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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur für Auspuffrohre
eines Motors und insbesondere eine Verbindungsstruktur zwischen
einer Mehrzahl von parallelen stromaufwärtigen Auspuffrohren, welche
stromabwärts
eines Auspuffkrümmers
angeordnet sind, und einer Mehrzahl von parallelen stromabwärtigen Auspuffrohren,
welche derart angeordnet sind, dass sie jeweils den stromaufwärtigen Auspuffrohren
entsprechen.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Üblicherweise
war bei Auspuffrohren eines Kraftfahrzeugmotors allgemein eine Auspuffrohrverbindungsstruktur
bekannt, welche einen ersten Verbindungsflansch und einen zweiten
Verbindungsflansch hat. Der erste Verbindungsflansch ist mit Begrenzungen
von stromabwärtigen
Endabschnitten einer Mehrzahl von parallelen stromaufwärtigen Auspuffrohren
derart verbunden, dass er sich über
die stromabwärtigen
Endabschnitte der stromaufwärtigen
Auspuffrohre erstreckt. Der zweite Verbindungsflansch ist mit Begrenzungen
von stromaufwärtigen Endabschnitten
einer Mehrzahl von parallelen stromabwärtigen Auspuffrohren, welche
derart angeordnet sind, dass sie jeweils den stromaufwärtigen Auspuffrohren
entsprechen, in einer solchen Weise verbunden, dass er sich über die
stromaufwärtigen
Endabschnitte der stromabwärtigen
Auspuffrohre erstreckt. Ferner sind eine Mehrzahl von sphärischen Verbindungen
zwischen den zwei Verbindungsflanschen vorgesehen, um die stromabwärtigen Enden der
stromaufwärtigen
Auspuffrohre mit jeweiligen stromaufwärtigen Enden der stromabwärtigen Auspuffrohre
luftdicht zu verbinden. Jede der sphärischen Verbindungen umfasst
eine ringförmige
Dichtungseinheit mit einer zentralen Öffnung für einen Durchgang von Abgas,
wobei jede ringförmige
Dichtungseinheit an Ort und Stelle zwischen dem ersten und dem zweiten
Verbindungsflansch gehalten ist. Darüber hinaus sind an einem der
Verbindungsflansche sphärische
Lagerflächen
derart ausgebildet, dass sie in einen verschiebbaren sphärischen
Kontakt mit jeweiligen sphärischen
Abschnitten gebracht sind, welche auf einer Seite von jeder ringförmigen Dichtungseinheit
ausgebildet sind, um die zentrale Öffnung zu umgeben. Zusätzlich ist
ein elastisches Haltemittel zwischen den zwei Verbindungsflanschen vorgesehen,
um die sphärischen
Lagerflächen
elastisch gegen die sphärischen
Abschnitte der ringförmigen
Dichtungseinheiten zu drücken
(siehe beispielsweise 2 der JP-A-9-144534).
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Bei
dieser herkömmlichen
Struktur können die
stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander um eine Achse gebogen werden, welche
die sphärischen
Mittelpunkte der jeweiligen sphärischen
Verbindungen verbindet und die Struktur kann vorteilhaft sein, das
Schwingen eines Motors in einer speziellen Richtung mit wenig Aufwand
zu gestatten, oder vorteilhaft sein, die Übertragung von Motorschwingungen
auf einen Auspufftopf oder Auspufftöpfe zu verhindern.
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Bei
der herkömmlichen
Struktur sind die ersten und zweiten Verbindungsflansche integral
mit der Mehrzahl von sphärischen
Verbindungen derart ausgebildet, dass sie sich darüber erstrecken.
Beispielsweise umfasst der zweite Verbindungsflansch sphärische Lagerflächen zum
Halten der sphärischen
Verbindungen. Die herkömmliche
Struktur kann vorteilhaft sein, die Anzahl an zu verwendenden Bauteilen zu
reduzieren, aber die ringförmigen
Dichtungseinheiten passen jeweils ohne Spiel auf die Begrenzungen
der Endabschnitte der Auspuffrohre, welche sich von dem ersten Verbindungsflansch – welcher
keine sphärische
Lagerfläche
hat – aus
erstrecken. Da die Auspuffrohre derart angebracht sind, dass keine
Verschiebung der ringförmigen
Dichtungseinheiten erlaubt ist – in
einer Richtung senkrecht zu den Achsen der Auspuffrohre – relativ
zu den Lagerflächen
der Verbindungsflansche und/oder da die Rohre in einem Zustand angebracht
sind, in welchem ihre Mittelachsen festgelegt sind, ergeben sich
daher die folgenden Probleme.
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Wenn
infolge der Produktionstoleranz ein Abstand zwischen den Mittelpunkten
von jeweiligen Befestigungspositionen der Mehrzahl von stromaufwärtigen Auspuffrohren
an dem ersten Verbindungsflansch nicht einem Abstand zwischen den
Mittelpunkten von jeweiligen Befestigungspositionen der Mehrzahl
von stromabwärtigen
Auspuffrohren an dem zweiten Verbindungsflansch entspricht, müssen die
Dichtungseinheiten ungleichmäßige Lasten
tragen, so dass sie einer großen,
seitlichen, anormalen Spannungsverformung (Belastungsverformung)
ausgesetzt sind. Die große
Spannungsverformung resultiert aus der Lage der Dichtungseinheit
zwischen den Endabschnitten der Auspuffrohre, an welchen die Dichtungseinheiten
angebracht sind, und der den Dichtungseinheiten entsprechenden sphärischen
Lagerfläche.
