DE69824285T2

DE69824285T2 - Abgasvorrichtung für eine brennkraftmaschine und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69824285T2
Application number: DE69824285T
Authority: DE
Inventors: Daniel Celerier; F. Patrick MARKIEWSKI; Alain Pierdet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2018-04-11
Also published as: JP2001519004A; EP0974001A1; JP2008274959A; WO1998045584A1; US20010025419A1; EP0974001B1; FR2762045B1; FR2762045A1; ES2217553T3; DE69824285D1; US6848438B2

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine Abgasvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und das Verfahren zu ihrer Herstellung zum Gegenstand. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Abgasrohr, die einen Aufnahmeraum aufweist, welcher für den Einbau einer Messsonde angepasst ist und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Aufnahmeraums.
Die Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen sind heute mit einem elektronischen Steuersystem ausgestattet, welches, ausgehend von vorprogrammierten Strategien und gemäß den Betriebsbedingungen des Motors, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs, die Menge der zurückgeführten Abgase etc. einstellt.
Unter den von den elektronischen Steuersystemen verlangten Informationen, um die Betriebsbedingungen zu bestimmen und in der Folge die eingespritzte Kraftstoffmenge anzupassen (den Grad der Öffnung des AGR-Ventils, etc.), befinden sich diejenigen, welche die Zusammensetzung und/oder die Temperatur der Abgase betreffen und insbesondere das verbleibende Sauerstoffniveau. Diese Informationen betreffend die Abgase werden durch die geeigneten Messsonden geliefert, welche auf dem Weg der Abgase vorgesehen sind.
Klassischerweise sind die Messsonden, welche die Abgasleitung ausstatten, in Aufnahmeräume mit Gewinden eingeschraubt, welche die Wand der Abgasrohre durchqueren, um die Analysezellen in Kontakt mit dem Strom der Abgase zu bringen.
Unter Berücksichtigung der geringen Dicke der Wände der Abgasrohre, die zur Zeit benutzt werden (zwischen 1,5 und 2 mm im Durchschnitt) im Verhältnis zu den Durchmessern der zu realisierenden Löcher (mehr als 20 mm), sind die Lö cher mit Gewinde klassischerweise durch geeignete Ringe gebildet, welche durch Schweißen in Öffnungen befestigt sind, welche durch die Abgasleitungen hindurch ausgeführt werden (SEFG-Schweißen oder Widerstandsschweißen).
Der Anmelderin ist bewusst geworden, dass die Benutzung von geschweißten Ringen Nachteile aufweist und insbesondere eine hohe Rate von Defekten der Montage und der Dichtigkeit (siehe Dokument FR-A-2 586 753). Tatsächlich neigt die Erhitzung beim Schweißen dazu, die inneren Windungen der Ringe zu deformieren, welches zuweilen den Effekt hat, sei es das Festschrauben der Sonde zu verhindern, sei es im Gegenteil das Abschrauben letzterer zu verhindern. Außerdem wirken sich die Deformationen auf die Dichtigkeit der Montage aus und verursachen daher das Lecken von verbrannten Gasen oder sogar der Ansaugung von Luft nach dem Betriebspunkt des Motors, welches sich insbesondere als schädlich für die Qualität der Messungen erweist, vor allem, wenn die Sonde eine Sauerstoffsonde ist.
Die folgende Erfindung hat daher ein Abgasrohr zum Gegenstand, welches ein Loch mit Gewinde zur Unterbringung einer Sonde aufweist, welches der Analyse der Zusammensetzung der Gase dient, wobei das Loch direkt durch die Wand der Leitung hindurch realisiert wird, ohne durch Schweißen befestigten Ring mit Gewinde.
Die Abgasvorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung weist ein Rohrelement auf, in dessen Inneren die Abgase fließen, wobei das Rohrelement einen Aufnahmeraum aufweist, welcher den Einbau eines Messsensors erlaubt, wie einer Sauerstoffsonde.
Gemäß der Erfindung ist die Abgasvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum, welcher für den Einbau der Sonde bestimmt ist, durch ein Loch gebildet wird, welches durch einen Zylinder oder einen Ring verlängert wird, welche direkt durch die Wand des Rohrelements hindurch hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Abgasvorrichtung, welche Gegenstand der Erfindung ist, weist das Rohrelement, wo das durch einen Zylinder oder einen Ring gebildete verlängerte Loch ist, eine Wand von einer im Wesentlichen uniformen Dicke auf, die zwischen 1 und 3 mm liegt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Abgasvorrichtung, welche Gegenstand der Erfindung ist, wird das Rohrelement, wo das durch einen Zylinder oder einen Ring verlängerte Loch ist, aus einer nicht oxidierbaren metallischen Legierung hergestellt.
