DE10301395A1

DE10301395A1 - Abgasanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10301395A1
Application number: DE2003101395
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Geminn; Manfred Dipl.-Ing. Hein
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: DE10301395B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen. Die Abgasanlage umfasst eine Sammelkammer (1) mit einem aus einem gewickelten Blech gebildeten und mittels Verbindungsnaht (2) geschlossenen Mantel sowie wenigstens einem seitlich in die Sammelkammer (1) hineinführenden, mit der Sammelkammer (1) einstückigen Rohrstutzen (3.1, 3.2). Zur Herstellung der Sammelkammer und der Rohrstutzen sind in eine Blechplatine spiegelbildlich zu einer Biegezone die beiden Hälften der Rohrstutzen eingeprägt. Das Blech ist unter Ausbildung der Sammelkammer (1) um die Biegezone derart gewickelt, dass die Rohrhälften unter Bildung des Rohrstutzens (3.1, 3.2) passgenau aufeinander liegen. An der Sammelkammer (1) können weitere Rohrstutzen (4) in Form einer Düse mit nach außen gezogenem, umlaufendem Rand angeformt sein.

Description

Die Erfindung Abgasanlagen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 787 248 B ist eine Abgasanlage mit einer Sammelkammer bekannt, deren Mantel aus einem gewickelten Blech besteht, das mit einer Längsnaht zu einem Hohlkörper geschlossen ist. In die Sammelkammer tritt seitlich wenigstens ein Abgasrohr ein. Dessen Eintrittsstelle ist eine aus der Mantelfläche nach außen gezogene, umlaufende Räder aufweisende Düse. Da eine solche Düse nur relativ kurz sein kann, müssen zusätzliche Abgasrohre angeschweißt werden, was einen zusätzlichen Aufwand zur Folge hat. Des weiteren liegt die den Mantel schließende Schweißnaht den Abgas-Eintrittsöffnungen gegenüber, so dass sie thermisch und strömungsmäßig hochbelastet ist. Das ist unbefriedigend.
Aus der DE 42 00 611 A ist ein Abgasrohrkrümmer bekannt, der an dem Motorblock eines Kraftfahrzeugs anschraubbar ist. Die Hauptrohrleitung des Abgasrohrkrümmers besteht aus einem Außenrohr und einem dünnwandigen Innenrohr. Der dazwischen existierende Ringraum wirkt wärmeisolierend. Die Abzweigrohrstutzen sind relativ kurz und in eine aus dem Außenrohr nach außen gezogene, umlaufende Ränder aufweisende Düse eingeschweißt.
Aus der DE 38 15 408 A ist eine Abgaseinrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen bekannt, die einen gekühlten Auspuffsammler aufweist. In diesem befindet sich in einem luft- bzw. gasgefüllten Raum mit Abstand von dessen Wänden eine rohrförmige Abgasleitung. Um eine Abkühlung der heißen Abgase innerhalb des Auspuffsammlers zu vermeiden, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern und ohne eine Erhöhung des technischen Aufwandes in Kauf nehmen zu müssen, besteht die Abgasleitung aus einem in den Auspuffsammler durch eine stirnseitig verschließbare Öffnung eingeschobenen geraden Rohr. Der Mantel dieses Rohrs, welches aus einem in seiner Grundfläche rechteckigen Blechzuschnitt zylindrisch gebogen ist, ist im Bereich der Auslasskanäle der Zylinder und der Austrittsöffnung aus dem Auspuffsammler ausgeschnitten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die erheblich mehr Möglichkeiten für konstruktive Anpassungen an den jeweiligen Anwendungsfall bietet, ohne dass die fertigungstechnischen Vorteile der Wickeltechnik verloren gehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Rohrstutzen in den ebenen Blechzuschnitt in einem einfachen Arbeitsgang mittels Prägen oder Tiefziehen eingeformt werden können, wobei dieser Formprozess meist mit einem einzigen Arbeitshub erledigt ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die in die Sammelkammer hineinführenden Rohrstutzen praktisch beliebig lange sein können, so dass die bisher unvermeidbare Notwendigkeit, zwischen Sammelkammer und Motorflansch Zwischenrohre einzuschweißen, in der Regel entfallen kann.
