werden kann. In einer zweiten Variante können die Flansche der Stücke nicht Teil einer umlaufenden Dichtlinie dieser Teile sein, sondern (radial innenliegend) benachbart zur Dichtlinie sein. Bei mehrstückigen Einsätzen ergäbe sich in der Dichtlinie ein Übergang von einem Flansch in den benachbarten Flansch, was für die Dichtigkeit nachteilig wäre, so dass die funktionale Trennung von der Dichtlinie vorteilhaft ist.
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Ferner kann ein Zylinderkopf einen Einsatz umfassen, der derart in einen oder mehrere Auslasskanäle des Zylinderkopfs eingesetzt ist, dass er aufgrund eines Formschlusses nicht ohne seine Verformung oder bei einem mehrteiligen Einsatz nicht ohne eine Demontage von Teilen des Einsatzes aus dem Zylinderkopf entfernbar ist. Auch können bevorzugt zwei Teile des Einsatzes in unterschiedliche Auslasskanäle eingesetzt sein und ein drittes Teil kann benachbart zum abgaskrümmerseitigen Ende des Zylinderkopfs in einem Übergang der ersten beiden Teile angeordnet sein.
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Unabhängig davon oder zusätzlich kann der Einsatz in zwei benachbarte Auslasskanäle des Zylinderkopfs eingeführt sein und der Auslasskanal kann benachbart zu einem Abgaskrümmer eine erste Maximalerstreckung aufweisen und der Auslasskanal oder die Auslasskanäle können zueinander eine zweite Maximalerstreckung aufweisen, die größer als die erste Maximalerstreckung ist. Dabei werden die Maximalerstreckungen parallel zueinander definiert. Diese Beschreibung drückt aus, dass ein Hinterschnitt gegeben ist, der eine Mehrteiligkeit erfordert oder eine Verformung des Einsatzes während des Einführens.
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Das Verfahren zur Montage von einem Einsatz in einen oder mehrere Auslasskanäle eines Zylinderkopfs umfasst entweder, dass der Einsatz einen oder mehrere Schlitze, Freimachungen oder Materialschwächungen umfasst und bei dem Einführen des Einsatzes bis zum Erlangen eines Endsitzes eine Verformung des Einsatzes stattfindet. Alternativ besteht der Einsatz aus mehreren Teilen und die Teile werden nacheinander in den einen oder die mehreren Auslasskanäle eingeführt. Auch ist denkbar, dass der Einsatz aus mehreren Teilen besteht, die ihrerseits nur aufgrund ihrer Verformbarkeit in den jeweiligen Auslasskanal einführbar sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschreiben. Es zeigen:
- 1 einen seitlichen Schnitt durch einen Auslasskanal eines Zylinderkopfs mit einem Auslassventil,
- 2 eine Draufsicht auf den Einsatz der 1,
- 3 eine Draufsicht auf einen Einlass einer alternativen Ausführungsform,
- 4 einen weiteren seitlichen Schnitt durch den Zylinderkopf mit einem Einsatz nach einer weiteren alternativen Ausführungsform und
- 5 einen weiteren seitlichen Schnitt eines Einsatzes einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt im seitlichen Schnitt einen Zylinderkopf 10 mit einem Auslassventil 20 und einen vom Auslassventil 20 ausgehenden Auslasskanal 12. Der Auslasskanal 12 mündet in einen Abgaskrümmer 30, der mit Verschraubungen 32 oder mit alternativen Verschraubungen 34 mit dem Zylinderkopf 10 verbunden ist. Zwischen dem Auslasskanal 12 und dem Zylinderkopf 10 ist ein Einsatz 40 angeordnet. Der Einsatz 40 beginnt an den Verschraubungen 32, 34 von dem Zylinderkopf 10 mit dem Abgaskrümmer 30 und erstreckt sich möglichst weit in Richtung zu dem Auslassventil 20. Der Einsatz 40 ist weitgehend rohrförmig ausgestaltet und/oder zumindest abschnittsweise umlaufend geschlossen und im vorliegenden Beispiel gekrümmt. Am abgaskrümmerseitigen Ende ist ein Flansch 48 vorgesehen. Zudem kann er lokale oder umlaufende Abstandselemente 42 aufweisen, um einen gewünschten Spalt zu dem Zylinderkopf 10 sicherzustellen. Diese Abstandselemente 42 können einstückig Teil des Einsatzes 30 sein, wie es produktionstechnisch einfach herstellbar ist, gerade wenn der Einsatz 30 in einem additiven Fertigungsverfahren (z.B. 3D-Druck) hergestellt wurde. Alternativ können