EP3936708B1 - Befestigungsanordnung - Google Patents

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EP3936708B1
EP3936708B1 EP21184152.3A EP21184152A EP3936708B1 EP 3936708 B1 EP3936708 B1 EP 3936708B1 EP 21184152 A EP21184152 A EP 21184152A EP 3936708 B1 EP3936708 B1 EP 3936708B1
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EP
European Patent Office
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sleeve
exhaust
arrangement according
mounting arrangement
heat protection
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EP21184152.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3936708A1 (de
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Patrick SUTTY
Dirk VIERKOTTEN
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
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    • F01N13/1855—Mechanical joints the connection being realised by using bolts, screws, rivets or the like
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
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    • F02M26/16—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system with EGR valves located at or near the connection to the exhaust system
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    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/20—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for heat or sound protection, e.g. using a shield or specially shaped outer surface of exhaust device

Definitions

  • the invention relates to a fastening arrangement with an engine block, an exhaust manifold, and a connecting flange element, which is fastened to the engine block via an engine-side flange surface and is fastened to the exhaust manifold via an exhaust manifold-side flange surface, the connecting flange element having a plurality of passage openings, which extend from the engine-side flange surface to the Extend the flange surface on the exhaust manifold side and each radially delimit one exhaust duct.
  • Such a fastening arrangement is, for example, from DE 10 2011 050 517 A1 known.
  • the fastening arrangement has an engine block, a connecting flange element and an exhaust manifold, the engine block being connected to the exhaust manifold via the connecting flange element.
  • the connecting flange element has an engine-side flange surface and an exhaust manifold-side flange surface, the exhaust manifold being screwed to the exhaust manifold-side flange surface and the engine block being screwed to the engine-side flange surface.
  • the connecting flange element has a plurality of exhaust channels which extend from the engine-side flange surface to the exhaust manifold-side flange surface, with the exhaust gas ejected from the cylinders flowing into the exhaust manifold via a plurality of exhaust gas paths formed in the engine block, in particular in the cylinder head, and via passage openings provided on the connecting flange element.
  • the individual exhaust gas paths are combined into a single exhaust gas path summarized exhaust gas path flows into the environment with exhaust gas aftertreatment components flowing through.
  • the disadvantage of such a fastening arrangement is that the connecting flange element must be made from a cost-intensive and highly thermally resilient material so that the thermal load limit of the connecting flange element can be prevented from being exceeded and failure of the connecting flange element due to thermal overload can be avoided.
  • a connecting flange element is also made of the DE 197 52 551 A1 known, wherein the connecting flange element has several passage openings and a secondary air duct.
  • the secondary air channel extends through the entire connecting flange element and in particular through the areas having the passage openings, a sleeve being arranged within the passage openings, which delimits the secondary air channel in the corresponding regions together with the connecting flange element and is fluidly connected to the exhaust gas channel.
  • the task is therefore to create a fastening arrangement in which thermal failure of the connecting flange element can be prevented in a simple and cost-effective manner.
  • a heat protection sleeve is arranged in at least one passage opening, which extends axially from the engine-side flange surface to the exhaust manifold-side flange surface, the heat transfer between the hot exhaust gas flowing out of a cylinder and the connecting flange element is reduced and thereby the Risk of thermal failure of the connecting flange element reduced.
  • the heat protection sleeve extends from the engine-side flange surface to the exhaust manifold-side flange surface, so that the heat protection sleeve rests on the front side of the engine block and the exhaust manifold and is therefore also thermally connected to the engine block and the exhaust manifold.
  • the heat protection sleeve only results in an indirect heat transfer between the hot exhaust gas and the connecting flange element, with part of the heat already being dissipated by the heat protection sleeve, in particular via the two flange surfaces to the exhaust manifold and the engine block.
  • the heat protection sleeve is arranged with its outer peripheral surface at a radial distance from a peripheral surface of the passage opening, with the heat protection sleeve defining an air gap with the peripheral surface of the passage opening.
  • the air gap is radially limited by the outer peripheral surface of the heat protection sleeve and the peripheral surface of the passage opening and serves for thermal insulation between the exhaust duct and the connecting flange element.
  • the air gap is fluid-tightly separated from the exhaust duct, which is radially delimited by the inner circumferential surface of the heat protection sleeve.
  • the air gap reduces the heat transfer between the exhaust gas and the connecting flange element in a simple and cost-effective manner.
  • the heat protection sleeve can thus prevent thermal failure of the connecting flange element reliably and in a simple and cost-effective manner.
  • the heat protection sleeve is made from sheet steel. This allows the heat protection sleeve to be made from one cost-effective and thermally highly resilient material.
  • the connecting flange element preferably has at least one coolant channel through which a coolant flows.
  • the connecting flange element is additionally cooled by the coolant, which can further reduce the risk of failure of the connecting flange element due to overheating.
  • the coolant channel surrounds the passage opening radially.
