用于将排出弯管固定在内燃机的气缸盖上的紧固布置系统的制作方法

本发明涉及一种用于将排出弯管固定在内燃机的气缸盖上的紧固布置系统。

背景技术：

在机动车中使用的内燃机中，所述内燃机通常构造为包括至少一列在气缸体中构造的气缸的多气缸发动机内燃机，在气缸盖的排出侧上固定沿着所述气缸列纵向延伸的且因此接收从所述气缸中溢出的排气的排出弯管、一般也称为排气弯管。排出弯管具有基本上平的贴靠面，所述贴靠面在中间放入密封元件的情况下相对于气缸盖的同样基本上平的贴靠面进行支撑。排出弯管在其纵向侧上具有相应的紧固边缘区域。通过在气缸盖上例如通过螺纹连接固定的紧固螺栓单元，在紧固边缘区域上支撑的紧固元件压到紧固边缘区域或在那里相应设置的紧固元件支撑面上或者压到气缸盖上，从而排出弯管压到气缸盖的贴靠面上，不言而喻在中间放入已经提到的密封元件的情况下用于建立气密性封闭。

出于结构原因可能必需的是，在至少一个所述紧固边缘区域上将相对于气缸盖和紧固元件支撑的紧固螺栓单元不与气缸盖的贴靠面正交地、而与此倾斜地设置，以便在将排出弯管固定在气缸盖上时具有对紧固螺栓单元的作用。紧固螺栓单元在至少一个所述紧固边缘区域上的倾斜的布置结构要求在该紧固边缘区域上设置的紧固凸缘区域的楔状的构造方案，通过紧固螺栓单元压到紧固边缘区域上的紧固元件支撑在所述紧固凸缘区域上。通过紧固螺栓单元的这个倾斜的布置结构和紧固凸缘区域的楔状的构造方案产生横向力，所述横向力朝排出弯管的另外的紧固边缘区域或在那里设置的紧固螺栓单元和在那里设置的紧固元件的方向加载排出弯管。

在内燃机的运行中，排出弯管与气缸盖一样承受高的热负荷和机械负荷。通过在燃烧运行开始时和在燃烧运行结束之后出现的由热引起的膨胀或收缩也在排出弯管固定在气缸盖上的区域中反复产生力，所述力也强烈加载用于将排出弯管固定在气缸盖上的紧固螺栓单元并且由在燃烧运行中出现的震动辅助支持地也可能导致紧固螺栓单元松动和与排出弯管相对于气缸盖的理论安装位置不同的安装位置。

技术实现要素：

本发明的任务在于，设置一种用于将排出弯管固定在内燃机的气缸盖上的紧固布置系统，所述紧固布置系统确保排出弯管在强烈的热负荷和机械负荷的情况下稳定地且防止非限定运动地固定在气缸盖上。

根据本发明，该任务通过一种用于将排出弯管固定在内燃机的气缸盖上的紧固布置系统得以解决，其中，所述排出弯管具有基本上平的第一贴靠面，用于相对于气缸盖的基本上平的第二贴靠面进行支撑，其中，所述排出弯管在第一紧固边缘区域中具有楔状的第一紧固凸缘区域，所述第一紧固凸缘区域包括相对于第一贴靠面以第一楔角倾斜的第一紧固元件支撑面，其中，第一紧固元件借助于相对于气缸盖支撑的或能支撑的至少一个第一紧固螺栓单元以第一紧固凸缘支撑面压到或能压到第一紧固元件支撑面上，其中，对于第一楔角和第一紧固元件相对于排出弯管的摩擦相互作用的静摩擦系数适用：

0<w1≤2tan^-1(μ)，

其中：

w1是第一楔角，

μ是静摩擦系数。

通过在先前给出的范围内选择第一楔角确保：基本上平行于排出弯管和气缸盖的彼此预紧的支撑面取向的力仅能以不显著超过摩擦锥体的程度出现，所述力原则上由于第一紧固凸缘区域的楔状的构造方案可能导致排出弯管相对于气缸盖的横向负荷或横向移动。通过对作用到排出弯管上的移动力的这种限制确保：即使反复出现的热负荷和机械负荷，也不出现排出弯管不希望地移动或紧固螺栓单元不希望地松动。

