DE19827276A1 - Exhaust manifold flange for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmerflansch für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an exhaust manifold flange for a Internal combustion engine according to the preamble of Claim 1.
Zur Schadstoffminimierung in Abgasströmen von Verbrennungskraftmaschinen wird neuerdings bevorzugt sogenannte Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas in den Verbrennungsraum der Kraftmaschine eingespeist. Dadurch wird die Verbrennungsreaktion der Kraftmaschine in der Weise beeinflußt, daß sich die Bildung von unerwünschten Reaktionsprodukten wie NOx und SOx wesentlich verringert.To minimize pollutants in exhaust gas flows from Internal combustion engines are recently preferred so-called secondary air and / or recirculated exhaust gas in the Combustion chamber of the engine fed. This will the combustion reaction of the engine in the way affects that the formation of undesirable Reaction products such as NOx and SOx significantly reduced.
Die Einspeisung der Sekundärluft und/oder des zurückgeführten Abgases erfolgt bei bekannten Ausführungsformen vorzugsweise über Luftführungssysteme, die externer Bestandteil von Schmiede- und Gußkrümmerflanschen sind. Die dazu notwendigen Verbindungskanäle von einem Lufteinführungssystem zum Abgaskrümmerflansch und somit zum Verbrennungsraum sind jedoch mit einem großen Herstellungsaufwand und damit hohen Herstellungskosten verbunden. The feed of the secondary air and / or the recirculated Exhaust gas is preferably carried out in known embodiments about air duct systems that are external components of Forged and cast manifold flanges are. The necessary Connection channels from an air intake system to the Exhaust manifold flange and thus to the combustion chamber but with a large manufacturing effort and thus high Manufacturing costs associated.
Das führte dazu, Abgaskrümmerflansche in Mehrschichtbauweise (Sandwichbauweise von mindestens drei Schichten) so zu konzipieren, daß in ihrer mittleren Schicht Aussparungen in Form von Kanälen eingebracht sind. Die betreffenden Schichten (Einzelflansche) sind dabei regelmäßig als Stanzflansche gefertigt und werden anschließend über Aufnahmevorrichtungen kongruent übereinander gelegt und verlötet. Das zur Hartlötung der Einzelschichten notwendige Kupferlot wird in Form von Lotpaste in dafür vorgesehene Aussparungen (Lotdepots) der der untersten Schicht überlagerten Einzelflansche eingebracht. Zur Sicherstellung der Kongruenz, also Lagestabilität der Einzelschichten, müssen die einzelnen Teilflansche vor dem Löt- bzw. Wärmebehandlungsprozeß zusätzlich an mehreren Stellen miteinander verschweißt werden.This led to exhaust manifold flanges in a multi-layer construction (Sandwich construction of at least three layers) design that in their middle layer recesses in Form of channels are introduced. The layers concerned (Single flanges) are regularly used as stamped flanges are manufactured and are then made using cradles congruently placed on top of each other and soldered. That for Brazing of the individual layers necessary copper solder is in Form of solder paste in designated recesses (Solder deposits) overlying the bottom layer Single flanges introduced. To ensure congruence, So the individual layers must have a stable position Partial flanges before the soldering or heat treatment process additionally welded together in several places become.
Der Fertigungsablauf läßt sich wie folgt zusammenfassen:
The manufacturing process can be summarized as follows:
- 1. Herstellung der einzelnen Stanzflansche mit Lotdepots1. Production of the individual punch flanges with solder deposits
- 2. Deckungsgleiches Übereinanderpositionieren der Einzelschichten in speziellen Aufnahmevorrichtungen2. Congruent positioning of the Single layers in special holding devices
- 3. Verschweißen der Einzelschichten am Umfang des Flanschpakets3. Welding the individual layers on the circumference of the Flange package
- 4. Lotpastenaufbringung in die Lotdepots4. Application of solder paste into the solder deposits
- 5. Hartlöten der Einzelschichten und der Rohrstutzen unter Schutzgasatmosphäre.5. Brazing the individual layers and the pipe socket underneath Protective gas atmosphere.
Auf diese Weise hergestellte Ausführungsformen sind mit einem enormen Material- und Energieeinsatz verbunden. Dies führt zu einer hohen Umwelt- bzw. Ressourcenbelastung. Daneben trägt das hohe Gewicht zu einer ungünstigen Kraftstoffverbrauchsbilanz in Kraftfahrzeugen bei. Embodiments produced in this way are with a enormous use of materials and energy. this leads to a high environmental or resource pollution. Next to it the high weight to an unfavorable Fuel consumption balance in motor vehicles.