  • the heat protection sleeve has a first sleeve element and a second sleeve element, the first sleeve element extending from the engine-side flange surface and the second sleeve element extending from the exhaust manifold-side flange surface, and the two sleeve elements overlapping with their mutually facing ends.
  • the heat protection sleeve can be easily installed, with the overlap of the sleeve elements reliably preventing leakage of the exhaust gas into the air gap.
  • one of the two sleeve elements is inserted into the other sleeve element.
  • one of the two sleeve elements has a radial expansion at the end facing the other sleeve element, the end of the other sleeve element being inserted into the expansion.
  • the inserted sleeve element is arranged in front of the other sleeve element in the flow direction of the exhaust gas. This reliably prevents leakage of the exhaust gas into the air gap by allowing the exhaust gas to flow axially into the air gap Contact area between the two sleeve elements can be prevented.
  • the heat protection sleeve preferably has a radially extending collar on at least one of the two axial ends, which rests on one of the two flange surfaces. This allows the sleeve to be fixed simply by mounting the connecting flange element on the engine block or the exhaust manifold by clamping the heat protection sleeve between the connecting flange element and the engine block or the exhaust manifold.
  • the flange surface has a shoulder in which the collar of the heat protection sleeve is arranged. This allows the heat protection sleeve to be positioned radially, with the engine block or exhaust manifold resting against the connecting flange element over its entire surface despite the collar of the heat protection sleeve arranged on the flange surface.
  • the radially extending collar preferably has a bead which rests axially on the connecting flange element, whereby a leakage flow between the flange surface and the collar, in particular into the air gap, is reduced.
  • the heat protection sleeve is crimped to the connecting flange element on at least one of the two axial ends.
  • a chamfer is provided on an axial end of an inner surface of the passage opening and the heat protection sleeve is bent radially outwards at the axial end.
  • the assembly of the heat protection sleeve can be simplified, with the heat protection sleeve being inserted into the passage opening and at least one axial end being bent.
  • both axial ends are bent and The heat protection sleeve is only attached to the connecting flange element by crimping.
  • a fastening arrangement is thus created in which thermal overloading of the connecting flange element is prevented in a simple manner.
  • the Figure 1 shows an exhaust system 10 for an internal combustion engine 12 of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine 12 has an engine block 14 which has four cylinders 16, 18, 20, 22.
  • the cylinders 16, 18, 20, 22 each have an air inlet 24, 26, 28, 30, through which air can be supplied for the combustion processes in the cylinders 16, 18, 20, 22.
  • the air inlets 24, 26, 28, 30 are connected to an air inlet manifold 32, which is connected to an air inlet duct 33, air being supplied to the air inlet manifold 32 via the air inlet duct 33 and the air being fed through the air inlet manifold 32 to the air inlets 24, 26, 28 , 30 is divided.
  • each cylinder has 16, 18, 20, 22 respectively a fuel injector 34, 36, 38, 40 is provided, through which fuel can be supplied to the respective cylinders 16, 18, 20, 22 as required.
  • the cylinders 16, 18, 20, 22 each have an exhaust gas outlet 42, 44, 46, 48 for the exhaust gases produced during the combustion process.
  • Each exhaust outlet 42, 44, 46, 48 is fluidly connected to an exhaust line 50, 52, 54, 56 extending through the engine block 14, the exhaust lines 52, 54 assigned to the second and third cylinders 18, 20 being brought together.
  • an exhaust gas recirculation line 60 is branched off from the exhaust gas line 56 assigned to a fourth cylinder 22.
  • the exhaust gas recirculation line 60 is fluidly connected to the air inlet channel 33, so that at least part of the exhaust gas flowing out of the fourth cylinder 22 can be supplied to the air inlet channel 33. This means that only the exhaust gas emitted from the fourth cylinder 22 is used for exhaust gas recirculation to reduce pollutants.
  • the exhaust gas flowing from the cylinders 16, 18, 20, 22 is also used to compress the air flowing through the air inlet channel 33, the exhaust gas from the cylinders 16, 18, 20, 22 being fed to a turbine 64 of a turbocharger 62.
  • the turbine 64 is connected in a rotationally fixed manner to a compressor 66 of the turbocharger 62, so that the compressor 66 is driven by the turbine 64 and compresses the air required for the combustion process.
  • an exhaust manifold 70 is provided, into which all exhaust pipes 50, 52, 54, 56 open, the exhaust manifold 70 bringing together all exhaust gas mass flows and a single exhaust gas mass flow the turbine 64 is supplied.
  • the connection between the exhaust manifold 70 and the engine block 14 takes place via a connecting flange element 72, with the engine block 14, the exhaust manifold 70 and the connecting flange element 72 together forming a fastening arrangement 71.
  • the connecting flange element 72 is made of aluminum and has a flat, engine-side flange surface 74 and a flat exhaust manifold-side flange surface 76.
