DE19917604C5

DE19917604C5 - Wärmeisolierter Abgaskrümmer

Info

Publication number: DE19917604C5
Application number: DE19917604A
Authority: DE
Inventors: Seiji Wako Kato; Koichi Wako Fujimori; Kazuo Wako Ishii; Takashi Wako Komatsuda; Hiroshi Wako Hashimoto; Tatsumi Wako Yamada; Kazuhiro Hamamatsu Furuhashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Yutaka Giken Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Yutaka Giken Co Ltd
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: DE19917604B4; US6155046A; DE19917604A1

Abstract

Wärmeisolierter Abgaskrümmer (M) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen oberen Flansch (7), eine Mehrzahl von Abgaseinzelrohren (5), deren stromaufwärtige Enden mit dem oberen Flansch (7) gekoppelt sind, zumindest ein Abgassammelrohr (6), das mit den stromabwärtigen Enden der Abgaseinzelrohre (5) gekoppelt ist, sowie einen unteren Flansch (8), der mit dem stromabwärtigen Ende des Abgassammelrohrs (6) gekoppelt ist,
wobei die Abgaseinzelrohre (5) und das zumindest eine Abgassammelrohr (6) doppelwandig ausgeführt sind,
wobei die Abgaseinzelrohre (5) jeweils eine äußere Einzelrohrschale (11) und eine dann angeordnete innere Einzelrohrschale (10) aufweisen,
wobei die stromaufwärtigen Enden der inneren und äußeren Einzelrohrschalen (10, 11) miteinander und mit dem oberen Flansch (7) fest verbunden sind,
wobei das Abgassammelrohr (6) eine innere Sammelrohrschale (15), die mit der Mehrzahl innerer Einzelrohrschalen (10) in Verbindung steht, sowie eine die innere Sammelrohrschale (15) abdeckende äußere Sammelrohrschale (16), die mit der Mehrzahl der äußeren Einzelrohrschalen (11) fest verbunden ist, umfasst...

Description

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er z. B. DE 196 28 798 A1 bekannt ist. Dort sind die jeweiligen Enden der Innenrohrabschnitte zusammengesteckt, und das Außenende erstreckt sich durchgehend zwischen den oberen und unteren Flanschen, mit denen die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden der Innen- und Außenrohre gemeinsam verschweißt sind.
Die DE 197 02 367 A1 zeigt einen wärmeisolierten Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen oberen Flansch, eine Mehrzahl von doppelwandigen Abgaseinzelrohren, deren stromaufwärtige Enden mit dem oberen Flansch gekoppelt sind, ein einwandiges Abgassammelrohr, das mit den stromabwärtigen Enden der Abgaseinzelrohre gekoppelt ist, sowie einen unteren Flansch, der mit dem stromabwärtigen Ende des Abgassammelrohrs gekoppelt ist, wobei die Abgaseinzelrohre jeweils eine äußere Einzelrohrschale und eine dann angeordnete innere Einzelrohrschale aufweisen,
wobei die stromaufwärtigen Enden der inneren und äußeren Einzelrohrschalen miteinander und mit dem oberen Flansch fest verbunden sind,
wobei die inneren Einzelrohrschalen mit ihren stromabwärtigen Enden an jeweiligen Innenumfangsflächen der äußeren Einzelrohrschalen verschiebbar gehalten sind.
Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-280046 ist ein wärmeisolierter Abgaskrümmer bekannt, umfassend einen oberen Flansch, eine Mehrzahl einzelner Abgasrohre, deren stromaufwärtige Enden mit dem oberen Flansch gekoppelt sind, ein Abgassammelrohr, das mit den stromabwärtigen Enden der Abgaseinzelrohre gekoppelt ist und mit den Abgaseinzelrohren in Verbindung steht, ein gemeinsames Außenrohr, das die mehreren Abgaseinzelrohre und das Abgassammelrohr abdeckt und dessen stromaufwärtiges Ende mit dem oberen Flansch gekoppelt ist und dessen unterer Flansch mit dem stromabwärtigen Ende des Außenrohrs gekoppelt ist. Das stromabwärtige Ende des Abgassammelrohrs ist verschiebbar an einer Innenumfangsfläche des Außenrohrs geführt. Die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den Abgaseinzelrohren sowie zwischen dem Abgassammelrohr und dem Außenrohr wird durch die Verschiebebewegung zwischen dem Abgassammelrohr und dem Außenrohr aufgenommen, so dass eine thermische Verspannung in jedem dieser Abschnitte weitestgehend verhindert wird.
Bei dem bekannten Abgaskrümmer sind jedoch die mehreren Abgaseinzelrohre integral mit dem Abgassammelrohr verbunden. Aus diesem Grund konzentriert sich die thermische Ausdehnung jedes der Abgaseinzelrohre in dem Verschiebeabschnitt des Abgassammelrohrs und des Außenrohrs, und in den Verschiebeabschnitten muss ein großer Verschiebeweg gewährleistet sein. Wenn jedoch der Verschiebeweg zunimmt, besteht die Möglichkeit, dass im Verlauf des Verschiebens zwischen den Verschiebeabschnitten eine Schrägstellung oder ein Verkanten auftritt und im Ergebnis thermische Spannungen entstehen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen wärmeisolierten Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen der inneren und der äußeren Doppelwand mit einem relativ geringen Verschiebeweg aufgenommen werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßer wärmeisolierter Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen angegeben.
