DE2157348A1

DE2157348A1 - Abgas-Sammelleitung für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2157348A1
Application number: DE19712157348
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1970-11-20
Filing date: 1971-11-18
Publication date: 1972-05-31
Also published as: FR2114732A5

Description

Abgas-Sammelleitung für Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung "betrifft eine Abgas-Sammelleitung, für die Verbrennungskraftmaschine eines Motorfahrzeuges, gebildet aus einem System innerer Rohre mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten und hergestellt aus korrosionsbeständigem Stahl, das zum Sammeln der Abgase der einzelnen Zylinder an einem Ende mit Planschen an der Maschine angeschlossen ist und am anderen Ende zusammenläuft.

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Es ist ein bekanntes Mittel zum Verringern der Menge unverbrannter Bestandteile in den Abgasen von Verbrennungskraftinaschinen* eine weitere Verbrennung dieser Bestandteile stromabwärts der Auslassventile der Maschine zu fördern (d.h., nachdem die Abgase den Zylinder verlassen haben, aber innerhalb der Auspuffanlage stromaufwärts von der Stelle, an der die Abgase nach aussen gelangen).

Eine solche zusätzliche Verbrennung kann unter Zuhilfenahme von möglicherweise noch in den Abgasen vorhandenem Sauerstoff oder, als Alternative, unter ' Ausnützung von Luft stattfinden, welche der Auspuffanlage speziell zugeführt wird.

Es ist ebenfalls bekannt, dass eine solche Verbrennung nur stattfinden kann, wenn die Temperatur der Abgase oberhalb einer bestimmten Höhe liegt, so dass es günstig, wenn nicht sogar unbedingt erforderlich ist, das Abkühlen der Abgase nicht nur innerhalb der Zone der Auspuffanlage zu verhindern, wo die zusätzliche Verbrennung stattfinden soll, sondern auch in dem Abschnitt zwischen Motorkopf und Nachverbrennungsbereich.

Weiterhin ist bekannt, dass bei vielen Motoren, insbesondere Automotoren, die Auspuffanlage so konstruiert ist, dass zur Verbesserung der volumetrischen Leistungsfähigkeit die Drucksehwingungen im Inneren der Auspuffanlage ausgenutzt werden, um auf diese Weise die jeweiligen Pferdekräfte des Motors zu erhöhen: In einem solchen Fall wird die optimale '■■■■'-Zylinderfüllung im allgemeinen dadurch erreicht, dass die aus dem Motorkopf hervorgehenden Auspuffleitungen entsprechend den einzelnen Zylindern über eine bestimmte Länge auseinander gehalten werden. So weist der

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Teil der Auspuffanlage in Nähe des Motorkopfes eine beträchtliche Verzweigung mit sehr viel äusserer Oberfläche auf, was die Ableitung von Wärme und Abkühlung der Abgase begünstigt.

Sobald es bei Motoren der oben genannten Art erwünscht ist, eine zusätzliche Verbrennung der Abgase, wie bereits geschildert, zu erzielen, muss eine solche Wärmeableitung so weit wie durchführbar durch eine Wärmeisolierung eingeschränkt werden. Dieses Problem 1st Jedoch aufgrund der Tatsache nicht leicht zu lösen, dass eine vorgesehene Wärme-Isolierung sehr hohen Temperaturen (insbesondere bei Entfaltung der maximalen Pferdekraft des Motors), mechanischer Ermüdungsbeanspruchung aufgrund der Schwingungen, und der mechanischen Beanspruchung aufgrund von unterschiedlichen Wärmeexpansionskoeffizienten widerstehen müsste; ausserdem müsste die Möglichkeit bestehen, die Wärmeisolierung bei wirtschaftlich akzeptablen Kosten in Massenanfertigung herzustellen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme im Zusammenhang mit der Abgas-Sammelleitung zu lösen, die Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass an der Abgas-Sammelleitung äussere Rohre aus dünnem, korrosionsbeständigem Stahlblech über die inneren Rohre geschoben sind, und dass das dünne Metallblech entweder gewellt oder gerippt ist.

Die fragliche Sammelleitung besteht im wesentlichen aus einzelnen korrosionsbeständigen Stahlrohren, deren Innendurchmesser und Länge eine höchstmögliche Pferdekraft des Motors dadurch ergeben, dass die verbesserte

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Einfttllwirkung aufgrund der Druckschwingungen, ausgenutzt istj diese an einem Ende durch Flansche mit dem Motorkopf verbundenen und zur Einpassung; in den knappen Raum zweckentsprechend gebogenen Rohre laufen am anderen Ende zu einer einzigen Sammelleitung zusammen.