  • the engine block 14 is attached to the engine-side flange surface 74.
  • the exhaust manifold 70 is attached to the flange surface 76 on the exhaust manifold side.
  • the connecting flange element 72 comprises four passage openings 77, 79, 83, 85, which each delimit an exhaust gas duct 78, 80, 84, 86 and whose longitudinal axes run parallel to one another, with all passage openings 77, 79, 83, 85 extending from the engine-side flange surface 74 to extend to the flange surface 76 on the exhaust manifold side.
  • a first exhaust channel 78 is assigned to the exhaust line 50 assigned to the first cylinder 16.
  • a second exhaust duct 80 is assigned to the combined exhaust lines 52, 54 of the two cylinders 18, 20.
  • a third exhaust duct 84 and the fourth exhaust duct 86 are assigned to the exhaust line 56 assigned to the fourth cylinder 22, the exhaust line 56 being connected to the exhaust manifold 70 via the third exhaust duct 84 and the exhaust line 56 being connected to the exhaust gas recirculation line 60 via the fourth exhaust duct 86 .
  • the fluidic connection of the exhaust line 56 assigned to the fourth cylinder 22 with the exhaust manifold 70 or with the exhaust gas recirculation line 60 is controlled by a flap device 90.
  • the flap device 90 includes an actuator 92 which drives a flap shaft 94.
  • Two flaps 96, 98 are attached to the flap shaft 94, a first flap 96 being arranged in the third exhaust duct 84 and the second flap 98 being arranged in the fourth exhaust duct 86.
  • the two flaps 96, 98 are arranged in the exhaust channels 84, 86 in such a way that either the third exhaust channel 84 or the fourth exhaust channel 86 is opened and thus in the open position of one of the two flaps 96, 98 the other flap 96, 98 closes the corresponding exhaust duct 84, 86.
  • exhaust gas recirculation can be enabled or prevented, with the exhaust gas being able to flow exclusively into the exhaust gas recirculation line 60 when exhaust gas recirculation is enabled. Otherwise, no exhaust gas can flow into the exhaust gas recirculation line 60 and the exhaust gas flows completely to the turbocharger 62.
  • the connecting flange element 72 Because the hot exhaust gas flows through the connecting flange element 72, the connecting flange element 72 is exposed to a high thermal load.
  • a heat protection sleeve 110, 112 is arranged in the first passage opening 77 and in the second passage opening 79, the heat protection sleeves 110, 112 extending axially from the engine-side flange surface 74 to the exhaust manifold-side flange surface 76 extend.
  • Figure 3 is a section through the area of the first passage opening 77 and in Figure 4 a section through the area of the second passage opening 79 is shown.
  • a gap 118, 120 is provided between an outer peripheral surface of the heat protection sleeve 110, 112 and the peripheral surfaces 114, 116 of the passage openings 77, 79, thereby creating air gap insulation.
  • the heat protection sleeve 110 is made in two parts and made of sheet steel, the heat protection sleeve 110 having a first sleeve element 122 and a second sleeve element 124.
  • the first sleeve element 122 extends from the motor-side flange surface 74 and projects into the first passage opening 77.
  • a sealing bead 127 is provided on the collar 126.
  • the second sleeve element 124 extends from the exhaust manifold-side flange surface 76 and also has a radially extending collar 130, which is arranged in a shoulder 132 provided on the exhaust manifold-side flange surface 76 and has a sealing bead 131.
  • the sealing beads 127, 131 serve to ensure that the collars 126, 130 rest on the connecting flange element 72 in the area of the shoulders 128, 132 and thus ensure the tightness in this area.
  • the second sleeve element 124 has an expansion 134 at its axial end facing the first sleeve element 122, the first sleeve element 122 being inserted into the second sleeve element 124 in the area of the expansion.
  • the heat protection sleeve 112 is made in one piece and made of sheet steel.
  • the heat protection sleeve 112 has at a first axial end a radially extending and circumferential collar 140, which is arranged in a shoulder 142 provided on the exhaust manifold side flange surface 76.
  • the heat protection sleeve 112 is bent open after the heat protection sleeve 112 has been inserted into the second passage opening 79 and thus crimped with the connecting flange element 72.
  • a chamfer 144 is provided on the peripheral surface 116 of the second passage opening 79, with the heat protection sleeve 112 resting against the connecting flange element 72 after crimping with the bent section in the area of the chamfer 144.
  • coolant channels 100 are also provided in the connecting flange element 72, such a coolant channel 100 being in the Figures 3 and 4 is shown.
  • the coolant channel 100 surrounds the respective exhaust channel 78, 80, 84, 86 radially. The heat transferred from the exhaust gas to the connection element 72 is at least partially dissipated through the coolant channels 100.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung mit einem Motorblock, einem Abgaskrümmer, und einem Anschlussflanschelement, welches über eine motorseitige Flanschfläche am Motorblock befestigt ist und über eine abgaskrümmerseitige Flanschfläche am Abgaskrümmer befestigt ist, wobei das Anschlussflanschelement mehrere Durchtrittsöffnungen aufweist, welche sich von der motorseitigen Flanschfläche bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche erstrecken und jeweils einen Abgaskanal radial begrenzen.
