DE3334413C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für mehrzylindrige Kraft­ fahrzeugmotoren bestimmte Auspuffsammelleitung, die mehrere zu den Auslaßöffnungen des Zylinderkopfes führende Anschlußstutzen aufweist, wobei die Sammel­ leitung als einstückiges Stahlblechrohr mit lokalen Aushalsungen ausgebildet ist.

Eine derartige Sammelleitung ist durch die DE-OS 24 48 482, Fig. 1 und 2 bekannt. Um die hohe Temperatur­ belastung für den Werkstoff der Sammelleitung zu redu­ zieren, ist sie an ihrer Innenfläche mit Isolier­ wandungen versehen. Die Isolierungswandstärke ist so bemessen, daß das Stahlblechrohr der Sammelleitung auf dem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau des Kurbelgehäuses gehalten wird. Dadurch soll sich die Abgasleitung etwa gleich stark wie das Kurbel­ gehäuse und die Zylinderköpfe ausdehnen, so daß auf einen Dehnungsausgleich verzichtet werden kann.

Daneben ist es durch die PCT/WO 79/00 623 bekannt, die Abgassammelleitung aus mehreren Teilen zusammenzu­ setzen, wobei die Innenleitung aus einzelnen, axial zusammengeschobenen Abschnitten besteht. Zwischen diesen einzelnen Abschnitten liegt jeweils eine in Achsrichtung verschiebbare Gleitverbindung vor. Sie gestattet den Ausgleich von Wärmedehnungs-Differenzen.

Beim Fahrbetrieb neigen solche Schiebeverbindungen aufgrund der ständigen Erschütterungen zu Quietsch­ geräuschen. Unabhängig davon kommt es durch die Wärme­ dehnung zur Spaltbildung an den Schiebeverbindungen; die innere Sammelleitung ist also undicht und die außen herum angebrachte Isolierung wird mit heißem Abgas beaufschlagt. Beides ist nachteilig.

Nicht zuletzt ist diese Abgasleitung aufgrund ihres vierteiligen Aufbaues teuer in der Herstellung.

Durch die DE-PS 8 25 656 ist es außerdem bekannt, in dem Verbindungsrohr zwischen Auspuffkrümmer und Aus­ pufftopf eine balgartige Erweiterung vorzusehen. Sie soll nach Art eines Gelenkes wirken und den anschließenden Rohrabschnitten eine allseitige Winkelbewegung und ge­ gebenenfalls zugleich eine leichte axiale Bewegung gegeneinander gestatten. Bei dieser balgartigen Er­ weiterung handelt es sich um ein oder zwei vorge­ fertigte Bauteile, die nachträglich in das Verbindungs­ rohr eingebaut werden, wie dies allgemein im Rohr­ leitungsbau üblich ist.

Schließlich gehört es allgemein zum Stand der Technik, Wärmedehnungen von Rohrleitungen durch Metallbälge mit mehreren axial aufeinanderfolgenden Wellen aufzunehmen. Auch hierbei handelt es sich um Einbauteile, die nach­ träglich über ihre speziell angepaßten Anschlußenden in eine bestehende Rohrleitung eingebaut werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auspuffsammelleitung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie sich im Gegensatz zu der bekannten Bauform durch hohe Dehnungs­ aufnahme auszeichnet und damit auch den höheren thermischen Anforderungen bei gekapselten Motoren ge­ wachsen ist. Außerdem soll die Abdichtung im Bereich der Anschlußstutzen am Zylinderkopf entlastet werden und insgesamt soll die Sammelleitung mit vergleichs­ weise günstigen Herstellungskosten auskommen. Schließ­ lich soll die erfindungsgemäße Sammelleitung auch für eine nachträgliche Ummantelung zur Wärme- und Schall­ isolierung sowie zur Schalldämpfung geeignet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß mehrere, etwa in Umfangsrichtung laufende Dehnungswellen unmittelbar in die Blechwand der Sam­ melleitung und/oder der Anschlußstutzen eingeformt sind und die Anschlußstutzen an die Aushalsungen angeschweißt sind.

Diese erfindungsgemäße Konstruktion bietet entscheidende Vorteile in herstellungstechnischer wie auch in anwen­ dungstechnischer Hinsicht.

