EP0715064A1 - Flanschverbindung - Google Patents

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EP0715064A1
EP0715064A1 EP95118038A EP95118038A EP0715064A1 EP 0715064 A1 EP0715064 A1 EP 0715064A1 EP 95118038 A EP95118038 A EP 95118038A EP 95118038 A EP95118038 A EP 95118038A EP 0715064 A1 EP0715064 A1 EP 0715064A1
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sealing plate
connection
opening
flange according
lambda probe
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    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
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    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor

Definitions

  • the invention has for its object to provide a simple, inexpensive to manufacture and yet allow the steady flow to the lambda sensor flange connection.
  • the manufacture of the upper part as a deep-drawn sheet metal part not only has the advantage of simple manufacture, but also the further advantage that the temperatures transmitted by the header pipes and the thermal expansions resulting therefrom are reduced via the soft drawn part. Since an air gap arises when the upper part is joined to the sealing plate, this results in an insulating effect in which the thermal bridge is far less than in the case of a solid flange. This leads to a thermal relief of the flange connection between the exhaust manifold and the further component, in particular a front pipe.
  • the upper part can, according to the invention, face away from the sealing plate and surround its opening for the header pipe Show necking.
  • the manifold can be attached to this neck, in particular welded with a circumferential weld seam.
  • the header pipe is only fastened to the upper part with an axial distance from its end edge to the sealing plate. Due to the axial spacing of the end edge, the gas flowing through can reach the lambda probe radially laterally through the connection provided. It is therefore not necessary to use a collector pipe with a side opening.
  • the upper part can have a tunnel-like configuration leading from the opening for the collecting tube to the connection for the lambda probe.
  • a connection can be made with a directed, defined flow.
  • the tunnel-like shape can be produced very easily in the manufacture of the upper part as a deep-drawn part without an additional work step.
  • the flange can have two openings for attaching two manifolds, in which case the connection for the lambda sensor is connected to both openings.
  • the lambda sensor can then take into account the exhaust gas behavior of the cylinders of the internal combustion engine leading to both manifolds.
  • connection for the lambda probe is arranged and formed symmetrically to the two openings for the header pipes. This ensures that both manifolds are evenly separated from the lambda sensor be checked so that a real averaging of the exhaust gas behavior is carried out.
  • the invention also proposes that the connections between the openings for the header pipes and the lambda probe can have the same flow resistance.
  • the upper part can be welded to the sealing plate, in particular by means of a circumferential weld seam.
  • the upper part can at least partially lie flat against the sealing plate, in particular in its edge region.
  • Fig. 1 shows a simplified view of part of the flange connection, namely that of the sealing plate placed top part 1.
  • the top part 1 just like the sealing plate 2 underneath, contains two openings 3 of equal size lying next to one another with a circular shape.
  • Each opening 3 is intended for the attachment of a header pipe which is to be connected to a corresponding further component, for example a double-flow front pipe.
  • the upper part contains a third opening 4, which also has a circular shape, but has a different size in the example shown. This opening forms a connection 5 for a lambda probe.
  • the opening 4 is arranged symmetrically to the two openings 3 for the header pipes, that is to say that the center point of the connection 5 for the lambda probe lies on the perpendicular to the middle between the two openings for the header pipes.
  • a tunnel-like connection 6 leads laterally from each opening 3 for a collecting tube approximately radially to the opening 4 for the lambda probe.
  • These connections 6 are designed as protrusions emerging from the surface of the upper part. Both connections 6 have the same length and the same cross-sectional shape, so that they also have the same flow resistance for a flowing gas.
  • FIG. 2 represents a cross section along line II-II in FIG. 1.
  • the cross section is such that it leads through the center points of the opening 3 and the opening 4 and thus also through the longitudinal center plane of the one connection 6.
  • Fig. 2 shows the upper part 1 in the same state as Fig. 1, that is placed in the correct position on the sealing plate 2, possibly already attached.
  • the sealing plate 3 contains two openings 7 corresponding to the openings 3, which are aligned with the openings 3.
  • the openings 3 of the upper part 1 are formed by neckings 8 which protrude from the sealing plate 2.
  • the neckings 8 form short cylindrical lugs into which the collecting tube 9 can be inserted a short distance.
  • the connection of the collecting tube 9 with the neck 8 is done by a circumferential weld.
  • the collecting tube 9 is only inserted into the neck 8 to such an extent that the end edge 10 of the collecting tube maintains a distance from the upper side of the sealing plate 2.
  • the upper part 1 also has a distance from the sealing plate in the area surrounding the opening 4, similar to the area of the connection 6.