Diese große
Spannungsverformung führt zu
einem Risiko eines Abgasaustritts. Um das oben beschriebene Problem
zu vermeiden, welches durch den Abstandsunterschied zwischen den
Mittelpunkten von Befestigungspositionen verursacht wird, ist zusätzlich eine
hohe Genauigkeit für
die Herstellung sowohl der stromaufwärigen als auch stromabwärtigen Auspuffrohre
verlangt. Und das Erfordernis einer hohen Genauigkeit führt zu einer
Produktionskostenzunahme.
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Im
Hinblick auf die Lösung
des obigen Problems beschreibt die JP-A-9-317461 eine Verbindungsstruktur,
bei der einer der Verbindungsflansche – der eine, welcher die sphärischen
Lagerflächen
hat – mit
separaten Bauteilen für
die jeweiligen sphärischen
Lagerflächen
ausgebildet ist, während
der andere Verbindungsflansch ein integrales Bauteil bleibt, welches
gemeinsam für
die Mehrzahl von sphärischen
Verbindungen verwendet wird. Um jedoch die Anzahl und das Gewicht
an erforderlichen Bauteilen zu reduzieren und um Produktionskosten
zu reduzieren, ist es wünschenswert,
dass jeder der Verbindungsflansche als ein Teil, welches sich über die Mehrzahl
von sphärischen
Verbindungen erstreckt, ausgebildet ist.
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Die
JP-A-9-229263 offenbart eine Verbindungsstruktur für ein einzelnes
Auspuffrohr, in welchem eine Dichtungseinheit von dem Auspuffrohr
beabstandet ist, um zu vermeiden, dass die Dichtungseinheit heißen Abgasen
ausgesetzt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Verbindungsstruktur für Auspuffrohre vorgesehen, umfassend:
eine Mehrzahl von stromaufwärtigen Auspuffrohren,
welche stromabwärtige
Endabschnitte mit Begrenzungen umfassen;
einen ersten Verbindungsflansch;
welcher mit den Begrenzungen der stromabwärtigen Endabschnitte der stromaufwärtigen Auspuffrohre
verbunden ist;
eine Mehrzahl von stromabwärtigen Auspuffrohren, welche
derart angeordnet sind, dass sie jeweils den stromaufwärtigen Auspuffrohren
entsprechen, wobei die Mehrzahl von stromabwärtigen Auspuffrohren stromaufwärtige Endabschnitte
mit Begrenzungen umfassen;
ein zweites Verbindungsflanschmittel,
welches mit den Begrenzungen der stromaufwärtigen Endabschnitte der stromabwärtigen Auspuffrohre
verbunden ist; und
eine Mehrzahl von sphärischen Verbindungen, welche
zwischen dem ersten Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflanschmittel
angeordnet sind, um die stromabwärtigen
Endabschnitte der stromaufwärtigen
Auspuffrohre mit den stromaufwärtigen
Endabschnitten der entsprechenden stromabwärtigen Auspuffrohre jeweils
luftdicht zu verbinden, wobei jede der sphärischen Verbindungen umfasst:
eine
ringförmige
Dichtungseinheit mit einer zentralen Öffnung für einen Durchgang von Abgas,
einem sphärischen
Abschnitt auf einer Seite der ringförmigen Dichtungseinheit und
einer ebenen Fläche
auf der anderen Seite der ringförmigen
Dichtungseinheit, wobei die ringförmige Dichtungseinheit zwischen dem
ersten Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflanschmittel
gehalten ist;
eine sphärische
Lagerfläche,
welche an einem von dem ersten Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflanschmittel
derart ausgebildet ist, dass sie in einen sphärischen Gleitkontakt mit dem
sphärischen
Abschnitt bringbar ist, welcher auf der einen Seite von den ringförmigen Dichtungseinheiten
ausgebildet ist, wobei die sphärische
Lagerfläche
die zentrale Öffnung
umgibt; und
eine ebene Lagerfläche, welche an dem anderen
von dem ersten Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflanschmittel
ausgebildet ist, wobei die ebene Lagerfläche die ebene Fläche der
ringförmigen
Dichtungseinheit kontaktiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes stromaufwärtige
Auspuffrohr von der Innenumfangsfläche der jeweiligen ringförmigen Dichtungseinheit
beabstandet ist, wodurch die ebene Lagerfläche relativ zu der ebenen Fläche in einer
Richtung schräg
zu Längsachsen der
Auspuffrohre verschiebbar ist, welche mit dem anderen von dem ersten
Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflanschmittel verbunden sind
und wobei das zweite Verbindungsflanschmittel ein einzelner zweiter
Verbindungsflansch ist, welcher sich um jedes der Mehrzahl von stromabwärtigen Auspuffrohre
erstreckt.
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Wenn
eine Verbindungsstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung zusammengebaut wird, wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten
von Befestigungspositionen der Mehrzahl von jeweiligen stromaufwärtigen Auspuffrohren
mit dem ersten Verbindungsflansch nicht dem Abstand zwischen den Mittelpunkten
von Befestigungspositionen der Mehrzahl von jeweiligen stromabwärtigen Auspuffrohren mit
dem zweiten Verbindungsflansch entspricht – infolge von Produktionsfehlern
oder dgl. – wird
die Mehrzahl an ringförmigen
Dichtungseinheiten an Ort und Stelle zwischen den zwei Verbindungsflanschen gehalten,
sodass die ebenen Seiten der jeweiligen Dichtungseinheiten auf den
ebenen Lagerflächen des
anderen Verwindungsflansches gleiten können, ohne irgendeine Beanspruchung.