Neben dem sehr kostenaufwendigen Herstellungsprozeß bei Guß- und Schmiedegaskrümmerflanschen sind die Nachteile bei Schichtflanschkonzeptionen noch vielfältiger und somit detaillierter zu betrachten.In addition to the very costly manufacturing process for casting and forged gas manifold flanges are the disadvantages Layer flange designs even more diverse and therefore to look at in more detail.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von
"Abgaskrümmerflanschen mit Sekundär- und/oder
Abgasrückführkanälen" durch Sandwichbauweise können sich
nämlich folgende Problemstellungen ergeben:
The following problems can arise in connection with the production of "exhaust manifold flanges with secondary and / or exhaust gas recirculation channels" by means of sandwich construction:
- a) Das prozeßsichere Verlöten der relativ großflächigen Schichtflansche verlangt eine sehr gute Ebenheit der jeweils aufeinanderliegenden Einzelflanschflächen. Ungleichmäßigkeiten in den Flanschflächen führen zu veränderten kapillaren Füllkräften und somit zu unterschiedlichen Lötqualitäten, was in einer mangelhaften Festigkeit der Lötverbindung resultieren kann.a) The reliable soldering of the relatively large area Layer flanges require very good flatness individual flange surfaces lying on top of each other. Irregularities in the flange surfaces lead to changed capillary filling forces and thus too different soldering qualities, what in one poor strength of the solder joint result can.
- b) Für das komplette Verlöten dieser relativ großflächigen Schichten werden große Lotmengen benötigt, die die Gesamtfertigungskosten nach oben treiben.b) For the complete soldering of these relatively large areas Large quantities of solder are required for the layers Driving total manufacturing costs up.
- c) Das zur Erhaltung der Lagestabilität der Einzelschichten notwendige vorhergehende Verschweißen ist ein zusätzlicher energie- und kostenträchtiger Fertigungsschritt.c) To maintain the positional stability of the individual layers necessary previous welding is a additional energy and cost-intensive Manufacturing step.
- d) Die bisher eingesetzte Kanalkonfiguration ist material- und fertigungstechnisch sehr kostenintensiv, da die komplette mittlere Flanschschicht lediglich dazu dient, um Volumen für den Sekundärluftkanal zu schaffen. Ein großer Teil der um den Kanal verbleibenden Flanschschichtmasse ist somit von nichtfunktionaler Bedeutung und stellt unnötigerweise beinahe 30% des Gesamtgewichtes des Flansches dar. d) The previously used channel configuration is material and very expensive to manufacture, because the complete middle flange layer only serves to create volume for the secondary air duct. A much of the remaining around the canal Flange layer mass is therefore non-functional Meaning and unnecessarily represents almost 30% of the Total weight of the flange.
- e) Die für den Lötprozeß notwendige komplette Erwärmung (eine 100%ige Wärmedurchdringung ist erforderlich) des Flanschpakets auf Löttemperaturen bis zu ca. 1080°C ist aufgrund der relativ großen und kompakten Flanschpaketmasse nur mit hohem Energieaufwand möglich.e) The complete heating necessary for the soldering process (100% heat penetration is required) Flange packages on soldering temperatures up to approx. 1080 ° C due to the relatively large and compact Flange package dimensions only possible with high energy consumption.
- f) Der durch den Lötprozeß verursachte Wärmeverzug in Form von konkaven bzw. von konvexen Flächenkrümmungen des Flanschpakets muß durch eine kostenintensive Nachbearbeitung ausgeglichen werden.f) The heat distortion caused by the soldering process of concave or of convex surface curvatures of the Flange pack must go through an expensive process Post processing can be compensated.
- g) Das Verschweißen von Krümmer und gelötetem Flanschpaket kann aufgrund der lokalen Erwärmung des Hartlotes auf Schweißtemperatur zur Diffusion der Lotschmelze in die Schweißverbindung führen, was zu Festigkeitsverlusten der Schweißnaht führen kann.g) The welding of the manifold and the soldered flange package can occur due to the local heating of the brazing alloy Welding temperature for diffusion of the solder melt into the Welded connection lead to loss of strength the weld can lead.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmerflansch bereit zustellen, der kostengünstiger, mit vergleichsweise geringerem Material- und Energieaufwand und damit ressourceschonender hergestellt werden kann. Dabei soll eine Gewichtseinsparung erzielt werden, mit der sich eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs in Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen herbeiführen läßt.The invention has for its object a Exhaust manifold flange ready to provide, the more economical, with comparatively less material and energy consumption and so that resources can be produced more gently. In doing so a weight saving can be achieved with the Reduction of fuel consumption in Bring internal combustion engines of motor vehicles leaves.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Die Erfindung geht von einem Abgaskrümmerflansch für eine Verbrennungskraftmaschine aus, der ein Basisteil mit Ausnehmungen für Abgasstutzen und Öffnungen zu Zylinderzugängen im Motorblock der Kraftmaschine sowie Zuführungsmittel für Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas umfaßt, wobei die Zuführungsmittel mit den Öffnungen zu den Zylinderzugängen in Verbindung stehen. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, daß die Zuführungsmittel einen unmittelbar auf dem Basisteil angeordneten Kanal umfassen, zu dessen Ausbildung wenigstens ein Deckelement vorgesehen ist, das sich lediglich über einen Teilbereich des Basisteils erstreckt. Durch diesen vereinfachten Aufbau wird eine deutliche Material- und Gewichtseinsparung zu im Stand der Technik bekannten Abgaskrümmerflanschen mit integrierten Sekundärluft- bzw. Abgasrückführkanälen erzielt.In the subclaims are advantageous and expedient Developments of the device according to the invention specified. The invention relates to an exhaust manifold flange for a Internal combustion engine, which has a base part Recesses for exhaust ports and openings too Cylinder accesses in the engine block of the engine as well Supply means for secondary air and / or recirculated Exhaust gas comprises, the feed means with the openings are connected to the cylinder accesses. The core of the The invention now lies in the fact that the supply means one channel located directly on the base part, to the formation of which is provided at least one cover element, that is only over a portion of the base part extends. This simplified structure makes one significant material and weight savings in the state of the Technology known exhaust manifold flanges with integrated Secondary air and exhaust gas recirculation channels achieved.