die Abstandelemente 42 durch eine Stanzung hergestellt sein, also durch ein Herausstanzen einer Zunge, die entsprechend nach außen herausgebogen ist. Eine dadurch entstehende Undichtigkeit also eine Verbindung von dem Auslasskanal 12 zur dortigen Oberfläche des Zylinderkopfs 10 wird als weitestgehend unschädlich angesehen, da sich dort kein Abgasstrom entwickelt und somit nicht in relevanten Maß Wärme an den Zylinderkopf 10 abgegeben wird. Auch können alternativ oder zusätzlich lokale Auswölbungen des Einsatzes 40 oder umlaufende ringförmige Verformungen, wie Prägungen erzeugt sein. Die Funktion der Abstandselemente ist es, den Einsatz 40 relativ zu dem Zylinderkopf 10 zu positionieren und für eine gleichbleibende Spaltbreite dieser Elemente zu sorgen. Die Abstandselemente 42 können auch benachbart zum abgaskrümmerentfernten Ende angeordnet sein, wie dies beispielshaft in 1 gezeigt. Die Abstandselemente können als ein umlaufender Wulst ausgeführt sein. Die Abstandselemente können die Aufgabe einer radialen Zentrierung des Einsatzes übernehmen und so für einen umlaufend gleich breiten Isolierspalt sorgen. Die Abstandselemente können auch geprägt sein.
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1 zeigt zwei unterschiedliche Varianten der Verschraubung 32, 34 des Einsatzes 40 gegenüber dem Abgaskrümmer 30. So ist im unteren Teil der 1 die Variante gezeigt, dass der Einsatz 40 mit einer Verschraubung 34 verbunden ist, die durch den Einsatz 40 geht. In der oben gezeigten Variante ist der Flansch 48 kürzer und die Verschraubung ist radial außenliegend und verbindet lediglich den Abgaskrümmer 40 mit dem Zylinderkopf 10. Der Flansch 48 kann dann bevorzugt eine Riffelung oder Profilierung oder Wellenprofil aufweisen, dass er sich bei der Verschraubung elastisch oder plastisch verformt, so dass er in der durch die Verschraubung entstehende Kammer spielfrei bzw. unter Vorspannung aufgenommen ist. Diese oben gezeigte Variante wird dann bevorzugt, wenn der Einsatz 40 mehrteilig ist, wie dies nachfolgend erläutert wird und die untere Variante wird bei seiner einteiligen Ausführung bevorzugt.
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2 zeigt eine mehrteilige Ausführungsform des Einsatzes 40. Dieser umfasst ein linkes und ein rechtes Teil, die jeweils mit der Nummer 41 bezeichnet sind und einem mittigen Keileinsatz 45. Es sind die Mittellinien 49 der Auslasskanäle entfernt vom abgaskrümmerseitigen Ende eingezeichnet und ein dazwischen liegender Winkel ist offensichtlich. Der Winkel ist technisch durch die Lage der Auslassventile 20 bedingt und verhindert, dass der Einsatz 40 einstückig in den Auslasskanal 12 eingesetzt werden kann. Vielmehr müssen das linke und rechte Teil 41 des Einsatzes 40 getrennt voneinander und nacheinander eingeführt werden und dabei in dem Winkel ausgerichtet werden, wie es die Ausrichtung des Auslasskanals 12 vorgibt. In der Zusammenschau der 1 und 2 wird deutlich, dass eine dreidimensionale Biegung des Einsatzes 40 vorhanden ist. Nachdem das linke und rechte Teil 41 jeweils eingeführt wurden, so kann in dem sich dazwischen ergebenden Spalt das dritte Teil, nämlich der Keileinsatz 45, eingesetzt werden. Diese drei Teile 41, 45 können bevorzugt mit Abstandselementen 42 und/oder ihren Flanschen 48 so zueinander ausgerichtet sein, dass insbesondere ein kleiner Restspalt bestehen bleibt, um so Temperaturdehnungen zulassen zu können. Zudem sind für beide Varianten Dichtungen 35 als ovale Querschnitte schematisch eingezeichnet, auch wenn hierfür sicherlich Flachdichtungen zu bevorzugen sind. 2 zeigt Varianten der Abstandselemente 42. Sie können, wie links gezeigt, als ein umlaufendender lokaler Wulst ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können sie lokale, also insbesondere punktförmige Prägungen gestaltet sein, wie dies an zwei Beispielen auf der rechten Seite gezeigt ist. Diese Abstandselemente 42 können umlaufend (gleichmäßig) verteilt sein und/oder an unterschiedlichen Stellen in Einsatzlängsrichtung angeordnet sein.