Ein dritter Vorteil ist darin zu sehen, dass die die Sammelkammer und die Rohrstutzen verschließende Verbindungsnaht nicht direkt im Abgasstrom liegt, sondern in dessen Strömungsschatten. Dadurch ist die Schweißnaht erheblich weniger beansprucht.
Ein vierter Vorteil ist darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Abgasanlage nur einen minimalen Bauraum benötigt, eine gute Strömungsverteilung ermöglicht und sich ohne weiteres mit allen herkömmlichen Funktionselementen wie Katalysator, Flexjoint usw. kombinieren lässt.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Konstruktion ist die Biegezone, die beim Fertigstellen der Abgasanlage den Mantel der Sammelkammer bildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in diese Biegezone ein Wulst oder eine Sicke integriert werden, die dem Mantel der fertigen Sammelkammer eine besondere Funktion verleiht.
Vorteilhafterweise ist der Mantel der Sammelkammer zylindrisch ausgebildet. Die Zylinderform ermöglicht eine besonders einfache Verbindung mit Rohren, die das Abgas zu- oder ableiten.
Um die Verbindungsnaht, die die aufeinander liegenden Blechkanten verbindet, besonders einfach herstellen zu können, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an den Seitenkanten der Rohrstutzen Blechflansche angeformt sein. Diese Blechflansche lassen sich beim Prägen bzw. Tiefziehen der Rohrstutzenhälften in einfacher Weise und ohne Zusatzaufwand anformen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann am Mantel der Sammelkammer ein weiterer Rohrstutzen in Form einer Düse mit nach außen gezogenem umlaufendem Rand angeformt sein. Dieser weitere Rohrstutzen kann in einem beliebigen Winkel zu den aus den tiefgezogenen Blechhälften hergestellten Rohrstutzen stehen. Üblicherweise hat dieser weitere Rohrstutzen die Aufgabe, die in der Sammelkammer gesammelten Abgase abzuleiten.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsnaht geschweißt. In diesem Fall ist die Verbindungsnaht auch gasdicht herstellbar.
Gemäß einer Alternativen hierzu kann die Verbindungsnaht auch gefalzt sein. Die Falztechnik hat sich bei der Herstellung von Abgasschalldämpfern seit langem bewährt. Ihr Einsatz ist überall dort möglich, wo es nicht unbedingt auf absolute Gasdichtigkeit ankommt.
Wie schon eingangs erwähnt, lassen sich die in die Sammelkammer hineinführenden Rohrstutzen mit praktisch beliebiger Länge herstellen. Dadurch besteht die Möglichkeit, direkt an den Enden dieser Rohrstutzen die Verbindungsflansche zum Motor anzubringen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung hierzu sind die Motorflansche durch entsprechende Umformung des Blechs einstückig angeformt. Es versteht sich, dass dies eine sehr preisgünstige Lösung dargestellt.
Alternativ hierzu können die Motorflansche aus Blech oder Guss bestehen und angeschweißt sein.
Ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist, dass sie aus zwei unter Ausbildung eines Luftspalts konzentrisch angeordneten Einheiten zusammengesetzt sein kann. Eine solche konzentrische Anordnung zweier sich nur in ihren Abmessungen geringfügig unterscheidender Einheiten ist nur dank der Wickeltechnik problemlos möglich. Die Verbindungsnähte der inneren Einheit müssen auch nicht gasdicht ausgeführt werden. Es genügt völlig die schon erwähnte Falzverbindung oder auch ein einfaches Heften der Kanten.
Vorteilhafterweise ist zwischen der Sammelkammer der inneren Einheit und wenigstens einem der sich anschließenden Innenrohre ein Schiebesitz realisiert. Dieser Schiebesitz ermöglicht den Ausgleich von thermischen Spannungen.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen die
1 bis 4 einen ersten Motorkrümmer einer Abgasanlage in vier orthogonalen Ansichten, wobei der zentrale Teil des Motorkrümmers, bestehend aus Sammelkammer und das Abgas in die Sammelkammer hineinführenden Rohrstutzen in einer Wickeltechnik hergestellt sind, die
5 bis 8 das zentrale Teil des Motorkrümmers der 1 bis 4 in vier orthogonalen Ansichten im abgewickelten Zustand, die
9 bis 12 das Zentralteil der 5 bis 8 in vier orthogonalen Ansichten im fertiggestellten Zustand, die
13 bis 16 einen zweiten Motorkrümmer in vier orthogonalen Ansichten, bei dem alle Teile in einer kombinierten Stanz-, Tiefzieh- und Wickeltechnik hergestellt sind, die
17 bis 19 die Blechteile des Motorkrümmers der 13 bis 16 in drei orthogonalen Ansichten im abgewickelten Zustand, die
20 bis 22 einen dritten Motorkrümmer in drei orthogonalen Ansichten, hergestellt unter Verwendung des Zentralteils der 5 bis 12, und die
23 bis 25 einen doppelwandigen, luftspaltisolierten Motorkrümmer in drei orthogonalen Ansichten, hergestellt unter Verwendung der Blechteile aus den 5 bis 12 und 17 bis 19.
