DE4228188C2

DE4228188C2 - Vibration, bending and strain-absorbing front pipe of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE4228188C2
Application number: DE19924228188
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kaiser; Karl-Heinz Schweitzer
Original assignee: hde Metallwerk GmbH
Current assignee: HDE SOLUTIONS GMBH, 58706 MENDEN, DE
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: DE4228188A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung eines Verbren nungsmotors zur Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Ka talysatorbirne.The invention relates to an exhaust pipe of a combustion voltage engine for connecting an exhaust manifold with a Ka pear.

Eine derartige Abgasleitung ist bereits aus dem DE-GM 91 00 867 bekannt. Dort ist eine Abgasrohrleitung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei der die der Rohrabzweigung zugehörigen Verbindungsenden der Rohrzweige in ihrer Querschnittsgröße und -form so gestaltet sind, daß sie sich bei einer Nebeneinanderanordnung zum freien Innenquerschnitt des Hauptrohres ergänzen und darin eingesteckt werden können. Diese grundsätzlich vorteilhafte Abgasrohrleitung hat den Nachteil, daß zum Ausgleich von Längs- und Querschwingungen des elastisch bzw. beim Quereinbau in seiner Längsachse pendelnd drehbar befe stigten Motors in die Abgasrohrleitung ein oder mehrere Kom pensatoren eingebaut werden müssen. Derartige Abgasleitung mit Kompensatoren sind jedoch nachteiligerweise recht teuer in der Herstellung. Such an exhaust pipe is already from the DE-GM 91 00 867 known. There is an exhaust pipe for described an internal combustion engine of a motor vehicle, at which the connection ends associated with the pipe branch of the pipe branches in their cross-sectional size and shape are designed so that they are arranged side by side add to the free internal cross section of the main pipe and can be plugged into it. This basically advantageous exhaust pipe has the disadvantage that for Compensation of longitudinal and transverse vibrations of the elastic or when transversely installed, befe swiveling in its longitudinal axis Stigen engine in the exhaust pipe one or more com pensators must be installed. Such exhaust pipe with compensators, however, are disadvantageously quite expensive in production.

Darüber hinaus hat die bekannte Abgasleitung aufgrund einer relativ großen Wandstärke eine hohe thermische Masse, wodurch sich die Aufwärmphase des nachgeschalteten Katalysa tor verlängert, in der der Katalysator nur mit einem geringem Wirkungsgrad arbeitet.In addition, the well-known exhaust pipe due to a relatively large wall thickness a high thermal mass, whereby the warm-up phase of the downstream catalytic converter gate extended in which the catalyst is only slightly Efficiency works.

Des weiteren ist aus dem DE-GM 76 16 060 eine Rohrleitung, insbesondere eine Auspuffleitung eines Kraftfahrzeuges, be kannt, welche zur besseren Aufnahme von Torsionsbeanspruchun gen eine Vielzahl von das Trägheitsmoment verringernde Abfla chungen aufweist.Furthermore, DE-GM 76 16 060 is a pipeline, in particular an exhaust pipe of a motor vehicle, be knows which for better absorption of torsional stress a large number of abfla reducing the moment of inertia chung.

Letztlich beschreibt die DE-OS 14 76 573 ebenfalls ein Auspuffleitungssystem für Kraftfahrzeugmotoren, bei dem die Abgasleitung zur Erzielung eines tieferen Auspuffgeräusches eine große Länge und auch einen bogenförmigen Verlauf aufweist.Ultimately, DE-OS 14 76 573 also describes Exhaust pipe system for motor vehicle engines, in which the Exhaust pipe to achieve a lower exhaust noise a great length and also an arcuate course having.

