DE10050158A1 - Connection between the exhaust manifold and turbo-charger, in a vehicle motor, has the exhaust manifold pushed into the turbo-charger housing with a weld at the overlap to secure the joint - Google Patents

Abstract

The connection between the exhaust gas manifold and the exhaust turbo-charger, in the exhaust path of a vehicle motor, has the exhaust manifold (2) pushed into the housing (6) of the turbo-charger (1). They are welded together where they overlap at the joint (3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bauteilverbin­ dung zwischen einem Abgaskrümmer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a component connection between an exhaust manifold and one in the exhaust gas path Vehicle engine lying exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1.

Aus der Praxis allgemein bekannte Abgasturbolader nutzen die sonst verlorene Strömungsenergie der Abgase, um Frischgase in die Zylinder zu fördern. Ein Abgasturbolader weist in einem Abgasturboladergehäuse im wesentlichen einen Kompressor und eine Turbine auf, die miteinander üblicherweise über eine Wel­ le verbunden sind. Beim Betrieb des Fahrzeuges werden die Ab­ gase in Form von Druckwellen derart genutzt, daß sie zu der Turbine geleitet werden, wobei sie diese und damit auch die Welle antreiben. Über die Welle wird dann der Kompressor ange­ trieben, der dazu eingesetzt wird, die dem Motor zugeführte Ansaugluft vorzuverdichten, also in den Motorraum zu pressen.Exhaust gas turbochargers that are generally known in practice use the otherwise lost flow energy of the exhaust gases to fresh gases in to promote the cylinders. An exhaust gas turbocharger has one Exhaust gas turbocharger housing essentially a compressor and a turbine that is usually connected to each other via a wel le are connected. When operating the vehicle, the Ab gases in the form of pressure waves used in such a way that they lead to the Turbine are directed, and this and thus the Drive shaft. The compressor is then turned on via the shaft driven, which is used to supply the motor Pre-compress intake air, i.e. press it into the engine compartment.

Ein solcher Abgasturbolader ist wiederum mit einem Abgaskrüm­ mer verbunden, um die Abgase aus dem Motorraum herauszuleiten.Such an exhaust gas turbocharger is in turn with an exhaust manifold mer connected to lead the exhaust gases out of the engine compartment.

Bezüglich der Verbindung zwischen Abgaskrümmer und Abgasturbo­ ladergehäuse ist es aus der Praxis bekannt, den Abgaskrümmer und das Abgasturboladergehäuse aus einem Gußstück herzustel­ len.Regarding the connection between exhaust manifold and exhaust gas turbo charger housing it is known from practice, the exhaust manifold and to manufacture the exhaust gas turbocharger housing from a casting len.

Um jedoch das Abgasturboladergehäuse und den Abgaskrümmer aus einem Gußteil zu fertigen, ist der Vorgang des Gießens relativ aufwendig, da komplizierte Gießformen erzeugt werden müssen. Darüber hinaus hat es sich auch als nachteilig erwiesen, daß für unterschiedliche Fahrzeugmodelle in der Regel auch das Gußteil Abgasturbolader-Abgaskrümmer vollständig anders ge­ formt sein muß und daher das gesamte Teil jeweils in einem ge­ sonderten Verfahren hergestellt werden muß.However, around the exhaust gas turbocharger housing and the exhaust manifold To make a casting, the process of casting is relative expensive because complicated molds have to be created. In addition, it has also proven to be disadvantageous that  usually for different vehicle models Cast exhaust turbocharger exhaust manifold completely different ge must be shaped and therefore the entire part in one ge special procedure must be prepared.

Somit handelt es sich hierbei natürlich um eine sehr kostenin­ tensive Lösung, weil die Werkzeugkosten sehr hoch liegen, für jeden Fahrzeugtyp eine andere Gestaltung der Bauteilkombina­ tion notwendig ist, und bei einer Reparatur immer der Abgas­ krümmer gemeinsam mit dem Abgasturboladergehäuse ausgetauscht werden muß.So of course this is a very expensive one tensive solution because the tool costs are very high for each vehicle type has a different combination of components tion is necessary, and always the exhaust gas for repairs manifold replaced together with the exhaust gas turbocharger housing must become.

