DE4228188A1

DE4228188A1 - Reabsorbing pipe for connecting engine exhaust - has hydrostatically formed inlet pipe unbroken over series of curves

Info

Publication number: DE4228188A1
Application number: DE19924228188
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kaiser; Karl-Heinz Schweitzer
Original assignee: hde Metallwerk GmbH
Current assignee: HDE SOLUTIONS GMBH, 58706 MENDEN, DE
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: DE4228188C2

Abstract

The vibration, bending and expansion reabsorbing pipe is for an IC engine. It connects an exhaust bend with a catalytic convertor, and has a hydrostatically formed inlet pipe (10). This is essentially unbroken over a series of differing curves, and has an oval cross-section with its short cross-sectional axis (y) located in the bending direction. The curved region of the pipe has a number of different radii and is curved in several different planes. The ovality of the cross-section is variable. USE/ADVANTAGE - Reabsorbing pipe for connecting IC engine exhaust is of simple design, economic mfr. and allows short warm-up time for catalytic convertor.

Description

Die Erfindung betrifft ein schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors zur dauerhaften Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne.The invention relates to a vibration, bending and strain-absorbing front pipe of an internal combustion engine for permanent connection of an exhaust manifold with a Catalyst bulb.

Bei dem bekannten Vorrohr, z. B. eines Vierzylinders, sind zwei parallele Vorrohre nebeneinander bzw. untereinander geführt. Da der Motor grundsätzlich elastisch aufgehängt und bei Quereinbau in seiner Längsachse pendelnd drehbar befestigt ist, weist das Vorrohr beim Stand der Technik zur Aufnahme von Längs- und Querschwingungen des Motors ein oder mehrere Kompensatoren auf. Derartige Vorrohre mit Kompensatoren sind jedoch nachteiligerweise recht teuer in der Herstellung.In the known downpipe, e.g. B. a four-cylinder, are two parallel downpipes next to each other or one below the other guided. Since the engine is basically suspended and elastic can be swiveled in its longitudinal axis when installed transversely is attached, the front pipe in the prior art Absorption of longitudinal and transverse vibrations of the engine or several compensators. Such front pipes with However, compensators are disadvantageously quite expensive in the production.

Darüber hinaus hat das bekannte Vorrohr aufgrund einer relativ großen Wandstärke eine hohe thermische Masse, wodurch sich die Aufwärmphase des nachgeschalteten Katalysator ver längert, in der der Katalysator nur mit einem geringem Wir kungsgrad arbeitet.In addition, the well-known front pipe has a relatively large wall thickness, a high thermal mass, which the warm-up phase of the downstream catalyst ver lengthens in which the catalyst has only a slight we efficiency works.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr zu schaffen, welches möglichst einfach und damit wirtschaftlich herzustellen ist und welches eine kürzere Aufwärmphase des Katalysators sicherstellt.The object underlying the invention is therefore in being a vibration, bend and strain absorbing To create a forward pipe, which is as simple as possible and therefore is economical to produce and which is a shorter one Ensures warm-up phase of the catalyst.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich im wesentlichen da durch, daß das Vorrohr hydrostatisch geformt ist und im we sentlichen ununterbrochen in unterschiedlicher Weise bogen förmig verläuft und einen ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.The solution to the problem essentially arises there that the front tube is hydrostatically shaped and in the we considerably continuously in different ways runs in a shape and has an oval cross section, the short cross-sectional axis each arranged in the bending direction is.