  • Eine derartige Befestigungsanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2011 050 517 A1 bekannt. Die Befestigungsanordnung weist einen Motorblock, ein Anschlussflanschelement und einen Abgaskrümmer auf, wobei der Motorblock über das Anschlussflanschelement mit dem Abgaskrümmer verbunden ist. Das Anschlussflanschelement weist eine motorseitige Flanschfläche und eine abgaskrümmerseitige Flanschfläche auf, wobei der Abgaskrümmer an der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche verschraubt ist und der Motorblock an der motorseitigen Flanschfläche verschraubt ist. Das Anschlussflanschelement weist mehrere Abgaskanäle auf, welche sich von der motorseitigen Flanschfläche zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche erstrecken, wobei das aus den Zylindern ausgestoßene Abgas über mehrere im Motorblock, insbesondere im Zylinderkopf, ausgebildete Abgaspfade und über am Anschlussflanschelement vorgesehene Durchtrittsöffnungen in den Abgaskrümmer strömt. Im Abgaskrümmer werden die einzelnen Abgaspfade zu einem einzigen Abgaspfad zusammengefasst, wobei der zusammengefasste Abgaspfad unter Durchströmung von Abgasnachbehandlungskomponenten in die Umgebung strömt.
  • Nachteilhaft an einer derartigen Befestigungsanordnung ist, dass das Anschlussflanschelement aus einem kostenintensiven und thermisch hoch belastbaren Material hergestellt werden muss, damit eine Überschreitung der thermischen Belastungsgrenze des Anschlussflanschelements verhindert werden kann und ein Ausfall des Anschlussflanschelements aufgrund von einer thermischen Überlastung vermieden werden kann.
  • Ein Anschlussflanschelement ist außerdem aus der DE 197 52 551 A1 bekannt, wobei das Anschlussflanschelement mehrere Durchtrittöffnungen und einen Sekundärluftkanal aufweist. Der Sekundärluftkanal erstreckt sich durch das gesamte Anschlussflanschelement und insbesondere durch die die Durchtrittöffnungen aufweisenden Bereiche, wobei innerhalb der Durchtrittsöffnungen eine Hülse angeordnet ist, welche in den entsprechenden Bereichen gemeinsam mit dem Anschlussflanschelement den Sekundärluftkanal begrenzt und mit dem Abgaskanal fluidisch verbunden ist.
  • Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Befestigungsanordnung zu schaffen, bei welcher ein thermisches Versagen des Anschlussflanschelements auf einfache und kostengünstige Weise verhindert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, dass in zumindest einer Durchtrittsöffnung eine Hitzeschutz-Hülse angeordnet ist, welche sich axial von der motorseitigen Flanschfläche bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche erstreckt, wird die Wärmeübertragung zwischen dem von einem Zylinder abströmenden, heißen Abgas und dem Anschlussflanschelement reduziert und dadurch die Gefahr eines thermischen Versagens des Anschlussflanschelements reduziert. Die Hitzeschutz-Hülse erstreckt sich von der motorseitigen Flanschfläche zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche, so dass die Hitzeschutz-Hülse an dem Motorblock und an dem Abgaskrümmer stirnseitig anliegt und dadurch auch thermisch mit dem Motorblock und dem Abgaskrümmer verbunden ist. Durch die Hitzeschutz-Hülse erfolgt damit lediglich ein mittelbarer Wärmeübergang zwischen dem heißen Abgas und dem Anschlussflanschelement, wobei bereits durch die Hitzeschutz-Hülse ein Teil der Wärme, insbesondere über die beiden Flanschflächen an den Abgaskrümmer und den Motorblock, abgeführt wird.
  • Die Hitzeschutz-Hülse ist mit ihrer Außenumfangsfläche radial beabstandet von einer Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung angeordnet, wobei die Hitzeschutz-Hülse mit der Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung ein Luftspalt begrenzt. Der Luftspalt wird von der Außenumfangsfläche der Hitzeschutz-Hülse sowie der Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung radial begrenzt und dient der thermischen Isolierung zwischen dem Abgaskanal und dem Anschlussflanschelement. Der Luftspalt ist fluiddicht von dem durch die Innenumfangsfläche der Hitzeschutz-Hülse radial begrenzten Abgaskanal getrennt.
  • Durch den Luftspalt wird auf eine einfache und kostengünstige Weise die Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und dem Anschlussflanschelement reduziert.
