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AT509689A1 - Zylinderkopf-abgassammleranordnung - Google Patents

Zylinderkopf-abgassammleranordnung Download PDF

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AT509689A1
AT509689A1 AT4402010A AT4402010A AT509689A1 AT 509689 A1 AT509689 A1 AT 509689A1 AT 4402010 A AT4402010 A AT 4402010A AT 4402010 A AT4402010 A AT 4402010A AT 509689 A1 AT509689 A1 AT 509689A1
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Description

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Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf-Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Fianschfläche anschließenden Abgassammler bzw. Einlasssammler. Üblicherweise werden Abgassammler durch Schrauben am Zylinderkopf befestigt, wobei pro Auslasskanal mehrere Schrauben vorgesehen sind. Dies schränkt aber die Konstruktionsfreiheiten stark ein, da die Schrauben auch bei eingebauter Brennkraftmaschine zugänglich sein müssen. Durch die nötigen Schraubenfreigänge und den Arbeitsraum zum Ansetzen des Werkzeuges wird der Bauraum nachteilig beeinflusst.
Verschiedene Klemmlösungen für die Befestigung von Abgassammlern an Zylinderköpfen sind aus den Veröffentlichungen DE 10 2008 029 020 Al, DE 10 2007 002 825 Al, WO 09/003 668 Al, DE 10 2004 010 815 Al, DE 10 2004 037 865 Al, DE 102 51 771 Al, DE 44 30 339 Al, DE 195 10 718 Al, DE 196 53 908 Al, DE 42 05 454 Al oder DE 23 31 510 Al bekannt. Bei den meisten dieser Lösungen sind aber Schrauben zur Befestigung vorgesehen und relativ viel Montageraum erforderlich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine alternative Befestigungsmöglichkeit für den Abgaskrümmer bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf zu entwickeln, mit welcher der Montageaufwand verringert und Bauraum eingespart werden kann.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung wird der Abgassammler bzw. Einlasssammler mittels Klippverbindung, Schnappverbindung oder mittels zumindest eines Kniehebelspanneinrichtung am Zylinderkopf befestigt.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgassammler bzw. Einlasssammler parallel zur Flanschfläche in eine zylinderkopffeste Führung einschiebbar und durch zumindest eine Spannschraube fixierbar ist, wobei vorzugsweise die Führung durch Halteklauen oder Halteleisten gebildet ist.
Gemäß einer dritten Variante der Erfindung weist der Zylinderkopf zumindest eine zylinderfeste Halteklaue oder Halteleiste für den Abgassammler bzw. Einlasssammler auf, wobei an der der ersten Halteleiste gegenüberliegenden Seite des Abgassammlers bzw. Einlasssammler eine bewegliche Halteklaue oder Hal-teleiste vorgesehen Ist, welche über zumindest eine Spannschraube gegen eine Druckfläche des Abgassammlers bzw. Einlasssammler gepresst wird. « · • * - 2 -
Gemäß einer vierten Variante der Erfindung sind die Rohre des Abgassammler bzw. Einlasssammler über Bandschellen, vorzugsweise V-Bandschellen oder Straub-Schellen, an zylinderkopffesten Rohrstutzen befestigt.
Gemäß einer fünften Variante der Erfindung sind die Rohre des Abgassammlers in Auslasskanäle bzw. des Einlasssammler in Einlasskanäle des Zylinderkopfes eingepresst.
Gemäß einer sechsten Variante der Erfindung ist der Abgassammler bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf angeklebt.
Gemäß einer siebenten Variante der Erfindung ist der Abgassammler bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf angeschweißt. Das Schweißen kann beispielsweise durch Laserschweißen erfolgen.
Gemäß einer achten Variante der Erfindung Ist der Abgassammler bzw. Einlasssammler nur am Zylinderblock befestigt, beispielsweise angeschraubt.
