AT397417B

AT397417B - Exhaust gas manifold for a multi-cylinder internal combustion engine

Info

Publication number: AT397417B
Application number: AT113088A
Authority: AT
Inventors: Johann Wagner
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1988-05-02
Filing date: 1988-05-02
Publication date: 1994-04-25
Also published as: ATA113088A

Abstract

The exhaust gas manifold 5 of a multi-cylinder internal combustion engine is cast jointly with the outlet channels 4 in the cylinder head 2 and is provided internally with cylindrical, straight thermal insulation, which consists of a ceramic tubular structure 6 which is directly subjected to the exhaust gas, and is cast into the cylinder head 2 either as an entity or a partial element. This avoids the disadvantages of the conventional screw connection between the exhaust gas manifold and the cylinder, in particular in engines with an exhaust gas turbocharger. These disadvantages include the fact that, as a rule, this is highly costly (complex) owing to the high temperatures that occur here and also frequently leads to fractures in the manifold, particularly if the turbocharger is directly attached to the exhaust gas manifold. <IMAGE>

Description

AT 397 417 BAT 397 417 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgassammelrohr einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welches gemeinsam mit den Auslaßkanälen an einem gegossenen Zylinderkopf angeordnet und innen mit einer eingegossenen Wärmeisolierung aus Keramikmaterial versehen ist.The invention relates to an exhaust manifold of a multi-cylinder internal combustion engine, which is arranged together with the exhaust ports on a cast cylinder head and is provided on the inside with a cast-in thermal insulation made of ceramic material.

Die Verschraubung eines Abgassammelrohres mit dem Zylinderkopf, insbesondere bei Motoren mit Abgasturboaufladung und direkt am Abgassammelrohr aufgehängtem Turbolader, ist wegen der hier auftretenden hohen Temperaturen in der Regel sehr aufwendig und führt auch häufig zu Brüchen des Sammelrohres. Weiters treten bei der Abdichtung des Sammelrohres häufig Schwierigkeit«! auf, und es müssen aufwendige Dichtungen mit Blecheinbördelungen verwendet werden.The screwing of an exhaust manifold to the cylinder head, especially in engines with exhaust gas turbocharging and a turbocharger suspended directly on the exhaust manifold, is generally very complex because of the high temperatures that occur here and often also leads to breaks in the manifold. Furthermore, difficulties often arise when sealing the header pipe! on, and complex seals with sheet metal flanges must be used.

Aus der FR-PS 2 347 530 ist ein Abgassammelrohr der genannten Art mit einer Wärmeisolierung bekannt, die aus einer Schicht von Keramikfasem besteht und durch eine dünne Abdeckung aus rostfreiem Stahlblech in Ausnehmungen des Abgassammelrohres in ihrer Lage gehalten wird. Nachteilig hiebei ist, daß das Stahlblech sich sehr stark erwärmen, verbiegen und damit die Wirkung der durch dieses gehaltenen Wärmeisolierung beeinträchtigen kann.From FR-PS 2 347 530 an exhaust manifold of the type mentioned is known with thermal insulation, which consists of a layer of ceramic fibers and is held in place by a thin cover made of stainless steel sheet in recesses of the exhaust manifold. The disadvantage here is that the steel sheet heats up very strongly and can bend and thus impair the effect of the thermal insulation held by it.

Die DE-OS 31 01 881 zeigt ein Abgassammelrohr ein«* Brennkraftmaschine, welches gemeinsam mit den Auslaßkanälen im Zylinderkopf eingegossen ist. Die Abgassammelleitung ist dabei von ein« Blechmantelumhüllung und ein« Isoliereinlage abgeschiimt. Nachteilig bei dies« bekannten Bauweise ist vor allem, daß sie ziemlich viel Platz beansprucht und außerdem nicht besonders wirkungsvoll ist Überdies besteht die Gefahr einer Beschädigung der außen angebrachten Wärmeisolierung.DE-OS 31 01 881 shows an exhaust manifold a "* internal combustion engine, which is cast together with the exhaust ports in the cylinder head. The exhaust manifold is sealed off by a «sheet metal jacket and an« insulating insert. The disadvantage of this known construction is, above all, that it takes up a great deal of space and, moreover, it is not particularly effective. Furthermore, there is a risk of damage to the external heat insulation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgassammelrohr zu schaffen, mit welchem die beschriebenen Nachteile d« bekannten Ausführungen vermieden werden.The present invention has for its object to provide an exhaust manifold with which the disadvantages described d «known designs are avoided.