  • Damit kann durch die Hitzeschutz-Hülse ein thermisches Versagen des Anschlussflanschelements zuverlässig und auf eine einfache und kostengünstige Weise verhindert werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hitzeschutz-Hülse aus einem Stahlblech hergestellt. Dadurch kann die Hitzeschutz-Hülse aus einem kostengünstigen und thermisch hochbelastbaren Material ausgeführt werden.
  • Vorzugsweise weist das Anschlussflanschelement mindestens ein Kühlmittelkanal auf, welcher von einem Kühlmittel durchströmt ist. Das Anschlussflanschelement wird durch das Kühlmittel zusätzlich gekühlt, wodurch die Gefahr eines Ausfalls des Anschlussflanschelements aufgrund einer Überhitzung nochmals reduziert werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung umgibt der Kühlmittelkanal die Durchtrittsöffnung radial.
  • Vorzugsweise weist die Hitzeschutz-Hülse ein erstes Hülsenelement und ein zweites Hülsenelement auf, wobei sich das erste Hülsenelement von der motorseitigen Flanschfläche erstreckt und das zweite Hülsenelement sich von der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche erstreckt, und wobei sich die beiden Hülsenelemente mit ihren zueinander zugewandten Enden überlappen. Dadurch kann die Hitzeschutz-Hülse einfach montiert werden, wobei durch die Überlappung der Hülsenelemente eine Leckage des Abgases in den Luftspalt zuverlässig verhindert wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eines der beiden Hülsenelemente in das andere Hülsenelement eingesteckt. Vorzugsweise weist eines der beiden Hülsenelemente an dem dem anderen Hülsenelement zugewandten Ende eine radiale Aufweitung auf, wobei in die Aufweitung das Ende des anderen Hülsenelements eingesteckt ist. Dadurch können die beiden Hülsenelemente auf eine einfache und kostengünstige Weise miteinander montiert werden und eine Leckage des Abgases in den Luftspalt zuverlässig verhindert werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das eingesteckte Hülsenelement in Strömungsrichtung des Abgases vor dem anderen Hülsenelement angeordnet. Dadurch wird eine Leckage des Abgases in den Luftspalt zuverlässig verhindert, indem ein axiales Einströmen des Abgases in den Kontaktbereich zwischen den beiden Hülsenelementen verhindert werden kann.
  • Vorzugsweise weist die Hitzeschutz-Hülse an zumindest einem der beiden Axialenden einen radial erstreckenden Kragen auf, welcher an einer der beiden Flanschflächen anliegt. Dadurch kann die Hülse einfach durch die Montage des Anschlussflanschelements an dem Motorblock oder dem Abgaskrümmer fixiert werden, indem die Hitzeschutz-Hülse zwischen dem Anschlussflanschelement und dem Motorblock oder dem Abgaskrümmer eingeklemmt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Flanschfläche einen Absatz auf, in welchem der Kragen der Hitzeschutz-Hülse angeordnet ist. Dadurch kann die Hitzeschutz-Hülse radial positioniert werden, wobei der Motorblock oder der abgaskrümmer trotz des an der Flanschfläche angeordneten Kragens der Hitzeschutz-Hülse vollflächig am Anschlussflanschelement anliegt.
  • Vorzugsweise weist der radial erstreckende Kragen eine Sicke auf, welche am Anschlussflanschelement axial anliegt, wodurch ein Leckagestrom zwischen der Flanschfläche und dem Kragen, insbesondere in den Luftspalt, reduziert wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hitzeschutz-Hülse an zumindest einem der beiden Axialenden mit dem Anschlussflanschelement vercrimpt. Vorzugsweise ist an einem Axialende einer Innenfläche der Durchtrittsöffnung eine Fase vorgesehen und die Hitzeschutz-Hülse ist am Axialende nach radial außen umgebogen. Dadurch kann die Montage der Hitzeschutz-Hülse vereinfacht werden, wobei die Hitzeschutz-Hülse in die Durchtrittsöffnung eingesteckt wird und zumindest ein Axialende umgebogen wird. Vorzugsweise werden beide Axialenden umgebogen und die Hitzeschutz-Hülse ausschließlich durch Vercrimpen am Anschlussflanschelement befestigt.
  • Es wird somit eine Befestigungsanordnung geschaffen, bei welcher auf eine einfache Weise eine thermische Überlastung des Anschlussflanschelements verhindert wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
    • Figur 1 zeigt schematisch ein Abgassystem mit einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung,
    • Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Anschlusselements der Befestigungsanordnung aus Figur 1,
    • Figur 3 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführung des Anschlusselements aus Figur 2, und
    • Figur 4 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung des Anschlusselements aus Figur 2.