Weiters kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer bzw. Einlasssammler ein flexibles Dichtungselement angeordnet Ist, wobei vorzugsweise das Dichtungselement zumindest abschnittsweise die Form eines Kugelsegmentes aufweist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer ersten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 2 diese Zyiinderkopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß der Linie II- 11 in Fig. 1, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 4 eine Schnappverbindung im Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 das Detail V aus Fig. 4, Fig. 6 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer dritten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt, Fig. 7 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer vierten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 8 die Zylinderkopf-Abgassammleranordnung aus Fig. 7 eine in einem Schnitt gemäß der Linien VIII - VIII in Fig. 7, Fig. 9 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer fünften Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, Fig. 10 diese Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß den Linien X - X in Fig. 9, Fig. 11 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassamm-leranordnung in einer sechsten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt, Fig. 12 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer siebenten Ausführungsvariante In einem Längsschnitt, Fig. 13 eine Abgassammler in dieser Ausführungsvariante in einer Ansicht auf die Flanschfläche, Fig. 14 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer achten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 15 diese Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß der Linie XV - XV in Fig. 14, Fig. 16 das Detail XVI aus Fig. 15, Fig. 17 eine erfindungsgemäße Zylin-derkopf-Abgassammleranordnung in einer neunten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 18 diese Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß der Linie XVIII - XVIII in Fig. 17, Fig. 19 und 20 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer zehnten Ausführungsvariante Längsschnitten quer zur Flanschfläche, Fig. 21 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer elften Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 22 diese Zylinder-kopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß der Linie XXII - XXII in Fig. 21, Fig. 23 diese Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einem Schnitt gemäß der Linie XXIII - XXIII in Fig. 21, Fig. 24 diese Zylinderkopf-Abgas-sammleranordnung in einer zwölften Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 23, Fig. 25 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranord-nung in einer dreizehnten Ausführungsvariante in einer Draufsicht auf die Flanschfläche, Fig. 26 diese Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer stirnseitigen Ansicht normal auf die Flanschfläche und Fig. 27 eine erfindungsgemäße Zylinderkopf-Abgassammleranordnung in einer vierzehnten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt normal auf die Flanschfläche.
Fig. 1 zeigt ein Detail eines Zylinderkopfes 1 in deiner Draufsicht auf die Flanschfläche 2 mit seitlich am Zylinderkopf 1 befestigtem Abgassammler 3, von welchen die Anschlussrohre 4 ausgehen. Sowohl der Zylinderkopf 1, als auch der Abgassammler 3 weist im Bereich der Anschlussfläche 2 eine Schulter la, 3a auf, wobei an den Schultern la, 3b Federklammern 5 angreifen, welche den Abgassammler 3 elastisch gegen den Zylinderkopf 1 pressen, wie in Fig. 2 dargesteilt ist.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen einen Ausführungsvariante, bei der der Abgassammler 3 über eine Schnappverbindung 6 am Zylinderkopf 1 befestigt ist. Die Anschlussrohre 4 des Abgassammlers 3 sind dabei zwischen zwei Auslasskanäien 7 über Stege 8 miteinander verbunden. Die Stege 8 werden durch jeweils eine Ktippver-bindung 6 gegen den Zylinderkopf 1 gedrückt. Alternativ dazu kann das Schnappverbindung 6 auch direkt am Flansch 3a des Abgassammlers 3 angreifen Jede Klippverbindung 6 weist eine Klammer 9 aus Federstahl auf, welche mittels einer Schraube 10 oder dergleichen am Zylinderkopf 1 beweglich befestigt ist. Der Zylinderkopf 1 weist auf der der Schraube 10 abgewandten Seite des Steges 8 des Abgassammlers 3 eine hakenartige Nase 11 auf, in welche das hakenartige Ende 9a der Klammer 9 eingerastet werden kann. Die unter Vorspannung stehende Klammer 9 presst den Abgassammler 3 gegen den Zylinderkopf 1. - 4 -
Bet den in Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungen ist der Abgassammler 3 über eine Schnappverbindung 18 mit dem Zylinderkopf 1 verbunden. Die Schnappverbindung weist ein Klemmelement 19, beispielsweise aus Federstahl, auf, welches über eine Schraube 10 am Zylinderkopf 1 montiert ist. Der Abgassammler 3 ist im Bereich der Stege 8 zwischen zwei Auslasskanälen 7 Öffnungen 8a auf, welche über die Klemmelemente 19 gedrückt werden, bis Klemmhaken 19a der Klemmelemente 19 auf Schulter 3c des Abgassammlers 3 einrasten. Um die Haltekräfte zu verstärken, können die Klemmhaken 19a über eine Spannschraube 17 auseinandergedrückt werden, wodurch zusätzliche Haltekräfte auf die Rampen 3c' der Schultern einwirken.
In den Fig. 9 und 10 ist eine AusführungsVariante der Erfindung dargestellt, bei der der Abgassammler 3 über einem Kniehebelspanneinrlchtung 12 am Zylinderkopf befestigt ist. Die Kniehebelspanneinrlchtung 12 weist dabei zwei Nockenwellen 13 mit mehreren Anpressnocken 14 auf, welche Nockenwellen 12 in zylinderfesten Aufnahmen 15 schwenkbar gelagert sind. Zumindest an einem Ende 13a jeder Nockenwelle 13 Ist ein Spannhebel 16 fest mit dieser verbunden, wobei der Spannhebel 16 über Spannschrauben 17 niedergespannt werden kann. Die Anpressnocken greifen an den Flanschen 3a des Abgassammlers 3 an und pressen diesen gegen den Zylinderkopf 1.
