DE3721608A1 - Auspuff-sammelrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Auspuff-Sammelrohr zur Ablei­ tung der Verbrennungsgase eines Motors mit jeweils einem Anschlußflansch an den Rohrenden.

Bekanntlich werden die aus den Zylindern eines Motors aus­ strömenden Verbrennungsgase über Auslaßkanäle in das Freie abgeleitet. An die einzelnen Kanäle wird dabei ein Aus­ puff-Sammelrohr, das auch als Auspuffkrümmer bezeichnet wird, angeflanscht. Der Übergang von den einzelnen Zylin­ derköpfen kann dabei über einzelne Rohrstutzen mit gro­ ßen Übergangsradien erfolgen. An das Auspuff-Sammelrohr ist üblicherweise ein Schalldämpfer angeflanscht. Wegen der guten Schalldämpfung sind Auspuff-Sammelrohre im allgemei­ nen aus Grauguß hergestellt.

Durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Zylinderkopfes und des Auspuff-Sammelrohrs, die insbesondere bei einem Kaltstart auftreten, entstehen im Auspuff-Sammelrohr mecha­ nische Spannungen, die zum Verschleiß des Sammelrohres führen können. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch die auftretenden Spannungen die Dichtungen an den Anschluß­ stellen verschoben oder zerrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auspuff- Sammelrohr der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Verschleißfestigkeit verbessert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Auspuff-Sammel­ rohr aus einem gasführenden Innenrohr und einem davon thermisch isolierten tragenden Außenrohr besteht und daß das gasführende Innenrohr mindestens ein Rohrstück mit einem verschiebbar gelagerten Ende zum Ausgleich von tem­ peraturbedingten Längenänderungen aufweist.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, den tra­ genden Teil des Auspuff-Sammelrohres und den temperatur­ kritischen gasführenden Teil voneinander zu trennen. Das hat den Vorteil, daß der innere Teil im wesentlichen aus­ schließlich im Hinblick auf die Gasfestigkeit und der äu­ ßere Teil ausschließlich im Hinblick auf die Strukturfestig­ keit ausgebildet sein können. Instabilitätserscheinungen aufgrund von Wärmespannungen treten im tragenden Teil nicht auf. Im gasführenden Teil können sie durch spezielle Druck­ entlastungs- bzw. Zugentlastungsbereiche unter Verwendung eines Axialkompensators neutralisiert werden.

Die Erfindung bietet ferner den Vorteil, daß die Masse des Innenrohres relativ klein gehalten werden kann, da es kei­ ne tragende Funktion zu erfüllen hat. Somit wird weniger Wärme vom Abgas aufgenommen und gespeichert, was zu höhe­ ren Gastemperaturen führt. Bei Diesel-Motoren kann dadurch ein Abbrennen des Rußfilters erfolgen, so daß zusätzliche Filter eingespart werden können. Bei mit Katalysator ausge­ rüsteten Benzinmotoren führt die höhere Temperatur zu einem früheren Anspringen. Umgekehrt bietet die geringere Wärme­ kapazität des Auspuff-Sammelrohres die Möglichkeit, den Motor dichter abzukapseln, da weniger Wärme innerhalb der Kapsel gespeichert wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Innenrohr aus zwei Rohrstücken besteht, deren eines Ende jeweils fest mit einem Anschlußflansch verbunden ist, und deren freie Enden ineinandergesteckt sind. Diese Aus­ führungsform ist auf einfache Weise herstellbar.

Alternativ dazu kann es zweckmäßig sein daß das Innen­ rohr aus zwei Rohrstücken besteht, die über eine dehnungs­ ausgleichende Muffe oder ein gemeinsames weiteres, innen liegendes Rohrstück miteinander verbunden sind.

Es kann sich auch zur Verbesserung der Stabilität als zweckmäßig erweisen, die freien Rohrstückenden über Bril­ lenflansche axial verschiebbar zu verbinden.

Um ein Austreten von Verbrennungsgasen in den Ringraum zwi­ schen Innen- und Außenrohr zu verhindern, ist es vorteil­ haft, daß die Trennstelle zwischen den Rohrstücken mit einer Dichtung versehen ist.

Eine besonders leichte Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß zumindest das Innenrohr aus Edelstahl her­ gestellt ist. Das Gewicht kann ferner weiter dadurch redu­ ziert werden, daß das Außenrohr aus Edelstahl besteht.

Diese Weiterbildungen sind auch im Hinblick auf die wün­ schenswerte geringe Wärmekapazität und die Beständigkeit gegen die korrosive Wirkung der Abgase vorteilhaft. Auch ist hierbei der Reibungswiderstand im Gleitrohr-Kompensator relativ gering.

