AT508336B1 - Brennkraftmaschine mit einer verbindungsanordnung für einen zylinderkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung (2) für einen Zylinderkopf (1), mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch (3) im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung (13) über einen Teileflansch (4) anschließenden luft- oder gasabführender Teil (5), insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler. Um den Montageaufwand zu verringern und Bauraum einzusparen, ist vorgesehen, dass der luft- oder gasabführende Teil (5) schraubenlos über zumindest ein Anschlussrohr (4) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist und das Anschlussrohr (4) über einen Presssitz und/oder Schrumpfsitz mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist, wobei das Anschlussrohr (4) zumindest zwei Bereiche (9, 10) mit unterschiedlichen Außendurchmessern (D1, D2) aufweist, wobei ein erster Bereich (9) am zylinderkopfseitigen Ende (4a) des Anschlussrohres (4) einen größeren Außendurchmesser (D1) aufweist, als ein vom zylinderkopfseitigen Ende (4a) beabstandeter zweiter Bereich (10) und/oder der Strömungskanal (4) im Zylinderkopf (1) zumindest zwei Bereiche (12, 13) mit unterschiedlichen Innendurchmessern (d1, d2) aufweist, wobei ein von der Strömungsöffnung (13a) beabstandeter erster Bereich (12) des Strömungskanals (4) einen größeren Innendurchmesser (d1) aufweist, als ein zweiter Bereich (13) an der Strömungsöffnung (13a), und wobei zwischen erstem und zweitem Bereich (9, 10; 12, 13) ein konusartig gestalteter Übergangsbereich (11, 14) angeordnet ist.

Description

österreichisches Patentamt AT508 336 B1 2014-02-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung für einen Zylinderkopf, mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung anschließenden luft- oder gasführenden Teil, insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungsanordnung.

[0002] Die DE 10 2008 029 020 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem einen integrierten Abgaskrümmer aufweisenden Zylinderkopf, an dem ein abgasführendes Aggregat mittels einer Klemmflanschvorrichtung montiert ist, wobei die Klemmflanschvorrichtung einen dem Zylinderkopf zugeordneten Zylinderflansch und einen dem Aggregat zugeordneten Aggregat-Flansch aufweist, wobei die Flansche in ihrer Flanschebene gegeneinander gedrückt sind. Um dies zu erreichen, ist mindestens eine in Richtung der Flanschebene montierte, den Zylinderflansch und den Aggregatflansch übergreifende, durch zumindest eine Schräge klemmend auf die beiden Flansche wirkende Spannbrücke vorgesehen. Die Spannbrücke ist über Schrauben direkt mit dem Zylinderkopf verschraubt.

[0003] Nachteilig ist, dass Gewindebohrungen am Zylinderkopf vorgesehen sein müssen, was einerseits den Herstellungsaufwand erhöht und andererseits die Gestaltungsfreiheit am Wassermantel einschränkt. Üblicherweise werden Abgassammler durch Schrauben am Zylinderkopf befestigt, wobei pro Auslasskanal mehrere Schrauben vorgesehen sind. Dies schränkt aber die Konstruktionsfreiheiten stark ein, da die Schrauben auch bei eingebauter Brennkraftmaschine zugänglich sein müssen. Durch die nötigen Schraubenfreigänge und den Arbeitsraum zum Ansetzen des Werkzeuges wird der Bauraum nachteilig beeinflusst.

[0004] Die DE 10 2008 006 096 A1 offenbart eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor bestehend aus mehreren gasdicht miteinander verbundenen Rohren. Die zu verbindenden Rohre sind je ein verformbares Rohr und ein formstabiles Rohr, die an ihren Rohrenden miteinander verbindbar sind und einander im Verbindungsbereich überlappen. Im Überlappungsbereich ist jeweils eines der beiden sich überlappenden Rohrenden zu Erzielung einer form- und kraftschlüssigen Anlage an der Wandung des jeweils anderen Rohrendes durch Druckeinwirkung verformt.