  • Die Figur 1 zeigt ein Abgassystem 10 für einen Verbrennungsmotor 12 eines Kraftfahrzeugs. Der Verbrennungsmotor 12 weist einen Motorblock 14 auf, welcher vier Zylinder 16, 18, 20, 22 aufweist. Die Zylinder 16, 18, 20, 22 weisen jeweils einen Lufteinlass 24, 26, 28, 30 auf, durch welche Luft für die Verbrennungsprozesse in den Zylindern 16, 18, 20, 22 zugeführt werden kann. Die Lufteinlässe 24, 26, 28, 30 sind mit einem Lufteinlasskrümmer 32 verbunden, welcher mit einem Lufteinlasskanal 33 verbunden ist, wobei über den Lufteinlasskanal 33 Luft dem Lufteinlasskrümmer 32 zugeführt wird und die Luft durch den Lufteinlasskrümmer 32 auf die Lufteinlässe 24, 26, 28, 30 aufgeteilt wird. Weiterhin ist je Zylinder 16, 18, 20, 22 jeweils ein Kraftstoffinjektor 34, 36, 38, 40 vorgesehen, durch welche bedarfsgerecht Kraftstoff den jeweiligen Zylindern 16, 18, 20, 22 zugeführt werden kann.
  • Für den Ausstoß der beim Verbrennungsprozess entstandenen Abgase weisen die Zylinder 16, 18, 20, 22 jeweils einen Abgasauslass 42, 44, 46, 48 auf. Jeder Abgasauslass 42, 44, 46, 48 ist mit jeweils einer durch den Motorblock 14 erstreckenden Abgasleitung 50, 52, 54, 56 fluidisch verbunden, wobei die dem zweiten und dem dritten Zylindern 18, 20 zugeordneten Abgasleitungen 52, 54 zusammengeführt sind. Außerdem wird von der einem vierten Zylinder 22 zugeordneten Abgasleitung 56 eine Abgasrückführungsleitung 60 abgezweigt. Die Abgasrückführungsleitung 60 ist mit dem Lufteinlasskanal 33 fluidisch verbunden, so dass zumindest ein Teil des aus dem vierten Zylinder 22 strömenden Abgases dem Lufteinlasskanal 33 zugeführt werden kann. Damit dient ausschließlich das aus dem vierten Zylinder 22 ausgestoßene Abgas der Abgasrückführung zur Reduzierung von Schadstoffen.
  • Das aus den Zylindern 16, 18, 20, 22 strömende Abgas wird außerdem zur Verdichtung der durch den Lufteinlasskanal 33 strömenden Luft genutzt, wobei das Abgas der Zylinder 16, 18, 20, 22 einer Turbine 64 eines Turboladers 62 zugeführt wird. Die Turbine 64 ist mit einem Verdichter 66 des Turboladers 62 drehfest verbunden, so dass der Verdichter 66 durch die Turbine 64 angetrieben wird und die für den Verbrennungsprozess erforderliche Luft verdichtet.
  • Um die Abgase aller Zylinder 16, 18, 20, 22 der Turbine 64 des Turboladers 62 zuzuführen, ist ein Abgaskrümmer 70 vorgesehen, in welchen alle Abgasleitungen 50, 52, 54, 56 münden, wobei der Abgaskrümmer 70 alle Abgasmassenströme zusammenführt und ein einziger Abgasmassenstrom der Turbine 64 zugeführt wird.
  • Die Verbindung zwischen dem Abgaskrümmer 70 und dem Motorblock 14 erfolgt über ein Anschlussflanschelement 72, wobei der Motorblock 14, der Abgaskrümmer 70 und das Anschlussflanschelement 72 gemeinsam eine Befestigungsanordnung 71 bilden. Das Anschlussflanschelement 72 ist aus Aluminium hergestellt und weist eine plane, motorseitige Flanschfläche 74, und eine plane abgaskrümmerseitige Flanschfläche 76 auf. An der motorseitigen Flanschfläche 74 ist der Motorblock 14 befestigt. An der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 ist der Abgaskrümmer 70 befestigt.
