EP1761692B1

EP1761692B1 - Krümmer für einen mehrzylinder-verbrennungsmotor

Info

Publication number: EP1761692B1
Application number: EP05746366A
Authority: EP
Inventors: Winfried Willeke; Christof Henrici
Original assignee: Emcon Technologies LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: ES2335114T3; EP1761692A1; DE102004025407A1; DE502005008583D1; US8584449B2; CN100538039C; KR20070052706A; CN1957162A; US20080134672A1; WO2005116412A1; KR100835775B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Krümmer für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der aus mehreren Schalen zusammengesetzt ist. Einen derartigen Abgaskrümmer zeigt beispielweise die EP 1 206 631 B1 .
Insbesondere betrifft die Erfindung einen sogenannten drei-schaligen Krümmer, bei dem eine untere, eine obere und eine mittlere Schale miteinander randseitig verbunden sind, so daß mehrere Einlaßkanäle und mehrere zugeordnete Auslaßräume geschaffen werden. Jeder motorblockseitige Auslaß mündet dabei in einen zugeordneten, eigenen Einlaßkanal des Krümmers, der wiederum in einen Auslaßraum übergeht. Üblicherweise gehen mehrere Einlaßkanäle in einen gemeinsamen Auslaßraum über, in dem die heißen Abgase sich verteilen, expandieren und etwas abgekühlt werden. Die Krümmer sind extremen thermischen Belastungen ausgesetzt. Diese Belastungen sind insbesondere im Bereich der Verbindungsschweißnähte zwischen den Schalen und der Wandabschnitte, auf die der Abgasstrom unmittelbar aus dem Motor trifft, extrem. Gerade beim Kaltstart dehnen sich auch unterschiedliche Abschnitte des Krümmers unterschiedlich schnell und stark aus, so daß es hier zu hohen Spannungen im Bereich der Schweißnähte kommt.
Die Erfindung soll diese Belastungen auf die Schweißnähte und die Wandungen verringern und die Wände der Auslaßräume kräftemäßig weitgehend voneinander entkoppeln.
Dies wird durch einen Krümmer für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der mehrere Auslässe besitzt, geschaffen, mit mehreren Schalen, die randseitig miteinander zur Schaffung von Einlaßkanälen und wenigstens eines Auslaßraums, in den die Einlaßkanäle, d. h. zumindest einige der Einlaßkanäle, münden, verbunden sind und einem für das über wenigstens einen Einlaßkanal einströmende Abgas vorgesehenen, einem Auslaßraum zugeordneten Ablenkblech, das an einem Ende randseitig fest mit einer der Schalen und an einem davon entfernten Ende verschieblich mit einer anderen der Schalen verbunden ist.
Das in den Krümmer eintretende Abgas aus den Auslässen des Motors strömt zuerst auf das Ablenkblech, welches folglich thermisch am höchsten beansprucht ist. Dieses Ablenkblech verbindet aber nicht Schalen unmittelbar miteinander, sondern ist an einer Schale verschieblich befestigt, so daß es sich thermisch ausdehnen kann, ohne daß dies zu einer Spannung zwischen den Schalen führt. Das Ablenkblech verteilt darüber hinaus die Strömung im Auslaßraum, bildet sozusagen einen Abschnitt von dessen Wandung und sorgt damit für eine gleichmäßigere, schnellere Temperaturverteilung des heißen Abgases im Auslaßraum, so daß auch die übrigen Wandabschnitte des Auslaßraums gleichmäßiger und damit insgesamt niedriger belastet werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Krümmer mit einer unteren und einer oberen Schale versehen, die randseitig miteinander zur Schaffung von äußeren Einlaßkanälen und eines Auslaßraums, in den die äußeren Einlaßkanäle münden, verbunden sind, und einer mittleren Schale, die randseitig mit der unteren und/oder der oberen Schale zur Schaffung wenigstens eines mittleren, zwischen den äußeren Einlaßkanälen liegenden Einlaßkanals und eines zweiten Auslaßraums, in den der mittlere Einlaßkanal mündet, verbunden ist. Das Ablenkblech ist für das über den mittleren Auslaßkanal einströmende Abgas vorgesehenen und dem zweiten Auslaßraum zugeordnet und ist das einem Ende randseitig fest mit einer Schale und an einem entgegengesetzten Ende verschieblich mit einer anderen Schale verbunden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist das Ablenkblech an einem Ende mit einer Schale verschweißt, um eine sichere, starre Verbindung zu ermöglichen.
Auf dem verschieblichen Ende ist die Befestigung des Ablenkblechs z.B. durch ein U-förmiges, offenes Ende gebildet, in das ein Rand hineinragt, so daß er zwischen den Schenkeln des U-förmigen Endes geführt ist.
In diesem Zusammenhang ist es möglich, daß der Rand am Ablenkblech oder, was aber bevorzugt ist, an einer Schale vorgesehen ist, so daß das U-förmige Ende in dieser bevorzugten Ausführungsform am Ablenkblech sitzt.
Das Ablenkblech ist z.B. an einem Ende an der unteren Schale befestigt und verhindert die direkte Anströmung der unteren Schale.
Die obere Schale kann im Bereich des Ablenkblechs einen Ausschnitt besitzen und dadurch eine U-förmige Gestalt haben, so daß das Ablenkblech im Inneren des "U" sitzt und dieses ggf. sogar komplett ausfüllt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Krümmers in einer Ebene parallel zum Motorflansch,
Figur 2 eine perspektivische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Krümmer, wobei die mittlere Schale in der Mitte teilweise aufgeschnitten dargestellt ist, um einen Blick auf das Ablenkblech freizugeben, und
Figuren 3 und 4 perspektivische Schnittansichten im Bereich der Ebenen III-III bzw. IV-IV, jedoch leicht gedreht, um den Blick auf den aufgeschnittenen Krümmer im Bereich des zweiten Auslaßraums freizugeben.

