-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur zum Verbinden
eines Auspuffkrümmers
für eine
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit einem Flansch eines
Kugelgelenks zum Verbinden eines Auspuffrohrs mit dem Auspuffkrümmer.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Bezug
nehmend auf 8, welche eine herkömmliche
Auspuffkrümmerverbindungsstruktur zeigt,
sind die stromaufwärts
liegenden Enden von Verzweigungsröhren 01 eines Auspuffkrümmers mit Abgasdurchgängen verbunden,
welche mit nicht gezeigten Zylindern einer Brennkraftmaschine mit
mehreren Zylindern verbunden sind. Stromabwärts liegende Enden der Verzweigungsröhren 01 werden zusammengeführt und
in einen Krümmerkörper 02 eingeführt, und
der Krümmerkörper 02 ist
in ein Außenrohr 03 eingesetzt.
-
Ein
Flansch 04 eines Kugelgelenks ist an einem Teil in der
Nähe der
Verzweigungsröhren 01 des Außenrohrs 03 aufgesetzt
und daran verschweißt. Eine
Strebe 05 zum Halten einer nicht gezeigten Auspuffkrümmerabdeckung
ist an den Flansch 04 geschweißt.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen der herkömmlichen Auspuffkrümmerverbindungsstruktur,
die in 8 gezeigt ist, wickelt ein wärmeisolierendes Netz 06 um
den Krümmerkörper 02,
befestigt den Krümmerkörper 02 an
dem Außenrohr 03,
verbindet den Krümmerkörper 02 und
das Außenrohr 03 zeitweilig durch
Punktschweißen
oder dgl., schweißt
das Außenrohr 03 an
den Flansch 04, führt
die vier Verzweigungsröhren 01 dicht
zusammen, führt
die zusammengeführten
Verzweigungsröhren 01 in
das stromaufwärts
liegende Ende des Krümmerkörpers 02 ein, schweißt die jeweiligen
Ränder
des Krümmerkörpers 02 und
des Außenrohrs 03 und
der Verzweigungsröhren 01 zusammen.
Daher erfordert das Verfahren drei Schweißprozesse. Daher weist das
Verfahren viele Schritte auf und seine Produktivität ist gering.
-
Der
aus einer dicken Platte geformte Flansch 04 ist schwer,
besitzt eine große
Wärmekapazität und einen
kleinen Oberflächenbereich.
Daher besitzt der Flansch 04 schlechte Wärmeabstrahleigenschaften, erhöht die thermische
Belastung auf das Kugelgelenk und beeinträchtigt die Lebensdauer von
Dichtungen.
-
Eine
Auspuffkrümmerverbindungsstruktur mit
den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der JP-A-2000
027 644 bekannt. Diese Struktur besitzt einen aus einem massiven
Stahleelement gebildeten stromaufwärts liegenden Flansch mit großer Wärmekapazität.
-
Die
JP-A-09 229 263 zeigt eine Auspuffkrümmerverbindungsstruktur mit
einem aus einem Blechmaterial hergestellten stromaufwärts liegenden Flansch.
Um thermische Belastung für
eine zwischen dem stromaufwärts
liegenden Flansch und einem stromabwärts liegenden Flansch angeordnete
Dichtung zu vermeiden, ist ein Dichtungsflansch vorgesehen, der
verhindert, dass die Dichtung und der stromaufwärts liegende Flansch in direkten
Kontakt gelangen.
-
Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
für eine
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bereitzustellen, welche
in der Lage ist, die oben genannten Nachteile zu überwinden.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
bereitgestellt, wie in Anspruch 1 beansprucht. Ein Sammelrohr hält gemeinsam
Verzeigungsröhren
eines Auspuffkrümmers
für eine
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern. Ein Kugelgelenk verbindet
das Verbindungs rohr und ein Auspuffrohr. Das Sammelrohr ist eine doppelwandige
Rohrstruktur mit einem Sammelrohrkörper und einem auf den Sammelrohrkörper aufgesetzten
Außenrohr.