Daher ist es möglich,
effektiv zu verhindern, dass die Dichtungseinheiten unausgeglichenen
Querbelastungen zwischen den zwei Verbindungsflanschen ausgesetzt
werden und dadurch spannungsverformt werden. Daher ist es weniger
wahrscheinlich, dass die Verbindungsstruktur der Auspuffrohre gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Gasleck hat und für
die Produktion der Verbindungsflansche und Auspuffrohre ist keine hohe
Fertigungsgenauigkeit erforderlich.
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Zusätzlich kann
der erste Verbindungsflansch auch integral derart ausgebildet sein,
dass er sich über
die Mehrzahl von sphärischen
Verbindungen erstreckt, wodurch die Anzahl an Bauteilen reduziert
wird, und folglich wird auch das Gewicht und die Kosten der Verbindungsstruktur
reduziert.
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Infolge
der Gleitverlagerung der jeweiligen ringförmigen Dichtungseinheiten auf
den ebenen Lagerflächen
des anderen Verbindungsflansches können sich darüber hinaus
die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander biegen. D.h. die stromaufwärtigen und
stromabwärtigen Auspuffrohre
können
sich relativ zueinander um die Achse biegen, welche die sphärischen
Mittelpunkte der sphärischen
Verbindungen verbindet. Die Achse, welche die sphärischen
Mittelpunkte der sphärischen Lagerflächen verbindet,
kann in verschiedenen Richtungen längs der ebenen Lagerflächen relativ
zu dem anderen Verbindungsflansch verlagert werden, wodurch sich
selbst dann, wenn die Kippachse oder Rollachse des Motors verlagert
ist, die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander biegen können. Diese Biegung ist wichtig, da
die Kipp- oder Rollachse des Motors in Reaktion auf eine Änderung
des Betriebszustands, beispielsweise wenn eine Antriebsreaktionskraft
erzeugt wird, eine Gewichtsänderung
des Motors selbst in Verbindung mit einer Änderung des Ölvolumens
darin oder wenn das Fahrzeug geneigt wird, verlagert werden kann.
Da sich die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander gemäß einer solchen Verlagerung
biegen können,
ist es möglich, die
Kipp- und Rollverlagerung des Motors ohne Beanspruchung effektiv
zu absorbieren.
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Für jede sphärische Verbindung
kann ein erweiterter ringförmiger
Abschnitt integral an einem von den stromaufwärtigen Auspuffrohren, den stromabwärtigen Auspuffrohren,
dem ersten Verbindungsflansch und dem zweiten Verbindungsflansch
ausgebildet sein, wobei der erweiterte ringförmige Abschnitt in der zentralen Öffnung angeordnet
ist, ein diametraler Spalt zwischen einer Außenumfangsfläche des
erweiterten Abschnitts und einer Innenumfangsfläche der zentralen Öffnung ausgebildet
ist und der diametrale Spalt die Verschiebebewegung der ringförmigen Dichtungseinheit
erlaubt.
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Gemäß diesem
Merkmal verhindert der Wärmeabschirmungseffekt
der erweiterten Abschnitte, dass die ringförmigen Dichtungseinheiten dem
Abgas ausgesetzt werden und folglich unterdrücken sie die frühzeitige
Qualitätsminderung
derselben durch Wärme.
Jedoch können
selbst mit den so vorgesehenen ringförmigen erweiterten Abschnitten
die Dichtungseinheiten für
eine Verlagerung ohne Schwierigkeit gleiten, da ihre ebenen Seiten
mit den ebenen Lagerflächen
von dem anderen Verbindungsflansch im Eingriff sind und sie durch
die erweiterten Abschnitte nicht behindert werden.
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Ein
zylindrisches Wärmeabschirmungselement
kann in eine Innenumfangsfläche
der zentralen Öffnung
der ringförmigen
Dichtungseinheit eingesetzt und an dieser befestigt sein, wobei
ein Raum benachbart einer Innenumfangsseite des Wärmeabschirmungselements
vorgesehen ist, wobei der Raum die Verschiebebewegung der ringförmigen Dichtungseinheit
erlaubt.
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Gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung müssen die erweiterten Abschnitte
nicht immer an den Verbindungsflanschen oder den Auspuffrohren vorgesehen
sein, um auf diese Weise den Grad an Freiheit beim Design der Bauteile
zu erhöhen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich,
wobei gleiche Bezugszahlen überall
in den verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Teile
bezeichnen und wobei:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht ist, welche ein Hauptteil einer
ersten Ausführungsform
eines Auspuffsystems für
einen Kraftfahrzeugmotor, bei welchem die Erfindung angewendet wird,
zeigt;
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
längs der
Linie II-II in 1 ist;
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3 eine
Schnittansicht längs
der Linie III-III in 2 ist;
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4 eine
vergrößerte Ansicht
in einer durch einen Pfeil IV in 2 bezeichneten
Richtung gesehen ist; und
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5 eine
vergrößerte Schnittansicht ähnlich der 2 ist,
welche jedoch eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Art und Weise zur Durchführung
der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf in den beigefügten Zeichnungen
gezeigte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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In
den beigefügten
Zeichnungen zeigen die 1 bis 4 eine in
einem Kraftfahrzeugmotorauspuffsystem enthaltene erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Als Erstes umfasst, wie in 1 gezeigt,
ein Kraftfahrzeugmotorauspuffkrümmersystem
Ex einen Auspuffkrümmer
M, ein Auspuffrohr E, welches dafür bestimmt ist, mit einem stromabwärtigen Ende
des Krümmers
M verbunden zu werden, und einen Abgaskatalysator C, welche in Reihe
längs der
Länge des
Auspuffrohrs E angeordnet sind. Ferner umfasst das Auspuffkrümmersystem einen
Auspufftopf (nicht gezeigt) stromabwärts von dem Abgaskatalysator
C.
