DE3326259A1 - Exhaust pipe - Google Patents
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Abstract
Description
DIPL-ΙΝΘ. R. LEMCKE DR.-IN6. H. J. BROMMERDIPL-ΙΝΘ. R. LEMCKE DR.-IN6. H. J. BROMMER
AMALIENSTRASSE28 7500 KARLSRUHE 1AMALIENSTRASSE28 7500 KARLSRUHE 1
TEL,: 0721 /28771-9TEL: 0721 / 28771-9
4 -4 -
19.07.83 (13367/68) B/Bz07/19/83 (13367/68) B / Bz
Witzenmann GmbH Metallschlauch-Fabrik PforzheimWitzenmann GmbH metal hose factory Pforzheim
Östliche Karl-Friedrich-Straße 134Eastern Karl-Friedrich-Strasse 134
7530 Pforzheim7530 Pforzheim
AuspuffleitungExhaust pipe
Die Erfindung geht aus von einer für Kraftfahrzeugmotoren bestimmten Auspuffleitung aus hitzebeständigem Stahlblech, insbesondere mit mehreren zu den Auslaßöffnungen des Zylinderkopfes führenden Anschlußstutzen.The invention is based on an exhaust pipe made of heat-resistant sheet steel, intended for motor vehicle engines, in particular with several connecting pieces leading to the outlet openings of the cylinder head.
Eine derartige Auspuffleitung ist in verschiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen worden, insbesondere auch mit in die Blechwand integrierten Dehnungswellen, um die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Auspuffleitung einerseits und der angeschlossenen Teile, insbesondere des Zylinderkopfes, andererseits zu kompensieren (Patentanmeldung P 32 35 332.4). Diese Auspuffleitungen zeichnen sich durch niedriges Gewicht und geringe Herstellungskosten aus.Such an exhaust line is in various embodiments has been proposed, in particular with expansion waves integrated into the sheet metal wall to the different thermal expansions of the exhaust line on the one hand and the connected parts, in particular the cylinder head, on the other hand to compensate (patent application P 32 35 332.4). These exhaust lines stand out characterized by low weight and low manufacturing costs.
Andererseits haben Untersuchungen an derartigen Auspuffleitungen aus Stahlblech ergeben, daß sie bei hoher Temperaturbelastung keine genügende Stabilität aufweisen und zu Verzugserscheinungen neigen. Dies sei nachfolgend am Beispiel eines Auspuffkrümmers näher erläutert. Selbstverständlich treten diese Erscheinungen auch bei anderen thermisch sehr hochbelasteten Abschnitten der Auspuffleitung auf.On the other hand, studies on such exhaust lines made of sheet steel have shown that they are exposed to high temperature loads do not have sufficient stability and tend to show signs of warpage. This is the following on Example of an exhaust manifold explained in more detail. Of course, these appearances also occur in others thermally very highly stressed sections of the exhaust line.
Während der Zylinderkopf durch das eingebaute Kühlsystem auf einem relativ geringen Temperaturniveau verbleibt und dementsprechend auch nur eine vergleichsweise geringe Dehnung erfährt, wird der Auspuffkrümmer durch die heißen Abgase bis auf etwa 10000C aufgeheizt. Dies gilt insbesondere bei solchen Stahlblech-Krümmern, die an ihrer Außenseite isoliert sind. Der Krümmer tendiert dadurch zu einer wesentlich größeren Dehnung als der Zylinderkopf. Diese Dehnung kann sich jedoch aufgrund der relativ starren Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Zylinderkopf nur in dem Ausmaße realisieren, wie dies der Zylinderkopf zuläßt. Die verbleibenden Dehnkräfte im Krümmer führen aufgrund der bei den genannten hohen Temperaturen abfallenden Streckgrenze des Krümmerbleches zu einer bleibenden Verformung im Sinne einer Stauchung, Beim Erkalten des Krümmers und Wiederansteigen der Festigkeit des Krümmerwerkstoffes führt diese Stauchung dazu, daß der Krümmer bestrebt ist, sich stärker zusammenzuziehen als der mit ihm fest verbundene Zylinderkopf. Im kalten Krümmer bauen sich daher Zugspannungen auf, die bei der Demontage dazu führen, daß der Krümmer zusammenschnappt. Die Bohrungen in den Anschlußstutzen des Krümmers fluchten dann nicht mehr mit den Stehbolzen im Zylinderkopf und die Demontage, vor allem aber das Wieder-While the cylinder head remains at a relatively low temperature level due to the built-in cooling system and accordingly only experiences a comparatively low expansion, the exhaust manifold is heated up to around 1000 ° C. by the hot exhaust gases. This applies in particular to sheet steel bends that are insulated on their outside. As a result, the manifold tends to expand much more than the cylinder head. However, due to the relatively rigid connection between the exhaust manifold and the cylinder head, this expansion can only be realized to the extent that the cylinder head allows. The remaining stretching forces in the manifold lead to permanent deformation in the sense of compression due to the drop in the yield point of the manifold plate at the high temperatures mentioned than the cylinder head firmly attached to it. In the cold manifold, therefore, tensile stresses build up which, when dismantled, lead to the manifold snapping together. The bores in the connecting piece of the manifold then no longer align with the stud bolts in the cylinder head and the dismantling, but above all the re-
anbringen des Krümmers wird sehr erschwert.attaching the manifold is very difficult.