In Fig. 11 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der der Zylinderkopf 1 an zwei diametral bezüglich der Auslasskanalöffnung 7a der Einlasskanäle angeordneten Seiten Halteklauen 20, 21 aufweist, welche eine schienenartige Führung für die Abgassammler 3 bilden. Der Abgassammler 3 wird in Längsrichtung des Zylinderkopfes 1 in der Ebene der Flanschfläche 22 zwischen den oberen und unteren Halteklauen 20, 21 eingeschoben, welche ähnlich einer Bajonettverbindung fungieren. Die Halteklauen 20, 21 weisen rampenartig bezüglich der Flanschfläche 22 geneigte Anpressflächen 20a, 21a auf, auf welchen korrespondierende Druckflächen 23, 24 des Abgassammlers 3 aufliegen. Über eine sich an einer zylinderkopffesten Halteklaue 21 abstützende Spannschraube 10 wird der Abgassammler 3 nach oben gezogen, wodurch die Druckflächen 23, 24 gegen die Druckflächen 20a, 21a der Halteklauen 20, 21 gepresst werden. Auf Grund der rampenartigen Neigung der Anpressflächen 20a, 21a wird der Abgassammler gegen die Flanschfläche 22 des Zylinderkopfes 1 gepresst. Mit Bezugszeichen 25 ist eine Dichtung angedeutet. Fig. 12 zeigt eine weiter Variante von Fig. 11, wobei an Stelle der zylinderkopffesten Halteklaue 21 eine bewegliche Halteklaue 26 oder Halteleiste über eine am Zylinderkopf 1 angreifende Spannschraube 10 gegen den Flansch 3a des Abgassammlers 3 gepresst wird. Die Anpressfläche 26a der Halteklaue 26 oder Halteleiste liegt dabei auf der Druckfläche 24 des Abgassammlers 3 auf. Die Anpressfläche 26a der Halteklaue 26 ist rampenartig geneigt bezüglich der Flanschfläche 22 ausgebildet, wodurch der Auslasssammler 3 nach unten gegen eine in Fig. 12 nicht weiter ersichtliche untere Halteklaue, sowie gegen die auf der Flanschfiäche 22 angeordnete Dichtung 25 gepresst wird. In Fig. 13 ist die Lage der Halteklauen 20, 21 bzw. 26 bei einem Abgassammler 3 für vier Auslasskanäle 7 dargestellt. Wie ersichtlich, genügen jeweils zwei Halteklauen im oberen Flanschbereich und zwei Halteklauen im unteren Flanschbereich.
Wie in den Fig. 14 bis 18 dargestellt ist, kann die Verbindung zwischen Abgassammler 3 und Zylinderkopf 1 auch durch Bandschellen 27, 28 erfolgen, wobei die Anschlussrohre 4 des Abgassammlers 3 an zyiinderfeste Rohrstutzen 29 angeschlossen und mit den Bandschellen 27, 28 fixiert sind. In Fig. 14 bis 16 werden als Bandschellen 27 V-Bandschellen verwendet, bei den Ausführungen nach Fig. 17 und 18 hingegen sogenannte Straubschellen, welche den Vorteil haben, dass sie tolerant sind hinsichtlich unterschiedlichen Längenänderungen zwischen Zylinderkopf 1 und Abgassammler 3. Im Falle des Einsatzes von V-Bandschellen 27 müssen die Flanschbereiche 29a, 4a der Rohrstutzen 29 und der Anschlussrohre 4 abgewinkelt ausgeführt sein, wie in Fig. 16 dargestellt ist. Straubschellen 28 machen eine größere Flanschbreite erforderlich, wie in Fig. 18 angedeutet ist.
Der Abgassammler 3 kann aber auch durch Pressverbindung 29 am Zylinderkopf 1 befestigt sein, wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist. Dabei sind die Anschlussrohre 4 in die Auslasskanäle 7 des Zylinderkopfes 1 eingepresst. Die Anschlussrohre 4 werden im kalten Zustand in die Einlasskanäle 4 eingeführt. Im Betriebswarmen Zustand dehnen sich die Anschlussrohre 4 und dichten gegenüber den Einlasskanälen 7 des Zylinderkopfes ab. Um ein unbeabsichtigtes Lösen zu verhindern, kann das Ende 4a des Anschlussrohres 4 eine Erweiterung 30 aufweisen, welche von einer korrespondierenden Erweiterung 31 des Einlasskanals 7 im Betriebswarmen Zustand aufgenommen wird. Somit ergibt sich im Bereich der Flanschfläche 22 ein Formschluss 32.
