EP1225314A2 - Abgaskrümmer zur Abgasabführung aus einem Verbrennungsmotor - Google Patents

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EP1225314A2
EP1225314A2 EP01128808A EP01128808A EP1225314A2 EP 1225314 A2 EP1225314 A2 EP 1225314A2 EP 01128808 A EP01128808 A EP 01128808A EP 01128808 A EP01128808 A EP 01128808A EP 1225314 A2 EP1225314 A2 EP 1225314A2
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EP
European Patent Office
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exhaust manifold
exhaust
web
inlet
flanges
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EP1225314B1 (de
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Detlef Hiemesch
Dieter Niederhauser
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Bayerische Motoren Werke AG
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust manifold for exhaust gas discharge from a Internal combustion engine with preferably six cylinders arranged in a row.
  • An exhaust manifold can be used in an in-line engine with more than three cylinders elongated tubular structure to be built, which extends along the row of Exhaust gas outlet openings of the internal combustion engine, wherein on Exhaust manifold opposite each exhaust opening of the internal combustion engine Inlet flange is arranged and at a central portion of the Exhaust manifold a common outlet flange is arranged. Due to the high exhaust gas temperature, the exhaust manifold stretches in its longitudinal extent much stronger than the associated internal combustion engine or cylinder head.
  • the exhaust manifold meets the mechanical loads based on the Withstands thermal expansion, the exhaust manifold must be very robust and therefore thick-walled and heavy, with a relative movement the inlet flanges of the exhaust manifold opposite the outlet openings of the Internal combustion engine must be possible to avoid cracks.
  • cast manifolds are single-walled, composite Exhaust manifolds and double-walled exhaust manifolds, so-called air-gap insulated Exhaust manifold (LSI exhaust manifold) known.
  • LSI exhaust manifold air-gap insulated Exhaust manifold
  • Single-walled and double-walled Exhaust manifolds are usually made of pipes, shells, flanges, etc. welded together.
  • a cast elbow has a thick wall, which is larger than 3 mm due to the manufacturing process which is a high mechanical strength against material overload, based on thermal expansion.
  • the high is a disadvantage Weight of the manifold and also the associated high heat capacity, which, especially in the warm-up phase of the engine, leads to a strong cooling of the Exhaust gas leads.
  • the manifold has a bad one Thermal insulation property, this means energy for the operation of a Exhaust gas turbocharger lost.
  • the light-off temperature becomes one Emission control device and / or the operating temperature of a Exhaust gas cleaning device only reached slowly.
  • Exhaust manifold is lighter than the cast manifold, its mechanical strength against material loads based on thermal expansion, however also less. It also has a welded, single-walled exhaust manifold poor thermal insulation properties and has the same in this regard Disadvantages, such as the manifold.
  • a double-walled, air-gap-insulated exhaust manifold has good ones Thermal insulation properties, on the other hand, is for the sake of Weight saving and the lower heat capacity an air gap insulated Exhaust manifold constructed from relatively thin-walled components, which is easy to achieve Material overload in the form of thermally induced, plastic deformations and cracks, especially with large lengths.
  • air gap-insulated exhaust manifolds with large lengths such as for Four-part and in particular for six-cylinder in-line engines, such as this is shown, for example, in DE 199 52 648 A1.
  • the disadvantage of the multi-part design is the high manufacturing effort and the associated high costs. Furthermore, the multi-part version unfavorable for turbocharged engines because the loader is not so close to Internal combustion engine can be placed, and thus energy loss through the Cooling of the exhaust gases must be accepted.
  • the invention has for its object in an air gap insulated exhaust manifold one-piece design for four and multi-cylinder in-line engines available places where material overloads in the form of cracks or plastic Deformations based on thermal expansion do not occur.
  • the advantageous design of the exhaust manifold it is possible to support the Shell, either the inner shell or preferably the outer shell, thin-walled to design, which saves weight and thus costs. It is with it possible an air gap-insulated exhaust manifold with a low heat capacity to provide, thereby quickly reaching the operating temperature and thus a quick start of the exhaust gas aftertreatment on cold start can be achieved. Furthermore, the exhaust manifold has a good one Isolation effect, so that the heat losses of the exhaust gas are minimal, resulting in leads to a higher temperature level of the exhaust gases and thus a faster one Start of the exhaust gas aftertreatment on cold start as well as an increased if necessary Enthalpy offer for a possibly connected exhaust gas turbocharger causes. With the advantageous design of the present exhaust manifold, a lighter, heat-insulated exhaust manifold with a long service life available provided that even with a six-cylinder in-line engine, or in one piece can be trained.