Das erfindungsgemäße Vorrohr ist auf vorteilhafte Weise insgesamt biegsam als Kompensator ausgebildet, so daß die durch den Motor eingeleiteten Längs- und Querschwingungen ohne weiteres als elastische Durchbiegungen bzw. Biegeände rungen des in unterschiedlicher Richtung gebogenen Rohres aufgenommen werden können. Wichtig ist dabei, daß die kurze Achse des ovalen Querschnitts jeweils in Biegerichtung ange ordnet ist, so daß das Vorrohr der Biegung nur ein geringes Widerstandsmoment entgegensetzt. Des weiteren ist das Vorrohr auch in der Lage, die bei der Erhitzung auftretenden Längendehnungen aufzufangen. Dadurch werden einerseits die beim Stand der Technik notwendigen Kompensatoren entbehrlich. Andererseits ist das erfindungsgemäße Vorrohr einstückig ausgebildet, so daß keine Schweißverbindungen notwendig sind. Darüber hinaus garantiert der nur mittels des Hydroform verfahrens herstellbare, gebogene Längsverlauf des Vorrohres mit fließend geschmeidigen Übergängen, daß das Vorrohr gänz lich falten- und knickungsfrei ist und überall eine identi sche Wandstärke aufweist, so daß über den gesamten Längsver lauf des Vorrohres keine bruchgefährdeten Stellen vorhanden sind. Die Herstellung eines derartigen Vorrohres ist mit Hilfe des herkömmlichen Biegeverfahrens unmöglich.The front pipe according to the invention is advantageous Overall flexible as a compensator, so that the longitudinal and transverse vibrations initiated by the motor easily as elastic deflections or bending surfaces stanchions of the pipe bent in different directions can be included. It is important that the short Axis of the oval cross-section in the bending direction is arranged so that the front tube of the bend is only a slight Opposing moment of resistance. Furthermore, the front pipe also able to cope with the heating that occurs To absorb elongations. On the one hand, this means that Compensators necessary in the prior art can be dispensed with. On the other hand, the front pipe according to the invention is in one piece trained so that no welds are necessary. In addition, the guarantees only by means of the hydroform processable, curved longitudinal course of the front tube with smooth, smooth transitions that the front pipe is complete is wrinkle-free and kink-free and identi cal wall thickness, so that over the entire longitudinal ver There are no places where there is a risk of breakage when the down tube is running are. The manufacture of such a downpipe is included Using the conventional bending method impossible.

Des weiteren weist das erfindungsgemäße Vorrohr eine er heblich reduzierte thermische Masse auf, weil es mit Hilfe des Hydroformverfahrens möglich ist, das Vorrohr mit deutlich verringerter Wandstärke zu fertigen.Furthermore, the front pipe according to the invention has a he greatly reduced thermal mass because with the help of it of the hydroforming process is possible, the downtube with clearly to produce reduced wall thickness.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfin dung können die bogenformigen Bereiche des Vorrohres unter schiedliche Radien aufweisen oder generell auch in unter schiedliche Richtungen gerichtet sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, daß das Vorrohr Bereiche aufweist, die unter schiedlich oval geformt sind. Diese erfindungsgemäßen Mög lichkeiten der Ausgestaltung gestatten es, das Vorrohr nach Richtung und Größe der Schwingungsbelastung in jedem Bereich optimal auszubilden.In further advantageous embodiments of the invention the arcuate areas of the downtube have different radii or generally in under different directions. Beyond that it is also conceivable that the front pipe has areas that under are oval shaped. This Mög invention Design options allow the downpipe to follow Direction and magnitude of vibration exposure in each area to train optimally.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vorrohr darüber hinaus Bereiche auf, in denen sich die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf des Vorrohres an bestimmten Stellen des Vorrohres übergangslos um bis zu 90° dreht. Derartige "Drehstellen" sind besonders vorteilhaft, wenn die Bewegungsenergie aus unterschiedlichen Richtungen auf das Vorrohr einwirkt.In a preferred embodiment of the invention the front tube also has areas in which the orientation of the oval cross section along the length of the Front tube seamlessly at certain points of the front tube turns up to 90 °. Such "pivot points" are special advantageous if the kinetic energy from different Directions acts on the down tube.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further advantages of the invention result from the Un claims and from the following description of a Embodiment. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines über einen Abgas krümmer an einem Motor angeordneten Vorrohres, Fig. 1 is a schematic view of a manifold mounted on an engine via an exhaust preliminary tube,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Vorrohr gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section through the exhaust pipe according to the section line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer sogenannten Dreh stelle und Fig. 3 is a schematic view of a so-called turning point and

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Rohrabschnit tes mit Bereichen unterschiedlichen Querschnitts und Fig. 4 is a schematic representation of a Rohrabschnit tes with areas of different cross-section and

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Vorrohr gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 1. Fig. 5 shows a cross section through the front pipe section line VV in FIG. 1.

