DE4444760A1 - Luftspaltisolierter Abgaskrümmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen luftspaltisolierten Abgaskrüm­ mer mit endseitiger Auslaßöffnung, Sammelleitung und seit­ lichen Einlaßöffnungen, wobei Außenrohr und Innenrohr Blech­ formteile sind.

Luftspaltisolierte, doppelwandige Abgaskrümmer finden insbe­ sondere bei Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen zunehmend Ver­ wendung, die zusammen mit anderen luftspaltisolierten doppel­ wandigen Abgasrohren für einen optimalen Betrieb einer nach­ geordneten Abgasentgiftungseinrichtung (Katalysator) sorgen. Sie bewirken eine Verringerung der Wärmeabgabe des Abgases an die Umgebung, so daß das Abgas mit höherer Temperatur als bei einfachwandigen Krümmern und Abgasrohren der Abgasent­ giftungseinrichtung zuströmt. Dies ist insbesondere während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors von Bedeutung, weil der Katalysator dann rasch seine Arbeitstemperatur erreicht.

Bekannte doppelwandige Abgaskrümmer sehen ein Außenrohr und ein ein- oder mehrstückiges Innenrohr vor, welches Blechform­ teile in Halbschalenkonstruktion sind. Nach dem Blechumfor­ mungsvorgang werden die Halbzeuge zusammengesetzt und die äußeren Halbschalen des Außenrohrs miteinander verschweißt. Ein derartiger Fertigungsvorgang ist vergleichsweise aufwen­ dig und verlangt viele Einzelteile bei erhöhtem Materialauf­ wand.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines luftspaltiso­ lierten Abgaskrümmers der eingangs genannten Art, der sehr einfach und insbesondere materialsparend aufgebaut ist und gleichwohl uneingeschränkt voll funktionsfähig ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Abgaskrümmer der im Anspruch 1 angegebenen Art.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Abgaskrümmer nach den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.

Wesen der Erfindung ist, das gasführende Innenrohr nur im Bereich der Sammelleitung auszubilden, wobei gasführende Außenrohrabschnitte im Bereich der Einlaßöffnungen vorgese­ hen sind.

Die Erfindung sieht mithin einen doppelwandigen Abgaskrümmer nur in Teilbereichen vor, und zwar an denjenigen Stellen, die während eines Betriebs eines Verbrennungsmotors ther­ misch hochbelastet sind. Die thermisch hochbelasteten Zonen eines Abgaskrümmers sind insbesondere die Außenseite, welche den seitlichen Einlaßöffnungen des Abgaskrümmers entgegen­ gesetzt ist, und generell die Sammelleitung des Abgaskrüm­ mers selbst, da dort der Durchsatz wesentlich größer ist als in den Einzelrohren, welche an dem Zylinderkopfflansch eines Verbrennungsmotors befestigt sind. Die dem Zylinderkopf nach­ geordneten Einzelrohre sind also thermisch weniger stark belastet.

Ersichtlich kann durch die nur teilweise Ausbildung eines doppelwandigen Abgaskrümmers Material in erheblichem Umfang eingespart werden. Außerdem können die thermisch hochbelaste­ ten Zonen des Innenrohres sehr dünnwandig ausgebildet werden, welche sich am Außenrohr abstützen. Dadurch entsteht wenig "thermische Masse", welche im Betrieb insbesondere in der Warmlaufphase eines Motors von Vorteil ist. Bei einem Kaltstart werden mithin die Abgase schnell und sehr heiß zu einem Katalysator geführt. Ein geringer Materialeinsatz bringt mithin nicht nur Kostenvorteile, sondern sorgt auch für ein geringes Gesamtgewicht eines Abgaskrümmers.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Innenrohr nach einem hydrostatischen Umformverfahren gefertigt ist. Bei einem der­ artigen Verfahren werden das ein- oder mehrteilige Innenrohr aus umfangsmäßig geschlossenen Rohrstücken hergestellt, die vorzugsweise geradlinig sind. Hierbei wird ein Rohrstück in eine zweiteilige Kalibrierform gelegt, deren Innenraum der Sollkontur des endgefertigten Innenrohres ist. Beide Rohr­ enden werden druckdicht durch Dichtdorne verschlossen, wobei zumindest ein Dichtdorn mit einer Druckquelle in Verbindung steht. Durch die Druckquelle wird durch ein flüssiges Druck­ mittel, insbesondere eine Wasseremulsion, sehr hoher Druck im Innern des Innenrohres ausgeübt, welches sich entspre­ chend der Kalibrierform verformt.