Eine andere Möglichkeit der Verbindung dieser Bauteile, wobei der Abgaskrümmer und das Abgasturboladergehäuse gesondert her­ gestellt und danach sehr fest und dicht miteinander verbunden werden, stellt die ebenfalls aus der Praxis bekannte stirnsei­ tige Bauteilverbindung dar.Another way of connecting these components, being the exhaust manifold and the exhaust gas turbocharger housing separately and then very firmly and tightly connected the forehead, also known from practice component connection.

Eine stirnseitige Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrüm­ mer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Ab­ gasturboladers wird z. B. geschaffen, indem die einander gegen­ überliegenden Stirnseiten der zu verbindenden Bauteile über Verschraubungen verspannt werden, die jeweils durch einen in eines der Bauteile einschraubbaren Schraubstift und eine gegen einen eine stirnseitige Verbreiterung bildenden Flansch abge­ stützte Spannmutter gebildet sind.A frontal component connection between an exhaust manifold mer and a lying in the exhaust gas path of a vehicle engine gasturboladers z. B. created by opposing each other overlying end faces of the components to be connected Fittings are clamped, each by a in one of the components screw-in screw pin and one against a flange forming an end widening supported clamping nut are formed.

Diese an einen Abgaskrümmer stirnseitig angeschraubten Abgas­ turbolader weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei Verwendung von Stiftverschraubungen häufig die Zugänglichkeit zu den auf den = = freien Enden der Stifte aufzuschraubenden Muttern schwie­ rig ist. Insbesondere ist eine Maschinenzugänglichkeit häufig nicht gegeben, so daß die Schraubverbindungen in herkömmlicher Weise manuell auch in der Serienproduktion hergestellt werden müssen. Dies ist unerwünscht, im Rahmen der Serienproduktion zu zeitaufwendig und darüber hinaus auch störend. This exhaust gas screwed to the front of an exhaust manifold However, turbochargers have the disadvantage that when used Of screw connections often the accessibility to the the = = free ends of the pins to be screwed on rig is. In particular, machine access is common not given, so the screw connections in conventional Manually also be produced in series production have to. This is undesirable in the context of series production too time consuming and also annoying.  

Die deutsche Patentschrift DE 196 45 384 löst dieses Problem dadurch, daß der Flansch für den Abgaskrümmer sich lediglich über einen Teil von dessen Umfang erstreckt, wobei von mehre­ ren Verschraubungen wenigstens eine entgegengesetzt zu den an­ deren angeordnet ist, und zwar derart, daß sie mit ihrem Schraubstift in den flanschlosen Teil des Abgaskrümmers einge­ schraubt ist und sich mit ihrer Mutter gegen den Flansch des Abgasturboladers abstützt.The German patent DE 196 45 384 solves this problem in that the flange for the exhaust manifold is only extends over part of its circumference, with more Ren screw connections at least one opposite to the whose is arranged in such a way that it with their Screw pin inserted into the flangeless part of the exhaust manifold is screwed and with her mother against the flange of the Exhaust gas turbocharger supports.

Bei einer solchen stirnseitigen Bauteilverbindung verbleibt jedoch der Nachteil, der auch allen anderen stirnseitigen Bau­ teilverbindungen anhaftet, daß ein erhöhter Platzbedarf not­ wendig wird, da die Flansche zum einen am Krümmer und zum an­ deren am Abgasturbolader angebracht sein müssen und z. B. je­ weils 8 mm bis 10 mm zusätzlichen Bauraum beanspruchen. Der Abgasturbolader muß dabei um die Höhe der Flansche versetzt angeordnet werden, wodurch das ganze Bauteil verlängert wird.With such a frontal component connection remains however, the disadvantage of all other frontal construction partial connections adheres that an increased space requirement is necessary becomes agile because the flanges on the one hand on the elbow and on the other whose must be attached to the turbocharger and z. B. each because 8 to 10 mm additional space is required. The The turbocharger must be offset by the height of the flanges be arranged, whereby the entire component is extended.