Die Erfindung besteht darin, daß das Abgassammelrohr, wie an sich bekannt, gemeinsam mit den Auslaßkanälen im Zylinderkopf eingegossen ist, wobei die Wärmeisolierung aus einem Keramikrohrgebilde besteht, das dem Abgas direkt ansgesetzt ist, und entweder als Ganzes oder in Teilstücken mit Stoßspiel in den Zylinderkopf eingegossen ist. Bei dieser Ausführung werden die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Verschraubung des Abgassammelrohres mit dem Zylinderkopf vermieden, wobei der Zylinderkopf vor Qb«mäßiger thermisch« Belastung geschützt ist. Die vorliegende Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß besonders bei aufgeladenen Motoren der Abgasstrang bis zum Tufbolad« sehr kurz ist, die Isolierung über einen sehr großen Teil dieses Abgasstranges wirksam ist und damit der Verlust an Abgasenergie äußerst geringgehalten wird. Dies trotz des Umstandes, daß durch den in üblicher Weise gestalteten und nicht isolierten Teil des eigentlichen Abgaskanals eine rasche Aufheizung des Kühlmediums bei Kaltstart erfolgt.The invention consists in that the exhaust manifold, as known per se, is cast together with the exhaust ports in the cylinder head, the heat insulation consisting of a ceramic tube structure which is directly attached to the exhaust gas, and either as a whole or in parts with shock play in the cylinder head is poured. In this embodiment, the disadvantages described at the outset of the known screwing of the exhaust manifold to the cylinder head are avoided, the cylinder head being protected against moderate thermal stress. The present invention has the further advantage that, especially in supercharged engines, the exhaust line to the tufbolad is very short, the insulation is effective over a very large part of this exhaust line, and the loss of exhaust gas energy is therefore kept extremely low. This is in spite of the fact that the coolant is heated up quickly on cold start due to the part of the actual exhaust gas duct which is designed and not insulated in the usual way.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Abgassammelrohres gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Keramikrohrgebilde ein gerades zylindrisches Isolierrohr ist, das lediglich Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Abgases aufweist. Dieses Isolierrohr hat, im Gegensatz zu den bekannten "Portlinem", eine gerade zylindrische Form, in welcher nur Öffnungen für den Zu- und Austritt der Abgase vorgesehen sind. Das Isolierrohr kann bei der Herstellung des Kanalkemsatzes in den Kemkasten eingelegt und gemeinsam mit dem Kemsatz eingeformt werden.A preferred embodiment of the exhaust manifold according to the invention is that the ceramic tube structure is a straight cylindrical insulating tube that only has openings for the supply and discharge of the exhaust gas. In contrast to the well-known " Portlinem ", this insulating tube has a straight cylindrical shape, in which only openings are provided for the entry and exit of the exhaust gases. The insulating tube can be inserted into the core box during the manufacture of the channel core set and molded in together with the core set.

Zur Erleichterung der Herstellung des Isolierrohres und zur besseren Aufnahme der Wärmedehnung kann, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, das Keramikrohrgebilde aus mehreren Isolierrohr-Längsabschnitten bestehen. Der Vorgang des Einformens kann hiebei gleichbleiben.To facilitate the manufacture of the insulating tube and to better absorb the thermal expansion, according to a further feature of the invention, the ceramic tube structure can consist of a plurality of insulating tube longitudinal sections. The molding process can remain the same.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erleichterung des Gußputzens das Abgassammelrohr oder das Isolierrohr an einem oder an beiden Enden eine Öffnung aufweisen, welche mit einem Deckel verschließbar ist.In a further embodiment of the invention, the exhaust manifold or the insulating tube can have an opening at one or both ends, which can be closed with a lid, to facilitate casting cleaning.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Ausführung eines Abgassammelrohres gemäß der Erfindung, Fig. 2 hiezü die mögliche Gestaltung des Gießkems und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Gießkems.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows the design of an exhaust manifold according to the invention, FIG. 2 shows the possible design of the casting core, and FIG. 3 shows a further embodiment of the casting core.