In Figur 1 ist ein Krümmer für einen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor dargestellt, wobei der Verbrennungsmotor vier Auslässe 1 besitzt, die in Bezug auf die Schnittebene nach Figur 1 oberhalb der Zeichenebene sitzen würden und nur zum Zwecke des besseren Verständnisses mit unterbrochenen Linien angedeutet sind.
Der an den Motorblock angeschraubte Krümmer besitzt einen ebenen, plattenartigen Flansch 3 (siehe Figur 2) und drei miteinander verbundene Schalen aus Blech, die Einlaßkanäle für jeden Auslaß 1 und mehrere Einlaßkanäle zusammenfassende Auslaßräume definieren.
Eine untere Schale 5 aus Blech hat einen wannenförmigen Abschnitt 7 und vier zum Flansch 3 ragende Fortsätze, die zu einem Rohrunterteil 9, 11 und 13 umgeformt sind. Das vierte Rohrunterteil ist aufgrund der vorgenommenen Schnitte in den Figuren nicht dargestellt. Jedes Rohrunterteil 9 bis 13 hat die Form einer Halbschale. Die Rohrunterteile 9 bis 13 ragen durch entsprechende Öffnungen im Flansch 3 hindurch und sind an diesem befestigt.
Auf die untere Schale 5 ist eine obere Schale 15 gesetzt, die an ihrem Außenrand 17 mit dem Außenrand 19 der unteren Schale 5 verschweißt und/oder verbördelt ist. Die obere Schale 15 hat nur zwei zum Flansch 3 weisende Fortsätze, die zu halbschalenförmigen Rohroberteilen 21, 23 (siehe Figur 2) umgeformt sind. Die Rohroberteile 21, 23 liegen an den beiden äußeren Rohrunterteilen (Rohrunterteil 9 und das nicht dargestellte Rohrunterteil) an und sind mit diesen randseitig verbunden, so daß zwei äußere Einlaßkanäle 25, 27 gebildet werden, die den äußeren Auslässen 1 zugeordnet sind.
Die obere Schale 15 besitzt im Bereich der mittleren Auslässe 1 eine Vertiefung (siehe Figur 1), die sich entfernt vom Flansch 3 bis näher zum Flansch 3 zunehmend abwärts zur unteren Schale 5 erstreckt. Diese Vertiefung ist durch eine der Rückseite des Flansches zugewandte Wand 29 und in die Wand 29 übergehende Seitenwände 31 definiert. Die Wand 29 hat einen Ausschnitt 33, so daß die obere Schale 15 von oben gesehen eine U-förmige Gestalt hat.
Der Ausschnitt 33 ist in seiner Breite, bezogen auf Figur 1, der Breite des Ablenkblechs 35 angepaßt, welches mit seinem unteren Ende 37 an der unteren Schale 5 angeschweißt ist, wobei die Schweißnaht das Bezugszeichen 39 hat. Die Breite des Ablenkblechs 35 ist so gewählt, daß es in der Ansicht nach Figur 1 beide Projektionen der mittleren Auslässe 1 abdeckt. Das Ablenkblech 35 erstreckt sich, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, von der unteren Schale 5 schräg aufwärts und weg vom Flansch 3 in Richtung zur ebenfalls schräg aufwärts und weg vom Flansch 3 erstreckenden Wand 29.
Die Wand 29 und das Ablenkblech 35 verlaufen teilweise parallel zueinander im Bereich der Seitenränder des Ablenkbleches 35.
Auf der Rückseite des Ablenkblechs 35 im Bereich seines oberen Endes 41 ist ein sich über die gesamte Breite des Ablenkblechs 35 erstreckendes, U-förmiges Blech 43 angeschweißt (siehe Figuren 3 und 4). Das Blech 43 erstreckt sich auch längs der Seitenränder des Ablenkblechs 35 nach unten. Das Ablenkblech 35 und das Blech 43 sind nach der Schweißstelle etwas voneinander weggebogen, so daß sie eine im Querschnitt U-förmige, nach außen offene Aufnahmenut bilden, die sich längs der Seitenränder und des oberen Endes 41 erstrecken. In diese Aufnahmenut wird der Rand 45 des Ausschnitts 33 verschieblich eingeführt, so daß sich zwischen dem Ablenkblech 35 und der oberen Schale 15 eine verschiebliche Lagerung ergibt.
Eine mittlere Schale 51 liegt über dem Bereich der Einbuchtung der oberen Schale 15 und des Ablenkblechs 35. Die mittlere Schale 51 hat zwei zum Flansch 3 weisende Fortsätze, die Rohroberteile 53, 55 bilden und mit den mittleren RohrUnterteilen 11, 13 der unteren Schale 5 verbunden sind, um zwei mittlere Einlaßkanäle 57, 59 zu bilden.
Die verschiebliche Verbindung zwischen der oberen Schale 15 und dem Ablenkblech 35 kann, muß aber nicht auf den oberen Rand 41 beschränkt sein. Vielmehr können, wie beschrieben, zusätzliche oder anstatt dessen auch die Seitenränder des Ablenkblechs 35 in entsprechender Weise verschieblich mit der oberen Schale 15 verbunden sein.
Die untere und die obere Schale 5, 15 bilden einen gemeinsamen Auslaßraum 63, der unterhalb des Abdeckblechs 35 verläuft und in den die beiden äußeren Einlaßkanäle 25, 27 münden.
Die beiden mittleren Einlaßkanäle 57, 59 münden in einen gemeinsamen, zweiten Auslaßraum 65, der durch das Ablenkblech 35, den mittleren Teil der oberen Schale 15 und die mittlere Schale 51 begrenzt ist.
Beide Auslaßräume 63, 65 führen zu einer einzelnen Abgasleitung 67 (Figur 2), die durch die untere und mittlere Schale 5, 51 definiert wird.
Die Abgasleitung 67 ist zweigeteilt, indem eine Zunge 81 der oberen Schale 15 quer durch die Abgasleitung 67 verläuft und diese in einen oberen Abschnitt für die mittleren Einlaßkanäle 57, 59 und einen unteren Abschnitt für die äußeren Einlaßkanäle 25, 27 teilt.
Diese Strömungsaufteilung ist vorteilhaft, wenn an dem Krümmer ein Turbolader, der nach dem Twin scroll Konzept arbeitet, angeschlossen ist.
Alternativ könnten die Auslaßkanäle 63, 65 auch innerhalb des Krümmers zusammengeführt werden, oder es könnte ein gemeinsamer Auslaßraum vorgesehen sein.
Das in die mittleren Einlaßkanäle 57, 59 einströmende Abgas prallt unmittelbar auf das Ablenkblech 35, wird durch dieses im zweiten Auslaßraum 65 verteilt, um schließlich zur Abgasleitung 67 zu gelangen, von wo aus es zum Turbolader und zu Abgasreinigungsanlagen strömt.