Hierdurch kann die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen durch die relative Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen aufgenommen werden, und eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen kann durch die relative Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen aufgenommen werden. Indem man die Verschiebeabschnitte zur Aufnahme der unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Doppelwänden separat am stromabwärtigen Ende jedes Abgaseinzelrohrs und dem stromabwärtigen Ende jedes der Abgassammelrohre in dem wärmeisolierten Abgaskrümmer vorsieht, kann der Verschiebeweg an jedem der Verschiebeabschnitte verkürzt werden, so dass während der Verschiebebewegung eine Schrägstellung oder ein Verkanten zwischen den Verschiebeabschnitten nicht auftritt oder minimal ist. Somit lässt sich in jedem der Abschnitte des Abgaskrümmers verhindern, dass thermische Ver spannungen entstehen, so dass der Abgaskrümmer haltbarer wird.
Bevorzugt weist die innere Einzelrohrschale an ihrem stromabwärtigen Ende einen Vorsprung auf, der von einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes vorsteht und die Innenumfangsfläche der entsprechenden äußeren Einzelrohrschale verschiebbar berührt.
Hierdurch kann das stromabwärtige Ende der inneren Einzelrohrschale die äußere Einzelrohrschale verschiebbar berühren, während zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen ohne Verwendung eines besonderen Elements ein wärmeisolierter Raum verbleibt, in dem man lediglich den Vorsprung von der Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale vorstehen lässt.
Bevorzugt ist der Vorsprung als Ringwulst mit vergrößertem Durchmesser ausgeführt, der von der Außenumfangsfläche der inneren Einzelrohrschale vorsteht, um den Durchmesser der inneren Einzelrohrschale zu vergrößern.
Durch den von der Außenumfangsfläche vorstehenden Ringwulst kann die Stabilität des stromabwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale wirkungsvoll erhöht werden. Darüber hinaus berührt der Wulst verschiebbar die Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale. Auch wenn in dem durch die innere Einzelrohrschale hindurchtretenden Abgas Druckstöße auftreten, läßt sich verhindern, daß durch Vibration der Kontaktabschnitt klappert, und läßt die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen durch die Verschiebebewegung des Ringwulsts relativ zur Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale aufnehmen, wodurch in jedem der verschiedenen Abschnitte der inneren und äußeren Einzelrohrschalen eine thermische Verspannung verhindert wird. Somit läßt sich die Wanddicke der inneren Einzelrohrschale reduzieren und hierdurch wiederum die Wärmekapazität der inneren Einzelrohrschale reduzieren, so daß ein Temperaturabfall des Abgases vermieden wird und ferner das Gewicht des Abgaskrümmers geringer wird.
In einer Ausführung weist die äußeren Einzelrohrschale an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest einen ersten Vorsprung auf, wobei der zumindest eine erste Vorsprung von einer Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes vorsteht, um die Außenumfangsfläche der entsprechenden inneren Einzelrohrschale zu berühren, um eine Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen zu gestatten.
Hierdurch kann das stromabwärtige Ende der inneren Einzelrohrschale die äußere Einzelrohrschale verschiebbar berühren, während ein wärmeisolierender Raum zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen ohne die Verwendung eines besonderen Elements verbleibt, indem lediglich der zumindest eine erste Vorsprung an der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der äußeren Einzelrohrschale vorsteht.
Bevorzugt sind zumindest drei erste Vorsprünge vorgesehen, wobei die zumindest drei ersten Vorsprünge nacheinander mit im wesentlichen gleichen Umfangsabschnitten um die äußere Einzelrohrschale herum angeordnet sind.
Hierdurch ergeben sich Zwischenräume zwischen den ersten Vorsprüngen, und daher kann eine unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen in diesen Räumen aufgenommen werden.
Bevorzugt sind die zumindest drei ersten Vorsprünge in der axialen Richtung der äußeren Einzelrohrschale voneinander versetzt.
Hierdurch existiert kein weiterer Vorsprung am Umfang der die ersten Vorsprünge enthaltenden äußeren Einzelrohrschale. Auch wenn daher auf die Umfangswand der inneren Einzelrohrschale durch die jeweiligen ersten Vorsprünge während deren Formung Druck ausgeübt wird, kann die Innenrohrschale in der Druckrichtung ohne Einschränkung durch den anderen ersten Vorsprung ausweichen, wodurch vermieden wird, daß die Umfangswand der inneren Einzelrohrschale durch diese ersten Vorsprünge eingedrückt wird. Daher läßt sich eine übermäßige Widerstandszunahme der Verschiebebewegung der inneren Einzelrohrschale relativ zu den ersten Vorsprüngen der äußeren Einzelrohrschale vermeiden, um hierdurch die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen glattgängig aufzunehmen.
Bevorzugt weist die äußere Einzelrohrschale einen zweiten Vorsprung auf, der an einer gebogenen Außenumfangswand in einem gebogenen Zwischenabschnitt derselben ausgebildet ist, wobei der zweite Vorsprung von einer Innenoberfläche der äußeren Umfangswand vorsteht, um eine gebogene Außenumfangsfläche eines gebogenen Zwischenabschnitts der entsprechenden inneren Einzelrohrschale zu berühren, um eine Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen zu gestatten.