Die folgende Erfindung betrifft gleichermaßen ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Aufnahmeraums. Gemäß der Erfindung wird der Aufnahmeraum, welcher durch die Wand selbst des Rohrelements hindurch realisiert wird, erhalten ausgehend von einem ersten Arbeitsschritt des Fließbohrens, der darin besteht, durch die Wand hindurch mit einem Werkzeug zu bohren, wobei eine Geschwindigkeit und eine Penetrationskraft angepasst sind, um die Verschmelzung und die Stauchung des Materials um das Werkzeug herum zu bewirken, je weiter letzteres vorrückt, bis zum Erhalt eines Zylinders oder eines Rings von gewünschter Höhe und Durchmesser.
Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens zur Herstellung des Gegenstands der Erfindung wird das in dem Arbeitsschritt des Fließbohrens benutzte Werkzeug durch einen spitzbogenförmigen Dorn gebildet.
Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens zur Herstellung des Gegenstands der Erfindung folgt auf den ersten Arbeitsschritt des Fließbohrens ein zweiter Arbeitsschritt des Gewindeformens durch Deformation.
Die Ziele, Aspekte und Vorteile der folgenden Erfindung werden besser verstanden anhand der im Folgenden gegebenen Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, welche im Wege eines nicht beschränkenden Beispiels gegeben wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine Ansicht im teilweisen axialen Schnitt eines Abgasrohrs gemäß der Erfindung ist, welches mit einer Messsonde ausgestattet ist;
2 und 3 Detailansichten des Rohrs gemäß 1 sind, welche das Verfahren zur Herstellung des Aufnahmeraums der Sonde präzisieren.
Übereinstimmend mit den Figuren wurden allein die konstitutiven Bereiche, welche für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind, dargestellt. Ferner, um die Lektüre der Zeichnungen zu erleichtern, tragen die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen von einer zur anderen Figur.
Bezug nehmend auf 1 sieht man ein Abgasleitungselement, mit 1 bezeichnet, welches eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors ausstattet, z. B. eingebaut in einem Kraftfahrzeug. Diese Rohrleitung, welche durch ein einfaches Rohr aus einer nicht oxidierbaren metallischen Legierung von geringer Dicke (klassischem Kupfer oder mit Aluminium beschichtetem Kupfer), zwischen 1 und 3 mm, gebildet wird, und welches bestimmt ist, z. B. sich in den nicht dargestellten Abgaskrümmer und den Katalysator zu erstrecken, und mit einem Aufnahmeraum 2 ausgestattet ist für eine Messsonde 3, wie eine Lambda-Sauerstoffsonde.
Der Aufnahmeraum 2 ist direkt durch die Wand selbst des Rohrs hindurch realisiert, Dank des in Übereinstimmung mit den 2 und 3 beschriebenen Verfahrens.
Übereinstimmend mit 2 besteht der erste Arbeitsschritt im Herstellen eines Lochs 21, welches durch einen Zylinder oder einen Ring 22 verlängert wird, durch Fließbohren. Das Loch 21 und der Zylinder oder der Ring 22 werden erhalten durch das Durchstoßen der Wand des Rohrs durch einen spitzbogenförmigen Dorn oder Eindringkörper 4, z. B. aus Wolframkarbid, welcher sich bei hoher Geschwindigkeit dreht, mehr als 5000 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise zwischen 3000 und 500 Umdrehungen pro Minute, und welcher in das Rohr mit einem bestimmten Penetrationsdruck gedrückt wird.
Der Kontakt der Spitze in schneller Rotation bewirkt lokal eine starke Erhöhung der Temperatur, welche das Metall in einen plastischen Zustand versetzt. Der durch den Eindringkörper über das Vorwärtsbewegungssystem ausgeübte Druck lässt diesen schrittweise in das so vorgearbeitete Loch eindringen, indem er die Masse um sich herum zurückdrängt. Das Metall, welches in Richtung der Vorwärtsbewegung fließt, bildet einen Kragen und in umgekehrter Richtung einen Wulst. Ein Kragen oder Rand 41, der im oberen Bereich des Eindringkörpers liegt, kann das Metall umformen, welches zum Äußeren des Rohrs zurückläuft, und ihm eine ebene Oberfläche geben, welche den Halt und die Dichtigkeit der Sonde 3 unterstützt.
