DE2238255C3 - Auspuffsammler für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

an die Anschlußstelle der Innenstutzen am Innenmantel, und durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Quergleitführung in Verbindung mit der an sich bekannten Ausbildung der Längsglei* führung der Innenstutzen zwischen diesen und den Außenstutzen kann sich der Innenmantel aufgrund thermischer Belastung in seiner Längsrichtung und Querrichtung bei gleichzeitig guter Dichtigkeit der Anschlußstellen der Innenstutzen am Innenmantel verhältnismäßig frei bewegen. Da der Innenmantel beidseitig von Führungsscheiben eingefaßt ist, ist eine doppelte Abdichtung des querbeweglichen Anschlusses vorhanden und damit eine relativ gute Dichtigkeit des Anschlusses gewährleistet Durch die erfindungsgemäße Lösung vermag der Innenmantel ohne Verwerfungen auch starke thermische Belastungen bei gleichwohl guter Abstützung im Außenmantel zu bewältigen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand jeweils der Anspräche 2 bis 6.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auspuffsammlers.

Fig.2 eine vergrößerte Querschnittansicht des Auspuffsammlers entsprechend der Linie 2-2 in F i g. 1.

F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Auspuffsammlers.

F i g. 4 eine vergrößerte Querschnittansicht entsprechend der Linie 4-4 in F i g. 3.

F i g. 5 eine Teil-Längsschnittansicht mit einer gegenüber F i g. 4 abgewandelten Form des Innenmantels und

F i g. 6 eine der F i g. 4 entsprechende Querschnittansicht mit einer anderen Art der Anbringung eines Einlaß-Innenstutzens.

In der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist der Außenmantel 10 des Auspuffsammlers aus einem Paar Gußschal;n 12 und 13 gebildet, welche mittels Schrauben 14 zusammengehalten sind. Mehrere Einlaß-Außenstutzen 16 ragen in gegenseitigen Längsabständen aus der Gußschale 12 vor. An ihren freien Enden tragen sie Befestigungsflansche 17 für den Anschluß an den Auslassen einer Brennkraftmaschine. An der Gußschale 13 ragt ein Auslaß-Außenstutzen 20 vor. Er trägt an seinem freien Ende einen Befestigungsflansch 21 für den Anschluß eines Auspuffrohres. In den Auslaß-Außenstutzen ist eine radial nach innen ragende Ringmuffe 22 eingesetzt

In dem Außenmantel 10 sitzt ein Innenmantel 25 in Form einer länglichen Hülse, welche aus einem Paar miteinander verbundener Halbschalen 27 und 28 gebildet ist An den Enden ist der Innenmantel 25 mittels starr an den Halbschalen befestigter, in gewissem Abstand zu den Endwandungen des Außenmantels 10 angeordneter Kappen 30 verschlossen. Der Innenmantel 25 ist mittels mehrerer, in gegenseitigen Längsabständen daran befestigter Stützen 32 gleitend beweglich im Außenmantel 10 geführt Die Länge und Querschnittsgröße des Innenmantels 25 sind wesentlich kleiner als die des Außenmantck 10, so daß die Stützen 32 den Innenmantel 25 über seine gesamte Länge hin in gewissem Abstand von der Wandung des Außenmantels 10 halten.

Die Halbschale 27 weist mehrere, jeweils auf die Einlaß-Außenstutzen 16 des Außenmantels 10 ausgerichtete Anschlußöffnungen 40 in gegenseitigen Längsabständen auf. In jeder Anschlußöffnung 40 sitzt ein mit seinem äußeren Ende gleitend in dem zugehörigen Außenstutzen 16 geführter Einlaß-Innenstutzen 42. Am inneren Ende ist der Innenstutzen 42 mit einem nach außen abstehenden Rohrbördel 43 versehen. In Axialrichtung auswärts vom Rohrbördel 43 ist ein radial auswärts abstehender zweiter Rohrbördel 45 ausgebildet Die Rohrbördel 43 und 45 verlaufen an den entgegengesetzten Seiten der Wandung der Halbschale

