EP2199560A2 - Einwandkrümmer - Google Patents

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EP2199560A2
EP2199560A2 EP09015434A EP09015434A EP2199560A2 EP 2199560 A2 EP2199560 A2 EP 2199560A2 EP 09015434 A EP09015434 A EP 09015434A EP 09015434 A EP09015434 A EP 09015434A EP 2199560 A2 EP2199560 A2 EP 2199560A2
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EP
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flange
outlet flange
outlet
motor
manifold according
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EP09015434A
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Nils Rippert
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Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Original Assignee
Friedrich Boysen GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • 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
    • F01N13/1811—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body with means permitting relative movement, e.g. compensation of thermal expansion or vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2530/00—Selection of materials for tubes, chambers or housings
    • F01N2530/02—Corrosion resistive metals
    • F01N2530/04—Steel alloys, e.g. stainless steel

Definitions

  • the present invention relates to a manifold with a motor flange, an outlet flange and manifold tubes connected at one end to the engine flange and at the other end to the outlet flange.
  • the exhaust flange While the engine flange is fixed to the engine block of a motor vehicle, the exhaust flange must be otherwise secured to accommodate the load resting on the exhaust flange. In particular, if further exhaust components are connected to the outlet flange, such as exhaust gas turbocharger or a close-coupled catalyst, the outlet flange must absorb a significant load.
  • a load transfer is basically possible via the manifold pipes on the motor flange. Due to the different thermal expansions of the manifold pipes because of their different lengths but these must be relatively flexible and are therefore less well suited for load transfer. On the other hand, with bulkheads, it is not possible to realize a load transfer via an outer shell.
  • the invention has for its object to solve these problems.
  • the load to be absorbed by the outlet flange can be transferred to the motor flange and thus to the engine block.
  • the load is guided around the manifold pipes in this way.
  • the manifold pipes can be made flexible without restriction by a necessary load bearing. By diversion of the load via a connection between the outlet flange and the motor flange, the design of the manifold pipes can thus also be optimized.
  • connection between the motor flange and outlet flange is preferably designed so that a heat balance movement between the motor flange and the outlet flange is made possible.
  • the thermal expansions usually can not be completely absorbed by the manifold pipes. Therefore, there is a relative movement between the outlet flange and the motor flange when heated. This is made possible by the said formation of the connection.
  • a heat compensation movement can in particular be made possible by the fact that the connection between the motor flange and the outlet flange has a curved shape. Particularly suitable is an S-shape has been found.
  • the motor flange and the outlet flange are manufactured as separate parts and then connected to one another. In this way it is possible to produce the two parts of different material.
  • the motor flange can be preferably made of high-grade, in particular austenitic steel, while the outlet flange of less high-quality, in particular can consist of ferritic steel. This can reduce the overall cost.
  • connection between the motor flange and the outlet flange is formed by a separate part, which is connected on the one hand to the motor flange and on the other hand to the outlet flange, in particular by welding.
  • This embodiment has the advantage that each part can be manufactured separately and that all three parts can be made of different materials. This can further reduce costs. Motor flange and outlet flange can also be connected directly to each other. This only requires two parts.
  • the motor flange can be designed as a collection flange for a plurality of cylinders. But it is also possible to form the motor flange of several single or double flanges. In this case, according to a further embodiment of the invention, only a part of the single or double flanges may be connected to the outlet flange. For example, the outlet flange may be connected to a double flange for two cylinders. A double flange is overall stable enough to take the load from the outlet flange.
  • the other motor flanges can be designed as a single flanges, resulting in a material saving and thus cost reduction.
  • the manifold pipes are preferably flexible designed to compensate for different thermal expansions can.
  • the flexible configuration can be effected in particular by selecting the material and / or the wall thickness and / or the shape of the cross section and / or the pipe curvature. The thinner the wall thickness, the larger the wall thickness Flexibility. On the other hand, an oval cross-section leads to increased flexibility about the longitudinal axis of the oval.
  • the motor flange and the outlet flange may be formed as stamped, stamped or forged parts.
  • the flanges are thus inexpensive to produce.
  • the illustrated in the figures, designed as Einwandkrümmer manifold comprises a motor flange 1, an outlet flange 2 and four manifolds 3, which are each connected at one end to the motor flange 1 and at its other end to the outlet flange 2.
  • the manifolds 3 are connected via a collector housing 4 with the outlet flange 2. That is, to the outlet flange 2, a collector housing 4 is connected, which has four inlet openings 5 for the manifolds 3 and an outlet opening 6, which opens into the outlet flange 2.
  • the motor flange 1 by two Einzelflansche 1 1 and a double flange 1 2 is formed. While the individual flanges 1 1 are connected only to the cylinder head, the double flange 1 2 , as can be seen in particular Fig. 3 detects, additionally connected to the outlet flange 2. For this purpose, the double flange 1 2 next to the straight flange portion 7 and an S-shaped curved connecting portion 8. With this connecting portion 8 of the double flange 1 1 is welded to the outlet flange 2. In principle, it would also be possible to manufacture the outlet flange 2 and the double flange 1 2 in one piece. However, the two-piece design has the advantage that both parts can be made of different materials.
  • the double flange 1 2 made of austenitic steel and the outlet flange 2 of ferritic, ie normal steel.
  • the connecting portion 8 it would also be possible to manufacture the connecting portion 8 as a further separate part and to connect to the double flange 1 2 , in particular to be welded. Then this could also be a separate material used.
  • connection 8 between double flange 1 2 and outlet flange 2 is a load-transmitting connection between the two components.
  • load acting on the outlet flange 2 can be transmitted to the double flange 1 2 and thus to the engine block.
  • Components attached to the outlet flange 2, such as turbochargers or close-coupled catalytic converters, can thereby be fastened to the engine block without the manifold pipes 3 having to transfer the load.
  • the manifold pipes 3 can be optimized in terms of their flexibility, in particular more flexible to compensate for different thermal expansions. Eventually, the material thickness of the manifold pipes can be reduced, whereby weight can be saved. In addition, flexibility can be achieved by choosing the material of the manifold pipes 3, are influenced by choice of the shape of the cross section and by the curvature of the tubes 3.
  • the individual flanges 1 1 and the outlet flange 2 can be produced as stamped parts, the double flange 1 2 as a stamped and bent part. Another possibility is in the production as a forged part.

