DE19722146B4

DE19722146B4 - Flanschverbindung für Auspuffrohre

Info

Publication number: DE19722146B4
Application number: DE19722146A
Authority: DE
Inventors: Hideo Gotenba Yahagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JP3250458B2; DE19722146A1; JPH09317461A; US5966932A

Abstract

Flanschverbindung zum Anschluß einer Vielzahl von an einer Karosserie elastisch gelagerten Auspuffrohren (4a, 4b) an eine Vielzahl von an einem rollend gelagerten Kraftfahrzeugmotor (1) feststehend angebrachten Krümmerrohren (2a, 2b), wobei die Vielzahl der Auspuffrohre (4a, 4b) und die Vielzahl der Krümmerrohre (2a, 2b) an der Flanschverbindung jeweils paarweise zu Verbindungspaaren (3) mit je zwei kugeligen Flanschen (33a, 33b) zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungspaar (3) so angeordnet ist, daß eine gedachte Verbindungslinie (V) der Mittelpunkte der zwei kugeligen Flansche (33a, 33b) jedes Verbindungspaares (3) im wesentlichen parallel zur Rollachse (A) des Kraftfahrzeugmotors (1) ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung für Auspuffrohre gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 oder 4.

Im allgemeinen ist eine Brennkraftmaschine schwingend montiert, um die Übertragung von vielen Schwingungen beim Betrieb auf eine Karosserie zu vermeiden. Eine Größe und Stärke der Schwingung der Brennkraftmaschine ist durch ein Montagelage der Brennkraftmaschine in der Karosserie, eine Federkonstante der Halterung und eine von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Drehmomentreaktionskraft bestimmt. Im allgemeinen wird dann eine Schwingungsmittenachse der Brennkraftmaschine für eine Drehmomentreaktionskraft der Brennkraftmaschine als eine Rollachse bezeichnet.

In dem Fall, bei dem ein Auspuffgassystem in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb und vorderer Motorlage, montiert ist, wobei eine Brennkraftmaschine in einem vorderen Abschnitt der Karosserie montiert ist und die Vorderräder angetrieben sind, und bei dem eine Drehmomentreaktionskraft groß ist, so dass die Schwingungen der Brennkraftmaschine deutlich sind, werden die Auspuffrohre stark gemäß den Schwingungen der Brennkraftmaschine in Schwingung versetzt, wenn das Fahrzeug gestartet und beschleunigt wird. Aus diesem Grund ist eine Verbindung vorgesehen, um die auf die Auspuffrohre aufgrund der Schwingungen der Brennkraftmaschine aufgebrachte Kraft abzuschwächen und die Übertragung der Schwingungen zu unterbrechen.

Außerdem wird zum Verhindern einer Verschlechterung des Auspuffwirkungsgrads der Brennkraftmaschine aufgrund der Abgasinterferenz ein sogenanntes Doppelauspuffsystem verwendet. Bei einem derartigen Auspuffsystem werden zwei unabhängige Auspuffrohre nacheinander hinter einem Doppelauspuffkrümmer verbunden, der an Auspufföffnungen der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Die vorstehend beschriebene Verbindung zum Unterbrechen der Schwingungen ist auch in einem derartigen Doppelauspuffsystem vorgesehen.

Beispielsweise wurde in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung JP 2-63025 U, wie in 10 gezeigt ist, eine Verbindung für ein Auspuffrohr vorgeschlagen, wobei ein Flansch 101 mit Bolzenlöchern zum Zusammenbau der Auspuffrohre in Ausrichtung zueinander an Endabschnitten einer Vielzahl von Auspuffrohren 100 ausgebildet ist, die an einem Motorblock angeschlossen sind, wobei ein Montageflansch 102 mit Bolzenlöchern, der an dem vorgenannten Flansch 101 angeschlossen ist, auf einem Auspuffrohr 105 an einer Ausgangsseite montiert ist, so dass er an den vorstehend beschriebenen Auspuffrohren 100 angeschlossen ist, und wobei der Montageflansch 102 und der Flansch 101 aneinander durch einen Dichtabschnitt 103 fixiert sind, um die Auspuffrohre aneinander anzuschließen. Die Veröffentlichung offenbart ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Flansch 101 in kugeliger Form hergestellt ist. Außerdem offenbart die Veröffentlichung, dass, wenn der Flansch 101 an der Motorseite und der Montageflansch 102 fest aneinander durch Bolzen fixiert sind, die Auspuffrohre an der Motorseite und die Auspuffrohre an der Ausgangsseite sicher aneinander in einer gleitfähigen Weise angeschlossen sind. Selbst wenn die Schwingungen von dem Motor auf die Auspuffrohre übertragen werden, werden entsprechend die stromaufwärtig und stromabwärtig der Verbindung liegenden Auspuffrohre gleitend entlang der Dichtfläche des Dichtelements relativ zueinander bewegt. Die Stärke der Bewegung ist genau innerhalb einer Dicke des Dichtabschnitts 103 und eines Spalts der Bolzenlöcher ermöglicht.

