DE112006000537B4

DE112006000537B4 - Auspuffkrümmer für Auspuffgase

Info

Publication number: DE112006000537B4
Application number: DE112006000537.5T
Authority: DE
Inventors: Vincent Leroy; Patrik Nilsson
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: US7930884B2; FR2883032B1; FR2883032A1; DE112006000537T5; DE202006020399U1; US20090031716A1; WO2006095096A1

Abstract

Auspuffkrümmer für die Auspuffgase eines Verbrennungsmotors, mit oberen und unteren Halbschalen (18A, 18B), die miteinander eine Auspuffleitung begrenzen, und ausgerichteten Bohrungen (28), die in Verlängerung der Auspuffauslässe des Verbrennungsmotors anzuordnen sind, welche Halbschale jeweils einen umlaufenden Rand (19A, 19B) aufweisen und miteinander durch wenigstens erste Segmente (20A, 20B) der umlaufenden Ränder (19A, 19B), die miteinander verschweißt sind, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Mittelebene (P) vorgesehen ist, die durch die Bohrungen (28) verläuft und wenigstens zwei Mal die sich entlang einer sinusförmigen Bahn erstreckenden ersten Segmente (20A, 20B) kreuzt, derart dass die ersten Segmente (20A, 20B) alternierend Ausbauchungen (50) und Vertiefungen (52) bilden, die sich oberhalb beziehungsweise unterhalb der Mittelebene (P) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Auspuffkrümmer für Auspuffgase, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
EP 1 041 255 A2 offenbart einen Auspuffkrümmer der aufwärts und abwärts gerichtete Abschnitte und eine Schweißnaht aufweist.
JP H09-60 519 A offenbart eine geschweißte Naht einer Auspuffleitung, insbesondere eines Auspuffkrümmers. Die Schweißnaht ist an einem Flansch einer obere Schale und einer unteren Schale angebracht, die Vorsprünge aufweisen kann.
Gattungsgemäße Auspuffe sind bekannt und werden insbesondere verwendet zum Einsammeln der Auspuffgase an den Zylinderauslässen des Verbrennungsmotors.
Ein derartiger Auspuff wird beispielsweise in der französischen Schrift FR 2 757 565 A1 beschrieben.
Die obere Halbschale trägt eine Auslassleitung, der den Auslass des Auspuffkrümmers bildet. Diese Auslassleitung wird realisiert durch Ziehen des Materials, das die Halbschale bildet, und bildet eine zerbrechliche Zone, insbesondere bei starken thermischen Belastungen. Es hat sich gezeigt, dass Risse gebildet werden an der Basis der Auslassleitung nach ausgedehnter Gebrauchszeit des Auspuffkrümmers.
In diesem Zusammenhang hat die Erfindung die Aufgabe, einen Auspuffkrümmer zu schaffen, der mechanisch widerstandsfähiger ist als die bekannten Auspuffkrümmer.
Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Auspuffkrümmer der vorstehenden Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsformen kann der Auspuffkrümmer eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– die obere Halbschale ist im wesentlichen oberhalb der Mittelebene angeordnet und die untere Halbschale befindet sich im wesentlichen unterhalb der Mittelebene;
– die obere Halbschale umfaßt eine mechanisch empfindliche Zone in der Nähe der ersten Segmente, die eine Ausbauchung entlang der empfindlichen Zone bildet;
– die mechanisch empfindliche Zone ist ein Auslassrohr des Auspuffkrümmers;
– der Auspuffkrümmer umfaßt einen Flansch, an den die obere und untere Halbschale über zweite Segmente ihrer umlaufenden Ränder angeschweißt sind, die sich parallel zueinander in Richtung im wesentlichen parallel zur Mittelebene jeweils oberhalb und unterhalb der Mittelebene erstrecken, wobei der Flansch eine Anzahl von Befestigungslöcher aufweist, die in Abstand entlang der Hauptrichtung alternierend oberhalb des zweiten Segmentes der oberen Halbschale und unterhalb des zweiten Segments der unteren Halbschale liegen, wobei sich ein mittlerer Abschnitt der ersten Segmente parallel zu der Hauptrichtung erstreckt und Ausbauchungen gegenüber den Befestigungslöchern unterhalb der Mittelebene und Vertiefungen gegenüber den Befestigungslöchern bildet, die oberhalb der Mittelebene liegen;
– die oberen und unteren Halbschalen bilden parallele Wellen, die sich jeweils in Verlängerung der Ausbauchungen und Vertiefungen des mittleren Abschnitts der ersten Segmente erstrecken.