Die WSrmeverluste nach aus sen werden dadurch auf ein Minimum reduziert, dass die Rohre mit einem zweiten, aus dünnem korrosionsbeständigem Stahlblech hergestellten Rohr umkleidet sind: Aufgrund der geringen Dicke und der Gestaltung der Wärmeisolierung zwischen den beiden Rohren verbleibt die Luft innerhalb der Isolierung stationär, um auf diese Weise die Fortpflanzungsverluste zu vermindern, während die Strahlungsverluste durch die glatten Oberflächen der Rohre reduziert werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Tatsache, dass das äussere Rohr gewellt ist und diese Wellenformen vorzugsweise um den Kreisumfang angeordnet sind: Auf diese Weise gewinnt das - möglichst aus einem längsgebogenen, schraubenförmig gewundenen und an den aneinander stossenden Rändern aufeinanderfolgender Windungen durch eine Falznaht verbundenen Stahlband hergestellte - äussere Rohr eine solche Flexibilität, dass es auch dann über das innere_; Rohr geschoben werden kann, wenn letzteres eine beträchtliche Krümmung aufweist, da die inneren Wellenränder an der Oberfläche des inneren Rohres haften, mit dem Resultat, dass das äussere Rohr in Bezug auf das innere zentriert und in seiner Lage festgehalten ist: Das innere Rohr besitzt aufgrund seiner Glätte genügend Steifigkeit, um die vorgewählte Form beizubehalten. Das federnde Nachgeben des gewellten Rohres

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gestattet; ein leichtes Anpassen an die "verschiedenen Grade der WärmeausdehnuBg der beiden Rohre (aufgrund von Temperaturunterschieden) _Λ ohne dass diese Unterschiede mechanische Beanspruchungen "bewirken würden» Durch die verminderte Wärmeleitfähigkeit des korrosionsbeständigen Stahls (des äusseren Rohres),, seiner verminderten Dicke* und auch in Anbetracht des beschränkten Kontaktberelches zwischen Innerem und äusserem Bohr wird ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit zwischen beiden vermindert, während die als Wärmeisolierung eingeschlossene und stationär gehaltene luft die Verluste durch Wärmefortpflanzung am inneren Eohr minimal hält. Die Strahlungsverluste

sind offensichtlich insofern reduziert, als bei korrosionsbeständigem Stahl, aus dem auch das innere Rohr besteht, auch bei fortschreitender Zeit ausreichend glatte und reflektierende Oberflächen bestehen bleiben.

Sollte zwischen den beiden Rohren ein bestimmter Abstand bestehen und die federnde Spannung nicht genügt, das äussere Rohr am inneren festzuhalten (insbesondere beim Auftreten von Schwingungen), können kreisförmige Verschlussklammern z.B. an den Rohrenden oder an besonders ausgewählten Stellen vorgesehen sein, Wenn nötig, kann das äussere Rohr am Bereich der Klammer einen Längsschnitt aufweisen, um das Anbringen zu erleichtern. Insofern als an den Enden - z.B. an der Motorkopfseite - der verschiedenen Teile des inneren Rohres Plansche angeschweisst sind, ist es offensichtlich, dass das gewellte äussere Rohr vor Ansohweissen der Flansche auf das innere Rohr geschoben werden sollte. PUr den Fall, dass es nötig würde, die Wärmeverluste nach aussen zu vermindern, ist erfindungsgemäss dafür gesorgt, dass das innere Rohr mit einer Vielzahl von Rohren aus dünnem Metallblech

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verkleidet sein kann, welche Ubereinandergeschoben und selbstverständlich durch eine Schicht stehender Luft voneinander getrennt sind. Ein wesentliches Merkmal dieser Rohre bleibt ihre Wellenform, aber in diesem Falle müsste die Richtung der Wellungen . eines Rohres in einem Winkel in Bezug auf die Wellenrichtung des benachbarten Rohres oder der benachbarten Rohre angeordnet sein. Dadurch heben sich die Wellenformen benachbarter Rohre nicht auf, und ein gegenseitiger Abstand im Verein mit der sich ergebenden Luftzwischenschicht ist sichergestellt.