Wenn darüber hinaus die Brennkraftmaschine ins Schwanken gerät, werden die Schwingungen aufgrund der Schwankung auf die Auspuffrohre übertragen, so dass die durch die Schwingungen verursachte Last auf den Verbindungsabschnitt aufgebracht wird.

Ebenso ist in vielen Fällen die Anordnung der Verbindung von der Brennkraftmaschine entfernt. In dem Fall, bei dem die Brennkraftmaschine ins Schwanken gerät, besteht eine Möglichkeit, dass die beiden Auspuffrohre in dem Doppelauspuffsystem sich voneinander in dem Richtungsversatzbetrag unterscheiden, so dass möglicherweise eine Spannung zwischen den beiden Auspuffrohren erzeugt werden kann.

Entsprechend besteht in dem Fall, bei dem die Richtung, in der die Verbindung gleiten kann, sich von der Lastaufbringrichtung oder der Richtung der Spannung unterscheidet, eine Gefahr, dass die Verbindung selbst beschädigt wird, oder der Verbindungsabschnitt angehoben wird, um ein Auslecken von Abgas zu ermöglichen.

Entsprechend ist es wünschenswert, dass eine Verbindung wie eine Einzelkugelverbindung in alle Richtungen um eine Mitte bewegbar ist, um mit Lasten in allen Richtungen fertig zu werden.

Es ist möglich, eine derartige Verbindung vorzusehen, die um einen Mittelpunkt beweglich ist, indem die Flansche kugelig gemacht werden, und die jeweiligen Kugelformen dazu gebracht werden, einen gemeinsamen Mittelpunkt zu haben, wie bei dem System der vorstehend beschriebenen japanischen Gebrauchsmusteranmeldung JP 2-63025 U offenbart ist. Es ist jedoch folglich notwendig, die Auspuffrohre beträchtlich am Flanschabschnitt nach außen zu krümmen. Entsprechend führt diese Lösungsmöglichkeit zu einem Problem, das darin besteht, dass die Abmessung des Aufbaus des Verbindungsabschnitts vergrößert ist. Da auch bei der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung JP 61-84122 U, die der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 735 462 entspricht, die Doppelauspuffrohre aneinander mit einer Kugelverbindung angeschlossen sind, um darin zwei Auspuffrohre einzubauen, ist es unvermeidbar, den Verbindungsaufbau in derselben Weise zu vergrößern wie bei der vorgenannten Lösungsmöglichkeit.

Die DE 84 22 397 U1 und DE 29 12 347 A1 offenbaren jeweils ein paarweises Zusammenfassen von Krümmerrohren zu Flanschpaaren an der Verbindung mit Auspuffrohren.

Eine gattungsgemäße Flanschverbindung ist aus der DE-GM 76 14 442 bekannt ist. Zwei Krümmerrohre sind paarweise zu einem Verbindungspaar mit je zwei kugeligen Flanschen zusammengefasst und über die Flanschverbindung an zwei elastisch gelagerten Auspuffrohren angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 4 so weiter zu bilden, dass Schwingungen des Kraftfahrzeugmotors nicht zu einem Lecken an der Flanschverbindung führen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flanschverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Die Linie, die die Mitten der kugeligen Flächen der jeweiligen kugeligen Flansche der Verbindung miteinander verbindet, ist im wesentlichen parallel zur Rollachse der Brennkraftmaschine. Wenn die Brennkraftmaschine durch die Drehmomentreaktionskraft schwankt, wirkt die Flanschverbindung entsprechend, als wäre sie ein Scharnier entsprechend der Schwankungsrichtung. Entsprechend wird der schwingende Versatz auf die jeweiligen Verbindungen der jeweiligen Verbindungspaare in der Richtung entlang der kugeligen Flächen der kugeligen Flansche um die Drehmitten der Linie aufgebracht, die die kugeligen Mitten der jeweiligen kugeligen Flansche miteinander verbindet. Folglich drehen sich das erste und zweite Auspuffrohr relativ zueinander entlang der Gleitfläche der kugeligen Flächen.

Gemäß diesem Merkmal wird der schwingende Versatz in der Richtung entlang der kugeligen Flächen der kugeligen Flansche um die Drehmitten der Linie aufgebracht, die die kugeligen Mitten der jeweiligen kugeligen Flansche miteinander verbindet, so dass das erste Auspuffrohr und das zweite Auspuffrohr relativ zueinander entlang der Gleitfläche der kugeligen Flächen gleiten kann. Die auf die Flanschverbindung durch die Schwingungen der Brennkraftmaschine um die Rollachse aufgebrachte Last kann durch die Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Auspuffrohr absorbiert werden. Entsprechend besteht keine Gefahr der Beschädigung der Flanschverbindung. Das Auslecken des Auspuffgases oder dergleichen aufgrund des Anhebens wird nicht erzeugt.

Da auch ein Aufbau genommen wird, bei dem die Vielzahl der nebeneinander liegenden Auspuffrohre durch die Verbindung an die Vielzahl der nebeneinander liegenden zweiten Auspuffrohre angeschlossen ist, ist es möglich, die Vergrößerung der Abmessung der Flanschverbindung im Vergleich mit den Beispielen des Stands der Technik zu vermeiden.