  • the web has a Provide a through hole so that the web can be heated by hot exhaust gases, to support faster heating of the web, so that the thermal Expansion in the middle section of the exhaust manifold is additionally supported.
  • the web can be provided with thermal insulation be provided so that its the extent of the central portion of the Exhaust manifold supportive effect is achieved quickly and during operation is maintained.
  • the web can be made of one material be produced, which has a higher thermal expansion than the material of the remaining components of the exhaust manifold. In this way too Supporting the expansion of the central portion of the exhaust manifold become.
  • the inner shell has the task of removing the exhaust gases from direct the inlet flanges to the common outlet flange.
  • the inner shell is formed from several parts, the parts of the inner shell in areas are connected with great thermal expansion via a sliding seat.
  • the outer shell takes on the supporting function and is gas-tight. This design with sliding seats on the inner shell makes it possible for the Inner shell that is exposed to higher thermal operating voltages than that Outer shell to allow optimal freedom of movement. Furthermore can through this design, the outer shell can be made thinner because the Outer shell not with thermal expansion stresses of the inner shell is applied.
  • the exhaust manifold extends substantially along the exhaust ports of the internal combustion engine (not ) Shown.
  • the exhaust manifold has an inner shell 1 by an outer shell 2 is surrounded so that an air gap 13 between the inner shell 1 and outer shell 2 is trained.
  • Both the end region of the outer shell 2 and the The end region of the inner shell 1 projects into each inlet opening 3 ′ to one another 8 'in such a way that the outer shell 2 with respect to the inner shell 1 further into the respective inlet opening 3 'to 8' protrudes.
  • the over the Inlet flanges 3 to 8 introduced exhaust gases on a common Outlet flange 10 merged.
  • the level 11 of the outlet flange 10 is opposite the common plane of the inlet flanges by a parallel to the
  • the longitudinal axis of the exhaust manifold is rotated by 90 ° arranged so that the exhaust gases in the central portion of the exhaust manifold compared to level 12 of the inlet flanges by 90 ° to level 11 of the Outlet flanges are deflected.
  • the outlet flange 10 is approximately one circular outlet opening 10 '.
  • Both the end of the Outer shell 2 and the end region of the inner shell 1 protrude from one another into the outlet opening 16 in such a way that the outer shell 2 opposite the Inner shell 1 protrudes further into the outlet opening 16.
  • the weld 17 on the inner surface of the outlet opening 16 is the inner shell 1 and the outer shell 2 is connected to the outlet flange 10.
  • the two middle inlet flanges 5 and 6 are connected to one another via a web 18 connected, which extends longitudinally to extend the exhaust manifold between the Entry flanges 5 and 6 extends.
  • the inlet flanges 3 further out and 4, 4 and 5, 6 and 7, 7 and 8 are not connected to each other.
  • the exhaust manifold is essentially symmetrical about a mirror plane 19 constructed by the center of the exhaust manifold along the outlet opening 16 and runs through the web 18 (Fig. 2).
  • the further structure of the exhaust manifold is therefore only shown for one half of the exhaust manifold, since the other half is mirror-symmetrical to one half.
  • the inner shell consists essentially of a connecting line 20, which is extends from the inlet opening 3 'to the outlet opening 10', one Connection line 21, which extends from the inlet opening 4 'to the outlet opening 10' extends and a connecting line 22 which extends from the inlet opening 5 'to Outlet opening 10 'extends.
  • the connecting line 20, the outermost Inlet flange 3 connects to the outlet flange 10, is the longest of the three connecting lines, the connecting line 21 and 22 correspondingly are shorter.
  • the connecting line 20 and 21 run in the area between the Inlet flange 4 and the inlet flange 5 parallel and unite into one common tube, which in the area of the inlet flange 5 as the collecting area 24 is trained.
  • the collection area 24 consists of a first half-shell 25 and one second half shell 26 constructed.
  • the first half-shell 25 includes the Inlet opening 5 'for the inlet flange 5.
  • the first half-shell 25 and the second Half-shell 26 of the collecting area 24 are over a longitudinal one Lap weld 28 joined together.
  • the overlap 29 is a sliding fit between the connecting lines 20 and 21 and the collecting area 24 are formed, so that thermal expansions a relative movement between the connecting lines 20, 21 and the Collection area 24 can take place.
  • the collecting area 24 ends on the outlet side in the form of a Semicircle segment 30 and forms together with the collection area of the others symmetrical half of the exhaust manifold, the circular outlet opening 10 '.