Hierdurch kann die innere Einzelrohrschale relativ zu dem zweiten Vorsprung der äußeren Einzelrohrschale durch unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen jenen Abschnitten der inneren und äußeren Einzelrohrschalen verschoben werden, die sich stromauf der gebogenen Mittelabschnitte befinden, wodurch zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen ein definierter Wärmeisolationsraum verbleibt.
Bevorzugt ist das stromabwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale verschiebbar an der inneren Umfangsfläche der äußeren Sammelrohrschale verschiebbar geführt, wobei zwischen diesen ein Netzelement angeordnet ist.
Hierdurch kann die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen durch die relative Verschiebebewegung der inneren und äußeren Sammelrohrschalen von dem Netzelement aufgenommen werden, und die umfangsmäßig unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den einen relativ großen Durchmesser aufweisenden stromabwärtigen Enden der inneren und äußeren Sammelrohrschalen kann durch die Kompressionsverformung des Netzelements aufgenommen werden. Ferner ist das Netzelement in der Lage, Vibrationen des freien Endes, d. h. des stromabwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale zu dämpfen, um hierdurch Vibrationslärm zu vermeiden.
Bevorzugt ist das Netzelement mit einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der inneren Sammelrohrschale verbunden.
Hierdurch kann das Netzelement zuverlässig an einem vorbestimmten Ort zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen gehalten werden.
Bevorzugt ist das ringförmige Netzelement verschiebbar in einer ringförmigen Vertiefung angebracht, die in der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der äußeren Sammelrohrschale ausgebildet ist, wobei das Netzelement eine Außenumfangsfläche der inneren Sammelrohrschale verschiebbar berührt.
Hierdurch kann die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen durch die relative Verschiebebewegung zwischen der inneren Einzelrohrschale und dem Netzelement und die relative Verschiebebewegung zwischen der äußeren Einzelrohrschale und dem Netzelement aufgenommen werden. Auch wenn durch Festsetzen von Fremdstoffen eine Verschiebebewegung eines der Verschiebabschnitte verhindert wird, kann die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung durch den anderen Verschiebeabschnitt unbehindert aufgenommen werden, so daß die Haltbarkeit des Abgaskrümmers verbessert ist. Wenn beide Verschiebeabschnitte normal arbeiten, wird die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen von beiden Verschiebeabschnitten gemeinsam aufgenommen. Daher wird der Betrag der Verschiebebewegung der Verschiebeabschnitte, im Vergleich zu nur einem Verschiebabschnitt, auf die Hälfte reduziert. Dies trägt dazu bei, die Haltbarkeit des Netzelements zu verbessern.
Bevorzugt umfaßt die innere Einzelrohrschale ein Paar von inneren Sammelrohrschalenhälften, die an ihren entgegengesetzten Enden miteinander verbunden sind, und das Netzelement umfaßt ein Paar bogenförmiger Netzelementteile, die ringförmig außer Kontakt mit den verbundenen Enden der inneren Sammelrohrschalenhälften angeordnet sind.
Hierdurch kann das Netzelement leicht zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen angeordnet werden, während eine Störung mit den verbundenen Enden der inneren Sammelrohrschalenhälften vermieden wird, was eine glattgängige relative Verschiebebewegung der inneren und äuße ren Sammelrohrschalen gestattet.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Brennkraftmaschine mit einem wärmeisolierten Abgaskrümmer nach einer ersten Ausführung;
2 eine Perspektivansicht des Abgaskrümmers;
3 eine Vorderansicht des Abgaskrümmers, wobei ein Teil vertikal aufgeschnitten ist;
4 eine vergrößerte Ansicht eines in 3 mit 4 bezeichneten Teils;
5 eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 in 1;
6 eine Schnittansicht entlang Linie 6-6 in 5;
7 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung;
8 eine vertikale Schnittansicht eines Abgaskrümmers nach einer dritten Ausführung;
9 eine Perspektivansicht eines wärmeisolierten Abgaskrümmers nach einer vierten Ausführung;
10 eine Vorderansicht des Abgaskrümmers von 9, wobei ein Teil vertikal aufgeschnitten ist;
11 eine Schnittansicht entlang Linie 11-11 in 10;
12 eine Schnittansicht entlang Linie 12-12 in 11;
13 eine vergrößerte Ansicht eines in 10 mit 13 bezeichneten Teils;
14 eine Schnittansicht entlang Linie 14-14 in 13;
15 eine Schnittansicht ähnlich 5, jedoch nach einer fünften Ausführung; und
16 eine Schnittansicht entlang Linie 16-16 in 15.
Eine erste Ausführung wird nun anhand der 1 bis 6 beschrieben.
Zu 1. In eine Vorderfläche eines Zylinderkopfs 1 einer Vierzylindermaschine E öffnen sich entsprechend den Zylindern vier Abgaskanäle 2₁ , 2₂ , 2₃ und 2₄ . Abgas aus den Abgaskanälen 2₁ , 2₂ , 2₃ und 2₄ wird einem wärmeisolierten Abgaskrümmer M zugeführt, der durch eine Mehrzahl von Stehbolzen 3 und Muttern 4 an dem Zylinderkopf 1 angebracht ist.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, umfaßt der Abgaskrümmer M vier Abgaseinzelrohre 5₁ , 5₂ , 5₃ und 5₄ , die einzeln mit den vier Abgaskanälen 2₁ , 2₂ , 2₃ und 2₄ in Verbindung stehen und die in 3 von links her als erstes, zweites, drittes und viertes Abgaseinzelrohr bezeichnet werden.