Ein röhrenförmiger Verbindungsteil
eines ersten Flansches, der in dem Kugelgelenk enthalten ist, ist
auf das Außenrohr
aufgesetzt. Der Sammelrohrkörper,
das Außenrohr
und der röhrenförmige Verbindungsteil
des ersten Flansches sind durch Schweißen miteinander verbunden.
-
Die
Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
der vorliegenden Erfindung ist durch Verbinden des Sammelrohrkörpers, des
Außenrohrs
und des Flansches durch einen einzigen Schweißprozess ohne temporäres Verbinden
des Sammelrohrkörpers
und des Außenrohrs
hergestellt, was die zur Herstellung der Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
notwendige Arbeit und Kosten verringert. Das Außenrohr besitzt eine kurze
Länge und
ist leicht.
-
Der
erste Flansch des Kugelgelenks ist durch Druckumformen hergestellt.
-
Ein
Umfangsteil des ersten Flansches kann bezüglich einer Abgasrichtung zu
einer stromaufwärts
liegenden Seite hin gebogen sein. Der dünne erste Flansch kann durch
Druckumformen ausgebildet sein und sein auf diese Weise gebildeter
Umfangsteil besitzt eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, was die
weitere Verringerung des Gewichts der Auspuffkrümmerverbindungsstruktur ermöglicht.
Da der Umfangsteil des ersten Flansches zu der stromaufwärts liegenden
Seite hin gebogen ist, kann Abstrahlung von Wärme von einem Verbindungsteil
auf der Seite einer kugelförmigen
Dichtung erhöht
sein, ein Wärmeabstrahlbereich
kann vergrößert sein,
um Wärmeabstrahlung
zu erhöhen,
und die Lebensdauer der kugelförmigen
Dichtung kann verbessert werden.
-
Der
erste Flansch des Kugelgelenks kann ein Teil aufweisen, welches
als eine Strebe zum Halten einer Auspuffkrümmerabdeckung dient. Die Auspuffkrümmerabdeckung
kann an dem ersten Flansch auf leichte Weise und fest angebracht
sein, um die Auspuffkrümmerstruktur
effektiv gegen Wärme
zu isolieren. Daher kann die Anzahl von Teilen der Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
ferner verringert werden und die Kosten können demgemäß verringert werden.
-
Ein
ringförmiger
Raum kann zwischen dem Sammelrohrkörper und einem stromabwärts liegenden
Teil des Außenrohrs
ausgebildet sein. Der ringförmige
Raum verringert die Wärmeübertragung
zu der Dichtung.
-
Es
ist erwünscht,
dass die jeweiligen stromaufwärts
liegenden Teile des Sammelrohrkörpers, des
Außenrohrs
und des röhrenförmigen Verbindungsteils
des ersten Flansches miteinander verschweißt sind.
-
Das
Kugelgelenk ist gegenüberliegend
dem Flansch mit einem zweiten Flansch versehen, und eine Dichtung
ist zwischen dem röhrenförmigen Verbindungsteil
des ersten Flansches und einem mittleren Teil des zweiten Flansches
angeordnet, um an einem Teil befestigt zu sein, welches dem ringförmigen Raum
des Außenrohrs
entspricht.
-
Der
ringförmige
Verbindungsteil des ersten Flansches ist durch seinen ringförmigen Teil,
welcher radial von dem röhrenförmigen Verbindungsteil
verläuft,
mit einem Körper
des Flansches verbunden sowie mit einem sich verjüngenden
Teil verbunden, welcher die Form eines Kegelstumpfs aufweist und
den röhrenförmigen Verbindungsteil
umgibt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Seitenaufriss einer Auspuffkrümmerverbindungsstruktur in
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern,
-
2 ist
eine Planansicht der in 1 gezeigten Auspuffkrümmerverbindungsstruktur,
-
3 ist
eine Frontansicht eines Auspuffkrümmers,
-
4 ist
eine Planansicht eines stromabwärts
liegenden Teils des in 3 gezeigten Auspuffkrümmers, aus
der Sicht von oben aus einer Richtung, die zur Mittelachse des stromabwärts liegenden Teils
orthogonal ist,
-
5 ist
eine Ansicht in der Richtung des Pfeils V in 3,
-
6 ist
eine Längsquerschnittsansicht
entlang der Linie VI-VI in 5,
-
7 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 6,
und
-
8 ist
eine Längsquerschnittsansicht
einer herkömmlichen
Auspuffkrümmerverbindungsstruktur.