Ausgehend von dem zuerst genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierende Abgasleitung zu schaffen, welche möglichst einfach und damit wirtschaftlich herzustel len ist und welche eine kürzere Aufwärmphase des Katalysators sicherstellt.Based on the first mentioned state of the art the invention has for its object a vibration, to create bend and strain absorbing exhaust pipe, which are as simple and economical to manufacture as possible len and which is a shorter warm-up phase of the catalyst ensures.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich im wesentlichen da durch, daß die Abgasleitung in der Weise hydrostatisch ge formt ist, daß sie im wesentlichen ununterbrochen in unter schiedlicher Weise bogenförmig verläuft und einen ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.The solution to the problem essentially arises there through that the exhaust pipe ge in the manner hydrostatically is that they are essentially continuously in under runs in an arcuate manner and has an oval shape Has cross-section, the short cross-sectional axis in each case is arranged in the bending direction.

Die erfindungsgemäße Abgasleitung ist auf vorteilhafte Weise insgesamt biegsam als Kompensator ausgebildet, so daß die durch den Motor eingeleiteten Längs- und Querschwingungen ohne weiteres als elastische Durchbiegungen bzw. Biegeände rungen des in unterschiedlicher Richtung gebogenen Rohres aufgenommen werden können. Wichtig ist dabei, daß die kurze Achse des ovalen Querschnitts jeweils in Biegerichtung ange ordnet ist, so daß die Abgasleitung der Biegung nur ein ge ringes Widerstandsmoment entgegensetzt. Des weiteren ist die Abgasleitung auch in der Lage, die bei der Erhitzung auftre tenden Längendehnungen aufzufangen. Dadurch werden einerseits die beim Stand der Technik notwendigen Kompensatoren entbehr lich. Andererseits ist die erfindungsgemäße Abgasleitung ein stückig ausgebildet, so daß keine Schweißverbindungen notwendig sind. Darüber hinaus garantiert der nur mittels des Hydroformverfahrens herstellbare, gebogene Längsverlauf der Abgasleitung mit fließend geschmeidigen Übergängen, daß die Abgasleitung gänzlich falten- und knickungsfrei ist und überall eine identische Wandstärke aufweist, so daß über den gesamten Längsverlauf der Abgasleitung keine bruchgefährdeten Stellen vorhanden sind. Die Herstellung einer derartigen Abgasleitung ist mit Hilfe des herkömmlichen Biegeverfahrens unmöglich.The exhaust pipe according to the invention is advantageous Overall flexible as a compensator, so that the longitudinal and transverse vibrations initiated by the engine easily as elastic deflections or bending surfaces stanchions of the pipe bent in different directions can be included. It is important that the short Axis of the oval cross-section in the bending direction is arranged so that the exhaust pipe of the bend only one ge opposed ring resistance moment. Furthermore, it is Exhaust pipe also able to occur when heating tendency to absorb elongations. This will, on the one hand the compensators necessary in the prior art are dispensed with Lich. On the other hand, the exhaust pipe according to the invention is on lumpy trained so that no welds are necessary. In addition, the guarantees only by means of the hydroforming process producible, curved longitudinal course of the exhaust pipe with smooth flowing transitions that the exhaust pipe completely is wrinkle and crease free and identical everywhere Has wall thickness so that over the entire longitudinal course there are no places at risk of breakage in the exhaust pipe are. The production of such an exhaust pipe is also involved Using the conventional bending method impossible.

