WO2000025006A1

WO2000025006A1 - Abgaskrümmerflansch für eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: WO2000025006A1
Application number: PCT/DE1999/003386
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Kleiner; Albrecht Geiger; Helmut Held
Original assignee: Wolfgang Kleiner; Albrecht Geiger; Helmut Held
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2000-05-04
Also published as: EP1127216A1; AU1769000A

Abstract

Es wird ein Abgaskrümmerflansch für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, der wenigstens ein Basisteil (24) mit mindestens einer Ausnehmung (4) für einen Abgasstutzen (26) und mindestens eine Öffnung (12, 13) zu einem Zylinderzugang am Motorblock der Kraftmaschine sowie Zuführungsmittel für Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas umfasst, wobei die Zuführungsmittel mit der Öffnung (12, 13) zu dem Zylinderzugang in Verbindung stehen. Erfindungsgemäss weisen die Zuführungsmittel einen unmittelbar auf dem wenigstens einen Basisteil (24) angeordneten Gaskanal (9) auf, der sich über nur einen Teilbereich des Basisteils (24) erstreckt, und aus zwei gasdicht miteinander verbundenen Schalenelementen (10, 11) gebildet ist.

Description

"Abgaskrümmerflansch für eine Verbrennungskraftmaschine"

Stand der Technik

Zur Verringerung der Umweltbelastung durch Abgase aus Verbrennungskraftmaschinen werden u. a. zwei Maßnahmen erfolgreich umgesetzt :

a) Der in Verbrennungskraftmaschinen regelmäßig eingebaute Katalysator erfüllt seine Schadstoffminimierende Funktion erst ab höheren Betriebstemperaturen. Daher wird insbesondere in der Kaltstartphase sogenannte Sekundärluft in den Verbrennungsraum eingespeist. Der in der Sekundärluft enthaltene Sauerstoff führt zu einem Anstieg der Verbrennungswärme des Kraftstoffs, die zur schnelleren Erwärmung des Katalysators genutzt werden kann.

b) Nachdem der Katalysator seine Betriebstemperatur und damit seine volle Wirkung erreicht hat, wird zur weiteren Minimierung des Schadstoffausstoßes neuerdings Abgas, respektive Verbrennungsprodukt in den Verbrennungsräum von Verbrennungskraftmaschinen zurückgeführt. Hierdurch wird der Ausstoß von unerwünschten Abgasinhaltsstoffen, wie z. B. Nox und Sox reduziert.

Die Einspeisung der Sekundärluft und/oder des zurückgeführten Abgases erfolgt über Luftführungssysteme, die bei einigen bekannten Ausführungsformen externer Bestandteil von Schmiede- und Gußkrümmerflanschen sind oder mittels Abgaskrümmerflansche in Mehrschichtbauweise (Sandwich- Bauweise) , in deren mittleren Schicht Aussparungen in Form von Kanälen enthalten sind. Neben den sehr kostenaufwendigen Herstellungsprozessen besitzen diese Lösungen Nachteile, wie hoher Material- und Energieeinsatz sowie eine ungünstige Kraftstoffbilanz aufgrund des vergleichsweise hohen Gewichtes .

In der Offenlegungsschrift DE 43 13 091 AI wird ein Abgaskrümmerflansch beschrieben, der aus einer Dichtplatine besteht, welche Ausnehmungen für Abgasstutzen und Öffnungen zu Zylinderzugängen am Motorblock einer Kraftmaschine aufweist. Mittels eines Haubenelements wird ein Kanal geschaffen, über welchen die Öffnungen zu den Zylinderzugängen verbunden sind und beispielsweise mit Sekundärluft beaufschlagt werden können. Hierdurch wird zwar eine gewisse Gewichtsreduzierung erzielt, jedoch ist die großflächige Verbindung des Haubenelements mit der Platine, die am Motorblock anliegt, mittels Spaltgasverlδtung nach wie vor aufwendig. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß beim Lδtvorgang sich die Dichtplatine mit Haubenelement verzieht.

