DE2848110C2

DE2848110C2 - Auspuffleitung für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2848110C2
Application number: DE2848110A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Thomas Birmingham Mich. Howes; Angelo Farmington Hills Mich. Jaimee; Vemulapalli Durga Nageswar Bloomfield Township Mich. Rao
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE2848110A1; CA1120403A; GB2008671A; GB2008671B; US4195478A

Description

4. Auspuffleitung nach Anspruch 1 bis 3. dadurch jo verwendete Material den jeweils herrschenden Tempegekennzeichnet, daß als keramischer Faserstoff ein raturen stand. Darüber hinaus besitzt die Innenverkleisolcher mit einer Dicke von 0308 bis 1324 mm ver- dung der Einlage einen niedrigen Wärmeübergangswendet wird u^d der keramische Faserstoff Luftzwi- wert, um so die Abkühlung der Auspuffgase während schenräume einschließt, wobei der keramische Fa- der Anwärmperiode der Verbrennungskraftmaschine serstoff durch eine temperaturbeständige und js niedrig zu halten. Auch hat die Innenverkleidung eine

schweißbare Metalischicht ir. einer Dicke von 0308 bis 1.016 mm abgedeckt ist.

5. Auspuffleitung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die den keramischen Faserstoff abdeckende Metallschicht aus einem Stahl mit 70 bis *o 85% Eisen. 12 bis 20% Chrom und 5 bis 30% Aluminium besteht

6. Auspuffleitung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem keramischen Faserstoff und der inneren Metallschicht eine Schicht aus Silikon-Plastikmaterial angeordnet ist.

niedrige thermische Masse und besitzt eine gute chemische Widerstandsfähigkeit bis zu Temperaturen bis 87O°C. Entsprechend kann dadurch die Lebensdauer der Einrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine bis zu 3000 Betriebsst'jnden verlänger; werden. Auch widersteht die Auskleidung einsr chemischen Errosion durch das gegossene Material während des Gießvorganges sowie auch allen weiteren Beanspruchungen während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine mit einer eingesetzten Einlage gemäß der Erfindung, wobei einige Teile geschnitten dargestellt sind:

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die erfindungsgemäße Einlage:

F i g. 3 eine Einlage gemäß der Erfindung, im Schnitt dargestellt, wobei diese Einlage in das Gehäuse der Ver-

Die Erfindung betrifft eine Auspuffleitung für Verbrennungskraftmaschine^ wobei im Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine eine doppelwandige, an den Enden verbundene Stahlhülse vorgesehen ist.

Eine Auspuffleitung der vorstehend beschriebenen 55 brennungskraftmaschine eingegossen werden kann. Art ist bereits durch die DE-OS 27 44 734 bekannt: hier Bei einem Einsatz gemäß der Erfindung, der in einer

besteht die Auspuffleitung aus einem ein inneres Rohr umgebendem äußeren Rohr, wobei die beiden Rohre an ihren Enden dicht miteinander verbunden sind und die

bevorzugten Ausführungsform aus wenigstens drei Lagen bestehen kann, ist die Zone A aus einem bei Raumtemperatur aushärtenden Silikonkunststoff mit einem ganze Anordnung in den Zylinderkopf eingegossen ist. 60 Schmelzpunkt von 95 bis 105⁰C gefertigt. Als Material Hier ist bereits eine gewisse Isolierung gegen Wärme- kann ein Lösungsmittel-freies Polysiloxan verwendet Verluste verwirklicht. Auch ist durch die DE-OS werden, In der Gegenwart eines Katalysators wie Ar-22 42 857 bekannt, die Innenflächen eines Auspuffroh- gon oder von Metallen, härtet der Siiikonwerkstoff res mit einer Schicht aus porösem Keramikmaterial aus- durch die Kondensation der Hydroxylgruppen aus. Der zukleiden, um so eine gewisse Wärmeisolierung zu er- _b5 Silikonwerkstoff wird in Form einer dünnen Hülse gehalten. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht ausrei- fertigt und ist thermisch stabil bis zu Temperaturen von einend, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Außer- 95°C. Dieses ist der Temperaturbereich für eine dünne dem bereitet es bei den bekannten Anordnungen Zwischenlage, die am wassergekühlten Gehäuse einer

Verbrennungskraftmaschine anliegt. Die Dicke einer solchen Hülse beträgt etwa 0.254 mm oder weniger.

sodann eine Lage B, die aus einer oder mehreren Lagen keramischer Fiberwolle besteht oder aber eine Fibermatte mit entsprechenden Luftzwischenräumen enthält, so beispielsweise Aluminiumsilikat oder das aus einem anderen Material auf keramischer Grundlage mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit aufgebaut ist. Das Fibermaterial kann verwendet werden in Form einer Matte oder in Form von Wolle. Die Anordnung kann dabei so erfolgen, daß die Wärmeleitfähigkeit in diesem Bereich einen Wert von 0.865 (W/m° C) beträgt. Dieses Material ist stabil bis Temperaturen von 205^cC bis 3t5°C. Das sind die Temperaturen, die erfahrungsgemäß in diesem Bereich herrschen.