Des weiteren weist die erfindungsgemäße Abgasleitung eine erheblich reduzierte thermische Masse auf, weil es mit Hilfe des Hydroformverfahrens möglich ist, die Abgasleitung mit deutlich verringerter Wandstärke zu fertigen.Furthermore, the exhaust pipe according to the invention has a considerable reduced thermal mass due to using it of the hydroforming process is possible, the exhaust pipe with clearly to produce reduced wall thickness.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung können die bogenförmigen Bereiche der Abgasleitung unterschiedliche Radien aufweisen oder generell auch in unterschiedliche Richtungen gerichtet sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, daß die Abgasleitung Bereiche aufweist, die unterschiedlich oval geformt sind. Diese erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Ausgestaltung gestatten es, die Abgasleitung nach Richtung und Größe der Schwingungsbelastung in jedem Bereich optimal auszubilden.In further advantageous embodiments of the invention the arcuate areas of the exhaust pipe can be different Have radii or generally different ones Directions. Beyond that it is it is also conceivable that the exhaust pipe has areas that differ are oval shaped. These possibilities according to the invention the design allow the exhaust pipe to direction and size of the vibration load in each area to train optimally.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Abgasleitung darüber hinaus Bereiche auf, in denen sich die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf der Abgasleitung an bestimmten Stellen der Abgasleitung übergangslos um bis zu 90° dreht. Derartige "Drehstellen" sind besonders vorteilhaft, wenn die Bewegungsenergie aus unterschiedlichen Richtungen auf die Abgasleitung einwirkt.In a preferred embodiment of the invention the exhaust pipe also has areas in which the orientation of the oval cross section along the length of the Exhaust pipe seamlessly at certain points in the exhaust pipe turns up to 90 °. Such "pivot points" are special advantageous if the kinetic energy from different Directions acts on the exhaust pipe.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further advantages of the invention result from the Un claims and from the following description of a Embodiment. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer über einen Abgas krümmer an einem Motor angeordneten Abgasleitung, Fig. 1 is a schematic view of a manifold mounted on an engine via an exhaust gas exhaust duct,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Abgasleitung gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section through the exhaust gas line according to the section line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer sogenannten Dreh stelle und Fig. 3 is a schematic view of a so-called turning point and

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Rohrabschnit tes mit Bereichen unterschiedlichen Querschnitts und Fig. 4 is a schematic representation of a Rohrabschnit tes with areas of different cross-section and

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Abgasleitung gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 1. Fig. 5 shows a cross section through the exhaust conduit section line VV in FIG. 1.

In den Zeichnungen wird eine aus zwei Rohren bestehende Abgasleitung insgesamt mit der Be zugsziffer 10 bezeichnet.In the drawings, an exhaust pipe consisting of two pipes is designated by the reference numeral 10 in total.

Das aus zwei Rohren bestehende Vorrohr 10 ist über einen Flansch 11 mit einem Abgaskrümmer 12 verbunden, der an einem elastisch drehbar aufgehängten Motor 13 befestigt ist. Das andere Ende des Vorrohrs 10 ist mit einem zur nicht darge stellten Katalysatorbirne weisenden Hosenstück 14 verbunden. The two-pipe front pipe 10 is connected via a flange 11 to an exhaust manifold 12 which is fastened to an elastically rotatably suspended motor 13 . The other end of the front pipe 10 is connected to a trousers piece 14 pointing to the catalyst bulb (not shown).

Das Vorrohr 10 wird mittels des Hydroformverfahrens her gestellt. Bei diesem Verfahren werden zunächst Metallrohre durch mechanische Einformung, z. B. innerhalb eines Gesenks, bei welchem beide Gesenke durch eine Presse geschlossen wer den, grob so vorgeformt, daß bereits die Grundform des Vor rohres 10 erkennbar ist. Dieses Zwischenprodukt wird sodann in ein Gesenk eingelegt, dessen Gravur bereits die endgültige Form des Vorrohres 10 bestimmt. Das von dem Gesenk aufgenom mene Zwischenrohrprodukt wird sodann mittels einer hydrauli schen Druckflüssigkeit mit einem hohen hydrostatischen Innen druck beaufschlagt, hierdurch aufgeweitet und an die Gravur angeschmiegt, so daß das Vorrohr 10 im wesentlichen fertig vorliegt.The front pipe 10 is made by means of the hydroforming process. In this method, metal pipes are first made by mechanical shaping, e.g. B. within a die, in which both dies closed by a press who roughly preformed so that the basic shape of the tube 10 is already recognizable. This intermediate product is then inserted into a die, the engraving of which already determines the final shape of the front tube 10 . The intermediate pipe product received by the die is then pressurized by means of a hydraulic pressure fluid with a high hydrostatic internal pressure, thereby widened and conformed to the engraving, so that the front pipe 10 is essentially finished.