Ein oberer Flansch 7 ist mit den stromaufwärtigen Enden der ersten bis vierten Abgaseinzelrohre 5₁ bis 5₄ verbunden. Ein erstes Abgassammelrohr 6₁ ist mit den stromabwärtigen Enden der zweiten und dritten Abgaseinzelrohre 5₂ und 5₃ verbunden, und ein zweites Abgassammelrohr 6₂ ist mit den stromabwärtigen Enden der ersten und vierten Abgaseinzelrohre 5₁ und 5₄ verbunden. Ein unterer Flansch 8 ist mit den stromabwärtigen Enden der ersten und zweiten Abgassammelrohre 6₁ und 6₂ verbunden. Der obere Flansch 7 ist durch die Stehbolzen 3 und die Muttern 4 an dem Zylinderkopf 1 befestigt, und mit dem unteren Flansch 8 verbunden ist ein einfaches Abgaszwischenrohr 21, das mit einem unter dem Fahrzeugboden angeordneten gemeinsamen Katalysator verbunden ist (Abgasemissions-Steuervorrichtung; nicht gezeigt). Anzumerken ist, daß der Katalysator auch direkt mit dem unteren Flansch 8 verbunden sein kann.
Jedes der Abgaseinzelrohre 5₁ bis 5₄ umfaßt eine innere Einzelrohrschale 10 und eine äußere Einzelrohrschale 11, die doppelwandig angeordnet sind, wobei sich zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 ein zylindrischer Wärmeisolationsraum 12 befindet. Die innere Einzelrohrschale 10 ist aus einem dünnen rostfreien Stahlrohr gefertigt, und die äußere Einzelrohrschale 11 ist ebenfalls aus einem rostfreien Stahlrohr gefertigt, jedoch dicker als die innere Einzelrohrschale 10.
Das stromaufwärtige Ende der äußeren Einzelrohrschale 11 ist im Durchmesser reduziert und sitzt auf einer Außenumfangsfläche des stromaufwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale 10. Die stromaufwärtigen Enden der inneren und äußeren Rohrschalen sind in Durchgangsbohrungen 13₁ und 13₄ eingesetzt, die in dem oberen Flansch 7 vorgesehen und mit den entsprechenden Abgaskanälen 2₁ bis 2₄ verbunden sind, und sie sind an die Innenumfangsflächen der Durchgangsbohrungen 13₁ bis 13₄ angeschweißt (siehe 1).
Ein im Querschnitt bogenförmiger, ringförmiger Vorsprung 14, d. h. ein Ringwulst 14, ist an dem stromabwärtigen Ende der inneren Einzelrohrschale 10 ausgebildet und steht von der Außenumfangsfläche gewölbt vor, indem der Durchmesser vom Innenumfang her vergrößert ist. Dieser Ringwulst 14 berührt verschiebbar die Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale 11. Das stromabwärtige Ende der inneren Einzelrohrschale 10 berührt somit verschiebbar die äußere Einzelrohrschale 11.
Jedes der Abgasrohrsammelrohre 6₁ und 6₂ umfaßt eine innere Sammelrohrschale 15 und eine äußere Sammelrohrschale 16, die doppelwandig angeordnet sind, wobei sich wiederum zwischen den Innen- und Außenrohrschalen 15 und 16 ein Wärmeisolationsraum 17 befindet. Die innere Sammelrohrschale 15 ist gebildet durch Überlappen gegenüberstehender Enden eines Paars innerer Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b aus rostfreiem Stahlblech und durch Aufeinanderschweißen der gesamten überlappenden Abschnitte. Hierdurch erhält man an dem stromaufwärtigen Ende der inneren Sammelrohrschale 15 innere Gabelrohrabschnitte 18, 18, und die stromabwärtigen Enden der entsprechenden äußeren Einzelrohrschalen 11, 11 sind in die inneren Gabelrohrabschnitte 18, 18 eingesetzt.
Die äußere Sammelrohrschale 16 ist ebenfalls gebildet durch Überlappen gegenüberstehender Enden eines Paars äußerer Sammelrohrschalenhälften 16a und 16b aus rostfreiem Stahlblech und Aufeinanderschweißen der gesamten überlappenden Abschnitte. Die äußere Sammelrohrschale 16 ist dicker als die innere Sammelrohrschale 15. An den stromaufwärtigen Enden der äußeren Sammelrohrschale sind äußere Gabelrohrabschnitte 19, 19 ausgebildet, um die jeweiligen inneren Gabelrohrabschnitte 18, 18 abzudecken. Die Außenenden der äußeren Gabelrohrabschnitte 19, 19 sind im Durchmesser reduziert und sitzen auf den Außenumfangsflächen der inneren Gabelrohrabschnitte 18, 18, und diese Sitzabschnitte sind an den Außenumfangsflächen der stromabwärtigen Enden der entsprechenden äußeren Einzelrohrschalen 11, 11 angeschweißt.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist der untere Flansch 8 an dem stromabwärtigen Ende der äußeren Sammelrohrschale 16 angeschweißt. Ein ringförmiges Netzelement 20, das aus gewirktem oder gestricktem rostfreiem Draht gefertigt ist, ist an der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der äußeren Sammelrohrschale 16 angeschweißt, und das stromabwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale 15 sitzt verschiebbar auf der Innenumfangsfläche des Netzelements 20. Auf diese Weise ist das strom abwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale 15 an der äußeren Sammelrohrschale 16 mit dem dazwischen angeordneten Netzelement 20 verschiebbar geführt. Das Netzelement 20 umfaßt ein Paar bogenförmiger Netzelementstücke 20a und 20b, welche ringförmig angeordnet sind. Die Schweißzone 24 der inneren Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b und die Schweißzone 25 der äußeren Sammelrohrschalenhälften 16a und 16b sind zwischen den Netzelementstücken 20a und 20b angeordnet.