  • Das Anschlussflanschelement 72 umfasst vier Durchtrittsöffnungen 77, 79, 83, 85, welche jeweils einen Abgaskanal 78, 80, 84, 86 begrenzen und dessen Längsachsen parallel zueinander verlaufen, wobei alle Durchtrittsöffnungen 77, 79, 83, 85 sich von der motorseitigen Flanschfläche 74 bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 erstrecken. Ein erster Abgaskanal 78 ist der dem ersten Zylinder 16 zugeordneten Abgasleitung 50 zugeordnet. Ein zweiter Abgaskanal 80 ist den zusammengeführten Abgasleitungen 52, 54 der beiden Zylinder 18, 20 zugeordnet. Ein dritter Abgaskanal 84 und der vierte Abgaskanal 86 sind der dem vierten Zylinder 22 zugeordneten Abgasleitung 56 zugeordnet, wobei über den dritten Abgaskanal 84 die Abgasleitung 56 mit dem Abgaskrümmer 70 verbunden ist und über den vierten Abgaskanal 86 die Abgasleitung 56 mit der Abgasrückführungsleitung 60 verbunden ist. Die fluidische Verbindung der dem vierten Zylinder 22 zugeordneten Abgasleitung 56 mit dem Abgaskrümmer 70 oder mit der Abgasrückführungsleitung 60 wird durch eine Klappenvorrichtung 90 gesteuert. Die Klappenvorrichtung 90 umfasst einen Aktor 92, welcher eine Klappenwelle 94 antreibt. An der Klappenwelle 94 sind zwei Klappen 96, 98 befestigt, wobei eine erste Klappe 96 im dritten Abgaskanal 84 angeordnet ist und die zweite Klappe 98 im vierten Abgaskanal 86 angeordnet ist. Die beiden Klappen 96, 98 sind derart in den Abgaskanälen 84, 86 angeordnet, dass entweder der dritte Abgaskanal 84 oder der vierte Abgaskanal 86 geöffnet ist und damit in Offenstellung einer der beiden Klappen 96, 98 die andere Klappe 96, 98 den entsprechenden Abgaskanal 84, 86 verschließt. Dadurch kann eine Abgasrückführung freigegeben oder unterbunden werden, wobei bei einer freigegebenen Abgasrückführung das Abgas ausschließlich in die Abgasrückführungsleitung 60 strömen kann. Anderenfalls kann kein Abgas in die Abgasrückführungsleitung 60 strömen und das Abgas strömt vollständig zum Turbolader 62.
  • Dadurch, dass das Anschlussflanschelement 72 vom heißen Abgas durchströmt wird, ist das Anschlussflanschelement 72 einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt.
  • Erfindungsgemäß sind zur Vermeidung einer thermischen Überlastung des Anschlussflanschelements 72 in der ersten Durchtrittsöffnung 77 und in der zweiten Durchtrittsöffnung 79 jeweils eine Hitzeschutz-Hülse 110, 112 angeordnet, wobei sich die Hitzeschutz-Hülsen 110, 112 axial von der motorseitigen Flanschfläche 74 bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 erstrecken. In Figur 3 ist ein Schnitt durch den Bereich der ersten Durchtrittsöffnung 77 und in Figur 4 ist ein Schnitt durch den Bereich der zweiten Durchtrittsöffnung 79 gezeigt. Zur Erhöhung der thermischen Abschottung zwischen dem heißen Abgas und dem Anschlussflanschelement 72 ist zwischen einer Außenumfangsfläche der Hitzeschutz-Hülse 110, 112 und der Umfangsflächen 114, 116 der Durchtrittsöffnungen 77, 79 ein Spalt 118, 120 vorgesehen, wodurch eine Luftspaltisolation geschaffen wird.
  • In Figur 3 ist die Hitzeschutz-Hülse 110 zweiteilig und aus einem Stahlblech ausgeführt, wobei die Hitzeschutz-Hülse 110 ein erstes Hülsenelement 122 und ein zweites Hülsenelement 124 aufweist. Das erste Hülsenelement 122 erstreckt sich von der motorseitigen Flanschfläche 74 und ragt in die erste Durchtrittsöffnung 77. An dem der motorseitigen Flanschfläche 74 zugewandten Axialende des ersten Hülsenelements 122 ist ein radial erstreckender und umlaufender Kragen 126 ausgebildet, welcher in einem dazu korrespondierenden Absatz 128 an der motorseitigen Flanschfläche 74 angeordnet ist, so dass der Kragen 126 plan mit der motorseitigen Flanschfläche 74 ist und nicht axial hervorsteht. Des Weiteren ist am Kragen 126 eine Dichtsicke 127 vorgesehen. Das zweite Hülsenelement 124 erstreckt sich von der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 und weist ebenfalls einen radial erstreckenden Kragen 130 auf, welcher in einem an der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 vorgesehenen Absatz 132 angeordnet ist und eine Dichtsicke 131 aufweist. Die Dichtsicken 127, 131 dienen dazu, dass eine Anlage der Kragen 126, 130 an dem Anschlussflanschelement 72 im Bereich der Absätze 128, 132 und damit die Dichtigkeit in diesem Bereich gewährleistet ist.
  • Weiterhin weist das zweite Hülsenelement 124 an seinem dem ersten Hülsenelement 122 zugewandten Axialende eine Aufweitung 134 auf, wobei das erste Hülsenelement 122 im Bereich der Aufweitung in das zweite Hülsenelement 124 eingesteckt ist.
  • In Figur 4 ist die Hitzeschutz-Hülse 112 einteilig und aus einem Stahlblech ausgeführt. Die Hitzeschutz-Hülse 112 weist an einem ersten Axialende einen radial erstreckenden und umlaufenden Kragen 140 auf, welcher in einem an der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 76 vorgesehenen Absatz 142 angeordnet ist. An seinem entgegengesetzten Axialende wird die Hitzeschutz-Hülse 112 nach dem Einsetzen der Hitzeschutz-Hülse 112 in die zweite Durchtrittsöffnung 79 aufgebogen und damit mit dem Anschlussflanschelement 72 vercrimpt. Um den Luftspalt 120 abzudichten und die Vercrimpung zu vereinfachen, ist an der Umfangsfläche 116 der zweiten Durchtrittsöffnung 79 eine Fase 144 vorgesehen, wobei die Hitzeschutz-Hülse 112 nach der Vercrimpung mit dem umgebogenen Abschnitt im Bereich der Fase 144 am Anschlussflanschelement 72 anliegt.
