DE19507439A1 - Auspuffkrümmer - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Abgaskrümmer, insbesondere einem luftspaltisolierten Abgaskrümmer für Verbrennungsmoto­ ren.

Es ist bislang üblich, daß derartige Auspuffkrümmer ein Sammelrohr aufweisen, das grob gesprochen parallel oder in Längsrichtung des eben ausgebildeten Zylinderflanschs ver­ läuft. Die von dem Zylinderflansch kommenden Zylinderrohre werden dann mit den Rändern von Öffnungen in dem Sammelrohr verbunden, so daß die Längsrichtung der Zylinderrohre mit der Längsrichtung des Sammelrohrs einen im wesentlichen rechten Winkel einschließt. Zur Verbesserung des Strömungsverhaltens ist es schon versucht worden, die Zylinderrohre leicht gekrümmt auszubilden, so daß sie schräg in das Sammelrohr einmünden.

Zur Verbindung ist es möglich, das anzubindende Zylinderrohr mit einem Kragen zu versehen, der mittels einer Schweißnaht mit dem Rohr verbunden wird.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß ein hoher Fertigungsauf­ wand durch Herstellen der Löcher in den Rohren, das Anpassen des Kragens an dem Rohr und durch die Schweißnähte betrieben werden muß. Da der angeschweißte Kragen der Dehnungsrichtung des Sammelrohrs entgegensteht, treten auch Risse auf. Das Eintreten des Gases aus dem Zylinderrohr unter einem Winkel gegenüber der Längsachse führt dazu, daß das heiße Gas die gegenüberliegende Wandung beaufschlagt, so daß es dort zu erhöhten Temperaturen, gegebenenfalls zum Lochausbrand kommt. Außerdem wird durch das schräge Einströmen eine Verwirbelung erzeugt, die sich nachteilig auf die optimale Gasgeschwindig­ keit auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in strömungs­ technischer und herstellungstechnischer Hinsicht verbesserten Krümmer, insbesondere einen Abgaskrümmer, zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Krümmer mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildun­ gen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei der eingangs genannten Konstellation, wo also die Längs­ richtung des Sammelrohrs quer zu den Richtungen der an dem Zylinderflansch angebrachten Zylinderrohre steht, werden die Zylinderrohre so geformt, daß sie in ihrem Endbereich die Richtung des Sammelrohrs aufweisen. Diese Krümmung, bei­ spielsweise um 90°, kann dabei so erfolgen, daß eine allmäh­ liche Umlenkung des Gasstrahls bewirkt wird. In ihrem Endbe­ reich, wenn also das Gas in das Sammelrohr strömt, haben die Gase schon die gleiche Richtung wie das Sammelrohr, so daß keine einseitigen lokalen Beaufschlagungen von Wandteilen auftreten. Das Einbringen von Löchern in die Wand des Sammel­ rohrs entfällt, da die Zylinderrohre axial in das dort sowieso geöffnete Sammelrohr eingesteckt bzw. mit diesem verbunden werden.

Da die Gasströme beim Austreten aus den beiden Zylinderrohren und beim Eintritt in das Sammelrohr bereits parallel zueinan­ der ausgerichtet sind, tritt auch das Problem der gegenseiti­ gen Behinderung der Gasströme nicht mehr auf. Dies führt zu einer Verbesserung der Motorcharakteristik. Es kann durch Querschnittsauswahl dafür gesorgt werden, daß die Strömungs­ geschwindigkeit der beiden Gasströme beim Verlassen der Zylinderrohre gleich ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die aneinander anliegenden zusammengeführten Enden der Zylinder­ rohre längs einer insbesondere ebenen Fläche aneinander anliegen.

Die Erfindung schlägt vor, daß der Querschnitt durch die zusammengeführten Enden der beiden Zylinderrohre jeweils einem Halbkreis, einem Halboval oder einer sonstigen Halbform entsprechen kann. Wenn beispielsweise das Sammelrohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, enthalten die beiden Zylinderrohre in ihrem Endbereich einen halbkreisförmigen Querschnitt. Bei einem oval ausgeführten Sammelrohr würde der Querschnitt dementsprechend die Form eines halben Ovals haben.

