DE3925802A1 - Exhaust manifold for use with turbo-charger - has set steel tubes fixed between cast flanges - Google Patents

Abstract

The exhaust gas manifold has an inlet flange (1), an outlet flange (3) and at least one gas flow channel lying in between. The inlet flange and the outlet flange are each made as a single piece casting. The gas flow channel formed as a hollow section(2) made from a separate cast steel tube which fits into the receiving sections (4,5). USE/ADVANTAGE - Manifold for use with an exhaust gas turbocharger which overcomes problems of different degrees of thermal expansion.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer mit einem Eintrittsflansch, einem Austrittsflansch und zumindest einem dazwischenliegenden gasführenden Kanal. Vorrangig kommen derartige Abgaskrümmer an Brennkraftmaschinen zum Einsatz, wobei der Eintrittsflansch an den bzw. die Auslaßkanäle des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes angebunden wird, während sich an den Austrittsflansch des Abgaskrümmers eine Abgasanlage anschließt.The invention relates to an exhaust manifold with a Inlet flange, an outlet flange and at least an intermediate gas-carrying duct. First priority such exhaust manifolds come to internal combustion engines Use, with the inlet flange on the Exhaust ports of the engine cylinder head is tied up while attaching to the outlet flange of the exhaust manifold connects an exhaust system.

Insbesondere für den Großserieneinsatz werden diese Abgaskrümmer unter wirtschaftlichen Aspekten als ein­ stückiges Gußteil ausgebildet. Von Vorteil ist aber auch die hohe Steifigkeit, die es gestattet, bei hoher Standfestigkeit dem Abgaskrümmer eine tragende Funktion zuzuweisen. Andererseits erfordert diese Steifigkeit bei Zusammenfassung mehrerer gasführender Kanäle den Einsatz eines Kompensators zum Ausgleich unterschiedlicher thermischer Längendehnungen. Des weiteren weisen derar­ tige Gußkrümmer ein hohes Gewicht und damit eine hohe Wärmekapazität auf, die insbesondere für eine in der Abgasanlage vorhandene Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung (Katalysator) oder eine Abgasenergie-Rückgewinnungs­ vorrichtung (beispielsweise Abgasturbolader) von Nach­ teil ist. Auch sind die Möglichkeiten zur freien Form­ gebung bei Gußkrümmern stark eingeschränkt. These are particularly useful for large series production Exhaust manifold as an economic lumpy casting formed. But is also an advantage the high stiffness that allows it to be high Stability of the exhaust manifold is a key function assign. On the other hand, this requires rigidity Summary of several gas-carrying channels use a compensator to compensate for different thermal elongation. Furthermore derar cast elbow a high weight and thus a high Heat capacity, especially for one in the Exhaust system existing exhaust gas aftertreatment device (Catalyst) or an exhaust gas energy recovery device (e.g. exhaust gas turbocharger) from Nach is part. There are also possibilities for free form in the case of cast manifolds is severely restricted.  

Bekannt sind darüber hinaus oftmals als "Fächerkrümmer" bezeichnete Abgaskrümmer in Stahlrohrkonstruktion. Ein bzw. mehrere nebeneinander angeordnete Rohre sind dabei mit den aus Stahlplatten ausgefrästen Eintritts- bzw. Austrittsflanschen verschweißt. Den hier vorhandenen Vorteilen einer äußerst flexiblen Gestaltungsmöglich­ keit, insbesondere im Hinblick auf lange Einzelkanäle, sowie einer relativ niedrigen Wärmekapazität stehen als Nachteil die geringe Steifigkeit sowie die insbesondere bei zusätzlicher tragender Beanspruchung stark einge­ schränkte Standfestigkeit gegenüber. Der zuletzt ge­ nannte Aspekt ist von besonderer Bedeutung, wenn sich an den Austrittsflansch des Abgaskrümmers ein Abgasturbo­ lader anschließt.In addition, they are often known as "manifolds" designated exhaust manifold in tubular steel construction. A or there are several tubes arranged next to one another with the entry or Outlet flanges welded. The one here Advantages of an extremely flexible design possible speed, especially with regard to long individual channels, as well as a relatively low heat capacity Disadvantage is the low rigidity and the particular heavily contracted with additional load limited stability to. The last ge Aspect mentioned is of particular importance when looking at the exhaust flange of the exhaust manifold an exhaust gas turbo loader connects.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen in seiner Funktionalität verbesserten Abgaskrümmer aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Eintrittsflansch und der Austrittsflansch als einstücki­ ges Gußteil ausgebildet, und der gasführende Kanal als ein nicht aus Gußmetall bestehender Rohrabschnitt ausgeführt ist.The object of the invention is therefore one in its Show functionality of improved exhaust manifold. To solve this problem it is provided that the Inlet flange and the outlet flange as one piece ges formed casting, and the gas-carrying channel as a pipe section not made of cast metal is executed.