Claims

Krümmer für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der mehrere Auslässe (1) besitzt, mit
mehreren Schalen (5, 15, 51), die randseitig miteinander zur Schaffung von Einlaßkanälen (25, 27, 57, 59) und wenigstens eines Auslaßraums (63, 65), in den die Einlaßkanäle (25, 27, 57, 59) munden, verbunden sind, und
einem für das über wenigstens einen Einlaßkanal (57, 59) einströmende Abgas vorgesehenen, einem Auslaßraum (65) zugeordneten Ablenkblech (35), das an einem Ende (37) randseitig fest mit einer der Schalen (5, 15, 51) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkblech (35) an einem davon entfernten Ende (41) verschieblich mit einer anderen der Schalen (5, 15, 51) verbunden ist.
Krümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine untere und eine obere Schale (5, 15), die randseitig miteinander zur Schaffung von äußeren Einlaßkanälen (25, 27) und eines ersten Auslaßraums (63), in den die äußeren Einlaßkanäle (25, 27) münden, verbunden sind, und
eine mittlere Schale (51), die randseitig mit der unteren und/oder oberen Schale (5, 15) zur Schaffung wenigstens eines mittleren, zwischen den äußeren Einlaßkanälen (25, 27) liegenden Einlaßkanals (57, 59) und eines zweiten Auslaßraums (65), in den der mittlere Einlaßkanal (57, 59) mündet, verbunden ist,
wobei das Ablenkblech (35) für das über den mittleren Einlaßkanal (57, 59) einströmendes Abgas vorgesehen und dem zweiten Auslaßraum (65) zugeordnet ist.
Krümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkblech (35) an der unteren Schale (5) befestigt ist.
Krümmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schale (15) im Bereich des Ablenkblechs (35) einen Ausschnitt (33) besitzt und damit eine U-förmige Gestalt hat.
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (41) des Ablenkblechs (35), welches verschieblich verbunden ist, entgegengesetzt zum festverbundenen Ende (37) liegt.
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkblech (35) an einem Ende (37) mit einer Schale (5) verschweißt ist.
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebliche Ende (41) ein U-förmiges, offenes Ende ist, in die ein Rand (45) hineinragt und darin geführt ist.
Krümmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkblech (35) das U-förmige Ende (41) besitzt.