DE19641100A1 - Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren mit mindestens drei Zylindern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für einen min­ destens drei Zylindern aufweisenden Verbrennungsmotor mit jeweils wenigstens einem zylinderseitigen und einen in bezug auf die Strömungsrichtung der Abgase stromabwärts angeordne­ ten Flansch, zwischen denen rohrförmige Abgaskanäle angeord­ net sind, die zu mindestens einem Abgassammelrohr zusammenge­ führt werden.

Aus dem druckschriftlich nicht belegbaren Stand der Technik ist ein derartiger Krümmer für einen Vierzylindermo­ tor bekannt, der aus einem einstückig-stoffschlüssig zusam­ menhängenden Gußbauteil besteht. Dieser Gußkrümmer hat sich jedoch bei modernen Motoren im Zusammenhang mit der geforder­ ten Leichtbauweise als zu schwer erwiesen. Hinzu kommt, daß moderne Motoren eine höhere Abgastemperatur aufweisen, so daß der bekannte Gußkrümmer an seine thermischen Grenzen stößt. Dies führte dazu, daß der Gußkrümmer sich insbesondere im Bereich der Flansche verzog, wodurch während des Betriebes Spalten entstanden, durch die Fremdluft eingezogen wurde.

Darüber hinaus ist ein sogenannter "Hybridkrümmer" bekannt, der zum Teil aus motorseitig angeflanschten Guß-Krümmerteilen und zum Teil aus die Guß-Krümmerteile verbin­ denden Stahl-Blechrohren besteht. Diese "Hybridkrümmer" weisen zwar unter anderem ein geringeres Gewicht auf, sind jedoch relativ aufwendig in der Herstellung und der Montage.

Letztlich sind beispielsweise aus der DE-PS 42 28 187 und der EP-PS 0 623 739 Auspuffkrümmer vorbekannt, welche jeweils zwei Stahlrohranordnungen aufweisen, die hydrosta­ tisch umgeformt sind, wobei immer zwei Auspuffkanäle von zwei Zylindern in eine gemeinsame Auspufföffnung entladen. Hierbei wird jedoch als nachteilig angesehen, daß im Zusammenhang mit dem Einsatz eines Turboladers bei einem Vierzylindermotor mehr als eine Auspufföffnung vorgesehen ist.

Ausgehend von dem zuerst geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen neuen Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren zu schaffen, der aus wenigen einfach herzustellenden Bauteilen besteht und die oben geschilderten Nachteile vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere den Merkmalen des Kennzeichen­ teils, wonach die zwei beabstandeten Zylindern zugeordneten Abgaskanäle über ein einstückig stoffschlüssig ausgebildeten sowie hydrostatisch umgeformten Rohrkörper verbunden sind, welcher einen Überbrückungsbereich aufweist, der mit einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen zur Verbindung des Rohr­ körpers mit dem im Überbrückungsbereich liegenden Abgaskanä­ len mittels jeweils einem Rohrstück und mit einer stromab wärts gelegene Abgas-Sammelöffnung versehen ist.

Der erfindungsgemäße Abgaskrümmer weist den wesentlichen Vorteil der einfachen und kostengünstigen Herstellung auf, weil er lediglich aus einem einstückig-stoffschlüssig zusam­ menhängenden sowie hydrostatisch ausgeformten Rohrkörper und mindestens einem Rohrstück zur Verbindung des Rohrkörpers mit dem Abgaskanal besteht. Das erfindungsgemäße Bauteil ent­ spricht aufgrund seiner hydrostatischen Herstellungsweise der geforderten Leichtbauweise, wobei es darüber hinaus auf sehr einfache Weise sowie mit höchster Maßgenauigkeit herstellbar ist.

Letztlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer möglich, die Abgase von mehr als zwei Zylinder aufweisenden Motoren jeweils über eine gemeinsame Abgas-Sammelöffnung der Turbine eines Turboladers zuzuführen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskrümmer ist so ausgebildet, daß der Rohrkörper nahe der beabstande­ ten, außenliegenden Abgaskanäle jeweils eine Biegestrecke mit einem ovalisierten Rohrquerschnitt aufweist, wobei die kurze Querschnittsachse in Biegerichtung angeordnet ist.

Durch die teilweise Ausbildung des Rohrkörpers als Bie­ gestrecke können die sich bei den im Abgaskrümmer auftreten­ den hohen Temperaturunterschieden ergebenden Materialspannun­ gen durch in diesen Bereichen auftretende Biegevorgänge auf materialunschädliche Weise abgebaut werden.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abgaskrümmer-Sammelöffnung in Strö­ mungsrichtung vorgelagert im Rohrkörper gegenüberliegend eine innen vorragende Strömungsnase angeordnet ist.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskrüm­ mers weist den Vorteil eines relativ turbulenzarmen Strö­ mungsverlauf im Bereich des Eingangs der Abgas-Sammelöffnung auf.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abgaskrümmer,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Abgaskrümmers gemäß Ansichtspfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Abgaskrümmers gemäß Ansichtspfeil III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Abgaskrümmers gemäß Ansichtspfeil IV in Fig. 1 und

Fig. 5 ein Teilquerschnitt durch den Abgaskrümmer gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 4.

In den Zeichnungen ist ein Abgaskrümmer für Verbren­ nungsmotoren insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Der Abgaskrümmer 10 weist zwischen einem zylinderseiti­ gen Flansch 11 und einem in bezug auf die Strömungsrichtung (s. Pfeile T_S) der Abgase stromabwärts angeordneten Flansch 12 einen einstückig-stoffschlüssig ausgebildeten, hydrosta­ tisch umgeformten Rohrkörper 13 sowie zwei ebenfalls hydro­ statisch ausgestaltete Rohrstücke 14 und 15 auf.

Der Flansch 11 beinhaltet vier Flanschöffnungen 16, 17, 18 und 19 sowie zahlreiche Flanschbohrungen B für nicht dar­ gestellte Flanschschrauben, die der Befestigung des Abgas­ krümmers 10 am Zylinderkopf dienen. Die Flanschöffnungen 16 und 19 sind unmittelbar über den Rohrkörper 13 miteinander verbunden, welcher im Bereich einer Aushalsung H₁ eine stromabwärts gelegenen Öffnung 20 aufweist, in der der mit einer Flanschöffnung 21 versehene Flansch 12 angeordnet ist.

Der Rohrkörper 13 weist in einem Überbrückungsbereich 22 im Bereich von Aushalsungen H₂ und H₃ zum Flansch 11 weisende Öffnungen 23 und 24 auf, die zur Befestigung kurzer Rohr­ stücke 14 und 15 dienen (s. Schweißnähte S₁). Die kurzen Rohrstücke 14 und 15 verbinden den Rohrkörper 13 mit den Flanschöffnungen 17 und 18 und können an ihren zum Rohrkörper 13 weisenden Ende auch in etwa um die Wandstärke eingezogen ausgebildet sein, damit sie in die Öffnungen 23 und 24 steck­ bar sind und anschließend verschweißt werden können.

Der Rohrkörper 13 und die Rohrstücke 14 und 15 sind im Bereich der jeweils gegenüberliegenden Flanschöffnungen 16 bis 19 mit dem Flansch 11 verschweißt (s. Schweißnähte S₂), so daß die von dem nicht dargestellten Motor kommenden Abgas­ teilströme T_S über den Abgaskrümmer 10 gesammelt zu einem nicht dargestellten, am Flansch 12 angeordneten Turbolader geführt werden.

Der Rohrkörper 13 ist im Bereich beabstandeter außenlie­ gender Krümmungsbereiche 25 und 26 mit einem ovalisierten durchbiegungsfreundlichen Rohrquerschnitt versehen (s. Fig. 5), damit die während des Einsatzes des Abgaskrümmers 10 ent­ stehenden Wärmespannungen auf unschädliche Weise abgebaut werden können.

