DE2134999A1

DE2134999A1 - WATER-COOLED EXHAUST GAS PIPE FOR MULTICYLINDRICAL COMBUSTION MACHINES

Info

Publication number: DE2134999A1
Application number: DE2134999A
Authority: DE
Inventors: Rolf Muth; Erich Ries
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1971-07-14
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1973-02-01

Description

Wassergekühltes Abgassammelrohr für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein wassergekühltes Abgassammel= rohr für Brennkraftmaschinen, insbesondere solche von aufgelade= ner und ladeluftgekühlter Bauart, im wesentlichen bestehend aus dem oder den Sammelrohren und aus den von diesen zu den Anschluß= öffnungen an der Maschine führenden Abzweigstutzen, sowie aus einem das oder die Sammelrohre und die Abzweigstutzen mindestens annähernd vollständig umgebenden Kühlmantel, dessen Wandung im Bereich der Anschlußöffnungen in die Wandungen der Abzweig= stutzen sowie an den beiden Stirnseiten in die Wandung des oder der Sammelrohre einstückig übergeht. Water-cooled exhaust manifold for multi-cylinder internal combustion engines The invention relates to a water-cooled exhaust gas collector = pipe for internal combustion engines, in particular those of the supercharged and intercooled design, essentially consisting of the manifold or manifolds and from these to the connection = branch connections leading to openings on the machine, as well as from one or the other Header pipes and the branch nozzles at least almost completely surrounding the cooling jacket, its wall in the area of the connection openings in the walls of the branch = trim as well as in one piece at the two end faces in the wall of the header tube or tubes transforms.

Bei den bekannten Sammelrohren der vorgenannten Bauart sind die Abzweigstutzen so kurz wie möglich ausgeführt und der Kühlmantel stellt ein wenig formänderungsfähiges Bauteil dar, dessen Wandung bis auf wenige kleine Kernöffnungen keinerlei Ausnehmungen auf= weist. Bei unaufgeladenen Brennkraftmaschinen mit relativ niedri= ger Abgastemperatur ist die Haltbarkeit dieser einstückigen Sammelrohre einigermaßen zufriedenstellend, obwohl die Temperatur des eigentlichen Sammelrohres und des Kühlmantels und demnach die Wärmedehnung dieser beiden Teile während des Betriebes der Maschine verschieden ist. Offensichtlich kann der verwendete Werkstoff, meistens Gußeisen, die unterschiedlichen Dehnungen im Wege elastischer Formänderungen gerade noch aufnehmen. Bei Maschinen mit Aufladung Jedoch, insbesondere mit einem Auflade grad, bei dem die Ladeluft gekühlt werden muß, ist die Abgas= temperatur so hoch, daß die bekannten einstückigen Sammelrohre keine ausreichende Haltbarkeit mehr ergeben.In the known manifolds of the aforementioned type, the branch nozzles are Run as short as possible and the cooling jacket represents a little deformable Component, the wall of which has no recesses except for a few small core openings on = has. In the case of uncharged internal combustion engines with a relatively low exhaust gas temperature the durability of these one-piece manifolds is reasonably satisfactory, although the temperature of the actual manifold and the cooling jacket and therefore the thermal expansion of these two parts during the operation of the machine is different is. Obviously, the material used, mostly cast iron, can vary Just absorb stretching in the way of elastic changes in shape. With machines With charging, however, especially with a degree of charging at which the charge air must be cooled, the exhaust gas temperature is so high that the known one-piece Headers no longer have a sufficient shelf life.

Man hat aus diesem-Grunde bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen eine Trennung von Sammelrohr und Kühlmantel vorgenommen, derart, daß sich Sammelrohr und Kühlmantel gegeneinander verschieben können. Eine solche Ausführung ist aber aufwendiger als die einstückige Gestaltung. Die Aufgabe der Erfindung besteht dem= gegenüber darin-die Nachteile dieser bekannten Bauarten von Sammelrohren zu vermeiden.For this reason, one has a supercharged internal combustion engine Separation of the manifold and cooling jacket made in such a way that the manifold and cooling jacket can move against each other. However, such an implementation is more complex than the one-piece design. The object of the invention is the = as opposed to this — to avoid the disadvantages of these known types of header pipes.