Die Erfindung wird besser verständlich werden durch die folgende Beschreibung, die auf die Figur Bezug nimmt:
1 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Auspuffkrümmers;
2 ist eine perspektivische Darstellung eines aufgeschnittenen Auspuffkrümmers gemäß 1.
Der erfindungsgemäße Auspuffkrümmer, der in 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt im wesentlichen ein äußeres, dichtes Gehäuse 10 und eine innere Schale 12 zur Führung und Abgabe der Auspuffgase. Die innere Schale 12 begrenzt einen langgestreckten Kanal 14 zum Sammeln der Gase, in den die einzelnen Auspuffauslässe der Zylinder einmünden. Die innere Schale 12 bildet zugleich einen gemeinsamen Auslass 15 für die Gase aus dem Auspuffkrümmer.
Das Gehäuse 10 weist einen Flansch 16 zur Befestigung des Auspuffkrümmers am Motor und zwei obere und untere Halbschalen 18a, 18b auf, die durch umlaufende Ränder 19A, 19B begrenzt werden. Die beiden Halbschalen 18A, 18B sind verbunden durch erste Segmente 20A, 20B der umlaufenden Ränder. Die ersten Segmente 20A, 20B sind miteinander verbunden durch eine Schweißnaht 20. Die Halbschalen 18A, 18B sind außerdem mit dem Flansch 16 verschweißt über zweite Segmente 21A, 21B der umlaufenden Ränder 19A, 19B.
Die innere Schale 12 besteht aus zwei Halbschalen 22A, 22B, die miteinander dicht verschweißt sind.
Eine dieser Halbschalen, 22A, umfaßt ein längliches Rohr 24, das den Auslass 15 des Auspuffkrümmers begrenzt. Das Rohr 24 erstreckt sich axial in einem entsprechenden Rohr 25, das von der oberen Halbschale 18A des externen Gehäuses 10 ausgeht.
Der Flansch 16 ist eine ebene Platte erheblicher Dicke mit länglicher Form in der Längsrichtung. Die zweiten Segmente 21A, 21B sind auf die Hauptfläche des Flansches 16 aufgeschweißt und erstrecken sich parallel zueinander in der generellen Längsrichtung.
Die obere und unter Halbschalen 18A, 18B sind konkave Pressteile, deren konkaver Hohlraum der jeweils anderen Halbschale zugewandt ist, und erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zu dem Flansch 16.
Die ersten Segmente 20A, 20B der umlaufenden Ränder 19A, 19B erstrecken sich von einem längsseitigen Ende des Flansches 16 bis zum gegenüberliegenden längsseitigen Ende des Flansches 16 und umfassen einen mittleren Abschnitt 26, der sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstreckt, und zwei seitliche Abschnitte 27 auf gegenüberliegenden Seiten, die die Enden des mittleren Abschnitts 26 mit den zweiten Segmenten 21A, 21B verbinden.
Aus 2 ist ersichtlich, dass die ersten Segmente 20A, 20B der umlaufenden Ränder 19A, 19B im wesentlichen koplanar und gegeneinander gepresst sind.
Die innere Schale 12 ist an den Flansch 16 geschweißt und folgt dabei einem Rand, der den langgestreckten Kanal 14 begrenzt, der die Bohrungen 28 aufnimmt, die sich in dem Flansch 16 befinden und die vorgesehen sind zur Anordnung in Verlängerung der Auspuffauslässe des Zylinders des Motors. Die Bohrungen 28 sind kreisförmig, und ihre Zentren sind in Längsrichtung ausgerichtet.
