Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Abgaskrümmer ist ein Bauteil einer Abgasanlage von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen. Direkt am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors befestigt, dient der Abgaskrümmer dazu, das aus den einzelnen Zylindern austretende Abgas zusammenzuführen und einem Abgasauslass zuzuleiten. Ein Abgaskrümmer wird daher häufig auch als Abgassammler bezeichnet.
Ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer zählt durch die
Durch die
Die
Weiterhin zählt durch die
Die
Die
Dünnwandig gebaute Abgaskrümmer haben den Vorteil, dass die thermische Masse und damit das Ansprechverhalten eines nachgeschalteten Katalysators nach dem Kaltstart verbessert ist. Weiterhin haben luftspaltisolierte Abgaskrümmer den Vorteil, dass durch die Isolierwirkung des Luftspalts die Wärmeverluste des Abgases auf dem Weg zum Katalysator verringert werden, wodurch eine schnelle Aufheizung bzw. Erreichung der Betriebstemperatur des Katalysators nach dem Motorkaltstart bewirkt wird.
Generell ist man bestrebt, die bekannten Bauarten von Abgaskrümmern baulich zu vereinfachen. Eine besondere Herausforderung sind hierbei die hohen Temperaturen und Temperaturschwankungen, welchen die Bauteilkomponenten eines Abgaskrümmers im Betrieb ausgesetzt sind und die daraus resultierenden mechanischen Belastungen sowie die damit verbundenen Anforderungen an die Dichtheit und die Dauerhaltbarkeit.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer bei einfachem Aufbau funktional zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Abgaskrümmer für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gemäß den Merkmalen im Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Der erfindungsgemäße Abgaskrümmer weist ein Gehäuse auf mit mehreren Einlassöffnungen und einer Auslassöffnung. Die Einlassöffnungen korrespondieren mit den Zylinderauslässen des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine. Das Gehäuse umfasst eine Innenschale und eine Außenschale, wobei die Außenschale die Innenschale unter Ausbildung eines Spaltes umgibt. Der Spalt kann ein reiner Luftspalt sein oder ein mit einem Dämmmaterial, insbesondere einem Dämmmattenkörper, ausgefüllter Spalt sein. Auf der zum Zylinderkopf gewandten Seite der Innenschale, also zylinderkopfseitig, ist der Innenschale ein Leitblech zugeordnet. Im Leitblech sind die Einlassöffnungen vorgesehen. Umfangsseitig zumindest auf einem Teil des Umfangs der Einlassöffnungen sind am Leitblech Leitorgane ausgebildet.
Die Leitorgane sind so ausgestaltet, dass das Abgas durch die Innenschale mit geringem Strömungswiderstand gelenkt bzw. geleitet wird. Durch die zielgerichtete Abgasführung wird eine Reduzierung des Abgasgegendrucks bewirkt. Der aus dem Zylinderkopf kommende Abgasstrom wird gerichtet in die Innenschale geleitet, umgelenkt und gesammelt der Auslassöffnung zugeführt.
Die Außenschale weist an ihrem zylinderkopfseitigen Rand einen nach außen umgestellten Flansch auf. Mit dem Flansch liegt die Außenschale am Leitblech an und ist mit dem Leitblech stoffschlüssig gasdicht gefügt. Auf der dem Leitblech gegenüberliegenden Außenseite des Flanschs ist ein Bundkörper angeordnet. Der Bundkörper ist außen über bzw. um die Außenschale geführt und umgreift diese. Der Bundkörper liegt am Flansch an, insbesondere umlaufend und vollflächig. Der Bundkörper hat eine größere Stärke als das Leitblech und auch als der Flansch der Außenschale zusammen. Vorzugsweise ist die Wandstärke des Bundkörpers größer als die Wandstärke des Leitblechs und die Wandstärke des Flanschs der Außenschale. Bei einer vorteilhaften praktischen Ausführungsform hat das Leitblech eine Wandstärke von 1,2 mm bis 1,5 mm. Die Innenschale weist eine Wandstärke bis 2,0 mm, insbesondere bis 1,5 mm auf. Die Außenschale besitzt eine Wandstärke von 1,5 mm bis 2,0 mm. Auch der Flansch der Außenschale ist 1,5 mm bis 2,0 mm dick.
Der Bundkörper besitzt eine Wandstärke von 5 mm und ist damit dicker als der Flansch der Außenschale und das Leitblech zusammen.
