DE4228188C2 - Schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines VerbrennungsmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung eines Verbren
nungsmotors zur Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Ka
talysatorbirne.
Eine derartige Abgasleitung ist bereits aus dem
DE-GM 91 00 867 bekannt. Dort ist eine Abgasrohrleitung für
einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben,
bei der die der Rohrabzweigung zugehörigen Verbindungsenden
der Rohrzweige in ihrer Querschnittsgröße und -form so
gestaltet sind, daß sie sich bei einer Nebeneinanderanordnung
zum freien Innenquerschnitt des Hauptrohres ergänzen und
darin eingesteckt werden können. Diese grundsätzlich
vorteilhafte Abgasrohrleitung hat den Nachteil, daß zum
Ausgleich von Längs- und Querschwingungen des elastisch bzw.
beim Quereinbau in seiner Längsachse pendelnd drehbar befe
stigten Motors in die Abgasrohrleitung ein oder mehrere Kom
pensatoren eingebaut werden müssen. Derartige Abgasleitung
mit Kompensatoren sind jedoch nachteiligerweise recht teuer
in der Herstellung.
Darüber hinaus hat die bekannte Abgasleitung aufgrund
einer relativ großen Wandstärke eine hohe thermische Masse,
wodurch sich die Aufwärmphase des nachgeschalteten Katalysa
tor verlängert, in der der Katalysator nur mit einem geringem
Wirkungsgrad arbeitet.
Des weiteren ist aus dem DE-GM 76 16 060 eine Rohrleitung,
insbesondere eine Auspuffleitung eines Kraftfahrzeuges, be
kannt, welche zur besseren Aufnahme von Torsionsbeanspruchun
gen eine Vielzahl von das Trägheitsmoment verringernde Abfla
chungen aufweist.
Letztlich beschreibt die DE-OS 14 76 573 ebenfalls ein
Auspuffleitungssystem für Kraftfahrzeugmotoren, bei dem die
Abgasleitung zur Erzielung eines tieferen Auspuffgeräusches
eine große Länge und auch einen bogenförmigen Verlauf
aufweist.
Ausgehend von dem zuerst genannten Stand der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine schwingungs-,
biegungs- und dehnungsresorbierende Abgasleitung zu schaffen,
welche möglichst einfach und damit wirtschaftlich herzustel
len ist und welche eine kürzere Aufwärmphase des Katalysators
sicherstellt.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich im wesentlichen da
durch, daß die Abgasleitung in der Weise hydrostatisch ge
formt ist, daß sie im wesentlichen ununterbrochen in unter
schiedlicher Weise bogenförmig verläuft und einen ovalen
Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse jeweils
in Biegerichtung angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Abgasleitung 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 die Abgasleitung der Biegung nur ein ge
ringes Widerstandsmoment entgegensetzt. Des weiteren ist die
Abgasleitung auch in der Lage, die bei der Erhitzung auftre
tenden Längendehnungen aufzufangen. Dadurch werden einerseits
die beim Stand der Technik notwendigen Kompensatoren entbehr
lich. Andererseits ist die erfindungsgemäße Abgasleitung ein
stückig
ausgebildet, so daß keine Schweißverbindungen notwendig sind.
Darüber hinaus garantiert der nur mittels des Hydroformverfahrens
herstellbare, gebogene Längsverlauf der Abgasleitung
mit fließend geschmeidigen Übergängen, daß die Abgasleitung gänzlich
falten- und knickungsfrei ist und überall eine identische
Wandstärke aufweist, so daß über den gesamten Längsverlauf
der Abgasleitung keine bruchgefährdeten Stellen vorhanden
sind. Die Herstellung einer derartigen Abgasleitung ist mit
Hilfe des herkömmlichen Biegeverfahrens unmöglich.
Des weiteren weist die erfindungsgemäße Abgasleitung eine erheblich
reduzierte thermische Masse auf, weil es mit Hilfe
des Hydroformverfahrens möglich ist, die Abgasleitung mit deutlich
verringerter Wandstärke zu fertigen.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung
können die bogenförmigen Bereiche der Abgasleitung unterschiedliche
Radien aufweisen oder generell auch in unterschiedliche
Richtungen gerichtet sein. Darüber hinaus ist es
auch denkbar, daß die Abgasleitung Bereiche aufweist, die unterschiedlich
oval geformt sind. Diese erfindungsgemäßen Möglichkeiten
der Ausgestaltung gestatten es, die Abgasleitung nach
Richtung
und Größe der Schwingungsbelastung in jedem Bereich
optimal auszubilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Abgasleitung darüber hinaus Bereiche auf, in denen sich
die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf der
Abgasleitung an bestimmten Stellen der Abgasleitung übergangslos um
bis zu 90° dreht. Derartige "Drehstellen" sind besonders
vorteilhaft, wenn die Bewegungsenergie aus unterschiedlichen
Richtungen auf die Abgasleitung einwirkt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un
teransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer über einen Abgas
krümmer an einem Motor angeordneten Abgasleitung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Abgasleitung gemäß der
Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer sogenannten Dreh
stelle und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Rohrabschnit
tes mit Bereichen unterschiedlichen Querschnitts und
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Abgasleitung gemäß
Schnittlinie V-V in Fig. 1.
In den Zeichnungen wird eine aus zwei Rohren bestehende Abgasleitung insgesamt mit der Be
zugsziffer 10 bezeichnet.
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.
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.
Wie Fig. 1 zeigt, weist das Vorrohr 10 Bereiche unter
schiedlicher Krümmung auf.
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. 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 flachovalen Querschnitts des Vorrohres 10 im
Koordinatensystem, ist der jeweilige Vorrohrbereich zur
Aufnahme von Längs- bzw. Querschwingungen geeignet.
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.
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.
Allerdings ist es selbstverständlich auch denkbar, in
einem bestimmten Bereich die Querschnittsfläche des Vorrohres
10 zu vergrößern, um die Abgasströmung zu verlangsamen.
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.
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.
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.
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.
Claims (8)
1. Abgasleitung eines Verbrennungsmotors zur Verbindung
eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abgasleitung (10) in der Weise hydro
statisch geformt ist, daß sie im wesentlichen ununterbrochen
in unterschiedlicher Weise bogenförmig verläuft und einen
ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse
(y) jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.
2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bogenförmigen Bereiche der Abgasleitung (10) unter
schiedliche Radien aufweisen.
3. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bogenförmigen Bereiche in unterschiedliche Richtungen
weisen.
4. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasleitung (10) Bereiche (bei B und C) aufweist,
die unterschiedlich oval geformt sind.
5. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasleitung (10) Bereiche aufweist, deren Umfänge
voneinander abweichen.
6. Abgasleitung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß über den gesamten Längsverlauf
der Abgasleitung (10) die Querschnittsfläche konstant ist.
7. Abgasleitung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich über den gesamten Längsver
lauf der Abgasleitung (10) die Querschnittsfläche verändert.
8. Abgasleitung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (10) aus minde
stens zwei Einzelrohren (19, 20) besteht, die nebeneinander
bzw. untereinander geführt werden, und deren Verlaufs- sowie
Querschnittsänderungen im wesentlichen identisch sind.
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