[0005] Die US 5,290,974 A beschreibt eine Verbindungsanordnung für ein Abgassystem, wobei zwei überlappende Rohranschlussteile miteinander verbunden werden. Die beiden Rohranschlussteile werden bis zu einem axialen Anschlag überlappend zusammengeschoben. Durch Ausnehmungen, Nuten einerseits und Vorsprünge andererseits wird eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile erreicht.

[0006] Die DE 10 2007 018 009 U1 beschreibt eine Abgasanlage für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, umfassend aus Blechen bestehende Elemente wie Gehäuse, Flansche und/oder Rohre, wobei die Elemente wenigstens teilweise stoffschlüssig durch eine temperaturfeste Kleberschicht verbunden sind. In einer Ausführungsform einer Flansch-Rohr-Verbindung ist dabei der Flansch mit einer hinterschnittenen Bohrung versehen, wobei das Rohr im Bereich des Flansches eine radiale Aufweitung besitzt, die mit dem Hinterschnitt der Bohrung korrespondiert.

[0007] Verschiedene Klemmlösungen für die Befestigung von Abgassammlern an Zylinderköpfen sind aus den Veröffentlichungen DE 10 2007 002 825 A1, WO 09/003 668 A1, DE 10 2004 010815A1, DE 102004 037 865A1, DE 10251 771 A1, DE 44 30 339 A1, DE 195 10 718 A1, DE 196 53 908 A1, DE 42 05 454 A1 oder DE 23 31 510 A1 bekannt. Bei den meisten dieser Lösungen sind aber Schrauben zur Befestigung vorgesehen und relativ viel Montageraum erforderlich.

[0008] Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine alternative Befestigungsmöglichkeit für den Abgaskrümmer bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf zu entwickeln, mit welcher der Montageaufwand verringert und Bauraum eingespart werden kann. 1 /5 österreichisches Patentamt AT508 336B1 2014-02-15 [0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das der luft- oder gasabführende Teil schraubenlos über zumindest ein Anschlussrohr mit dem Zylinderkopf verbunden ist und das Anschlussrohr über einen Presssitz und/oder Schrumpfsitz mit dem Zylinderkopf verbunden ist, wobei das Anschlussrohr zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, wobei ein erster Bereich am zylinderkopfseitigen Ende des Anschlussrohres einen größeren Außendurchmesser aufweist, als ein vom zylinderkopfseitigen Ende beabstandeter zweiter Bereich und/oder der Strömungskanal im Zylinderkopf zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist, wobei ein von der Strömungsöffnung beabstandeter erster Bereich des Strömungskanals einen größeren Innendurchmesser aufweist, als ein zweiter Bereich an der Strömungsöffnung, und wobei zwischen erstem und zweitem Bereich ein konusartig gestalteter Übergangsbereich angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Anschlussrohr in einen Strömungskanal des Zylinderkopfes eingepresst oder eingeschrumpft.

[0010] Dabei kann der luft- oder gasabführende Teil dichtungslos mit dem Zylinderkopf verbunden sein.

[0011] Das lagegenaue und rasche Zusammenfügen der Teile wird wesentlich erleichtert, wenn das Anschlussrohr einen vom zylinderkopfseitigen Ende des Anschlussrohres beabstandeten ringförmigen Anschlag mit einer Anschlagfläche aufweist, wobei die Anschlagfläche des Anschlussrohres, eine Flanschfläche des Zylinderkopfflansches kontaktiert.

[0012] Im montierten Zustand ist somit der erste Bereich des Anschlussrohres vom ersten Bereich des Strömungskanals und der zweite Bereich des Anschlussrohres vom zweiten Bereich des Strömungskanals umgeben. Somit wird zusätzlich zur durch den Press- oder Schrumpfsitz gebildeten kraftschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlussrohr und dem jeweiligen Strömungskanal hergestellt, indem zumindest im betriebswarmen Zustand der Außendurchmesser des ersten Bereiches des Anschlussrohres größer ist als der Innendurchmesser des zweiten Bereiches des Strömungskanals.