Die nachveröffentlichte Patentanmeldung DE 198 27 276 AI betrifft einen Abgaskrümmerflansch für eine

Verbrennungskraftmaschine, der ein Basisteil mit Ausnehmungen für Abgasstutzen und Öffnungen zu ZylinderZugängen am Motorblock der Kraftmaschine sowie Zuführungsmittel für Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas umfaßt, wobei die Zuführungsmittel mit den Öffnungen zu den ZylinderZugängen in Verbindung stehen. Dabei umfassen die Zuführungsmittel einen unmittelbar auf dem Basisteil angeordneten Kanal, zu dessen Ausbildung wenigstens ein Deckelement vorgesehen ist, das sich lediglich über einen Teilbereich des Basisteils erstreckt. Hierdurch kann eine weitere Gewichtseinsparung erzielt werden. Bei der Ausführung des Deckelements im Schnittbild als U-Profil sind jedoch hohe Anforderungen an den Verlδtprozeß zu stellen, um ein Kanalvolumen durch das gasdichte Verlöten des Deckelements mit dem Flanschbasisteil zu erhalten. Denn die Lötverbindung ergibt sich im Wesentlichen nur durch die Auflagefläche der Ränder des im Querschnitt U-förmigen Deckelements. Diese verhältnismäßig kleinflächige Lötverbindung ist im Betrieb bei häufig wechselnder Temperatur einer hohen Beanspruchung ausgesetzt, was gegebenenfalls zu einer Ermüdung der Lötverbindung führen kann, die letzten Endes bei einem Bruch der Lötverbindung eine Undichtigkeit des Gaskanals zur Folge hat. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Eigensteifigkeit des Basisteils besteht zudem die Gefahr, daß ein Wärmeverzug des Basisteils beim Verlöten mit dem Deckelement auftritt, der aufgrund der nur vergleichsweise geringen Auflagefläche des Deckelements von diesem nicht aufgefangen werden kann. In diesem Fall weist das Bauteil dann eine schlechte Ebenheit auf, wodurch es sich nur schlecht oder gar nicht einbauen läßt.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmerflansch mit Mittel für die Zuführung von Sekundärluft und/oder rückgeführtem Abgas bereitzustellen, der sich vergleichsweise unproblematisch fertigen läßt und bei einem geringen Gewicht eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgaskrümmerflansches angegeben.

Die Erfindung geht von einem Abgaskrümmerflansch für eine _Verbrennungskraftmaschine aus, der wenigstens ein Basisteil mit mindestens einer Ausnehmung für einen Abgasstutzen und mindestens eine Öffnung zu einem ZylinderZugang am Motorblock der Kraftmaschine sowie Zuführungsmittel für Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas umfaßt, wobei die Zuführungsmittel mit der mindestens einen Öffnung zu dem Zylinderzugang in Verbindung steht. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, daß die Zuführungsmittel einen unmittelbar auf dem wenigstens einen Basisteil angeordneten Gaskanal aufweisen, der sich über nur einen Teilbereich des Basisteils erstreckt und aus zwei gasdicht miteinander verbundenen Schalenelementen gebildet ist. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, einen Abgaskrümmerflansch mit vergleichsweise geringem Gewicht herzustellen, bei welchem die Lötverbindung aufgrund einer ausreichend flächigen Auflage des Gaskanals auf dem Basisteil sich zuverlässig ausführen läßt. Die verhältnismäßig großen aneinander liegenden Flächen verhindern dabei einen nicht mehr tolerierbaren Wärmeverzug beim Lδtprozeß. Die daraus entstandene Lötverbindung besitzt darüber hinaus ausgezeichnete Dauerbelastungswerte.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere einzelne Basisteile vorgesehen, die durch einen an diesen Basisteilen angeordneten zweischaligen Gaskanal derart in Verbindung stehen, daß die Gasführung zu den einzelnen Basisteilen über den Gaskanal erfolgen kann. Durch diese Maßnahme wird nicht nur der Gaskanal als zentrales Gasführungssystem eingesetzt, sondern übernimmt darüber hinaus die Funktion einer masseträchtigen Verbindungsleiste zwischen den einzelnen Basisteilen.

Zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches und/oder zur sicheren Verbindung der Öffnungen im wenigstens einen Basisteil mit den ZylinderZugängen am Motorblock wird überdies vorgeschlagen, daß in den Schalenelementen des Gaskanals und im Basisteil übereinander angeordnete Bohrungen vorgesehen sind, die von einer Schraubenverbindung durchdrungen werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn in wenigstens einer Bohrungsanordnung ein Hülsenelement derart eingepaßt ist, daß die Hülse Kräfte der Schraubverbindung aufnimmt, die ansonsten in vollem Umfang von den Schalenelementen des Gaskanals aufgenommen werden müßten. Diese Maßnahme führt nicht nur zu einer sicheren Kraftübertragung der Schraubverbindung auf den Dichtungsbereich des Abgaskrümmerflansches, sondern hat auch ein günstiges Setzverhalten der einzelnen Schrauben zur Folge.

Um eine einfache Vorjustage der für den Abgaskrümmerflansch notwendigen Einzelbauteile vornehmen zu können, d. h. bei mehreren Basisteilen eine Ausrichtung dieser Basisteile zu dem aus Schalenelementen gebildeten Gaskanal, wird im Weiteren vorgeschlagen, daß die Hülse die übereinander liegenden Bohrungen der Schalenelemente durchdringt und in der darunter liegenden Bohrung im Basisteil endet, wobei Hülse und Bohrungen eine Presspassung ausbilden und in wengistens einem Kontaktbereich die Hülse mit einem Rändel versehen ist. Damit kann der gesamte Abgaskrümmerflansch vor dem Lδtprozeß vorjustiert werden und bleibt auch während des Lδtprozesses lagestabil .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gaskanal an einer Stelle, an welcher er von einer Schraubenverbindung durchdrungen wird, eine Querschnittsaufweitung auf . Damit wird eine verminderte Gasversorgung der Zugänge am Motorblock aufgrund von Engstellen vermieden.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn der Gaskanal einen Anschlußstutzen besitzt, der an einen der Gaskanalschalen angeformt ist. Durch diese Maßnahme kann ein sonst üblicherweise zusätzliches Verbindungsstück, beispielsweise in Form eines Anschlußnippels, eingespart werden.

Zeichnungen

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigen

Fig. la ein Basisteil eines Abgaskrümmerflansches in der Draufsicht,

Fig. lb und c Schnittansichten des Basisteils aus

Fig. 1 gemäß den in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien A-A und B-B,

Fig. 2a bis d Basisteile eines Abgaskrümmerflansches, der sich aus Einzelbasisteilen zusammensetzt, in der Draufsicht,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen

Abgaskrümmerflansch mit Gaskanal in der teilweise geschnittenen Draufsicht,

Fig. 3b eine gebrochene Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 3a,

Fig. 3c eine Schnittansicht des

Abgaskrümmerflansches aus Fig. 3a gemäß der in Fig. 3a eingezeichneten Schnittlinie B-B,

Fig. 3d eine vergrößerte Darstellung des in

Fig. 3c eingezeichneten Ausschnittes Y, Fig. ₄a eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen

Gaskanals,

Fig. 4b bis d Schnittansichten des Gaskanals aus

Fig. 4a gemäß den in Fig. 4a eingezeichneten Schnittlinien A-A bis C-C.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

In den Fig. la bis c ist ein Basisteil 1 dargestellt, bei welchem eine Verbindungsleiste 2 Basisteilabschnitte 3 verbindet, in denen jeweils eine Ausnehmung 4 für einen Abgasstutzen (nicht gezeigt) vorhanden ist. Dieses Basisteil 1 besteht aus ausgestanztem Flachmaterial. In der Fig. 2a bis d sind Basisteile 5 bis 8 aus vorzugsweise ebenfalls ausgestanztem Flachmaterial abgebildet, die mittels eines Gaskanals gemäß der Fig. 4a bis d zur Ausbildung eines vollständigen Abgaskrümmerflansches verbunden werden. Ein derartiger Aufbau hat eine Reihe von Vorteilen. Zunächst kann auf eine Verbindungsleiste 2, wie sie in Fig. la dargestellt ist, im Wesentlichen verzichtet werden. Somit wird Material eingespart, was sich günstig auf das Gewicht des Abgaskrümmerflansches auswirkt. Ein Gaskanal 9 gemäß der Fig. 4a bis d, der sich aus zwei ineinander gelegten Schalenelementen 10, 11 zusammensetzt, kann über vergleichsweise große Auflageflächen mit den Einzelbasisteilen verlötet werden. Dabei werden durchgehende Öffnungen 12 im Gaskanal 9 deckungsgleich zu Öffnungen 13 in den Einzelbasisteilen 5 bis 8 positioniert.