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches und/oder zur sicheren Verbindung der Öffnungen im Basisteil mit den Zylinderzugängen am Motorblock im wenigstens einen Deckelement und im Basisteil übereinander angeordnete Bohrungen vorgesehen, die von einer Schraubverbindung durchdrungen werden können. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Befestigung des Deckelements auf dem Basisteil, die Befestigung des Abgaskrümmerflansches und die Herstellung einer dichten Verbindung des Sekundär- bzw. Abgasrückführkanals am Motorblock durch jeweils die gleichen Schraubenverbindungen erfolgt. Weiterhin wird hierdurch verhindert, sofern das Deckelement, wie weiter unten beschrieben, mit dem Basisteil verlötet wird, daß ein Aufwerfen oder Aufplatzen der Lötstellen vor allem bei hohen Motortemperaturen auftritt.In a further preferred embodiment of the invention are used to attach the exhaust manifold flange and / or secure connection of the openings in the base part with the Cylinder accesses on the engine block in at least one Cover element and one above the other in the base part Bores provided by a screw connection can be penetrated. This measure has the advantage that the attachment of the cover element on the base part, the Fastening the exhaust manifold flange and manufacturing a tight connection of the secondary or Exhaust gas recirculation duct on the engine block through the same Screw connections are made. This will continue prevented, provided the cover element, as below described, is soldered to the base part that a Raising or bursting of the solder joints, especially at high ones Engine temperatures occurs.
Bei einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einer Bohrungsanordnung für die Anbringung einer Schraubverbindung ein Hülsenelement derart eingepaßt, daß die Hülse nach einer vorbestimmten Verformung des wenigstens einen Deckelements und/oder des Basisteils durch die Kräfte der Schraubverbindung bzw. -verbindungen weitere Verformungskräfte auf wenigstens das Deckelement auf nimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hülsenelement so ausgestaltet, daß es sich zur Aufnahme von Kräften, die unerwünschte Verformungen verursachen würden, zwischen einer Anlagefläche der Schraubverbindung und dem Motorblock abstützt. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich das Deckelement zur Ausbildung des Kanals aus vergleichsweise dünnwandigem elastischem Material herstellen, ohne dadurch Gefahr zu laufen, daß das Deckelement an den Schraubenverbindungen soweit nachgibt, bis eine Ablösung des gesamten Krümmerflansches insbesondere im Bereich der Verbindungsöffnungen zum Motorblock stattfindet. Dies würde zu einer Fehlfunktion des Motors führen. Der Einsatz von einem dünnwandigen Deckelement spart Herstellungskosten und reduziert das Gewicht des Abgaskrümmerflansches, was letzten Endes den Kraftstoffverbrauch herabsetzt.In a particularly preferred further embodiment of the Invention is in at least one hole arrangement for the Attaching a screw connection to a sleeve element like this fitted that the sleeve after a predetermined deformation of the at least one cover element and / or the base part by the forces of the screw connection or connections further deformation forces on at least the cover element on takes. In a preferred embodiment, this is Sleeve element designed so that it can accommodate Forces that would cause undesired deformation, between a contact surface of the screw connection and the Engine block supports. Through these measures according to the invention the cover element can be used to form the channel produce comparatively thin-walled elastic material, without running the risk that the cover element on the Yields until the detachment of the entire manifold flange especially in the area of Connection openings to the engine block takes place. This would cause the engine to malfunction. The use of a thin-walled cover element saves manufacturing costs and reduces the weight of the exhaust manifold flange, which last End up reducing fuel consumption.
Um eine gasdichte Ausbildung des Kanals zu erhalten, ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Elemente zur Kanalausbildung mit dem Basisteil verlötet oder ähnlich verbunden werden.In order to obtain a gastight formation of the channel, it is also advantageous if the elements for channel training be soldered to the base part or similarly connected.
Insbesondere bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Hülsenelementen, läßt sich eine besonders effektive Verlötung erreichen. Denn die Hülsenelemente können vor der Verlötung als Positionshilfen zur exakten Anordnung des Deckelements auf dem Basisteil eingesetzt werden, indem sie durch die Bohrungen im Deckelement und Basisteil eingesteckt und ggf. verklemmt werden. Vorteilhafterweise läßt sich die Hülse über eine Presspassung fixieren. Damit ist ein Heften des Deckelements auf dem Basisteil z. B. durch Schweißpunkte vor der Verlötung entbehrlich.Especially when using inventive Sleeve elements, can be a particularly effective soldering to reach. Because the sleeve elements can before soldering as position aids for the exact arrangement of the cover element be used on the base part by going through the Bores inserted in the cover element and base part and if necessary be jammed. The sleeve can advantageously be over fix a press fit. This is a staple of the Cover elements on the base part z. B. by spot welds dispensable for soldering.