Außerdem ist es bei dem vorstehend genannten Aufbau möglich, eine derartige Anordnung zu nehmen, bei der die kugeligen Flansche an benachbarten Verbindungspaaren vorgesehen sind; der kugelige Flansch eines Verbindungspaars ist in einer axialen Richtung der Auspuffrohre relativ zum kugeligen Flansch des anderen benachbarten Verbindungspaares abgestuft; ferner überdecken sich teilweise der Flansch des einen Verbindungspaars und der Flansch des anderen Verbindungspaars.

Da ein kugeliger Flansch teilweise den anderen kugeligen Flansch überdecken kann, ist es mit einer derartigen Anordnung möglich, einen Anordnungsraum für die kugeligen Flansche zu verringern und die Abmessung der Flanschverbindung aufgrund der Verringerung des Anordnungsraums zu verringern.

Bei dem vorstehend genannten Aufbau kann auch ein flexibles röhrenförmiges Element an einer Position angeordnet sein, die in Auspuffgasströmungsrichtung stromabwärts der Verbindung liegt. Es ist somit möglich, einen schwingenden Versatz mit Ausnahme desjenigen um die Rollachse zu absorbieren. Selbst wenn die Schwingung der Brennkraftmaschine um die Rollachse sich in andere Richtungen an der Flanschverbindung mit einem gewissen Ausmaß zerstreut, oder selbst wenn der schwingende Versatz mit Ausnahme desjenigen um die Rollachse aufgrund einiger anderer Faktoren erzeugt wird, ist es entsprechend möglich, auch einen derartigen Versatz mit dem flexiblen röhrenförmigen Element zu absorbieren.

Alternativ ist die Anzahl der Verbindungen mit kugeligen Flanschen gleich eins und die andere flexible Verbindung kann sich in jede Richtung, d.h. in eine beliebige Richtung bewegen. Es ist daher möglich, dass sich die Verbindung mit dem kugeligen Flansch in jede Richtung, d.h. in eine beliebige Richtung bewegt. Folglich kann sich bei einer derartigen Anordnung das Auspuffrohr in jede Richtung um die Verbindung mit dem kugeligen Flansch bewegen. Es ist daher möglich, das Auspuffsystem an der Karosserie zu monieren, ohne die Richtung der Rollachse der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen. Obwohl die flexible Verbindung schwach gegen eine Zugbelastung auf das Auspuffrohr ist, ist es, da der kugelige Flansch der Zugbelastung unterworfen werden kann, auch nicht notwendig, eine mechanische Festigkeit der flexiblen Verbindung zu verbessern.

