Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffkrümmer für Kraftfahrzeuge, mit einem aus Gußwerkstoff bestehenden, Ab¬ gaskanäle aufweisenden Krümmerkörper, der zwischen seinen An¬ schlußflanschen längenabschnittsweise mit mindestens einer Wandquerschnittsverstärkung versehen ist.

Ein grundsätzliches Ziel bei der Ausbildung eines Auspuff¬ krümmers ist es, seine Gestaltung und insbesondere seine Ab¬ gaskanäle so auszubilden, daß sich eine optimale Leistungsaus¬ beute ergibt. Darüber hinaus war es stets ebenfalls ein grund- sätzliches Ziel, ihn zugleich leicht, kompakt und preiswert herzustellen. Hierbei haben sich für die Mehrzahl der Anwen¬ dungsfälle Ausp ff rümmer durchgesetzt, die aus Gußwerkstoff bestehen. Auspuffkrümmer in massiver Gußausbildung sind unpro¬ blematisch. Im Hinblick auf die angestrebte Leichtbauweise sind jedoch die Wandstärken der Auspuffkrümmer im Laufe der Zeit im¬ mer mehr reduziert worden, so daß sich eine Vielzahl von Pro¬ blemen ergab. Insbesondere problematisch ist die Rißbildung. Risse führen zur Beeinträchtigung der Festigkeit des Auspuff¬ krümmers und zu dessen Undichtigkeit. Insbesondere letzteres kann zu unerwünschten Folgen führen, beispielsweise zu Be-

triebsbeeinträchtigungen des Katalysators. Rißbildungsvorgänge sind kompliziert und ihre Ursache ist nicht sicher zu bestim¬ men. Maßgeblich sind einerseits hohe mechanische Spannungen, die zusätzlich zu den ohnehin vorhandenen Spannungsauswirkungen Einfluß auf die Beanspruchung des Auspuffkrümmers nehmen. Des weiteren bewirkt die Erhitzung des Auspuffkrümmers eine Ein¬ flußnahme auf die Werkstoffeigenschaften bis hin zur Werkstoff¬ umwandlung beim Erreichen sehr hoher Temperaturen. Es verwun¬ dert daher nicht, daß der Rißbildung nur von Fall zu Fall auf empirischer Basis entgegengetreten wird. Bekannt ist es, in den gefährdeten Bereichen am Außenumfang des Krümmers Rippen vorzu¬ sehen. Diese Rippen dienen der Versteifung und tragen wohl auch zur Wärmeableitung durch Konvektion bei, funktionieren also wie Kühlrippen, ähnlich wie Kühlrippen an strömungsoffenen Zylin- derköpfen von Verbrennungsmotoren. Solche Rippen bei Auspuff¬ krümmern sind jedoch nicht unproblematisch. Sie nehmen Einfluß auf den infolge der Erwärmung des Krümmers auftretenden Verzug und können Ursache für neue Rißprobleme an anderen Stellen des Auspuffkrümmers sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aus¬ puffkrümmer mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbes¬ sern, daß die Gefahr der Rißbildung am Auspuffkrümmer ohne un¬ zulässige Einflußnahme auf die optimale Leistungsausbeute des Kraftfahrzeugs verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wandquer¬ schnittsverstärkung im Inneren des Abgaskanals strömungsquer- schnittsvermindernd angeordnet ist.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Wandquer¬ schnittsverstärkung dort angeordnet ist, wo die aus dem Abgas herrührende Hitze vornehmlich in den Auspuffkrümmer übergeht. Hier können lokale Einflüsse der Hitze auf die Wand des Aus- puffkrümmers vermieden werden, indem beispielsweise Randentkoh- lung und Verzünderung auf den Bereich der Wandquerschnittsver¬ stärkung konzentriert werden. Vor allen Dingen aber wird es er¬ möglicht, den Auspuff rümmer so auszubilden, daß die Wärme bes¬ ser abgeleitet werden kann. Hierfür ist in erster Linie die Be- messung der Verstärkung von Bedeutung. Von weiterem Vorteil

ist, daß der Außenumfang des Auspuffkrümmers trotz der Wand¬ querschnittsverstärkungen in herkömmlicher Weise glatt ausge¬ bildet werden kann, was im Hinblick auf eine ansprechende Form¬ gestaltung und im Hinblick auf den Platzbedarf für den Auspuff- krümmer nicht ohne Bedeutung ist. Bei der Herstellung eines mit solchen im Abgaskanal vorhandenen Wandquerschnittsverstärkungen versehenen Auspuff rümmers hat sich gezeigt, daß es formungs¬ technische und gießtechnische wesentliche Beeinträchtigungen nicht gibt. Ein Auspuffkrümmer mit im Abgaskanal vorhandenen Wandquerschnittsverstärkungen, welche den Strömungsquerschnitt des Abgaskanals verringern, sind auch nicht wesentlich lei- stungsmindernd. Es hat sich gezeigt, daß der Strömungsquer¬ schnitt eines Abgaskanals erhebliche Querschnittsverengungen verträgt, ohne einen erheblichen Staudruck aufzubauen, dessen Überwindung Motorleistung erfordern würde.