  • the cross section of the transition 11 is approximately quarter-arch. Connection 6 opens into this area.
  • a nozzle 12 is inserted, which is shown in Fig. 2 slightly above the opening 4.
  • the nozzle 12 can be a turned part or an extruded part.
  • This connector 12 contains a thread on its side, not shown, facing away from the upper part 1, so that a commercially available lambda probe is screwed in can be.
  • the connection of the connecting piece 12 to the upper part also takes place in such a way that the end edge 13 is at a distance from the sealing plate 2. Again, a weld seam along the circumference of the socket 12 can be used to connect it to the upper part 1.
  • the flange thus formed which is arranged at the end of an exhaust manifold, can then be connected to the further front pipe, for example by screwing using the stud bolts 14. Wedging would also be possible.

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Abstract

Eine Flanschverbindung zur Verbindung zweier Sammelrohre (9) eines Auspuffkrümmers mit einem weiterführenden Bauteil, insbesondere einem zweiflutigen Vorrohr, enthält eine Dichtplatine (2) und ein mit dieser verschweißtes Oberteil (1). Das Oberteil (1) ist als Blechtiefziehteil hergestellt. Es enthält zum Anschluß der Enden der Sammelrohre (9) je eine Aushalsung (8), in die das entsprechende Sammelrohr (9) mit seinem Ende eingesteckt und verschweißt wird. Das Oberteil (1) enthält einen Anschluß (5) für eine Lambdasonde. Das Oberteil (1) enthält eine tunnelartige, bei der Herstellung eingeprägte Vertiefung (6), die eine Gasführung zwischen der Aushalsung (8) für das Sammelrohr (9) und den Anschluß (5) für die Lambdasonde herstellt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Flanschverbindung, die zwischen dem Auspuffkrümmer und einem Katalysatorgehäuse angeordnet ist. Es kann sich beispielsweise um die Flanschverbindung zwischen den Sammelrohren eines Abgaskrümmers und einem Vorrohr handeln.
  • Bei Abgaskrümmern für Vierzylindermotore werden zur Verbesserung des Drehmomentverlaufs häufig zwei Zylinderrohre zusammengefaßt, so daß am Ende des Auspuffkrümmers zwei Sammelrohre vorhanden sind. Diese beiden Sammelrohre werden mittels eines zweiflutigen Vorrohrs bis zum Katalysatorgehäuse weitergeführt.
  • Vor dem Katalysator muß eine Lambdasonde angeordnet werden, die beispielsweise entweder an der Zusammenführung direkt vor dem Katalysatorgehäuse oder aber am Ausgang des Auspuffkrümmers angeordnet wird. Wenn der Auspuffkrümmer in zwei Sammelrohren mündet, muß für die Lambdasonde eine Verbindung von beiden Sammelrohren her geschaffen werden, um eine gleichmäßige Anströmung der Lambdasonde zu gewährleisten, ohne daß die Zweiflutigkeit des Vorrohrs beeinträchtigt wird.
  • Bei den im Stand der Technik bekannten Gußkrümmern wird dies auf folgende Weise gelöst. Am Sammelflansch wird ein Butzen mit angegossen. In diesen wird eine Sacklochbohrung mit einem Gewinde eingebracht, in die die Lambdasonde eingeschraubt wird. Ausgehend von jedem der beiden Sammelrohre wird eine Bohrung eingebracht, beispielsweise von 8 mm Durchmesser. Beide Bohrungen enden in dem Sackloch für die Lambdasonde. Bedingt durch den Wechsel von Über- zu Unterdruck gelangt dadurch eine geringe Menge Abgas an die Lambdasonde, so daß diese den Katalysator steuern kann.
  • Bei den ebenfalls bekannten Rohrkrümmern müßte man in diesem Fall einen Sammelflansch aus Guß bzw. aus einem sehr dicken Flachstahl herstellen, damit sowohl die Sackbohrung für die Lambdasonde als auch die Verbindungsbohrungen eingebracht werden könnten.