In den Zeichnungen ist das Vorrohr insgesamt mit der Be zugsziffer 10 bezeichnet.In the drawings, the front pipe is generally designated by the reference numeral 10 .

Das aus zwei Rohren bestehende Vorrohr 10 ist über einen Flansch 11 mit einem Abgaskrümmer 12 verbunden, der an einem elastisch drehbar aufgehängten Motor 13 befestigt ist. Das andere Ende des Vorrohrs 10 ist mit einem zur nicht darge stellten Katalysatorbirne weisenden Hosenstück 14 verbunden. The two-pipe front pipe 10 is connected via a flange 11 to an exhaust manifold 12 which is fastened to an elastically rotatably suspended motor 13 . The other end of the front pipe 10 is connected to a trousers piece 14 pointing to the catalyst bulb (not shown).

Das Vorrohr 10 wird mittels des Hydroformverfahrens her gestellt. Bei diesem Verfahren werden zunächst Metallrohre durch mechanische Einformung, z. B. innerhalb eines Gesenks, bei welchem beide Gesenke durch eine Presse geschlossen wer den, grob so vorgeformt, daß bereits die Grundform des Vor rohres 10 erkennbar ist. Dieses Zwischenprodukt wird sodann in ein Gesenk eingelegt, dessen Gravur bereits die endgültige Form des Vorrohres 10 bestimmt. Das von dem Gesenk aufgenom mene Zwischenrohrprodukt wird sodann mittels einer hydrauli schen Druckflüssigkeit mit einem hohen hydrostatischen Innen druck beaufschlagt, hierdurch aufgeweitet und an die Gravur angeschmiegt, so daß das Vorrohr 10 im wesentlichen fertig vorliegt.The front pipe 10 is made by means of the hydroforming process. In this method, metal pipes are first made by mechanical shaping, e.g. B. within a die, in which both dies closed by a press who roughly preformed so that the basic shape of the tube 10 is already recognizable. This intermediate product is then inserted into a die, the engraving of which already determines the final shape of the front tube 10 . The intermediate pipe product received by the die is then pressurized by means of a hydraulic pressure fluid with a high hydrostatic internal pressure, thereby widened and conformed to the engraving, so that the front pipe 10 is essentially finished.

Wie Fig. 1 zeigt, weist das Vorrohr 10 Bereiche unter schiedlicher Krümmung auf.As shown in FIG. 1, the front pipe 10 has areas with different curvatures.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des aus zwei Einzelrohren 19 und 20 bestehenden Vorrohres 10, wobei die kurzen Achsen des flachovalen Querschnitts mit x und die langen Achsen mit y bezeichnet sind. Die flachovalen Querschnitte verlaufen in den Krümmungsbereichen des Vorrohres 10 mit ihren kurzen Achsen x in Richtung der vom Motor 13 hauptsächlich erzeugten Schwingungen, damit das Vorrohr 10 in der Lage ist diese Schwingungen zu adsorbieren. FIG. 2 shows a cross section of the front pipe 10 consisting of two individual pipes 19 and 20 , the short axes of the flat oval cross section being designated by x and the long axes being designated by y. The flat oval cross sections run in the curvature areas of the downtube 10 with their short axes x in the direction of the vibrations mainly generated by the motor 13 , so that the downtube 10 is able to adsorb these vibrations.