Zylinderkopfseitig ist die Dichtheit des Gehäuses des Abgaskrümmers durch die Fügung zwischen Leitblech und Außenschale bewirkt. Diese sind stoffschlüssig gasdicht miteinander gefügt. Insbesondere sind der Flansch der Außenschale und das Leitblech miteinander verschweißt. Auf der Außenseite ist der Bundkörper angeordnet. Der Bundkörper kann lose aufgesetzt und mittels Befestigungsmittel fixiert werden. Möglich ist es auch, dass der Bundkörper auf der Außenseite am Flansch fixiert ist, insbesondere schweißtechnisch geheftet.
Die Innenschale ist insgesamt schwimmend in der Außenschale angeordnet. Die Innenschale liegt zylinderkopfseitig am Leitblech an.
Besonders vorteilhaft ist der Bundkörper einstückig und entlang des Flanschs umlaufend ausgeführt. Der Bundkörper hat somit eine ringförmige Gestalt und wird mit seiner Öffnung über die Außenschale des Gehäuses geführt und liegt an der Außenseite des Flanschs an.
Im Bundkörper, im Flansch und im Leitblech sind zueinander korrespondierende Montagelöcher vorgesehen. Mittels Befestigungsmittel, insbesondere Schraubbolzen, die durch die Montagelöcher geführt werden, wird der Abgaskrümmer am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verschraubt. Dies kann unter Eingliederung einer Dichtung zwischen Leitblech und Zylinderkopf der Brennkraftmaschine erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist im Spalt zwischen Innenschale und Außenschale ein Dämmmaterial eingegliedert. Insbesondere handelt es sich bei dem Dämmmaterial um einen Faserwerkstoff. Vorzugsweise wird das Dämmmaterial in Form eines vorgeformten schalenförmigen Dämmmattenkörpers verwendet, welcher zwischen der Innenschale und der Außenschale verpresst eingebaut wird. Der Dämmmattenkörper dient bzw. fungiert als Feder bzw. Federeinheit und drückt die Innenschale gegen das Leitblech. Hierbei stützt sich der Dämmmattenkörper an der Außenschale ab.
Die Leitorgane sind materialeinheitlich einstückig aus dem Leitblech ausgestellt bzw. ausgeformt. Dies kann in vorteilhafter Weise bei der Herstellung der Einströmöffnungen erfolgen. Hierbei werden die Leitorgane nach Art eines Durchzuges aus dem Leitblech ausgeformt.
Die Außenschale weist einen Auslassstutzen auf. Am Auslassstutzen der Außenschale ist ein Austrittsflansch gasdicht stoffschlüssig gefügt, vorzugsweise geschweißt. Über den Austrittsflansch wird der Abgaskrümmer mit nachgeschalteten Komponenten der Abgasanlage verbunden, beispielsweise einem Turbolader bzw. dem Gehäuse eines Turboladers oder einer Abgasleitung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Innenschale einen Auslassstutzen aufweist. Der Auslassstutzen der Innenschale ragt zumindest ein Stück in den Auslassstutzen der Außenschale. Vorzugsweise liegt der Auslassstutzen der Innenschale mit seinem in den Auslassstutzen ragenden Längenabschnitt innen im Auslassstutzen der Außenschale an. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der der Auslassstutzen der Innenschale nicht innen im Auslassstutzen der Außenschale anliegt.
Der Auslassstutzen der Innenschale ist ebenfalls frei beweglich im Auslassstutzen der Außenschale angeordnet. Über das zwischen Außenschale und Innenschale angeordnete Dämmmaterial wird die Innenschale in Position gehalten. Längen- bzw. Formänderungen infolge der betrieblich auftretenden Temperaturen bzw. - änderungen werden im System ausgeglichen.