Um das Bauteil wieder entsprechend verkürzen zu können, gab es in der Praxis auch Versuche, die Turbine des Abgasturboladers in den Abgaskrümmer zu integrieren, um dadurch Platz einsparen zu können.In order to shorten the component again accordingly, there was in practice also tests the turbine of the exhaust gas turbocharger integrated into the exhaust manifold to save space to be able to.

Eine solche Ausgestaltung erfordert jedoch einen erheblichen konstruktiven Aufwand und ist daher mit hohen Kosten, insbe­ sondere auch bei der Montage, verbunden.However, such a configuration requires a considerable amount constructive effort and is therefore expensive, esp especially connected during assembly.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse eines Abgasturboladers bereitzustellen, die möglichst wenig zusätzlichen Bauraum im Fahrzeug erfordert und dennoch kostengünstig und einfach herzustellen ist.Based on this, it is an object of the present invention a component connection between an exhaust manifold and a Provide housing of an exhaust gas turbocharger, if possible requires little additional space in the vehicle and still is inexpensive and easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird bei einer Bauteilverbindung der eingangs näher bezeichneten Art durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This task is the beginning of a component connection specified type by the features of the claim 1 solved.  

Es wird nun also eine Verbindung der Bauteile Abgaskrümmer und Abgasturbolader derart vorgeschlagen, daß der Abgaskrümmer und ein Gehäuse des Abgasturboladers ineinander gesteckt sind und in einem Bereich einer sich dadurch gebildeten Verbindung mit­ einander verschweißt sind.So there is now a connection of the exhaust manifold and components Exhaust gas turbocharger proposed such that the exhaust manifold and a housing of the turbocharger are inserted into each other and in an area of a connection formed thereby are welded to each other.

Eine solche Bauteilverbindung ist sehr einfach bereitzustel­ len, da keine aufwendige Verschraubung notwendig ist. Vorteil­ hafterweise sind im Vergleich zu den mit Verschraubungen ver­ sehenen Bauteilverbindungen hier auch weniger maßgenaue Berei­ che an den Verbindungsstellen der Bauteile herzustellen.Such a component connection is very easy to provide len, since no complex screwing is necessary. benefit are compared to those with screw connections see component connections here also less precise area surface at the connection points of the components.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der Abgaskrümmer und der Abgasturbolader bzw. dessen Gehäuse als verschiedene Bauteile ausgebildet sind, denn damit ist eine größere Varia­ bilität bei verschiedenen Fahrzeugtypen möglich. In der Praxis bedeutet dies, daß bei konstruktiven Änderungen, welche nur eines der Bauteile Abgaskrümmer oder Abgasturbolader betref­ fen, nicht zwangsläufig die gesamte Baueinheit verändert wer­ den muß. Vielmehr ist es ausreichend, eine z. B. für einen neu­ en Fahrzeugtyp erforderliche Abänderung bei nur einem Bauteil vorzunehmen, während das andere belassen werden kann. Dies hat auch erhebliche Vorteile im Reparaturbetrieb, da die vorgehal­ tenen Ersatzteile bei Modelländerungen nicht vollständig aus­ gewechselt werden müssen und die Kosten bei der Lagerhaltung, aber auch bei der Reparatur selbst deutlich gesenkt werden können.Another advantage arises from the fact that the exhaust manifold and the exhaust gas turbocharger or its housing as different Components are formed, because this is a larger Varia possible with different vehicle types. In practice this means that with constructive changes, which only one of the components related to the exhaust manifold or turbocharger the entire structural unit is not necessarily changed that must. Rather, it is sufficient to have a z. B. for a new one Modification of vehicle type required for only one component while the other can be left. this has also significant advantages in repair operations, as the previous spare parts when changing models need to be changed and the cost of warehousing, but can also be significantly reduced in the repair itself can.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung ist der Abgasturbolader aus Stahlguß ausgebildet. Wenn auch der Abgaskrümmer aus Stahlguß ausgebildet ist, so ist ein einfaches Verschweißen der beiden Bauteile miteinander mög­ lich, da Stahlguss sehr einfach und genau schweißbar ist.According to a preferred embodiment of the present Er The exhaust gas turbocharger is made of cast steel. If the exhaust manifold is made of cast steel, so is a simple welding of the two components possible Lich, since cast steel is very easy and precisely weldable.