Hiermit ist es möglich, die Vorteile der Gußkrümmer sowie der Stahlrohrkrümmer miteinander zu kombinieren, ohne die jeweiligen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die beiden Komponenten, nämlich das Flansch-Gußteil sowie der bzw. die Rohrabschnitte erfüllen in optimaler Weise jeweils eine Teilaufgabe. Das Gußteil gewähr­ leistet eine hohe mechanische Standfestigkeit und vermag dabei eine tragende Funktion zu übernehmen, die ein­ zelnen Rohrabschnitte hingegen dienen lediglich der Gasführung, weisen vorteilhafterweise eine geringe Wärmekapazität auf und lassen sich unter Berücksichti­ gung strömungsdynamischer Anforderungen optimal gestal­ ten. This makes it possible to take advantage of the manifold as well as to combine the steel elbow, without having to accept the respective disadvantages. The two components, namely the flange casting as well as the pipe section or sections meet in optimal One subtask each. Grant the casting provides high mechanical stability and can thereby taking on a supporting function, the one individual pipe sections, however, only serve the Gas flow, advantageously have a low Heat capacity and can be considered optimally designed to meet fluid dynamic requirements ten.  

Zwar ist aus der gattungsfremden DE-OS 27 19 615 ein Ansaugleitungssystem einer mehrzylindrigen Brennkraft­ maschine bekanntgeworden, das aus einem gegossenen Sammelsaugrohr, mehreren gegossenen Rohrflanschen, sowie mehreren nicht aus Gußmetall bestehenden Rohrabschnitten besteht. Zum einen unterscheidet sich jedoch die zu­ grundeliegende Problematik des bekannten Ansaugleitungs­ systemes grundsätzlich von derjenigen des erfindungs­ gemäßen Abgaskrümmers, zum anderen sind die Flansche des bekannten Ansaugleitungssystemes nicht als einstückiges Gußteil ausgebildet.Although from the generic DE-OS 27 19 615 one Intake pipe system of a multi-cylinder internal combustion engine machine made from a cast Collective suction pipe, several cast pipe flanges, as well several pipe sections not made of cast metal consists. For one thing, however, it differs too basic problem of the known intake pipe system basically from that of the invention according exhaust manifold, on the other are the flanges of the known intake pipe system not as one piece Cast part trained.

In hervorragender Weise eignet sich ein erfindungsge­ mäßer Abgaskrümmer für eine mehrzylindrige Brennkraft­ maschine, wenn gemäß Anspruch 5 mehrere nebeneinander­ liegende Rohrabschnitte in einen gemeinsamen Flansch münden. Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Verbindung der Rohrabschnitte mit den Flanschen nennt dabei Anspruch 2. In diesem Falles ist es besonders einfach, den bzw. die Rohrabschnitte doppelwandig auszubilden. Um dabei auftretende unterschiedliche Längendehnungen kompen­ sieren zu können, ist bevorzugt das dem Eintrittsflansch zugewandte Ende des doppelwandigen Rohrabschnittes in dem Flansch vergossen. Beabstandet vom gegenüberlie­ genden Flansch endet die äußere Rohrwand unter Bildung eines Schiebesitzes mit der inneren Rohrwand.Invention is particularly suitable moderate exhaust manifold for multi-cylinder combustion machine if several according to claim 5 side by side lying pipe sections in a common flange flow out. An advantageous way to connect the Pipe sections with the flanges are mentioned in claim 2. In this case, it is particularly easy to use the Double-walled pipe sections. To be there Compensate different elongations occurring To be able to sieren, it is preferred that the inlet flange facing end of the double-walled pipe section in potted the flange. Spaced from the opposite The flange ends the outer tube wall with formation of a sliding seat with the inner tube wall.