Diese Erscheinung macht sich besonders stark bei verkapselten Motoren mit isolierten Auspuffleitungen bemerkbar, da sich dann wesentlich höhere Temperaturen und Wärmedehnungsdifferenaen ergeben.This phenomenon is particularly noticeable in encapsulated engines with insulated exhaust lines, because then there are significantly higher temperatures and thermal expansion differences result.
Die gleichen Erscheinungen treten beispielsweise auch bei Auspuffleitungen auf, die bei V-Motoren als Verbindungsstück zwischen den Auspuffkrümmern der beiden Zylinderköpfe montiert sind. Während der Abstand zwischen den beiden Auspuffkrümmern aufgrund der sie haltenden, gekühlten Zylinderköpfe nur eine geringe Dehnung erfährt, stellt sich in der Verbindungsleitung selbst aufgrund der heißen Abgase eine wesentlich höhere Temperatur und eine dementsprechend stärkere Dehnung ein. Es ergeben sich dadurch ebenfalls bleibende Verformungen und Verspannungen zwischen den Anschlußpunkten, wie oben beschrieben.The same phenomena occur, for example, with exhaust lines, which are used as a connecting piece in V-engines are mounted between the exhaust manifolds of the two cylinder heads. While the distance between the two exhaust manifolds only undergo slight expansion due to the cooled cylinder heads holding them, a significantly higher temperature and a accordingly greater elongation. This also results in permanent deformations and tension between the connection points as described above.
Die Beseitigung dieser Nachteile ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Insbesondere soll also die nach dem Abkühlen der Auspuffleitung auftretende bleibende Verformung eliminiert werden.The object of the present invention is to eliminate these disadvantages. In particular, the one after the When the exhaust pipe cools down, any permanent deformation that occurs is eliminated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Enden der Auspuffleitung durch zumindest eine an ihrer Außenseite mit Abstand entlanglaufende Stütze fest miteinander verbunden sind. Diese Stütze liegt nur mit ihren Enden direkt an der Auspuffleitung an und bleibt daher auf einem wesentlich niedrigeren Temperaturniveau als die Auspuffleitung selbst. Das bedeutet, daß die Stütze die zuvor beschriebene Schrumpfung aufgrund nachlassender Werkstoffestigkeit nicht mitmacht und daß sie die Auspuff-This object is achieved in that the ends of the exhaust line by at least one at their Outside at a distance running along support are firmly connected to each other. This support lies only with theirs Ends directly at the exhaust line and therefore remains at a much lower temperature level than the Exhaust pipe itself. That means that the support the previously described shrinkage due to decreasing Material strength does not cooperate and that the exhaust
leitung nach dem Erkalten wieder in ihre ursprüngliche Länge zurückzuführen vermag. Der Abstand zwischen Stütze und Auspuffleitung dient zur thermischen Isolierung, sei es durch Luft, sei es durch ein spezielles Isoliermaterial. Wird die Stütze mit Isoliermaterial ummantelt, kann dieser Abstand null werden.line is able to return to its original length after cooling. The distance between support and the exhaust pipe is used for thermal insulation, be it through air or through a special insulating material. If the column is covered with insulating material, this distance can become zero.