  • Zur Anbringung der Zylinderrohre eines Auspuffkrümmers an dem Zylinderkopf selbst ist bereits eine Flanschverbindung bekannt (DE-OS 43 13 091), bei dem der Flansch zweiteilig aus einer Dichtplatine und einer Haube ausgebildet ist, die zwar mit der Dichtplatine allseits verschweißt ist, aber einen Hohlraum mit der Dichtplatine bildet. In den Hohlraum kann Sekundärluft eingeblasen werden oder eine Abgasrückführungsleitung angeschlossen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostengünstig herzustellende und dennoch das gleichmäßige Anströmen der Lambdasonde ermöglichende Flanschverbindung zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Flansch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Herstellung des Oberteils als Blechtiefziehteil hat nicht nur den Vorteil der einfachen Herstellung, sondern den weiteren Vorteil, daß die von den Sammelrohren übertragenen Temperaturen und die daraus entstehenden Wärmedehnungen über das weiche Ziehteil abgebaut werden. Da beim Zusammenfügen von dem Oberteil mit der Dichtplatine ein Luftspalt entsteht, ergibt sich hierbei eine Isolierwirkung, bei der die Wärmebrücke weitaus geringer ist als bei einem massiven Flansch. Dies führt zu einer thermischen Entlastung der Flanschverbindung zwischen dem Auspuffkrümmer umd dem weiteren Bauteil, insbesondere ein Vorrohr.
  • Zum Anbringen der Lambdasonde schlägt die Erfindung vor, einen Stutzen zu verwenden, der in eine Öffnung des Oberteils eingesetzt und dort befestigt werden kann. Der Stutzen kann als Drehteil oder auch als Fließpreßteil hergestellt und mit einem Gewinde versehen sein, so daß die handelsüblichen Lambdasonden ohen jede Änderung verwendet werden können. Der Stutzen kann in die Öffnung des Oberteils eingesetzt und mit einer umlaufenden Schweißnaht mit dem Oberteil verbunden werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß das Oberteil in dem die Anschlußöffnung für die Lambdasonde umgebenden Bereich einen Abstand von der Dichtplatine aufweist. Somit kann eine gleichmäßigere Anströmung der Lambdasonde erreicht werden.
  • Zur Befestigung des mindestens einen Sammelrohrs an dem Flansch kann erfindungsgemäß das Oberteil eine seine Öffnung für das Sammelrohr umgebende, von der Dichtplatine weggerichtete Aushalsung aufweisen. An dieser Aushalsung läßt sich das Sammelrohr befestigen, insbesondere mit einer umlaufenden Schweißnaht anschweißen.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Sammelrohr nur an dem Oberteil mit einem axialen Abstand seiner Stirnkante von der Dichtplatine befestigt wird. Aufgrund des axialen Abstands der Stirnkante kann das durchströmende Gas seitlich radial durch die vorgesehene Verbindung zu der Lambdasonde gelangen. Es ist daher nicht erforderlich, ein Sammelrohr mit einer seitlichen Öffnung zu verwenden.
  • Zur Herstellung der Verbindung für das aus dem Sammelrohr austretende Gas zu der Lambdasonde kann erfindungsgemäß das Oberteil eine von der Öffnung für das Sammelrohr zu dem Anschluß für die Lambdasonde führende tunnelartige Ausprägung aufweisen. Auf diese Weise kann eine Verbindung mit einer gerichteten definierten Strömung hergestellt werden. Die tunnelartige Ausprägung läßt sich bei der Herstellung des Oberteils als Blechtiefziehteil ohne zusätzlichen Arbeitsschritt sehr einfach herstellen.
  • Erfindungsgemäß kann der Flansch zwei Öffnungen zum Anbringen zweier Sammelrohre aufweisen, wobei in diesem Fall der Anschluß für die Lambdasonde mit beiden Öffnungen verbunden ist. Die Lambdasonde kann dann das Abgasverhalten der zu beiden Sammelrohren führenden Zylinder des Verbrennungsmotors berücksichtigen.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Anschluß für die Lambdasonde symmetrisch zu den beiden Öffnungen für die Sammelrohre angeordnet und ausgebildet ist. Damit wird dafür gesorgt, daß beide Sammelrohre gleichmäßig von der Lambdasonde überprüft werden, so daß eine echte Mittelung des Abgasverhaltens durchgeführt wird.
  • Die Erfindung schlägt in Weiterbildung ebenfalls vor, daß die Verbindungen zwischen den Öffnungen für die Sammelrohre und der Lambdasonde einen gleichen Strömungswiderstand aufweisen können.
  • Das Oberteil kann, wie die Erfindung vorschlägt, mit der Dichtplatine verschweißt sein, insbesondere mittels einer umlaufenden Schweißnaht.
  • Das Oberteil kann erfindungsgemäß mindestens teilweise flächig an der Dichtplatine anliegen, insbesondere in ihrem Randbereich.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
    • Fig.1
    eine schematische Aufsicht auf das auf die Dichtplatine aufgelegte Oberteil einer Flanschverbindung nach der Erfindung;
    Fig. 2
    einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1;
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht des zusammengesetzten Flanschs mit zwei angebrachten Sammelrohren.