[0013] Zumindest im betriebswarmen Zustand sind die ersten Bereiche des Anschlussrohres und des Strömungskanals einerseits und die zweiten Bereiche des Anschlussrohres und des Strömungskanals in direktem Kontakt.

[0014] Pro Zylinder bzw. Ein- oder Auslasskanal ist üblicherweise ein Strömungskanal, sowie ein Anschlussrohr vorgesehen.

[0015] Die Press- oder Schrumpfverbindung bewirkt durch Einsparung von Schraubenverbin-dungen und Dichtungen eine Gewichtsersparnis, und durch Einsparung von Teilen und Montageschritten eine Kostenersparnis. Weiters entfällt der Montageraum für Schrauben oder dergleichen, weshalb kompaktere Konstruktionen möglich werden.

[0016] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.

[0017] Es zeigen [0018] Fig. 1 eine Verbindungsanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im warmen Zustand in einem Schnitt, [0019] Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 dieser Verbindungsanordnung in Fig. 1, [0020] Fig. 3 die Verbindungsanordnung im abgekühlten Zustand im Schnitt und [0021] Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 3.

[0022] Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Zylinderkopfes 1 in einem Schnitt mit einer Verbin-dungsanordnung 2 mit einem an einem Zylinderkopfflansch 3 über zumindest ein Anschlussrohr 4 befestigten luft- oder gasführenden Teil 5. Der Teil 5 kann beispielsweise ein Abgassammler oder ein Einlasssammler sein. Der Teil 5 und der Zylinderkopf 1 sind dichtungslos zusammengefügt.

[0023] Die Verbindung zwischen Zylinderkopfflansch 3 und Teil 5 erfolgt durch einen Presssitz oder Schrumpfsitz 6. Dabei ist das Anschlussrohr 4 in einen Strömungskanal 7 des Zylinderkop- 2/5 österreichisches Patentamt AT508 336B1 2014-02-15 fes 1 von der Seite der Strömungsöffnung 13 eingeführt. Das Anschlussrohr 4 weist einen vom zylinderkopfseitigen Ende 4a des Anschlussrohres 4 beabstandeten ringförmigen Anschlag 8 mit einer Anschlagfläche 8a aufweist, wobei die Anschlagfläche 8a des Anschlussrohres 4, eine Flanschfläche 3a des Zylinderkopfflansches 3 kontaktiert.

[0024] Das Anschlussrohr 4 weist zumindest zwei Bereiche 9, 10 mit unterschiedlichen Außen-durchmessem Ü! und D2 aufweist, wobei der Außendurchmesser Ü! im erster Bereich 9 am zylinderkopfseitigen Ende 4a des Anschlussrohres 4 größer ist als der Außendurchmessern D2 in einem unmittelbar an den Anschlag 8 grenzenden zweiten Bereich 10. Zwischen dem ersten und zweiten Bereich 9, 19 ist ein konusförmiger Übergangsbereich 11 vorgesehen. Der Strömungskanal 7 im Zylinderkopf 1 ist entsprechend reziprok geformt. Der Strömungskanal 7 weist dazu zwischen einem von der Strömungsöffnung 13a beabstandeten erster Bereich 12 mit größerem Innendurchmesser di und einem zweiten Bereich 13 mit kleinerem Innendurchmesser d2 einen konischen Übergangsbereich 14 auf, dessen Öffnungswinkel dem des Übergangsbereiches 11 entspricht. Im montierten Zustand ist der erste Bereich 9 des Anschlussrohres 4 vom ersten 12 Bereich des Strömungskanals 7 und der zweite Bereich 10 des Anschlussrohres 4 vom zweiten Bereich 13 des Strömungskanals 7 umgeben ist.

[0025] Die Außendurchmesser D1; D2 sind an die Innendurchmesser d1; d2 so angepasst, dass im betriebswarmen Zustand das Anschlussrohr 4 dicht an der Wand 7a des Strömungskanals 7 anliegt, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Im kalten Zustand dagegen kann sich ein Spalt Si, s2 zwischen dem Anschlussrohr 4 und der Wand 7a des Strömungskanals 7 ergeben. Vorteilhafterweise entspricht der erste Außendurchmesser di des Anschlussrohres 4 im kalten Zustand mindestens dem zweiten Innendurchmesser D2 im zweiten Bereich 13 des Zylinderkopfflansches 3.