Vorzugsweise wird zur Vorjustage des Gaskanals 9 bezüglich den Einzelbasisteilen 5 bis 8 in die übereinander angeordneten Öffnungen jeweils eine Hülse 14 (s. Fig. 3d) eingebracht, die vorteilhafterweise wenigstens einen Presssitz in der Öffnung 13 der Basisteile aufweist und vorzugsweise zumindest im Kontaktbereich mit der Wandung der Öffnungen 13 auf der Außenseite gerändelt ist. Hierdurch wird nicht nur eine sichere Positionierung bei der Vorjustage, sondern auch während des Verlδtvorgangs erzielt. Beim Verlδtvorgang kann ein Verzug der kleinflächigen einzelnen Basisteile 5 bis 8 im Wesentlichen nicht auftreten, da überdies jeweils eine großflächige Lδtverbindungsstelle an den einzelnen Basisteilen zum Gaskanal 9 vorhanden ist. Dies gilt auch, wenn die einzelnen Basisteile 5 bis 8 aus einfachem Flachmaterial bestehen. Sollte ein gewisser Verzug des Gaskanals 9, z. B. beim Verlöten der Schalenelemente 10, 11 stattfinden, läßt sich dieser bei der Montage des fertigen Anschlußkrümmerflansches regelmäßig im elastischen Bereich des Gaskanals ausgleichen, so daß Dichtungsprobleme dieses Abgaskrümmerflansches an einem Motorblock weitgehend vermieden werden können.

Vorteilhafterweise ist an das frontseitige Schalenelement 10 des Abgaskanals 9 unmittelbar ein Anschlußstutzen 15 mit angeformt. Hierdurch wird das zusätzliche Einfügen eines solchen Anschlusses eingespart.

Bei der Justage der einzelnen Basisteile 5 bis 8 ist ebenfalls zu berücksichtigen, daß Öffnungen 16 im mit den Basisteilen 5 bis 8 zu verlötenden Schalenelement 11 des Gaskanals 9 deckungsgleich über entsprechende Öffnungen 17 in den Basisteilen 5 bis 8 angeordnet werden. Die Öffnungen 16, 17 dienen als Zugang zu ZylinderZugängen am Motorblock für das Zuführen von Sekundärluft und/oder Abgas. Durch die Öffnungen 12, 13 hingegen werden Schraubenverbindungen zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches am Motorblock geführt. Für das Anbringen von zusätzlichen Schraubverbindungen sind in Bezug auf die Ausnehmungen 4 im jeweiligen Basisteil an gegenüberliegenden Stellen weitere Öffnungen 19 vorgesehen. Bereiche, die im Gaskanal 9 von einer Schraubverbindung, z. B. einer Schraube 19, wie in den Fig. 3b bis d dargestellt, durchdrungen werden, weisen vorteilhafterweise QuerschnittsaufWeitungen, z. B. in Form von Ausbuchtungen 20, 21, 22 auf. Somit wird die Strömung des Gases zu den Zugängen zum Motorblock durch keine Querschnittsverengung behindert.

In den Fig. 3a bis d ist ein Abgaskrümmerflansch 23 abgebildet, der ein einziges Basisteil 24 aufweist. Auch für diesen Fall ist der erfindungsgemäße Gaskanal vorteilhaft. Denn der Gaskanal 9 wird, abgesehen von den Ausbuchtungen 20, 21, 22, mit seiner vollen Fläche mit dem Basisteil 24 verlötet. Hierdurch entsteht nicht nur eine sehr zuverlässige Lötverbindung, sondern es wird auch ein Verzug des Basisteils

24 beim Lδtvorgang durch die großflächige Auflage im einem tolerierbaren Rahmen gehalten. Die Vorjustage von Gaskanalschalenelementen 10, 11 kann in gleicher Weise wie oben beschrieben, durch vorzugsweise gerändelte Hülsen 14 erfolgen, die in die Öffnungen 12, 13 (s. hierzu insbesondere Fig. 3d) eingesteckt werden.