  • the inner shell 1 which from the Connection lines 20 to 22 is constructed, is a two-part outer shell 2 with a first outer half shell 33 and a second outer half shell 34 arranged.
  • the inlet openings 3 'to 8 'and half of the outlet opening 10' At the first outer half-shell 33, the inlet openings 3 'to 8 'and half of the outlet opening 10'.
  • the second outside Half shell 34 On the second outside Half shell 34 is formed the other half of the outlet opening 10 'and with the first outer half-shell 33 over all around, along to extend the Exhaust manifold extending lap weld 35 connected.
  • Both the different components of the inner shell 1, like the Connecting lines 20, 21 and 22 as well as the components of the outer shell 2, which has the first outer half-shell 33 and the second outer half-shell 34, are preferred as deep-drawn parts made of thin-walled sheet metal, preferably stainless Stainless steel sheet made.
  • the parts of the inner shell 1 are made of sheet metal a sheet thickness of preferably 0.8 mm
  • the components of Outer shell 2 preferably made of sheet metal with a sheet thickness of 1.5 mm are manufactured.
  • the inlet flanges 3 to 8, the outlet flange 10 and the Exhaust gas recirculation flange 32 are made of forged sheet metal with a Wall thickness of preferably 8 mm.
  • the air gap 13 between the inner shell 1 and outer shell 2 is preferably between 4 to 6 mm. Since the inner shell 1 with the overlap 29 designed as a sliding seat for thermal Length compensation is provided, the inner shell 1 is not gas-tight.
  • the Inner shell 1 serves with its connecting lines 20, 21 and 22, which are in the Collect collection area 24, the gas guide, the guide of the gases from the individual cylinders of the internal combustion engine largely separated runs from each other within the inner shell 1 to a favorable To achieve transient behavior of the internal combustion engine.
  • the web 18 is between the inlet flange 5 and the inlet flange 6 with a longitudinal bore 36 so that hot Exhaust gases can flow through the web 18 in order to heat the web 18.
  • the web 18 can be made of a material which has a higher coefficient of thermal expansion than the material of other components of the exhaust manifold.
  • the exhaust manifold shown is in operation large temperature fluctuations from ambient temperature to the highest Exhaust gas temperatures exposed and expands according to the heating the hot exhaust gases. With a one-piece or single-flow exhaust manifold for A six-cylinder in-line engine can expand between hot and cold up to 2.7 mm along the length of the exhaust manifold.

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Abstract

Abgaskrümmer zur Abgasabführung aus einem Verbrennungsmotor mit mehr als drei in Reihe angeordneten Zylindern mit einer Außenschale 2, die sich längs der in Reihe angeordneten Abgasaustrittsöffnungen der Zylinder erstreckt, einer innerhalb der Außenschale 2 angeordneten Innenschale 1 zur Ausbildung einer Luftspaltisolierung zwischen Innenschale 1 und Außenschale 2, einer gemeinsamen, auf der Abgasaustrittsseite befindlichen Austrittsöffnung 10', die sich an einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers befindet, und für jeden Zylinder je einem auf der Abgaseintrittsseite befindlichen Eintrittsflansch 2 bis 8, wobei die Eintrittsflansche 2 bis 8 der zwei mittleren Zylinder 3, 4 über einen Steg 18 miteinander verbunden sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskrümmer zur Abgasabführung aus einem Verbrennungsmotor mit bevorzugt sechs in einer Reihe angeordneten Zylindern.
Ein Abgaskrümmer kann bei einem Reihenmotor mit mehr als drei Zylindern als ein langgestrecktes rohrförmiges Gebilde aufgebaut sein, das sich längs zur Reihe der Abgasaustrittsöffnungen des Verbrennungsmotors erstreckt, wobei am Abgaskrümmer gegenüber jeder Abgasöffnung des Verbrennungsmotors ein Eintrittsflansch angeordnet ist und an einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers ein gemeinsamer Austrittsflansch angeordnet ist. Aufgrund der hohen Abgastemperatur dehnt sich der Abgaskrümmer in seiner Längserstreckung wesentlich stärker aus als der zugehörige Verbrennungsmotor bzw. Zylinderkopf. Damit der Abgaskrümmer den mechanischen Belastungen, beruhend auf den thermischen Dehnungen, stand hält, muß der Abgaskrümmer sehr robust und damit dickwandig und schwer ausgebildet werden, wobei zusätzlich eine Relativbewegung der Eintrittsflansche des Abgaskrümmers gegenüber den Austrittsöffnungen des Verbrennungsmotors möglich sein muß, um Risse zu vermeiden.