Darüber hinaus ist der Abgas-Sammelöffnung 20 gegenüber­ liegend im Rohrkörper 13 eine nach innen vorragende Strö­ mungsnase 27 angeordnet, welche eine möglichst turbulenzfreie Abgasführung gewährleistet.

Während die Flansche 11 und 12 im Stanzverfahren herge­ stellt werden, wird die spezielle Form des Rohrkörpers 13 sowie der Rohrstücke 14 und 15 durch das Hydroformverfahren geschaffen. Wichtig ist dabei, daß es mit Hilfe des Hydro­ formverfahrens möglich ist, Rohre in Serie herzustellen, die annähernd identische Abmessungen aufweisen und leicht steck­ montierbar sind.

Zur Herstellung des mit Aushalsungen H₁ bis H₃ im Über­ brückungsbereich 22 versehenen Rohrkörpers 13 werden letztere im wesentlichen ebenfalls durch die Aufweitung des Rohrkör­ pers 13 an der gewünschten Stelle mittels einer hydraulischen Druckflüssigkeit geschaffen. Die noch geschlossenen Aushal­ sungen H₁ bis H₃ werden dann "aufgeschnitten", so daß sich die Öffnungen 20, 23 und 24 ergeben.

Claims (8)

1. Abgaskrümmer für einen mindestens drei Zylindern auf­ weisenden Verbrennungsmotor mit jeweils wenigstens einem zylinderseitigen und einen in bezug auf die Strömungsrichtung der Abgase stromabwärts angeordneten Flansch, zwischen denen rohrförmige Abgaskanäle angeordnet sind, die zu mindestens einem Abgassammelrohr zusammengeführt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zwei beabstandeten Zylindern zugeordneten Abgaskanäle über ein einstückig stoffschlüssig ausgebildeten sowie hydrostatisch umgeformten Rohrkörper (13) verbunden sind, welcher einen Überbrückungsbereich (22) aufweist, der mit einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen (23, 24) zur Verbindung des Rohrkörpers (13) mit den im Überbrückungsbe­ reich (22) liegenden Abgaskanälen mittels jeweils einem Rohr­ stück (14, 15) und mit einer stromabwärts gelegene Abgas-Sam­ melöffnung (20) versehen ist.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (13) nahe der beabstandeten, außenliegen­ den Abgaskanäle jeweils eine Biegestrecke (25, 26) mit einem ovalisierten Rohrquerschnitt aufweist, wobei die kurze Quer­ schnittsachse in Biegerichtung angeordnet ist.

3. Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Sammelöffnung (20) in Strömungsrichtung vorgelagert im Rohrkörper (13) gegenüber­ liegend eine innen vorragende Strömungsnase (27) angeordnet ist.

4 Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (13) im Über­ brückungsbereich (22) mit Aushalsungen (H₁-H₃ )versehen ist, die "aufgeschnitten" die Öffnungen (20, 23, 24) bilden.

5. Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohrkörper (13) zu den Abgaskanälen der Zylinder weisend ein einteiliger Flansch (11) befestigbar ist.

6. Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (13) im Bereich der Abgas-Sammelöffnung (20) mit einem Flansch (12) versehen ist, an dem ein Turbolader befestigbar ist.

7. Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbindung der im Über­ brückungsbereich (22) liegenden Abgaskanäle mit dem Rohrkör­ per (13) vorgesehenen kurzen Rohrstücke (14, 15) zum Rohrkör­ per (13) weisend in etwa um die Wandstärke eingezogen ausge­ bildet sind.

8. Abgaskrümmer nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Rohrstücke (14, 15) zur Verbindung von Rohrkörper (13) und der im Überbrückungs­ bereich (22) liegenden Abgaskanäle hydrostatisch ungeformt sind.