Innerhalb einiger Sekunden erhält man so ein kalibriertes Loch 21, welches durch einen Zylinder oder einen Ring 22 verlängert wird. In diesem Zylinder oder dem Ring 22 ist es daher möglich, ein Gewinde zu bilden, welches das Festschrauben der Sonde 3 erlaubt. Übereinstimmend mit 3 wird dieser zweite Arbeitsschritt zur Herstellung eines Gewindes 23 durch gerolltes Gewindeformen realisiert.
Dieser Arbeitsschritt des spanlosen Gewindeformens besteht im Erhalt eines Gewindes durch Deformation der Materie des Zylinders oder des Rings 22. Hierzu wird ein Werkzeug 5 mit einer aktiven Oberfläche in Form einer Schraube als Gewindeformer benutzt. Der Gewindeformer wirkt durch Rollen, indem die Materie des Zylinders oder des Rings deformiert, wobei das Profil des Gewindes 23 durch Verschieben der Materie vom Boden des Gewindes zum Kamm eingeprägt wird. Die Geschwindigkeit der Rotation und die Penetrationskraft des Gewindeformers sind angepasst, um den gewünschten Widerstand des Gewindes herzustellen. Man kann eine Geschwindigkeit der Rotation des Gewindeformers aus wählen, die vorzugsweise zwischen 700 und 1500 Umdrehungen pro Minute liegt wobei dies ganz und gar nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung ist.
So ist es in zwei relativ einfachen und schnell zu verwirklichenden Arbeitsschritten möglich, einen Aufnahmeraum mit Gewinde 2 direkt in der Wand selbst des Abgasrohrs 1 zu erhalten, welches wesentlich einfacher ist als die vorhergehende Technik, die darin besteht, im Ergebnis, das Abgasrohr durch Ziehen zu durchlöchern und abzuschneiden, diese Öffnung zu entgraten einen aus Inox hergestellten Sondenträger zu realisieren, diesen Träger auf das Rohr zu schweißen und endlich durch Waschen die metallischen Partikel zu entfernen, welche durch die vorhergehenden Arbeitsschritte erzeugt wurden.
Unabhängig daher von den Vorteilen der Qualität des Gewindeformens, welches Dank der Erfindung im Verhältnis zu der vorhergehenden Technik des Rings oder des durch Schweißen befestigten Einsatzes erhalten wurde, bietet die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil, ökonomischer und einfacher verwirklicht zu sein.
Selbstverständlich ist die Erfindung nirgendwo auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, welches lediglich im Wege eines Beispiels gegeben wurde. Im Gegenteil umfasst die Erfindung alle technischen Äquivalente der beschriebenen Mittel, wie ihre Kombinationen, wenn diese gemäß ihrem Geist ausgeführt werden.
So ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf eine einzige Verwirklichung eines Lochs mit Gewinde zur Aufnahme einer Sauerstoffsonde, sondern kann auch auf die Verwirklichung sämtlicher Löcher mit Gewinde angewandt werden, welche in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors untergebracht sind, die notwendig sind zur Verwirklichung verschiedener Sensoren oder Sonden, welche für die Steuerung des Motors und/oder der Diagnose des oder der Mittel zur Behandlung der verbrannten Gase durch katalytische Konversion verlangt werden, welche die Abgasleitung ausstatten. Ebenfalls kann die vorliegende Erfindung angewandt werden auf Abgasrohre, die mehrere konzentrische Wände aufweisen. In diesem Fall wird das Loch mit Gewinde, das für den Einbau des Sensors notwendig ist, realisiert durch Ausführen von Fließbohren durch die verschiedenen Wände hindurch.

Claims

Abgasvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die ein Rohrelement (1) aufweist, in dessen Inneren Abgase fließen, wobei das Rohrelement (1) einen Aufnahmeraum (2) aufweist, welcher den Einbau eines Messsensors wie einer Sauerstoffsonde erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (2) durch ein durch einen Zylinder oder einen Ring (22) verlängertes Loch gebildet wird, welches direkt ausgehend von der Materie, welche die Wand des Rohrelements (1) bildet, wobei der Aufnahmeraum (2) ein Gewinde umfasst, welches durch Verformung erhalten wird und einen Wulst auf dem Rand des Lochs, wobei der Wulst direkt ausgehend von der die Wand bildenden Materie realisiert wird.
Abgasvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (1) eine Wand von im Wesentlichen uniformer Dicke, die zwischen 1 und 3 mm liegt, aufweist.
Abgasvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (1) eine Wand aufweist, welche aus einer nicht oxidierbaren metallischen Legierung gebildet ist.