Bevorzugt beträgt die Stärke des Innenrohres etwa 0,8 mm und die Stärke des Außenrohres etwa 2,5 mm.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß das Außenrohr im Bereich der Anschluß­ flansche auf den Außendurchmesser des Innenrohres verjüngt ist, und daß es gemeinsam mit dem Innenrohr auf den An­ schlußflanschen befestigt ist. Auf diese Weise kann den Einbauverhältnissen, insbesondere der Anordnung der Befe­ stigungsschrauben, sehr gut Rechnung getragen werden, ohne daß Veränderungen an den Anschlußflanschen bzw. den Zylin­ der-Auslaßleitungen gegenüber den herkömmlichen Auspuff- Sammelrohren vorgenommen werden müssen.

Eine sehr gute Wärmeisolierung zwischen Innen- und Außen­ rohr sowie eine gute Schalldämpfung wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Innen- und Außenrohr ein Isoliermittel angeordnet ist. Als besonders geeignet erweist es sich, daß als Isoliermittel Keramikfaser verwendet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrie­ ben.

Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils schematisch einen Längsschnitt durch ein Auspuff-Sammelrohr.

Wie die Fig. 1veranschaulicht, weist ein Auspuff-Sammel­ rohr 1 ein Außenrohr 2 und ein Innenrohr 3 sowie einen eingangsseitigen Anschlußflansch 4 und einen ausgangssei­ tigen Anschlußflansch 5 auf. Über den eingangsseitigen An­ schlußflansch 4 wird das Auspuff-Sammelrohr 1 mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) verschraubt. Der ausgangsseitige Anschlußflansch 5 dient zur Verbindung mit einer Auspuffleitung (nicht dargestellt).

Das Außenrohr 2 dient als tragendes Teil und sichert die notwendige mechanische Festigkeit und Stabilität des Aus­ puff-Sammelrohrs 1. Die Führung und Ableitung von Ver­ brennungsgasen aus dem Motor in das Auspuffrohr erfolgt ausschließlich durch das Innenrohr 3, welches thermisch gegen das Außenrohr 2 isoliert ist. In dem hier gezeigten Beispiel erfolgt dies durch eine Glaswolle-Umhüllung 8, welche den Ringraum zwischen dem Außenrohr 2 und dem Innen­ rohr 3 vollständig ausfüllt. Da das Innenrohr 2 keine tra­ gende Funktion ausübt, kann es im Vergleich zum Außenrohr 3 entsprechend schwächer ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Außenrohr 3 aus 2,5 mm starkem Edelstahl und das Innenrohr aus 0,8 mm starkem Edelstahl hergestellt sein.

Das Innenrohr 2 besteht aus zwei Rohrstücken 7, 8, die je­ weils ein festes und ein verschiebbar gelagertes Ende auf­ weisen. Die beiden festen Enden sind am eingangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Anschlußflansch 4, 5 befestigt. Die beiden freien Enden der Rohrstücke 7, 8 sind in der Weise ineinandergesteckt, daß sie in Achsrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Bevorzugt weist das ausgangsseitig lie­ gende Rohrstück 8 einen etwas größeren Innendurchmesser zur Aufnahme des eingangsseitigen Rohrstückes 7 auf, so daß das eingangsseitige Rohrstück 7 über das ausgangssei­ tige Rohrstück 8 übersteht. Grundsätzlich kann das aus­ gangsseitige Rohrstück 8 über seine gesamte Länge einen entsprechenden größeren Innendurchmesser aufweisen als das eingangsseitige Rohrstück 7. Es ist aber auch möglich, beide Rohrstücke 7, 8 mit demselben Innendurchmesser auszu­ statten und die Steckverbindung als Muffenverbindung aus­ zuführen und gegebenenfalls einen Dichtring vorzusehen.

Das Außenrohr 2 ist an seinen beiden Enden in der Weise konisch verjüngt daß es mit dem Innenrohr 3 jeweils in einer gemeinsamen ringförmigen Verbindung 10 mit dem ein­ gangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Anschlußflansch 4, 5 verbunden ist. Durch diese Formgebung des Außenrohres 2 wird auch die mechanische Stabilität erhöht.

Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, daß das Außenrohr 2 vollkommen geschlossen ist, da es lediglich eine tragende Funktion ausübt und das Abgas über das Innenrohr 3 gelei­ tet wird. Zur Schalldämpfung und Sicherung gegen unter Um­ ständen aus der Steckverbindung des Innenrohres 3 austre­ tende Abgase ist der Ringraum nach außen vollkommen ge­ schlossen. Es können daher anstelle von faserförmigen Iso­ lierstoffen auch pulverförmige Isolierstoffe zur Wärme- und Schallisolierung verwendet werden.

Gelangen heiße Verbrennungsgase entsprechend Pfeil 9 in das Innenrohr 3, so verursachen sie eine Längenausdehnung des eingangs- und ausgangsseitigen Rohrstückes 7, 8. Durch die Gleitrohrkonstruktion werden diese Längenausdehnungen kom­ pensiert. Aufgrund der relativ geringen Masse des Innen­ rohres 3 nimmt dieses wenig Wärme auf. Durch die Glas­ wolle-Umhüllung 6 wird ferner eine Wärmeübertragung auf das Außenrohr 2 verhindert, so daß dort keine Wärmespan­ nungen auftreten. Durch die konstruktionsbedingte geringe Wärmespeicherung gewährleistet das Auspuff-Sammelrohr 1 eine besonders gute Wärmeabführung aus dem Motorraum.