Nachfolgend wird der Betrieb der ersten Ausführung beschrieben.
Wenn die Maschine E läuft, strömt Abgas aus den vier Abgaskanälen 2₁ , 2₂ , 2₃ und 2₄ nacheinander in das erste Abgaseinzelrohr 5₁ , das zweite Abgaseinzelrohr 5₂ , das vierte Abgaseinzelrohr 5₄ und das dritte Abgaseinzelrohr 5₃ . Das durch die ersten und vierten Abgaseinzelrohre 5₁ und 5₄ strömende Abgas wird in dem ersten Abgassammelrohr 6₁ vereinigt, und das durch die zweiten und dritten Abgaseinzelrohre 5₂ und 5₃ strömende Abgas wird in dem zweiten Abgassammelrohr 6₂ vereinigt. Danach werden die Abgasströme in dem einfachen Abgaszwischenrohr 21 vereinigt und werden dem gemeinsamen Katalysator (nicht gezeigt) zugeführt, wo das Abgas gereinigt wird.
Jedes der Abgaseinzelrohre 5₁ bis 5₄ umfaßt die doppelwandig angeordneten inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11. Die innere Einzelrohrschale 10 hat eine geringere Wanddicke, und zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 befindet sich der Wärmeisolationsraum 12. Jedes der Abgassammelrohre 6₁ und 6₂ umfaßt in ähnlicher Weise die inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 in doppelwandiger Anordnung. Die innere Abgasrohrsammelschale 15 hat eine geringere Wanddicke, und zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 befindet sich der Wärmeisolationsraum 17. Daher werden die inneren Einzelrohrschalen 10 und die innere Sammelrohrschale 15, die jeweils eine geringere Wärmekapazität besitzen, durch das mit hoher Temperatur hindurchströmende Abgas erwärmt, so daß deren Temperatur schnell ansteigt. Diese Temperatur wird durch die Wärmeisolationsräume 12 und 17 gehalten. Daher wird ein Temperaturabfall des ausströmenden Abgasstroms vermieden, und das Abgas kann mit hoher Temperatur dem Katalysator zugeführt werden, so daß die Aktivierung des Katalysators begünstigt wird, um die Reinigungswirkung des Abgases zu verbessern.
Hierbei ist die axiale thermische Ausdehnung der inneren Einzelrohrschale 10 größer als die der äußeren Einzelrohrschale 11. Hierbei verschiebt sich die Ringwulst 14 auf der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale 10 relativ zu der Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale 11, welche den Ringwulst 14 berührt, wodurch die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 aufgenommen wird.
Die axiale thermische Ausdehnung der Abgassammelrohre 6₁ und 6₂ der inneren Sammelrohrschale 15 ist ebenfalls größer als jene der äußeren Sammelrohrschale 16. Hierbei verschiebt sich das stromabwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale 15 relativ zu dem ringförmigen Netzelement 20, das auf der äußeren Sammelrohrschale 16 aufliegt, wodurch die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 aufgenommen wird. Jedes der stromabwärtigen Enden der inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 hat einen relativ großen Durchmesser, und daher kann die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 nicht vernachlässigt werden, wird jedoch durch die Kompressionsverformung des Netzelements 20 aufgenommen. Ferner ist das Netzelement 20 in der Lage, eine Vibration des freien Endes, d. h. des stromabwärtigen Endes der inneren Einzelrohrschale 10 zu dämpfen, wodurch vibrationsbedingter Lärm vermieden wird.
Durch das Vorsehen der Verschiebeabschnitte zur Aufnahme der unter schiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Doppelwänden, und zwar separat am stromabwärtigen Ende jedes Abgaseinzelrohrs 5₁ bis 5₄ und am stromabwärtigen Ende jedes der Abgassammelrohre 6₁ und 6₂ in dem wärmeisolierten Abgaskrümmer M, kann der Verschiebeweg an jedem der Verschiebeabschnitte verkürzt werden, so daß während der Verschiebebewegung der Verschiebeabschnitte keine oder nur eine minimale Schrägstellung der Verschiebeabschnitte auftritt. Somit läßt sich das Entstehen einer thermischen Verspannung in jedem der Abschnitte des Abgaskrümmers M wirkungsvoll vermeiden, wodurch die Haltbarkeit des Abgaskrümmers M verbessert wird.