1 ist eine Teilquerschnittansicht, die ein Beispiel einer Flanschverbindung für Auspuffrohre gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Vorderansicht, die ein Lagebeziehung zwischen einem feststehenden Flansch und kugeligen Flanschen zeigt;
3 ist eine Teilquerschnittansicht, die einen durch Bolzen festgezogenen Zustand zeigt;
4 ist eine Gesamtansicht, die ein Beispiel eines Auspuffsystems gemäß der Erfindung zeigt;
5 ist eine Ansicht, die ein Konzept des Auspuffsystems gemäß der Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht, die eine Lagebeziehung zwischen einer Rollachse des Motors und einer Drehachse der Verbindung zeigt;
7 ist eine Gesamtansicht, die eine Abwandlung des Auspuffsystems gemäß der Erfindung zeigt;
8 ist eine Gesamtansicht, die ein anderes Beispiel eines Auspuffsystems gemäß der Erfindung zeigt;
9 ist eine Ansicht, die eine Lagebeziehung zwischen einer Rollachse des Motors und einer Drehachse der Verbindung für den in 8 gezeigten Aufbau zeigt; und
10 zeigt einen Verbindungsaufbau für Auspuffrohre gemäß dem Stand der Technik.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, 7 zeigt eine Abwandlung davon und die 8 und 9 zeigen ein anderes Beispiel.
(Aufbau des Auspuffsystems)
5 ist eine Ansicht, die ein Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine zeigt (,die nachfolgend einfach als Motor bezeichnet wird).
Zunächst ist ein erstes Auspuffrohr 2 an einer Auspufföffnung eines Motors 1 angeschlossen. Ein zweites Auspuffrohr 4 ist an das erste Auspuffrohr 2 über eine Verbindung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung angeschlossen.
Der Motor 1 ist ein horizontal eingebauter Kolbenmotor mit vorderer Motorlage und Vorderradantrieb. Im vorliegenden Fall ist die Anzahl der Zylinder gleich 4, die Anzahl ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Motor 1 ist mit einer Übertragungs- und Achseneinheit 5 gekoppelt und ist schwingend in einer Karosserie durch eine (nicht gezeigte) Motorhalterung montiert. Im Fall eines Fahrzeugs mit vorderer Motorlage und Vorderradantrieb ist der Motor 1 an drei oder vier Punkten gelagert, und eine Rollachse (A) ist durch seine Montageposition und eine Federkonstante bestimmt. Wenn von dem Motor ein Drehmoment aufgebracht wird, wie beispielsweise eine Beschleunigung des Fahrzeugs oder dergleichen, schwankt der Motor 1 um die Rollachse (A) im Verhältnis zu seiner Drehmomentreaktionskraft. Die Rollbelastung des Motors 1 wird durch einen Motorabtrieb, ein Übersetzungsverhältnis und ein Differenzialverhältnis (d.h. die Drehmomentreaktionskraft) bestimmt. Der Rollwinkel entsteht an einem Gleichgewichtspunkt zwischen der Drehmomentreaktionskraft und einer Rollsteifigkeit der Motorhalterung. Entsprechend wird der Rollwinkel groß, je größer das Drehmoment ist (große Abgasmenge, großes Übersetzungsverhältnis) oder je weicher die Motorhalterung ist. Im Fall eines Fahrzeugs mit vorderer Motorlage und Vorderradantrieb wird der Rollwinkel entsprechend dem Differentialverhältnis im Vergleich mit einem Fahrzeug mit vorderer Motorlage und Hinterradantrieb groß.
Ferner ist das erste Auspuffrohr 2 ein Doppelauspuffkrümmer. Wie aus 4 ersichtlich ist, hat das erste Auspuffrohr 2 in nebeneinander liegender Weise einen ersten Krümmer 2a, dessen eines Seitenende mit Auspufföffnungen des ersten und vierten Zylinders des Motors 1 verbunden ist und dessen anderes Ende in einer ersten Auspufföffnung 12a zusammengeführt ist, und einen zweiten Krümmer 2b, dessen erstes Seitenende an Auspufföffnungen des zweiten und vierten Zylinders des Motors 1 angeschlossen ist und dessen anderes Ende in einer zweiten Auspufföffnung 12b zusammengeführt ist.
Das zweite Auspuffrohr 4 hat zwei Rohre 4a und 4b, die jeweils an der ersten Auspufföffnung 12a des ersten Krümmers 2a und der zweiten Auspufföffnung 12b des zweiten Krümmers 2b durch die Verbindung 3 angeschlossen sind, ein Mittelrohr 7, das an die Rohre 4a und 4b durch eine Verbindung 6 angeschlossen ist, und ein Endrohr 9, das an das Mittelrohr 7 durch eine Verbindung 8 angeschlossen ist.
Ein katalytischer Umwandler 15 ist in der Nähe der Abschlussenden der Rohre 4a und 4b eingesetzt. Ein Vorschalldämpfer 16 ist in das Mittelrohr 7 eingesetzt. Ein Hauptschalldämpfer 17 ist in das Endrohr 9 eingesetzt.
Das Auspuffsystem hängt von der Karosserie über ein Lager 20a des Vorschalldämpfers 16 und über Lager 20b und 20c des Hauptschalldämpfers 17 ab. Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Schwerpunkt des Auspuffrohrs. Der Schwerpunkt dient als Trägheitsmittelpunkt des Auspuffrohrs für eine Drehachse des Auspuffrohrs. Die auf das Auspuffrohr aufgrund des Motorrollversatzes aufzubringende Last wird durch die Reaktionskraft des Auspuffsystems bestimmt. Die Reaktionskraft des Auspuffsystems wird hauptsächlich durch die Federkonstanten der Lager 20a, 20b und 20c, die Lagerpositionen, das Auspuffsystemgewicht und die Schwerpunktlage bestimmt.
(Flanschverbindung)
Die vorstehend beschriebene Verbindung hat einen Aufbau, der in der Rollrichtung des Motors um die Mitte der Rollachse, d.h. in Schwankungsrichtung verwindet werden kann. Die Verbindungsachse ist im wesentlichen parallel zur Rollachse (A).
Die Flanschverbindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die 1 und 3 beschrieben.