Um ein Ablösen der Krümmerflansches bei hohen Temperaturen der Verbrennungskraftmaschine sicher zu vermeiden, ist es im weiteren von Vorteil, wenn am Basisteil Mittel zur Versteifung des Basisteils vorgesehen sind. To detach the manifold flange at high temperatures to safely avoid the internal combustion engine, it is im Another advantage if means for Stiffening of the base part are provided.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zur Versteifung eine Umbördelung, die sich wenigstens teilweise über die Außenkontur des Basisteils erstreckt. In diesem Zusammenhang ist es überdies bevorzugt, wenn das Basisteil aus einem Stahlblech hergestellt wird.In a preferred embodiment, the means for Stiffening a flare that is at least partially extends over the outer contour of the base part. In this Context, it is also preferred if the base part is made from a steel sheet.
Zur Erzielung einer besonders einfachen Konstruktion ist es darüber hinaus bevorzugt, wenn zur Ausbildung des Kanals das Deckelement schalenförmig ist und auf dem Basisteil aufliegt. Für den Fall einer Umbördelung am Basisteil ist es für diese Ausführungsform weiterhin vorteilhaft, wenn die aufgekanteten Bereiche am Deckelement zur Ausbildung der Schale durch geeignete Abmessungen des Deckelements an der Umbördelung des Basisteils anliegen, so wie wenn gewissermaßen zwei Schalen mit der offenen Seite exakt passend ineinandergelegt werden. Auch in diesem Fall ist ein vorhergehendes Fixieren des Deckelements durch das paßgenaue Einlegen vor z. B. einem Verlötungsvorgang nicht erforderlich. Die aneinanderliegenden Umbördelungen bzw. Aufkantungen bieten dabei gute Flußwege für das Lot. Über die Höhe der Aufkantung am Deckelement bzw. der Umbördelung am Basisteil kann zusätzlich der Kanalquerschnitt bestimmt werden.It is to achieve a particularly simple construction moreover preferred if the formation of the channel Cover element is bowl-shaped and rests on the base part. In the case of a flanging on the base part, it is for this Embodiment further advantageous if the edged Areas on the cover element to form the shell suitable dimensions of the cover element at the flange of the Base part, as if in a way two shells with the open side exactly fitting into each other. In this case, too, a previous fixing of the Cover elements through the precise insertion before z. B. one Soldering process not necessary. The contiguous Flanges or upstands offer good flow paths for the solder. About the height of the upstand on the cover element or the flanging on the base part can also be the Channel cross-section can be determined.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Deckelement ein Deckblech, das zur Ausbildung des Kanals kongruent auf einem auf dem Basisteil aufliegenden Zwischenblech mit Aussparungen für die Kanalführungen angeordnet ist. Dies stellt eine vergleichsweise einfache Lösungsmöglichkeit dar, bei der die Kanalteile z. B. durch einfaches Ausstanzen hergestellt werden können.In a likewise advantageous embodiment of the Invention is the cover element a cover plate, which for Formation of the channel congruent on one on the base part overlay intermediate plate with cutouts for the Channel guides is arranged. This represents one comparatively simple solution where the Channel parts z. B. produced by simple punching can be.
Um am Basisteil vorhandene Umbördelungen für die Kanalbildung nutzen zu können, ist es außerdem bevorzugt, wenn das Deckelement eine L- oder U-Profilform aufweist. To the existing flanges on the base part for channel formation To be able to use, it is also preferred if the Cover element has an L or U profile shape.
Zur Verwendung von Standardbauteilen für die Kanalausbildung, ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn das Deckelement ein Vierkantrohr umfaßt, das auf das Basisteil aufgesetzt wird.For the use of standard components for channel formation, it is also advantageous if the cover element Includes square tube that is placed on the base part.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Deckelement aus einem Teil des Basisteils gebildet wird, indem dieses zu einem Kastenprofil gebogen wird. Auf diese Weise kann das Basiselement mit Sekundär- und/oder Abgasrückführungskanal aus einem einzigen Blech gefertigt werden.It is also advantageous if the cover element from one Part of the base part is formed by this into a Box profile is bent. That way it can Basic element with secondary and / or exhaust gas recirculation duct be made from a single sheet.