27 um die Anschlußöffnung herum. Zwischen der lu Wandung der Halbschale 27 und dem Rohrbördel 45 ist eine ringförmige Führungsscheibe 48, und zwischen der Wandung und dem Rohrbördel 43 ist eine andere ringförmige Führungsscheibe 49 eingesetzt Die Anschlußöffnung 40 hat die Form eines elliptischen

is Langloches, dessen große Achse parallel zur Längsachse des Innenmantels 25 verläuft, so daß sich dieser gegenüber den Innenstutzen 42 ausdehnen und zusammenziehen kann. Zusammen mit den Rohrbördeln 43 und 45 des Innenstutzens 42 überdecken die Führungs scheiben 48 und 49 die zwischen den Rändern der Anschlußöffnungen 40 und den Innenstutzen 42 verbleibenden Spalte. Wie man aus F i g. 2 erkennt, sind die Führungsscheiben 48 und 49 bogenförmig gewölbt entsprechend der Krümmung des Innenmantels 25, so

2% daß sich die Führungsscheiben 48, 49 nicht verdrehen und dadurch den Austritt von Abgasen aus den elliptischen Anschlußöffnungen 40 freigeben können.

Die Halbschale 28 hat eine als elliptisches Langloch ausgebildete Auslaß-Anschlußöffnung 50, deren große

jo Achse parallel zu der Achse des Innenmantels 25 verläuft. Ein in der Anschlußöffnung 50 befestigter Auslaß-Innenstutzen 51 ist gleitend in der im Auslaß-Außenstutzen 20 des Außenmantels 10 sitzenden Ringmuffe 22 geführt. Mit dem inneren Ende ist der

ts Auslaß-Innenstutzen 51 in der gleichen Weise gleitend beweglich am Innenmantel 25 befestigt, wie die Einlaß-Innenstutzen 42. Dazu sind am inneren Ende des Innenstutzens 51 in gegenseitigem Axialabstand zwei radial abstehende Rohrbördel 52 und 53 gebildet,

4« welche zu beiden Seiten der Wandung der Halbschale

28 angeordnet sind. Zwischen der Wandung der Halbschale 28 und den Rohrbördeln 52 und 53 sind ringförmige Führungsscheiben 54 und 55 mit einer der Krümmung der Halbschale 28 entsprechenden Wöl-

r> bung eingesetzt. Damit ist der Innenmantel 25 gleitend beweglich mit dem Auslaß-Innenstutzen 51 verbunden und kann sich diesem gegenüber ausdehnen und zusammenziehen, ohne daß Abgase in den Raum zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel

->o austreten.

Zur Wärmeisolierung des Außenmantels gegenüber dem Innenmantel ist der Raum zwischen diesen sowie zwischen den jeweiligen Innen- und Außenstutzen mit einer kompressiblen Isolierung 56 angefüllt. Im Betrieb

;■> treten die Abgase bei einem Auspuffsammler der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung über die Einlaß-Innenstutzen 42 in den Innenmantel 25 ein und verlassen diesen über den Auslaß-Innenstutzen 51. Die gleitend bewegliche Verbindung zwischen dem Innenmantel und

wi seinen Einlaß-Auslaß-Innenstutzen gestattet es dem Innenmantel, sich bei Temperaturänderungen gegenüber dem Außenmantel auszudehnen und zusammenzuziehen.

h der in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführung hat der

h: Auspuffsammler einen Außenmantel 62 aus einem Paar Gußschalen 63 und 64, welche mittels Schrauben 65 zusammengehalten sind. Die Einlaß-Außenstutzen 68 des Außenmantels werden mit ihren Befestigungsflan-

sehen 70 an den Auslassen einer Brennkraftmaschine angeschlossen, während der von der Gußschale 64 abstehende Auslaß-Außenstutzen 72 mit seinem Befestigungsflansch 73 an ein Auspuffrohr angeschlossen werden kann.

In den Außenmantel 62 ist eine Innenmantelanordnung mit einem Innenmantel 75 und einem mittleren Innenrohr 95 eingesetzt. Der Innenmantel 75 hat die Form einer länglichen Hülse aus einem Paar Halbschalen 76 und 77 und ist an den Enden durch Kappen 80 verschlossen. Der Innenmantel 75 ist mittels in gegenseitigen Längsabständen an ihm befestigten Stützen 82 gleitend beweglich im Außenmantel 62 in allseitigem Abstand zu diesem gehalten.