Die Hülsen 14 sorgen überdies dafür, daß Kräfte von Schraubenverbindungen aufgenommen werden, die ansonsten in vollem Umfang von den Schalenelementen im Gaskanal weitergeleitet werden müssten. Dies hat ein günstiges Setzungsverhalten der Schrauben 19 zur Folge.

Beispielhaft ist in Fig. 3b ein angeformter

Anschlußstutzen 15 dargestellt, der mit einem Anschlußelement

25 zur weiteren Verbindung mit z. B. einem Anschlußrohr versehen wurde.

In Fig. 3c ist überdies ein in einer Ausnehmung 4 eingefügter Abgasstutzen 26 dargestellt. Diese Abgasstutzen 26 sind ebenfalls in Fig. 3a angedeutet. Bezugszeichenliste :

1 Basisteil

2 Verbindungsleiste

3 Basisteilabschnitt

4 Ausnehmung für einen Abgasstutzen

5 Basisteil

6 Basisteil

7 Basisteil

8 Basisteil

9 Gaskanal

10 Schalenelement

11 Schalenelement

12 Öffnung

13 Öffnung

14 Hülse

15 Anschlußstutzen

16 Öffnung

17 Öffnung

18 Öffnung

19 Schraube

20 Ausbuchtung

21 Ausbuchtung

22 Ausbuchtung

23 Abgaskrümmerflansch

24 Basisteil

25 Anschlußelement

26 Abgasstutzen

Claims

Ansprüche :

1. Abgaskrümmerflansch für eine Verbrennungskraftmaschine, der wenigstens ein Basisteil mit mindestens einer Ausnehmung für einen Abgasstutzen und mindestens einer Öffnung zu einem ZylinderZugang am Motorblock der Kraftmaschine sowie Zuführungsmittel für Sekundärluft und/oder rückgeführtes Abgas umfaßt, wobei die Zuführungsmittel mit der Öffnung zu dem Zylinderzugang in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsmittel einen unmittelbar auf dem wenigstens einen Basisteil (5, 6, 7, 8, 24) angeordneten Gaskanal (9) aufweisen, der sich über nur einen Teilbereich des Basisteils erstreckt, und aus zwei gasdicht miteinander verbundenen Schalenelementen (10, 11) gebildet ist.

2. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Basisteile (5, 6, 7, 8) vorgesehen sind, die durch einen an diesen Basisteilen angeordneten zweischaligen Gaskanal (9) derart in Verbindung stehen, daß die Gasführung zu den einzelnen Basisteilen über den Gaskanal erfolgen kann.

3. Abgaskrümmerflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches und/oder zu sicheren Verbindung der Öffnungen im wenigstens einen Basisteil mit den ZylinderZugängen am Motorblock in den Schalenelementen (10, 11) des Gaskanals (9) und im Basisteil (5, 6, 7, 8, 24) übereinander angeordnete Öffnungen (12, 13) vorgesehen sind, die von einer Schraubenverbindung (19) durchdrungen werden.

4. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Öffnungsanordnung ein Hülsenelement (14) derart eingepasst ist, daß die Hülse (14) Schraubkräfte aufnimmt, die ansonsten in vollem Umfang von den Schalenelementen (10, 11) des Gaskanals (9) aufgenommen werden müssten.

5. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14) die übereinander liegenden Öffnungen der Schalenelemente durchdringt, in der darunter liegenden Öffnung (13) im Basiselement endet, wobei Hülse und Öffnung eine Presspassung ausbilden und in wenigstens einem Kontaktbereich die Hülse (14) mit einem Rändel versehen ist.

6. Abgaskrümmerflansch nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (9) an einer Stelle, an welcher der Gaskanal (9) von einer Schraubenverbindung (14) durchdrungen wird, eine Querschnittsaufweitung (20, 21, 22) aufweist.

7. Abgaskrümmerflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (9) einen Anschlußstutzen (15) besitzt, der an einen der

Gaskanalschalen (10, 11) angeformt ist.