Im Stand der Technik sind Gußkrümmer, einwandige, zusammengesetzte Abgaskrümmer und doppelwandige Abgaskrümmer, sogenannte luftspaltisolierte Abgaskrümmer (LSI-Abgaskrümmer) bekannt. Einwandige und doppelwandige Abgaskrümmer sind üblicherweise aus Rohren, Schalen, Flanschen usw. zusammengeschweißt.
Ein Gußkrümmer hat eine dicke Wandstärke, die fertigungsbedingt größer als 3 mm beträgt, was eine hohe mechanische Festigkeit gegenüber Materialüberbelastung, beruhend auf thermischer Dehnungen, begründet. Nachteilig ist jedoch das hohe Gewicht des Gußkrümmers und auch die damit verbundene hohe Wärmekapazität, die insbesondere in der Warmlaufphase des Motors zu einer starken Abkühlung des Abgases führt. Weiterhin verfügt der Gußkrümmer über eine schlechte Wärmeisolationseigenschaft, dadurch geht Energie für den Betrieb eines Abgasturboladers verloren. Weiterhin wird die Anspringtemperatur einer Abgasreinigungseinrichtung und/oder die Betriebstemperatur einer Abgasreinigungseinrichtung nur langsam erreicht.
Ein aus Rohren, Schalen und Flanschen zusammengeschweißter, einwandiger Abgaskrümmer ist zwar leichter als der Gußkrümmer, seine mechanische Festigkeit gegenüber Materialbelastungen, beruhend auf thermischer Dehnung, ist jedoch auch geringer. Femer hat ein zusammengeschweißter, einwandiger Abgaskrümmer schlechte Wäremisolationseigenschaften und hat diesbezüglich die gleichen Nachteile, wie der Gußkrümmer.
Ein doppelwandiger, luftspaltisolierter Abgaskrümmer hat einerseits gute Wärmeisolationseigenschaften, andererseits ist aus Gründen der Gewichtseinsparung und der geringeren Wärmekapazität ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer aus relativ dünnwandigen Bauteilen aufgebaut, was leicht zu einer Materialüberlastung in Form von thermisch bedingten, plastischen Deformationen und Rissen, insbesondere bei großen Baulängen, führen kann. Um dies zu vermeiden, werden luftspaltisolierte Abgaskrümmer bei großen Baulängen, wie für Vier- und insbesondere für Sechszylinderreihenmotoren mehrteilig ausgeführt, wie dies beispielsweise in der DE 199 52 648 A1 dargestellt ist.
Nachteilig an der mehrteiligen Ausführung ist der hohe Fertigungsaufwand und die damit verbundenen hohen Kosten. Weiterhin ist die mehrteilige Ausführung ungünstig bei aufgeladenen Motoren, da der Lader nicht so nahe am Verbrennungsmotor plaziert werden kann, und somit Energieverluste durch die Abkühlung der Abgase hingenommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer in einteiliger Ausführung für Vier- und Mehrzylinderreihenmotoren zur Verfügung zu stellen, bei dem Materialüberlastungen in Form von Rissen oder plastischen Deformationen, beruhend auf thermischer Dehnungen, nicht auftreten.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein doppelwandiger, luftspaltisolierter Abgaskrümmer eine Vielzahl von Eintrittsflanschen auf der Abgaseintrittsseite hat, wobei die Eintrittsflansche der zwei mittleren Zylinder über einen Steg miteinander verbunden sind. Dadurch, daß sich beim Erwärmen des luftspaltisolierten Abgaskrümmers der Steg zwischen den zwei mittleren Zylindern erwärmt, unterstützt der Steg die thermische Dehnung des Abgaskrümmers, insbesondere im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers, an dem sich der gemeinsame Austrittsflansch des Abgaskrümmers befindet. Durch die konstruktive Ausführung, bei der die mittleren zwei Flansche über den Steg zu einem Doppelflansch verbunden sind, und bei der die Flansche an den äußeren Zylindern als unabhängige, einzelne Flansche verbleiben, ergibt sich ein günstiges Spannungsniveau in der Außenschale des Abgaskrümmers, so daß thermische Betriebsspannungen, die in der Außenschale aufgrund der unterschiedlichen thermischen Längenänderung zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer auftreten, nicht zu plastischen Verformungen oder Rissen in der Außenschale führen. Die Einzelflansche an den Randzylindern erlauben dem Abgaskrümmer in diesen thermisch geringer belasteten Bereichen die größtmögliche Bewegungsfreiheit.