Wie Fig. 1 zeigt, weist das Vorrohr 10 Bereiche unter schiedlicher Krümmung auf.As shown in FIG. 1, the front pipe 10 has areas with different curvatures.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des aus zwei Einzelrohren 19 und 20 bestehenden Vorrohres 10, wobei die kurzen Achsen des flachovalen Querschnitts mit x und die langen Achsen mit y bezeichnet sind. Die flachovalen Querschnitte verlaufen in den Krümmungsbereichen des Vorrohres 10 mit ihren kurzen Achsen x in Richtung der vom Motor 13 hauptsächlich erzeugten Schwingungen, damit das Vorrohr 10 in der Lage ist diese Schwingungen zu adsorbieren. FIG. 2 shows a cross section of the front pipe 10 consisting of two individual pipes 19 and 20 , the short axes of the flat oval cross section being designated by x and the long axes being designated by y. The flat oval cross sections run in the curvature areas of the downtube 10 with their short axes x in the direction of the vibrations mainly generated by the motor 13 , so that the downtube 10 is able to adsorb these vibrations.

Fig. 5 zeigt dagegen einen Querschnitt durch die beiden Einzelrohre 19 und 20 bei dem y die kurze Achse und x die lange Achse des ovalen Querschnitts bezeichnet. Je nach Lage des flachovalen Querschnitts des Vorrohres 10 im Koordinatensystem, ist der jeweilige Vorrohrbereich zur Aufnahme von Längs- bzw. Querschwingungen geeignet. Fig. 5, however, shows a cross section through the two individual tubes 19 and 20 in the y and x the short axis, the long axis of the oval cross-section referred to. Depending on the position of the flat oval cross section of the front pipe 10 in the coordinate system, the respective front pipe area is suitable for absorbing longitudinal and transverse vibrations.

An den mit 16 und 17 gekennzeichneten Stellen des Vor rohres 10, an denen eine hohe Schwingungsbelastung unter schiedlicher Art auftritt, sind darüber hinaus die in Fig. 3 schematisch dargestellten Drehbereiche 18 angeordnet, in dem die Lage des flachovalen Querschnittes sich im Koordinaten system über den Längsverlauf des Vorrohres 10 verändert. Da bei wird der ovale bzw. flachovale Querschnitt des Vorrohres 10 übergangslos und geschmeidig um 90° gedreht, wobei dies durch die Querschnitte E, F, G dargestellt ist. Die Veränderung des Querschnittes vom liegend ovalen zum kreisförmigen und dann zum stehend ovalen Querschnitt erfolgt harmonisch, so daß die Wandung des Vorrohrs 10 keine Falten bzw. Knickungen aufweist.At the points marked with 16 and 17 of the front pipe 10 , where a high vibration load occurs under different types, the rotating areas 18 shown schematically in FIG. 3 are also arranged, in which the position of the flat oval cross-section is in the coordinate system over the Longitudinal profile of the front pipe 10 changed. Since the oval or flat oval cross section of the front tube 10 is rotated smoothly and smoothly by 90 °, this being represented by the cross sections E, F, G. The change in cross-section from lying oval to circular and then to standing oval cross-section takes place harmoniously, so that the wall of the front pipe 10 has no folds or kinks.

Je nach technischer Notwendigkeit ist es darüber hinaus möglich, auch bei über dem Längsverlauf ständig sich verän dernden Querschnitt, die Innenquerschnittsfläche des Vorroh res 10 insgesamt aber immer konstant zu halten.Depending on the technical need, it is also possible to keep the internal cross-sectional area of the forward tube 10 overall constant, even with the cross-section constantly changing over the longitudinal course.