Die Anwendung eines vorgenannten Innenhochdruckverfahrens für eine Verformung des Innenrohrs ist deshalb besonders geeignet, da die Innenrohre gemäß der Erfindung vergleichs­ weise kurze Abzweige hat, welche in Richtung der Einlaßöff­ nungen des Abgaskrümmers weisen. Es muß wenig Rohrmaterial verformt werden, so daß die Wandstärke des Innenrohres schon beim Halbzeug sehr dünn gewählt werden kann. Die Technik einer Innenhochdruckverformung hat nämlich ihre Grenzen in der Domhöhe und in der Richtung der Dome, die als Abzweige aus dem Rohr gezogen werden können. Bei Abgaskrümmern sind diese Abzweige in der Regel aus Gründen der Strömungsführung spitzwinklig, eine ungünstige Voraussetzung bezüglich der erreichbaren Domhöhe. Eine große geforderte Domhöhe bedingt prinzipiell auch eine große Wandstärke des Ausgangsmate­ rials, was bei der Erfindung gerade nicht der Fall ist. Durch die kürzere Domhöhe kann bei der Erfindung wesentlich besser eine spitzwinklige Rohrführung erzielt werden. Da­ durch entsteht eine strömungsgünstigere Abgasführung, welche die Motorleistung weiter optimiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer in schematischer aufgeschnittener Draufsicht, und

Fig. 2 einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer ähnlich Fig. 1 in anderer Ausführungsvariante.

Gemäß Fig. 1 ist ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer 1 vor­ gesehen, welcher seitlich an einem nicht veranschaulichten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors angeflanscht ist. Er besitzt drei Einlaßöffnungen 4, durch welche Abgas eines Ver­ brennungsmotors über eine Sammelleitung 3 zu einer zentralen Auslaßöffnung 2 gelangt. Die Auslaßöffnung 2 ist über ein Verbindungsrohr mit einem Katalysator und einer nachgeord­ neten Schalldämpferanlage eines Kraftfahrzeugs verbunden.

Der Abgaskrümmer 1 umfaßt insbesondere ein Außenrohr 5 beste­ hend aus zwei Halbschalen. In Fig. 1 ist lediglich die unte­ re Halbschale schematisch dargestellt.

Ferner besitzt der Abgaskrümmer 1 ein Innenrohr 6 bestehend aus zwei Rohrabschnitten 7 und 8, welche großenteils gleich konfiguriert sind, insbesondere im Hinblick auf die beiden Rohrabzweige 9 eines jeden Rohrabschnitts 7 und 8, welche in Richtung zweier Zylinder des Verbrennungsmotors weisen.

Jeder Rohrabschnitt 7, 8 wird aus einem geradlinigen ein­ stückigen Rohr als Halbzeug hergestellt, und zwar nach einem Innenhochdruckverformungsverfahren. Dabei wird im Versuch eine günstige Domhöhe ermittelt. Entsprechend dieser Domhöhe der Rohrabzweige 9 erfolgt dann die Formgebung der äußeren Isolierhalbschalen des Außenrohrs 5.

Die Rohrabzweige 9 sind vergleichsweise kurz. Die Anordnung ist so getroffen, daß das gasführende Innenrohr nur im Be­ reich der Sammelleitung 3 ausgebildet ist, wobei gasführende Außenrohrabschnitte im Bereich der drei Einlaßöffnungen 4 und der Auslaßöffnung 2 vorgesehen sind. Mithin ist die Doppelwandigkeit des Abgaskrümmers nur im zentralen Bereich der Sammelleitung 3 vorgesehen, im Bereich der Einzelrohre jedoch nur eine einwandige Gasführung. Dadurch ergibt sich eine kostengünstige Ausführung eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers. Gleichwohl sind die thermisch hochbelasteten Zonen des Abgaskrümmers doppelwandig ausgebildet. Die kur­ zen Rohrabzweige 9 eines jeden Innenrohrabschnitts 7, 8 ha­ ben eine geringe Domhöhe. Mithin muß auch wenig Material des Innenrohres 6 bei einem Innenhochdruckverfahren umverformt werden, so daß bereits das Halbzeug eines geradlinigen Rohrs sehr dünnwandig ausgebildet sein kann.