!n der im Auslaß-Außenstutzen angeordneten Ringmuffe 74 ist der Auslaß-Innenstutzen 85 gleitend abgestützt, der hier im Gegensatz zu dem Auslaß-Innenstutzen 51 der Ausführung nach F i g. 2 fest mit dem Innenmantel 75 verbunden ist Hierzu sind am inneren Ende des Innenstutzens in axialem Abstand zwei Rohrbördel 81 und 83 gebildet, welche dicht an der Innen- und Außenseite des Randes der Anschlußöffnung 84 anliegen.

Die mit ihren äußeren Enden gleitend beweglich in dem zugehörigen Einlaß-Außenstutzen 68 geführten Einlaß-Innenstutzen SSA bis 88D ragen mit ihren inneren Enden in den Innenmantel 75 hinein und sind in ihrem mittleren Teil mit zwei in axialem Abstand radial abstehenden Rohrbördeln 90 versehen, welche beidseitig der Wandung des Innenmantels verlaufen. Zwischen den Rohrbördeln 90 und der Wandung des Innenmantels 75 sind bei den Innenstutzen SSA bis 88C diese umgebende ringförmige Führungsscheiben 91 und 92 eingelegt. Die Anschlußöffnungen 86 sind als Langlöcher leicht elliptischer Form ausgebildet, deren große Achse parallel zur Längsachse des Innenmantels 75 verläuft, so daß sich der Innenmantel gegenüber den Innenstutzen SSA bis SSCausdehnen und zusammenziehen kann, wobei die Führungsscheiben 91 und 92 im Zusammenwirken mit den sie haltenden Rohrbördeln 90 die zwischen den Rändern der Anschlußöffnungen 86 und den Innenstutzen SSA bis 88C vorhandenen Spalte überdecken. Wie man aus Fig.4 erkennt, haben die Führungsscheiben 91 und 92 eine der Wandkrümmung des Innenmantels 75 entsprechende Wölbung, so daß sie sich nicht verdrehen und dadurch den Austritt von Abgasen aus den elliptischen Anschlußöffnungen 86 freigeben können. Der Einlaß-Innenstutzen 88D ist fest mit dem Innenmantel 75 verbunden, wozu beispielsweise die Rohrbördel 90 dicht gegen den Rand der zugehörigen Anschlußöffnung 86 gestaucht sind.

Das Innenrohr 95 ist derart im Innenmantel 75 angeordnet, daß es mit seinen offenen Enden in einigem Abstand von den Endkappen 80 angeordnet ist Das am nächsten am Auslaß-Innenstutzen 85 des Innenmantels liegende Ende des Mittelrohres 95 liegt zweckmäßig etwas näher an der zugeordneten Endkappe 80 als das andere Ende. Das Innenrohr ist mittels mehrerer, im Innenmantel 75 befestigter Stützen 96 gleitend beweglich im Innenmantel gehalten. Es weist eine Anzahl von Einlaßöffnungen 97 für die Aufnahme der inneren Enden der Einlaß-Innenstutzen 88 auf. Die öffnungen 97 sind beträchtlich weiter als der Durchmesser dei Innenstutzen 88 und gestatten somit Relativbewegungen zwischen dem Innenrohr 95 und den Innenstutzen.

Wie bei der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Außenmantel 62 und dem Innenmantel 75 sowie in den Zwischenräumen zwischen den Innen- und Außenstutzen eine kompressible Isolierung 98 angeordnet, um den Außenmante

κι gegenüber dem Innenmantel thermisch zu isolieren. Ds ferner das Innenrohr 95 über seine gesamte Ausdehnung im Abstand vom Innenmantel 75 gehalten ist findet zwischen Innen- und Außenmantel ein nui geringer Wärmeaustausch statt. Die gleitend bewegli chen Verbindungen zwischen den verschiedenen Teiler ermöglichen bei Temperaturänderungen ein Ausdehner und Zusammenziehen des Innenrohres und des Innen mantels relativ zueinander wie auch relativ zu derr Außenmantel. Da der Innenmantel 75 fest mit derr

2» Einlaß-Innenstutzen 88D und dem Auslaß-Innenstutzer 85 verbunden ist, erfolgt sein Ausdehnen und Zusam menziehen von diesen Festpunkten aus.