In 1 sind die beiden oberen Rohre, der vorstehend beschriebene erste Krümmer 2a und der vorstehend beschriebene zweite Krümmer 2b. Die beiden unteren Rohre sind die beiden vorstehend beschriebenen Rohre 4a und 4b. Die jeweiligen Krümmer 2a und 2b und Rohre 4a und 4b sind jeweils paarweise zusammengesetzt, um zwei Verbindungspaare zu bilden, die miteinander an der Verbindung 3 verbunden.
Die Verbindung 3 hat einen feststehenden Flansch 23, der krümmerseitig moniert ist, und kugelige Flansche 33a und 33b, die auf der Seite des Rohrs montiert sind, und zwar für jedes Verbindungspaar. Die kugeligen Flansche 33a und 33b liegen den Krümmern 2a und 2b gegenüber.
Der feststehende Flansch 23 hat zwei Verbindungsöffnungen 23b und 23c zum Einfügen und Anschließen der ersten Auspufföffnung 12a des ersten Krümmers 2a und der zweiten Auspufföffnung 12b des zweiten Krümmers 2b zu einem einstückigen Flanschabschnitt 23a zum einstückigen Fixieren des ersten Krümmers 2a und des zweiten Krümmers 2b aneinander.
Verbindungsrohrabschnitte 23d und 23e, die sich von den Umfangsabschnitten der beiden Verbindungsöffnungen 23b und 23c in Richtung zu den Rohren 4a und 4b erstrecken, sind einstückig mit dem Flanschabschnitt 23a vorgesehen. Die Innen- und Außendurchmesser der Verbindungsrohrabschnitte 23d und 23e sind im wesentlichen gleich wie die der Rohre 4a und 4b.
Des weiteren ist die rohrseitige Endfläche des einen Verbindungsrohrabschnitts 23d und die rohrseitige Endfläche des anderen Verbindungsrohrabschnitts 23e in der axialen Richtung des Verbindungsrohrabschnitts abgestuft, d.h. in der axialen Richtung des Auspuffrohrs. In 1 ist eine Höhe des linken Verbindungsrohrabschnitts 23d größer als die des rechten Verbindungsrohrabschnitts 23e. Ringförmige Dichtungen 23f und 23g sind jeweils um die Außenumfangsabschnitte der Verbindungsrohrabschnitte 23d und 23e vorgesehen, um das Auspuffgas gegen kugelige Flansche 33a und 33b abzudichten. Eckabschnitte der Dichtungen 23f und 23g auf der Seite der kugeligen Flansche sind in kugeliger Form abgeschrägt.
Der feststehende Flansch 23a hat auch Schraubenlöcher 41, 42 und 43 für eine Verbolzung an seinen beiden Enden und an seinem mittleren Abschnitt in einer Anordnungsrichtung der Rohre 4a und 4b, d.h. in der Richtung von links nach rechts in der Zeichnung 1. Die gedachte Verbindung der Mitten der jeweiligen Schraubenlöcher 41, 42 und 43 ergibt ein gleichschenkliges Dreieck mit einer Grundseite zwischen Schraubenlöchern 41 und 42 an beiden Endabschnitten des feststehenden Flansches.
Die jeweiligen kugeligen Flansche 33a und 33b haben rautenförmige ebene Abschnitte 53a und 53b und kugelige Abschnitte 63a und 63b um die Verbindungsöffnungen, die in der Mitte der ebenen Abschnitte 53a und 53b angeordnet sind. Die Verbindungsöffnungen sind durch Verbindungshülsen 73a und 73b ausgebildet. Die vorstehend beschriebenen Rohre 4a und 4b sind hermetisch in die Verbindungshülsen 73a und 73b eingefügt und verschweißt. Die Innenflächen der kugeligen Abschnitte 63a und 63b zeigen zu den Krümmern 2a und 2b.
In 1 ist ein kugeliger Flansch 33a, der in dem linksseitigen Verbindungspaar montiert ist unterschiedlich in seinem detaillierten Aufbau zu dem anderen kugeligen Flansch 33b, der an dem rechtsseitigen Verbindungspaar montiert ist. Bei dem kugeligen Flansch 33a ist die Umfangskante des ebenen Abschnitts 53a in Richtung zu dem Rohr 4a gebogen, während bei dem anderen kugeligen Flansch 33b die Umfangskante des ebenen Abschnitts 53b zu dem Krümmer 2b gebogen ist.
Löcher 56, 57, 58 und 59 zum Einfügen von Bolzen sind an beiden Endabschnitten in der Längsrichtung jeder Rautenform in den ebenen Abschnitten 53a und 53b vorgesehen.
Ein kugeliger Flansch 33a ist derart angeordnet, dass, unter der Bedingung, dass der kugelige Abschnitt 63a einem Verbindungsrohrabschnitt 23d des feststehenden Flansches 23a gegenüberliegt, ein Loch 56 zum Einfügen eines Bolzens mit einem Schraubenloch 41 des feststehenden Flansches 23a ausgerichtet ist und das andere Loch 7 zum Einfügen eines Bolzens mit dem mittigen Schraubenloch 43 des feststehenden Flansches 23a ausgerichtet ist.
Auch der andere kugelige Flansch 33b ist derart angeordnet, dass unter der Bedingung, dass der kugelige Abschnitt 63b dem anderen Verbindungsrohrabschnitt 23e des feststehenden Flansches 23a gegenüberliegt, ein Loch 58 zum Einfügen eines Bolzens mit einem Schraubenloch 43 des feststehenden Flansches 23a ausgerichtet ist und das andere Loch 59 zum Einfügen eines Bolzens mit dem mittigen Schraubenloch 42 des feststehenden Flansches 23a ausgerichtet ist.
Entsprechend sind der eine kugelige Flansch 33a und der andere kugelige Flansch 33b in einer in der axialen Richtung des Auspuffrohrs abgestuften Weise angeordnet und die ebenen Abschnitte 53a und 53b der jeweiligen Flansche überdecken sich an dem Abschnitt des mittleren Schraubenlochs 43 des feststehenden Flansches 23a. In dem Überdeckungsabschnitt ist, wie am besten in 3 zu erkennen ist, ein Dämpfer (ein Dämpfungselement) 71, der aus einem SUS-Gitter oder dergleichen hergestellt ist, zwischen die ebenen Abschnitte 53a und 53b zwischengesetzt. Er wird dazu verwendet, Interferenzgeräusche zu dämpfen, die durch die Flansche hervorgerufen werden.