Auf den Zylinder (1) einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist der Zylinderkopf (2) aufgesetzt und in nicht dargestellter Weise befestigt. Das im Zylinderkopf befindliche Auslaßventil ist mit (3) und der zugehörige Auslaßkanal mit (4) bezeichnet. Der Auslaßkanal (4) mündet in das Abgassammelrohr (5), welches im Zylinderkopf (2) eingegossen ist und zum Schutz des Zylinderkopfes (2) vor übermäßiger thermischer Belastung mit einer Wärmeisolierung versehen ist. Beim Ausführungsbeispiel besteht diese Wärmeisolierung aus einem Isoli«rohr (6) aus einem Keramikwerkstoff. In dieses Isolierrohr (6) münden die Auslaßkanäle (4) üb« entsprechende Öffnungen (7) im Isolierrohr (6). Etwa in der Mitte des Abgassammelrohres (5) befindet sich die nach außen gerichtete Auslaßöffnung (8), an welche der mit dem Zylinderkopf (2) einstückige Auslaßstutzen (9) anschließt. Der schematisch angedeutete Abgasturbolader (10) ist mit seinem am Einlaßstutzen (11) befindlichen Flansch (1Γ) am Auslaßstutzen (9) und somit am Zylinderkopf (2) angeschraubt, wodurch eine zuverlässige Verbindung und eine sehr kompakte Bauweise erreicht wird.The cylinder head (2) is placed on the cylinder (1) of a multi-cylinder internal combustion engine and fastened in a manner not shown. The exhaust valve located in the cylinder head is labeled (3) and the associated exhaust port is labeled (4). The outlet channel (4) opens into the exhaust manifold (5), which is cast in the cylinder head (2) and is provided with thermal insulation to protect the cylinder head (2) against excessive thermal stress. In the exemplary embodiment, this thermal insulation consists of an insulating tube (6) made of a ceramic material. The outlet ducts (4) open into this insulating tube (6) via corresponding openings (7) in the insulating tube (6). Approximately in the middle of the exhaust manifold (5) is the outwardly directed outlet opening (8), to which the one-piece with the cylinder head (2) connecting piece (9) connects. The schematically indicated exhaust gas turbocharger (10) with its flange (1Γ) located on the inlet port (11) is screwed to the outlet port (9) and thus to the cylinder head (2), thereby achieving a reliable connection and a very compact design.

In den Fig. 2 und 3 sind schematisch zwei mögliche Gießkeme für das in Fig. 1 dargestellte Abgassammelrohr (5) dargestellt. An den geraden Kern (5') für das Abgassammelrohr schließen die Kerne (4') für die Auslaßkanäle (4) an, von denen die mittleren radial und die beiden Auslaßstutzen (4') an den Enden axial an den geraden Teil des Abgassammelrohres (5') anschließen. Im geraden Bereich des Kemsatzes befindet sich das Isolierrohr (6), das aus Keramikmaterial besteht und die entsprechenden Öffnungen (7) bzw. (8) für die Einlaßstutzen (4) und den Auslaßstutzen (9) aufweist. Das Isolierrohr (6) wird bei der Herstellung des -2-2 and 3 schematically show two possible pouring cores for the exhaust manifold (5) shown in FIG. 1. Connected to the straight core (5 ') for the exhaust manifold are the cores (4') for the outlet channels (4), of which the middle radial and the two outlet ports (4 ') at the ends axially to the straight part of the exhaust manifold ( 5 '). In the straight area of the core set is the insulating tube (6), which is made of ceramic material and has the corresponding openings (7) or (8) for the inlet connector (4) and the outlet connector (9). The insulating tube (6) is used to manufacture the -2-

Claims

AT 397 417 B core set inserted in the core box and molded together with the core set. 3 differs from that of FIG. 2 in that instead of the single insulating tube (6) three insulating tube sections (12), (13) and (14) to facilitate the manufacture of the insulating tube and to better accommodate the Thermal expansion are made. The insulating tube section (14) has an opening (15) at the bottom, which serves to facilitate casting cleaning and can be closed with a lid. 1. An exhaust manifold of a multi-cylinder internal combustion engine, which is arranged together with the exhaust ports on a cast cylinder head and is provided on the inside with a cast-in thermal insulation made of ceramic material, characterized in that the exhaust manifold (5), as is known per se, together with the exhaust ports ( 4) is cast in the cylinder head (2), the heat insulation consisting of a ceramic tube structure (6; 12, 13, 14) which is directly exposed to the exhaust gas, and cast in the cylinder head (2) either as a whole or in parts with a backlash is.

2. Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that the ceramic tube structure is a straight cylindrical insulating tube (6) which only has openings (7 and 8) for the supply and discharge lines (4) of the exhaust gas.

3. Exhaust manifold according to claim 1 or 2, characterized in that the ceramic tube structure consists of a plurality of insulating tube longitudinal sections (12, 13, 14) (Fig. 3).

4. Exhaust manifold according to one of claims 1 to 3, characterized in that the exhaust manifold (5) or the insulating tube (6) have at one or both ends an opening (15) which can be closed with a lid. For this 1 sheet drawing -3-