Um die Schrumpfung der Auspuffleitung gering zu halten bzw. ganz auszuschließen, braucht lediglich die Axialfestigkeit der Stütze größer als die der Auspuffleitung zu sein. Dies läßt sich in fertigungstechnisch und konstruktiv einfacher Weise realisieren. So kann die Sammelleitung durchgehend oder abschnittweise axial nachgiebig gestaltet werden, wodurch sich der weitere Vorteil ergibt, daß auch keine hohen Knickkräfte entstehen können.In order to keep the shrinkage of the exhaust line low or to exclude it entirely, only the axial strength is required the support to be larger than that of the exhaust pipe. This can be seen in terms of production engineering and design easy way to realize. The collecting line can thus be designed to be axially flexible continuously or in sections be, whereby there is the further advantage that no high buckling forces can arise.
Zweckmäßig ist die Stütze als Metallstab ausgebildet, dessen abgebogene Enden mit der Auspuffleitung verschweißt sind. Aus Symmetriegründen werden vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende Stäbe verwendet, die ggf. in einer Ebene senkrecht zur Ebene der seitlichen Anschlußstutzen der Auspuffleitung verlaufen.The support is expediently designed as a metal rod, the bent ends of which are welded to the exhaust pipe. For reasons of symmetry, two are preferably one another opposing rods are used, possibly in a plane perpendicular to the plane of the lateral connecting pieces run along the exhaust pipe.
Daneben besteht auch die Möglichkeit, die Stütze aus mehreren aufeinanderfolgenden brückenartigen Teilstücken herzustellen, die jeweils an ihren Enden mit der Sammelleitung verbunden sind.In addition, there is also the possibility of producing the support from several successive bridge-like sections, which are each connected at their ends to the manifold.
Bei solchen Auspuffleitungen, die zur Kompensation der Wärmedehnung mit in Umfangsrichtung laufenden Dehnwellen versehen sind, ist das Anbringen der erfindungsgemäßen Stützen besonders vorteilhaft, weil nur geringe Stellkräfte von der Stütze aufgebracht werden müssen, um die in sich relativ nachgiebige Auspuffleitung nach dem Erkalten aufIn such exhaust lines, which are used to compensate for thermal expansion with expansion shafts running in the circumferential direction are provided, the attachment of the supports according to the invention is particularly advantageous because only low actuating forces must be applied by the support to the relatively flexible exhaust pipe after cooling on
ihre ursprüngliche Länge zurückzuführen» Es ist dabei lediglich zu beachten, daß die Dehnwellen jeweils von der Stütze bzw. den Stützen überbrückt werden, damit die Lagefixierung gewährleistet ist.to restore its original length »It is merely doing It should be noted that the expansion shafts are bridged by the support or supports so that the position is fixed is guaranteed.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Stütze bei Auspuffleitungen mit seitlichen Anschlußstutzen ist dadurch gekennzeichnet, daß sie als die Anschlußstutzen umfassende, durchgehende Stützplatte ausgebildet ist. Dabei kann die Stützplatte zugleich die Anschlußflansche der verschiedenen Anschlußstutzen bilden. Des weiteren bietet sich die Möglichkeit, die Stützplatte bis zum Verbindungsflansch der Sammelleitung zu verlängern und einstückig in diesen übergehen zu lassen. Man erhält dadurch eine besonders kostengünstige Bauform, die nicht nur Verzugserscheinungen an den zum Zylinderkopf führenden Anschlußstutzen zuverlässig ausschließt, sondern auch den Verbindungsflansch der Sammelleitung, der meist durch die anschließende Auspuffleitung belastet ist, abstützt«,A particularly favorable embodiment of the support for exhaust lines with lateral connection piece is thereby characterized in that they are included as the connecting pieces, continuous support plate is formed. The support plate can also be the connecting flanges of the various Form connecting pieces. Furthermore there is the possibility to extend the support plate up to the connecting flange of the manifold and merge in one piece into this permit. This results in a particularly cost-effective design that not only shows signs of distortion on the cylinder head leading connection piece reliably excludes, but also the connecting flange of the manifold, the is mostly loaded by the adjoining exhaust line, is supported «,
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, bei Auspuffleitungen mit seitlich abzweigenden Anschlußstutzen das hintere Ende in einem zylindrischen Fortsatz auslaufen zu lassen. Dadurch wird das Dehnungsverhalten des hintersten Anschlu0-stutzens an die der übrigen Stutzen angeglichen. Außerdem kann dieser zylindrische Fortsatz zur Befestigung der dort endenden Stütze verwendet werden, sofern man nicht die Stütze als die Anschlußstutzen verbindende und umfassende Stützplatte ausbildet.Finally, there is also the possibility of using the rear pipe in the case of exhaust pipes with laterally branching connecting pieces Let the end run out in a cylindrical extension. This changes the expansion behavior of the rearmost connection piece matched to that of the other nozzles. In addition, this cylindrical extension can be used to attach the there Ending prop can be used unless one is using the prop as the support plate connecting and encompassing the connecting pieces trains.
Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die Auspuffleitung mit einer äußeren Isolierung und einer diese haltenden weiteren Ummantelung vorzusehen. Finally, it is also within the scope of the invention to provide the exhaust line with an outer insulation and to provide a further sheathing that holds them.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nächfolgenden Beschreibung einer Auspuffleitung in Form eines Krümmers anhand der Zeichnung; dabei zeigt:Further details and features of the invention emerge from the following description an exhaust pipe in the form of a bend based on the drawing; shows:
Fig. 1 ein Schrägbild des Auspuffkrümmers mit zwei durchgehenden Stützen;1 shows an oblique view of the exhaust manifold with two continuous supports;
Fig. 2 eine Axialansicht des Krümmers gemäß Fig. 1;FIG. 2 is an axial view of the manifold according to FIG. 1;
Fig. 3 ein Schrägbild des Krümmers mit zwei zusammengesetzten Stützen;3 shows an oblique view of the bend with two connected supports;
Fig. 4 . eine Axialansicht des Krümmers gemäß Fig. 3ιFig. 4. an axial view of the manifold according to FIG. 3ι
Fig. 5 ein Schrägbild eines Auspuffkrümmers mit einer Stütze in Form einer FlanschplatteFIG. 5 is an oblique view of an exhaust manifold with a support in FIG Form of a flange plate
Wie die Zeichnung zeigt, besteht der Auspuffkrümmer jeweils aus einer Auspuffsammeileitung 1, von der mehrere Anschlußstutzen 2, 3» 4 und 5 abzweigen. Die Verbindung der Anschlußstutzen mit der Sammelleitung erfolgt im Ausführungsbeispiel in der Weise,' daß aus der Sammelleitung 1 durch inneren Überdruck und unter Verwendung einer entsprechenden Außenform mehrere nebeneinanderliegende Aushalsungen 1a, 1b, 1c und 1d herausgedrückt werden. Die Enden dieser Aushalsungen weisen etwa kreisförmigen Querschnitt auf, so daß sie mit.den zugehörigen Anschlußstutzen fluchten und nach dem Aufschneiden durch eine einfache Stumpfnaht mit den Anschlußstutzen verschweißt werden können. . ;As the drawing shows, the exhaust manifold consists of an exhaust manifold 1 from which several connecting pieces 2, 3 »4 and 5 branch off. The connection of the connecting pieces to the manifold takes place in the embodiment in such a way that a plurality of adjacent necks 1a, 1b, 1c and 1d are pressed out of the manifold 1 by internal overpressure and using a corresponding outer shape. The ends of these necks have an approximately circular cross-section so that they are aligned with the associated connecting pieces and, after being cut open, can be welded to the connecting pieces by a simple butt seam. . ;
Vor jeder Einmündung eines Anschlußstutzens ist eine Dehnungswelle 6, 7* β und 9 in der Sammelleitung 1 angeordnet. Diese Dehnungswellen können gleichzeitig mit den zuvor beschriebenen Aushalsungen. in die Sammelleitung eingeformt werden.Before each junction of a connection piece is one Expansion shaft 6, 7 * β and 9 arranged in the manifold 1. These expansion waves can be carried out simultaneously with the previously described collars. into the manifold be molded.
Außerdem sind auch die Anschlußstutzen 2, 3* 4 und 5 jeweils mit einer Dehnungswelle versehen, damit das unterschiedliche Dehnungsverhalten der einzelnen Krümmerbereiche optimal ausgeglichen werden kanmIn addition, the connecting pieces 2, 3 * 4 and 5 are each provided with an expansion shaft so that the different expansion behavior of the individual manifold areas can be optimally compensated for
Um die aufgrund der hohen Temperatureinwirkung auftretenden, eingangs beschriebenen V#rzugsesrscheinungen des Auspuffkrümmers zu eliminieren, sind die beiden Enden 10 und 11 der Sammelleitung durch zw$i einander* gegenüber-In order to avoid the effects of the high temperature, Described at the beginning of the To eliminate the exhaust manifold, the two ends are 10 and 11 of the collecting line through two $ i opposite each other *
liegende, axial laufende Stützen in Form von Rech cc; ckstäben 12 und 13 miteinander verbunden. Die beiden Gl.übe M". und 13 weisen abgebogene Enden auf, so daß sie mit 3plci über die Dehnungswellen hinwoglaufen und nur an ihren angeschweißten Enden an der Sammolleiturv; anliefen. Sie sind dadurch wesentlich niedrigeren Temperaturen aunresetzt als die Sammelleitung selbst, insbesondere worm der Zwischnenraum zwischen den Stäben 12 und 13 und der Sammelleitung 1 mit einer Isolierung vorsc-hun .ist. Di': ü·.: Isolierung ist in Fig. 1 durch strichpunktierte Linioi« angedeutet.lying, axially running supports in the form of rake cc; ckstäben 12 and 13 connected to each other. The two equations M ". And 13 have bent ends, so that they run with 3plci over the expansion shafts and only run against the collecting line at their welded-on ends. As a result, they are exposed to significantly lower temperatures than the collecting line itself, especially worm the space between the rods 12 and 13 and the collecting line 1 is provided with insulation. Di ': u · .: Insulation is indicated in Fig. 1 by dash-dotted lines.