在一种特别有利的构造方案中可以规定：对于所述第一楔角和所述静摩擦系数适用：

0<w1≤tan^-1(μ)，

优选w1＝tan^-1(μ)。

以这种方式可以确保：排出弯管原则上朝移动方向加载的力如此小地保持，使得所述力不能超过在第一紧固凸缘区域和第一紧固元件之间出现的静摩擦力并且因此排出弯管的通过借助于第一紧固螺栓单元施加到排出弯管上的由力引起的横向移动最小化或不能出现。

在一种备选的构造方式在于，其中，允许轻微超过通过摩擦相互作用产生的静摩擦力的横向力，提出：对于所述第一楔角和所述静摩擦系数适用：

tan^-1(μ)<w1≤2tan^-1(μ)。

对于第一紧固元件和所述至少一个第一紧固螺栓单元之间的同样基本上排除横向力的支撑相互作用提出：所述第一紧固元件具有与所述至少一个第一紧固螺栓单元的第一紧固螺栓纵轴线基本上正交的第一紧固螺栓单元支撑面，用于相对于第一紧固元件支撑所述至少一个第一紧固螺栓单元。

为了对于装配排出弯管能够确保接近所述至少一个第一紧固螺栓单元，提出：所述至少一个第一紧固螺栓单元的第一紧固螺栓纵轴线以第一纵轴线角相对于第二贴靠面从气缸盖出发朝第一紧固凸缘区域的自由端的方向倾斜，优选在50°至70°之间的范围内倾斜，大多优选以大约60°倾斜。在此，优选所述至少一个第一紧固螺栓单元的第一紧固螺栓纵轴线处于与第二贴靠面基本上正交的平面中，这最终意味着，该第一紧固螺栓纵轴线基本上仅向外、亦即沿背离排出弯管的方向且沿朝向第一紧固凸缘区域的自由端的方向倾斜，但不沿排出弯管的纵向延伸的方向倾斜，该排出弯管在所述纵向延伸中沿着气缸体中的所述气缸列延伸。

此外，为了在所述至少一个紧固螺栓单元和所述第一紧固元件之间的相互作用中避免在这两个结构组件之间的横向移动、亦即基本上横向于所述至少一个第一紧固螺栓单元的紧固螺栓纵轴线的移动，进一步提出：所述至少一个第一紧固螺栓单元的紧固螺栓基本上没有横向于第一紧固螺栓纵轴线的运动间隙地贯穿第一紧固元件中的紧固螺栓穿过开口。

为了也在排出弯管的另外那侧上确保排出弯管稳定地连接到气缸盖上，提出：所述排出弯管在第二紧固边缘区域中具有与第一紧固凸缘区域基本上相反取向的第二紧固凸缘区域，所述第二紧固凸缘区域包括相对于第一贴靠面以第二楔角倾斜的第二紧固元件支撑面，其中，第二紧固元件借助于至少一个相对于气缸盖支撑的或能支撑的第二紧固螺栓单元压到或能压到气缸盖上并且具有相对于第二贴靠面以第二楔角倾斜的第二紧固凸缘支撑面。第二紧固元件可以在排出弯管安装在气缸盖上之前固定，从而排出弯管以其同样构造成楔状的第二紧固凸缘区域可以推动到第二紧固元件之下并且随后在第一紧固边缘区域上可以借助于第一紧固元件进行固定。

有利地，所述至少一个第二紧固螺栓单元的第二紧固螺栓纵轴线相对于第二贴靠面以第二纵轴线角设置，其中，第二纵轴线角处于90°的范围内。

所述第二楔角优选大于所述第一楔角，并且第所述二紧固元件可以具有与所述至少一个第二紧固螺栓单元的第二紧固螺栓纵轴线基本上正交的第二紧固螺栓单元支撑面，用于相对于第二紧固元件支撑所述至少一个第二紧固螺栓单元。

为了能够接受在燃烧运行中出现的高的热负荷和机械负荷，所述排出弯管可以由钢、优选st52构造。与排出弯管进入摩擦相互作用的所述第一紧固元件也可以由钢、优选同样由st52构造。在排出弯管和气缸盖之间作用的所述静摩擦系数特别是在使用钢材用于构造结构组件时例如处于0.10至0.14的范围内，优选处于0.11至0.13的范围内。

此外，本发明涉及一种内燃机、特别是用于车辆的内燃机，所述内燃机包括固定在气缸体上的气缸盖和借助于根据本发明的紧固布置系统固定在气缸盖上的排出弯管。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明。附图中：