Schließlich ist es besonders bevorzugt, wenn die Abgasstutzen in das Basisteil eingelötet sind. Dadurch wird ein Vorzug des Flansches und ggf. eine Rißbildung am Flansch vermieden, die bei einem sonst üblichen Schweißvorgang auftreten.Finally, it is particularly preferred if the exhaust ports are soldered into the base part. This is an advantage of Flange and possibly cracking on the flange avoided occur during an otherwise usual welding process.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.Three embodiments of the invention are in the Drawings shown and in the description below stating further advantages and details explained.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen ersten erfindungsgemäßen Abgaskrümmerflansch in der Draufsicht, Fig. 1 a first exhaust manifold according to the invention in plan view,
Fig. 1A-F Schnittansichten des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 gemäß den in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien A-A bis F-F, Fig. 1A-F are sectional views of the embodiment of Fig. 1 according to the depicted in FIG. 1, section lines AA to FF,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, Fig. 2 is a side view of the embodiment according to Fig. 1,
Fig. 3 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Abgaskrümmerflansches in der Draufsicht, Fig. 3 shows a second embodiment of this invention a Abgaskrümmerflansches in plan view,
Fig. 3A eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 3, Fig. 3A is a sectional view of the embodiment of FIG. 3 taken along section line AA in Fig. 3,
Fig. 4 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Abgaskrümmerflansches in der Draufsicht und Fig. 4 shows a third embodiment of an exhaust manifold flange according to the invention in plan view and
Fig. 4A-F verschiedene Schnittansichten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 entlang der in Fig. 4 eingezeichneten Schnittlinien A-A bis F-F. FIGS. 4A-F, various sectional views of the embodiment of Fig. 4 along the indicated in FIG. 4 cut lines AA to FF.
In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schnitte A-A bis F-F gemäß der Fig. 1A-1F sollen das Ausführungsbeispiel weiter verdeutlichen. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt einen Basisteil 1 mit vier Aufnahmeöffnungen 2 für jeweils einen Abgasstutzen 14 (siehe Fig. 1A) entsprechend der Anzahl von Zylindern eines Motors. Weiterhin weist dieser Abgaskrümmerflansch ein entlang der Krümmeraufnahmeöffnungen verlaufendes Zwischenblech 3 auf, das eine Aussparung 4 besitzt (gestrichelt dargestellt in Fig. 1) und zusammen mit einem kongruenten Deckblech 5 einen unmittelbar auf dem Basisteil 1 angeordneten Sekundärluft- und/oder Abgasrückführkanal ausbildet. Das Zwischenblech 3 wird mit dem Basisteil 1 und dem Deckblech 5 z. B. verlötet, um die gewünschte Gasdichtigkeit des Sekundärluft- und/oder Abgasrückführkanals zu erhalten. Weiterhin wird das Basisteil 1 gemeinsam mit dem Zwischenblech 3 und dem Deckblech 5 über Schraubverbindungen 6 (nur in der Schnittansicht von Fig. 1A dargestellt) beispielsweise an einem Motorblock (nicht gezeigt) befestigt. Dazu sind im Basisteil 1 und im Deckblech 5 Bohrungen 7, 8 vorgesehen (siehe Fig. 1A). Zur weiteren Befestigung des Abgaskrümmerflansches an einem Motorblock sind am Basisteil 1 über jeder Aufnahmeöffnung 2 weitere Bohrungen 13 positioniert. Um einen Zugang des Sekundärluftkanals zur entsprechenden Zylinderöffnung an einem Motorblock zu schaffen, weist das Basisteil 1 Öffnungen 9 auf, die von der Aussparung 4 des Zylinderblechs 3 umfaßt werden. Das Deckblech 5 besitzt zur Einspeisung von Sekundärluft und/oder rückgeführtem Abgas in die Aussparung 4 des Kanals einen Zuführstutzen 10. Die Aufnahmeöffnungen 2 sowie der Umfang des Basisteils 1 mit Ausnahme der Längsseite, an welcher der Sekundärluft- und/oder Abgasrückführkanal verläuft, weisen Umbördelungen 11, 12 auf. Durch die Umbördelungen erhält das Basisteil eine sehr hohe Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit, so daß bei einer vorgegebenen Maximalbiegesteifigkeit der gesamte Flansch aus sehr dünnem Stahlblech, d. h. mit sehr geringem Materialeinsatz, hergestellt werden kann.In Figs. 1 and 2, a first embodiment of the invention is shown. The sections AA to FF according to FIGS. 1A-1F are intended to further illustrate the exemplary embodiment. This exemplary embodiment comprises a base part 1 with four receiving openings 2 for each exhaust pipe 14 (see FIG. 1A) corresponding to the number of cylinders of an engine. Furthermore, this exhaust manifold flange has an intermediate plate 3 running along the manifold receiving openings, which has a recess 4 (shown in broken lines in FIG. 1) and, together with a congruent cover plate 5, forms a secondary air and / or exhaust gas recirculation channel arranged directly on the base part 1 . The intermediate plate 3 is with the base part 1 and the cover plate 5 z. B. soldered to obtain the desired gas tightness of the secondary air and / or exhaust gas recirculation channel. Furthermore, the base part 1 is fastened together with the intermediate plate 3 and the cover plate 5 via screw connections 6 (only shown in the sectional view of FIG. 1A) to an engine block (not shown), for example. For this purpose, holes 7 , 8 are provided in the base part 1 and in the cover plate 5 (see FIG. 1A). For further fastening of the exhaust manifold flange to an engine block, 2 further bores 13 are positioned on the base part 1 above each receiving opening. In order to provide access of the secondary air duct to the corresponding cylinder opening on an engine block, the base part 1 has openings 9 which are encompassed by the recess 4 in the cylinder plate 3 . The cover plate 5 has a feed connector 10 for feeding secondary air and / or recirculated exhaust gas into the recess 4 of the channel. The receiving openings 2 and the circumference of the base part 1, with the exception of the long side on which the secondary air and / or exhaust gas recirculation duct runs, have flanges 11 , 12 . The flanges give the base part a very high degree of rigidity, in particular bending stiffness, so that the entire flange can be produced from very thin sheet steel, that is to say with very little material, given a given maximum bending stiffness.
