DE4440292C1 - Vorrichtung zur Abgasführung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasführung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bestehend aus zwei Abgasführungsrohren, die an ein weiterführendes Rohr anschließbar und an der Verbindungs­ stelle zu einem gemeinsamen Rohrstück vereinigt sind, wo bei die Abgasführungsrohre mindestens in der Nähe des Vereinigungsbereiches oder über ihre gesamte Länge bis zum Beginn des Vereinigungsbereiches im Querschnitt D- förmig ausgebildet und mit den ungewölbten Wandungen einander angenähert und zueinander parallel angeordnet sind, wobei ferner vor dem Beginn der Vereinigungsstelle bis zum Beginn des Vereinigungsbereiches die D-Form der Rohre kontinuierlich aufgeweitet ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus dem DE-GM 19 52 269 bekannt.

Es ist auch aus der betrieblichen Praxis eine Vorrichtung zur Abgasführung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren bekannt, wobei zwei Abgasführungsrohre vorgesehen sind, die an ein weiterführendes Rohr angeschlossen werden und an der Verbindungsstelle zu einem gemeinsamen Rohrstück vereinigt sind. Dabei weisen im Vereinigungsbereich die einander benachbarten Rohrwandungsbereiche einen sich zur Vereinigungsstelle erweiternden Wandungsausschnitt auf und die Randkanten der Wandungsausschnitte sind miteinander mindestens teilweise verschweißt.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung werden Abgasführungsrohre mit kreisrundem Querschnitt zu einem gemeinsamen Anschlußrohrstück vereinigt, an welches ein weiterführendes Rohr angeschlossen werden kann. Zum Zusammenführen der beiden im Bereich der Zusammenführungs­ stelle parallel geführten Abgasführungsrohrenden werden die Rohrwandungen in den einander gegenüberliegenden Bereichen mit einer etwa parabelförmigen Ausstanzung versehen und im Bereich der Randkanten der Ausstanzungen miteinander verschweißt. Auf diese Weise wird bei doppel­ flutigen Anlagen an der Zusammenführungsstelle der zur Verfügung stehende Rohrquerschnitt langsam auf den Querschnitt des weiterführenden Rohres vereinigt. Die bekannte Vorrichtung ist in vielfacher Hinsicht nachteilig. Das Ausstanzen der entsprechenden Ausschnitte aus den Rohrwandungen ist recht aufwendig, da die Ausstanzung aus den gekrümmten Rohrbereichen erfolgen muß. Die Strömungseigenschaften im Vereinigungsbereich sind häufig unbefriedigend. Insgesamt ist eine solche Vorrichtung relativ breitbauend, so daß ein entsprechender Einbauraum im Motorraum des Fahrzeuges zur Verfügung stehen muß. Die Herstellung ist relativ kostenaufwendig, wobei insbesondere die Verschweißung im Bereich der Ausstanzungen schwierig und kostenintensiv ist, da die entsprechende Schweißnaht relativ weit in das Rohrinnere hinein verläuft. Zudem neigen solche Vorrichtungen zur Bildung von Knallgeräuschen durch die relativ schlagartige Querschnittsveränderung im Vereinigungsbereich.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die bei einfacher Herstellung gute Strömungseigenschaften des Abgases ermöglicht und bei der eine Verminderung der Knallgeräuschbildung erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß im Vereinigungsbereich die einander benachbarten Rohrwandungsbereiche einen sich zur Vereinigungsstelle erweiternden Wandungsausschnitt aufweisen und die Randkanten der Wandungsausschnitte benachbarter Rohre miteinander verschweißt sind und daß die maximale Querschnittsaufweitung mit dem Beginn des Vereinigungs­ bereiches zusammenfällt und anschließend der Gesamt- Querschnitt der Rohre bis zum Ende des Vereinigungs­ bereiches kontinuierlich bis auf das Maß des Anschluß­ querschnittes des weiterführenden Abgasrohres vermindert ist, wobei die Aufweitung und Verminderung der Querschnitte nur in Richtung quer zum ungewölbten Steg der D-Form, nicht aber in Richtung parallel zu diesem Steg vorgesehen ist, wobei am Ende des Vereinigungsbereiches der D-Form die ungewölbten Stege vollständig entfernt sind und die radialen Enden der gewölbten Bereiche der D-Form miteinander verschweißt sind.

Dadurch, daß die Abgasführungsrohre zumindestens im Bereich der Annäherung an den Vereinigungsbereich und über den gesamten Verlauf des Vereinigungsbereiches D- förmig ausgebildet sind, wird ein gleichmäßiger Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt, der hinsichtlich der Strömungseigenschaften vorteilhaft ist.