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Die beiden auslassventilseitigen Enden/Arme der Teile 41 können jeweils zu einem Auslassventil 20 des gleichen Zylinders oder eines unterschiedlichen Zylinders führen. Auch kann jeder Arm, also das linke oder rechte Teil 41 zu einem oder mehreren Auslassventilen (bevorzugt des gleichen Zylinders) führen.
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In einer Variante, die nicht figürlich dargestellt ist, sind die Ausrichtungen der Mittellinien 49 (vergleiche 2) parallel und können dabei trotzdem die Neigung bzw. Krümmung der 1 aufweisen. In dieser Variante ist der Einsatz 40 einstückig. Dieser einstückige Einsatz ist vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, da er innerhalb des Zylinderkopfs mehrere Auslasskanäle 12 verbindet. Der Bereich der Verbindung ist in 1 als der Bereich des Keileinsatzes 45 erkennbar. Dieser Bereich ist innerhalb des Zylinderkopfs 10, da er in 1 links von der Verschraubungsfläche des Zylinderkopfs 10 mit dem Abgaskrümmer 30 liegt. Dieser Bereich ist vorteilhaft, da er innerhalb des Zylinderkopfs 10 den Strömungsquerschnitt des Abgases erhöht und somit die Strömungsgeschwindigkeit reduziert. Auch wenn es auf den ersten Blick erscheint, dass eine reduzierte Strömungsgeschwindigkeit dem erfindungsgemäßen Ziel widerspricht, da hierdurch die Zeit des Temperaturaustauschs und somit die Temperaturabgabe erhöht, so wurde erkannt, dass der Effekt überwiegt, dass hierdurch die bewegte Masse die benachbart zum Strömungsrand reduziert ist und da die Enthalpie über die Masse bestimmt wird auch der Enthalpieübertrag reduziert wird. Außerdem wird das Volumen des Zylinderkopfs 10 reduziert, was vorteilhafter Weise dessen Gewicht reduziert.
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3 dient zur Erläuterung von drei unterschiedlichen Ausführungsformen von einem einteiligen Einsatz 40, der dann zum Einsatz kommt, wenn die auslassventilseitigen Winkel der Kanalmittelachsen 49 aufgeweitet sind, dass sich ein Hinterschnitt ergibt, aufgrund dessen die Montage eigentlich unmöglich wäre. In der ersten Variante ist in einem mittleren Bereich im Verbindungsbereich der Auslasskanäle eine Freimachung 50 bzw. ein Ausschnitt vorgesehen. Als Rest bleibt im Wesentlichen ein umlaufender Flansch 48 stehen, der mit einer Verschraubung 34 (siehe 1 untere Variante) Teil der Dichtlinie werden kann und so über die Verschraubkräfte spiel- und wackelfrei in dem Zylinderkopf 10 aufgenommen wird. Das Material des Einsatzes 40 ist bevorzugt ein metallischer Werkstoff mit einer elastischen und plastischen Verformbarkeit, so dass für die Montage die beiden aufgespreizten Abschnitte zusammengebogen werden können und sich bei der Montage aufgrund Kontakts mit dem Zylinderkopf aufweiten, bis sie wieder in der in 3 gezeigten Form sind, die der Endlage entspricht. Nicht dargestellt sind Führungsstege, Führungsbolzen oder Nuten, über die die Verformung gesteuert und festgelegt werden kann. Es ist weitgehend unschädlich, dass bei der Freimachung 50 keine Isolierung vorgesehen ist, da hier die Strömungsgeschwindigkeit sehr niedrig ist und somit die Enthalpieabgabe an den Zylinderkopf 10 ebenfalls niedrig ist. Dies gilt insbesondere, da das Abgas hier zwar in den ansonsten abgeschlossenen Luftspalt eintreten kann, aber sich dort keine Strömung ausbildet. Das im Luftspalt stehende Abgas hat dann eine ähnliche Isolierwirkung wie die Luft.