Der erfindungsgemäße Abgaskrümmer ist funktional verbessert, einfach im Aufbau, rationell und auch montagetechnisch vorteilhaft. Der Abgaskrümmer zeichnet sich auch durch seine Leichtbauweise aus. Die Montage des Abgaskrümmers am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors erfolgt über das Montagesystem, gebildet aus dem äußeren Randbereich des Leitblechs, des Flanschs der Außenschale und dem Bundkörper. Der Bundkörper stellt den wesentlichsten Anteil der notwendigen Masse für eine stabile Montage des Abgaskrümmers am Zylinderkopf bereit. Zudem ist in zuverlässiger und einfacher Weise die Dichtheit des Systems gewährleistet, ohne dass es aufwendiger Dichtungseinrichtungen zwischen Gehäuse und dem Leitblech bedarf.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Anhand der Darstellungen der
Der Abgaskrümmer 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches mehrere Einlassöffnungen 3, 4, 5 und eine Auslassöffnung 6 aufweist. Das Gehäuse 2 besteht aus einer Innenschale 7 und einer Außenschale 8. Die Außenschale 8 umgibt die Innenschale 7 unter Ausbildung eines Spalts 9. Zylinderkopfseitig der Innenschale 7 ist ein Leitblech 10 angeordnet. An dem Leitblech 10 sind die Einlassöffnungen 3, 4, 5 ausgebildet. Umfangsseitig der Einlassöffnungen 3, 4, 5 sind Leitorgane 11, 12, 13 in Form von Ausstellungen aus dem Leitblech 10 nach innen in das Gehäuse 2 ausgestellt. Die Leitorgane 11, 12 ,13 führen das aus den Zylinderauslässen kommende über die Einlassöffnungen 3, 4, 5 einströmende Abgas im Innenraum 14 der Innenschale 7 zusammen und leiten den Abgasström gerichtet in Richtung der Auslassöffnung 6.
Die Außenschale 8 weist an ihrem zylinderkopfseitigen Rand 15 einen nach außen umgestellten umlaufenden Flansch 16 auf. Der Flansch 16 liegt am Leitblech 10 an und ist mit dem Leitblech 10 umlaufend stoffschlüssig über eine Schweißnaht 17 gasdicht gefügt. Insbesondere erfolgt die Fügung thermisch mittels Laserschweißen.
Auf der dem Leitblech 10 gegenüberliegenden Außenseite 18 des Flanschs 16 ist ein Bundkörper 19 angeordnet. Der Bundkörper 19 ist einstückig ausgeführt und verläuft in sich geschlossen entlang des Flanschs 16 um die Außenschale 8 herum. Am Flansch 16 kann der Bundkörper 19 fixiert sein, insbesondere schweißtechnisch geheftet sein. Möglich ist auch eine umlaufende durchgehende Verschweißung zwischen Bundkörper 19 und Flansch 16.
Im Spalt 9 zwischen Innenschale 7 und Außenschale 8 ist ein Dämmmaterial 20 eingegliedert. Das Dämmmaterial 20 ist als vorkonfektionierter schalenförmiger Dämmmattenkörper 21 ausgeführt. Der Dämmmattenkörper 21 besitzt eine an die Innenkontur bzw. Außenkontur der Außenschale 8 bzw. Innenschale 7 angepasste Konfiguration. Das Dämmmaterial 20 hat sowohl schalldämmende als auch thermisch isolierende Eigenschaften.
Die Leitorgane 11, 12, 13 sind materialeinheitlich einstückig aus dem Leitblech 10 ausgestellt. Durch die Kontur der Leitorgane 11, 12, 13 verjüngen sich die Einlassöffnungen 3, 4, 5 vom Leitblech 10 zum Ende der Leitorgange 11, 12, 13 hin. Dies hat positiven Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in der Innenschale 7 und die gerichtete Abgasströmung bei der Umlenkung von den Einlassöffnungen 3, 4, 5 zu der Auslassöffnung 6.
Die
Die Außenschale 8 weist einen Auslassstutzen 24 auf. Die Auslassöffnung 6 ist im Auslassstutzen 24 der Außenschale 8 angeordnet. Am Auslassstutzen 24 ist ein Austrittsflansch 25 gasdicht stoffschlüssig gefügt, insbesondere dicht verschweißt. Der Austrittsflansch 25 dient zur Verbindung des Abgaskrümmers 1 mit nachgeschalteten Bauteilkomponenten der Abgasanlage.
Insbesondere in der
Im Bundkörper 19, im Flansch 16 und im Leitblech 10 sind zueinander korrespondierende Montageöffnungen 27 vorgesehen. Über Befestigungsmitteln in Form von Schraubbolzen, die durch die Montagelöcher 27 geführt und in Gewindebohrungen im Zylinderkopf geschraubt werden, kann der Abgaskrümmer 1 am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine festgelegt und verspannt werden.
Der Abgaskrümmer 1 zeichnet sich durch sein geringes Gewicht infolge seiner leichten Bauweise aus. Die Außenschale 8 und das Leitblech 10 bilden das Außensystem, welches gasdicht durch Schweißung verbunden ist. Durch eine Lenkung bzw. gerichtete Führung des Abgasstroms aus dem Zylinderkopf in die Innenschale 7 mittels der Leitorgane 11, 12, 13 im Leitblech 10 wird ein geringer Gegendruck erzeugt bzw. der Abgasgegendruck wird reduziert.
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