Bei einer derartigen Ausgestaltung müssen der Abgasturbolader und der Abgaskrümmer nicht unbedingt aus demselben Material ausgebildet sein. So könnte es beispielsweise sein, daß der Krümmer, an den keine so hohen Werkstoffanforderungen gestellt werden, aus einem billigeren Material, wie einem Stahlguß ge­ ringerer Güte, hergestellt wird, und der Abgasturbolader aus einem hochwertigeren Stahl gegossen wird.With such a configuration, the exhaust gas turbocharger and the exhaust manifold is not necessarily made of the same material be trained. For example, the  Manifold to which the material requirements are not so high are made of a cheaper material, such as a cast steel wrestler grade, is manufactured, and the exhaust gas turbocharger a higher quality steel is cast.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Further advantages and advantageous configurations of the counter state of the invention emerge from the patent claims, the description and the drawing.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bau­ teilverbindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung prinzipmäßig näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei schematisch die Ver­ bindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem Gehäuse eines Abgasturboladers in einer Seitenansicht, wobei der Bereich der Verbindung selbst teilweise geschnitten dargestellt ist.A preferred embodiment of the construction according to the invention Partial connection is shown in the drawing and is in the following description explains in principle. The only figure of the drawing shows schematically the Ver bond between an exhaust manifold and a housing of a Exhaust gas turbocharger in a side view, the area of Connection itself is shown partially cut.

In der Figur ist ein Abgasturbolader 1 und ein mit diesem ver­ bundener Abgaskrümmer 2 dargestellt, welche über eine Bauteil­ verbindung 3 miteinander verbunden sind und in einem nicht weiter dargestellten Abgasweg eines Fahrzeuges angeordnet sind.In the figure, an exhaust gas turbocharger 1 and with this connected exhaust manifold 2 is shown, which are connected via a component connection 3 and are arranged in an exhaust gas path of a vehicle, not shown.

Von dem teilweise dargestellten Abgasturbolader 1, dessen Drehachse 4 senkrecht zur Zeichenebene steht, ist in der ge­ zeigten stirnseitigen Ansicht im wesentlichen nur ein Gehäuse 6 eines Turbinenrades sichtbar. Koaxial zu dem Gehäuse 6 des Turbinenrades, und damit hier weitestgehend verdeckt, liegt ein Verdichterrad mit zugehörigem Gehäuse, von dem aus ein An­ saugstutzen 5 nach oben ragt, über den die Verbindung zur Saugseite eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors des Fahrzeugs hergestellt wird.Of the partially illustrated exhaust gas turbocharger 1 , the axis of rotation 4 is perpendicular to the plane of the drawing, in the front view shown ge only essentially a housing 6 of a turbine wheel is visible. Coaxial to the housing 6 of the turbine wheel, and thus largely concealed here, is a compressor wheel with an associated housing, from which a suction nozzle 5 projects upwards, via which the connection to the suction side of an internal combustion engine (not shown) of the vehicle is established.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird von üblichen An- und Einbauverhältnissen ausgegangen, die insbesondere bei be­ reits in das Fahrzeug eingebautem Motor oft schwierig sind, da die Zugänglichkeit der Teile unter den gegebenen beengten Raumverhältnissen nur eingeschränkt möglich ist. So ist es insbesondere problematisch, wenn Motoren im Rahmen der Lei­ stungssteigerung oder von Modellpflegemaßnahmen erst nachträg­ lich mit Abgasturboladern ausgestattet werden. Vor dem Hinter­ grund dieser schwierigen Einbauverhältnisse ist das in der Fi­ gur dargestellte Ausführungsbeispiel zu sehen.In the exemplary embodiment shown, customary and installation conditions, especially with be engine already installed in the vehicle are often difficult because the accessibility of the parts under the given cramped  Space is only possible to a limited extent. That's the way it is particularly problematic when engines within the Lei Increase in performance or of model maintenance measures only retrospectively equipped with exhaust gas turbochargers. In front of the back due to these difficult installation conditions this is in the Fi gur illustrated embodiment to see.