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Abstract

Einwandkrümmer mit einem Motorflansch (1), einem Austrittsflansch (2) und Krümmerrohren (3), die mit ihrem einen Ende mit dem Motorflansch (1) und mit ihrem anderen Ende mit dem Austrittsflansch (2) verbunden sind, wobei zur Verbesserung der Lastübertragung zwischen Austrittsflansch und Motorflansch (1) zwischen Motorflansch (1) und Austrittsflansch (2) zusätzlich zu den Krümmerrohren (3) eine lastübertragende Verbindung (8) vorgesehen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einwandkrümmer mit einem Motorflansch, einem Austrittsflansch und Krümmerrohren, die mit ihrem einen Ende mit dem Motorflansch und mit ihrem anderen Ende mit dem Austrittsflansch verbunden sind.
  • Während der Motorflansch am Motorblock eines Kraftfahrzeugs fixiert ist, muss der Austrittsflansch auf andere Weise befestigt werden, um die auf dem Austrittsflansch ruhende Last aufzunehmen. Insbesondere wenn an den Austrittsflansch weitere Abgasbauteile angeschlossen sind, wie beispielsweise Abgasturbolader oder ein motornaher Katalysator, muss der Austrittsflansch eine erhebliche Last aufnehmen. Eine Lastübertragung ist grundsätzlich über die Krümmerrohre auf den Motorflansch möglich. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungen der Krümmerrohre wegen ihrer unterschiedlichen Länge müssen diese jedoch relativ flexibel sein und sind daher weniger gut für eine Lastübertragung geeignet. Bei Einwandkrümmern besteht andererseits nicht die Möglichkeit, eine Lastübertragung über eine Außenschale zu verwirklichen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Einwandkrümmer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen Motorflansch und Austrittsflansch zusätzlich zu den Krümmerrohren eine lastübertragende Verbindung vorgesehen ist.
  • Durch die zusätzliche lastübertragende Verbindung zwischen Motorflansch und Austrittsflansch kann die vom Austrittsflansch aufzunehmende Last auf den Motorflansch und damit auf den Motorblock übertragen werden. Die Last wird auf diese Weise um die Krümmerrohre herumgeführt. Die Krümmerrohre können dadurch ohne Beschränkung durch eine notwendige Lastaufnahme flexibel ausgebildet werden. Durch die Lastumleitung über eine Verbindung zwischen Austrittsflansch und Motorflansch kann so auch die Ausgestaltung der Krümmerrohre optimiert werden.
  • Die Verbindung zwischen Motorflansch und Austrittsflansch ist bevorzugt so ausgestaltet, dass eine Wärmeausgleichsbewegung zwischen Motorflansch und Austrittsflansch ermöglicht ist. Die Wärmeausdehnungen können üblicherweise nicht vollständig von den Krümmerrohren aufgenommen werden. Es findet daher bei Erwärmung eine Relativbewegung zwischen Austrittsflansch und Motorflansch statt. Diese wird durch die genannte Ausbildung der Verbindung ermöglicht.
  • Eine Wärmeausgleichsbewegung kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass die Verbindung zwischen Motorflansch und Austrittsflansch eine geschwungene Form aufweist. Als besonders geeignet hat sich eine S-Form herausgestellt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Motorflansch und der Austrittsflansch als separate Teile gefertigt und anschließend miteinander verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, die beiden Teile aus unterschiedlichem Material herzustellen. So kann der Motorflansch bevorzugt aus hochwertigem, insbesondere austenitischem Stahl hergestellt werden, während der Austrittsflansch aus weniger hochwertigem, insbesondere ferritischem Stahl bestehen kann. Dadurch können die Kosten insgesamt gesenkt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung zwischen Motorflansch und Austrittsflansch durch ein separates Teil gebildet, welches einerseits mit dem Motorflansch und andererseits mit dem Austrittsflansch verbunden ist, insbesondere durch Schweißen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass jedes Teil separat gefertigt werden kann und dass auch alle drei Teile aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Damit können die Kosten weiter gesenkt werden. Motorflansch und Austrittsflansch können aber auch unmittelbar miteinander verbunden sein. Damit sind nur zwei Teile erforderlich.