* Eine weitere Möglichkeit ist noch für die den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung bildenden Sammelleitung vorgesehen, nämlich die Möglichkeit, einen LuftZwischenraum auch an den Bereichen vorzusehen, wo die einzelnen Rohrverzweigungen sich vereinigen. Ein solcher Luftzwischenraum wird duroh starre Mäntel aus dünnem tiefgezogenem Blech, ebenfalls aus korrosionsbeständigem Stahl geschaffen. Diese Mantel werden je weils nur an einem Ende an die inneren Rohre oder deren Flansche angeschweissfc,, Auf diese Weise können mögliche Unterschiede der thermalen Expansion keine mechanischen inneren Spannungen hervorrufen (welche insofern gefährlich sind, als sie Verformungen, Brücke usw.

bewirken können) und sogar, wenn am entgegengesetzten Ende keine undurchlässige Vereinigung hergestellt wurde, verbleibt die eingeschlossene Luft hinreichend stationär und auch Konvektionsverluste sind, auf St äusserste vermindert.

Wenn eine bestimmte Menge vorerwärmter Luft benötigt wird (z.B. im Winter, um die Temperatur der vom Motor eingezogenen Luft in vorbestimmter Höhe konstant zu halten, indem diese vorerwärmte Luft: in geeigneter

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Weise mit der Aussenluft vermischt wird), kann der Mantel mit einer Verbindungsöffnung zur Luftansaugstelle des Motors versehen sein, wobei darauf zu achten ist, dass der benötigte Luftstrom ohne zu starken Druckabfall im Zwischenraum zwischen Mantel und Rohrverbindung zustande kommt.

Die Wellenform des äusseren Rohres kann selbstverständlich kreisförmig (mit im rechten Winkel zur Achse liegender Ebene) oder, als Alternative, mit einer oder mehreren Windungen schraubenförmig sein, je nach den technischen Erfordernissen für die Herstellung eines solchen Rohres.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von AusfUhrungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch die Auspuffanlage einer Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Auspuffanlage des Motors nach Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 zeigt ein gewelltes Rohr von aussen,

Fig. 4 zeigt den an die Rohrvereinigungsstelle geschweissten Mantel von aussen,

Fig. 5 ist ein axialer Querschnitt durch einen Rohrabschnitt einer anderen Ausführüngsform, und

Fig. 6 ist eine stufenweise abgebrochene Aussenansicht des Rohrabschhittes gemäss Fig. 5

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In Fig. 1 ist mit der Bezugszahl 1 das Auf puff rohr eines Zylinders und mit 2 der durch Schweissen am Rohr angebrachte Kopfflanseh bezeichnet, der an der Auspuffleitung des Motorkopfes befestigt ist (in der Zeichnung nicht gezeigt). Mit 5 ist das Auspuffrohr eines anderen Zylinders bezeichnet. Beide Rohre 1 und 3 vereinigen sich zu einem gemeinsamen Rohr 4, welches mittels eines daran f estgeschweissten Flansches 5 am Gegenflansch der Fortsetzung der Auspuffleitung des Motors (nicht gezeigt) verbunden ist. Die äusseren Rohre 6 und 7» welche aus gewelltem korrosionsbeständigem Stahlblech, z.B. mit kreisförmigen Wellen hergestellt sind, haften mit dem Innenrand ihrer gewellten Oberfläche an den inneren Rohren 1 und 3# um auf diese Weise die/beiden Wärmeisolierungen 11 und 12 zu schaffen, die, mit Luft gefüllt, auf den inneren Rohren eine Isolierschicht bilden, welche die Wärmeübertragung nach aussen beträchtlich vermindert.

Erforderlichenfalls kann das äussere Rohr mittels einer kreisförmigen Klammer 8 am inneren Rohr befestigt sein, wie sie z.B. gemäss der Zeichnung am ersten Ende angebracht ist.

An dem Vereinigungsbereich der aus den einzelnen Zylinder kommenden Auspuffrohre zu einem gemeinsamen Rohr 4, ist die Umkleidung des inneren Rohres 4 durch einen Mantel 9 aus glattem Metallblech gemäss Fig I hergestellt. Der Mantel 9 wird am Ende 9* durch Schweissen am Rohr 4 befestigt und am anderen Ende für thermale Expansion frei gehalten.

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In Fig. 2 ist der ringförmige Zwischenraum Io zwischen dem inneren Rohr 4 und dem verkleidenden Mantel 9 zu sehen.

In Pig. 5 ist das gewellte Rohr 6 von aussen gezeigt: Ausser dem Plansch 2 und der oben erwähnten kreisförmigen Klammer 8 ist ein im gewellten Rohr hergestellter Schlitz 14 gezeigt, mit dem die Befestigung des äusseren Rohres 8 an dem inneren Rohr durch die kreisförmige Klammer 8 erleichtert wird.