Die beiden Halbschalen 22A und 22B sind miteinander mit einer umlaufenden Schweißnaht 30 verschweißt, die zwischen den beiden seitlichen umlaufenden, mit 32A, 32B bezeichneten Bereiche der beiden Halbschalen ausgebildet sind. Die umlaufenden Bereiche 32A, 32B überlappen einander. Zu diesem Zweck weist die Halbschale 22A eine Schulter 34 auf, die mit dem Rand der Halbschale den Bereich 32A begrenzt, der leicht nach innen versetzt ist. Der Bereich 32B der zugehörigen Halbschale 22B wird aufgenommen in den begrenzten Versatz durch die Schulter 34.
So liegt die äußere Oberfläche der Halbschale 22B gegen die innere Oberfläche der Halbschale 22A entlang des Bereichs der Überlappung 32A, 32B.
Die überlappenden Bereiche 32A, 32B erstrecken sich senkrecht zur Verbindungsebene zwischen den beiden Halbschalen 22A, 22B, derart, dass jeder Bereich eine schiefe Zylinderfläche bildet, die erzeugt wird durch einen senkrecht zur Verbindungsebene stehenden Abschnitt und die Schweißnaht 30 umgibt.
Ein freier Zwischenraum 40 wird gebildet zwischen der inneren Schale 22 und dem äußeren Gehäuse 18. Dieser Zwischenraum 40 weist eine Stärke zwischen 1 und 30 mm auf. So weist die innere Schale 12 an jedem Punkt einen Abstand von dem äußeren Gehäuse 18 auf. Insbesondere die Verbindungsbereiche, wo die Schweißnähte 20 und 30 ausgeführt sind, sind vollständig getrennt.
Ein thermisch oder akustisch isolierendes Material 42 ist in dem Zwischenraum zwischen der inneren Schale 12 und dem äußeren Gehäuse 18 vorgesehen. Dieses Material füllt den Zwischenraum vollständig aus. Das Material wird gebildet beispielsweise durch eine Fasermatte, wie eine Keramikfasermatte.
Wie in 1 zu sehen ist, ist die obere Halbschale 18A im wesentlichen oberhalb einer Mittelebene P angeordnet, und die untere Halbschale 18B im wesentlichen unterhalb dieser Mittelebene P.
Diese Mittelebene liegt parallel zur Längsrichtung und im wesentlichen senkrecht zu dem Flansch 16 und enthält die Zentren der Bohrungen 28.
Diese Halbschalen 18A und 18B sind miteinander in Richtung senkrecht zur Mittelebene P verbunden. Der Verlauf der ersten Segmente 20A, 20B beschreibt eine ableitbare Kurve, d. h. ohne den jeweiligen Winkel, wie er gebildet wird zwischen zwei geraden Segmenten unterschiedlicher Richtung.
Die ersten Segmente 20A, 20B der umlaufenden Ränder 19A, 19B erstrecken sich entlang einer sinusförmigen Bahn und kreuzen mehrere Male die Mittelebene P. Die ersten Segmente bilden damit eine wechselnde Anordnung von Ausbauchungen 50 und Vertiefungen 52, die sich oberhalb und unterhalb der Mittelebene befinden.
Die Oszillationsperiode, d. h. der Abstand, der die Gipfel von zwei Ausbauchungen trennt, liegt zwischen 5 und 20 cm. Die Amplitude der Oszillation, d. h. die Höhe des Gipfels der Ausbauchung in Bezug auf die Mittelebene, liegt zwischen 1 und 5 cm.
Insbesondere bilden die ersten Segmente 20A und 20B eine Ausbauchung 50 entlang des Rohrs 25, die eine zerbrechliche Zone der oberen Halbschale 18A bildet.
Die zweiten Segmente 21A und 21B der umlaufenden Ränder 19A und 19B erstrecken sich parallel zur Mittelebene P jeweils oberhalb und unterhalb der Mittelebene.
Aus 1 geht hervor, dass der Flansch eine Anzahl von Befestigungslöcher 54 aufweist, die in Längsrichtung in Abstand liegen und alternativ oberhalb des zweiten Endstücks 21A der oberen Halbschale 18A und unterhalb des zweiten Endstücks 21B der unteren Halbschale 18B angeordnet sind.
