DE4228188A1 - Schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors zur dauerhaften Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne.

Bei dem bekannten Vorrohr, z. B. eines Vierzylinders, sind zwei parallele Vorrohre nebeneinander bzw. untereinander geführt. Da der Motor grundsätzlich elastisch aufgehängt und bei Quereinbau in seiner Längsachse pendelnd drehbar befestigt ist, weist das Vorrohr beim Stand der Technik zur Aufnahme von Längs- und Querschwingungen des Motors ein oder mehrere Kompensatoren auf. Derartige Vorrohre mit Kompensatoren sind jedoch nachteiligerweise recht teuer in der Herstellung.

Darüber hinaus hat das bekannte Vorrohr aufgrund einer relativ großen Wandstärke eine hohe thermische Masse, wodurch sich die Aufwärmphase des nachgeschalteten Katalysator ver­ längert, in der der Katalysator nur mit einem geringem Wir­ kungsgrad arbeitet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr zu schaffen, welches möglichst einfach und damit wirtschaftlich herzustellen ist und welches eine kürzere Aufwärmphase des Katalysators sicherstellt.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich im wesentlichen da­ durch, daß das Vorrohr hydrostatisch geformt ist und im we­ sentlichen ununterbrochen in unterschiedlicher Weise bogen­ förmig verläuft und einen ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Vorrohr ist auf vorteilhafte Weise insgesamt biegsam als Kompensator ausgebildet, so daß die durch den Motor eingeleiteten Längs- und Querschwingungen ohne weiteres als elastische Durchbiegungen bzw. Biegeände­ rungen des in unterschiedlicher Richtung gebogenen Rohres aufgenommen werden können. Wichtig ist dabei, daß die kurze Achse des ovalen Querschnitts jeweils in Biegerichtung ange­ ordnet ist, so daß das Vorrohr der Biegung nur ein geringes Widerstandsmoment entgegensetzt. Des weiteren ist das Vorrohr auch in der Lage, die bei der Erhitzung auftretenden Längendehnungen aufzufangen. Dadurch werden einerseits die beim Stand der Technik notwendigen Kompensatoren entbehrlich. Andererseits ist das erfindungsgemäße Vorrohr einstückig ausgebildet, so daß keine Schweißverbindungen notwendig sind. Darüber hinaus garantiert der nur mittels des Hydroform­ verfahrens herstellbare, gebogene Längsverlauf des Vorrohres mit fließend geschmeidigen Übergängen, daß das Vorrohr gänz­ lich falten- und knickungsfrei ist und überall eine identi­ sche Wandstärke aufweist, so daß über den gesamten Längsver­ lauf des Vorrohres keine bruchgefährdeten Stellen vorhanden sind. Die Herstellung eines derartigen Vorrohres ist mit Hilfe des herkömmlichen Biegeverfahrens unmöglich.

Des weiteren weist das erfindungsgemäße Vorrohr eine er­ heblich reduzierte thermische Masse auf, weil es mit Hilfe des Hydroformverfahrens möglich ist, das Vorrohr mit deutlich verringerter Wandstärke zu fertigen.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfin­ dung können die bogenformigen Bereiche des Vorrohres unter­ schiedliche Radien aufweisen oder generell auch in unter­ schiedliche Richtungen gerichtet sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, daß das Vorrohr Bereiche aufweist, die unter­ schiedlich oval geformt sind. Diese erfindungsgemäßen Mög­ lichkeiten der Ausgestaltung gestatten es, das Vorrohr nach Richtung und Größe der Schwingungsbelastung in jedem Bereich optimal auszubilden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vorrohr darüber hinaus Bereiche auf, in denen sich die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf des Vorrohres an bestimmten Stellen des Vorrohres übergangslos um bis zu 90° dreht. Derartige "Drehstellen" sind besonders vorteilhaft, wenn die Bewegungsenergie aus unterschiedlichen Richtungen auf das Vorrohr einwirkt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines über einen Abgas­ krümmer an einem Motor angeordneten Vorrohres,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Vorrohr gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer sogenannten Dreh­ stelle und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Rohrabschnit­ tes mit Bereichen unterschiedlichen Querschnitts und

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Vorrohr gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 1.

In den Zeichnungen ist das Vorrohr insgesamt mit der Be­ zugsziffer 10 bezeichnet.

Das aus zwei Rohren bestehende Vorrohr 10 ist über einen Flansch 11 mit einem Abgaskrümmer 12 verbunden, der an einem elastisch drehbar aufgehängten Motor 13 befestigt ist. Das andere Ende des Vorrohrs 10 ist mit einem zur nicht darge­ stellten Katalysatorbirne weisenden Hosenstück 14 verbunden.

Das Vorrohr 10 wird mittels des Hydroformverfahrens her­ gestellt. Bei diesem Verfahren werden zunächst Metallrohre durch mechanische Einformung, z. B. innerhalb eines Gesenks, bei welchem beide Gesenke durch eine Presse geschlossen wer­ den, grob so vorgeformt, daß bereits die Grundform des Vor­ rohres 10 erkennbar ist. Dieses Zwischenprodukt wird sodann in ein Gesenk eingelegt, dessen Gravur bereits die endgültige Form des Vorrohres 10 bestimmt. Das von dem Gesenk aufgenom­ mene Zwischenrohrprodukt wird sodann mittels einer hydrauli­ schen Druckflüssigkeit mit einem hohen hydrostatischen Innen­ druck beaufschlagt, hierdurch aufgeweitet und an die Gravur angeschmiegt, so daß das Vorrohr 10 im wesentlichen fertig vorliegt.