Der Auspuffkrümmer ist so ausgebildet, daß er mindestens einen, mehrere Abgaskanäle susammenführenαan Krümmerbereich hat, wo die Wandquerschnittsverstärkung vorhanden ist. Hierbei wird die Erfahrung genutzt, daß der Auspuffkrümmer dort am heißesten wird, wo zwei oder mehrere Abgaskanäle in einen ge¬ meinsamen Strömungsraum übergehen. In einem solchen Krümmerbe¬ reich tritt daher die größte Temperaturbelastung auf, so daß es vorteilhaft ist, hier auch die Wandquerschnittsverstärkung vor- zusehen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Auspuffkrüm¬ mers liegt vor, wenn die Wandquerschnittsverstärkung als minde¬ stens eine in Strömungsrichgtung des Abgases ausgerichtete Rippe ausgebildet ist. Mit der Hilfe einer solchen Rippe als Wandquerschnittsverstärkung kann ein wirksamer Wärmefluß insbe¬ sondere in Strömungsrichtung des Abgases erreicht werden, also aus heißen Bereichen direkt in weniger heiße Bereiche des Krüm¬ mers. Darüber hinaus hat eine solche Wandquerschnittsverstär- kung eine führende Einwirkung auf das Abgas, wir,kt also strö¬ mungsberuhigend auf Verwirbelungsvorgänge, die insbesondere im Zusammenführungsbereich mehrerer Abgaskanäle auftreten können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird dadurch erreicht, daß in einem Längenbereich eines Abgaskanals mehrere einander par-

allele Rippen vorhanden sind. Mehrere Rippen werden insbeson¬ dere dazu benutzt, das Ausmaß der Querschnittsverstärkung der Wand zu erhöhen. Darüber hinaus können sie über den Umfang des Auspuffkrümmers verteilt dort angeordnet werden, wo es aus Wär- meableitungsgründen erforderlich ist. Die Parallelität der Rip¬ pen ist aus strömungstechnischen Gründen vorgesehen, nämlich um einerseits den Strömungswiderstand so gering wie möglich zu halten und andererseits den Beruhigungseinfluß auf wirbelnde Abgasströmung zu optimieren.

Sofern es bei hohen thermischen Belastungen auf eine gleichmäßige Ausnutzung des mechanischen und thermischen Vermö¬ gens des Auspuffkrümmers ankommt, wird dieser vorteilhafter¬ weise so ausgebildet, daß die Rippen über den Kanalumfang gleichmäßig verteilt sind.

Die Ausbildung der Wandquerschnittsverstärkung bzw. mehre¬ rer Wandquerschnittsverstärkungen als Rippe oder Rippen ist im Hinblick auf unterschiedliche Gestaltungen der Auspuffkrümmer besonders anpassungsfähig. Eine entsprechend vorteilhafte Aus¬ gestaltung liegt vor, wenn mehrere rippenförmige Wandquer¬ schnittsverstärkungen in einem Abgaskanäle zusammenführenden Krümmerbereich Y-artig zusammenlaufen. Der Ausdruck Y-artig be¬ zieht sich darauf, daß mehrere, nicht notwendigerweise zwei Wandquerschnittsverstärkungen zusammenlaufen und ein zusammen¬ hängendes Rippengebilde darstellen.

Die Ausbildung der Wandquerschnittsverstärkung in Rippen¬ form ist jedoch nicht zwingend. Eine weitere vorteilhafte Aus- gestaltung liegt vor, wenn in einem Längenbereich eines Abgas¬ kanals mindestens eine Wandquerschnittsverstärkung schichtartig ausgebildet ist. Die schichtartige Ausbildung der Wandquer¬ schnittsverstärkung gestattet es, vergleichsweise große Wand¬ querschnitte als Verstärkungen für die Wärmeableitung vorzuse- hen, ohne den Innenumfang eines Abgaskanals zu sehr durch Vor¬ sprünge zu inhomogenisieren. Darüber hinaus ist die Ausbildung der Wandquerschnittsverstärkung als Schicht in einem vorbe¬ stimmten Längenbereich ein optimales Mittel, den Auspuffkrümmer leicht zu halten und auch die Einflußnahme der Wandquer- Schnittsverstärkung auf die Abgasströmung zu minimieren.