Durch die vorteilhafte Gestaltung des Abgaskrümmers ist es möglich, die tragende Schale, entweder die Innenschale oder bevorzugt die Außenschale, dünnwandiger zu gestalten, wodurch Gewicht und damit Kosten eingespart werden. Es ist damit möglich einen luftspaltisolierten Abgaskrümmer mit einer geringen Wärmekapazität zur Verfügung zu stellen, wodurch ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur und damit ein schnelles Anspringen der Abgasnachbehandlung beim Kaltstart erreicht werden können. Weiterhin verfügt der Abgaskrümmer über eine gute Isolationswirkung, so daß die Wärmeverluste des Abgases minimal sind, was zu einem höheren Temperaturniveau der Abgase führt und damit ein schnelleres Anspringen der Abgasnachbehandlung beim Kaltstart sowie ggf. ein erhöhtes Enthalpieangebot für einen möglicherweise angeschlossenen Abgasturbolader bewirkt. Mit der vorteilhaften Gestaltung des vorliegenden Abgaskrümmers wird ein leichter, wärmeisolierter Abgaskrümmer mit hoher Lebensdauer zur Verfügung gestellt, der auch bei einem Sechszylinderreihenmotor einflutig bzw. einteilig ausgebildet sein kann.
In einer vorteilhaften Ausführung des Abgaskrümmers ist der Steg mit einer Durchgangsbohrung versehen, damit der Steg durch heiße Abgase beheizbar ist, um ein schnelleres Erwärmen des Stegs zu unterstützen, so daß die thermische Ausdehnung im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers zusätzlich unterstützt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der Steg mit einer Wärmeisolation versehen sein, so daß seine, die Ausdehnung des mittleren Abschnitts des Abgaskrümmers unterstützende Wirkung schnell erreicht wird und beim Betrieb aufrecht erhalten bleibt.
Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausführung der Steg aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine höhere Wärmeausdehnung hat als der Werkstoff der verbleibenden Bauteile des Abgaskrümmers. Auch auf diese Weise kann die Wirkung zur Ausdehnung des mittleren Abschnitts des Abgaskrümmers unterstützt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung hat die Innenschale die Aufgabe, die Abgase von den Eintrittsflanschen zum gemeinsamen Austrittsflansch zu leiten. Die Innenschale ist aus mehreren Teilen ausgebildet, wobei die Teile der Innenschale an Bereichen mit großer Wärmedehnung über einen Schiebesitz verbunden sind. Die Außenschale übernimmt dabei die tragende Funktion und ist gasdicht ausgebildet. Durch diese Gestaltung mit Schiebesitzen an der Innenschale ist es möglich, der Innenschale, die höheren thermischen Betriebsspannungen ausgesetzt ist wie die Außenschale, einen optimalen Bewegungsspielraum einzuräumen. Weiterhin kann durch diese Gestaltung die Außenschale dünnwandiger ausgebildet werden, da die Außenschale nicht mit Wärmeausdehnungsspannungen der Innenschale beaufschlagt wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 eine Schrägansicht des luftspaltisolierten Abgaskrümmers (LSI-Abgaskrümmer) in einteiliger Ausführung für einen Sechs-Zylinderreihenmotor zeigt;
  • Fig. 2 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie C-C nach Fig. 3 zeigt;
  • Fig. 3 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie B-B nach Fig. 2 zeigt;
  • Fig. 4 eine Schnittansicht des Abgaskrümmers entlang der Schnittlinie A-A nach Fig. 2 zeigt;
  • Fig. 5 eine Explosionsansicht aller Einzelteile des Abgaskrümmers nach Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 6 eine Explosionsansicht der Hauptbaugruppen des Abgaskrümmers nach Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 7 die Zusammenführung der Rohrleitungen am Austrittsflansch zeigt;
  • Fig. 8 eine abgewandelte Steganordnung zwischen den mittleren Eintrittsflanschen zeigt;
  • Fig. 9 eine Darstellung der thermischen Betriebsspannungen der Außenschale des Abgaskrümmers zeigt, wenn kein Steg zwischen den mittleren Einzelflanschen vorgesehen ist;
  • Fig. 10 eine Darstellung der thermischen Betriebsspannungen der Außenschale des Abgaskrümmers zeigt, wenn ein Steg zwischen den mittleren Einzelflanschen vorgesehen ist.