Für eine Montage werden zuerst die vorgefertigten Rohr­ abschnitte 7, 8 des Innenrohres 6 an ihrer Verbindungsstelle 11 formschlüssig ineinandergesteckt und zusammen in die unte­ re Halbschale des Außenrohrs 5 in einem Paßsitz eingelegt. Hierbei sind die Rohrabzweige 9 und die gemäß Fig. 1 linke Rohröffnung 12 des Rohrabschnitts 7 sowie das Rohrende bei der Auslaßöffnung 2 formschlüssig im Außenrohr 5 geführt.

Im Bereich der Verbindungsstelle 11 befinden sich zwischen Außenrohr 5 und Innenrohr 6 flächige lokale Distanzanordnun­ gen in Form von Einprägungen, welche entweder am Außenrohr 5 oder am Innenrohr 6 befestigt oder integrierter Bestandteil dieser Teile sind. Die Distanzanordnungen können auch als Drahtgeflecht-Formteil ausgebildet sein.

Die Rohrabschnitte 7, 8 des Innenrohrs 6 können auch durch Schweißung im Dombereich der Rohrabzweige 9 fixiert sein.

Die Anordnung ist so getroffen, daß das Innenrohr 6 grund­ sätzlich bezüglich des Außenrohres 5 verschieblich geführt ist, um unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Innenrohr und Außenrohr auszugleichen.

Die in Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsvariante eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers 1 sieht als gasführende Außenrohrabschnitte separate Rohrstücke 20 vor, welche bezüglich der Rohrabschnitte der erstgenannten Ausführungs­ variante gem. Fig. 1 länger und fest mit dem Grundkörper des Außenrohrs befestigt sind. Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile: Zum einen ist man nicht gezwungen, die gasführen­ den Außenrohrabschnitte im Bereich der Einlaßöffnungen tat­ sächlich bis zum Motor-Anschlußflansch zu führen. Zum ande­ ren ist es durch Anwendung derartiger separater Rohrstücke 20 möglich, diese in ihrer Länge den jeweiligen baulichen Erfordernissen anzupassen, d. h. mit ein und derselben (kom­ pakten) Außenrohr/Innenrohr-Anordnung nach der Erfindung sind unterschiedliche Rohrstücke 20 baukastenartig kombinier­ bar.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt­ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfin­ derischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (12)

1. Luftspaltisolierter Abgaskrümmer (1), mit endseitiger Auslaßöffnung (2), Sammelleitung (3) und seitlichen Ein­ laßöffnungen (4), wobei Außenrohr (5) und Innenrohr (6) Blechformteile sind, dadurch gekennzeichnet, daß das gasführende Innenrohr (6) nur im Bereich der Sammelleitung (4) ausgebildet ist, wobei gasführende Außenrohrabschnitte im Bereich der Einlaßöffnungen (4) vorgesehen sind.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) aus Teilstücken zusammengesetzt ist.

3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) dünnwandig ausgebildet ist.

4. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) nach einem hydrostatischen Umform­ verfahren gefertigt ist.

5. Abgaskrümmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) einstückige Rohrabschnitte (7, 8) mit zumindest einem Rohrabzweig (9) umfaßt, welcher in Richtung Einlaßöffnung (4) weist.

6. Abgaskrümmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohrabzweig (9) in einem Paßsitz im Außenrohr (5) gelagert ist.

7. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) in einem Verschiebesitz im Außen­ rohr (5) gelagert ist.

8. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Außenrohr (5) und Innenrohr (6) flächige örtliche Distanzanordnungen (10) angeordnet sind.

9. Abgaskrümmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzanordnungen (10) Einprägungen des Außenrohres (5) oder des Innenrohres (6) sind.

10. Abgaskrümmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzanordnungen (10) als Drahtgeflechtform­ teil ausgebildet sind.

11. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ein- oder mehrstückige Innenrohr (6) an zumindest einer Stelle bezüglich des Außenrohrs (5) fixiert, insbesondere verschweißt ist.

12. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gasführenden Außenrohrabschnitte separate Rohrstücke (20) sind (Fig. 2).