Fig. 5 zeigt dagegen einen Querschnitt durch die beiden Einzelrohre 19 und 20 bei dem y die kurze Achse und x die lange Achse des ovalen Querschnitts bezeichnet. Je nach Lage des flachovale Querschnitt des Vorrohres 10 im Koordinatensystem, ist der jeweilige Vorrohrbereich zur Aufnahme von Längs- bzw. Querschwingungen geeignet. Fig. 5, however, shows a cross section through the two individual tubes 19 and 20 in the y and x the short axis, the long axis of the oval cross-section referred to. Depending on the position of the flat oval cross section of the front pipe 10 in the coordinate system, the respective front pipe area is suitable for absorbing longitudinal and transverse vibrations.

An den mit 16 und 17 gekennzeichneten Stellen des Vor rohres 10, an denen eine hohe Schwingungsbelastung unter schiedlicher Art auftritt, sind darüber hinaus die in Fig. 3 schematisch dargestellten Drehbereiche 18 angeordnet, in dem die Lage des flachovalen Querschnittes sich im Koordinaten system über den Längsverlauf des Vorrohres 10 verändert. Da bei wird der ovale bzw. flachovale Querschnitt des Vorrohres 10 übergangslos und geschmeidig um 90° gedreht, wobei dies durch die Querschnitte E, F, G dargestellt ist. Die Veränderung des Querschnittes vom liegend ovalen zum kreisförmigen und dann zum stehend ovalen Querschnitt erfolgt harmonisch, so daß die Wandung des Vorrohrs 10 keine Falten bzw. Knickungen aufweist.At the points marked with 16 and 17 of the front pipe 10 , where a high vibration load occurs under different types, the rotating areas 18 shown schematically in FIG. 3 are also arranged, in which the position of the flat oval cross-section is in the coordinate system over the Longitudinal profile of the front pipe 10 changed. Since the oval or flat oval cross section of the front tube 10 is rotated smoothly and smoothly by 90 °, this being represented by the cross sections E, F, G. The change in cross-section from lying oval to circular and then to standing oval cross-section takes place harmoniously, so that the wall of the front pipe 10 has no folds or kinks.

Je nach technischer Notwendigkeit ist es darüber hinaus möglich, auch bei über dem Längsverlauf ständig sich verän dernden Querschnitt, die Innenquerschnittsfläche des Vorroh res 10 insgesamt aber immer konstant zu halten.Depending on the technical need, it is also possible to keep the internal cross-sectional area of the forward tube 10 overall constant, even with the cross-section constantly changing over the longitudinal course.

Allerdings ist es selbstverständlich auch denkbar, in einem bestimmten Bereich die Querschnittsfläche des Vorrohres 10 zu vergrößern, um die Abgasströmung zu verlangsamen.However, it is of course also conceivable to increase the cross-sectional area of the front pipe 10 in a certain area in order to slow down the exhaust gas flow.

Fig. 4 zeigt einige grundsätzliche Möglichkeiten zur Veränderung des Querschnittes eines Vorrohres 10. Während die in Flanschen 21 und 22 befestigten Bereiche des Vorrohres 10 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt A und D aufweisen, ist im dazwischenliegenden Bereich ein ovaler Querschnitt B und ein flachovaler Querschnitt C dargestellt, wobei der Strömungsquerschnitt jeweils derselbe sein soll. FIG. 4 shows some basic options for changing the cross section of a front pipe 10 . While the regions of the front pipe 10 fastened in flanges 21 and 22 each have a circular cross-section A and D, an oval cross-section B and a flat-oval cross-section C are shown in the region in between, the flow cross-section being intended to be the same in each case.

Grundsätzlich ermöglicht die Herstellung des Vorrohrs 10 mittels des Hydroform-Verfahrens die Ausbildung desselben mit um wenigstens 25% gegenüber dem Stand der Technik reduzierter Wandstärke. Dies hat den Vorteil der deutlichen Verringerung der sogenannten "thermischen Masse" des Vorrohres 10, wodurch beim Betrieb eines Katalysators die Länge der Aufwärmungs phase verringert werden kann.Basically, the production of the front pipe 10 by means of the hydroforming process enables the construction thereof with a wall thickness reduced by at least 25% compared to the prior art. This has the advantage of significantly reducing the so-called "thermal mass" of the front pipe 10 , whereby the length of the warm-up phase can be reduced when operating a catalyst.