Die Erfindung ist nicht nur bei Motoren mit zwei Zylinderroh­ ren anwendbar, sondern auch mit mehreren. Bei drei Zylinder­ rohren ist es möglich, alle drei Zylinderrohre so auszubil­ den, daß sie in ihren Endbereichen parallel zueinander ausgerichtet sind und aneinander anliegen. Sie können dann gemeinsam mit dem axial ausgerichteten Sammelrohr verbunden werden. In diesem Fall kann vorgesehen sein, daß die Quer­ schnittsformen beispielsweise der beiden äußeren Zylinder­ rohre spiegelverkehrt gleich sind und von der Querschnitts­ form des mittleren Zylinderrohrs abweichen, wobei auch hier vorzugsweise die Querschnittsfläche aller drei Zylinderrohre gleich ist.

Die Erfindung schlägt jedoch in Weiterbildung vor, daß in einem Fall mit drei Zylinderrohren vorgesehen sein kann, daß zunächst die zwei ersten Zylinderrohre parallel zusammenge­ führt sind und mit einem axial ausgerichteten Zwischensammel­ rohr verbunden werden. Dieses Zwischensammelrohr kann dann mit dem dritten Zylinderrohr wiederum parallel ausgerichtet und zusammengeführt werden, wobei dann eine Verbindung, beispielsweise durch Einstecken, mit dem in gleicher Richtung verlaufenden Sammelrohr erfolgt. In diesem Fall erhält bei der Zusammenführung des Zwischensammelrohrs mit dem dritten Zylinderrohr das Zwischensammelrohr einen doppelt so großen Querschnitt wie das Zylinderrohr, da es ja die Gasströmung aus zwei Zylinderrohren aufnehmen soll.

Entsprechend kann auch bei der Zusammenführung von vier Zylinderrohren vorgegangen werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß das Zwischensammel­ rohr durch Ansätze, Ausbeulungen, Vorsprünge o. dgl. gegen ein Verrutschen gesichert wird, wobei die Vorsprünge o. dgl. so angeordnet sind, daß Temperaturdehnungen noch möglich sind.

Die von der Erfindung vorgeschlagene parallele Ausrichtung der zusammengeführten Enden von Zylinderrohren ist insbeson­ dere bei luftspaltisolierten Abgaskrümmern anwendbar, bei denen das gasführende Innenrohrsystem innerhalb einer Außen­ schale angeordnet ist, die mit dem Zylinderflansch und dem Sammelflansch verbunden, insbesondere verschweißt ist. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen den Zylinderrohren und dem Sammelrohr bzw. dem Zwischensammelrohr durch einfa­ ches Stecken erfolgen, da eine Gasdichtheit nicht mehr erforderlich ist. Durch entsprechende Formgebung und enges Anliegen der einzelnen Teile aneinander kann dafür gesorgt werden, daß die Undichtigkeit klein gehalten wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Abgas­ krümmers, bei dem der Zylinderflansch einstüc­ kig in einen Sammelflansch übergeht;

Fig. 2 Querschnitte durch die Anordnung der Fig. 1 an zwei Stellen;

Fig. 3 Querschnitte durch eine ähnliche Anordnung bei einer anderen Außenform;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch einen Abgaskrüm­ mer mit drei Zylinderrohren;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Abgaskrümmer der Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Abgaskrümmer enthält einen Flansch 1, der in seinem in Fig. 1 linken Teil, der sich über etwa zwei Drittel der Gesamtlänge erstreckt, als Zylinderflansch 2 ausgebildet ist. In seinem sich daran rechts anschließenden Teil ist der Flansch 1 dann als Sammelflansch 3 ausgebildet. Von dem Zylinderflansch 2 ausgehend sind drei Zylinderrohre 4 an dem Flansch befestigt, beispielsweise durch Schweißen. Jedes Zylinderrohr 4 steht mit einer Öffnung in dem Zylinder­ flansch 2 in Verbindung, so daß der durch die Öffnung des Flanschs 2 durchtretende Gasstrahl durch das entsprechende Zylinderrohr 4 abgeleitet wird.

Die Zylinderrohre 4 sind am Zylinderflansch 2 etwa unter einem rechten Winkel angebracht und erstrecken sich von dort an über einen Viertelbogen in eine Richtung, die im wesentli­ chen parallel oder leicht schräg zu der Fläche des Flanschs 1 verläuft.

Das erste Zylinderrohr, in Fig. 1 ganz links, erstreckt sich bis über das zweite Zylinderrohr 4 hinaus, wobei die beiden ersten Zylinderrohre 4 aneinander anliegen und in ihren Endbereichen 5 parallel zueinander verlaufen. Beide Endberei­ che 5 der beiden ersten Zylinderrohre 4 sind in ein Zwischen­ sammelrohr 6 hineingeführt, dessen Achse die gleiche Richtung aufweist wie die Endbereiche 5 der Zylinderrohre 4. Es tritt also im Zwischensammelrohr 6 keine Umlenkung der beiden aus den beiden Zylinderrohren 4 austretenden Gasstrahlen auf.