Allerdings ist es selbstverständlich auch denkbar, in einem bestimmten Bereich die Querschnittsfläche des Vorrohres 10 zu vergrößern, um die Abgasströmung zu verlangsamen.However, it is of course also conceivable to increase the cross-sectional area of the front pipe 10 in a certain area in order to slow down the exhaust gas flow.

Fig. 4 zeigt einige grundsätzliche Möglichkeiten zur Veränderung des Querschnittes eines Vorrohres 10. Während die in Flanschen 21 und 22 befestigten Bereiche des Vorrohres 10 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt A und D aufweisen, ist im dazwischenliegenden Bereich ein ovaler Querschnitt B und ein flachovaler Querschnitt c dargestellt, wobei der Strömungsquerschnitt jeweils derselbe sein soll. FIG. 4 shows some basic options for changing the cross section of a front pipe 10 . While the regions of the front pipe 10 fastened in flanges 21 and 22 each have a circular cross-section A and D, an oval cross-section B and a flat-oval cross-section c are shown in the region in between, the flow cross-section being intended to be the same in each case.

Grundsätzlich ermöglicht die Herstellung des Vorrohrs 10 mittels des Hydroform-Verfahrens die Ausbildung desselben mit um wenigstens 25% gegenüber dem Stand der Technik reduzierter Wandstärke. Dies hat den Vorteil der deutlichen Verringerung der sogenannten "thermischen Masse" des Vorrohres 10, wodurch beim Betrieb eines Katalysators die Länge der Aufwärmungs phase verringert werden kann.Basically, the production of the front pipe 10 by means of the hydroforming process enables the construction thereof with a wall thickness reduced by at least 25% compared to the prior art. This has the advantage of significantly reducing the so-called "thermal mass" of the front pipe 10 , whereby the length of the warm-up phase can be reduced when operating a catalyst.

Im Bereich des Hosenrohres 14 können alternativ beide Einzelrohre 19 und 20 schweißtechnisch vorteilhaft hydrostatisch so vorgeformt werden, daß sie im Bereich eines jeweils tangential ausgeführten Schnitts passend gegeneinandergestellt werden können.In the area of the downpipe 14 , alternatively, both individual pipes 19 and 20 can advantageously be preformed hydrostatically so that they can be suitably placed against each other in the area of a tangential cut.

Des weiteren kann eines der beiden Rohre durchgehend bis zum Katalysator geführt werden. Der Anschluß des anderen Rohres kann dann an beliebiger Stelle im Bereich einer hydrostatisch ausgeformten und aufgeschnittenen Aushalsung erfolgen. Dazu wird ein Rohrende in die Aushalsung eingesteckt bzw. auf die Aushalsung gesteckt und angeschweißt. Mit dieser Art der Verbindung der beiden Rohre werden einige Schweißstellen eingespart.In addition, one of the two tubes can run up to be led to the catalyst. The other's connection Pipe can then be placed anywhere in the area hydrostatically shaped and cut neckline respectively. To do this, insert a pipe end into the neck inserted or put on the neck and welded on. With this way of connecting the two pipes some welding spots are saved.

Claims

1. Exhaust pipe of an internal combustion engine for connecting an exhaust manifold to a catalyst bulb, characterized in that the exhaust pipe ( 10 ) is hydro statically shaped in such a way that it runs essentially continuously in a different arcuate manner and has an oval cross-section, the short cross-sectional axis (y) is arranged in the bending direction.

2. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the arcuate regions of the exhaust pipe ( 10 ) have different radii.

3. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the arcuate areas in different directions point.

4. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe ( 10 ) has areas (at B and C) which are shaped differently oval.

5. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe ( 10 ) has areas whose circumferences differ from one another.

6. Exhaust pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area is constant over the entire longitudinal course of the exhaust pipe ( 10 ).

7. Exhaust pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area changes over the entire longitudinal run of the exhaust pipe ( 10 ).

8. Exhaust pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust pipe ( 10 ) consists of at least at least two individual pipes ( 19 , 20 ) which are guided next to one another or one below the other, and whose course and cross-sectional changes are substantially identical.