Im Bereich des Hosenrohres 14 können alternativ beide Einzelrohre 19 und 20 schweißtechnisch vorteilhaft hydrostatisch so vorgeformt werden, daß sie im Bereich eines jeweils tangential ausgeführten Schnitts passend gegeneinandergestellt werden können.In the area of the downpipe 14 , alternatively, both individual pipes 19 and 20 can advantageously be preformed hydrostatically so that they can be suitably placed against each other in the area of a tangential cut.

Des weiteren kann eines der beiden Rohre durchgehend bis zum Katalysator geführt werden. Der Anschluß des anderen Rohres kann dann an beliebiger Stelle im Bereich einer hydrostatisch ausgeformten und aufgeschnittenen Aushalsung erfolgen. Dazu wird ein Rohrende in die Aushalsung eingesteckt bzw. auf die Aushalsung gesteckt und angeschweißt. Mit dieser Art der Verbindung der beiden Rohre werden einige Schweißstellen eingespart.In addition, one of the two tubes can run up to be led to the catalyst. The other's connection Pipe can then be placed anywhere in the area hydrostatically shaped and cut neckline respectively. To do this, insert a pipe end into the neck inserted or put on the neck and welded on. With this way of connecting the two pipes some welding spots are saved.

Claims

1. Schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors zur dauerhaften Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) hydrostatisch geformt ist und im wesentlichen ununterbrochen in unterschiedlicher Weise bogenförmig verläuft und einen ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse (y) jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.1. Vibration, bending and strain-absorbing front pipe of an internal combustion engine for the permanent connection of an exhaust manifold to a catalyst bulb, characterized in that the front pipe ( 10 ) is hydrostatically shaped and runs essentially continuously in a different arcuate manner and has an oval cross section, the short of which Cross-sectional axis (y) is each arranged in the bending direction.

2. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Bereiche des Vorrohrs (10) unterschiedliche Radien aufweisen.2. front tube according to claim 1, characterized in that the arcuate regions of the front tube ( 10 ) have different radii.

3. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Bereiche in unterschiedliche Richtungen weisen.3. Vorrohr according to claim 1, characterized in that the arcuate areas in different directions point.

4. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) Bereiche (bei B und C) aufweist, die unterschiedlich oval geformt sind.4. front pipe according to claim 1, characterized in that the front pipe ( 10 ) has areas (at B and C) which are shaped differently oval.

5. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) Bereiche aufweist, deren Umfänge voneinander abweichen. 5. fore pipe according to claim 1, characterized in that the fore pipe ( 10 ) has areas whose circumferences differ from one another.

6. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den gesamten Längsverlauf des Vorrohres (10) die Querschnittsfläche konstant ist.6. forward tube according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area is constant over the entire longitudinal course of the forward tube ( 10 ).

7. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich über den gesamten Längsverlauf des Vorrohres (10) die Querschnittsfläche verändert.7. forward tube according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area changes over the entire longitudinal course of the forward tube ( 10 ).

8. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Vorrohr (10) Bereiche (18) aufweist, in denen sich die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf des Vorrohres (10) übergangslos um bis zu 90° dreht.8. front pipe according to claim 1, characterized in that the front pipe ( 10 ) has areas ( 18 ) in which the orientation of the oval cross-section in the longitudinal course of the front pipe ( 10 ) rotates seamlessly by up to 90 °.

9. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) aus mindestens zwei Einzelrohren (19, 20) besteht, die nebeneinander bzw. untereinander geführt werden, und deren Verlaufs- sowie Querschnittsänderungen im wesentlichen identisch sind.9. front pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the front pipe ( 10 ) consists of at least two individual pipes ( 19 , 20 ) which are guided side by side or one below the other, and the course and cross-sectional changes are substantially identical.