Eine dritte und innenliegende Lage C besteht aus einem Metallblech; dieses Metallblech ist aus einem AIuminium-Chrom-Stahl gefertigt, der etwa 18% Chrom. 2% oder etwas weniger Aluminium und als Rest Eisen enthält. Es ist jedoch auch möglich, einen Stahl zu verwenden, der etwa 0,5% Yttrium enthält. Eine solche Zusammensetzung des Materials stellt sicher, daß nie Leitfähigkeit etwa 21.62 W/m° C beträgt.

Dadurch kann dieses Material mit der Hülse aus Kohlenstoffstahl verschweißt werden. Trotzdem widersteht eine Konstruktion aus diesem Material der chemischen Errosion und kann zu relativ geringen Kosten hergestellt werden. Da dieses Material eine hohe Festigkeit besitzt ist es nicht tiefziehbar und die Herstellung muß durch einen Preßvorgang und anschließendes Schweißen erfolgen.

Der erfindungsgemäße Einsatz wird im Außenbereich begrenzt von einer Hülse aus Kunststoffstahl, der so ausgewählt ist. daß er einen Schmelzpunkt besitzt, der höher ist als der Schmelzpunkt des Gußgehäuses, in das der Einsatz eingesetzt werden soll. Als Material für das Gehäuse kann Grauguß verwendet werden mit 3 bis 4% Kohlenstoff. 1 bis 2% Silikon und Rest Eisen. Wird Kugelgraphit-Eisen verwendet, so kann 0.5% oder weniger MgO v-rhanden sein. Die Schmelztemperatur eines solchen Materials liegt zwischen 1150⁰C und 1200° C. während die Schmelztemperatur des genannten Kohlenstoffstahls, wie er hier verwendet werden soll, oberhalb 1500°C liegt. LIm diesen Temperaturabstand sicherzustellen, sollte der Kohlenstoffgehalt des Kohlenstoffstahh für die äußere Hülse v. eniger als 0.06% beiragen: auch sollten die Verunreinigungen 0.2% oder weniger ausmachen. Die Verwendung der angegebenen Materialien verhindert das Eindringen des flüssigen Materials in die Einlage, was iv?chteilig wäre.

Die Verbindung der angeführten Lagen miteinander ist weiter un'en beschrieber.. Die Lage B wird zur Lage Cwährend der Montage oder während des Schweißvorganges durch die Anwendung eines Silikon-Plastiküberzuges aufrecht erhalten, der auf den entsprechenden Teilen aufgebracht wird. In gleicher Weise wird auch die Verbindung zwischen der Fibermatte und der Kohlenstoffstahlhülse aufrecht erhalten: das verwendete Material, nämlich Silikonplastik, bleibt hier staDil. da in diesem Bereich die Temperaturen nie einen Wert von 95° C überschreiten.

Die Erfindung wird beispielsweise verwirklicht an einer Verbrennungskraftmaschine, die ein Gehäuse 11 enthält. Dieses Gehäuse enthält die Auspuffleitung 10. Die Auspuffleitung selbst besteht aus einem Zylinderteil 14 und einem Krümmer 14. durch den die Gase entsprechend umgelenkt werden Weiterhin ist eine Schulter 16 vorgesehen. Seitenwinde des Gehäuses sind mit 12 bzw. 13 bezeichnet. Dabei stehen die entsprechenden Flächen zueinander in einem Winkel von etwa 75°. Durch Tiefziehen unter Verwendung von Positiv- und Negativformen wird die Stahlhülse 17 hergestellt. Die Form dieser Stahlhülse ist so. daß sie außerordentlich eng an die Innenwand der Auspuffleitung anschließt. Sie besitzt einen Ringflansch 17a an einem Ende, der an die Seitenwand 12 des Zylinderkopfes anstößt. Die Stahlhülse 17 weist weiterhin einen Zylinderkanal 176 auf. der sich in

ίο den Krümmer der Auspuffleitung 10 erstreckt.

Das Material, aus dem die Stahlhülse 17 gefertigt wird, sollte weniger als 0,06% Kohlenstoff und weniger als 0.2% Verunreinigungen enthalten. Durch Positiv- und Negativformen wird der Einsatz C hergestellt. Der Einsatz C besteht aus einem metaüzylinderförmigen Teil 20, der so ausgebildet ist. daß er innerhalb der Stahlhülse 17 angeordnet werden kann. Der Abstand zwischen beiden Teilen beträgt etwa 2.032 mm. Nur an den Enden stoßen beide Teile zusammen.

Der Metaflzylinder 20 kann aus mehreren Teilen bestehen, die miteinander verschweißt -werden. Als Material kann ein Aluminium-Chrom-Stahl verwendet werden, bevorzugt ein Material, das 18% Chrom. 2% Aluminium und Rest Eisen enthält.

Die Stahlhülse 17 und der Metallzylinder 20 können an den Kanten 21 und 22 verschweißt werden.