Die 1 bis 4 zeigen in vier orthogonalen Ansichten einen ersten Motorkrümmer für einen Vierzylinder-Motor. Dieser besitzt eine Sammelkammer 1, an der einstückig zwei Rohrstutzen 3.1, 3.2 angeformt sind, die das von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) kommende Abgas in die Sammelkammer 1 einleiten. Der Mantel der Sammelkammer 1 besitzt eine Abgasaustrittsöffnung in Form einer Düse 4 mit nach außen gezogenem, umlaufendem Rand, an die ein das Abgas weiterführendes Rohr 7 angeschweißt ist. Einzelheiten der Sammelkammer 1, der Rohrstutzen 3.1, 3.2 und der Düse 4 sollen anhand der 5 bis 12 erläutert werden.
An die freien Enden der Rohrstutzen 3.1, 3.2 sind Motorflansche 5.1, 5.2 angeschweißt, die die Verbindung zum Motorblock (nicht dargestellt) ermöglichen.
An die beiden offenen Enden der im wesentlichen zylindrischen Sammelkammer 1 sind Rohrbögen 6.3, 6.4 angeschweißt, die an ihren freien Enden ebenfalls Motorflansche 5.3, 5.4 tragen.
Die 5 bis 8 zeigen vier orthogonale Ansichten des Blechteils, aus dem die Sammelkammer 1, die Rohrstutzen 3.1, 3.2 und die Düse 4 hergestellt werden. Hierzu wurden zunächst in einen flach liegenden Blechzuschnitt halbe Rohrstutzen 3.11, 3.12, 3.21, 3.22 eingeprägt und die Düse 4 eingezogen. Gleichzeitig wurde entlang der Längskanten der Stutzenhälften 3.12, 3.22 ein Flansch 2' gebildet. Alle diese Funktionselemente lassen sich mit einem einzigen Werkzeug in einem einzigen Arbeitsgang herstellen.
Wesentliches Element des so vorgeformten Blechzuschnitts ist eine Biegezone Z. Diese ermöglicht es, den Blechzuschnitt so zusammenzulegen, dass die beiden zusammengehörenden Stutzenhälften 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 passgenau aufeinander liegen. Dabei bildet die Biegezone Z den Mantel der Sammelkammer 1.
Die Rohrstutzenhälften 3.11, 3.12, 3.21, 3.22 können praktisch beliebig lange gemacht werden. Des weiteren müssen die Rohrstutzen 3.1, 3.2 auch nicht wie im Ausführungsbeispiel dargestellt rechtwinklig in die Sammelkammer 1 münden; spitze oder stumpfe Winkel sind ohne weiteres realisierbar.
Die 9 bis 12 zeigen die aus dem Blechzuschnitt der 5 bis 8 durch Aufwickeln und Verschweißen hergestellte Einheit aus Sammelkammer 1, Rohrstutzen 3.1, 3.2, Düse 4 und Schweißnähten 2.
Die 13 bis 16 zeigen in vier orthogonalen Ansichten einen zweiten Motorkrümmer für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor. Bei diesem Motorkrümmer sind alle vier Rohrstutzen 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 mit der Sammelkammer 11 einstückig hergestellt. An den freien Enden der Rohrstutzen sind Motorflansche 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 angeschweißt, mit deren Hilfe der Motorkrümmer an den Motorblock (nicht dargestellt) angeschraubt wird.