In Fig. 3 und 3A ist ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Abgaskrümmerflansches dargestellt, bei dem ein im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ähnliches Basisteil 20 verwendet wird. Das Basisteil umfaßt ebenfalls vier Aufnahmeöffnungen 21 für eine entsprechende Anzahl von Abgasstutzen.In FIGS. 3 and 3A, a second inventive embodiment is illustrated of a Abgaskrümmerflansches, in which a similar in comparison to the first embodiment base portion 20 is used. The base part also comprises four receiving openings 21 for a corresponding number of exhaust ports.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch zur Ausbildung des Sekundärluft- und/oder Abgasrückführkanals nur ein Deckelement 22 eingesetzt, das dazu schalenförmig ausgeformt ist (siehe hierzu abschnittsweise Darstellung in Fig. 3 sowie Fig. 3A). Das schalenförmige Deckelement 22 sitzt direkt auf dem Basisteil 20 auf, wobei das dadurch gebildete Kanalvolumen mit Öffnungen 23 in Verbindung steht, die einen Zugang zu entsprechenden Zylinderöffnungen an einem Motorblock schaffen. Zur Befestigung dieses Abgaskrümmerflansches mit z. B. Schrauben sind am Basisteil 20 und im Deckelement 22 Bohrungen 24, 25 bzw. oberhalb der Aufnahmeöffnungen 21 Bohrungen 26 vorgesehen.In contrast to the first exemplary embodiment, however, only one cover element 22 is used to form the secondary air and / or exhaust gas recirculation channel, which is shaped like a shell for this purpose (see section-by-section illustration in FIG. 3 and FIG. 3A). The shell-shaped cover element 22 sits directly on the base part 20 , the channel volume formed thereby being connected to openings 23 which provide access to corresponding cylinder openings on an engine block. To attach this exhaust manifold flange with z. B. screws are provided on the base part 20 and in the cover element 22 holes 24 , 25 or above the receiving openings 21 holes 26 .
In den deckungsgleich übereinanderliegenden Bohrungen 24 und 25 ist wie in Fig. 3A ersichtlich, jeweils eine Hülse 27 eingesteckt. Die Hülse 27 besitzt einen Kragen 28, der auf dem Deckelement 22 aufliegt. Die erfindungsgemäße Hülse 27 hat mehrere Vorteile. Zunächst dient sie als Positionierhilfe für das Deckelement 22 vor einem z. B. Hartverlötungsprozeß. Dazu wird die Hülse 27 durch die Bohrung 24 im Deckelement 22 und in die Bohrung 25 des Basisteils gesteckt. Bei paßgenauer Ausgestaltung der Hülse (diese kann auch wie bei einer Preßpassung leicht eingepreßt werden) ist das Deckelement 22 bezüglich dem Basisteil 20 exakt positioniert und fixiert, so daß ein Anbringen beispielsweise von Schweißheftpunkten vor einem Hartverlötungsprozeß entfallen kann. Allerdings wird der Hartverlötungsprozeß so ausgeführt, daß die Hülse 27 in der Bohrung 25 des Basisteils 20 nach wie vor bewegbar ist. Durch diese Maßnahme wird beim Anziehen einer Schraube 29, deren Schraubenkopf 30 auf dem Kragen 28 der Hülse 27 aufliegt, das Deckelement 22 nur soweit verformt, bis das in der Bohrung 25 des Basisteils 20 befindliche Ende der Hülse 27 an einem nicht dargestellten Motorblock anstößt.A sleeve 27 is inserted into the congruent bores 24 and 25 , as can be seen in FIG. 3A. The sleeve 27 has a collar 28 which rests on the cover element 22 . The sleeve 27 according to the invention has several advantages. First, it serves as a positioning aid for the cover element 22 in front of a z. B. Brazing process. For this purpose, the sleeve 27 is inserted through the bore 24 in the cover element 22 and into the bore 25 of the base part. In the case of a precisely fitting design of the sleeve (this can also be easily pressed in as in a press fit), the cover element 22 is exactly positioned and fixed with respect to the base part 20 , so that it is not necessary to apply, for example, weld tack points before a brazing process. However, the brazing process is carried out so that the sleeve 27 is still movable in the bore 25 of the base part 20 . By this measure, when tightening a screw 29 , the screw head 30 of which rests on the collar 28 of the sleeve 27 , the cover element 22 is deformed only until the end of the sleeve 27 located in the bore 25 of the base part 20 abuts an engine block (not shown).