Diese Aufgabe wird an einem Sammelrohr der eingangs beschriebe= nen Bauart erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sammelrohr durch Anbringung von Öffnungen auf einem Teil seines Umfanges formänderungsfähig ausgebildet ist, wobei die Öffnungen durch die Abzweigstutzen gebildet werden, und daß die Abzweigstutzen in dem Bereich zwischen dem gegenüber den Anschlußöffnungen ver= setzt angebrachten Sammelrohr und den Anschlußöffnungen leicht bogenförmig und somit formänderungsfähig ausgebildet sind und daß der Kühlmantel an seiner den Anschlußöffnungen abgewandten Seite mit einem nahezu über seine ganze Länge sich erstreckenden Wandausschnitt versehen ist, der durch einen aufgeschraubten Deckel verschlossen ist, wobei derWandausschnitt den Kühlmantel in dem Bereich formänderungsfähig macht, in dem das Sammelrohr keine Öffnungen aufweist.This task is carried out on a manifold of the type described at the beginning Design achieved according to the invention in that the manifold by making openings is formed deformable on part of its circumference, the openings are formed by the branch pipe, and that the branch pipe in the area between the manifold, which is offset against the connection openings and the connection openings are designed to be slightly arcuate and thus deformable are and that the cooling jacket on its side facing away from the connection openings with is provided with a wall cutout extending almost over its entire length, which is closed by a screwed-on cover, the wall cutout makes the cooling jacket deformable in the area in which the manifold does not Has openings.

Zwar weisen auch die bekannten Sammelrohre Öffnungen in einem begrenzten Bereich ihres Umfanges auf, die durch Abzweigstutzen gebildet werden, aber diese rein örtliche Formänderungsfähigkeit reicht i cn$ nicht aus, um bei höheren Wärmebeanspruchungen Rißbildung zu vermeiden. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Aus= führung dafür gesorgt, daß der Kühlmantel gerade in dem Bereich, in dem das Sammelrohr in Längsrichtung starr ist, zum Zwecke des Dehnungsausgleiches in Längsrichtung formänderungsfähig ist.It is true that the known manifolds also have openings in a limited manner Area of their circumference, which are formed by branch nozzles, but these purely local deformability is not enough to cope with higher thermal loads To avoid cracking. In contrast, in the embodiment according to the invention ensured that the cooling jacket is in the area where the manifold is in The longitudinal direction is rigid, for the purpose of expansion compensation in the longitudinal direction is deformable is.

Ebenso wirkt sich die Formänderungsfähigkeit der Abzweigstutzen besonders in den Bereichen in der Nähe der Stirnseiten günstig aus, in denen das Sammelrohr in Querrichtung relativ unnachgiebig ist.The deformability of the branch pieces also has a special effect in the areas near the end faces where the manifold is relatively rigid in the transverse direction.

In der Zeichnung ist einAusführungsbeispiel des Erfindungs= gegenstandes dargestellt.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown.

Fig. 1 ist eine Teilansicht des Sammelrohres ohne Deckel, wobei das rechte Drittel längs der Linie I-I in Fig. 3 geschnitten ist.Fig. 1 is a partial view of the header without a cover, the right third along the line I-I in Fig. 3 is cut.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch das Sammelrohr ohne Deckel längs der Linie II-II in Fig. 1.Fig. 2 is a longitudinal section through the collecting tube without a cover the line II-II in FIG. 1.

Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt durch das Sammelrohr mit Deckel längs der Linie III-III in Fig. 1.Fig. 3 is a partial cross-section through the collecting tube with cover longitudinally the line III-III in FIG. 1.

In der Zeichnung ist nur ein Teilstück des: gesamten Sammelrohres dargestellt, das aus einem oder aus zwei solcher Teilstücke und einem nicht dargestellten Anschlußstück zu einem ebensolchen Turbolader bestehen kann. Das dargestellte Teilstück überdeckt drei in einer Reihe angeordnete Zylinder einer nicht dargestell= ten Hubkolbenbrennkraftmaschine, kann aber auch in der dargestell ten Art so ausgebildet werden, daß es weniger oder mehr Zylinder überdeckt. Das Teilstück besteht im wesentlichen aus dem eigent= lichen Sammelrohr 1, den Abzweigstutzen 2 und dem Kühlmantel 3, die- zusammen ein einziges Gußstück bilden. Die Abzweigstutzen 2 führen von dem Sammelrohr 1 zu den Anschlußöffnungen 4, die mit den Ausgängen der Auslaßkanäle der Zylinderköpfe übereinstimmen.In the drawing is only part of the: entire manifold shown, which consists of one or two such sections and one not shown Connection piece to such a turbocharger can exist. The part shown covers three cylinders arranged in a row of a reciprocating piston internal combustion engine, not shown, but can also be designed in the dargestell th type that there is less or more cylinders covered. The section consists essentially of the actual Collecting pipe 1, the branch pipe 2 and the cooling jacket 3, which together form a single one Form casting. The branch pipe 2 lead from the manifold 1 to the connection openings 4, which correspond to the exits of the exhaust ports of the cylinder heads.