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Der
Auspuffkrümmer
M umfasst einen Krümmerhauptkörper (nicht
gezeigt), welcher eine Mehrzahl von Auspuffkrümmerköpfen hat, welche mit einer
Mehrzahl von Auslassöffnungen
des Motors verbunden sind. Ferner umfasst der Auspuffkrümmer M eine
Mehrzahl (zwei in dem veranschaulichten Beispiel) von Sammelauspuffrohren 1a, 1b,
welche dazu bestimmt sind, mit dem Krümmerhauptkörper verbunden zu sein, um
die jeweiligen Auspuffkrümmerköpfe an stromabwärtigen Enden
davon zu vereinigen. Die Sammelauspuffrohre 1a, 1b sind
parallel zueinander angeordnet und bilden stromaufwärtige Auspuffrohre
der Erfindung.
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Zusätzlich umfasst
das Auspuffrohr E stromaufwärts
des Abgaskatalysators C eine Mehrzahl (zwei in dem veranschaulichten
Beispiel) von ersten Auspuffrohren 2a, 2b, welche
parallel derart angeordnet sind, dass sie jeweils den Sammelauspuffrohren 1a, 1b entsprechen.
Ferner umfasst dieser Abschnitt des Auspuffrohrs E ein einzelnes
zweites Auspuffrohr 2c, welches mit einem stromabwärtigen Vereinigungsabschnitt
kontinuierlich ist, wo die ersten Auspuffrohre 2a, 2b miteinander
vereinigt sind. Die ersten Auspuffrohre 2a, 2b bilden
stromabwärtige Auspuffrohre
der Erfindung. Die ersten Auspuffrohre 2a, 2b (welche
die stromabwärtigen
Auspuffrohre sind) und die Sammelauspuffrohre 1a, 1b (welche
die stromaufwärtigen
Auspuffrohre sind) sind lösbar
miteinander durch einen Rohrverbindungsmechanismus gemäß der Erfindung
verbunden, welcher zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Auspuffrohren
angeordnet ist.
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Ein
einzelner gemeinsamer erster Verbindungsflansch F1 ist nämlich integral – durch
ein Sicherungsmittel, wie z.B. Schweißen – mit Begrenzungen der stromabwärtigen Endabschnitte
der Sammelauspuffrohre 1a, 1b derart verbunden,
dass er sich über
die Begrenzungen der stromabwärtigen Endabschnitte
erstreckt. In ähnlicher
Weise ist ein einzelner gemeinsamer zweiter Verbindungsflansch F2
integral – durch
ein Sicherungsmittel, wie z.B. Schweißen – mit Begrenzungen von stromaufwärtigen Endabschnitten
der ersten Auspuffrohre 2a, 2b derart verbunden,
dass er sich über
die Begrenzungen der stromaufwärtigen Endabschnitte
erstreckt. Die stromaufwärtigen
Endabschnitte der ersten Auspuffrohre entsprechen jeweils den stromabwärtigen Enden
der Sammelauspuffrohre 1a, 1b.
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Zusätzlich sind
in dem veranschaulichten Beispiel die Sammelauspuffrohre 1a, 1b jeweils
mit einer Doppelrohrkonstruktion ausgebildet, welche ein inneres
Rohr 1i und ein das innere Rohr 1i umgebendes äußeres Rohr 1o umfasst,
wobei ein bestimmter ringförmiger
Spalt dazwischen vorgesehen ist. Eine Mehrzahl von Abstandhaltern 3 sind
in Umfangsrichtung und axial an dem Innenumfang des äußeren Rohrs 1o in
geeigneten Intervallen derart befestigt, dass sie in einen verschiebbaren
Eingriff mit dem inneren Rohr 1i gebracht werden, um einen
konstanten Spalt zwischen dem äußeren Rohr 1o und
dem inneren Rohr 1i beizubehalten. Dann sind Montagelöcher 4a, 4b parallel
in dem ersten Verbindungsflansch F1 geöffnet, sodass die Außenumfänge der
stromabwärtigen
Endabschnitte der äußeren Rohre 1o hinein passen.
Eine luftdichte Verbindung – welche
ein Sicherungsmittel, wie z.B. Schweißen oder dgl. verwendet – ist zwischen
den Montagelöchern 4a, 4b und
den äußeren Rohren 1o, 1o vorgesehen.
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Andererseits
ist auch jedes der ersten Auspuffrohre 2a, 2b und
das zweite Auspuffrohr 2c mit einer Doppelrohrkonstruktion
ausgebildet, bei der jedes Auspuffrohr von einem inneren Rohr 2i und
einem das innere Rohr 2i umgebenden äußeren Rohr 2o gebildet
ist, wobei ein bestimmter ringförmiger Spalt
zwischen ihnen vorgesehen ist. In dem veranschaulichten Beispiel
sind insbesondere die ersten Auspuffrohr-Außenrohre 2o, ausgenommen
an ihren stromaufwärtigen
Endabschnitten, integral miteinander verbunden und stromabwärtige Endabschnitte der
ersten Auspuffrohr-Außenrohre 2o sind
integral mit einem Außenrohr 2o des
zweiten Auspuffrohrs 2c verbunden.