Die Fig. 2 zeigt ein Auspuff-Sammelrohr 1′ mit einer T- förmigen bzw. V-förmigen Verzweigung. Hierbei weist das Innenrohr drei dünnwandige Rohrstücke auf, wobei zwei Rohr­ stücke 11, 12 in ein gemeinsames T- bzw.V-Rohrstück 13 ein­ münden, welches beispielsweise aus Halbschalen geformt ist. Die Enden der beiden Rohrstücke 11, 12 sind auf Maß kali­ briert und sind paßgenau mit der Eingangsseite des T- bzw. V-Rohrstücks 13 abgestimmt. Auf diese Weise sind die beiden Rohrstücke 11 und 12 gegen das T- bzw. V-Rohrstück 13 ver­ schiebbar.

Um die Rohrstücke 11, 12, 13 ist eine Isolierschicht 14 aus Glas- oder Steinwolle von beispielsweise etwa 2 bis 5 mm Dicke zur Wärmeisolation der heißen Abgase gewickelt. Die ge­ samte Konstruktion wird durch ein gemeinsames dickwandigeres Außenrohr 15 gehalten. Da es keinen großen Wärmebelastungen ausgesetzt ist, kann es auch aus billigeren Stahlsorten ge­ fertigt sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Außenrohr 15 vorzugsweise aus miteinander verschweißten Halbschalen ge­ fertigt. Die Rohrstücke 11, 12 und 13 sind im Bereich von Flanschen 16, 17 18, gemeinsam mit dem Außenrohr 15 ver­ schweißt.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführung eines Auspuff-Sammelrohrs 1′′ mit einem Kreuz-Rohrstück 19 mit drei Eintrittsstutzen, wobei in dem gezeigten Beispiel zwei Stutzen jeweils ein Bo­ genrohrstück 20 bzw. 21 aufnehmen, während der dritte Stutzen mit einem Anschlußflansch 20 versehen ist. Die beiden Bogen­ Rohrstücke 20, 21 sowie das Kreuz-Rohrstück 18 sind in einem gemeinsamen Außenrohr 22 angeordnet und an den freien Enden gemeinsam mit dem Außenrohr 22 mit den Flanschen 16 17, 18, 20 verschweißt. Wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 bereits im einzelnen beschrieben wurde, ist das Außenrohr 22 durch eine Isolierschicht 14 thermisch isoliert. Die Beweglichkeit der Rohrstücke 19, 20, 21 bei Wärmebela­ stung ist wiederum durch Gleitrohrkompensatoren gewährlei­ stet.

Claims (12)

1. Auspuff-Sammelrohr zur Ableitung der Verbrennungsgase eines Motors mit jeweils einem Anschlußflansch an den Rohrenden, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem gasführenden Innenrohr (3) und einem davon thermisch isolierten tragenden Außenrohr (2) be­ steht und daß das gasführende Innenrohr (3) mindestens ein Rohrstück (7, 8) mit einem verschiebbar gelagerten Ende zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenände­ rungen aufweist.

2. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) aus zwei Rohrstücken (7, 8) be­ steht, deren eines Ende jeweils fest mit einem An­ schlußflansch (4, 5) verbunden ist, und deren freie Enden ineinandergesteckt sind.

3. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) aus zwei Rohrstücken (7, 8) be­ steht, die über eine dehnungsausgleichende Muffe mit­ einander verbunden sind.

4. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr aus zwei Rohrstücken (7, 8) besteht, die über ein weiteres, innen liegendes Rohrstück über­ brückt sind.

5. Auspuff-Sammelrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle zwischen den Rohrstücken (7, 8) mit einer Dichtung versehen ist.

6. Auspuff-Sammelrohr nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Innenrohr (3) aus Edelstahl herge­ stellt ist.

7. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelstahl des Innenrohres (3) eine Stärke von etwa 0,8 mm aufweist.

8. Auspuff-Sammelrohr nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) aus Edelstahl hergestellt ist.

9. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelstahl des Außenrohres (2) eine Stärke von etwa 2,5 mm aufweist.

10. Auspuff-Sammelrohr nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) im Bereich der Anschlußflansche (4, 5) auf den Außendurchmesser des Innenrohres (3) verjüngt ist und daß es gemeinsam mit dem Innenrohr (3) auf den Anschlußflanschen (4, 5) befestigt ist.

11. Auspuff-Sammelrohr nach einem der vorhergehenden An­ spruche, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Innenrohr (3) und dem Außenrohr (2) ein Wärmeisolierstoff angeordnet ist.

12. Auspuff-Sammelrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierstoff Keramikfaser (6) verwendet ist.