EP1888890A1 - Luftspaltisolierte fahrzeugabgasleitung - Google Patents

Luftspaltisolierte fahrzeugabgasleitung

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EP1888890A1
EP1888890A1 EP06723854A EP06723854A EP1888890A1 EP 1888890 A1 EP1888890 A1 EP 1888890A1 EP 06723854 A EP06723854 A EP 06723854A EP 06723854 A EP06723854 A EP 06723854A EP 1888890 A1 EP1888890 A1 EP 1888890A1
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EP
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vehicle exhaust
exhaust pipe
seal
tube
pipe according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06723854A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Winfried Willeke
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Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F01N13/1827—Sealings specially adapted for exhaust systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
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    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled

Definitions

  • the invention relates to an air gap-insulated vehicle exhaust pipe, comprising an outer tube and at least one disposed in the outer tube, radially spaced therefrom, exhaust-carrying inner tube and a flange which is attached to one end of a first of the two tubes, wherein the second of the two tubes the flange can perform a relative movement.
  • Such air gap insulated vehicle exhaust pipes are used in particular in the manifold area. They have the advantage that the thermal load on the outer tube, which is usually the mechanically bearing part, is reduced compared to a single-walled design.
  • inner tube must be movable towards the outer tube in order to be able to compensate for the different thermal loads associated with the different thermal expansions of the tubes.
  • inner tube is to be understood as inner tube and not limited to a singular circumferentially closed tube.
  • the object of the invention is to further reduce the thermal stress exerted on the outer tube.
  • the hitherto provided annular gap is at least largely closed at the downstream end of the inner tube between this and the outer tube.
  • the seal is not designed so that the outer and inner tube are immovable to each other, but it also allows a relative movement of the tubes at this end, both in axial direction as well as in the radial direction.
  • the amount of exhaust gas, which can pass through the annular gap in the air gap between the inner and outer tube and the outer tube thermally stressed, is negligible by the invention.
  • the seal is preferably housed in a circumferential groove from which it protrudes to engage the second tube.
  • the circumferential groove ensures in particular for a secure positioning of the seal.
  • the seal is a slotted ring, similar to a piston ring.
  • the seal can be easily engaged in a groove or attach to a pipe under permanent bias.
  • the ring is also made of a stiff or, in other words, non-rubber-elastic material, in particular metal.
  • a stiff or, in other words, non-rubber-elastic material in particular metal.
  • the seal should preferably sit in the groove with radial play. That is, it sits firmly in the radial direction on the second tube and moves with it in the groove, as e.g. in a piston ring is the case.
  • a further improvement of the sealing effect can be achieved if the seal rests on the second tube with radial clearance.
  • the first tube is the outer tube, so that the flange is used for attachment of the outer, mechanically bearing tube.
  • the vehicle exhaust gas line is in particular curved, which ensures that the greater longitudinal extent (due to the higher temperature in operation) of the inner tube on its differently oriented portions into an axial and a radial displacement of the free end of the inner tube in the region of the seal divides.
  • a further embodiment of the invention provides that the inner tube is divided to form at least two side-by-side exhaust ducts.
  • the inner tube channel has several strands
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view through the downstream end of an exhaust pipe according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the exhaust pipe according to FIG. 1 in the region of the flange
  • Figure 3 is a perspective top view of the downstream end of the inner tube of a vehicle exhaust pipe according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a top perspective view of the downstream end of FIG.
  • an air gap-insulated vehicle exhaust pipe is seen in the form of a manifold, with only the downstream end is shown.
  • the visible outer skin of the exhaust pipe is formed by an outer tube 3, which may also be composed of peripherally connected shells.
  • an inner tube 5 is arranged, which, relative to the central axis A of the conduit radially spaced on all sides of the tube 3 and in the is arranged substantially coaxially with this.
  • an additional inner tube 7 is inserted, which extends to the inlet end, not shown, of the exhaust pipe.
  • the tube 5 has an orifice 9, in which a laterally extending further inner tube (not shown), which is assigned to another cylinder chamber and also in the tube. 3 runs, flows.
  • the tubes 3, 5 are bent transversely to the axis A by about 90 °, so that the exhaust pipe is curved.
  • a flange 11 is immovably fixed to the pipe 3, e.g. by
  • the flange 11 has a flow opening 13 into which the downstream end of the tube 5 protrudes.
  • FIG. 2 shows the downstream end of the exhaust pipe in detail.
  • the diameter of the flow opening 13 is greater than the outer diameter of the tube 5, so that an annular gap 15 is formed between these parts.
  • This annular gap 15 is closed largely gas-tight by a seal 17 in the form of a sealing ring, so that the exhaust gas via the annular gap 15 can not get into the air gap 8 between the tubes 3, 5.
  • the seal 17 is a slotted ring which is movably received in a radially in the axial direction fitting groove 19 in the radial direction. Between groove bottom (lowest point of the groove) and the outside of the seal 17, a gap is provided for this purpose. In the axial direction, the seal 17 is received almost without play in the groove 19.
  • the seal 17 abuts the outer circumference of the tube 5 over a completely or nearly closed circumference.
  • the seal 17 is designed as a non-rubber-elastic ring made of rigid material, in particular metal.
  • the mounting of the ring and the groove allows axial and radial relative movement of the downstream end of the tube 5 to the tube 3, by the tube 5 can slide along the seal 17 in the axial direction and entrains the seal 17 in a radial movement.
  • the inner tube 3 or the inner tube is composed of two functionally parallel individual tubes 3 ', 3 "or divided into two individual tubes 3', 3".
  • the two individual pipes 3', 3" represent exhaust gas channels and guide the exhaust gas from different cylinders through a common outer pipe 5 , which may also be composed of shells.
  • the D-shaped downstream ends of the individual tubes 3 ', 3 ", are connected together along their flat sides and open into the flange 11.
  • the seal 17 follows under the individual tubes 3', 3" exactly the course of the composite outer contour and has extensions 27, which penetrate into a tapered tube gap. Good to see is also the slot 29. This slot 29 may also be present in the assembled state to ensure a steady bias of the sealing ring on the inner tube 3.