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Die
Verwendung der inneren und äußeren Doppelrohrkonstruktion
der jeweiligen Auspuffrohre 1a, 1b, 2a, 2b, 2c dient
dazu, die Temperaturzunahme im Inneren des Motorraums effektiv zu
unterdrücken,
wodurch die Wärmebeschädi gung der
Motorbauteile und ihrer Zubehörteile
begrenzt werden kann. Jedoch kann je nach Bedarf zusätzlich eine Wärmeabschirmungsabdeckung
an der Außenseite der
jeweiligen Auspuffrohre vorgesehen sein.
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Die
stromaufwärtigen
Enden der jeweiligen äußeren Rohre 2o – der ersten
Auspuffrohre 2a, 2b – sind radial einwärts verengt,
sodass sie jeweils an die Außenumfänge der
stromaufwärtigen
Enden der entsprechenden inneren Rohre 2i geschweißt werden können. Montagelöcher 5a, 5b sind
in dem zweiten Verbindungsflansch F2 angeordnet und nehmen darin
die Außenumfänge der
stromaufwärtigen
Endabschnitte der jeweiligen äußeren Rohre 2o der
ersten Auspuffrohre 2a, 2b auf. Eine luftdichte
Verbindung – welche
ein Sicherungsmittel, wie z.B. Schweißen, verwendet – ist jeweils
zwischen den Montagelöchern 5a, 5b und
den äußeren Rohren 2o, 2o der ersten
Auspuffrohre 2a, 2b vorgesehen.
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Eine
Mehrzahl (beispielsweise ein Paar wie in dem veranschaulichten Beispiel)
von sphärischen Verbindungen
Ja, Jb sind zwischen den stromabwärtigen Enden der Sammelauspuffrohre 1a, 1b und
den stromaufwärtigen
Enden der Mehrzahl von ersten Auspuffrohren 2a, 2b vorgesehen.
Die stromaufwärtigen
Enden der ersten Auspuffrohre 2a, 2b entsprechen
den stromabwärtigen
Enden der Sammelauspuffrohre 1a, 1b, um eine luftdichte
Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsflansch
F1, F2 vorzusehen.
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Die
sphärischen
Verbindungen Ja, Jb umfassen ringförmige Dichtungseinheiten Sa,
Sb, ringförmige
und sphärische
Lagerflächen
f2 und elastische Haltemittel H. Die ringförmigen Dichtungseinheiten Sa,
Sb sind aus einem wärmebeständigen Material, wie
z.B. Carbon, ausgebildet. Ebenso besitzen die ringförmigen Dichtungseinheiten
Sa, Sb jeweils eine zentrale Öffnung
O für einen
Durchgang von Abgas, haben jeweils einen ringförmigen sphärischen Abschnitt s2, welcher
an einer Seite davon ausgebildet ist, um die zentrale Öffnung O
zu umgeben, und sind zwischen den jeweiligen ersten und zweiten
Verbindungsflanschen F1, F2 gehalten. Zusätzlich umfassen die ringförmigen Dichtungseinhei ten
Sa, Sb Seiten s1, welche den Seiten gegenüberliegen, an welchen die ringförmigen sphärischen
Abschnitte s2 ausgebildet sind und welche eben sind. Die ringförmigen und
sphärischen
Lagerflächen
f2 sind in dem zweiten Verbindungsflansch F2 ausgebildet, um in
einen sphärischen
Verschiebekontakt mit den ringförmigen
sphärischen
Abschnitten s2 gebracht zu werden, welche an den ringförmigen Dichtungseinheiten Sa,
Sb ausgebildet sind. Das elastische Haltemittel H ist zwischen den
zwei Verbindungsflanschen F1, F2 vorgesehen, um die Lagerflächen f2
elastisch gegen die sphärischen
Abschnitte s2 der ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb zu drücken.
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Das
elastische Haltemittel H umfasst Paare von Durchgangslöchern h1,
h2, ein Paar von Muttern N, ein Paar von Bolzen B und ein Paar von
Federn 6. Die Paare von Durchgangslöchern h1, h2 sind jeweils in
Endabschnitten des ersten Verbindungsflansches F1 und des zweiten
Verbindungsflansches F2 ausgebildet. Die Muttern N sind an einem
der Verbindungsflansche (welcher der erste Verbindungsflansch F1
in dem veranschaulichten Beispiel ist) in einer solchen Weise befestigt,
dass sie den so darin ausgebildeten Durchgangslöchern h1 entsprechen. Die Bolzen
B sind lose durch die Durchgangslöcher h1, h2 eingesetzt und
sind jeweils in die Muttern N geschraubt. Die Federn 6 sind
in einem komprimierten Zustand zwischen Kopfabschnitten der Bolzen
B und dem anderen Verbindungsflansch (welcher der zweite Verbindungsflansch
F2 in dem veranschaulichten Beispiel ist) gehalten. Die Rückfederungskräfte der
Federn 6 spannen die zwei Verbindungsflansche F1, F2 derart
vor, dass sich die Flansche einander nähern, wodurch die ringförmigen Dichtungseinheiten
Sa, Sb zwischen den Lagerflächen
f1, f2 gehalten sind, welche einander gegenüberliegen. Zusätzlich sind
Anschläge
Bs integral um jeweilige Außenumfänge von Schaftabschnitten
der Bolzen B vorgesehen. Jeder Anschlag Bs ist an einer Zwischenposition
längs der Länge des
Schaftabschnitts vorgesehen, um das Einschrauben eines Bolzens B
in eine jeweilige Nut N durch den Eingriff mit dem nutseitigen Verbindungsflansch
F1 zu begrenzen. Außengewinde
sind an den Schaftabschnitten der Bolzen B distal von den Anschlägen Bs ausgebildet. Ferner
sind ebene ringförmige
Lagerflächen
f1 an Flächen
des ersten Verbindungsflansches F1 ausgebildet und sind derart angeordnet,
dass sie jeweils den ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb gegenüberliegen.