Ferner sind die Schweißzone 24 der inneren Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b und die Schweißzone 25 der äußeren Sammelrohrschalenhälften 16a und 16b zwischen dem Paar bogenförmiger Netzelementstücke 20a und 20b angeordnet, welches das Netzelement 20 bilden. Daher kann das Netzelement 20 leicht zwischen den inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 angeordnet werden, wobei eine Störung der verschweißten Enden der inneren Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b mit den verschweißten Enden der äußeren Sammelrohrschalenhälften 16a und 16b vermieden wird, so daß eine glatte Verschiebebewegung der inneren und äußeren Sammelrohrschalen 15 und 16 gewährleistet ist.
Eine zweite Ausführung ist in 7 gezeigt. Dort ist die Querschnittsform des Ringwulsts 14, der an einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes jedes der inneren Einzelrohrschalen 10 ausgebildet ist, trapezförmig. Die anderen Teile ähneln jenen der vorherigen Ausführung, und daher sind in 7 jene Teile und Komponenten, die denen der vorherigen Ausführung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung ist weggelassen.
Eine dritte Ausführung des wärmeisolierten Abgaskrümmers M ist in 8 gezeigt. Ein einzelnes gemeinsames Abgassammelrohr 6 ist mit vier Abgas einzelrohren 5₁ , 5₂ , 5₃ und 5₄ verbunden, und die Wärmeisolationsstruktur und die Struktur zur Aufnahme der thermischen Ausdehnung ist im wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführung. In 8 sind jene Teile und Komponenten, die denen der vorherigen Ausführung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung ist weggelassen.
Eine vierte Ausführung wird nun anhand der 9 bis 14 beschrieben.
Zumindest drei (in der dargestellten Ausführung drei) Vorsprünge 114 sind am stromabwärtigen Ende jedes der äußeren Abgasschalen 11 ausgebildet, so daß sie mit angenähert gleichmäßigen Umfangsabschnitten von der Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale 11 vorstehen, indem von einer Seite einer Außenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale 11 Druck ausgeübt wird. In diesem Fall sind die Vorsprünge 114 in der axialen Richtung der äußeren Einzelrohrschale 11 voneinander versetzt. Daher ist kein weiterer Vorsprung am Umfang der äußeren Einzelrohrschale 11, der die Vorsprünge 114 aufweist, vorhanden. Das stromabwärtige Ende der inneren Einzelrohrschale 10 berührt verschiebbar die Vorsprünge 114.
In einem gebogenen Zwischenabschnitt jedes der Abgaseinzelrohre 5₁ bis 5₄ ist ein Vorsprung 22 an der gebogenen Außenumfangswand der äußeren Einzelrohrschale 11 ausgebildet und ist durch Druck auf den Außenumfang der äußeren Einzelrohrschale 11 an einer Innenumfangsfläche der äußeren Einzelrohrschale 11 vorgewölbt, wodurch die gebogene Außenumfangswand der inneren Einzelrohrschale 10 durch den Vorsprung 22 verschiebbar geführt ist.
Andere Teile gleichen der ersten Ausführung, und daher sind in den 9 bis 14 jene Teile und Komponenten, die denen der ersten Ausführung entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung ist weggelassen.
Wenn bei laufender Maschine E durch die Wärmeeinwirkung des durch die Innenseite der Abgaseinzelrohre 5₁ , 5₂ , 5₃ , 5₄ strömenden Abgases in den jeweiligen Abgaseinzelrohren die axiale thermische Ausdehnung der inneren Einzelrohrschale 10 größer ist als jene der äußeren Einzelrohrschale 11, verschiebt sich das stromabwärtige Ende der inneren Einzelrohrschale 10 mit dieser Dehnung relativ zu den drei Vorsprüngen, die mit gleichmäßigen Umfangsabständen am stromabwärtigen Ende der äußeren Einzelrohrschale 11 angeordnet sind, so daß die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 aufgenommen wird und gleichzeitig zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 durch die Vorsprünge 114 ein Wärmeisolationsraum 12 verbleibt.
Da zwischen den drei Vorsprüngen 114 Abstände liegen, wird die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 durch Verlagerung in die Räume hinein aufgenommen.
Ferner sind die drei Vorsprünge 114 in der axialen Richtung der äußeren Einzelrohrschale 11 voneinander versetzt angeordnet, und es ist kein weiterer Vorsprung 114 am die Vorsprünge 114 aufweisenden Umfang der äußeren Einzelrohrschale 11 vorhanden. Auch wenn auf die Umfangswand der inneren Einzelrohrschale 10 durch die jeweiligen Vorsprünge 114 während der Formung dieser Vorsprünge 114 Druck ausgeübt wird, kann sich die innere Einzelrohrschale 10 ohne Behinderung durch den anderen Vorsprung 114 in der Druckrichtung bewegen, wodurch vermieden wird, daß die Umfangswand der inneren Einzelrohrschale 10 durch die Vorsprünge 114 eingebeult wird. Daher läßt sich ein unnötiger Widerstand gegen die Verschiebebewegung der inneren Einzelrohrschale 10 relativ zu den Vorsprüngen 114 der äußeren Einzelrohrschale 11 vermeiden, um hier die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 glattgängig aufzunehmen.
Eine fünfte Ausführung wird nun anhand der 15 und 16 beschrieben.