Zudem ist durch diese Ausbildung eine enge Anordnung der beiden Abgasführungsrohre unter unmittelbarer Annäherung der ungewölbten Bereiche der D-Form der Querschnitte erreicht, was zu einem geringen Bauvolumen der aus den beiden Abgasführungsrohren bestehenden Baueinheit führt, so daß die Doppelflutigkeit auf geringem Raum erzielt werden kann. Hierdurch wird auch eine höhere Konstruktionsfreiheit bezüglich der Gestaltung und Anordnung im Motorraum von Kfz. beispielsweise erreicht. Es ist auch eine kostengünstige Fertigung möglich, wobei insbesondere wiederum durch die D-förmige Ausbildung es ermöglicht ist, daß der am Anfang der Vereinigungs­ stelle beginnende und am Ende des Vereinigungsbereiches endende Wandungsausschnitt der beiden Abgasführungsrohre mit einfachen Werkzeugen und präzise ausgeführt werden kann, da der mit dem Ausschnitt versehene Wandungsbereich des jeweiligen Rohres im wesentlichen ungewölbt ist.

Die Formung der Abgasführungsrohre kann vorzugsweise mittels Hydroumformung erfolgen, wobei der jeweilige Rohrquerschnitt kontinuierlich in dem gewünschten Maße aufgeweitet und verengt wird. Durch diese Herstellung ist eine engtolerierte und kostengünstige Fertigung möglich, wobei auch geringe Anschlußtoleranzen eingehalten werden können.

Zudem ist es unter Anwendung des Hydroumformverfahrens möglich, die Abgasführungsrohre in Form von einwandigen, doppelwandigen oder mehrwandigen Rohren auszubilden, gegebenenfalls auch mit dazwischenliegender Luftspalt­ isolierung oder dergleichen.

Insbesondere wird auch eine Knallgeräuschverringerung erreicht. Dies resultiert offenbar daraus, daß die Abgasführungsrohre zunächst über einen Bereich, der in Strömungsrichtung vor dem Vereinigungsbereich liegt, aufgeweitet sind und beginnend mit dem vorgesehenen Wandungsausschnitt die Querschnittsverminderung erfolgt, die am Ende des Wandungsausschnittes, wenn also beide gewölbten Bereiche der D-förmigen Abgasführungsrohre ohne dazwischenliegendem Wandungsausschnitt an ihren Längs­ randkanten vereinigt sind, auf den Solldurchmesser zurückgeführt sind, - der dem Rohrquerschnitt des anzuschließenden weiterführenden Rohres entspricht. Durch diese Anordnung und Ausbildung wird eine schlagartige Querschnittsvergrößerung vermieden, die zu einer Knall­ geräuschbildung führt. Durch den Wandungsausschnitt wird quasi eine Abrißkante innerhalb des Vereinigungsbereiches gebildet, wobei die Rohrquerschnitte der Abgasführungsrohre bis zum Beginn dieser Abrißkante kontinuierlich erweitert sind und dann über den gesamten Verlauf der Abrißkante auf den gemeinsamen Solldurchmesser wieder reduziert werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß der den Vereinigungsbereich bildende Wandungsausschnitt der benachbarten Rohrwandungsbereiche in Seitenansicht halbkreisartig geformt ist.

Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, daß der Wandungsausschnitt sich radial bis zu dem in gewölbte Bereiche der D-Form übergehenden Rohrmantelteil erstreckt und axial eine Erstreckung aufweist, die geringer ist als dem Rohrradius oder der halben Höhe des ungewölbten Bereiches der D-Form entspricht.

Insbesondere bei dieser Anordnung und Ausbildung ist die Verschweißung der Ausschnittsrandkanten der benachbarten Abgasführungsrohre in einfacher Weise möglich, da die Länge des Vereinigungsbereiches relativ kurz gestaltet ist und somit eine gute Zugänglichkeit für Schweißaggregate in diesem Bereich geschaffen ist.

Unter Umständen ist auch bevorzugt vorgesehen, daß an das Ende der kontinuierlichen Verjüngung auf den Solldurchmesser des weiterführenden Rohres ein zylindrischer Bereich anschließt, an welchen das weiterführende Rohr anschließbar ist.

Um eine Geräuschabstrahlung im Bereich der ebenen Bereiche der D-Form der doppelflutigen Abgasrohre zu vermindern ist vorzugsweise vorgesehen, daß der ungewölbte Steg der D-Form der Rohre über seine Höhe schwach S-förmig profiliert ist, wobei die einander angenäherten S-förmigen Stege gleichförmig ausgebildet sind.