图1示出在第一紧固边缘区域中与气缸盖连接的排出弯管的原理式的横剖图；

图2示出对应于图1的图示，其示出排出弯管在排出弯管的第二紧固边缘区域中固定在气缸盖上。

具体实施方式

图1和2以简化图示出一般以10表示的紧固布置系统，借助于该紧固布置系统，排出弯管12可以固定在内燃机的气缸盖14上。在此，图1示出排出弯管12在排出弯管12的第一紧固边缘区域16中固定在气缸盖14上，而图2示出排出弯管12在排出弯管12的第二紧固边缘区域18中固定在气缸盖14上。要指出的是，排出弯管12原则上可以正交于图1和2的图平面地延伸并且可以以其纵向延伸方向沿着设置在气缸体中的气缸延伸。

排出弯管12具有构造成平的第一贴靠面20，所述第一贴靠面与气缸盖14的第二贴靠面22相对置。如以下描述的那样，排出弯管12朝第二贴靠面22的方向加载，其中，在第一贴靠面20和第二贴靠面22之间定位附图中未示出的密封元件，用于获得气密性封闭。

在第一紧固边缘区域16中，排出弯管12具有构造成楔状的第一紧固凸缘区域24。该第一紧固凸缘区域沿朝向气缸盖14的方向通过第一贴靠面20界定并且沿背离气缸盖14的方向通过紧固元件支撑面26界定。在第一贴靠面20和第一紧固元件支撑面26之间构成第一楔角w1，从而第一紧固凸缘区域24朝其自由端28的方向渐缩地构造。

为了将排出弯管12在其第一紧固边缘区域16中固定在气缸盖14上，优选设置有多个沿排出弯管12的纵向延伸方向、亦即正交于图1的图平面相继的第一紧固螺栓单元30。每个所述第一紧固螺栓单元30包括紧固螺栓32(一般也称为定位螺栓)，所述紧固螺栓插入、优选拧入气缸盖14中的所配设的开口34中。紧固螺栓32则优选构造为外螺纹螺栓，并且气缸盖14中的容纳该紧固螺栓的开口34构造为内螺纹开口。

与每个第一紧固螺栓单元30相配地，在第一紧固凸缘区域24中例如构成朝所述第一紧固凸缘区域的自由端28敞开的紧固螺栓穿过开口36。通过该紧固螺栓穿过开口36，紧固螺栓32从气缸盖14出发以其第一紧固螺栓纵轴线a1相对于第二贴靠面22成第一纵轴线角l1地向外延伸，亦即沿背离排出弯管12的方向或沿朝向第一紧固凸缘区域24的自由端28的方向倾斜。在此，第一紧固螺栓纵轴线a1优选处于与第二贴靠面22正交的、亦即因此基本上也与图1的图平面对应的平面。因此，紧固螺栓32不具有沿排出弯管12的纵向延伸的方向的倾角分量。

此外，配设于第一紧固凸缘区域24，紧固布置系统10包括第一紧固元件38。第一紧固元件38沿排出弯管12的纵向延伸的方向优选延伸超过整个第一紧固边缘区域16并且因此与沿排出弯管12的纵向延伸方向相继的第一紧固螺栓单元30配合作用。

第一紧固元件38具有第一紧固凸缘支撑面40，利用所述第一紧固凸缘支撑面，该第一紧固元件贴靠在第一紧固凸缘区域24的第一紧固元件支撑面26上。与每个第一紧固螺栓单元30相配地，第一紧固元件38具有紧固螺栓穿过开口42，相应的紧固螺栓32基本上没有横向于第一紧固螺栓纵轴线a1的运动间隙地容纳在所述紧固螺栓穿过开口中。亦即设置尽可能准确的配合，该配合一方面能实现将第一紧固元件38推到紧固螺栓32上，但另一方面基本上不允许第一紧固元件38相对于紧固螺栓32横向移动。

在背离第一紧固凸缘区域24并且因此背离第一紧固元件支撑面28的那侧上，第一紧固元件38具有紧固螺栓单元支撑面44。在这个相对于第一紧固螺栓纵轴线a1基本上正交取向的紧固螺栓单元支撑面44上，与紧固螺栓32处于或能置于螺纹嵌接中的紧固螺母46可以直接或通过置入式盘元件来支撑。通过该紧固螺母46，在将所述紧固螺母拧紧到第一紧固元件48上时，施加基本上沿第一紧固螺栓纵轴线a1的方向并且因此对应地倾斜于第二贴靠面22指向的力，该力将第一紧固元件38压到第一紧固凸缘区域24上，亦即因此将第一紧固凸缘支撑面40压到第一紧固元件支撑面26上。