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In einer Variante des Einsatzes 40 kann die beschriebene Freimachung 50 nicht vorgesehen sein. Stattdessen kann, wie links gezeigt ein Schnitt 54 im Körper des Einsatzes 40 vorgesehen sein. Ein entsprechender Schnitt ist (nicht dargestellt) auch am zweiten, gegenüberliegenden Arm oder Flügel des Einsatzes 40 vorgesehen. Die verbleibende Restmaterialstärke (siehe rechts vom rechten Ende des Schnitts 54) schwächt das Material ausreichend, dass sich eine Verformbarkeit ergibt, dass zum Zwecke der Montage die auslassventilseitigen Enden parallel ausgerichtet werden können und sich bei der Montage in die gezeigte Position zurückverformen können. Diese Variante hat den Vorteil, dass sich eine weitgehend ununterbrochene Auskleidung des Auslasskanals ergibt, was den Effekt der Isolierung verbessert. Dieser Vorteil ist auch bei der Variante des Schnitt 52 verbunden mit einem keilförmigen Ausschnitt 53 gegeben. Auch hier wird eine elastisch/plastische Verformbarkeit des Einsatzes 40 erzielt, um hierüber die Montierbarkeit dann zu ermöglichen, wenn die verbindenden Auslasskanäle in komplexeren oder dreidimensional verdrehten Richtungen geformt sind.
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Während vorstehend die Erfindung für den Fall einem Einsatz 40 beschrieben wurde, der mehrere Auslasskanäle 12 verbindet, so erstreckt sich die Erfindung auch auf Anwendungsfälle, bei denen der Einsatz in lediglich einen Auslasskanal eingeführt ist. Dargestellt ist in 4 eine beispielhafte Geometrie, bei der der Auslasskanal einen zylindrischen Abschnitt (in 4 rechts) und einen gebogenen Abschnitt (in 4 links) umfasst. Ein einstückiger starrer Einsatz könnte aufgrund eines Hinterschnitts nicht eingeführt werden. Stattdessen zeigt 4 einen Schnitt 54 in dem Einsatz 40, der es erlaubt, dass der Einsatz 40 für die Montage leicht aufgebogen wird. Gezeigt ist beispielhaft ein Führungselement 42, das am Zylinderkopf 10 angeformt ist und dafür sorgt, dass sich umlaufend und in Einsatzlängsrichtung gleichmäßige Spaltbreiten ergeben, um einen bestmöglichen Isoliereffekt zu erzielen.
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In einer weiteren Alternative des Einsatzes 40, die in 5 gezeigt ist, ist der Einsatz mit einer Isolierung 46 versehen. Die Isolierung 46 befindet sich auf der der auslasskanalabgewandten Seite des Einsatzes 40. Optional kann davon radial außen liegend eine weiterer Abdeckung 47, bzw. Blech angeordnet sein, das zusammen mit dem Einsatz 40 ein Volumen für die Isolierung 46 definiert.
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Als Isolationsmaterial 46 können Aerogelmaterialien oder keramische Fasern verwendet werden. Grundsätzlich eigenen sich Materialien, die aufgrund ihrer Faserstruktur oder Porenstruktur eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben und dabei eine hohe Temperaturbeständigkeit, um nicht von den hohen Abgastemperaturen geschädigt zu werden. Das Material für den Einsatz 40 kann ein hochwarmfestes Metall sein, wie dies z.B. bei Nickellegierungen gegeben ist, wie insbesondere Inconel. Bevorzugt wird ein Material verwendet, welches neben der Temperaturbeständigkeit auch gegenüber den heißen Abgasen korrosionsbeständig ist. Auch kann bevorzugt ein Material mit einer hinreichend großen Elastizität sein. Auch mit Blick auf diese Anforderung ist Inconel für die erfindungsgemäße Anwendung geeignet, da dessen E-Modul ca. 200 kN/mm2 beträgt und somit in etwa so groß wie Baustahl ist.
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Varianten der Erfindung sind miteinander kombinierbar. Insbesondere kann bei allen Varianten die beschriebene Isolierung zum Einsatz kommen und mehrstückige Varianten des Einsatzes können ihrerseits die konstruktiv vorgesehene Verformbarkeit aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016012719 A1 [0004]
- US 4195477 A1 [0004]