Wie Fig. 1 zeigt, weist das Vorrohr 10 Bereiche unter­ schiedlicher Krümmung auf.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des aus zwei Einzelrohren 19 und 20 bestehenden Vorrohres 10, wobei die kurzen Achsen des flachovalen Querschnitts mit x und die langen Achsen mit y bezeichnet sind. Die flachovalen Querschnitte verlaufen in den Krümmungsbereichen des Vorrohres 10 mit ihren kurzen Achsen x in Richtung der vom Motor 13 hauptsächlich erzeugten Schwingungen, damit das Vorrohr 10 in der Lage ist diese Schwingungen zu adsorbieren.

Fig. 5 zeigt dagegen einen Querschnitt durch die beiden Einzelrohre 19 und 20 bei dem y die kurze Achse und x die lange Achse des ovalen Querschnitts bezeichnet. Je nach Lage des flachovale Querschnitt des Vorrohres 10 im Koordinatensystem, ist der jeweilige Vorrohrbereich zur Aufnahme von Längs- bzw. Querschwingungen geeignet.

An den mit 16 und 17 gekennzeichneten Stellen des Vor­ rohres 10, an denen eine hohe Schwingungsbelastung unter­ schiedlicher Art auftritt, sind darüber hinaus die in Fig. 3 schematisch dargestellten Drehbereiche 18 angeordnet, in dem die Lage des flachovalen Querschnittes sich im Koordinaten­ system über den Längsverlauf des Vorrohres 10 verändert. Da­ bei wird der ovale bzw. flachovale Querschnitt des Vorrohres 10 übergangslos und geschmeidig um 90° gedreht, wobei dies durch die Querschnitte E, F, G dargestellt ist. Die Veränderung des Querschnittes vom liegend ovalen zum kreisförmigen und dann zum stehend ovalen Querschnitt erfolgt harmonisch, so daß die Wandung des Vorrohrs 10 keine Falten bzw. Knickungen aufweist.

Je nach technischer Notwendigkeit ist es darüber hinaus möglich, auch bei über dem Längsverlauf ständig sich verän­ dernden Querschnitt, die Innenquerschnittsfläche des Vorroh­ res 10 insgesamt aber immer konstant zu halten.

Allerdings ist es selbstverständlich auch denkbar, in einem bestimmten Bereich die Querschnittsfläche des Vorrohres 10 zu vergrößern, um die Abgasströmung zu verlangsamen.

Fig. 4 zeigt einige grundsätzliche Möglichkeiten zur Veränderung des Querschnittes eines Vorrohres 10. Während die in Flanschen 21 und 22 befestigten Bereiche des Vorrohres 10 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt A und D aufweisen, ist im dazwischenliegenden Bereich ein ovaler Querschnitt B und ein flachovaler Querschnitt C dargestellt, wobei der Strömungsquerschnitt jeweils derselbe sein soll.

Grundsätzlich ermöglicht die Herstellung des Vorrohrs 10 mittels des Hydroform-Verfahrens die Ausbildung desselben mit um wenigstens 25% gegenüber dem Stand der Technik reduzierter Wandstärke. Dies hat den Vorteil der deutlichen Verringerung der sogenannten "thermischen Masse" des Vorrohres 10, wodurch beim Betrieb eines Katalysators die Länge der Aufwärmungs­ phase verringert werden kann.

Im Bereich des Hosenrohres 14 können alternativ beide Einzelrohre 19 und 20 schweißtechnisch vorteilhaft hydrostatisch so vorgeformt werden, daß sie im Bereich eines jeweils tangential ausgeführten Schnitts passend gegeneinandergestellt werden können.

Des weiteren kann eines der beiden Rohre durchgehend bis zum Katalysator geführt werden. Der Anschluß des anderen Rohres kann dann an beliebiger Stelle im Bereich einer hydrostatisch ausgeformten und aufgeschnittenen Aushalsung erfolgen. Dazu wird ein Rohrende in die Aushalsung eingesteckt bzw. auf die Aushalsung gesteckt und angeschweißt. Mit dieser Art der Verbindung der beiden Rohre werden einige Schweißstellen eingespart.

Claims (9)

1. Schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors zur dauerhaften Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) hydrostatisch geformt ist und im wesentlichen ununterbrochen in unterschiedlicher Weise bogenförmig verläuft und einen ovalen Querschnitt aufweist, dessen kurze Querschnittsachse (y) jeweils in Biegerichtung angeordnet ist.

2. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Bereiche des Vorrohrs (10) unterschiedliche Radien aufweisen.

3. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Bereiche in unterschiedliche Richtungen weisen.

4. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) Bereiche (bei B und C) aufweist, die unterschiedlich oval geformt sind.

5. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) Bereiche aufweist, deren Umfänge voneinander abweichen.

6. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den gesamten Längsverlauf des Vorrohres (10) die Querschnittsfläche konstant ist.

7. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich über den gesamten Längsverlauf des Vorrohres (10) die Querschnittsfläche verändert.

8. Vorrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Vorrohr (10) Bereiche (18) aufweist, in denen sich die Orientierung des ovalen Querschnitts im Längsverlauf des Vorrohres (10) übergangslos um bis zu 90° dreht.

9. Vorrohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrohr (10) aus mindestens zwei Einzelrohren (19, 20) besteht, die nebeneinander bzw. untereinander geführt werden, und deren Verlaufs- sowie Querschnittsänderungen im wesentlichen identisch sind.