Des weiteren kann der Abgassammler 3 mit dem Zylinderkopf 1 durch eine Klebeverbindung 33 verbunden sein. Dabei wird an Stelle der Dichtung ein geeignetes Klebemittel 40 eingesetzt. Um zu verhindern, dass Klebemittel in den Einlasskanal 7 gelangt, kann der Zylinderkopf 1 im Bereich der Flanschfläche 22 eine kragenartige Erhebung 34 aufweisen, welche mit einer korrespondierenden Vertiefung 35 des Abgassammters 3 zusammenwirkt. Weiters kann eine ringförmige Kammer 36 vorgesehen sein. Die Erhebung 34 und die Kammer 36 ermöglichen die Abfuhr von überschüssigem Klebemittel und bilden gleichzeitig eine thermische Blockade und einen Schutz für das Klebemittel. Zur Zentrierung des Abgassammlers 3 kann zumindest ein Zentrierzapfen 37 vorgesehen sein, welcher in eine Passbohrung 38 des Zylinderkopfes 1 eingreift. Der Zentrierzapfen 37 kann mit einer Entlüftungsbohrung 39 versehen sein.
Die Fig. 25 und 26 zeigen einen auf einem Motorblock 41 einer Brennkraftmaschine befestigten Zylinderkopf 1 mit einem Abgassammier 3, welcher über Befestigungsmittel 42, beispielsweise Befestigungsschrauben, nur am Motorblock 41 fixiert ist. Mit T ist eine Abgasturbine und mit C ein Lader bezeichnet. Am Zylinderkopf 1 erfolgt keine Befestigung des Abgassammlers 3. Diese Ausführung bedingt, dass der Abgassammler 3 über ein flexibles Dichtungseiement 43 mit den Auslasskanälen 7 verbunden ist. Ein solch ein flexibles Dichtungselement 43 ist In Fig. 27 gezeigt. Wesentlich ist, dass das Dichtungselement 43 Relativbewegungen zwischen Zylinderkopf 1 und Abgassammler 3 ausgleichen kann. Dies gelingt am besten, wenn das Dichtungselement 42 zumindest abschnittsweise die Form eines Kugelsegmentes aufweist.

Claims (10)

  1. - 7 - PATENTANSPRÜCHE 1. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler mittels Klippverbindung (6), Schnappverbindung (18) oder mittels zumindest eines Kniehebelspanneinrichtung (12) am Zylinderkopf (1) befestigt ist.
  2. 2. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler parallel zur Flanschfläche (2) in eine zylinderkopffeste Führung einschiebbar und durch zumindest eine Spannschraube (10) fixierbar ist, wobei vorzugsweise die Führung durch Halteklauen (20, 21) oder Halteleisten gebildet ist.
  3. 3. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) zumindest eine zylfn-derfeste Halteklaue (20) oder Halteleiste für den Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler aufweist und dass an der der ersten Halteklaue (20) oder Halteleiste bezüglich der Auslasskanalöffnung (7a) bzw. Einlassöffnung diametral gegenüberliegenden Seite der Flanschfläche (2) eine bewegliche Halteklaue (26) oder Halteleiste vorgesehen ist, welche über zumindest eine Spannschraube (10) gegen eine Druckfiäche (24) des Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler gepresst ist.
  4. 4. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammieranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussrohre (4) des Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler über Bandschellen (27, 28), vorzugsweise V-Bandschellen oder Straub-Schellen, an zylinderkopffesten Rohrstutzen (29) befestigt sind.
  5. 5. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest ei- nem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussrohre (4) des Abgassammlers (3) in Auslasskanäle (7) bzw. des Einlasssammlers in Einlasskanäle des Zylinderkopfes (1) eingepresst sind.
  6. 6. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf (1) angeklebt ist.
  7. 7. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Elnlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf (1) angeschweißt ist.
  8. 8. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler nur am Zylinderblock (1) befestigt ist.
  9. 9. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylinderkopf (1) und Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler ein flexibles Dichtungselement (43) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das flexible Dichtungselement (43) zumindest abschnittsweise die Form eines Kugelsegmentes aufweist.
  10. 10. Zylinderkopf-Abgassammleranordnung oder Zylinderkopf- Einlasssammleranordnung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem an eine Flanschfläche (2) des Zylinderkopfes (1) anschließenden Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (3) bzw. Einlasssammler schraubenlos mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist.
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