Die größtmögliche Anordnung von Wandmaterial bei geringst¬ möglicher Schichtdicke liegt vor, wenn die schichtartige Wand¬ querschnittsverstärkung über den gesamten Kanalumfang vorhanden ist. Voraussetzung hierzu ist eine nicht punktuell anfallende Beaufschlagung des betreffenden Bereichs des Auspuffkrümmers.

Falls die Wärme innerhalb des Abgaskanals nicht über den Umfang gleichmäßig verteilt in die Wand des Krümmers übertritt, oder wenn die Wärmeverteilung über die Länge eines Abgaskanals gesehen unterschiedlich verteilt ist, muß die Ausgestaltung des Auspuffkrümmers entsprechend angepaßt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die schichtartige Wandquerschnittsverstärkung und/oder eine Rippe in Strömungsrichtung an unterschiedlichen Kanalumfangsstellen unterschiedlich lang und/oder dick und/oder umfangsbreit ist. Damit sind für die Ausbildung der Wandquer¬ schnittsverstärkung die erforderlichen Mittel gegeben, um die notwendigen Anpassungen vornehmen zu können.

Von besonderer Bedeutung für die Ausgestaltung des Aus¬ puffkrümmers ist die Wahl des Gußwerkstoffs. Gußwerkstoffe sind für Auspuffkrümmer in großer Vielzahl und mit unterschiedlichen Eigenschaften verfügbar. Nach dem Einsatz von niedrig und höher legierten Gußeisen mit Lamellengrafit wird für höhere thermi- sehe Belastungen insbesondere Kugel- und Vermiculargrafit ein¬ gesetzt. Als besonders vorteilhaft im Sinne hoher Temperatur¬ wechselfestigkeit bei geringer Schrumpfung hat sich erwiesen, wenn Gußwerkstoff aus mit bis zu 5% Silizium und bis zu 1% Mo¬ lybdän legiertem Gußeisen mit Kugelgrafit besteht. Dieser Werk- stoff besitzt im Vergleich zu anderem, ähnlich temperaturwech- selfestem Werkstoff, beispielsweise sogenannter Ni-Resist-Werk- stoff, eine vergleichsweise geringe Dichte. Infolgedessen kann der Auspuffkrümmer leichter gebaut werden oder die Wandstärke bzw. die Wandquerschnittsverstärkung kann im Sinne einer ver- besserten Wärmeabfuhr vergrößert werden.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell¬ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig.l eine schematische Darstellung eines Auspuffkrümmers mit rippenartigen Wandquerschnittsverstärkungen,

Fig.la den Schnitt a-b der Fig.l, Fig.2 eine der Fig.l ähnliche Darstellung mit schichtar¬ tigen WandquerschnittsVerstärkungen,

Fig.2a den Schnitt c-d der Fig.2, und

Fig.2b den Schnitt a-b der Fig.2.

Die in den Figuren dargestellten Auspuffkrümmer 10 sind für Kraftfahrzeuge bestimmt. Sie dienen als Abgasleitelemente zwischen einem Motorblock und - zusammen mit weiteren abgaslei¬ tenden Rohren ud.dgl. - einem Auspufftopf. Dementsprechend be¬ sitzen die Auspuffkrümmer 12 auspufftopfseitig und motorblock- seitig je einen Anschlußflansch 13. Jeder Anschlußflansch 13 wird unter Zuhilfenahme der dargestellten Verbindungsbohrungen 13 ' mit dem ihm zugeordneten Bauteil des Kraftfahrzeugs verbun¬ den. Ferner besitzt ein Auspuffkrümmer 10 eine der Anzahl der Auslaßöffnungen des Zylinderblocks entsprechende Anzahl von mo- torblockseitigen Anschlußflanschen 13, von denen in den Fig.1,2 lediglich je ein einziger beispielsweise dargestellt ist. Alle motorblockseitigen Anschlußflansche 13 begrenzen jeweils einen Abgaskanal' 11 und alle Abgaskanäle 11 eines Auspuffkrümmers 10 bzw. eines Krümmerkörpers 12 werden in dessen Krümmerbereich 16 zu einem einzigen Querschnitt zusammengeführt. An diesen Be¬ reich 16 schließt sich ein rohrartiger Bereich an, der sich also vom die Abgaskanäle 11 zusammenführenden Krümmerbereich 16 bis zum auspufftopfseifigen Anschlußflansch 13 erstreckt und beispielsweise kreisringförmigen Querschnitt aufweist.