In Fig. 3A ist der entspannte Zustand dargestellt, in welchem das in der Bohrung 25 sich befindliche Ende der Hülse 27 zur Auflagefläche 31 des Basisteils 20, die im eingebauten Zustand auf einem Motorblock aufliegt, einen geringen Abstand "x" besitzt. Nur in diesem Bereich ist eine Verformung des Deckelements 22 zugelassen. Durch diese Maßnahme wird somit vermieden, daß ein aus z. B. dünnem Blech hergestelltes Deckelement 22 soweit nachgibt bis sich das Basisteil 20 von einem Motorblock abheben kann, was letzten Endes zu einer Undichtigkeit zwischen Zuführkanälen zu einem Motorblock und den Öffnungen 23 im Basisteil 20 führen kann. Durch die Größe des Abstandes x zwischen dem Ende der Hülse 27 und der Auflagefläche 31 des Basisteils in entspanntem Zustand kann die Größe der Anpreßkraft auf das Deckelement 22 und somit das Basisteil 20 so eingestellt werden, daß es zu keiner bleibenden Verformung des Deckelements kommt. FIG. 3A shows the relaxed state in which the end of the sleeve 27 located in the bore 25 is at a small distance "x" from the contact surface 31 of the base part 20 , which rests on an engine block in the installed state. Only in this area is deformation of the cover element 22 permitted. This measure thus prevents a z. B. thin sheet metal produced cover element 22 yields until the base part 20 can stand out from an engine block, which can ultimately lead to a leak between supply channels to an engine block and the openings 23 in the base part 20 . Due to the size of the distance x between the end of the sleeve 27 and the contact surface 31 of the base part in a relaxed state, the size of the contact pressure on the cover element 22 and thus the base part 20 can be adjusted so that there is no permanent deformation of the cover element.
Im Schnittbild von Fig. 3A ist in der linken Hälfte ausschnittsweise ein in die Aufnahmeöffnungen 21 eingesetzter Abgasstutzen 32 dargestellt. Dieser kann z. B. anstatt eines Schweißprozesses eingelötet werden, um Rißbildung bei der hohen thermischen Belastung während des Schweißens im Flansch zu vermeiden. Um die Steifigkeit des Basisteils 20 zu erhöhen, weist dieses mit Ausnahme des Umfangbereichs, an dem das Deckelement 22 verläuft, eine Umbördelung 33 auf.In the sectional view of FIG. 3A, an exhaust connector 32 inserted into the receiving openings 21 is shown in sections in the left half. This can e.g. B. soldered instead of a welding process to avoid cracking in the high thermal load during welding in the flange. In order to increase the rigidity of the base part 20 , this has a flange 33 with the exception of the peripheral region on which the cover element 22 runs.
Ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 und den dazugehörigen Schnitten gem. Fig. 4A-F entlang der Schnittlinien A-A bis F-F dargestellt. Das Ausführungsbeispiel umfaßt ein zum ersten Ausführungsbeispiel identisches Basisteil 40 mit dem einzigen Unterschied, daß die äußere Umbördelung 41 am Basisteil 40 voll umfänglich ist. Vergleichbare Konstruktionselemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen.A third exemplary embodiment according to the invention is shown in FIG. 4 and the associated cuts. Shown to FF 4A-Fig. Along section lines AA. The exemplary embodiment comprises a base part 40 which is identical to the first exemplary embodiment, with the only difference that the outer flange 41 on the base part 40 is fully circumferential. Comparable construction elements are therefore provided with the same reference symbols.
In das Basisteil 40 ist zur Ausbildung eines Sekundärluft- und/oder Abgasrückführkanals ein schalenförmiges Deckelement 42 derart eingelegt, daß die aufgekanteten Bereiche des Deckelementes 42 an der umfänglichen Umbördelung 41 des Basisteils 40 mit Ausnahme eines Abschnitts im Bereich der beiden äußeren Aufnahmeöffnungen 2 für Abgasstutzen 43 (nur in Fig. 4A angedeutet) anliegen. Um im Bereich der beiden äußeren Aufnahmeöffnungen 2 für Abgasstutzen 43 für das dort endende Deckelement 42 die an den Endstellen fehlende Umbördelung zu ersetzen, sind Stegelemente 44 vorgesehen (siehe Fig. 4), die diese Aufgabe übernehmen. Um ein dichtes Kanalsystem zu erhalten, wird das Deckelement mit dem Basisteil entlang der Umkantung des Deckelements verlötet. Durch diese Schalenbauweise ergibt sich eine sehr hohe Steifigkeit des Abgaskrümmerflansches, so daß vorteilhafterweise die Einzelschalen (Basisteil 40 sowie Deckelement 42) aus sehr dünnem, z. B. Stahlblech, d. h. mit sehr geringem Materialeinsatz, hergestellt werden können. Gemäß den Schnittzeichnungen Fig. A bis Fig. F sind das Basisteil 40 und das Deckelement 42 konstruktiv so ausgebildet, daß sie in einfacher Weise lagestabil mit jeweils den offenen Seiten zueinander zeigend ineinandergesteckt und ggf. verpreßt werden können. Neben der in der Zeichnung dargestellten Kanalausbildung lassen sich auch problemlos größere Kanalquerschnitte durch Variation der Höhe der Umbördelung 41 des Basisteils 40 und/oder der Umkantung des