Bei geringer Materialanhäufung ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 4 eine erhöhte Gestaltungsfrei­ heit. Somit können Austritts- und Eintrittsflansch beliebig voneinander beabstandet liegen, während die tragende Funktion von dem hierfür einfach optimierbaren Gußsteg übernommen wird.With a small material accumulation, the results in Features of claim 4 increased design freedom Ness. Thus, outlet and inlet flange are arbitrarily spaced from each other while the supporting function of the one that can be easily optimized for this Gußsteg is taken over.

Die im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Dabei zeigt:The preferred embodiment described below examples serve to explain the invention in more detail. It shows:

Fig. 1 in dreidimensionaler Darstellung einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer in seiner Gesamtheit, während, FIG. 1 in three-dimensional representation of an exhaust manifold according to the invention in its entirety, while,

Fig. 2 einen doppelwandigen Rohrabschnitt sowie dessen Verbindung mit dem Krümmer-Eintritts­ flansch im Schnitt zeigt. Fig. 2 shows a double-walled pipe section and its connection to the manifold inlet flange in section.

Der dargestellte Abgaskrümmer besteht im wesentlichen aus einem Eintrittsflansch 1, mehreren, durch Schraffur hervorgehobenen Rohrabschnitten 2, sowie einem Aus­ trittsflansch 3. Der Eintrittsflansch 1 sowie der Austrittsflansch 3 sind mit Rohraufnahmen 4 bzw. 5 versehen, über zwei Gußstege 6 miteinander verbunden, und dabei als einstückiges Gußteil ausgebildet. In die Rohraufnahmen 4 bzw. 5 sind - wie Fig. 2 zeigt - die aus Stahl gefertigten einzelnen Rohrabschnitte 2 ein­ gegossen.The exhaust manifold shown consists essentially of an inlet flange 1 , a plurality of pipe sections 2 highlighted by hatching, and an outlet flange 3 . The inlet flange 1 and the outlet flange 3 are provided with pipe receptacles 4 and 5 , connected to one another via two cast webs 6 , and are formed as a one-piece casting. In the pipe receptacles 4 and 5 - as shown in FIG. 2 - the individual pipe sections 2 made of steel are cast.

Wie bereits oben beschrieben, zeichnet sich diese Konstruktion durch höchste mechanische Belastbarkeit bei größter geometrischer Gestaltungsfreiheit sowie geringer Wärmekapazität aus. Insbesondere kann sich an den Austrittsflansch 3 ein Abgasturbolader anschließen, der seinerseits über die Gußstege 6 vom Eintrittsflansch getragen wird und sich aufgrund der im instationären Betrieb geringen Wärmeverluste des Abgases in den einzelnen Rohrabschnitten 2 durch schnelles Ansprech­ verhalten auszeichnet. As already described above, this construction is characterized by the highest mechanical resilience with the greatest geometric freedom and low heat capacity. In particular, an exhaust gas turbocharger can be connected to the outlet flange 3 , which in turn is carried by the inlet flange via the casting webs 6 and is characterized by a quick response due to the low heat losses of the exhaust gas in the individual pipe sections 2 during transient operation.