Der Auspuffkrümmer 10 der Fig.l zeigt in seinem die beiden dargestellten Abgaskanäle 11 zusammenführenden Krümmerbereich 16 mehrere Rippen 14', die in der Strömungsrichtung S des Ab¬ gases ausgerichtet sind. Gemäß Fig.la sind die Rippen 14' im Querschnitt etwa halbkreisförmig und springen dementsprechend zum Zentrum des Abgaskanals 11 hin vor. Die in Fig.l oben dar¬ gestellten Enden der Rippen 14' sind jeweils im Hinblick auf die zugehörigen Abgaskanäle 11 ausgerichtet. Es zeigt sich eine Y-artige Ausbildung, bei der die beiden Rippen 14 ^' entsprechend zusammenlaufen, so daß sie im Bereich des Schnittes a-b eine

einzige Rippe 14' bilden, die denselben Querschnitt hat, wie die in Fig.l oben und unten angeordneten Wandquerschnittsver¬ stärkungen 14 bzw. Rippen. Letztere sind einfach rippenförmig, was sich aus der Geometrie des Auspuffkrümmers 10 ergibt. Sie erstrecken sich also als unverzweigte Rippen über den Längenbe¬ reich L des Abgaskanals 11. Im Bereich der Y-förmigen Ausbil¬ dung kann der Auspuffkrümmer eine Auflauframpe haben, so daß sich zwischen den Y-Ästen keine gegen die Gasströmung gerich¬ tete Staukante ergibt. Zumindest im rohrförmigen Bereich des Krümmerkörpers 12 sind alle Rippen 1 ' im Querschnitt gleich dimensioniert und einander parallel angeordnet. Im die Ab¬ gaskanäle 11 zusammenführenden Krümmerbereich 16 paßt sich die Führung der Rippen 14' der dort gegebenen Krümmergestaltung an. Es ergeben sich die aus der Zeichnung ersichtlichen Ausgestal- tungen. Insbesondere ist ersichtlich, daß die Rippen 14' an den Kanalumfangsstellen uι,u ₂ , unterschiedlich lang sind.

Der Auspuffkrümmer 10 der Fig.2 unterscheidet sich von demjenigen der Fig.l im wesentlichen dadurch, daß seine Wand- querschnittsverstärkungen 14 als Schicht 14'' ausgebildet sind. Eine schichtartige Wandquerschnittsverstärkung 14 ' ' erstreckt sich darstellungsgemäß über den gesamten Außenumfang des die Abgaskanäle 11 zusammenführenden Krümmerbereichs 16 bis hin in den rohrartigen Bereich des Krümmerkörpers 12. Dabei ist er- sichtlich, daß die Wandstärke des Krümmerkörpers 12 über dessen Länge unterschiedlich ausgebildet ist. Die normale Wandstärke ist mit w bezeichnet. Sie ist in der Nähe der Anschlußflansche 13 jeweils ungeändert gleich groß. Im Bereich der schichtarti¬ gen Wandquerschnittsverstärkung 14 ' ' ist sie definitionsgemäß größer und mit W bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß sie über die Länge schwankt. Die schichtartige Wandquerschnittsverstär¬ kung 14'' ist also unterschiedlich dick. In der zeichnerischen Darstellung wurde angenommen, daß eine erhebliche Dicke insbe¬ sondere in der Nähe der Abgaszusammenführung er orderlich ist, also im Krümmerbereich 16. Von dort aus gesehen reduziert sich die Wandstärke und damit die Wandquerschnittsverstärkung 14''. Während Fig.2a erkennen läßt, daß die schichtartige Wandquer¬ schnittsverstärkung 14 ' ' über den gesamten Außenumfang des Krümmerkörpers 12 vorhanden ist, hier in gleich starkem Maße, so läßt Fig.2b erkennen, daß lediglich in der unteren Außenum-

fangshälfte des Krümmerkörpers 12 eine schichtartige Wandquer¬ schnittsverstärkung 14'' vorhanden ist. An der Kanalumfangs- stelle U ₃ liegt also eine solche Verstärkung 14 ' ' vor, während sie an der Kanalumfangsstelle u ₄ nicht mehr ausgebildet ist. Die Umfangsbreite der Schicht 14'' ist hier also reduziert.

Aus der Fig.2 ist damit ersichtlich, daß auch die Länge der schichtartigen Wandquerschnittsverstärkung 14 ' ' im Längen¬ bereich L unterschiedlich ausgebildet ist. Es versteht sich, daß die dargestellte schichtartige Wandquerschnittsverstärkung 14 ' ' den tatsächlichen thermischen Beanspruchungen entsprechend auch anders ausgestaltet sein kann, beispielsweise wie durch die gestrichelte Linie 17 dargestellt oder anderweitig.