    • Gemäß Fig. 1 bis 6 ist der Aufbau eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers für einen Sechszylinderreihenmotor (nicht gezeigt) dargestellt. Der Abgaskrümmer erstreckt sich im wesentlichen entlang der Auslaßöffnungen des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt). Der Abgaskrümmer hat eine Innenschale 1, die von einer Außenschale 2 umgeben ist, so daß zwischen Innenschale 1 und Außenschale 2 ein Luftspalt 13 ausgebildet wird. Auf der Abgaseintrittsseite sind sechs einzelne, den Auslaßöffnungen des Verbrennungsmotors gegenüberliegende Eintrittsflansche 3 bis 8 nebeneinander angeordnet, wobei jeder Eintrittsflansch 3 bis 8 je eine ovale Eintrittsöffnung 3' bis 8' und je zwei Befestigungsbohrungen 15 zum Befestigen am Verbrennungsmotor hat. Sowohl der Endbereich der Außenschale 2 als auch der Endbereich der Innenschale 1 ragt aneinanderliegend in jede Eintrittsöffnung 3' bis 8' derart hinein, daß die Außenschale 2 gegenüber der Innenschale 1 weiter in die jeweilige Eintrittsöffnung 3' bis 8' ragt. Über eine gemeinsame Schweißnaht 9 auf der Innenfläche jeder Eintrittsöffnung 3' bis 8' ist die Innenschale 1 und die Außenschale 2 mit dem jeweiligen Eintrittsflansch 3 bis 8 verbunden.
    An einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers werden die über die Eintrittsflansche 3 bis 8 eingeführten Abgase auf einen gemeinsamen Austrittsflansch 10 zusammengeführt. Die Ebene 11 des Austrittsflansches 10 ist gegenüber der gemeinsamen Ebene der Eintrittsflansche um eine parallel zur Längserstreckung des Abgaskrümmers angeordnete Achse um 90° gedreht angeordnet, so daß die Abgase im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers gegenüber der Ebene 12 der Eintrittsflansche um 90° zur Ebene 11 der Austrittsflansche umgelenkt werden. Der Austrittsflansch 10 ist mit einer annähernd kreisförmigen Austrittsöffnung 10' versehen. Sowohl der Endbereich der Außenschale 2 als auch der Endbereich der Innenschale 1 ragen aneinanderliegend in die Austrittsöffnung 16 derart hinein, daß die Außenschale 2 gegenüber der Innenschale 1 weiter in die Austrittsöffnung 16 ragt. Über eine gemeinsame Schweißnaht 17 auf der Innenfläche der Austrittsöffnung 16 ist die Innenschale 1 und die Außenschale 2 mit dem Austrittsflansch 10 verbunden.
    Die beiden mittleren Eintrittsflansche 5 und 6 sind über einen Steg 18 miteinander verbunden, der sich längs zur Erstreckung des Abgaskrümmers zwischen den Eintrittsflanschen 5 und 6 erstreckt. Die weiter außen liegenden Eintrittsflansche 3 und 4, 4 und 5, 6 und 7, 7 und 8 sind nicht miteinander verbunden.
    Der Abgaskrümmer ist im wesentlichen symmetrisch zu einer Spiegelebene 19 aufgebaut, die durch die Mitte des Abgaskrümmers entlang der Austrittsöffnung 16 und durch den Steg 18 verläuft (Fig. 2). Der weitere Aufbau des Abgaskrümmers wird daher nur für eine Hälfte des Abgaskrümmers dargestellt, da die andere Hälfte spiegelsymmetrisch zur einen Hälfte ist.
    Die Innenschale besteht im wesentlichen aus einer Verbindungsleitung 20, die sich von der Eintrittsöffnung 3' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt, einer Verbindungsleitung 21, die sich von der Eintrittsöffnung 4' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt und einer Verbindungsleitung 22, die sich von der Eintrittsöffnung 5' zur Austrittsöffnung 10' erstreckt. Die Verbindungsleitung 20, die den äußersten Eintrittsflansch 3 mit dem Austrittsflansch 10 verbindet, ist dabei die längste von den drei Verbindungsleitungen, wobei die Verbindungsleitung 21 und 22 entsprechend kürzer sind. Die Verbindungsleitung 20 und 21 laufen im Bereich zwischen dem Eintrittsflansch 4 und dem Eintrittsflansch 5 parallel und vereinigen sich zu einem gemeinsamen Rohr, das im Bereich des Eintrittsflansches 5 als Sammelbereich 24 ausgebildet ist. Der Sammelbereich 24 ist aus einer ersten Halbschale 25 und einer zweiten Halbschale 26 aufgebaut. Die erste Halbschale 25 umfaßt dabei die Eintrittsöffnung 5' für den Eintrittsflansch 5. Die erste Halbschale 25 und die zweite Halbschale 26 des Sammelbereichs 24 sind über eine längsverlaufende Überlappschweißnaht 28 miteinander verbunden. Im Bereich zwischen dem Eintrittsflansch 4 und 5, bei dem sich die Verbindungsleitungen 20 und 21 vereinigen und in den Sammelbereich 24 einmünden, ist eine Überlappung 29 zwischen der Verbindungsleitung 20 und 21 und dem Sammelbereich vorgesehen. Die Überlappung 29 ist als Schiebesitz zwischen den Verbindungsleitungen 20 und 21 und dem Sammelbereich 24 ausgebildet, so daß bei thermischen Dehnungen eine Relativbewegung zwischen den Verbindungsleitungen 20, 21 und dem Sammelbereich 24 stattfinden kann.