  • Fig. 1 zeigt stark vereinfacht eine Aufsicht auf einen Teil der Flanschverbindung, nämlich auf das auf die Dichtplatine aufgelegte Oberteil 1. Das Oberteil 1 enthält, genauso wie die darunterliegende Dichtplatine 2, zwei gleich große nebeneinanderliegende Öffnungen 3 mit Kreisform. Jede Öffnung 3 ist zur Anbringung eines Sammelrohrs bestimmt, das mit einem entsprechenden weiterführenden Bauteil, beispielsweise einem zweiflutigen Vorrohr verbunden werden soll.
  • Das Oberteil enthält eine dritte Öffnung 4, die ebenfalls Kreisform aufweist, im dargestellten Beispiel aber eine unterschiedliche Größe hat. Diese Öffnung bildet einen Anschluß 5 für eine Lambdasonde.
  • Die Öffnung 4 ist symmetrisch zu den beiden Öffnungen 3 für die Sammelrohre angeordnet, das heißt, daß der Mittelpunkt des Anschlusses 5 für die Lambdasonde auf der Mittelsenkrechten zwischen den beiden Öffnungen für die Sammelrohre liegt.
  • Von jeder Öffnung 3 für ein Sammelrohr führt seitlich eine tunnelartige Verbindung 6 etwa radial zu der Öffnung 4 für die Lambdasonde. Diese Verbindungen 6 sind als aus der Fläche des Oberteils heraustretende Ausprägungen ausgebildet. Beide Verbindungen 6 haben gleiche Länge und gleiche Querschnittsform, so daß sie für ein strömendes Gas auch gleichen Strömungswiderstand haben.
  • Die Wirkung dieser beiden Verbindungen 6 ergibt sich besser aus der Fig. 2, die einen Querschnitt längs Linie II-II in Fig. 1 darstellt. Der Querschnitt ist so gelegt, daß er durch die Mittelpunkte der Öffnung 3 und der Öffnung 4 führt und damit auch durch die Längsmittelebene der einen Verbindung 6.
  • Fig. 2 zeigt das Oberteil 1 im gleichen Zustand wie Fig. 1, das heißt in der korrekten Position auf der Dichtplatine 2 aufgelegt, ggf. auch schon befestigt.
  • Die Dichtplatine 3 enthält zwei den Öffnungen 3 entsprechende Öffnungen 7, die mit den Öffnungen 3 fluchten.
  • Die Öffnungen 3 des Oberteils 1 werden von Aushalsungen 8 gebildet, die von der Dichtplatine 2 wegragen. Die Aushalsungen 8 bilden kurze zylindrische Ansätze, in die das Sammelrohr 9 um eine kurze Strecke eingeschoben werden kann. Die Verbindung des Sammelrohrs 9 mit der Aushalsung 8 geschieht durch eine umlaufende Schweißnaht. Das Sammelrohr 9 wird nur soweit in die Aushalsung 8 eingesteckt, daß die Stirnkante 10 des Sammelrohrs einen Abstand von der Oberseite der Dichtplatine 2 beibehält.
  • Die tunnelartige Verbindung 6, die durch eine Ausprägung des Oberteils 1 gebildet ist, mündet seitlich in der Aushalsung 8. Aufgrund des axialen Abstands der Stirnkante 10 des Sammelrohrs 9 kann das aus dem Sammelrohr 9 in die Aushalsung 8 gelangende Gas seitlich durch die Verbindung 6 zu dem rechts in Fig. 2 dargestellten Bereich um die Anschlußöffnung 4 gelangen.
  • Das Oberteil 1 weist in dem die Öffnung 4 umgebenden Bereich ebenfalls, ähnlich wie im Bereich der Verbindung 6, einen Abstand von der Dichtplatine auf. Der Querschnitt des Übergangs 11 ist etwa viertelbogenförmig. In diesen Bereich mündet die Verbindung 6.
  • In die Öffnung 4 wird ein Stutzen 12 eingesetzt, der in Fig. 2 etwas oberhalb der Öffnung 4 dargestellt ist. Bei dem Stutzen 12 kann es sich um ein Drehteil oder ein Fließpreßteil handeln. Dieser Stutzen 12 enthält auf seiner nicht dargestellten, von dem Oberteil 1 abgewandten Seite ein Gewinde, so daß eine handelsübliche Lambdasonde eingeschraubt werden kann. Die Verbindung des Stutzens 12 mit dem Oberteil geschieht ebenfalls so, daß die Stirnkante 13 einen Abstand von der Dichtplatine 2 aufweist. Wiederum kann eine Schweißnaht längs des Umfangs des Stutzens 12 zu ihrer Verbindung mit dem Oberteil 1 dienen.