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Abstract

Eine luftspaltisolierte Fahrzeugabgasleitung hat ein äußeres Rohr (3) und ein inneres Rohr (5), zwischen denen ein Luftspalt (8) gebildet ist. An einem der beiden Rohre (3) ist ein Flansch (11) angebracht, wobei zwischen Flansch (11) und dem anderen Rohr (5) eine Dichtung (17) angeordnet ist, die den Luftspalt (8) nach außen hin weitgehend abdichtet und zusätzlich eine axiale und radiale Relativbewegung zwischen Flansch (11) und anderem Rohr (5) im Fahrbetrieb bei Wärmeausdehnung zuläßt.

Description

Luftspaltisolierte Fahrzeugabgasleitung
Die Erfindung betrifft eine luftspaltisolierte Fahrzeugabgasleitung, mit einem äußeren Rohr und wenigstens einem im äußeren Rohr angeordneten, von diesem radial beabstandeten, abgasführenden inneren Rohr sowie einem Flansch, der an einem Ende eines ersten der beiden Rohre befestigt ist, wobei das zweite der beiden Rohre zu dem Flansch eine Relativbewegung ausführen kann.
Derartige luftspaltisolierte Fahrzeugabgasleitungen werden insbesondere im Krümmerbereich eingesetzt. Sie haben den Vorteil, daß die thermische Belastung auf das äußere Rohr, welches üblicherweise das mechanisch tragende Teil darstellt, reduziert wird im Vergleich zu einer einwandigen Ausführung.
Das innere Rohr muß zum äußeren Rohr beweglich sein, um die unterschiedlichen thermischen Belastungen verbunden mit den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Rohre kompensieren zu können. Der Begriff „inneres Rohr" ist als innere Rohrleitung zu verstehen und nicht auf ein singuläres umfangsmäßig geschlossenes Rohr beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die thermische Belastung, die auf das äußere Rohr ausgeübt wird, weiter zu verringern.
Dies wird bei einer Fahrzeugabgasleitung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zwischen Flansch und dem zweiten Rohr eine Dichtung vorgesehen ist, die eine axiale und radiale Relativbewegung zwischen Flansch und zweitem Rohr zuläßt.
Durch die Dichtung wird der bislang vorgesehene Ringspalt am strom- abwärtigen Ende des inneren Rohres zwischen diesem und dem äußeren Rohr zumindest weitgehend geschlossen. Die Dichtung ist aber nicht so ausgeführt, daß äußeres und inneres Rohr unbeweglich zueinander sind, vielmehr erlaubt sie weiterhin eine Relativbewegung der Rohre an diesem Ende, und zwar sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung. Die Menge des Abgases, die über den Ringspalt in den Luftspalt zwischen innerem und äußerem Rohr gelangen kann und das äußere Rohr thermisch beansprucht, ist durch die Erfindung vernachlässigbar.
Die Dichtung ist bevorzugt in einer Umfangsnut untergebracht, aus der sie herausragt, um am zweiten Rohr anzugreifen. Die Umfangsnut sorgt insbesondere für eine sichere Positionierung der Dichtung.
Gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Dichtung ein geschlitzter Ring, ähnlich einem Kolbenring. Durch diese Ausführung läßt sich die Dichtung ohne weiteres in eine Nut einrasten oder auf ein Rohr unter bleibender Vorspannung aufstecken.
Bevorzugt ist der Ring auch aus einem steifen oder, in anderen Worten, nicht- gummielastischen Material, insbesondere Metall. Eine solche Ausfuhrungsform verhindert zum einen, daß die Dichtung mit dem relativ zu ihr beweglichen Rohr bei hohen Temperaturen verklebt, und zum anderen wird die Gleitreibung bei axialer oder radialer Bewegung reduziert.
Die Dichtung sollte bevorzugt mit radialem Spiel in der Nut sitzen. Das bedeutet, sie sitzt in radialer Richtung fest auf dem zweiten Rohr und bewegt sich mit diesem in der Nut, wie dies z.B. bei einem Kolbenring der Fall ist. Eine radiale Ausdehnung der Dichtung und eine radiale Beweglichkeit des zweiten
Rohrs zum ersten sind dadurch möglich.
Eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung läßt sich erzielen, wenn die Dichtung radial spielfrei am zweiten Rohr anliegt.
Gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erste Rohr das äußere Rohr, so daß der Flansch zur Befestigung des äußeren, mechanisch tragenden Rohres dient.
Wie bereits anfangs erläutert, ist die Fahrzeugabgasleitung insbesondere gekrümmt, was dafür sorgt, daß sich die größere Längsausdehnung (aufgrund der höheren Temperatur im Betrieb) des inneren Rohres auf seinen unterschiedlich ausgerichteten Abschnitten in eine axiale und eine radiale Verschiebung des freien Endes des inneren Rohres im Bereich der Dichtung aufteilt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das innere Rohr geteilt ist, um zumindest zwei nebeneinander ausmündende Abgaskanäle zu bilden. Mit anderen Worten: der innere Rohrkanal hat mehrere Stränge mit