    Der Sammelbereich 24 endet auf der Auslaßseite in Form eines Halbkreissegmentes 30 und bildet zusammen mit dem Sammelbereich der anderen symmetrischen Hälfte des Abgaskrümmers die kreisförmige Austrittsöffnung 10'.
    Auf der Endseite in Richtung der Längserstreckung des Abgaskrümmers ist in die Verbindungsleitung 20 ein Abgasrückführrohr 31 mit einem daran befindlichen Abgasrückführrohrflansch 32 eingesetzt.
    Um die dargestellte Anordnung der Innenschale 1, die aus den Verbindungsleitungen 20 bis 22 aufgebaut ist, ist eine zweigeteilte Außenschale 2 mit einer ersten äußeren Halbschale 33 und einer zweiten äußeren Halbschale 34 angeordnet. An der ersten äußeren Halbschale 33 sind die Eintrittsöffnungen 3' bis 8' und die Hälfte der Austrittsöffnung 10' ausgebildet. An der zweiten äußeren Halbschale 34 ist die andere Hälfte der Austrittsöffnung 10' ausgebildet und mit der ersten äußeren Halbschale 33 über eine rundum, längs zur Erstreckung des Abgaskrümmers verlaufenden Überlappschweißnaht 35 verbunden.
    Sowohl die verschiedenen Bestandteile der Innenschale 1, wie die Verbindungsleitungen 20, 21 und 22 als auch die Bestandteile der Außenschale 2, die die erste äußere Halbschale 33 und der zweite äußere Halbschale 34 aufweist, sind bevorzugt als Tiefziehteile aus dünnwandigem Blech, bevorzugt aus rostfreiem Edelstahlblech hergestellt. Die Teile der Innenschale 1 sind dabei aus Blech mit einer Blechstärke von bevorzugt 0,8 mm hergestellt, wobei die Bestandteile der Außenschale 2 bevorzugt aus einem Blech mit einer Blechdicke von 1,5 mm hergestellt sind. Die Eintrittsflansche 3 bis 8, der Austrittsflansch 10 und der Abgasrückführflansch 32 sind aus geschmiedetem blechartigen Material mit einer Wandstärke von bevorzugt 8 mm hergestellt. Der Luftspalt 13 zwischen Innenschale 1 und Außenschale 2 beträgt bevorzugt zwischen 4 bis 6 mm. Da die Innenschale 1 mit der als Schiebesitz ausgebildeten Überlappung 29 zum thermischen Längenausgleich versehen ist, ist die Innenschale 1 nicht gasdicht ausgebildet. Die Innenschale 1 dient mit ihren Verbindungsleitungen 20, 21 und 22, die sich im Sammelbereich 24 vereinigen, der Gasführung, wobei die Führung der Gase aus den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors weitestgehend getrennt voneinander innerhalb der Innenschale 1 verläuft, um ein günstiges Instationärverhalten des Verbrennungsmotors zu erzielen.