Diese S-förmige Ausbildung der Stege ist vornehmlich nur in dem Bereich vorgesehen, in welchem die Rohre parallel zueinander geführt sind, während im eigentlichen Vereinigungsbereich die ungewölbten Stege der D-Form parallel und geradlinig zueinander verlaufend ausgebildet sind, um den Vereinigungsbereich einfach gestalten zu können.

Die S-förmige Ausbildung der Stege im Vereinigungsbereich ist an sich aus dem DE-GM 70 45 505 bekannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Einen Abschnitt von zwei Abgasführungsrohren einschließlich des Vereinigungsbereiches in Draufsicht;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung der Schnittlinie II-II der Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht in Richtung der Schnittlinie III-III der Fig. 1 gesehen;

Fig. 4 und 5 weitere Querschnittsansichten gemäß IV-IV bzw. V-V in Fig. 1 gesehen.

In den Zeichnungsfiguren ist der hier interessierende wesentliche Bereich einer Vorrichtung zur Abgasführung von Brennkraftmaschinen, beispielsweise Fahrzeugmotoren gezeigt. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Abgasführungsrohren 1, 2, die an ein in der Zeichnung nicht gezeigtes weiterführendes Rohr bei 3 anzuschließen sind und die bei 4 weitergeführt und an Abgaskanäle des Motors oder dergleichen angeschlossen sind. Die Abgas­ führungsrohre sind im Bereich 5 miteinander vereinigt, wobei im Vereinigungsbereich die einander benachbarten Rohrwandungsbereiche 6, 7 einen sich zur Vereinigungsstelle 5 vergrößernden Wandungsausschnitt 8 aufweisen. Die Randkanten der Wandungsausschnitte 8 der benachbarten Rohre sind miteinander verschweißt, so daß an der Anschlußstelle zum weiterführenden Abgasrohr 3 ein einziger freier Rohrquerschnitt gebildet ist, der durch Vereinigung der beiden Abgasführungsrohre 1, 2 gebildet ist.

Die Abgasführungsrohre 1, 2 sind vorzugsweise über ihre gesamte Länge, mindestens aber in der Nähe des Vereinigungsbereiches der Rohre 1 und 2, im Querschnitt etwa D-förmig ausgebildet, wie aus den Schnittfiguren 3 bis 5 insbesondere ersichtlich ist. Dabei sind sie mit den ungewölbten benachbarten Wandungen 6, 7 einander angenähert und zueinander parallel verlaufend angeordnet. Vor dem Beginn der Vereinigungsstelle 5 ist die D-Form der Rohre 1, 2 kontinuierlich aufgeweitet. Die Aufweitung ist mit 9 bezeichnet. Die maximale Querschnittsaufweitung fällt mit dem Beginn des Vereinigungsbereiches 5 (bei 10) zusammen. Anschließend ist der Gesamtquerschnitt der Rohre 1, 2 bis zum Ende des Vereinigungsbereiches 5 kontinuierlich bis auf das Maß des Anschlußquerschnittes eines weiterführenden Abgasrohres vermindert. Diese Querschnittsverminderung ist mit 11 bezeichnet. Die Querschnittsaufweitung 9 und Querschnittsverminderung 11 erfolgt nur in Richtung quer zum ungewölbten Steg (benachbarte Wandungsteile 6, 7) der D-Form, nicht aber in Richtung parallel zu diesen.

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß entsprechend der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 bis 5 die Höhe der Rohre 1, 2 im unvereinigten und vereinigten Bereich praktisch gleich bleibt, also in vertikaler Richtung gemäß der Zeichnungsfiguren gesehen, während in horizontaler Richtung die Querschnittserweiterung bzw. -verjüngung erfolgt. Am Ende des Vereinigungsbereiches 5 sind die ungewölbten Wandungsteile der D-Form (benachbart den Wandungsteile 6, 7) vollständig entfernt und die radialen Enden der gewölbten Bereiche der D-Form der Abgasführungs­ rohre 1, 2 sind miteinander verschweißt. Die Schweißnaht ist bei 12 angegeben. Diese Schweißnaht verläuft auch bei 13 in die zylindrische Verlängerung 14, die an den Vereinigungsbereich 5 anschließt, hinein, so daß dort ein im Querschnitt kreisförmiges Rohrstück als Anschluß für das weiterführende Abgasrohr gebildet ist. Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich, ist der Wandungsausschnitt der benachbarten Rohrwandungsbereiche 6 bzw. 7 in Seitenansicht etwa halbkreisförmig geformt, wobei vorzugsweise der Wandungs­ ausschnitt sich radial bis zu den in die gewölbten Bereiche der D-Form übergehenden Rohrmantelteilen erstreckt und axial, also in Längsrichtung der Rohre, eine Erstreckung aufweist, die geringer ist, als dem Rohrradius oder der halben Höhe des ungewölbten Bereiches der D-Form entspricht.