Die ebenen ringförmigen
Lagerflächen
f1 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu Achsen der jeweiligen
Auspuffrohre 1a, 1b, mit welchen der erste Verbindungsflansch
F1 zu verbinden ist. Ferner sind die ebenen ringförmigen Lagerflächen f1
derart angeordnet, dass sie jeweils die Auspuffrohre 1a, 1b umgeben, um
die Seiten s1 der jeweiligen ringförmigen Dichtungseinheiten Sa,
Sb zu kontaktieren. Die Seiten s1 sind derart in Kontakt mit den
ebenen Lagerflächen
f1 gebracht, dass die ringförmigen
Dichtungseinheiten bezüglich
der ebenen Lagerflächen
f1 gleiten können.
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Darüber hinaus
sind stromabwärtige
Endabschnitte sowohl der inneren als auch äußeren Rohre 1i, 1o,
mit deren Außenumfängen der
erste Verbindungsflansch F1 verbunden ist, derart ausgebildet, dass
sie sich von den ebenen Lagerflächen
f1 nach unten zu dem zweiten Verbindungsflansch F2 erstrecken. Ebenso
ist ein radialer Spalt X zwischen den Außenumfangsflächen von
erweiterten Abschnitten e der Außenrohre 1o und den
Innenumfangsflächen
der ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb ausgebildet, um eine Relativverschiebung
zwischen den ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb und den Lagerflächen f1 des ersten Verbindungsflansches
F1 zu erlauben. Zusätzlich
ist auch ein Spalt X' um
die Außenumfänge der
ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb herum ausgebildet, um die Relativverschiebung
zuzulassen.
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Als
Nächstes
wird die Wirkungsweise der ersten Ausführungsform beschrieben. Bei
einem Montagevorgang des Auspuffsystems Ex werden die sphärischen
Abschnitte s2 der ringförmigen
Dichtungseinheiten auf die jeweiligen sphärischen Lagerflächen f2
des zweiten Verbindungsflansches F2 gesetzt. Die Sammelauspuffrohre 1a, 1b (welche
die stromaufwärtigen
Auspuffrohre sind) werden dann mit den ersten Auspuffrohren 2a, 2b (welche
die stromabwärtigen
Auspuffrohre sind) derart verbunden, dass die ringförmigen Dichtungseinheiten
Sa, Sb zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch F1, F2 gehalten
sind (welche zuvor mit den jeweiligen Auspuffrohren verbunden wurden).
Dann werden die Bolzen B der elastischen Haltemittel in die jeweiligen Muttern
N geschraubt, sodass die Federn 6 zwischen den Kopfabschnitten
der Bolzen B und dem zweiten Verbindungsflansch F2 komprimiert gehalten
werden. Somit spannen die Rückfederkräfte der
Federn 6 die zwei Verbindungsflansche F1, F2 derart vor, dass
sich die Flansche einander nähern,
wodurch die sphärischen
Lagerflächen
f2 des zweiten Verbindungsflansches F2 und die ebenen Lagerflächen f1 des
ersten Verbindungsflansches F1 jeweils elastisch gegen die sphärischen
Abschnitte s2 und die ebenen Flächen
s1 der ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb gedrückt
werden. Somit sind die Sammelauspuffrohre 1a, 1b und
die ersten Auspuffrohre 2a, 2b (d.h. das Auspuffrohr
E) miteinander über
die sphärischen
Verbindungen Ja, Jb verbunden.
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Es
kann aufgrund von Herstellungsfehlern der jeweiligen Bestandteile
ein Fall vorkommen, wo ein Abstand L1 zwischen Mittelpunkten von
Befestigungspositionen der Sammelauspuffrohre 1a, 1b mit dem
ersten Verbindungsflansch F1 mit einem Abstand L2 zwischen Mittelpunkten
von Befestigungspositionen der ersten Auspuffrohre 2a, 2b mit
dem zweiten Verbindungsflansch F2 inkonsistent wird. Wenn dies geschieht,
können
in dem veranschaulichten Beispiel die ringförmigen Dichtungseinheiten Sa, Sb – welche
zwischen den zwei Verbindungsflanschen F1, F2, d.h. zwischen den
gegenüberliegenden
Lagerflächen
f1, f2 gehalten sind – gleiten.
D.h. die Seiten s1 können
längs der
ebenen Lagerflächen f1
des ersten Verbindungsflansches F1 ohne Kraftaufwand gleiten. Eine
solche Anordnung verhindert das Auftreten eines Problems, bei dem
die Dichtungseinheiten Sa, Sb einer großen nicht im Gleichgewicht
befindlichen Querbelastung ausgesetzt werden, um spannungsverformt
zu werden, was zu einem Gasaustritt führen würde. Darüber hinaus ist bei der vorliegenden
Erfindung eine hohe Produktionsgenauigkeit nicht für die Produktion
der jeweiligen beteiligten Bestandteile – wie z.B. die zwei Verbindungsflansche
F1, F2 und die Auspuffrohre 1a, 1b, 2a, 2b – notwendig,
da doch das oben beschriebene Problem verhindert wird. Da zusätzlich jeder
der Verbindungsflansche F1, F2 aus einem Stück ausgebildet werden kann,
um sich über
die Mehrzahl von sphärischen
Verbindungen Ja, Jb zu erstrecken, ist es möglich, die Zahl der bei der
Auspuffrohrverbindungsstruktur beteiligten Bauteile zu reduzieren,
das Gewicht der Verbindungsstruktur zu reduzieren und die Herstellungskosten
davon zu reduzieren.