Das Zwischensammelrohr 6 verläuft dann etwa geradlinig weiter bis zu dem ebenfalls gleichachsig ausgerichteten Sammelrohr 7.

Das dritte Zylinderrohr 4, das ebenfalls über einen Viertel­ kreisbogen gebogen verläuft, ist in seinem Endbereich paral­ lel zu dem Endbereich des Zwischensammelrohrs 6 und liegt mit seiner Wand an diesem an. Es ist neben dem Zwischensammelrohr 6 liegend in das Ende des Sammelrohrs 7 eingesteckt, so daß sowohl der aus dem Zwischensammelrohr 6 austretende Gasstrahl als auch der Gasstrahl aus dem Zylinderrohr 4 beim Eintreten in das Sammelrohr 7 parallel zueinander verlaufen. Das Sammelrohr 7 nimmt nun alle Gasstrahlen auf und lenkt sie über den an seinem Ende vorhandenen Bogen 8 zu dem als Sammelflansch wirkenden Teil 3 des Flanschs um.

Bei einem Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor wird um die in Fig. 1 zu sehende Rohranordnung eine Außenschale, beispielsweise in Form einer Haube, herum angeordnet, die mit dem Flansch 1 gasdicht verschweißt ist.

Fig. 2 zeigt in seiner rechten Hälfte einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 1 längs der Linie B-B, d. h. an der Stelle, an der die Endbereiche 5 der beiden Zylinderrohre 4 in das mit kreisrundem Querschnitt versehene Zwischensammel­ rohr einmünden. Der Querschnitt der beiden Endbereiche 5 entspricht einem Halbkreis, mit einer eben verlaufenden Trennfläche 9 zwischen den beiden Wänden, die dicht aneinan­ der anliegen. Das Zwischensammelrohr 6 ist mit enger Passung um die beiden Endbereiche 5 herum angelegt. Beide Endbereiche 5 der beiden ersten Zylinderrohre 4 besitzen die gleiche Querschnittsform und die gleiche Querschnittsgröße. Da aus beiden Zylinderrohren die gleiche Gasmenge ausströmt, wird auf diese Weise eine gleiche Geschwindigkeit der beiden Gasströme beim Eintreten in das Zwischensammelrohr 6 er­ reicht.

Fig. 2 zeigt links einen Querschnitt durch die Anordnung längs der Linie A-A. An dieser Stelle mündet der Endbereich 5 des dritten Zylinderrohrs 4 zusammen mit dem Endbereich des Zwischensammelrohrs 6 in das Sammelrohr 7. Wiederum liegt der Endbereich des Zwischensammelrohrs 6 längs einer ebenen Trennfläche an dem Endbereich des dritten Zylinderrohrs 4 an. Der Querschnitt des Zwischensammelrohrs 6 ist jedoch etwa doppelt so groß wie der Querschnitt des Zylinderrohrs 4, da aus dem Zwischensammelrohr 6 der Gasstrom aus den beiden ersten Zylinderrohren 4 austritt.

Fig. 3 zeigt entsprechende Darstellungen bei einem Abgas­ system, bei dem sowohl das Sammelrohr als auch das Zwischen­ sammelrohr 6 einen ovalen Querschnitt aufweist.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer Anordnung in vergrößertem Maßstab. Der Zylinderflansch 2 weist mehrere bereits erwähnte Öffnungen 10 auf, aus denen die Abgase des Verbrennungsmotors austreten. In jeder Öffnung 10 ist das dem Motor zugeordnete Ende eines Zylinderrohrs 4 eingesetzt und festgeschweißt. Die entgegengesetzten Enden 5 der beiden ersten Zylinderrohre 4 sind in das Zwischensammel­ rohr 6 eingesteckt. Die beiden Enden 5 der ersten beiden Zylinderrohre 4 sind weder miteinander noch mit dem Zwischen­ sammelrohr 6 verschweißt oder verlötet, so daß aufgrund des Wegfalls einer solchen Verbindung die Kosten weiter gesenkt werden können. Das erste Zylinderrohr 4 enthält kurz vor seinem Endbereich 5 einen nach außen gerichteten Vorsprung in Form eines Wulstes 11, der sich beispielsweise über einen Teil seines Umfangs erstreckt.