Wie man aus F i g. 3 erkenn», liegen die offenen Ender des Innenrohres 95 in beträchtlichem Abstand von der

2*> Endkappen 80 des Innenmantels, so daß die Abgase ohne das Entstehen von nennenswertem Rückstau fre aus dem Innenrohr in den Innenmantel gelanger können. Soll demgegenüber die Verweilzeit der Abgase im Innenrohr 95 verlängert oder die Turbulenz darir

i» und im Innenmantel 75 gesteigert werden, so kann mar das Innenrohr so weit verlängern, daß seine Enden nahe an den Endkappen 80 liegen, während in dem Innenrohi 95 eine Anordnung von Schlitzöffnungen 87 ausgebildet ' ist Eine solche Ausführung zeigt F i g. 5.

s°> F i g. 6 zeigt eine andere Ausbildung der Anbringung der Einlaß-Innenstutzen am Innenmantel 75'. Hier sind die beiden Führungsscheiben 101, 104 als Ringflansche der Innenstutzen 88' ausgebildet, welche über Rohransätze 100, 103 mit dem Innenstutzen fest verbunder

•w sind. Da die Führungsscheiben 101 und 104 größer sine als die Anschlußöffnung 86' und in engem Gleitsitz ar der Wand des Innenmantels 75' anliegen, ist eir Austreten von Abgasen aus den Anschlußstellen dei Innenstutzen am Innenmantel vermieden.

■> In allen beschriebenen Ausführungsformen ist dei Innenmantel gleitend beweglich mit den Einlaß-Innenstutzen — gegebenenfalls mit Ausnahme eines Innenstutzens — verbunden, so daß er sich gegenüber derr Außenmantel ungehindert auszudehnen und zusammen-

■"'" zuziehen vermag. Die Befestigung des Auslaß-Innen Stutzens am Innenmantel kann ebenfalls gleitend beweglich oder aber fest ausgebildet sein. Be Verwendung der in F i g. 3 und 4 dargestellten starrer Befestigung der Innenstutzen 88D und 85 erfolgt da«

■ > Ausdehnen des Innenmantels und sein Zusammenzieher durch den Gleitanschluß der übrigen Einlaß- Innenstutzen ungehindert von den so gebildeten Festpunkten aus Sind demgegenüber sämtliche Ein- und Auslaß-Innenstutzen am Innenmantel gleitend beweglich angeschlos

*' sen, so kann sich der Innenmantel ohne »Festlager« ausdehnen und zusammenziehen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Auspuffsammler für eine Brennkraftmaschine, mit einem Außenmantel, welcher mehrere als Einlaß- bzw. Auslaßstutzen dienende Außenstutzen aufweist, und einen] mit Abstand zum Außenmantel in diesem angeordneten Innenmantel mit einer Mehrzahl von Anschlußöffnungen, an denen in den Außenstutzen abgestützte Innenstutzen angeschlossen sind, wobei der Innenmantel mit dem Außenmantel mittels der Innenstutzen über Quergleitführungen quer zu den Innenstutzen gleitend, und über Längsgleitführungen in Längsrichtung der Innenstutzen gleitend verbunden ist, und die Quergleitführungen jeweils aus einer Durchtrittsöffnung, durch weiche der jeweilige Innenstutzen mit seitlichem Spiel hindurchragt, und mindestens einer den Rand der Durchtrittsöffnung überdeckenden, an dem Innenstutzen festgelegten Führungsscheibe gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsgleitführungen zwischen den Innenstutzen (42, 51) und den Außenstutzen (16, 20) und die Quergleitführungen zwischen den Innenstutzen (42, 51) und dem Innenmantel (25) angeordnet sind, daß die von den Anschlußöffnungen (40, 50) des Innenmantels (25) gebildeten Durchtrittsöffnungen der Quergleitführungen als elliptische Langlöcher gestaltet sind, deren große Achse sich in Längsrichtung des Innenmantels (25) erstreckt, und daß jeweils zusätzlich zu der die Durchtrittsöffnung überdeckenden Führungsscheibe (z. B. 49, 55) auf der jeweils anderen Seite des Innenmantels eine weitere, am Innenstutzen (42, 51) festgelegte, das Langloch abdeckende Führungsscheibe (z. B. 48, 54) vorgesehen ist, so daß der Innenmantel (25) an seiner Innenseite und seiner Außenseite über die Führungsscheiben am Innenstutzen abgestützt und in seiner Längsrichtung gleitend am Innenstutzen geführt ist.

2. Auspuffsammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschsiben (48, 49; 54,55) entsprechend der Wölbung des Innenmantels (25) gewölbt sind.

3. Auspuffsammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungsscheiben (48, 49; 54, 55) jeweils zwischen einem Rohrbördel (43,45;52,53) des Innenstutzens (42,51) und dem Innenmantel (25) eingesetzt sind.

4. Auspuffsammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungsscheiben (101, 104) als Ringflansche der Innenstutzen (88') ausgebildet sind.

5. Auspuffsammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Innenmantel (75) längs diesem ein beidseitig offenes Innenrohr (95) erstreckt, wobei der Innenmantel gegenüber dem Außenmantel (64) und dem Innenrohr (95) beweglich abgestützt ist, und daß die als Einlaß dienenden Innenstutzen (88) sich mit Verlängerungsstutzen durch öffnungen (97) im Innenrohr erstrecken und zwischen dem Rand der öffnung und dem Verlängerungsstutzen ein Spalt vorhanden ist.

6. Auspuffsammler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Einlaß-Innenstutzen (8SD) mit dem Innenmantel (75) fest verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffsammler für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Abgastemperaturen in einem Auspuffsammler betragen je nach der Meßsteile und den Betriebsbedingungen des Motors zwischen etwa 300 und etwa 1000⁰C Insbesondere für eine Nachoxidation der Abgase werden möglichst hohe Temperaturen angestrebt Hierbei besteht jedoch das Problem, den den

lu hohen Temperaturen ausgesetzten Innenmantel im Außenmantel derart abzustützen, daß er möglichst ungehindert den auftretenden thermischen Dehnungen folgen kann.

Daher sind bei einem bekannten Auspuffsammler

•5 (US-PS 3413 803) die fest mit dem Innenmantel verbundenen Einlaß-Innenstutzen in ihrer Längsrichtung gleitend in den Einlaß-Außenstutzen des Außenmantels geführt und sind letztere zum Innenmantel hin sich konisch erweiternd ausgebildet, so daß die Innenstutzen mit ihren inneren Enden seitlich ausweichen können, wenn sich ihr am Innenmantel befestigtes Ende bei einer thermischen Längenänderung des Innenmantels in dessen Längsrichtung verlagert. Hierdurch werden jedoch die Innenstutzen bei jeder

-'· thermischen Längenänderung des Innenmantels hin- und hergebogen, wodurch nicht nur ihre Standzeit, sondern auch ihre zur Aufnahme der thermischen Querdehnungen des Innenmantels vorgesehene Gleitabstützung in den Außenstutzen beeinträchtigt wird.

>^!l Bei einem anderen bekannten Auspuffsammler, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art (FR-PS 20 75 562, Fig. 3) sind die oben angeführten Biegespiele der Einlaßstutzen dadurch vermieden, daß die Innenstutzen in ihrer Längsrichtung gleitend in der

'■'< zugehörigen Anschlußöffnung des Innenmantels bewegbar sind, während ihre Querbeweglichkeit dadurch ermöglicht wird, daß die Durchtrittsöffnung, durch welche der jeweilige Innenstutzen mit seitlichem Spiel hindurchragt, im Außenstutzen ausgebildet ist und die den Rand der Durchtrittsöffnung überdeckende Führungsscheibe am äußeren Ende des Innenstutzens befestigt ist, so daß also die Längsgleitführung der Innenstutzen zwischen diesen und dem Innenmantel, und ihre Quergleitführung zwischen den Innenstutzen ■ und den Außenstutzen ausgebildet ist. Bei einer solchen Lösung sind jedoch sowohl die Längsführung der Innenstutzen im Innenmantel wie auch die Dichtigkeit des Anschlusses der Innenstutzen am Innenmantel durch dessen geringe Wandstärke beeinträchtigt, so daß

"' die bei der bekannten Konstruktion zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel vorhandene Isolierschicht mit zur Längsführung der Innenstutzen und zur Abdichtung des Spaltes zwischen ihnen und dem Rand ihrer Anschlußöffnung im Innenmantel herangezogen

y< werden muß.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, bei einem Auspuffsammler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art die erwünschte thermische Ausdehnungsmöglichkeit für den Innenmantel in Längs-

' richtung und Querrichtung so zu ermöglichen, daß einerseits eine einwandfreie Abstützung und Abdichtung der Innenstutzen in dem zugehörigen Außenstutzen geschaffen ist, andererseits ein dichter Anschluß der Innenstutzen am Innenmantel selbst vorhanden ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verlegung des Ortes der Quergleitführung der Innenstutzen