Das Ende der kontinuierlichen Verjüngung 11 auf den Solldurchmesser des weiterführenden Rohres schließt an den zylindrischen Bereich 18 an, an welchen das weiter­ führende Rohr angeschlossen werden kann.

Wie insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, ist der im Vereinigungsbereich ungewölbte Steg der D- Form im weiteren Verlauf der Abgasführungsrohre 1, 2 über seine Höhe schwach S-förmig profiliert, wobei die einander angenäherten S-förmigen Stege gleichförmig ausgebildet sind, so daß sie im unmittelbaren Annäherungsbereich, der in Fig. 4 gezeigt ist, flächig aneinander geführt werden können.

Die Herstellung der Abgasführungsrohre 1, 2 erfolgt vorzugsweise im Wege der Hydroumformung, wobei durch hydrostatische Aufbringung von Innendruck die in eine Form gelegten Rohrrohlinge in die Sollform überführt werden, was äußerst präzise und kostengünstig erfolgen kann. Hierbei werden auch in einfacher Weise die kontinuierlichen Übergänge zum Zwecke der Erweiterung und Verjüngung der Rohre erzeugt. Nach der Formung der Rohre können die entsprechenden Wandungsausschnitte 8 ausgestanzt werden. Danach können die Rohre zusammen­ gefügt werden, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, woraufhin dann die Schweißung der benachbarten Rohre im Bereich des Wandungsausschnittes 8 und des Schlitzes im zylindrischen Bereich 14 erfolgt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Abgasführung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, bestehend aus zwei Abgasführungsrohren, die an ein weiterführendes Rohr anschließbar und an der Verbindungsstelle zu einem gemeinsamen Rohrstück vereinigt sind, wobei die Abgasführungsrohre mindestens in der Nähe des Vereinigungsbereiches oder über ihre gesamte Länge bis zum Beginn des Vereinigungsbereiches im Querschnitt D-förmig ausgebildet und mit den ungewölbten Wandungen einander angenähert und zueinander parallel angeordnet sind, wobei ferner vor dem Beginn der Vereinigungsstelle bis zum Beginn des Vereinigungsbereiches die D-Form der Rohre kontinuierlich aufgeweitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Vereinigungsbereich die einander benachbarten Rohrwandungsbereiche (6, 7) einen sich zur Vereinigungsstelle (5) erweiternden Wandungsausschnitt (8) aufweisen und die Randkanten der Wandungsausschnitte (8) benachbarter Rohre (1, 2) miteinander verschweißt sind, und daß die maximale Querschnittsaufweitung mit dem Beginn des Vereinigungsbereiches (5) zusammenfällt und anschließend der Gesamt-Querschnitt der Rohre (1, 2) bis zum Ende des Vereinigungsbereiches (5) kontinuierlich bis auf das Maß des Anschlußquer­ schnittes des weiterführenden Abgasrohres vermindert (bei 11) ist, wobei die Aufweitung (9) und Verminderung (11) der Querschnitte nur in Richtung quer zum ungewölbten Steg der D-Form, nicht aber in Richtung parallel zu diesem Steg vorgesehen ist, wobei am Ende des Vereinigungsbereiches (5) der D-Form die ungewölbten Stege vollständig entfernt sind und die radialen Enden der gewölbten Bereiche der D-Form miteinander verschweißt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Vereinigungsbereich (5) bildende Wandungs­ ausschnitt (8) der benachbarten Rohrwandungsbereiche (6, 7) in Seitenansicht halbkreisartig geformt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandungsausschnitt (8) sich radial bis zu den in die gewölbten Bereiche der D-Form über­ gehenden Rohrmantelteil erstreckt und axial eine Erstreckung aufweist, die geringer ist als dem Rohrradius oder der halben Höhe des ungewölbten Bereiches der D-Form entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Ende der kontinuierlichen Verjüngung (11) auf den Solldurchmesser des weiter­ führenden Rohres ein zylindrischer Bereich (14) anschließt, an welchen das weiterführende Rohr anschließbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4′ dadurch gekennzeichnet, daß der ungewölbte Steg der D-Form der Rohre (1, 2) über seine Höhe schwach S-förmig profiliert ist, wobei die einander angenäherten S-förmigen Stege (6, 7) gleichförmig ausgebildet sind.