Am gegenüberliegenden Ende ist das Zwischensammelrohr 6 zusammen mit dem an ihm anliegenden dritten Zylinderrohr 4 in das Sammelrohr 7 eingesteckt. Hier enthält das Zwischensam­ melrohr 6 einen dem Wulst 11 entsprechenden Wulst 12. Der Abstand des Wulstes 12 von der zugeordneten Endkante des Zwischensammelrohrs 6 ist so gewählt, daß Wärmespannungen aufgenommen werden können.

Die beiden Wulste 11, 12 sollen ein Abrutschen des Zwischen­ sammelrohrs 7 bei Temperaturwechselbeanspruchung und bei Erschütterungen verhindern.

Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, reichen die Enden 5 der Zylinderrohre 4 bzw. der Endbereich des Zwischensammelrohrs 6 um eine relativ kurze Strecke in das jeweils nachfolgende Bauteil hinein. Die Anordnung ist so gewählt, daß jedes gasführende Rohrelement innen in das nachfolgende Rohrelement hineingesteckt ist. Die beiden zusammengeführten Enden 5 der beiden ersten Zylinderrohre 4 enden in der gleichen Ebene, ebenso wie das dritte Zylinderrohr 4 und das Zwischensammel­ rohr 6.

Fig. 6 zeigt nochmals die Anordnung der Fig. 1, wobei diesmal an den Enden des Flanschs 1 abgebrochen eine Außenschale 13 dargestellt ist, die längs des Rands des Flanschs 1 mit diesem verschweißt ist. Der Flansch 13 kann ebenfalls Löcher 14 aufweisen, die mit entsprechenden Verbindungslöchern 15 des Flanschs 1 übereinstimmen.

Claims (9)

1. Luftspaltisolierter Abgaskrümmer, mit

• 1.1 einem Zylinderflansch (2) zur Anbringung des Krümmers an einem Zylinderkopf,
• 1.2 einem Sammelflansch (3) zum Anschließen eines weiterführenden Rohrs,
• 1.3 einer Außenschale (13), die
• 1.3.1 mit dem Zylinderflansch (2) und dem Sammel­ flansch (3) verbunden ist, sowie mit
• 1.4 einem gasführenden Innenrohrsystem innerhalb der Außenschale (13), das
• 1.4.1 ein mit dem Sammelflansch (3) verbundenes Sammelrohr (7) und
• 1.4.2 mindestens zwei mit dem Zylinderflansch (2) verbundene Zylinderrohre (4) aufweist,
• 1.4.3 deren Enden (5) parallel zueinander verlaufen,
• 1.4.4 aneinander anliegend angeordnet und
• 1.4.5 axial ausgerichtet mit dem Sammelrohr (7) verbunden sind.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, bei dem die aneinander anliegenden zusammengeführten Enden (5) der Zylinder­ rohre (4) längs einer insbesondere ebenen Fläche (9) aneinander anliegen.

3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Quer­ schnitt durch die zusammengeführten Enden (5) der beiden Zylinderrohre (4) jeweils einem Halbkreis oder einem Halboval entspricht

4. Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit drei Zylinderrohren (4), die alle in ihren Endberei­ chen (5) zusammengeführt sind.

5. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit drei Zylinderrohren (4), von denen die ersten beiden in ihren Endbereichen (5) zusammengefaßt und mit einem axial ausgerichteten Zwischensammelrohr (6) verbunden, insbe­ sondere eingesteckt sind, das mit dem dritten Zylinder­ rohr (4) zusammengeführt und in das Sammelrohr (7) eingesteckt ist.

6. Abgaskrümmer nach Anspruch 5, bei dem das Zwischensam­ melrohr (6) zwischen Vorsprüngen (11, 12), Ausbeulungen o. dgl. gehaltert ist.

7. Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Sammelrohr (7) und/oder das Zwischensammel­ rohr (6) einen dem gemeinsamen Querschnitt der zusammen­ geführten Zylinderrohre (4) entsprechenden Querschnitt aufweist.

8. Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Querschnittsaufteilung des Zwischensammel­ rohrs (6) und/oder des Sammelrohrs (7) der Zahl der zusammengeführten Zylinderrohre (4) entspricht.

9. Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zylinderrohre (4) und das Sammelrohr (7) bzw. das Zwischensammelrohr (6) nicht miteinander verschweißt sind.