Dadurch, daß die Sammelleitung mitsamt ihren Aushalsungen aus einem einstückigen Rohr ausgeformt wird, erübrigen sich die bei Schalenkonstruktionen notwendigen langen Schweißnähte in Längsrichtung, und gegenüber den Guß­ krümmern bestehen erhebliche Gewichtsvorteile. Vor allem aber eröffnet sich die Möglichkeit, Dehnungswellen, die für den erfindungsgemäßen Anwendungsfall von besonderer Bedeutung sind, unmittelbar in die Rohrwand der Sammel­ leitung und/oder ihrer Anschlußstutzen zu integrieren. Es sind also keine separaten Zusatzbauteile in Form von Bälgen od. dgl. zwischenzuschalten; dadurch ist abso­ lute Dichtheit gewährleistet und außerdem entfallen die sonst hierfür notwendigen Montagearbeiten. Zugleich zeichnen sich die integrierten Dehnungswellen durch sehr geringen Platzbedarf aus, und zwar sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung. Sie können daher selbst in kleinen Rohrabschnitten untergebracht werden und dort absoluten Dehnungsausgleich bewirken. Dies ist vor allem in denjenigen Abschnitten der Sammelleitung von Bedeutung, die zwischen zwei einmündenden Anschlußstutzen liegen und daher nur wenig Einbauraum bieten.

Außerdem ist die erfindungsgemäße Sammelleitung aufgrund der integrierten, wenig Platz beanspruchenden Dehnungswel­ len prädestiniert für das Anbringen einer äußeren Isolie­ rung zur Wärme- und Geräuschdämmung. Denn diese Isolie­ rung braucht keine Verbindungsflansche zu überbrücken und außerdem ist die Leitung selbsttragend und ausreichend fest, um eine solche Isolierung, aber auch die angeflanschte Abgasleitung zu tragen. Durch die Isolierung wird nicht nur die Wärmeabstrahlung in den Motorraum verringert, was aufgrund der Kapselung von besonderer Bedeutung ist, son­ dern zugleich auch eine Schalldämpfung erreicht.

Schließlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Rohrkon­ struktion durch eine niedrige Aufheizkonstante aus. Das bedeutet, daß nachgeschaltete Katalysatoren schneller ansprechen können, was insbesondere im Kurzstreckenverkehr im Zusammenhang mit einer besseren Abgasentgiftung von Bedeutung ist.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auf wenig­ stens einem Teil der Dehnungswellen ein Mantel aus metal­ lischem Geflecht, Gewebe oder Gestricke der Kontur der Wellen zumindest entlang der betroffenen Wellenflanken folgend aufgeformt oder bei Bildung der Dehnungswellen mitgeformt sein. Ein derartiger Mantel umgibt das Well­ rohr netzartig und elastisch, wobei das Gestricke, Ge­ flecht od. dgl. bei der Formung des Wellrohres oder bei der Aufbringung des Mantels verhältnismäßig wenig bean­ sprucht wird. Diese schon bei der Fertigung zur Wirkung kommenden größeren Freiheitsgrade der Ummantelung wirken sich auch im Betrieb bei den auftretenden Relativbewe­ gungen positiv aus, weil ein Abheben vom Wellrohrteil bzw. von den Dehnungswellen nicht zu befürchten ist und sich im Dauerbetrieb eine große Kontaktfläche mit dem Abgas­ rohr ergibt, zumal sich die thermischen Dehnungsvorgänge nicht nachteilig auswirken können.

Die Wärmeabfuhr vom Wellrohr wird durch die genannte Um­ mantelung praktisch nicht beeinträchtigt, wohingegen die Schallabstrahlung von der Blechoberfläche wirksam redu­ ziert wird. Denn bei Schwingungsvorgängen kommt es an den das Gestricken, Geflecht oder Gewebe bildenden Drähten, Fäden oder Fasern zu gegenseitiger Reibung und somit zu einer Vernichtung der Schwingungsenergie.

Die Menge des für diese Ummantelung einzusetzenden Mate­ rials ist verhältnismäßig gering, so daß die Abgaslei­ tung mit niedrigem Gewicht auskommt.