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Infolge
der Gleitverlagerung der jeweiligen ringförmigen Dichtungseinheiten Sa,
Sb auf den ebenen Lagerflächen
f1 des ersten Verbindungsflansches F1 können sich zusätzlich die
stromaufwärtigen 1a, 1b und
stromabwärtigen 2a, 2b Auspuffohre relativ
zueinander biegen. D.h. die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Auspuffrohre 1a, 1b; 2a, 2b können sich
relativ zueinander um die Achse biegen, welche die sphärischen
Mittelpunkte der sphärischen Lagerflächen f2
der jeweiligen sphärischen
Verbindungen Ja, Jb verbindet. Die Achse, welche die sphärischen
Mittelpunkte verbindet, kann in verschiedenen Richtungen längs der
Lagerflächen
f1 relativ zu dem ersten Verbindungsflansch F1 verlagert werden,
wodurch sich selbst dann, wenn die Kippachse oder Rollachse des
Motors verlagert ist, die stromaufwärtigen 1a, 1b und
stromabwärtigen 2a, 2b Auspuffrohre
relativ zueinander biegen können.
Diese Biegung ist wichtig, da die Kipp- oder Rollachse des Motors
gemäß einer Änderung
des Betriebszustands, beispielsweise, wenn eine Antriebsreaktionskraft
erzeugt wird, wenn es eine Gewichtsänderung des Motors selbst in
Verbindung mit einer Änderung
des Ölvolumens
darin gibt, oder wenn das Fahrzeug geneigt wird, verlagert werden
kann. Da sich die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre 1a, 1b, 2a, 2b gemäß einer
solchen Verlagerung relativ zueinander biegen können, ist es möglich, das
Kippen und die Verlagerung des Motors ohne Beanspruchung effektiv
zu absorbieren.
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Zusätzlich erstrecken
sich bei dieser ersten Ausführungsform
die Endabschnitte der äußeren Rohre 1o von
den ebenen Lagerflächen
f1 des ersten Verbindungsflansches F1 nach unten und zu dem zweiten
Verbindungsflansch F2. Die erweiterten Abschnitte e sind so aufgebaut,
dass sie als Wärmeabschir mungsplatten
für die
jeweiligen Dichtungseinheiten Sa, Sb wirken. Eine wärmebedingte
Verschlechterung der Dichtungseinheiten Sa, Sb wird verursacht,
indem die Dichtungseinheiten Sa, Sb dem Abgas direkt ausgesetzt
werden. Jedoch wird gemäß dem Wärmeabschirmungseffekt
der erweiterten Abschnitte e der vorliegenden Erfindung eine wärmebedingte
Verschlechterung der jeweilligen Dichtungseinheiten Sa, Sb effektiv
unterdrückt,
wodurch die Haltbarkeit der Dichtungseinheiten Sa, Sb verbessert
wird. Zusätzlich
umgibt ein radialer Spalt X – welcher
zwischen den Außenumfangsflächen der erweiterten
Abschnitte e und den Innenumfangsflächen der jeweiligen Dichtungseinheiten
Sa, Sb ausgebildet ist – die
erweiterten Abschnitte e, um eine Relativverschiebung zwischen den
Dichtungseinheiten Sa, Sb und den Lagerflächen f1 zu ermöglichen. Infolge
des radialen Spalts X wird diese Relativverschiebung nicht durch
die erweiterten Abschnitte e unterbrochen, sodass die Seiten s1
auf den Lagerflächen
f1 des ersten Verbindungsflansches F1 ohne Beanspruchung gleiten.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind im Gegensatz
zu der ersten Ausführungsform die
Endabschnitte der äußeren Rohre 1o – der Sammelauspuffrohre 1a, 1b – nicht
erweitert. D.h. es gibt keinen erweiterten Abschnitt e in der zweiten
Ausführungsform.
Stattdessen sind zylindrische Wärmeabschirmungselemente 10 – welche
aus einem wärmebeständigen metallischen
Material, wie z.B. rostfreiem Stahl, ausgebildet sind – in Innenumfangsflächen von
jeweiligen ringförmigen
Dichtungseinheiten Sa, Sb derart eingesetzt und an diesen befestigt,
dass sie sich über
deren Gesamtheit erstrecken. Darüber
hinaus sind Räume
Y benachbart den Innenumfangsflächen
der jeweiligen Wärmeabschirmungselemente 10 ausgebildet.
Die Räume
Y erlauben eine Relativverschiebung zwischen den jeweiligen Dichtungseinheiten
Sa, Sb und den Lagerflächen
f1 des ersten Verbindungsflansches F1. Der übrige Aufbau der zweiten Ausführungsform
ist dem in der ersten Ausführungsform
beschriebenen ähnlich
und daher werden gleichen in der ersten Ausführungsform beschriebenen Teilen
gleiche Bezugszahlen gegeben und folglich wird ihre Beschreibung
unterlassen.
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Somit
stellt die zweite Ausführungsform
im Wesentlichen eine ähnliche
Funktionsweise und Effektivität
bereit wie die der ersten Ausführungsform. Da
ferner erweiterte Wärmeabschirmungsabschnitte e
nicht notwendigerweise vorgesehen werden müssen, wird ferner der Grad
der Freiheit im Design der Bestandteile verbessert.