Die ersten Segmente 20A und 20B bilden Ausbauchungen 50 gegenüber den Befestigungslöchern 54, die sich unterhalb der Mittelebene P befinden, und Vertiefungen 52 gegenüber den Befestigungslöchern, die sich oberhalb der Ebene P befinden. Es ist daher ersichtlich, dass sich die Ausbauchungen 50 und die Vertiefungen 52 in der Verlängerung der Befestigungslöcher 54 befinden, die jeweils oberhalb und unterhalb der Mittelebene P liegen, der sich in Richtung quer und im wesentlichen senkrecht zu dem Flansch 16 erstreckt.
Aus 1 ist zu ersehen, dass die oberen und unteren Halbschalen 18A, 18B beide eine Anzahl von Wellen 56 bilden, die quergerichtet und parallel zueinander sind und durch Senkungen 58, die in Querrichtung verlaufen und parallel zueinander sind, getrennt werden. Die in der oberen Halbschale 18A gebildeten Wellen befinden sich in der Verlängerung der Ausbauchungen 50 des mittleren Abschnitts der ersten Segmente 20A, 20B. Die Wellen 56 der unteren Halbschale 18B liegen in Verlängerung der Vertiefungen 52 des mittleren Abschnitts der ersten Segmente 20A, 20B, derart, dass die Halbschalen 18A und 18B, im Schnitt in einer Ebene parallel zu dem Flansch 16 (2), parallel zueinander liegende Sinusformen bilden.
Die zweiten Segmente 21A, 21B weisen ebenfalls Sinusformen auf, wie in 1 und 2 gezeigt ist, und bilden ebenso Ausbauchungen 50 und Vertiefungen 52, die sich in seitlicher Verlängerung der Wellen 56 und der Senkungen 58 der oberen und unteren Halbschalen 18A, 18B erstrecken.
Für die Herstellung eines derartigen Auspuffs werden die beiden Halbschalen 22A, 22B durch Tiefziehen gebildet. Anschließend wird das Rohr 24 durch Strecken des Materials gebildet, beispielsweise durch Schleuderguss um einen Kern angepaßter Form. Schließlich werden die Halbschalen 22A, 22B durch Bilden der Schweißnaht 30 miteinander verbunden.
Die innere Schale wird sodann an den Flansch mit dem Rand des langgestreckten Kanals 14 angeschweißt. Das Isoliermaterial 42, das zunächst als Matte verwendet wird, wird sodann angebracht und um die innere Schale 12 gewickelt.
Die beiden Halbschalen 18A, 18B werden zuerst in ihre Form durch Tiefziehen gebracht, was es gestattet, erste und zweite Segmente der umlaufenden Ränder in Sinusform auszubilden. Sodann wird das Rohr 25 durch Strecken des Materials, beispielsweise im Schleuderguss um einen Kern geeigneter Form, gebildet. Die Halbschalen werden sodann in ihre Position um das isolierende Material herum gebracht und werden durch Bilden der Schweißnaht 20 miteinander verbunden. Schließlich wird das äußere Gehäuse 10 an den Flansch 16 angeschweißt.
Der vorliegende Auspuff hat erhebliche Vorteile.
Die Tatsache, dass der umlaufende Rand der oberen Halbschale 18A eine Ausbauchung entlang dem Rohr 25 bildet, gestattet eine Reduzierung der mechanischen Spannungen in dieser Zone. Tatsächlich wird das Material beim Tiefziehen in dieser Zone zur Außenseite der Halbschale verschoben. Bei der Herstellung des Rohrs 25 wird dieses Material von der am Ende des Tiefziehens eingenommenen Position weiter zum Äußeren der Halbschale gezogen. Das Material unterliegt daher einem Strecken mit weniger großer Amplitude, als wenn der umlaufende Rand an dieser Stelle ein gerades Profil aufweisen würde. Die mechanischen Spannungen in dieser Zone sind daher reduziert, so dass sich auch die Risiken der thermischen Rißbildung reduziert.