  • Nach Verschweißung der Sammelrohre 9 und des Stutzens 12 mit dem Oberteil und der Verschweißung des Oberteils 1 mit der Dichtplatine 2 ist ein Flansch entstanden, der mit einem weiterführenden Bauteil, insbesondere einem Vorrohr, verbunden werden kann. Zur Verbindung mit dem weiterführenden Bauteil können beispielsweise Stehbolzen oder Schraubbolzen 14 dienen, für die in Fig. 1 schematisch Löcher 15 angedeutet sind. Diese Löcher können sowohl in der Dichtplatine 2 als auch in dem Oberteil 1 vorhanden sein. Es ist aber ebenfalls möglich, daß die Löcher 15 nur in der Dichtplatine vorhanden sind, so daß das Oberteil 1 im Bereich dieser Löcher 15 zur Unterbringung der Köpfe von Schraubbolzen Ausbeulungen 16 aufweist, die bei der perspektivischen Ansicht in Fig. 3 dargestellt sind. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit zwei Sammelrohren 9 versehenen Flanschs. Man kann der Fig. 3 auch entnehmen, daß die Sammelrohre und der Stutzen 12 auch schräg gegenüber der Ebene des Flanschs angeordnet sein können. Deutlich ist auch hier die Verbindung 6 zwischen dem Anschluß für die Lambdasonde und dem Sammelrohr 9 zu sehen, die durch eine tunnelartige Ausprägung des Oberteils 1 des Flansches gebildet wird.
  • Der so entstandene, am Ende eines Auspuffkrümmers angeordnete Flansch kann dann mit dem weiterführenden Vorrohr verbunden werden, beispielsweise durch Verschrauben unter Verwendung der Stehbolzen 14. Ebenfalls möglich wäre eine Verkeilung.

Claims (12)

  1. Flansch zur Verbindung mindestens eines Sammelrohrs (9) eines Auspuffkrümmers mit einem weiteren Bauteil, insbesondere einem Vorrohr, mit
    1.1 einer Dichtplatine (2), die
    1.1.1 eine Öffnung (7) für die miteinander zu verbindenden Rohre aufweist,
    1.2 einem mit der Dichtplatine (2) verbundenen Oberteil (1), das
    1.2.1 als Blechtiefziehteil ausgebildet ist und
    1.2.2 mit jeder Rohröffnung (7) der Dichtplatine (2) eine übereinstimmende Öffnung (3) und
    1.2.3 einen Anschluß (5) für eine Lambdasonde aufweist, der
    1.2.3.1 mit der mindestens einen Öffnung (7) der Dichtplatine (2) und/oder des Oberteils (1) in Verbindung steht.
  2. Flansch nach Anspruch 1, bei dem der Anschluß (5) für die Lambdasonde eine Öffnung (4) zum Einsetzen und Befestigen eines Stutzens (12) aufweist, in dem die Lambdasonde insbesondere durch Schrauben befestigbar ist.
  3. Flansch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Oberteil (1) im Bereich des Anschlusses für die Lambdasonde einen Abstand von der Dichtplatine (2) aufweist.
  4. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberteil (1) eine, seine Öffnung (3) für das Sammelrohr (9) umgebende, von der Dichtplatine (2) weggerichtete Aushaltung (8) zur Anbringung des Sammelrohrs (9) aufweist.
  5. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Sammelrohr (9) nur an dem Oberteil (1) mit einem axialen Abstand seiner Stirnkante (10) von der Dichtplatine (2) befestigt ist.
  6. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberteil (1) eine von der Öffnung (3) für das Sammelrohr (9) zu dem Anschluß (5) für die Lambdasonde führende tunnelartige Ausprägung aufweist.
  7. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Öffnungen (3) zum Anbringen zweier Sammelrohre (9), wobei der Anschluß (5) für die Lambdasonde mit beiden Öffnungen (3) verbunden ist.
  8. Flansch nach Anspruch 7, bei dem der Anschluß (5) für die Lambdasonde symmetrisch zu den beiden Öffnungen (3) für die Sammelrohre (9) angeordnet und ausgebildet ist.
  9. Flansch nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die beiden Verbindungen zwischen den Öffnungen (3, 7) für die Sammelrohre (9) und dem Anschluß (5) für die Lambdasonde den gleichen Strömungswiderstand aufweisen.
  10. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberteil (1) mit der Dichtplatine (2) verschweißt ist, insbesondere längs des Randes.
  11. Flansch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Oberteil (1) mit der Dichtplatine (2) verlötet ist.
  12. Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberteil (1) mindestens teilweise flächig an der Dichtplatine (2) anliegt, insbesondere in ihrem Randbereich.
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