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Während oben
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann auf unterschiedliche Weise modifiziert werden, um weitere
unterschiedliche Ausführungsformen
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung bereitzustellen.
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Beispielsweise
werden in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Sammelauspuffrohre 1a, 1b des
Auspuffkrümmers
M und das Auspuffrohr E – welches
erste Auspuffrohre 2a, 2b umfasst – stromabwärts des
Auspuffkrümmers
M jeweils als die stromaufwärtigen
Auspuffrohre und die stromabwärtigen
Auspuffrohre dargestellt. Aber die Anwendung der Verbindungsstruktur
gemäß der Erfindung
ist nicht dermaßen
eingeschränkt.
Die Verbindungsstrukturen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
beispielsweise bei einem Verbindungsabschnitt von Mehrzahlen von
stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohren verwendet werden, welche irgendwo stromabwärts eines
Auspuffkrümmers
angeordnet sind.
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Zusätzlich sind
in der ersten Ausführungsform
die erweiterten Wärmeabschirmungsabschnitte e
an den stromabwärtigen
Endabschnitten der Sammelauspuffrohre 1a, 1b ausgebildet,
welche als die stromaufwärtigen
Auspuffrohre wirken, aber die erweiterten Wärmeabschirmungsabschnitte e
können an
den stromaufwärtigen
Endabschnitten der ersten Auspuffrohre 2a, 2b ausgebildet
sein, welche als die stromabwärtigen
Auspuffrohre wirken. Alternativ können die erweiterten Wärmeabschirmungsabschnitte e
an jedem der Verbindungsflansche F1, F2 ausgebildet sein.
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Wie
oben beschrieben wurde, werden gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
selbst dann, wenn Produktionsfehler einen Fall verursachen, in welchem
der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Befestigungspositionen
der Mehrzahl von stromaufwärtigen
Auspuffrohren nicht mit dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der
Befestigungspositionen der Mehrzahl von stromabwärtigen Auspuffrohren übereinstimmt,
die Mehrzahl von ringförmigen Dichtungseinheiten
zwischen den zwei Verbindungsflanschen gehalten, sodass die jeweiligen
Dichtungseinheiten auf dem Verbindungsflansch ohne Beanspruchung
gleiten können.
Somit wird eine Spannungsverformung der Dichtungseinheiten, welche
einen Gasaustritt verursachen würde,
effektiv verhindert. Darüber
hinaus ist gemäß der vorliegenden
Erfindung keine hohe Produktionsgenauigkeit für die Herstellung der Verbindungsflansche
und der Auspuffrohre, welche eine Spannungsverformung verhindern,
erforderlich und daher wird die Kontrolle der Produktionsgenauigkeit
erleichtert und die Produktionskosten reduziert. Da zusätzlich beide
Verbindungsflansche integral derart ausgebildet werden können, dass
sie sich über
die Mehrzahl von sphärischen
Verbindungen erstrecken, ist es möglich, die Anzahl an Bauteilen
zu reduzieren, welche bei der Auspuffrohrverbindungsstruktur beteiligt
sind, um das Gewicht der Verbindungsstruktur zu reduzieren und deren
Produktionskosten zu reduzieren.
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Wegen
der Verschiebeverlagerung der jeweiligen ringförmigen Dichtungseinheiten auf
den ebenen Lagerflächen
des Verbindungsflansches können
zusätzlich
die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander um die Achse, welche die sphärischen
Mittelpunkte der sphärischen
Lagerflächen
der jeweiligen sphärischen Verbindungen
verbindet, biegen. Somit kann sich ein Verbindungsflansch in verschiedenen
Richtungen relativ zu dem anderen Verbindungsflansch verlagern, wodurch
selbst dann, wenn die Kippachse oder Rollachse des Motors gemäß einer Änderung
des Betriebszustands verlagert wird, die stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Auspuffrohre relativ zueinander gemäß einer solchen Verlagerung
biegen, um so zu ermöglichen,
effektiv – ohne
Verformung – die
Kipp- und Rollverlagerung des Motors zu absorbieren. Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung kann eine vorzeitige wärmebedingte Verschlechterung
der ringförmigen
Dichtungseinheiten – welche
darauf zurückzuführen ist,
dass sie dem Abgas direkt ausgesetzt werden – durch die Wirkung des Wärmeabschirmungseffekts
der erweiterten Abschnitte unterdrückt werden, welche an dem Verbindungsflansch
oder den Auspuffrohren vorgesehen sind, wodurch ihre Haltbarkeit
verbessert wird. Darüber
hinaus können selbst
dann, wenn die erweiterten Abschnitte so vorgesehen sind, die Dichtungseinheiten
auf der ebenen Lagerfläche
ohne Schwierigkeit gleiten.
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Ferner
sind gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung zylindrische Wärmeabschirmungselemente an
den Innenumfangsflächen
der jeweiligen ringförmigen
Dichtungseinheiten vorgesehen, und daher müssen die erweiterten Wärmeabschirmungsabschnitte
nicht notwendigerweise an den Verbindungsflanschen oder den Auspuffrohren
vorgesehen sein, wodurch der Grad an Freiheit beim Design der Bauteile
erhöht
ist.
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Es
ist vorgesehen, dass zahlreiche Modifikationen bei der Verbindungsstruktur
für Auspuffrohre der
vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem in den nachfolgenden
Ansprüchen
definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.