Einzelrohren oder Einzelkanälen, die zusammen das innere Rohr oder den inneren
Rohrkanal bilden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine Längsschnittansicht durch das stromabwärtige Ende einer erfindungsgemäßen Abgasleitung,
- Figur 2 eine vergrößerte Ansicht der Abgasleitung nach Figur 1 im Bereich des Flansches,
- Figur 3 eine perspektivische Draufsicht auf das stromabwärtige Ende des inneren Rohres einer Fahrzeugabgasleitung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
- Figur 4 eine perspektivische Draufsicht auf das stromabwärtige Ende der
Fahrzeugabgasleitung, die das innere Rohr nach Figur 3 enthält.
In Figur 1 ist eine luftspaltisolierte Fahrzeugabgasleitung in Form eines Krümmers zu sehen, wobei nur das stromabwärtige Ende dargestellt ist. Die sichtbare Außenhaut der Abgasleitung wird durch ein äußeres Rohr 3 gebildet, das auch aus randseitig verbundenen Schalen zusammengesetzt sein kann. Im Inneren des äußeren Rohres 3 ist ein inneres Rohr 5 angeordnet, welches, bezogen auf die Mittelachse A der Leitung radial zu allen Seiten vom Rohr 3 beabstandet und im wesentlichen koaxial zu diesem angeordnet ist. In das innere Rohr 5 ist ein zusätzliches inneres Rohr 7 eingeführt, welches sich zum nicht dargestellten Einlaßende der Abgasleitung hin erstreckt. Zwischen den Rohren 5, 7 und dem Rohr 3 ergibt sich ein ringkanalförrniger Luftspalt 8. Das Rohr 5 hat eine Mündungsöffnung 9, in welche ein seitlich verlaufendes weiteres inneres Rohr (nicht zu sehen), das einem anderen Zylinderraum zugeordnet ist und ebenfalls im Rohr 3 verläuft, mündet.
Wie Figur 1 zeigt, sind die Rohre 3, 5 quer zur Achse A um etwa 90° gebogen, so daß die Abgasleitung gekrümmt verläuft. Am stromabwärtigen Ende der Abgasleitung ist ein Flansch 11 unverschieblich am Rohr 3 befestigt, z.B. durch
Schweißen oder Löten. Der Flansch 11 hat eine Durchströmöffnung 13, in die das stromabwärtige Ende des Rohres 5 hineinragt.
Figur 2 zeigt das stromabwärtige Ende der Abgasleitung im Detail. Hier ist gut zu erkennen, daß der Durchmesser der Durchströmöffnung 13 größer als der Außendurchmesser des Rohres 5 ist, so daß zwischen diesen Teilen ein Ringspalt 15 entsteht. Dieser Ringspalt 15 wird durch eine Dichtung 17 in Form eines Dichtrings weitgehend gasdicht geschlossen, so daß das Abgas über den Ringspalt 15 nicht in den Luftspalt 8 zwischen den Rohren 3, 5 gelangen kann. Die Dichtung 17 ist ein geschlitzter Ring, der in einer in axialer Richtung paßgenauen Nut 19 in radialer Richtung beweglich aufgenommen ist. Zwischen Nutgrund (tiefste Stelle der Nut) und der Außenseite der Dichtung 17 ist hierzu ein Spalt vorgesehen. In axialer Richtung wird die Dichtung 17 nahezu spielfrei in der Nut 19 aufgenommen.
Die Dichtung 17 liegt am Außenumfang des Rohres 5 über einen komplett oder nahezu geschlossenen Umfang an. Die Dichtung 17 wird als nicht gummi- elastischer Ring aus steifem Material, insbesondere Metall ausgeführt.
Die Lagerung des Ringes und der Nut erlaubt eine axiale und radiale Relativbewegung des stromabwärtigen Endes des Rohres 5 zum Rohr 3, indem das Rohr 5 an der Dichtung 17 in axialer Richtung entlanggleiten kann und die Dichtung 17 bei einer radialen Bewegung mitnimmt.
Die Ausfuhrungsform nach den Figuren 3 und 4 entspricht im wesentlichen der zuvor erwähnten, so daß im folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird und funktionsgleiche Teile die bereits eingeführten Bezugszeichen tragen.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist das innere Rohr 3 oder die innere Rohrleitung aus zwei funktional parallel geschalteten Einzelrohren 3', 3" zusammengesetzt bzw. in zwei Einzelrohre 3', 3" geteilt. Diese Einzelrohre 3', 3" werden durch mindestens zwei Schalen 21, 23 gebildet, die längs ihrer Ränder 25 miteinander verbunden sind. Die zwei Einzelrohre 3', 3" stellen Abgaskanäle dar und führen das Abgas aus unterschiedlichen Zylindern durch ein gemeinsames äußeres Rohr 5, welches ebenfalls aus Schalen zusammengesetzt sein kann. Die D-förmigen stromabwärtigen Enden der Einzelrohre 3', 3", sind entlang ihrer Flachseiten miteinander verbunden und münden in den Flansch 11. Die Dichtung 17 folgt unter Anlage an den Einzelrohren 3', 3" genau dem Verlauf der zusammengesetzten Außenkontur und hat Fortsätze 27, die in einen sich verjüngenden Rohrzwischenraum eindringen. Gut zu erkennen ist auch der Schlitz 29. Dieser Schlitz 29 kann auch im montierten Zustand vorhanden sein, um eine stetige Vorspannung des Dichtringes auf dem inneren Rohr 3 sicherzustellen.
In Figur 4 sind Flansch 11 und äußeres Rohr 5 zu erkennen.