也在图2中示出的第二紧固边缘区域18中，排出弯管12具有基本上构造成楔状的第二紧固凸缘区域48。第二紧固凸缘区域48具有相对于第一贴靠面20并且因此也相对于第二贴靠面22以第二楔角w2倾斜的第二紧固元件支撑面50。第二紧固凸缘区域48也朝向其自由端52渐缩地构造并且因此与第一紧固凸缘区域24基本上相反地取向。

配设于第二紧固凸缘区域48，紧固布置系统10包括第二紧固元件54。该第二紧固元件通过多个沿排出弯管12的纵向延伸的方向相继的第二紧固螺栓单元56固定在气缸盖14上。每个第二紧固螺栓单元56包括紧固螺栓58，所述紧固螺栓插入气缸盖14的所配设的开口中，优选通过螺纹嵌接保持在其中。因此，第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58也优选构造为外螺纹螺栓，而气缸盖14中的容纳该紧固螺栓的开口构造为内螺纹开口。在图2中可看出的是，紧固螺栓58以其第二紧固螺栓纵轴线a2相对于第二贴靠面22以90°的第二纵轴线角l2设置。因此，紧固螺栓58相对于第二贴靠面22基本上正交地延伸并且也不具有沿排出弯管12的纵向延伸方向的方向的倾角分量。

第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58贯穿第二紧固元件54中的相应配设给所述紧固螺栓的紧固螺栓穿过开口。在背离气缸盖14的第二贴靠面22的那侧上，紧固元件54具有第二紧固螺栓单元支撑面60，所述第二紧固螺栓单元支撑面与紧固螺栓58的相应的第二紧固螺栓纵轴线a2基本上正交，并且与相应的第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58处于或能置于螺纹嵌接中的紧固螺母62直接或在中间放入置入式盘的情况下支撑或能支撑在所述第二紧固螺栓单元支撑面上。通过第二紧固螺栓单元56的紧固螺母62，第二紧固元件54以气缸盖支撑面64压到气缸盖14的第二贴靠面22上。因此，第二紧固元件54借助于第二紧固螺栓单元56相对于气缸盖14保持在限定的定位中。为此，例如用于第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58的构造在第二紧固元件54中的紧固螺栓穿过开口具有这样的尺寸，使得紧固螺栓58又基本上没有横向于其第二紧固螺栓纵轴线a2的运动间隙地容纳在所述紧固螺栓穿过开口中，从而第二紧固元件54不仅沿往回正交于容纳面22的方向、而且沿平行于第二贴靠面22的方向基本上不可运动地保持在限定的定位中。

配设于排出弯管12的第二紧固凸缘区域48，在第二紧固元件54上设置有第二紧固凸缘支撑面66。该第二紧固凸缘支撑面相对于第二贴靠面22并且因此也相对于第一贴靠面20以第二楔角w2倾斜，第二紧固凸缘区域48的第二紧固元件支撑面50也相对于第二贴靠面和第一贴靠面以所述第二楔角倾斜。因此，在第二紧固凸缘支撑面66和第二贴靠面22之间构成楔状的底切，第二紧固凸缘区域48可以嵌接地定位到所述底切中。由于两个面50、66的协调一致的弯角，第二紧固元件54和排出弯管12在这两个面的区域中在建立提供均匀负荷的面接触的情况下彼此贴靠。在第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58沿排出弯管12的纵向延伸方向相继地从气缸盖14延伸出来的地方，在第二紧固凸缘区域48中可以构成朝其自由端52敞开的空隙，紧固螺栓58可以部分地嵌接到所述空隙中或者紧固螺栓58可以延伸穿过所述空隙。

为了能够接受在运行中出现的热负荷和机械负荷并且确保排出弯管12稳定连接到气缸盖14上，排出弯管12和两个紧固元件38、54优选由钢材、例如st52构造。气缸盖14例如由铝材构造。紧固螺栓单元30、56，特别是其紧固螺栓32、58优选同样由钢材构造，所述钢材在与气缸盖14和紧固元件38、54的支撑相互作用中也确保紧固螺栓32、58也横向于其紧固螺栓纵轴线a1、a2的必需的连接强度和负荷能力。