-
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
-
Eine
Auspuffkrümmerverbindungsstruktur
in einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
-
Ein
Auspuffkrümmer 1 weist
beispielsweise Verzweigungsröhren 2 auf.
Stromaufwärts
liegende Enden der Verzweigungsröhren 2 sind
mit einem Krümmerflansch 3 verbunden,
welcher eine in 3 gezeigte Form aufweist, um
jeweils mit nicht gezeigten Öffnungen
verbunden zu sein, die in dem Krümmerflansch 3 ausgebildet
sind. Der Krümmerflansch 3 ist
an dem Zylinderkopf einer Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine
angebracht, welche an einem Fahrzeug mit nicht gezeigten Bolzen
angebracht ist, die durch Bolzenlöcher 3a in Gewindelöcher geschraubt
sind, welche im Zylinderkopf ausgebildet sind, sodass die vier Verzweigungsröhren 2 jeweils
mit den vier nicht gezeigten Auspufföffnungen des Zylinderkopfs
in Verbindung stehen.
-
Stromabwärts liegende
Endteile der Verzweigungsröhren 2 des
Auspuffkrümmers 1 sind
in einem einzigen großen
Rohr gesammelt, und das große
Rohr ist in einem Verbindungsrohr 4 befestigt. Das Verbindungsrohr 4 ist
mit einem stromaufwärts liegenden
Endteil eines Auspuffrohrs 14 durch ein Kugelgelenk 7 verbunden.
Ein stromabwärts
liegender Endteil des Auspuffrohrs 14 ist mit einem stromaufwärts liegenden
Endteil eines Abgaskatalysatorgehäuses 16 verbunden,
welches in einem Abgaskatalysator 15 enthalten ist. Ein
stromabwärts
liegendes Endteil des Abgasreinigergehäuses 16 ist mit einem
nicht gezeigten Auspufftopf durch ein Verbindungsrohr 17 verbunden.
-
Stromabwärts liegende
Endteile der vier Verzweigungsröhren 2 sind
durch Ziehen geformt, und zwar in eine Querschnittsform, die im
Wesentlichen einem Quadrant entspricht, wie in 7 gezeigt
ist. Die auf diese Weise geformten stromabwärts liegenden Endteile der
vier Zweigröhren 2 sind
derart zusammengeführt,
dass die ebenen Wände 2a der
benachbarten stromabwärts
liegenden Endteile sich in engem Kontakt miteinander befinden, und
die stromabwärts
liegenden Endteile sind derart miteinander verschweißt, dass
sie das einzelne große
Rohr bilden.
-
Das
große
Rohr ist in das Sammelrohr 4 eingesetzt. Wie in 6 gezeigt
ist, umfasst das Sammelrohr 4 einen Sammelrohrkörper 5 sowie
ein Außenrohr 6,
welches den Sammelrohrkörper 5 derart umgibt,
dass ein ringförmiger
Spalt C (5) zwischen dem Sammelrohrkörper 5 und
dem Außenrohr 6 definiert
ist. Der ringförmige
Spalt C dient als eine wärmeisolierende
Luftschicht für
das Sammelrohr 4. Der ringförmige Spalt C kann durch Verringern
eines stromabwärts
liegenden Endteils des Sammelrohrkörpers 5 gebildet sein.
-
Das
Kugelgelenk 7 umfasst einen stromaufwärts liegenden Flansch 8,
der gebildet ist, indem ein Blech einem Druckumformprozess unterzogen
wird. Wie in 6 gezeigt ist, weist der stromaufwärts liegende
Flansch 8 einen Umfangsteil 8a auf, welcher im
Wesentlichen orthogonal zu einem Hauptteil stromaufwärts verläuft. Wie
in 5 gezeigt ist, ist der stromaufwärts liegende
Flansch 8 mit zwei Bolzenlöchern 8b versehen,
welche punksymmetrisch bezüglich
der Mittelachse des Sammelrohrs 4 angeordnet sind, sowie
mit einem Bolzenloch 8c zum Befestigen einer Strebe am
stromaufwärts
liegenden Flansch 8 versehen. Ein Krümmerabdeckungshalteteil 8d,
welcher mit einem Bolzenloch 8e versehen ist, ist integral
mit dem stromaufwärtigen
Flansch 8 ausgebildet. Wie in 6 gezeigt
ist, sind Muttern durch Schweißen
oder dgl. an der oberen Fläche
des stromaufwärts
liegenden Flansches 8 fluchtend mit den Bolzenlöchern 8b, 8c und 8e angebracht.