Wird die Ummantelung gemeinsam mit dem bei Fertigungsbe­ ginn vorliegenden Glattrohr in einem Werkzeug umgeformt, so bildet sich in der Blechwand ein Netz von versteifenden Sicken, die ebenfalls die Schallabstrahlung von der Blech­ oberfläche reduzieren.

Häufig genügt es, wenn die Dehnungswellen nur in die Sammelleitung eingeformt sind. Denn wie sich gezeigt hat, ergibt sich bei dieser Positionierung bereits eine gute Entlastung der Dichtung zwischen Anschlußstutzen und Zylinderkopf gegenüber den unterschiedlichen Wärmedeh­ nungen beider Anschlußteile. Ein Verziehen der Auspuff­ sammelleitung und die Gefahr lokaler Undichtigkeiten im Bereich der Dichtung sind dadurch wirkungsvoll beseitigt. Dabei werden die Dehnungswellen zwischen den einzelnen Anschlußstutzen entweder jeweils einzeln vorgesehen oder zu mehreren nebeneinander angeordnet. Die bisher notwen­ digen Verstärkungen oder Verrippungen des Auspuffkrümmers und eine aufwendige Gestaltung der Dichtung erübrigt sich.

Je nach den Anwendungsbedingungen kann es aber auch zweck­ mäßig sein, die Dehnungswellen zusätzlich oder ausschließ­ lich in den Anschlußstutzen anzuordnen. Die auftretenden Biege- und Schubkräfte werden dadurch ebenfalls gut auf die einzelnen Abschnitte des Krümmers verteilt.

Als Werkstoff für die Sammelleitung und die Anschluß­ stutzen empfiehlt sich besonders austenitisches Stahlblech mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1,5 mm, insbesondere 0,6 bis 1,0 mm. Dadurch läßt sich das Rohr relativ leicht in die gewünschte Form bringen und man erhält eine aus­ reichende Elastizität der Dehnungswellen.

Hinsichtlich der Ausbildung der Anschlußstutzen empfiehlt es sich, daß sie an ihrem freien Ende umgebördelt sind und jeweils einen Losflansch tragen. Selbstverständlich liegen aber auch andere Anschlußmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispieles anhand der Zeichnung. Diese zeigt eine erfin­ dungsgemäße Auspuffsammelleitung in Schrägansicht, wobei beide Positionierungsmöglichkeiten der Dehnungswellen, nämlich sowohl in der Sammelleitung als auch an den An­ schlußstutzen, dargestellt sind.

Die Zeichnung zeigt eine Auspuffsammelleitung 1, in die mehrere nebeneinanderliegende Aushalsungen 1 a, 1 b und 1 c eingeformt worden sind. Die Enden dieser Aushalsungen weisen etwa kreisförmigen Querschnitt auf, so daß sie mit den dazugehörigen Anschlußstutzen 2, 3 und 4 fluchten und nach dem Aufschneiden der Aushalsungen durch eine flache Stumpfnaht mit den Anschlußstutzen verschweißt werden können. Der letzte Anschlußstutzen 5 wird durch das ent­ sprechend abgebogene hintere Ende der Sammelleitung selbst gebildet.

Wie man sieht, zeichnet sich die Sammelleitung dadurch aus, daß sie aus einem einstückigen Rohr, vorzugsweise aus Stahlblech ausgeformt worden ist und daß sie einzelne, unmittelbar in die Blechwand eingeformte Wellen 6, 7, 8 und 9 aufweist, die vom Rohrumfang ausgehend radial nach außen gewölbt sind. Sie können in Umfangsrichtung um­ laufen, stattdessen können aber auch - insbesondere bei gebogenem Verlauf der Sammelleitung - Teilwellen vorge­ sehen werden, die sich nur über einen Teil des Umfanges erstrecken.

Im Ausführungsbeispiel sind die Dehnungswellen nach jeder Einmündung eines Anschlußstutzens 2, 3, 4 und 5 angeord­ net, damit bezüglich aller Befestigungspunkte des Auspuff­ krümmers am Zylinderkopf der Dehnungsausgleich gewähr­ leistet ist. Die zeichnerische Darstellung zeigt jeweils nur eine Welle. Selbstverständlich können hier auch je­ weils mehrere nebeneinander angeordnete Wellen vorge­ sehen sein.