  • Um die Gefahr eines thermischen Versagens des Anschlussflanschelements 72 nochmals zu reduzieren, sind außerdem im Anschlussflanschelement 72 Kühlmittelkanäle 100 vorgesehen, wobei ein derartiger Kühlmittelkanal 100 in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Der Kühlmittelkanal 100 umgibt den jeweiligen Abgaskanal 78, 80, 84, 86 radial. Durch die Kühlmittelkanäle 100 wird die von dem Abgas auf das Anschlusselement 72 übertragenen Wärme zumindest teilweise abgeführt.

Claims (13)

  1. Befestigungsanordnung mit
    einem Motorblock (14),
    einem Abgaskrümmer (70), und
    einem Anschlussflanschelement (72), welches über eine motorseitige Flanschfläche (74) am Motorblock (14) befestigt ist und über eine abgaskrümmerseitige Flanschfläche (76) am Abgaskrümmer (70) befestigt ist, wobei das Anschlussflanschelement (72) mehrere Durchtrittsöffnungen (77, 79, 83, 85) aufweist, welche sich von der motorseitigen Flanschfläche (74) bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche (76) erstrecken und jeweils einen Abgaskanal (78, 80, 84, 86) radial begrenzen,
    wobei in zumindest einer Durchtrittsöffnung (77, 79, 83, 85) eine Hitzeschutz-Hülse (110; 112) angeordnet ist, welche sich axial von der motorseitigen Flanschfläche (74) bis zur abgaskrümmerseitigen Flanschfläche (76) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschutz-Hülse (110; 112) mit ihrer Außenumfangsfläche radial beabstandet von einer Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung (77, 79, 83, 85) angeordnet ist, wobei die Hitzeschutz-Hülse (110; 112) mit der Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung (77, 79, 83, 85) einen Luftspalt (118; 120) begrenzt, welcher fluiddicht von dem Abgaskanal (78, 80, 84, 86) getrennt ist.
  2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hitzeschutz-Hülse (110; 112) aus einem Stahlblech hergestellt ist.
  3. Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Anschlussflanschelement (72) mindestens einen Kühlmittelkanal (100) aufweist, welcher von einem Kühlmittel durchströmt ist.
  4. Befestigungsanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlmittelkanal (100) die Durchtrittsöffnung (77, 79, 83, 85) radial umgibt.
  5. Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hitzeschutz-Hülse (110) ein erstes Hülsenelement (122) und ein zweites Hülsenelement (124) aufweist, wobei sich das erste Hülsenelement (122) von der motorseitigen Flanschfläche (74) erstreckt und das zweite Hülsenelement (124) sich von der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche (76) erstreckt, und wobei sich die beiden Hülsenelemente (122, 124) mit ihren zueinander zugewandten Enden überlappen.
  6. Befestigungsanordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eines der beiden Hülsenelemente (122, 124) in das andere Hülsenelement (122, 124) eingesteckt ist.
  7. Befestigungsanordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eines der beiden Hülsenelemente (122, 124) an dem dem anderen Hülsenelement (122, 124) zugewandten Ende eine radiale Aufweitung aufweist, wobei in die Aufweitung das Ende des anderen Hülsenelements (122, 124) eingesteckt ist.
  8. Befestigungsanordnung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das eingesteckte Hülsenelement (122, 124) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem anderen Hülsenelement (122, 124) angeordnet ist.
  9. Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hitzeschutz-Hülse (110; 112) an zumindest einem der beiden Axialenden einen radial erstreckenden Kragen (126, 130; 140) aufweist, welcher an einer der beiden Flanschflächen (74, 76) anliegt.
  10. Befestigungsanordnung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flanschfläche (74, 76) einen Absatz (128, 132; 142) aufweist, in welchem der Kragen (126, 130; 140) der Hitzeschutz-Hülse (110; 112) angeordnet ist.
  11. Befestigungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der radial erstreckende Kragen (126, 130) eine Sicke (127, 131) aufweist, welche am Anschlussflanschelement (72) axial anliegt.
  12. Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hitzeschutz-Hülse (110; 112) an zumindest einem der beiden Axialenden mit dem Anschlussflanschelement (72) vercrimpt ist.
  13. Befestigungsanordnung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an einem Axialende einer Innenfläche der Durchtrittsöffnung eine Fase (144) vorgesehen ist und die Hitzeschutz-Hülse (112) am Axialende nach radial außen umgebogen ist.
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