  • Der Motorflansch kann als Sammelflansch für mehrere Zylinder ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, den Motorflansch aus mehreren Einzel- oder Doppelflanschen zu bilden. In diesem Fall kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch nur ein Teil der Einzel- oder Doppelflansche mit dem Austrittsflansch verbunden sein. Beispielsweise kann der Austrittsflansch mit einem Doppelflansch für zwei Zylinder verbunden sein. Ein Doppelflansch ist insgesamt stabil genug, um die Last vom Austrittsflansch aufzunehmen. Die anderen Motorflansche können dadurch als Einzelflansche ausgebildet sein, wodurch sich eine Materialeinsparung und damit Kostensenkung ergibt.
  • Die Krümmerrohre sind bevorzugt biegsam ausgebildet, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen ausgleichen zu können. Die biegsame Ausgestaltung kann insbesondere durch Wahl des Materials und/oder der Wandstärke und/oder der Form des Querschnitts und/oder der Rohrkrümmung bewirkt sein. Je dünner die Wandstärke, desto größer ist die Biegsamkeit. Andererseits führt ein ovaler Querschnitt zu einer erhöhten Biegsamkeit um die Längsachse des Ovals.
  • Der Motorflansch und der Austrittsflansch können als Stanz-, Stanzbiege- oder Schmiedeteile ausgebildet sein. Die Flansche sind dadurch kostengünstig herstellbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf die Oberseite eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers,
    Fig. 2
    eine um 90° gedrehte Ansicht des Krümmers von Fig. 1 und
    Fig. 3
    eine Seitenansicht des Krümmers von Fig. 1.
  • Der in den Figuren dargestellte, als Einwandkrümmer ausgebildete Krümmer umfasst einen Motorflansch 1, einen Austrittsflansch 2 und vier Krümmerrohre 3, die jeweils mit ihrem einen Ende mit dem Motorflansch 1 und mit ihrem anderen Ende mit dem Austrittsflansch 2 verbunden sind. Die Krümmerrohre 3 sind dabei über ein Sammlergehäuse 4 mit dem Austrittsflansch 2 verbunden. Das heißt, an den Austrittsflansch 2 ist ein Sammlergehäuse 4 angeschlossen, welches vier Eintrittsöffnungen 5 für die Krümmerrohre 3 und eine Austrittsöffnung 6 aufweist, die im Austrittsflansch 2 mündet.
  • Wie man sieht, ist der Motorflansch 1 durch zwei Einzelflansche 11 und einen Doppelflansch 12 gebildet. Während die Einzelflansche 11 nur mit dem Zylinderkopf verbunden werden, ist der Doppelflansch 12, wie man insbesondere in Fig. 3 erkennt, zusätzlich mit dem Austrittsflansch 2 verbunden. Hierfür weist der Doppelflansch 12 neben dem geraden Flanschabschnitt 7 auch einen S-förmig gekrümmten Verbindungsabschnitt 8 auf. Mit diesem Verbindungsabschnitt 8 ist der Doppelflansch 11 mit dem Austrittsflansch 2 verschweißt. Grundsätzlich wäre es auch möglich, den Austrittsflansch 2 und den Doppelflansch 12 einstückig herzustellen. Die zweistückige Ausgestaltung hat jedoch den Vorteil, dass beide Teil aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. Insbesondere besteht der Doppelflansch 12 aus austenitischem Stahl und der Austrittsflansch 2 aus ferritischem, also normalem Stahl. Andererseits wäre es auch möglich, den Verbindungsabschnitt 8 als weiteres separates Teil zu fertigen und mit dem Doppelflansch 12 zu verbinden, insbesondere zu verschweißen. Dann könnte auch hierfür ein eigenes Material verwendet werden.
  • Über die Verbindung 8 zwischen Doppelflansch 12 und Austrittsflansch 2 besteht eine lastübertragende Verbindung zwischen den beiden Bauteilen. Dadurch kann auf den Austrittsflansch 2 wirkende Last auf den Doppelflansch 12 und damit auf den Motorblock übertragen werden. An dem Austrittsflansch 2 angebrachte Bauteile wie Turbolader oder motornahe Katalysatoren können dadurch am Motorblock befestigt werden, ohne dass die Krümmerrohre 3 die Last übertragen müssen. Die Krümmerrohre 3 können dadurch hinsichtlich ihrer Flexibilität optimiert, insbesondere biegsamer ausgebildet werden, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen auszugleichen. Eventuell kann die Materialstärke der Krümmerrohre verringert werden, wodurch Gewicht eingespart werden kann. Außerdem kann die Biegsamkeit durch Wahl des Materials der Krümmerrohre 3, durch Wahl der Form des Querschnitts und durch die Krümmung der Rohre 3 beeinflusst werden.
  • Die Einzelflansche 11 und der Austrittsflansch 2 können als Stanzteile, der Doppelflansch 12 als Stanzbiegeteil hergestellt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Herstellung als Schmiedeteil.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motorflansch
    11
    Einzelflansch
    12
    Doppelflansch
    2
    Austrittsflansch
    3
    Krümmerrohr
    4
    Sammelgehäuse
    5
    Eintrittsöffnung
    6
    Austrittsöffnung
    7
    Flanschabschnitt
    8
    Verbindungsabschnitt