Vor dem Verschweißen wird eine keramische Fibermatte eingelegt, wobei diese Matte in ihrer Position, insbesondere auch während des Schweißvorganges durch einer bei Raumtemperatur aushärtbaren Silikongummi gehalten wird. Dieser Silikongummi wird auf die Matte aufgebracht, bevor diese zwischen die Stahlhülse 17 und den Metallzylinder 20 eingeschober wird. Dieser Silikongummiauftrag bildet die Überzüge 24 und 25.

Jeder dieser Überzüge hat eine Dicke von maximal 0.245 mm.

Nachdem die Stahlhülse 17 und der Metallzyiinder 20 miteinander verschweißt wurden, wird die Außenfläche der Siahlhülse 17 ebenfalls mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Silikongummi versehen. In den Figure*¹ ist dieser Überzug mit 25 bezeichnet. Er hat eine Dicke von 0.254 bis 1.27 mm.

Die gesamte Einrichtung wird sodann in die Auspuffleitung 10 in der Weise eingefügt, daß der Flansch YIa gegen die Seitenwand 12 des Gehäuses stößt. Di? Silikongummischicht 25 tritt sodann in engen Kontakt mit der Innenfläche der Auspuffleitung 10. Somit wird die Einlage nicht allein durch die Silikongummiauflage in ihrer Position gehalten, sondern auch durch den Ringflansch 17a. der mittels Verschraubung am Gehäuse befestigt sein kann.

Soll die erfindungsgemäße Einlage in das Gehäuse des Zylinderkopfes eingegossen werden, so wird folgendes Verfahren angewendet:

Die Stahlhülse 17 weist eine solche Form rnd Dimension auf, daß sie durch Eingießen in dem Zylinderkopf gehalten wird. In diesem Fall enthält die Außenfläche der Stahlhülse 17 jedoch keinen Silikongummiauftrag. Die Stahlhülse 17 t'.'hält während des Eingießens ihre

bO Form bei, da ihr Schmelzpunkt mit 1500° C höher liegt als die Temperatur des Materials für das Gießen des Zylinderkopfes. Dabei sollte das Gußeisen füt den Zylinderkopf eine Schmelztemperatur von etwa 1200'C besitzen. Die Herstellung des auf diese Weise cinzugie-

t>5 ßenden Einsatzes erfolgt im übrigen wie vorher beschrieben. Ein eingegossener Einsät/, ist in der F i g. 3 dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auspuffleitung für Yerbrennungskraftmaschinen. wobei im Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine eine doppelwandige, an den Enden verbundene Stahlhülse vorgesehen ist. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stahlhülse und dem Gehäuse eine Zwischenlage aus Silikon-Plastikma-Schwierigkeiten. das isolierende Keramikmaterial. etwa durch Kleben, am Auspuffrohr zu befestigen.

Ausgehend von Auspuffleitungen der vorbekannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Temperaturbeständigkeit einerseits und den Wärmeübergangswiderstand andererseits zu erhöhen unter Berücksichtigung einer einfachen Herstellung.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst: zweck-

terial vorgesehen ist und die Stahlhülse eine Einlage io mäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aufweist, die mehrschichtig aus Silikon-Plastikmaterial und keramischem Faserstoff aufgebaut ist.

2. Auspuffleitung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Silikon-Plastikmaterial ein solches mit einer Schmelztemperatur von mehr als 12O⁰C und einer Dicke von etwa 0254 mm verwendet wird und eine innere Lage des Einsatzes aus einer hochtemperaturfesten Metall-Legierung besteht, enthaltend 70 bis 85% Eisen. 12 bis 22% Chrom und 0,5 bis 3% Aluminium.

3. Auspuffleitung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Silikon-Plastikmaterial eine

Lage mit einer Dicke zwischen 0,508 bis !,27 nun f

aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Verminderung des Wärmeverlustes im Auspuffrohr ist aus zwei Gründen wünschenswert: Einmal soll eine hohe Temperatur der ausströmenden Gase erreicht werden, um dadurch die Oxydation zu verbessern; zum •wideren soll aber auch der Wärmeverlust und die Wärmeabgabe an Zylinderblock und Zylinderkopf verringert werden, wodurch der Aufwand für die Kühlung vermindert werden kann.

Entsprechend kann die Temperatur der Auspuffgase hochgehalten werden mit dem Ziel. di<* Oxydation der Kohlenwasserstoffe einzuleiten und den Wirkungsgrad von ggf. im Abgassystem vorhandenen thermischen Reaktoren und/oder Katalysatoren zu verbessern.

Die Konstruktion gemäß der Erfindung erfüllt folgende Forderungen: Der Wärmeübergang von den Auspuffgasen über die Auskleidung zum Gußmaterial der Abgasleitungen wird reduziert, vorzugsweise um 25% verglichen mit konveniionellen Systemen: dabei hält das

aufweist und eine weitere Lage vorgeseher, ist, bei Raumtemperatur aushärtend, etwa 0,254 mm dick mit einem Schmelzpunkt von nicht mehr als 120°C, wobei diese Lagen durch eine Einlage aus Kunststoffstahl mit weniger als 0,6% Kohlenstoff und einer Dicke von 0381 bis 0.4572 mm getrennt sind.