Die 17 bis 19 zeigen in drei orthogonalen Ansichten das Blechteil des Motorkrümmers der 13 bis 16 im abgewickelten Zustand. Auch bei diesem Design lassen sich die Stutzenhälften 13.11, 13.12, 13.21, 13.22, 13.31, 13.32, 13.41, 13.42, die Biegezone Z', die Düse 14 und die Flansche 2' entlang der Stutzenhälften in einem einzigen Arbeitsgang aus einem flachliegenden Blechzuschnitt herstellen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Biegezone Z' sehr schmal ausgebildet und als Sicke oder Wulst geformt. Dies ermöglicht nach dem Zusammenlegen des Blechzuschnitts im Bereich der beiden außenliegenden Rohrstutzen 13.3, 13.4 (13) einen praktisch nahtlosen Übergang von der Schweißnaht 2 zum Wulst Z' der Sammelkammer 11.
Die 20 bis 22 zeigen in drei orthogonalen Ansichten einen dritten Motorkrümmer. Dessen zentrale Einheit entspricht der anhand der 5 bis 12 beschriebenen Einheit. In Erweiterung des anhand der 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sind nicht nur zwei, sondern vier Verbindungsrohre 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 zwischen der Zentraleinheit und dem Motorflansch 5 vorgesehen.
Die 23 bis 25 zeigen in drei orthogonalen Ansichten ein viertes Ausführungsbeispiel eines Motorkrümmers. Unter Ausbildung eines Luftspalts 9 sind zwei Einheiten konzentrisch angeordnet. Die innere Einheit entspricht im wesentlichen dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, die äußere Einheit im wesentlichen dem in den 13 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei ist zwischen der Sammelkammer 1 der inneren Einheit und den sich daran anschließenden inneren Verbindungsrohren 6.3, 6.4 jeweils ein Schiebesitz 8 ausgebildet, der die thermischen Ausdehnungsänderungen aufnimmt. Die Verbindungsnähte der inneren Einheit müssen nicht gasdicht ausgeführt sein; es genügt vielmehr eine Falz- oder Heftverbindung.

Claims

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mindestens umfassend eine Sammelkammer (1, 11) mit – einem aus einem gewickelten Blech gebildeten und mittels Verbindungsnaht (2) geschlossenen Mantel – und wenigstens einem seitlich in die Sammelkammer (1) hineinführenden, mit der Sammelkammer (1, 11) einstöckigen Rohrstutzen (3.1, 3.2; 13.1, 13.2) für Abgas, gekennzeichnet durch die Merkmale: – in das Blech sind spiegelbildlich zu einer Biegezone (Z, Z') die beiden Hälften (3.11, 3.12, 3.21, 3.22; 13.11, 13.12, 13.21, 13.22) des Rohrstutzens (3.1, 3.2; 13.1, 13.2) eingeprägt, – das Blech ist unter Ausbildung der Sammelkammer (1, 11) um die Biegezone (Z, Z') derart gewickelt, dass die Rohrhälften (3.11, 3.12, 3.21, 3.22; 13.11, 13.12, 13.21, 13.22) unter Bildung des Rohrstutzens (3.1, 3.2; 13.1, 13.2) passgenau aufeinander liegen.
Abgasanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch das Merkmal: – in die Biegezone (Z') ist ein Wulst (2') integriert.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Verbindungsnaht (2) ist im Schatten der Abgasströmung positioniert.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Mantel der Sammelkammer (1, 11) ist zylindrisch ausgebildet.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – an den Seitenkanten der Rohrstutzen (3.1, 3.2, 3.3, 3.4; 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) sind Blechflansche (2') angeformt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Verbindungsnaht (2) ist geschweißt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Verbindungsnaht (2) ist gefalzt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – am Ende wenigstens eines Rohrstutzens (3.1, 3.2, 3.3, 3.4; 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) ist ein Motorflansch (5; 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) angeformt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – am Ende wenigstens eines Rohrstutzens (3.1, 3.2, 3.3, 3.4; 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) ist ein Motorflansch (5; 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) aus Blech oder Guss angeschweißt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal: – dass am Mantel ein weiterer Rohrstutzen (4, 14) in Form einer Düse mit nach außen gezogenem, umlaufendem Rand angeformt ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zwei unter Ausbildung eines Luftspalts (9) konzentrisch angeordnete Einheiten.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwischen der Sammelkammer (1) der inneren Einheit und wenigstens einem der sich anschließenden Innenrohre (6.3, 6.4) ist ein Schiebesitz (8) realisiert.