Die Stäbe 12 und 13 stellen sicher, daß -aich nach beliebig vielen Temperaturzyklen die Position der Anschlußstutzen unverändert beibehalten wird. Der Auspuffkrümmer ist daher jederzeit wieder leicht montierbar und der Anschluß am Zylinderkopf wird weitgehend von Querkräften entlastet, was die Dichtheit des Anschlusses begünstigt,The rods 12 and 13 ensure that -aich after any many temperature cycles the position of the connecting piece is maintained unchanged. The exhaust manifold can therefore be easily reassembled at any time and the connection to the cylinder head is largely dependent on transverse forces relieves the pressure, which promotes the tightness of the connection,
Fig. 2 zeigt die Ausbildung dieses Anschlusses im Detail. Der Anschlußstutzen trägt einen Bördelflansch 2a, der in üblicher Weise auf die Stehbolzen des Zylinderkopfes aufgesteckt und sodann festgeschraubt wird. Selbstverständlich kommen hier aber auch andere Befestigungsmöglichkeiten in Betracht.Fig. 2 shows the design of this connection in detail. The connection piece carries a flanged flange 2a, which in is usually placed on the stud bolts of the cylinder head and then screwed tight. Of course However, other fastening options are also possible here.
Fig. 3 zeigt den gleichen Auspuffkrümmer, jedoch mit anderer Ausbildung der Stütze. Sie besteht in .diesem FallFig. 3 shows the same exhaust manifold, but with a different design of the support. It exists in this case
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aus mehreren, axial aufeinanderfolgenden Teilstücken 14, 15 und 16. Durch die Unterteilung der Stütze wird die Gefahr des Ausknickens beim Abkühlen des Krümmers verringert.from several, axially successive sections 14, 15 and 16. The subdivision of the support reduces the risk of buckling when the bend cools down decreased.
In Fig. 5 besteht die Stütze aus einer Flanschplatte 17, die die Enden der Anschlußstutzen umfaßt und als deren Anschlußflansch fungiert und die gleichzeitig bis zum Verbindungsflansch der abgehenden Sammelleitung verlängert ist und einstückig in diesen Verbindungsflansch übergeht. Die Stütze ersetzt somit alle Flansche des Auspuffkrümmers. Außerdem wird der abgehende Bereich der Sammelleitung abgestützt, der einen erheblichen Teil des Gewichtes der anschließenden Auspuffleitung zu tragen hat. Diese Versteifung verringert die im Fahrbetrieb auftretenden'Schüttelbewegungen der Auspuffanlage und erhöht die Lebensdauer.In Fig. 5 the support consists of a flange plate 17, which includes the ends of the connecting pieces and as their The connecting flange acts and at the same time extends to the connecting flange of the outgoing manifold and merges in one piece with this connecting flange. The support thus replaces all flanges of the exhaust manifold. In addition, the outgoing area of the manifold is supported, which is a significant one Has to bear part of the weight of the subsequent exhaust pipe. This stiffening is reduced the shaking movements of the exhaust system that occur while driving and increases the service life.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,(1 J Exhaust line made of titanium-resistant sheet steel for motor vehicle engines, in particular with several connecting pieces leading to the outlet openings of the cylinder head,
characterized,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (17) entsprechend der Position der Flansche und dem Verlauf der Leitung (1) abgewinkelt ist.12. Exhaust line according to one of claims 9 to 11,
characterized in that the support plate (17) is angled according to the position of the flanges and the course of the line (1).
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