-
Wie
in 6 gezeigt ist, ist ein röhrenförmiger Ansatz 8f,
welcher orthogonal stromaufwärts
verläuft,
durch Tiefziehen eines mittleren Teils des stromaufwärts liegenden
Flansches 8 gebildet, erstreckt sich ein ringförmiger Teil 8g radial
von dem röhrenförmigen Ansatz 8f und
erstreckt sich ein sich verjüngender
Teil 8h, welcher die Form eines Kegelstumpfs aufweist,
von dem ringförmigen
Teil 8g.
-
Das
Kugelgelenk 7 umfasst einen stromabwärts liegenden Flansch 11,
der gebildet ist, indem ein Blech einem Druckumformprozess unterworfen wird.
Der stromabwärts
liegende Flansch 11 ist auf einen stromaufwärts liegenden
Endteil des Abgasrohrs 14 aufgesetzt und daran geschweißt. Wie
in 6 gezeigt ist, weist der stromabwärts liegende
Flansch 11 einen Umfangsteil 11a auf, welcher
im Wesentlichen orthogonal zu einem Hauptteil stromabwärts verläuft. Ein
konkaver, kugelförmiger
Lagerteil 11b, welcher zu der stromaufwärts liegenden Seite hin konkav
ist, ist in einem mittleren Teil des stromabwärts liegenden Flansches 11 ausgebildet.
Der stromabwärts
liegende Flansch 11 ist mit Bolzenlöchern 11c versehen,
die jeweils den Bolzenlöchern 8b des
stromaufwärts
liegenden Flansches 8 entsprechen.
-
Wie
in 6 gezeigt ist, ist eine kugelförmige Dichtung 12 auf
einen stromabwärts
liegenden Teil 6a des Außenrohrs 6 aufgesetzt,
wobei seine stromaufwärts
liegende Endfläche 12a sich
in Kontakt mit dem ringförmigen
Teil 8g des stromaufwärts liegenden
Flansches 8 befindet. Der konkave, kugelförmige Lagerteil 11b des
stromabwärts
liegenden Flansches 11 befindet sich in Kontakt mit einem
konvexen, kugelförmigen
Teil 12b der kugelförmigen Dichtung 12.
Die kugelförmige
Dichtung 12 ist auf den stromabwärts liegenden Teil 6a des
Außenrohrs 6 entsprechend
dem ringförmigen
Spalt C aufgesetzt. Bolzen 9 sind durch die Bolzenlöcher 11c des stromabwärts liegenden
Flansches 11 von der stromabwärts liegenden Seite zur stromaufwärts liegenden Seite
des Auspuffrohrs 14 hindurchgeführt und sind in die Muttern 10 eingeschraubt.
-
Druckfedern 13 verlaufen
zwischen den Köpfen 9a der
Bolzen 9 und dem stromabwärts liegenden Flansch 11,
um das Kugelgelenk 7 zu bilden.
-
Ein
Bolzen 19 ist durch das Bolzenloch 8c des stromaufwärts liegenden
Flansches 8 und ein nicht gezeigtes Bolzenloch, welche
in einem oberen Endteil einer Strebe 18 ausgebildet ist,
geführt
und ist in die Mutter 10 eingeschraubt, welche am stromaufwärts liegenden
Flansch 8 fluchtend mit dem Bolzenloch 8c angebracht
ist.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, ist der Krümmerflansch 3 an seinem
oberen Randteil mit zwei Bolzenlöchern 3b zum
Befestigen einer Auspuffkrümmerabdeckung
versehen. Wie in 1 und 3 gezeigt ist,
sind Muttern 10 an dem Krümmerflansch 3 fluchtend
mit den Bolzenlöchern 3b angebracht.