Besonders günstig ist es aber auch, wenn man eine oder mehrere Dehnungswellen in den Anschlußstutzen anbringt, wie dies durch die Bezugszeichen 10, 11, 12 und 13 in der Zeichnung dargestellt ist. Dadurch kann einem Verziehen des Materials an der Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Auspuffkrümmer am besten entgegenwirkt werden und die Dichtwirkung ist auch bei einfachen Flachdichtungen ge­ währleistet.

Die Enden der Anschlußstutzen sind jeweils nach außen um­ gebördelt und tragen einen Losflansch zur Montage am Zylinderkopf.

Wie es beispielsweise an der Welle 6 besonders veran­ schaulicht ist, können die Dehnungswellen mit einem Mantel aus einem metallischen Geflecht, Gewebe oder Ge­ stricke 15 versehen sein, um an diesen elastischen und schwingungsaufnehmenden Bereichen eine Dämpfung gegen klirrende Geräusche vorzusehen. Diese Geräusche werden durch die pulsierende Abgassäule induziert und bevorzugt an den Wellenflanken abgestrahlt, da sie ähnlich einer Lautsprechermembran wirken. Die Ummantelung 15 liefert durch innere Reibung der sie bildenden Drähte oder Fäden ein besonders hohes Maß an Dämpfung, ohne die Wärmeab­ fuhr zu beeinträchtigen. Der Materialeinsatz ist dabei besonders gering und auch die Anschlußmodalitäten für den erfindungsgemäßen Krümmer werden auf diese Weise nicht beeinträchtigt.

Schließlich ist in der Zeichnung noch die Ummantelung 14 der Sammelleitung mitsamt ihren Anschlußstutzen zur Wärme- und Schallisolation angedeutet. Es handelt sich dabei um Isolationsmaterial, das band- oder schalenförmig auf die Rohrwand aufgelegt und durch einen Blechmantel, beispiels­ weise in Form von Halbschalen, daran festgelegt wird. Dieser Blechmantel umgibt auch die ggf. auf den Dehnungs­ wellen sitzenden Dämpfungsstreifen aus Geflecht, Gewebe oder Gestricke.

Claims (8)

1. Für mehrzylindrige Kraftfahrzeugmotoren bestimmte Auspuffsammelleitung, die mehrere zu den Auslaßöffnungen des Zylinderkopfes führende Anschlußstutzen aufweist, wo­ bei die Sammelleitung als einstückiges Stahlblechrohr mit lokalen Aushalsungen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, etwa in Umfangsrichtung laufende Dehnungs­ wellen (6 bis 13) unmittelbar in die Blechwand der Sammel­ leitung (1) und/oder der Anschlußstutzen (2, 3, 4) einge­ formt sind und die Anschlußstutzen (2, 3, 4) an die Aus­ halsungen (1 a, 1 b 1 c) angeschweißt sind.

2. Auspuffsammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sammelleitung und die Anschlußstutzen von einer Isolierung (14) zur Wärme- und Geräuschdäm­ mung umgeben sind.

3. Auspuffsammelleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Teil der Deh­ nungswellen (6 bis 13) ein Mantel aus einem metallenen Geflecht, Gewebe oder Gestricke ( 15) der Kontur der Wellen zumindest entlang der betroffenen Wellenflanken folgend angeformt oder bei der Bildung der Dehnungswellen mitgeformt ist.

4. Auspuffsammelleitung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dehnungswellen (6 bis 9) nur in der Sammelleitung (1) eingeformt sind.

5. Auspuffsammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Anschlußstutzen (2 bis 5) wenig­ stens eine Dehnungswelle (10 bis 13) eingeformt ist.

6. Auspuffsammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellei­ tung (1) und die Anschlußstutzen (2 bis 5) aus austeni­ tischem Stahlblech mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1,5 mm, insbesondere 0,6 bis 1,0 mm besteht.

7. Auspuffsammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstut­ zen (2 bis 5) an ihren freien Enden umgebördelt sind und Losflansche tragen.

8. Auspuffsammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungswel­ len (6 bis 13) nur über einen Teil des Umfangs laufen.