Fig. 2 zeigt im Detail eine abgewandelte Ausführungsform zur weiteren Verringerung der Wärmeverluste. Hierzu ist der bzw. sind die Rohrabschnitt(e) 2 doppelwandig ausgeführt. Die innere sowie die äußere Rohrwand sind wie gezeigt abermals mit der Rohraufnahme 4 des Ein­ trittsflansches 1 vergossen. Um jedoch unterschiedliche thermische Längendehnungen ausgleichen zu können, endet - wie Fig. 2a zeigt - das äußere Rohr 2′ stromauf des Austrittsflansches 3 unter Bildung einer Schiebesitz- Abdichtung 7 mit dem inneren Rohr 2′′. Fig. 2 shows in detail a modified embodiment for further reducing the heat losses. For this purpose, the pipe section (s) 2 are double-walled. The inner and the outer tube wall are shed again, as shown, with the tube receptacle 4 of an entry flange 1 . However, in order to be able to compensate for different thermal elongations, - as shown in FIG. 2a - the outer tube 2 'ends upstream of the outlet flange 3 to form a sliding seat seal 7 with the inner tube 2 ''.

Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Abgaskrümmer durch ein gegenüber einen reinen Gußkonstruktion deutlich reduziertes Gewicht aus.In addition to the advantages already mentioned, it stands out Exhaust manifold according to the invention by one versus one pure cast construction significantly reduced weight.

Die Wandstärke der einzelnen Rohrabschnitte 2 läßt sich - da diese lediglich der Gasführung dienen - minimie­ ren. Des weiteren ist kein Kompensator vonnöten, da die relativ weichen Rohrabschnitte Längenausdehnungen erlauben. Auch sind bei den Rohrabschnitten 2 gegenüber einer Gußkonstruktion größere Rohrlängen realisierbar.The wall thickness of the individual pipe sections 2 can - since they only serve the gas flow - minimie ren. Furthermore, no compensator is required, since the relatively soft pipe sections allow length extensions. Larger pipe lengths can also be realized in the pipe sections 2 compared to a cast construction.

Die bei einem Rohrkrümmer hingegen erforderlichen, aufwendigen Flanschausbildungen, Aufweitungen und dgl. sind beim vorliegenden Abgaskrümmer in einfacher Weise und somit kostengünstig in Guß ausgeführt.The pipe elbow required, however, elaborate flange designs, widenings and the like. are in the present exhaust manifold in a simple manner and thus inexpensively cast.

Claims (5)

1. Abgaskrümmer mit einem Eintrittsflansch (1), einem Austrittsflansch (3) und zumindest einem dazwi­ schenliegenden gasführenden Kanal dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsflansch (1) und der Austrittsflansch (3) als einstückiges Gußteil ausgebildet und der gasführende Kanal als ein nicht aus Gußmetall bestehender Rohrabschnitt (2) ausgeführt ist.1. exhaust manifold with an inlet flange ( 1 ), an outlet flange ( 3 ) and at least one intermediate gas-carrying channel characterized in that the inlet flange ( 1 ) and the outlet flange ( 3 ) are formed as a one-piece casting and the gas-carrying channel as a non-cast metal existing pipe section ( 2 ) is executed. 2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (2) mit seinen Enden in Rohraufnahmen (4, 5) der Flansche (1, 3) eingegossen ist.2. Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that the pipe section ( 2 ) with its ends in pipe receptacles ( 4 , 5 ) of the flanges ( 1 , 3 ) is cast. 3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (2) zumindest bereichsweise doppelwandig ausgebildet ist.3. Exhaust manifold according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe section ( 2 ) is at least partially double-walled. 4. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsflansch (1) mit dem Austrittsflansch (3) über zumindest einen Gußsteg (6) verbunden ist. 4. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlet flange ( 1 ) is connected to the outlet flange ( 3 ) via at least one cast web ( 6 ). 5. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsflansch (1) und der Austrittsflansch (3) mehrere neben­ einanderliegende Rohrabschnitte (2) aufnimmt/zusammenführt.5. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inlet flange ( 1 ) and the outlet flange ( 3 ) receives / brings together a plurality of adjacent pipe sections ( 2 ).