Bolzen 20 sind durch die Bolzenlöcher der nicht gezeigten Auspuffkrümmerabdeckung,
und die Bolzenlöcher 3b des
Krümmerflansches 3 und
das Bolzenloch 8e des stromaufwärts liegenden Flansches 8 geführt und
sind in die Muttern 10 eingeschraubt, um die nicht gezeigte
Auspuffkrümmerabdeckung
fest an dem Krümmerflansch 3 und
dem stromaufwärts
liegenden Flansch 8 zu halten.
-
Die
Abgaskrümmerverbindungsstruktur
in der in 1 bis 7 gezeigten
Ausführungsform hält den Auspuffkrümmer 1 durch
den Krümmerflansch 3 und
die Strebe 18 fest und stabil an der nicht gezeigten Brennkraftmaschine.
-
Die
nicht gezeigte Brennkraftmaschine und der Abgaskatalysator 15 sind
an dem Körper
des Fahrzeugs angebracht. Das Kugelgelenk 7 ist in der Lage,
eine Änderung
in seiner Position aufgrund der Wärmeausdehnung des Auspuffkrümmers 1 und
des Auspuffrohrs 14, welche durch die Wärme eines durch den Auspuffkrümmer 1,
das Auspuffrohr 14 strömenden
Verbrennungsgases verursacht wird, in sanfter Weise zu absorbieren.
-
Da
ein langer Teil des Außenrohrs 6 des Sammelrohrs 4 in
den ringförmigen
Ansatz 8f des stromaufwärts
liegenden Flansches 8 eingesetzt ist, sowie ein langer
Teil des Außenrohrs 6 sich
in Eingriff mit dem Sammelrohrkörper 5 befindet,
ist der stromaufwärts
liegende Flansch 8 fest an dem Sammelrohr 4 gehalten.
-
Da
der stromaufwärts
liegende Endteil des Außenrohrs 6 und
der stromaufwärts
liegende Endteil des röhrenförmigen Ansatzes 8f des
stromaufwärts
liegenden Flansches 8 mit dem Außenumfang des Sammelrohrkörpers 5 durch
eine Verschweißung W1
verbunden sind, braucht das Außenrohr 6 nicht zeitweilig
an dem Sammelrohrkörper 5 angebracht werden,
was die zur Herstellung der Auspuffkrümmerverbindungsstruktur erforderliche
Arbeit und Kosten verringert.
-
Da
der stromaufwärts
liegende Flansch 8 aus einem Blech gebildet ist und einen
großen
Oberflächenbereich
aufweist, der sich verjüngende
Teil 8a, welcher die Form eines Kegelstumpfes aufweist, nach
stromabwärts
vorsteht, und der ringförmige
Teil 8g, welcher am äußersten
Ende des sich verjüngenden
Teils 8h ausgebildet ist, sich in Kontakt mit der Kugeldichtung 12 befindet,
ist der stromaufwärts
liegende Flansch 8 in der Lage, in befriedigender Weise Wärme abzustrahlen.
Der stromabwärts
liegende Teil 6a des Außenrohrs 6, an welchem
die kugelförmige Dichtung 12 aufgesetzt
ist, von dem Sammelrohrkörper
getrennt ist, wird Wärme
zu der kugelförmigen Dichtung 12 mit
einer geringen Wärmeübertragungsrate übertragen,
und folglich ist die thermische Belastung auf die kugelförmige Dichtung 12 klein.
Demzufolge wird die Lebensdauer der kugelförmigen Dichtung 12 in
großem
Maße verbessert.
Der stromaufwärts
liegende Flansch 8, welcher durch Druckumformen aus einem
Blechmaterial gebildet ist, besitzt ein geringes Gewicht, ist steif
und ist fest.
-
Da
der stromaufwärts
liegende Flansch 8 integral mit dem Krümmerabdeckungshalteteil 8d versehen
ist, welches mit dem Bolzenloch 8e versehen ist, ist die
Anzahl von Teilen verringert, was zu einer Begrenzung der Kosten
beiträgt.