Betrachtet man die Bauteilverbindung 3 näher, so ist ersicht­ lich, daß das Gehäuse 6 des Turbinenrades einen in Richtung des Abgaskrümmers 2 ragenden Stutzen 7 aufweist. In diesen Stutzen 7 ist ein Anschlußstutzen 8 des Abgaskrümmers 2 einge­ steckt, wobei der Anschlußstutzen 8 mit einem Absatz ausgebil­ det ist, um auf dem Stutzen 7 des Abgasturboladers 1 stirnsei­ tig zur Anlage zu kommen.If one considers the component connection 3 in more detail, it is evident that the housing 6 of the turbine wheel has a nozzle 7 projecting in the direction of the exhaust manifold 2 . In this connection piece 7, a connecting piece 8 is inserted into the exhaust manifold 2, wherein the connecting piece is det ausgebil with a shoulder 8 to get on the neck 7 of the turbocharger 1 stirnsei tig to the plant.

In einer alternativen Ausgestaltung zu dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel wäre es jedoch auch denkbar, daß der Stutzen des Abgasturboladers in den Anschlußstutzen des Abgaskrümmers ge­ steckt wird und die Stutzen hierfür entsprechend ausgebildet sind.In an alternative embodiment to the embodiment shown Example, it would also be conceivable that the nozzle of the Exhaust gas turbocharger ge in the connecting piece of the exhaust manifold is stuck and the sockets are designed accordingly are.

Werden nun gemäß der gezeigten Ausführungsform der Stutzen 7 des Abgasturboladers 1 und der Anschlußstutzen 8 des Abgas­ krümmers 2 ineinandergesteckt, wird danach durch Aufbringen einer Schweißnaht 9 von außen die Bauteilverbindung 3 herge­ stellt. Durch die Verschweißung wird zwischen den beiden Tei­ len, nämlich dem Abgasturbolader 1 und dem Abgaskrümmer 2, ei­ ne hochfeste dauerhafte Verbindung geschaffen, die nicht nur sehr dicht ist, sondern auch bei höheren Temperaturen von z. B. 1100°C, wie sie in diesem Bereich häufiger auftreten, bestän­ dig ist.Are now according to the embodiment shown, the connector 7 of the exhaust gas turbocharger 1 and the connecting piece 8 of the exhaust manifold 2 , the component connection 3 is Herge then by applying a weld 9 from the outside. The welding between the two parts, namely the exhaust gas turbocharger 1 and the exhaust manifold 2 , creates a high-strength permanent connection that is not only very tight, but also at higher temperatures, e.g. B. 1100 ° C, as they occur more frequently in this area, is constantly dig.

Um die Schweißnaht 9 besonders einfach gestalten zu können, sollten der Abgasturbolader 1 und/oder der Abgaskrümmer 2 zu­ mindest im Bereich ihrer Verbindung 3 aus einem gut schweißba­ ren Material gebildet sein. In order to make the weld seam 9 particularly simple, the exhaust gas turbocharger 1 and / or the exhaust manifold 2 should be formed at least in the region of their connection 3 from a material that can be welded well.