Eine ringförmige Vertiefung 23 ist in der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der äußeren Sammelrohrschale 16 ausgebildet. Ein Paar bogenförmiger Netzelementstücke 20a und 20b, welche ein ringförmiges Netzelement 20 bilden, sind verschiebbar in der ringförmigen Vertiefung 23 angebracht, und das stromabwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale 15 ist verschiebbar in die Innenumfangsflächen der Netzelementstücke 20a und 20b eingesetzt. Auch in diesem Fall sind eine Schweißzone 24 der inneren Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b, die eine innere Sammelrohrschale 15 bilden, sowie eine Schweißzone 25 der äußeren Sammelrohrschalenhälften 16a und 16b zwischen den Netzelementhälften 20a und 20b angeordnet.
Die anderen Teile gleichen der ersten Ausführung, und daher sind in den 15 und 16 jene Abschnitte und Komponenten, die denen der ersten Ausführung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung ist weggelassen.
Beide Innen- und Außenumfangsflächen des ringförmigen Netzelements 20 dienen als Verschiebeflächen. Wenn daher die axiale thermische Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 unterschiedlich ist, verschieben sich die innere Einzelrohrschale 10 und das Netzelement 20 sowie die äußere Einzelrohrschale 11 und das Netzelement 20 relativ zueinander, wodurch die unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung aufgenommen werden kann. Auch wenn sich eine der Innen- und Außenumfangsflächen des Netzelements 20 durch festsitzende Fremdstoffe oder dergleichen nicht verschieben kann, kann die Aufnahme der unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung ohne Behinderung erfolgen, indem sich die anderen Innen- und Außenumfangsflächen verschieben, um hierdurch die Haltbarkeit des Abgaskrümmers M zu verbessern. Wenn sich beide Innen- und Außenumfangsflächen des Netzelements 20 unbehindert verschieben, wird die Aufnahme der unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen 10 und 11 und den Innen- und Außenumfangsflächen des Netzelements 20 anteilig aufgenommen. Daher wird der Verschiebeweg jedes der Verschiebeabschnitte auf die Hälfte reduziert, im Vergleich zur herkömmlichen Struktur, bei der nur ein Verschiebeabschnitt vorgesehen ist, um hierdurch die Haltbarkeit des Netzelements 20 zu verbessern. Eine übermäßige Bewegung des Netzelements 20 ist durch die Endfläche einer ringförmigen Vertiefung 23 der äußeren Einzelrohrschale 11 begrenzt.
Das Netzelement 20 kann leicht an der äußeren Sammelrohrschale 16 angebracht werden, indem man nacheinander ein Paar von Netzelementhälften 20a und 20b, welche das Netzelement 20 bilden, einsetzt. Darüber hinaus ist die Schweißzone 24, die von den inneren Sammelrohrschalenhälften 15a und 15b nach außen vorsteht, zwischen beiden Netzelementstücken 20a und 20b angeordnet, und daher kann eine Störung der Schweißzone 24 mit dem Netzelement 20 vermieden werden, und eine unnötige Drehung der jeweiligen Netzelementstücke 20a und 20b kann unterbunden werden.
Die Anzahl und Form der Abgaseinzelrohre und der Abgassammelrohre ist in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder der Maschine und der Form der Maschine frei wählbar. Jeder der Wärmeisolationsräume 12 und 17 kann mit Wärmeisolationsmaterial gefüllt sein.
Der erfindungsgemäße Abgaskrümmer umfaßt somit eine Mehrzahl innerer Einzelrohrschalen 10, die an einem oberen Flansch 7 befestigt sind, sowie eine Mehrzahl äußerer Einzelrohrschalen 11, die an dem oberen Flansch 7 befestigt sind und die inneren Einzelrohrschalen 10 einzeln überdecken. Ein stromabwärtiges Ende der jeweiligen äußeren Einzelrohrschalen 10 berührt verschiebbar einen Ringwulst 14, der von einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der jeweiligen inneren Einzelrohrschalen 11 vor steht. Oder ein stromabwärtiges Ende der jeweiligen inneren Einzelrohrschalen 10 berührt verschiebbar einen Ringwulst 114, der von einer Innenumfangsfläche des stromabwärtiges Endes der jeweiligen äußeren Einzelrohrschale 11 vorsteht. Eine innere Sammelrohrschale 15 steht mit der Mehrzahl innerer Einzelrohrschalen 10 in Verbindung und ist an ihrem stromaufwärtigen Ende an der Mehrzahl äußerer Einzelrohrschalen 11 befestigt. Eine äußere Sammelrohrschale 16, deren stromaufwärtiges Ende an der Mehrzahl äußerer Einzelrohrschalen 11 befestigt ist, bedeckt die innere Sammelrohrschale 15. Ein stromabwärtiges Ende der inneren Sammelrohrschale 15 berührt verschiebbar ein dazwischen angeordnetes ringförmiges Netzelement 20. Verschiebeabschnitte zur Aufnahme einer unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Doppelwänden 10, 11; 15, 16 sind separat an dem stromabwärtigen Ende der Abgaseinzelrohre 5 und dem stromabwärtigen Ende eines Abgassammelrohrs 6 vorgesehen. Somit kann der Verschiebeweg in jedem der Verschiebeabschnitte gering gehalten werden, und die thermische Ausdehnung kann glattgängig aufgenommen werden.