Des weiteren ist ein erster Bolzen 75 in das eine Loch 56 zum Einfügen des Bolzens in den einen kugeligen Flansch 33a eingefügt und in Gewindeeingriff mit einem Schraubenloch 41 des feststehenden Flansches 23a. In derselben Weise ist ein zweiter Bolzen 76 in das andere Bolzenloch 51 des einen kugeligen Flansches 33a und ein Loch 58 zum Einfügen eines Bolzens des anderen kugeligen Flansches 33b eingefügt und in Gewindeeingriff mit einem mittleren Schraubenloch 43 des feststehenden Flansches 23a. Des weiteren ist ein dritter Bolzen 77 in das andere Loch 59 zum Einfügen des Bolzens des anderen kugeligen Flansches 33b eingefügt und mit dem anderen Schraubenloch 42 des feststehenden Flansches 23a in Gewindeeingriff.
Erste, zweite und dritte Schraubenfedern 85, 86 und 87 sind jeweils zwischen Köpfe des ersten, zweiten und dritten Bolzens 75, 76, und 77 und den ebenen Abschnitten der kugeligen Flansche eingesetzt, so dass die kugeligen Flansche 33a und 33b zur Krümmerseite durch die Vorspannkräfte der Schraubenfedern 85, 86 und 87 gedrückt werden. Die Innenflächen der kugeligen Abschnitte 63a und 63b werden gegen die kugelig angeschrägten Abschnitte der Dichtungen 23f und 23g gedrückt, die um die Verbindungsrohrabschnitte 23d und 23e des feststehenden Flansches vorgesehen sind, um die Auspuffrohrverbindungsabschnitte durch diese Bauteile hermetisch abzudichten.
Die Lage jedes kugeligen Flansches relativ zum feststehenden Flansch 23a ist durch die Vorspannkraft jeder Schraubenfeder 85, 86 und 87 bestimmt. In diesem Fall wird eine Kraft, die zweimal größer als die des ersten und dritten Bolzens 75 und 77 an beiden Enden ist, auf den zweiten Bolzen 76 aufgebracht, der den Überdeckungsabschnitt der ebenen Abschnitte 53a und 53b festzieht. Entsprechend ist die Federkonstante der an dem zweiten Bolzen 76 angeordneten zweiten Schraubenfeder 86 zweimal größer als die Federkonstanten der ersten und dritten Schraubenfedern 85 und 87, die an dem ersten und dritten Bolzen 75 und 77 angeordnet sind, so dass die Lage jedes kugeligen Flansches 33a, 33b relativ zum feststehenden Flansch 23a konstant gehalten wird.
In einem derartigen Montagezustand der Verbindung 3 ist eine Linie V, die eine Mitte 01 einer kugeligen Flächen des kugeligen Abschnitts 63a von einem kugeligen Flansch und eine Mitte 02 der kugeligen Fläche 02 des kugeligen Abschnitts 63b des anderen kugeligen Flansches verbindet, im wesentlichen parallel zur Rollachse (A) des Motors 1. Die dazwischen bestehende Lagebeziehung ist in 6 gezeigt. Unter einem anderen Gesichtspunkt betrachtet ist eine Achse, die den Mittelpunkt der kugeligen Fläche der kugeligen Abschnitte 63a oder 63b und die Mitte der Verbindungsöffnung verbindet, die in der Mitte zwischen den kugeligen Flächenabschnitten 63a und 63b vorgesehen ist, im wesentlichen senkrecht zur Rollachse (A).
(Betrieb)
Mit einer derartigen Anordnung wird beim Start und bei der Beschleunigung des Fahrzeugs die Rollbelastung durch die Drehmomentreaktionskraft des Motors erzeugt, die auf die Auspuffrohre 2 und 4 aufzubringen ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Linie (V), die die Mitten der kugeligen Flächen der jeweiligen kugeligen Flansche der jeweiligen Verbindungspaare verbindet, im wesentlichen parallel zur Rollachse A des Motors ist, wenn das Rollen des Motors durch die Drehmomentreaktionskraft erzeugt wird, wird ein Rollversatz in einer Richtung entlang der Flächen der kugeligen Flansche um die Drehmitte als die Linie aufgebracht, die die Kugelmitten der jeweiligen kugeligen Flansche 3 verbindet. Folglich drehen sich das erste Auspuffrohr 2 und das zweite Auspuffrohr 4 relativ zueinander wie ein Scharnier, während die kugeligen Flächen als Gleitflächen verwendet werden. Entsprechend wird die Rollbelastung absorbiert und es besteht keine Gefahr, dass der Verbindungsabschnitt beschädigt würde, der Verbindungsabschnitt angehoben würde oder das Auspuffgas auslecken würde.
Eine mechanische Festigkeit einer einzelnen Verbindung mit den Kugelflächenflanschen 33a und 33b wird beträchtlich verbessert, indem Gleitlager in Form der Kugelflächenabschnitte 63a und 63b verwendet werden. Im Gegensatz dazu ist es bei einem Fall wünschenswert, bei dem die einzige flexible Verbindung vorgesehen ist, die einfach in Balgform hergestellt ist, eine schwache Federcharakteristik zu verwenden, um die Schwingungen in dem Balgrohr zu verringern, wobei die Federkraft von der Balgrohrcharakteristik abhängt. Je schwächer die Federcharakteristik gemacht wird, desto dünner wird jedoch die Dicke der Platte. Folglich verschlechtert sich die mechanische Festigkeit bei der einzelnen Verbindung. Entsprechend ist es im Fall der Balgrohre notwendig, Anschläge vorzusehen, um die Nachbarschaft der Balge festzuziehen.
Ferner ermöglicht das Balgrohr nicht nur die Drehbewegung sondern auch eine Parallelbewegung in dem Verbindungsabschnitt. Angesichts der Haltbarkeit des Balgrohrs aufgrund der Parallelbewegung ist es notwendig, das Auspuffrohr in der Nähe des Balgrohrs an der Karosserie durch Lager abzuhängen. Entsprechend werden Schwingungen von den Lagern zum Abhängen des Auspuffrohrs auf die Karosserie übertragen. Die Schwingungen versetzen die Karosserie in Schwingung und rufen Geräusche in der Fahrgastzelle hervor.