Deckelements 42 erzielen. Zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches sind im Basisteil 40 und ggf. im Deckelement 42 Bohrungen 13, 45, 46 vorgesehen (siehe insbesondere Fig. 4A, in welcher eine Schraubverbindung 47 angedeutet ist).In order to form a secondary air and / or exhaust gas recirculation channel, a shell-shaped cover element 42 is inserted into the base part 40 in such a way that the upturned areas of the cover element 42 on the circumferential flange 41 of the base part 40 with the exception of a section in the area of the two outer receiving openings 2 for exhaust ports 43 (only indicated in Fig. 4A). In order to replace the flanging which is missing at the end points in the area of the two outer receiving openings 2 for exhaust pipe 43 for the cover element 42 ending there, web elements 44 are provided (see FIG. 4) which take over this task. In order to obtain a tight duct system, the cover element is soldered to the base part along the edge of the cover element. This shell construction results in a very high rigidity of the exhaust manifold flange, so that advantageously the individual shells (base part 40 and cover element 42 ) made of very thin, e.g. B. sheet steel, ie can be produced with very little material. According to the sectional drawings Fig. A to Fig. F, the base part 40 and the cover member 42 are formed and constructed so that they can be pressed in a stable position in a simple manner, each with the open sides pointing to each other and inserted into each other if necessary. In addition to the channel design shown in the drawing, larger channel cross-sections can also be achieved without problems by varying the height of the flange 41 of the base part 40 and / or the edge of the cover element 42 . To fasten the exhaust manifold flange, bores 13 , 45 , 46 are provided in the base part 40 and possibly in the cover element 42 (see in particular FIG. 4A, in which a screw connection 47 is indicated).
Um zu verhindern, daß an den Stellen, an welchen der Abgaskrümmerflansch zusammen mit dem Basisteil 40 und dem Deckelement 42 verschraubt wird, sich das Deckelement 42 in unerwünschter Weise verformt, sind diese Stellen durch Hülsen- bzw. Abstützelemente 48 unterlegt bzw. abgestützt.In order to prevent the cover element 42 from being deformed in an undesired manner at the points at which the exhaust manifold flange is screwed together with the base part 40 and the cover element 42 , these points are underlaid or supported by sleeve or support elements 48 .
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen entfallen jedenfalls die im Stand der Technik eingangs aufgeführten Arbeitsschritte 1-3. Durch den geringen Materialeinsatz werden Ressourcen geschont und durch die Gewichtseinsparung von über 50% im Vergleich zu herkömmlichen Ausführungsformen kann eine Kraftstoffeinsparung bei Kraftfahrzeugen erzielt werden. Das wiederum führt zu einer Umweltschonung. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen tritt überdies keine Wechselwirkung von Lotschmelze und Schweißverbindungen bzw. keine problematische Lotdiffusion auf. Insgesamt sind die Fertigungskosten auch durch einen wesentlich geringeren Lotmengeneinsatz stark vermindert. In the exemplary embodiments according to the invention are omitted at least those listed in the prior art Steps 1-3. Due to the low use of materials resources are conserved and by saving weight of over 50% compared to conventional embodiments can achieve fuel savings in motor vehicles become. This in turn leads to environmental protection. Both Embodiments according to the invention also do not occur Interaction of solder melt and welded connections or no problematic solder diffusion. Overall, they are Manufacturing costs also by a much lower Use of solder quantity greatly reduced.
11
Basisteil
Base part
22nd
Aufnahmeöffnung
Receiving opening
33rd
Zwischenblech
Intermediate plate
44th
Aussparung
Recess
55
Deckblech
Cover plate
66
Schraubenverbindung
Screw connection
77
Bohrung
drilling
88th
Bohrung
drilling
99
Öffnung
opening
1010th
Zuführungsstutzen
Feed connector
1111
Umbördelung
Flanging
1212th
Umbördelung
Flanging
1313
Bohrung
drilling
1414
Abgasstutzen
Exhaust pipe
2020th
Basisteil
Base part
2121
Aufnahmeöffnung
Receiving opening
2222
Deckelement
Cover element
2323
Öffnung
opening
2424th
Bohrung
drilling
2525th
Bohrung
drilling
2626
Bohrung
drilling
2727
Hülse
Sleeve
2828
Kragen
collar
2929
Schrauben
Screws
3030th
Schraubenkopf
Screw head
3131
Aufladefläche
Loading area
3232
Abgasstutzen
Exhaust pipe
3333
Umbördelung
Flanging
4040
Basisteil
Base part
4141
Umbördelung
Flanging
4242
Deckelement
Cover element
4343
Abgasstutzen
Exhaust pipe
4444
Stegelemente
Web elements
4545
Bohrung
drilling
4646
Bohrung
drilling
4747
Schraubverbindung
Screw connection
4848
Hülsenelement
Sleeve element
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- 1998-06-19 DE DE19827276A patent/DE19827276A1/en not_active Withdrawn
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