[0026] Die Anschlussrohre 4 werden vor der Montage am Fügequerschnitt abgekühlt, um den Außendurchmesser im ersten Bereich 9 auf ein Maß zu verringern, welches unterhalb des Innendurchmessers d2 im zweiten Bereich 13 des Zylinderkopfflansches 3 liegt. Danach werden die Anschlussrohre 4 in den dafür vorbereiteten Bauraum am Ende der Strömungskanäle 7 des Zylinderkopfes 1 eingeführt, der Anschlag 8 dient dabei der Positionierung (Fig. 4). Bei der anschließenden Erwärmung der Anschlussrohre 4 auf die Bauteiltemperatur des Zylinderkopfes 1 kommen die Außenflächen der Anschlussrohre 4 jeweils mit der Wand 7a des Strömungskanals 7 zur Anlage. Durch den konusartigen Übergangsbereich 11, 14 wird die Pressung zwischen den Bauteilen erhöht.

[0027] Der einen Abgassammler oder Einlasssammler ausbildende Teil 5 kann somit ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Verbindungselementen mit dem Zylinderkopf 1 gasdicht verbunden werden. 3/5

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT508 336 B1 2014-02-15 Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung (2) für einen Zylinderkopf (1), mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch (3) im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung (13a) anschließenden luft- oder gasabführender Teil (5), insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der luft- oder gasabführende Teil (5) schraubenlos über zumindest ein Anschlussrohr (4) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist und das Anschlussrohr (4) über einen Presssitz und/oder Schrumpfsitz mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist, wobei das Anschlussrohr (4) zumindest zwei Bereiche (9, 10) mit unterschiedlichen Außendurchmessern (Di, D2) aufweist, wobei ein erster Bereich (9) am zylinderkopfseitigen Ende (4a) des Anschlussrohres (4) einen größeren Außendurchmesser (Di) aufweist, als ein vom zylinderkopfseitigen Ende (4a) beabstandeter zweiter Bereich (10) und/oder der Strömungskanal (4) im Zylinderkopf (1) zumindest zwei Bereiche (12, 13) mit unterschiedlichen Innendurchmessern (di, d2) aufweist, wobei ein von der Strömungsöffnung (13a) beabstandeter erster Bereich (12) des Strömungskanals (4) einen größeren Innendurchmesser (di) aufweist, als ein zweiter Bereich (13) an der Strömungsöffnung (13a), und wobei zwischen erstem und zweitem Bereich (9, 10; 12, 13) ein konusartig gestalteter Übergangsbereich (11, 14) angeordnet ist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussrohr (4) in einen Strömungskanal (7) des Zylinderkopfes (1) eingepresst oder eingeschrumpft ist.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der luft-oder gasabführende Teil (5) dichtungslos mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist.
4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussrohr (4) einen vom zylinderkopfseitigen Ende (4a) des Anschlussrohres (4) beabstandeten ringförmigen Anschlag (8) mit einer Anschlagfläche (8a) aufweist, wobei die Anschlagfläche (8a) des Anschlussrohres (4), eine Flanschfläche (3a)des Zylinderkopfflansches (3) kontaktiert.
5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand der erste Bereich (9) des Anschlussrohres (4) vom ersten (12) Bereich des Strömungskanals (7) und der zweite Bereich (10) des Anschlussrohres (4) vom zweiten Bereich (13) des Strömungskanals (7) umgeben ist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im betriebswarmen Zustand der Außendurchmesser (D1) des ersten Bereiches (12) des Anschlussrohres (4) größer ist als der Innendurchmesser (d2) des zweiten Bereiches (10) des Strömungskanals (7).
7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der luft- oder gasabführende Teil (5) schraubenlos über zumindest ein Anschlussrohr (4) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden wird, wobei das Anschlussrohr (4) in einen Strömungskanal (7) des Zylinderkopfes (1) eingepresst oder eingeschrumpft wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5