Da der vorstehende Verbindungsaufbau diesbezüglich nur Drehrichtungsfedern hat (Motorrollrichtung), ist die Steifigkeit bei der Parallelbewegung hoch, und Anschläge, die bei dem Balg benötigt werden, sind nicht notwendig. Auch sind zahlenmäßig nur einige Lagerpunkte nach dem Auspuffrohr 4 vorhanden, so dass die Halterung zur Wartung des Auspuffrohrs 4 aufrechterhalten werden kann. Dies beeinflusst nicht die Steifigkeit der Verbindung selbst negativ. Des weiteren ist es möglich, den Gesamtaufbau nur an den Stellen der relativ schweren Bauteile des Schalldämpfers oder dergleichen zu lagern. Es ist nicht notwendig, den Gesamtaufbau an den Stellen, an denen relativ leicht gewichtige Bauteile wie beispielsweise ein Auspuffrohr liegen im Vergleich zu dem Fall zu lagern, bei dem das Balgrohr verwendet wird. Die Lagerstellen liegen nur dort, wo die Schwingungsbeschleunigung des Auspuffsystems gering ist. Das Schwingungsniveau, das von den Lagerpunkten auf die Karosserie übertragen wird, kann verringert werden.
In der Offenlegungsschrift der vorgenannten japanischen Patentanmeldung JP 6-108832, die den Stand der Technik offenbart, zeigt die Beschreibung, dass ein Auslecken zwischen den inneren Auspuffrohren erzeugt wird, so dass ein sogenannter Doppeleffekt durch Auspuffinterferenz beseitigt wird, wenn sich das äußere Auspuffrohr und das innere Auspuffrohr hinsichtlich ihres Versatzbetrages voneinander unterscheiden. Auch dieser Stand der Technik leidet an dem Problem, das darin besteht, dass die Dichtungen des inneren Verbindungsabschnitts immer der Auspuffgashitze ausgesetzt sind und sehr leicht ein Spalt aufgrund der Korrosion wegen der Auspuffgashitze erzeugt wird. Da des weiteren die Auspuffrohre innen eingebaut sind, steigt der Strömungswiderstand der Auspuffgasströmung in den äußeren Auspuffrohren an, so dass ein Gegendruck ansteigt.
Im Gegensatz dazu besteht bei dem erfindungsgemäßen Aufbau keine Gefahr, dass der Doppeleffekt durch die Auspuffinterferenz aufgrund des Ausleckens beseitigt wird.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, den Verbindungsabschnitt in seiner Abmessung klein zu machen, so dass das Auspuffrohr nicht nach außen aufgeweitet ist. Somit kann der Verbindungsaufbau in seiner Abmessung klein gemacht werden.
Die Miniaturisierung des Aufbaus kann zur Verringerung der Schwingungsamplituden am Verbindungsabschnitt beitragen. Obwohl nämlich mit Zunahme eines Abstandes zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Rollachse des Motors die Schwingungsamplitude des Rollens am Verbindungsabschnitt größer wird, kann sich, wenn die Verbindung selbst in ihrer Abmessung klein wird, selbst wenn eine Länge des Krümmers konstant gehalten wird, die Linie, die die Mitten der Verbindung verbindet, d.h. die Kugelflächenmitten der jeweiligen kugeligen Flansche, der Motorrollachse in einem derartigen Maße nähern, dass die Verbindung in ihrer Abmessung klein ist. Entsprechend verringert sich die Schwingungsamplitude im Verhältnis zum verringerten Abstand.
Des weiteren kann die Tatsache, dass die ebenen Abschnitte 53a und 53b der kugeligen Flansche 33a und 33b teilweise miteinander überdeckt sind, zur Miniaturisierung beitragen. Da in diesem Fall der Dämpfer 71 zwischen die ebenen Abschnitte 53a und 53b zwischengesetzt ist, stören sich die ebenen Abschnitte 53a und 53b nicht. Somit werden Geräusche oder dergleichen nicht erzeugt.
Obwohl der feststehende Flansch 23a auf der Seite der Krümmer 2a und 2b vorgesehen ist, und die kugeligen Flansche 33a und 33b auf der Seite der Rohre 4a und 4b vorgesehen sind, ist im übrigen auch die umgekehrte Anordnung möglich. Der feststehende Flansch 23a kann nämlich auf der Seite der Rohre 4a und 4b vorgesehen sein, und die kugeligen Flansche 33a und 33b können auf der Seite der Krümmer 2a und 2b vorgesehen sein.
(Zusätzlicher Aufbau)
Ein Balgrohr 90 ist als flexibles Rohrelement in eines der beiden vorstehend beschriebenen Rohre eingesetzt (die rechte Seite in 1). Wenn ein derartiges Balgrohr 90 dem System hinzugefügt wird, kann das Auspuffrohr 4 nicht nur am Verbindungsabschnitt sondern auch am Abschnitt des Balgrohrs 90 bewegt werden.
Somit ist das flexible Rohrelement 90 an der Stelle angeordnet, die stromabwärtig der Verbindung in Auspuffgasströmungsrichtung liegt, so dass der Schwingungsversatz mit der Ausnahme desjenigen um die Rollachse absorbiert werden kann.
Wie in den 4 und 7 gezeigt ist, kann die Lage des Balgrohrs geeignet stromaufwärtig oder stromabwärtig der Rohre durch die Federkonstante in der Drehrichtung der Verbindung und die Federkonstante in der Anordnungsrichtung des Balgs (Spannungsrichtung) bestimmt werden.
(Anderer Aufbau)
8 zeigt ein Beispiel, bei dem eine gepaarte Verbindung gleich der Verbindung 3 des vorstehenden Beispiels ist, wobei der kugelige Flansch entweder dem ersten oder zweiten Auspuffrohr 2 und 4 gegenüberliegt, und wobei die andere gepaarte Verbindung eine flexible Verbindung 91 ist, die aus einem röhrenförmigen Element wie beispielsweise einem Balgrohr mit einer Elastizität hergestellt ist.
Mit einer derartigen Anordnung ist die Anzahl der Verbindungen mit kugeligen Flanschen gleich eins und die andere flexible Verbindung kann in einer beliebigen Richtung beweglich sein. Entsprechend kann der Flansch mit der kugeligen Fläche auch in einer beliebigen Richtung bewegt werden. Folglich kann sich, wie in 9 gezeigt ist, selbst wenn die Anordnungsrichtung der beiden Auspufföffnungen der Krümmer senkrecht zur Rollachse ist, das Auspuffrohr in der dazu vertikalen Richtung um die Drehmitte des Verbindungsabschnitts des kugeligen Flansches drehen. Entsprechend ist es möglich, die Rollbelastung des Motors zu absorbieren.