Claims

Patentansprüche
1. Lufitspaltisolierte Fahrzeugabgasleitung, mit einem äußeren Rohr (3) und wenigstens einem im äußeren Rohr (3) angeordneten, von diesem radial beabstandeten, abgasführenden inneren Rohr (5) sowie einem Flansch (11), der an einem Ende eines ersten der beiden Rohre (3) befestigt ist, wobei das zweite der beiden Rohre (5) zu dem Flansch (11) eine Relativbewegung ausfuhren kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flansch (11) und zweitem Rohr (5) eine Dichtung (17) vorgesehen ist, die eine axiale und radiale Relativbewegung zwischen Flansch (11) und zweitem Rohr (5) zuläßt.
2. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zweitem Rohr (5) und Flansch (11) ein Ringspalt (15) vorgesehen ist, der durch die Dichtung (17) zumindest weitgehend geschlossen ist.
3. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) in einer Umfangsnut (19) untergebracht ist, aus der sie herausragt.
4. Fahrzeugabgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) ein geschlitzter Ring ist.
5. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) aus nicht-gummielastischem Material, insbesondere Metall ist.
6. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 3 und zusätzlich nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) in der Nut (19) mit radialem Spiel sitzt.
7. Fahrzeugabgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) radial spielfrei am zweiten Rohr
(5) anliegt.
8. Fahrzeugabgasleitung nach • einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (3) das äußere Rohr (3) ist.
9. Fahrzeugabgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugabgasleitung gekrümmt verläuft.
10. Fahrzeugabgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (5) geteilt ist, um wenigstens zwei Abgaskanäle zu bilden.
11. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (3) aus parallel geschalteten Einzelrohren (3', 3") zusammengesetzt ist.
12. Fahrzeugabgasleitung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das das innere Rohr (3) aus im Querschnitt D-förmigen Einzelrohren (3', 3") zusammengesetzt ist, die an ihren Flachseiten aneinandergrenzen.
13. Fahrzeugabgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) innenseitig der Außenkontur des inneren Rohres (3) folgend an ihm anliegt.
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