Unter den hier verwendeten Begriff Abgaskrümmer fallen alle Arten von gekrümmten und nicht gekrümmten Abgassammlern.

Claims

Wärmeisolierter Abgaskrümmer (M) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen oberen Flansch (7), eine Mehrzahl von Abgaseinzelrohren (5), deren stromaufwärtige Enden mit dem oberen Flansch (7) gekoppelt sind, zumindest ein Abgassammelrohr (6), das mit den stromabwärtigen Enden der Abgaseinzelrohre (5) gekoppelt ist, sowie einen unteren Flansch (8), der mit dem stromabwärtigen Ende des Abgassammelrohrs (6) gekoppelt ist, wobei die Abgaseinzelrohre (5) und das zumindest eine Abgassammelrohr (6) doppelwandig ausgeführt sind, wobei die Abgaseinzelrohre (5) jeweils eine äußere Einzelrohrschale (11) und eine dann angeordnete innere Einzelrohrschale (10) aufweisen, wobei die stromaufwärtigen Enden der inneren und äußeren Einzelrohrschalen (10, 11) miteinander und mit dem oberen Flansch (7) fest verbunden sind, wobei das Abgassammelrohr (6) eine innere Sammelrohrschale (15), die mit der Mehrzahl innerer Einzelrohrschalen (10) in Verbindung steht, sowie eine die innere Sammelrohrschale (15) abdeckende äußere Sammelrohrschale (16), die mit der Mehrzahl der äußeren Einzelrohrschalen (11) fest verbunden ist, umfasst und wobei der untere Flansch (8) mit einem stromabwärtigen Ende der äußeren Sammelrohrschale (16) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Einzelrohrschalen (10) mit ihren stromabwärtigen Enden an jeweiligen Innenumfangsflächen der äußeren Einzelrohrschalen (11) verschiebbar gehalten sind, dass die stromaufwärtigen Enden der inneren und äußeren Sammelrohrschalen (15, 16) miteinander fest verbunden sind, dass die innere Sammelrohrschale (15) an ihrem stromabwärtigen Ende an einer Innenumfangsfläche der äußeren Sammelrohrschale (16) verschiebbar gehalten ist, dass am stromabwärtigen Ende der inneren Einzelrohrschale (10) ein Vorsprung (14) ausgebildet ist, wobei der Vorsprung (14) von einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes vorsteht und die Innenumfangsfläche der entsprechenden äußeren Einzelrohrschale (11) verschiebbar berührt, dass der Vorsprung (14) als Ringwulst mit vergrößertem Durchmesser ausgeführt ist, der von der Außenumfangsfläche der inneren Einzelrohrschale (10) vorsteht, dass das stromabwärtige Ende der inneren Sammelrohrschale (15) an der Innenumfangsfläche der äußeren Sammelrohrschale (16) über ein dazwischen angeordnetes Netzelement (20) verschiebbar gehalten ist und dass die innere Sammelrohrschale (15) ein Paar innerer Sammelrohrschalenhälften (15a, 15b) aufweist, die an ihren gegenüberstehenden Enden miteinander verbunden sind, wobei das Netzelement (20) ein Paar bogenförmiger Netzelementstücke (20a, 20b) aufweist, die ringförmig unter Aussparung der verbundenen Enden der inneren Sammelrohrschalenhälften (15a, 15b) angeordnet sind.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Einzelrohrschale (11) an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest einen ersten Vorsprung (114) aufweist, wobei der zumindest eine erste Vorsprung (114) von einer Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes vorsteht, um die Außenumfangsfläche der entsprechenden inneren Einzelrohrschale (10) zu berühren, um eine Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen (10, 11) zu gestatten.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei erste Vorsprünge (114) vorgesehen sind, wobei die zumindest drei ersten Vorsprünge (114) um die äußere Einzelrohrschale (11) herum mit im Wesentlichen gleichem Umfangsabstand angeordnet sind.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest drei ersten Vorsprünge (114) in der axialen Richtung der äußeren Einzelrohrschale voneinander versetzt angeordnet sind.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Einzelrohrschale (11) einen zweiten Vorsprung (22) aufweist, der an einer gebogenen Außenumfangswand in einem gebogenen Zwischenabschnitt derselben ausgebildet ist, wobei der zweite Vorsprung (22) von einer Innenoberfläche der äußeren Umfangswand vorsteht, um eine gebogene Außenumfangsfläche eines gebogenen Zwischenabschnitts der entsprechenden inneren Einzelrohrschale (10) zu berühren, um eine Verschiebebewegung zwischen den inneren und äußeren Einzelrohrschalen (10, 11) zu gestatten.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzelement (20) mit einer Außenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der inneren Sammelrohrschale (15) verbunden ist.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Netzelement (20) in einer ringförmigen Vertiefung (23) verschiebbar angebracht ist, die in der Innenumfangsfläche des stromabwärtigen Endes der äußeren Sammelrohrschale (16) ausgebildet ist, und das Netzelement (20) eine Außenumfangsfläche der inneren Sammelrohrschale (15) verschiebbar berührt.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Ringwulsts (14) bogenförmig ist.
Abgaskrümmer (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Ringwulsts (114) trapezförmig ist.
Abgaskrümmer (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Abgassammelrohre (6₁ , 6₂ ) vorgesehen sind.