Claims

Flanschverbindung zum Anschluß einer Vielzahl von an einer Karosserie elastisch gelagerten Auspuffrohren (4a, 4b) an eine Vielzahl von an einem rollend gelagerten Kraftfahrzeugmotor (1) feststehend angebrachten Krümmerrohren (2a, 2b), wobei die Vielzahl der Auspuffrohre (4a, 4b) und die Vielzahl der Krümmerrohre (2a, 2b) an der Flanschverbindung jeweils paarweise zu Verbindungspaaren (3) mit je zwei kugeligen Flanschen (33a, 33b) zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungspaar (3) so angeordnet ist, daß eine gedachte Verbindungslinie (V) der Mittelpunkte der zwei kugeligen Flansche (33a, 33b) jedes Verbindungspaares (3) im wesentlichen parallel zur Rollachse (A) des Kraftfahrzeugmotors (1) ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kugeligen Flansche (33a, 33b) an benachbarten Verbindungspaaren vorgesehen sind, wobei der kugelige Flansch (33a, 33b) von einem Verbindungspaar in einer axialen Richtung der Auspuffrohre (2a, 2b, 4a, 4b) relativ zum kugeligen Flansch (33a, 33b) des anderen Verbindungspaares abgestuft ist; und wobei der Flansch (33a) des einen Verbindungspaares den Flansch (33b) des anderen Verbindungspaares teilweise überdeckt.
Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibles röhrenförmiges Element (90) an einer Position stromabwärtig des Verbindungspaares (3) in Abgasströmungsrichtung angeordnet ist.
Flanschverbindung zum Anschluss einer Vielzahl von an einer Karosserie elastisch gelagerten Auspuffrohren (4a, 4b) an eine Vielzahl von an einem Kraftfahrzeugmotor (1) feststehend angebrachten Krümmerrohren (2a, 2b), wobei die Vielzahl der Auspuffrohre (4a, 4b) und die Vielzahl der Krümmerrohre (2a, 2b) an der Flanschverbindung jeweils paarweise zu Verbindungspaaren (3, 91) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung (3) eines der Verbindungspaare (3, 91) einen kugeligen Flansch (33a, 33b) aufweist und die andere Verbindung (91) des Verbindungspaares (3, 91) ein flexibles röhrenförmiges Element (91) aufweist.