Im übrigen ermöglichen die Senkungen 58, die in Verlängerung der Befestigungslöcher 54 des Flansches 16 gebildet werden, den Gebrauch eines Werkzeugs, wie eines elektrischen oder pneumatischen Schraubers, zum Befestigen des Auspuffkrümmers am Motor zu erleichtern. Diese Operation erfordert in der Tat, dass zuerst die Schrauben in die Befestigungslöcher des Flansches 16 angeordnet werden und sodann ein Werkzeug an die Schrauben auf der Seite der Halbschale herangeführt wird, um die Schrauben zu befestigen. Die Existenz der Senkungen 58 erleichtert das Ansetzen des Werkzeugs oberhalb oder unterhalb der Halbschalen.
Es ist ersichtlich, dass Ausbauchungen in den seitlichen umlaufenden Rändern, nicht nur bei dem Rohr 25, sondern ebenfalls entlang jeder anderen Zone der Halbschale gebildet werden können, bei denen man die Höhe der mechanischen Spannungen vermindern möchte.

Claims

Auspuffkrümmer für die Auspuffgase eines Verbrennungsmotors, mit oberen und unteren Halbschalen (18A, 18B), die miteinander eine Auspuffleitung begrenzen, und ausgerichteten Bohrungen (28), die in Verlängerung der Auspuffauslässe des Verbrennungsmotors anzuordnen sind, welche Halbschale jeweils einen umlaufenden Rand (19A, 19B) aufweisen und miteinander durch wenigstens erste Segmente (20A, 20B) der umlaufenden Ränder (19A, 19B), die miteinander verschweißt sind, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Mittelebene (P) vorgesehen ist, die durch die Bohrungen (28) verläuft und wenigstens zwei Mal die sich entlang einer sinusförmigen Bahn erstreckenden ersten Segmente (20A, 20B) kreuzt, derart dass die ersten Segmente (20A, 20B) alternierend Ausbauchungen (50) und Vertiefungen (52) bilden, die sich oberhalb beziehungsweise unterhalb der Mittelebene (P) erstrecken.
Auspuffkrümmer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Halbschale (18A) im wesentlichen oberhalb der Mittelebene (P) angeordnet ist und die untere Halbschale (18B) im wesentlichen unterhalb der Mittelebene (P).
Auspuffkrümmer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Halbschale (18A) eine mechanisch empfindliche Zone in der Nähe der ersten Segmente (20A, 20B) aufweist, die eine Ausbauchung (50) entlang dieser empfindlichen Zone (25) aufweisen.
Auspuffkrümmer gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch empfindliche Zone ein Auslassrohr des Auspuffkrümmers ist.
Auspuffkrümmer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flansch (16) vorgesehen ist, an den die oberen und unteren Halbschalen (18A, 18B) über zweite Segmente (21A, 21B) ihrer umlaufenden Ränder (19A, 19B) angeschweißt sind, welche umlaufenden Ränder sich parallel zueinander in einer Hauptrichtung im wesentlichen parallel zur Mittelebene (P) jeweils oberhalb und unterhalb der Mittelebene (P) erstrecken, welcher Flansch (18) eine Anzahl von Befestigungslöchern (54) aufweist, die in Abstand entlang der Hauptrichtung alternativ oberhalb des zweiten Segments (21A) der oberen Halbschale (18A) und unterhalb des zweiten Segments (21B) der unteren Halbschale (18B) liegen, wobei ein mittlerer Abschnitt (26) der ersten Segmente (20A, 20B) sich parallel zu der Hauptrichtung erstreckt und Ausbauchungen (50) gegenüber den Befestigungslöchern (54) bildet, die unterhalb der Mittelebene (P) liegen, sowie Vertiefungen (52) gegenüber den Befestigungslöchern (54), die oberhalb der Mittelebene (P) liegen.
Auspuffkrümmer gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Halbschalen (18A, 18B) parallele Wellen (56) bilden, die in Verlängerung der Ausbauchungen (50) und der Vertiefungen (52) des mittleren Abschnitts der ersten Segmente (20A, 20B) liegen.