Claims (12)

  1. Einwandkrümmer mit einem Motorflansch (1), einem Austrittsflansch (2) und Krümmerrohren (3), die mit ihrem einen Ende mit dem Motorflansch (1) und mit ihrem anderen Ende mit dem Austrittsflansch (2) verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen Motorflansch (1) und Austrittsflansch (2) zusätzlich zu den Krümmerrohren (3) eine lastübertragende Verbindung (8) vorgesehen ist.
  2. Einwandkrümmer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verbindung (8) so ausgebildet ist, dass eine Wärmeausgleichsbewegung zwischen Motorflansch (1) und Austrittsflansch (2) ermöglicht ist.
  3. Einwandkrümmer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verbindung (8) eine geschwungene Form, insbesondere S-Form aufweist.
  4. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motorflansch (1) einerseits und der Austrittsflansch (2) andererseits als separate Teile gefertigt und anschließend miteinander verbunden sind.
  5. Einwandkrümmer nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motorflansch (1) aus einem anderen Material besteht als der Austrittsflansch (2).
  6. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motorflansch aus einem hochwertigen, insbesondere austenitischem Stahl besteht und der Austrittsflansch (2) aus einem weniger hochwertigen, insbesondere ferritischen Stahl.
  7. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motorflansch (1) und der Austrittsflansch (2) direkt miteinander verbunden sind, insbesondere durch Schweißen.
  8. Einwandkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verbindung durch ein separates Teil gebildet ist, welches einerseits mit dem Motorflansch (1) und andererseits mit dem Austrittsflansch (2) verbunden ist, insbesondere durch Schweißen.
  9. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motorflansch (1) aus mehreren Einzelflanschen (11) und/oder Doppelflanschen (12) besteht.
  10. Einwandkrümmer nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nur ein Teil (12) der Einzel- oder Doppelflansche mit dem Austrittsflansch (2) verbunden ist.
  11. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Krümmerrohre (3) biegsam ausgebildet sind, insbesondere durch Wahl des Materials und/oder der Wandstärke und/oder der Querschnittsform und/oder der Rohrkrümmung.
  12. Einwandkrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flansche (1, 2) als Stanz-, Stanzbiege- oder Schmiedeteil ausgebildet sind.
EP09015434A 2008-12-18 2009-12-14 Einwandkrümmer Withdrawn EP2199560A3 (de)

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