为了将排出弯管12安装在气缸盖14上例如可以这样进行，即，首先，第二紧固螺栓单元56的紧固螺栓58、必要时还有第一紧固螺栓单元30的紧固螺栓32以必需的安装深度装入气缸盖14中。随后，第二紧固元件推到紧固螺栓58上并且通过第二紧固螺栓单元56的紧固螺母62压到气缸盖14的第二贴靠面22上。只要还未发生，则第一紧固螺栓单元30的紧固螺栓32以必需的安装深度装入、亦即例如拧入气缸盖14中。接着，在附图中未示出的密封元件安放到第二贴靠面22上，从而所述密封元件基本上在两排紧固螺栓32、58之间处于为安装所设的位置上。随后，排出弯管12运动到气缸盖14上，并且更确切地说是这样运动，使得第二紧固凸缘区域18以其第二紧固元件支撑面50嵌接到第二紧固元件54的第二紧固凸缘支撑面66之下。

在该过程的进程中，排出弯管12可以这样偏转，使得其第一贴靠面20靠近第二贴靠面22或在其上定位的密封元件。在该运动中，第一紧固凸缘区域24连同在其上构造的紧固螺栓穿过开口36运动经过第一紧固螺栓单元30的紧固螺栓32，直至排出弯管12在中间放入密封元件的情况下面状地相对于气缸盖14支撑，亦即两个贴靠面20、22基本上彼此平行地定位。

随后，第一紧固元件38以其紧固螺栓穿过开口42推到第一紧固螺栓单元30的紧固螺栓32上并且因此第一紧固元件38以其第一紧固凸缘支撑面40在第一紧固元件支撑面26上贴靠地定位。通过施加和拧紧第一紧固螺栓单元30的紧固螺母46，第一紧固元件38压到第一紧固凸缘区域24上。在此，由于紧固螺栓32的倾斜并且由于第二紧固凸缘区域24的楔状的构造方案可以产生力，所述力可以在图1和2的两个图示中分别向左、亦即朝固定在气缸盖14上的第二紧固元件24的方向加载或移动排出弯管12。

为了避免产生太大的横向力、亦即基本上横向于气缸盖14加载排出弯管12的力，根据本发明的原理，第一楔角w1如此选择，使得其满足以下条件：

0<w1≤2tan^-1(μ)。

在此，μ是在彼此贴靠的第一紧固元件支撑面26和第一紧固凸缘支撑面40的区域中出现的静摩擦系数，也称为静摩擦值。该静摩擦系数基本上通过与两个面26、40彼此贴靠的构件排出弯管12和第一紧固元件38的结构材料来确定。如先前给出的那样，这两个构件优选由钢材、例如st52构造，从而在相互贴靠的这个区域中产生在0.11至0.13的范围内的静摩擦系数。考虑到这一点，对于第一楔角w1得出，该第一楔角根据本发明的原理不大于该静摩擦系数的反正切的两倍。因此，对于所提到的材料副在例如0.13的静摩擦系数时得出对于该第一楔角w1的在大约14.81°的范围内的上极限值。但在一种特别优选的构造方案，该第一楔角w1应不大于静摩擦系数的反正切的一倍，亦即应不大于7.41°。

在上面给出的范围内选择第一楔角w1并且特别是也选择成使得第二楔角w2大于第一楔角w1的情况下，避免出现太大的力，所述力可能导致特别是在热膨胀或收缩时排出弯管12朝第二紧固元件54的方向太强烈的移动。随着避免太强烈的移动，也避免不同的紧固螺栓单元、特别是第一紧固螺栓单元30由于第一紧固凸缘区域24相对于第一紧固元件38移动而在图1的图示中向左松开或者超过较长的运行时间也不能维持必需的拧紧转矩。特别是第一紧固凸缘区域24的楔状的构造方案仍然能实现不同构件的在内燃机的运行中不可避免地出现的由热引起的膨胀或收缩，而没有在排出弯管12和气缸盖14之间的非限定的过度的相对运动或紧固螺栓单元的松动。

在一种特别优选的构造方式中可以规定：第一楔角w1基本上对应于静摩擦值μ的反正切。亦即在该情况下，第一楔角w1基本上对应于摩擦角或摩擦锥角。因此，可以保证不出现导致气缸盖14移动的显著的横向力。如果第一楔角w1这样选择，使得其稍微大于静摩擦值μ的反正切，则虽然可能出现受限的横向力，但避免气缸盖14沿横向的过度负荷。

最后要指出的是，紧固布置系统或以此构造的内燃机的根据本发明的构造方案特别是能够在运行中出现大的机械负荷和热负荷、亦即在排出弯管固定在气缸盖上的地方以特别有利的方式实现。但原则上这样的紧固布置系统也可能用于将进气弯管固定在气缸盖上。