    In einer Abwandlung gemäß Fig. 8 ist der Steg 18 zwischen dem Eintrittsflansch 5 und dem Eintrittsflansch 6 mit einer Längsbohrung 36 versehen, so daß heiße Abgase durch den Steg 18 strömen können, um den Steg 18 zu beheizen. In einer weiteren Abwandlung kann der Steg 18 aus einem Material hergestellt sein, der über einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten verfügt als das Material der übrigen Bauteile des Abgaskrümmers. Im Betrieb ist der dargestellte Abgaskrümmer großen Temperaturschwankungen von Umgebungstemperatur bis zu den höchsten Abgastemperaturen ausgesetzt und dehnt sich entsprechend der Erwärmung durch die heißen Abgase aus. Bei einem einteiligen bzw. einflutigen Abgaskrümmer für einen Sechszylinderreihenmotor können die Ausdehnungen zwischen heiß und kalt bis zu 2,7 mm entlang der Längserstreckung des Abgaskrümmers betragen. Da sich der Verbrennungsmotor, an dem der Abgaskrümmer befestigt wird, im Betrieb nicht so stark ausdehnt, wie der daran befestigte Abgaskrümmer, muß eine Relativbewegung zwischen den Eintrittsflanschen 3 bis 8 des Abgaskrümmers und der Befestigungsfläche am Motor möglich sein, da ansonsten die thermischen Spannungen innerhalb des Abgaskrümmers zu plastischen Verformungen und zu Rißbildung führen können. Die Erfinder haben dazu einen Abgaskrümmer ohne Steg 18 (Fig. 9) und einen Abgaskrümmer mit Steg 18 (Fig. 10) mit einer Finite-Element-Spannungsanalyse untersucht. Ein Abgaskrümmer ohne Steg 18 zeigt bei dieser Untersuchung gemäß Fig. 9 extreme Spannungsbereiche 37 im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers, die plastische Dehnungen darstellen. Der mittlere Abschnitt des Abgaskrümmers ist thermisch sehr hoch belastet, da sich in diesem Bereich die Austrittsöffnung 10' befindet. Beim Erwärmen des Abgaskrümmers muß die Wärmeausdehnung und beim Abkühlen muß die Schrumpfung des mittleren Abschnitts in Form einer Schiebekraft auf die jeweils weiter ausenliegenden Eintrittsflansche 5, 4 und 3 und auf der anderen Seite 6,7 und 8 übertragen werden, um plastische Verformungen zu vermeiden. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Abgaskrümmer, der mit dem Steg 18 versehen ist, treten im mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers keine extremen Spannungsbereiche auf, da der Steg die Ausdehnung und auch das Zusammenziehen bei der thermischen Belastung des Abgaskrümmers unterstützt. Auf diese Weise kann ein relativ langer Abgaskrümmer für einen Sechszylinderreihenmotor aber auch für einen Vierzylinderreihenmotor einstückig ausgebildet werden, wobei alle Eintrittsöffnungen 3' bis 8' einflutig auf eine Austrittsöffnung 10' zusammengeführt werden können. Der mit dem Steg 18 versehene Abgaskrümmer ist daher trotz "Thermoschockbeanspruchung" dauerhaft haltbar bei geringem Gewicht und bei einer guten Isolationswirkung.

    Claims (8)

    1. Abgaskrümmer zur Abgasabführung aus einem Verbrennungsmotor mit mehr als drei in Reihe angeordneten Zylindern mit
      einer Außenschale (2), die sich längs der in Reihe angeordneten Abgasaustrittsöffnungen der Zylinder erstreckt,
      einer innerhalb der Außenschale (2) angeordneten Innenschale (1) zur Ausbildung einer Luftspaltisolierung zwischen Innenschale (1) und Außenschale (2),
      einer gemeinsamen, auf der Abgasaustrittsseite befindlichen Austrittsöffnung (10'), die sich an einem mittleren Abschnitt des Abgaskrümmers befindet,
      und für jeden Zylinder je einem auf der Abgaseintrittsseite befindlichen Eintrittsflansch (2 bis 8), wobei die Eintrittsflansche (2 bis 8) der zwei mittleren Zylinder (3, 4) über einen Steg (18) miteinander verbunden sind.
    2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steg (18) eine Durchgangsbohrung (36) zwischen den Flanschen der mittleren zwei Zylinder (3, 4) vorgesehen ist, damit der Steg (18) durch heiße Abgase beheizbar ist.
    3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (18) mit einer Wärmeisolation versehen ist.
    4. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (18) aus einem Werkstoff hergestellt ist, der eine höhere Wärmeausdehnung hat als der Werkstoff der verbleibenden Bauteile des Abgaskrünmmers.
    5. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (1) die Abgase von den in den Eintrittsflanschen (2 bis 8) ausgebildeten Eintrittsöffnungen (2' bis 8') zur gemeinsamen Austrittsöffnung (10') leitet,
    6. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (1) aus mehreren Teilen ausgebildet ist, wobei die Teile der Innenschale (1) an Bereichen mit großer Wärmedehnung über einen Schiebesitz (29) verbunden sind.
    7. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (10') in einem Austrittsflansch (10) ausgebildet ist und an der Außenschale (2) die Eintrittsflansche (3 bis 8) und der Austrittsflansch (10) befestigt sind, wobei die Außenschale (2) die tragende Funktion hat und gasdicht ausgebildet ist.
    8. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Endseite des Abgaskrümmers ein Abgasrückführflansch (32) zum Abzweigen von Abgas angeordnet ist.
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