Fig. 4 zeigt den an das Rohr 4 in Nähe des Flansches 5 angeschweissten Mantel 9 und weiterhin bei 13 die mögliche Ableitung für die vorgewärmte Luft, welche (wie oben erläutert) mit der Lufteinlassstelle des Motors verbunden sein kann.

Schliesslich wird in Fig. 5 und 6 ein zylindrischer Bereich einer Auspuffanlage gezeigt, welcher mit einem Doppelrohr aus korrosionsbeständigem Stahlblech versehen ist, um, wie oben vorgeschlagen, eine verbesserte Wärmeisolierung zu erzielen. In Fig. 5 ist bei 15 der Yerbindungsflansch für das Rohr und bei 16 das innere Auspuffrohr eines Zylinders gezeigt. 17 ist das erste, über die Aussenflache des Rohres l6 geschobene gewellte, korrosionsbeständige Stahlrohr zur Schaffung eines ersteh Luftzwischenraumes 19 und 18 ist das zweite, über die Aussenflache des gewellten Rohres 17 geschobene Rohr aus korrosionsbeständigem, gewelltem Stahl, zur Schaffung eines zweiten Luftzwischenraumes 2o: Auf diese Weise entsteht durch die mit stationärer Luft gefüllten Zwischenräume eine doppelte Isolierschicht.

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In Fig. 6, welche dagegen eine Aussenansient des Rohrabschnittes der Pig. 5 zeigt, ist in verschiedenen Abständen vom Flansch (um die Zeichnung verständlich zu machen) das innere Rohr 16 das darüber geschobene erste gewellte Rohr aus Metallblech und das zweite Rohr l8 aus Metallblech abgebrochen darstellt. In der Zeichnung ist gezeigt, dass die Neigung der Wellungen bei dem zweiten Rohr anders als beim ersten ist, so dass die beiden Verkleidungsrohre nicht ineinander dringen und ein Abstand zwischen ihnen sichergestellt ist: Folglich ist das Vorhandensein einer Zwischenluftschicht ebenfalls gewährleistet.

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Claims

Pat en tansprtiche

l.J Abgas-Sammelleitung für die Verbrennungskraftmaschine eines Motorfahrzeuges, gebildet aus einem System innerer Rohre, mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten und hergestellt aus korrosionsbeständigem Stahl, das zum Sammeln der Abgase der einzelnen Zylinder an einem Ende mit Flanschen am Motor angeschlossen ist und am anderen Ende zusammenläuft, dadurch gekennzeichnet, dass äussere Rohre (6, 7; 17,18) aus dünnem, korrosionsbeständigem Stahlblech über die inneren Rohre (l, J5i l6) geschoben sind und dass das dünne Metallblech entweder gewellt oder gerippt ist.

2. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass wenigstens eine kreisförmige Endkante des äusseren Rohres an das innere Rohr geschweisst ist.

5. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass in bestimmten vorgewählten Zonen das äussere Rohr (1, 3) mittels einer kreisförmigen Klammer (8) oder eines Stahldrahtes, welche über das äussere Rohr geschoben sind, an dem inneren Rohr (1, 3) festgespannt ist.

4. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 3* dadurch

gekennzeichnet, dass das Metallblech des äusseren Rohres (6, 7) einen Längsschlitz (14) in dem Teil aufweist, an dem die Klammer oder der Stahldraht zu befestigen ist.

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5· Abgas-Sammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des äusseren Rohrs (6, 7) schraubenförmig verlaufen, da das Rohr möglichst aus einem längsgewellten und schraubenförmig gewundenen Stahlband hergestellt ist, wobei die aneinander grenzenden Kanten zweier aufeinander folgender VJindungen durch eine Falznaht verbunden sind.

6. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dünnem, korrosionsbeständigem Stahlblech hergestellter Mantel (9) aussen um die Zone angeordnet ist, in der die inneren Rohre sich vereinigt haben, in einem kleinen Abstand von der Oberfläche des VereinigungsStückes, und dass der Mantel aus Metallblech nur an einem Ende des inneren Rohres festgeschweisst ist.

7. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen dem gemeinsamen Teil (4) der inneren Rohre (1, 3) mittels einer Leitung mit der Lufteinsaugöffnung des Motors verbunden ist.

f 8. Abgas-Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das die Motorabgase befördernde Rohr (l6) zwei oder mehr Rohre (17, 8) aus gewelltem, korrosionsbeständigem Stahlblech geschoben sind, die im wesentlichen koaxial verlaufen und deren Wellenformen in einem Winkel zu einander angeordnet sind, so dass die Wellenformen eines Rohres (17) in einem Winkel zu den Wellenformen des angrenzenden Rohres (18) verlaufen.

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