Dabei hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest die Stutzen oder insgesamt sowohl der Abgastur­ bolader 1 als auch der Abgaskrümmer 2 aus einem Stahlguß ge­ bildet sind. Vorliegend ist der Abgasturbolader 1 aus einem hochwertigeren Stahlguß gebildet ist, der höheren Werkstoffan­ forderungen genügt, während der Abgaskrümmer 2 aus einem ko­ stengünstigeren Stahlguß gebildet ist.It has proven to be particularly advantageous if at least the nozzle or overall both the exhaust gas bolader 1 and the exhaust manifold 2 are formed from a cast steel ge. In the present case, the exhaust gas turbocharger 1 is formed from a higher quality cast steel which meets higher material requirements, while the exhaust manifold 2 is formed from a more cost-effective cast steel.

Dadurch, daß der Abgaskrümmer 2 und der Abgasturbolader 1 bei einer erfindungsgemäßen Bauteilverbindung 3 als getrennte Bau­ teile gegossen werden, sind für die Herstellung dieser wenig Kerne beim Gießen notwendig, was insbesondere aus prozeßökono­ mischen Gründen, z. B. auch hinsichtlich eines geringen Aus­ schusses, und damit auch aus Kostengründen sehr vorteilhaft ist.Characterized in that the exhaust manifold 2 and the exhaust gas turbocharger 1 are cast in a component connection 3 according to the invention as a separate construction parts are necessary for the production of these little cores during casting, which in particular for process economic reasons, z. B. also with regard to a low weft, and is therefore also very advantageous for cost reasons.

Claims (5)

1. Bauteilverbindung zwischen einem Abgaskrümmer und einem im Abgaswege eines Fahrzeugmotors liegenden Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) und ein Gehäuse (6) des Abgastur­ boladers (1) ineinander gesteckt sind und in einem Bereich einer sich dadurch gebildeten Verbindung (3) miteinander verschweißt sind.1. Component connection between an exhaust manifold and an exhaust gas turbocharger lying in the exhaust gas path of a vehicle engine, characterized in that the exhaust manifold ( 2 ) and a housing ( 6 ) of the exhaust gas bolader ( 1 ) are inserted into one another and in a region of a connection formed thereby ( 3 ) are welded together. 2. Bauteilverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) einen Anschlußstutzen (8) auf­ weist, der über die Verbindung (3) mit einem Stutzen (7) an einem Gehäuse (6) eines Turbinenrades des Abgasturboladers (1) dauerhaft verbunden ist.2. Component connection according to claim 1, characterized in that the exhaust manifold ( 2 ) has a connecting piece ( 8 ) which, via the connection ( 3 ) with a connecting piece ( 7 ) on a housing ( 6 ) of a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger ( 1 ) is permanently connected. 3. Bauteilverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) des Abgasturboladers (1) zumindest im Bereich der Verbindung (3) aus einem Stahlguß gebildet ist.3. Component connection according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 6 ) of the exhaust gas turbocharger ( 1 ) is formed at least in the region of the connection ( 3 ) from a cast steel. 4. Bauteilverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (2) zumindest im Bereich der Verbin­ dung (3) aus einem Stahlguß gebildet ist.4. Component connection according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the exhaust manifold ( 2 ) at least in the region of the connec tion ( 3 ) is formed from a cast steel. 5. Bauteilverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest im Bereich der Verbindung (3) des Abgas­ turboladers (1) verwendete Stahlguß eine höhere Güte auf­ weist als der zumindest im Bereich der Verbindung (3) des Abgaskrümmers (2) verwendete Stahlguß.5. Component connection according to claim 3 or 4, characterized in that the cast steel used at least in the region of the connection ( 3 ) of the exhaust gas turbocharger ( 1 ) has a higher quality than that at least in the region of the connection ( 3 ) of the exhaust manifold ( 2 ) cast steel used.