Der Kühlmantel 3 umgibt das Sammelrohr 1 und die Abzweigstutzen 2 vollständig bis auf einen kleinen Bereich 5 in der Nähe der Stirnseiten 6 und 7. Die Wandung des Kühlmantels 3 geht im Be= reich der Anschlußöffnungen 4 in die Wandungen der Abzweig= stutzen 2 über (Vgl. Fig. 3). Die Wandung des Sammelrohres 1 geht an den Stirnseiten 6 und 7 in die Wandung des Kühlmantels 3 über (Vgl. Fig. 1 rechts und Fig. 2 links). Beiderseits jedes Abzweigstutzens 2 sind Pfeifen 8 für die nicht dargestellten Schrauben vorgesehen, mit denen das Teilstück an der Brennkraft= maschine befestigt wird. Das Sammelrohr 1 ist durch Anbringung von Öffnungen 9 auf einem Teil seines Umfanges formänderungs= fähig ausgebildet. Die Öffnungen 9 werden durch die Abzweig= stutzen 2 gebildet. Wie sich besonders aus Fig. 1 rechts ersehen läßt, kann sich das Sammelrohr 1 an den Stellen 9, wenn es durch den kalten Kühlmantel 3 gewissermaßen an seinen Enden 6 und 7 eingespannt ist, unter dem Einfluß der Wärmeausdehnung ausbeulen.The cooling jacket 3 surrounds the collecting pipe 1 and the branch connections 2 completely except for a small area 5 near the end faces 6 and 7. The wall of the cooling jacket 3 goes into the walls in the area of the connection openings 4 the branch = clip 2 over (cf. Fig. 3). The wall of the manifold 1 goes on the end faces 6 and 7 into the wall of the cooling jacket 3 (cf. Fig. 1 right and Fig. 2 left). On both sides of each branch 2 there are no pipes 8 for them Screws shown provided with which the section on the internal combustion engine = machine is attached. The manifold 1 is by attachment of openings 9 on part of its circumference is designed to be deformable = capable. The openings 9 are formed by the branch = connector 2. As can be seen in particular from FIG. 1 on the right can be seen, the manifold 1 at the points 9 when it is through the cold Cooling jacket 3 is, as it were, clamped at its ends 6 and 7, under the influence bulges due to thermal expansion.

Das Sammelrohr 1 ist gegenüber den Anschlußöffnungen 4 versetzt angebracht, so daß die Abzweigstutzen 2 eine Länge aufweisen, die es gestattet dieselben leicht bogenförmig und damit form änderungsfähig auszubilden. Der Kühlmantel 3 ist an seiner den Anschlußöffnungen 4 abgewandten Seite mit einem nahezu über seine ganze Länge sich erstreckenden Wandausschnitt 10 versehen, der durch einen mit Hilfe der Schrauben 11 befestigten Deckel 12 (Fig. 3) verschlossen ist. Dadurch wird der Kühlmantel 3 in den Bereichen (Fig. 1 rechts unten, Fig. 2 links unten) formänderungsfähig, in denen das Sammelrohr 1 keine Öffnungen 9 aufweist. An den Stirnseiten 6 und 7 hat das Sammelrohr 1 Anschlußöffnungen 13 und 1+, on denen jeweils eine mit einem nicht dargestellten Deckel verschlossen oder an ein weiteres Teilstück oder an ein Üb ergangs stück zu- einem Turbolader oder zu einer Abgasleitung angeschlossen sein kann. Der Kühlmantel 7 ist an den Stirnseiten 6 und 7 mit Kühlwasserzu- und abflußöfnungen 15 und 16 versehen.The collecting pipe 1 is attached offset from the connection openings 4, so that the branch pipe 2 have a length that allows the same easily To be formed arch-shaped and thus changeable in shape. The cooling jacket 3 is on his the connection openings 4 facing away from the side with a nearly over its entire length extending wall cutout 10 provided, which by means of the screws 11 attached lid 12 (Fig. 3) is closed. This creates the cooling jacket 3 in the areas (Fig. 1 bottom right, Fig. 2 bottom left) capable of being changed, in which the manifold 1 has no openings 9. On the front sides 6 and 7 the manifold has 1 connection openings 13 and 1+, one of which each with a Cover, not shown, closed or attached to a further section or to a Transition piece to be connected to a turbocharger or to an exhaust pipe can. The cooling jacket 7 is at the end faces 6 and 7 with cooling water inlet and outlet openings 15 and 16 provided.

- Patentanspruch -- claim -

Claims

Patent claim Water-cooled exhaust manifold for multi-cylinder Internal combustion = machines, especially those of supercharged and charged air = cooled Type of construction, essentially consisting of the manifold or manifolds and of the this branch pipe leading to the connection openings on the machine, as well as from one that or the header pipe or pipes and the branch pipe at least approximately completely surrounding cooling jacket, the wall of which in the area of the connection openings in the walls the branch pipe as well as on the two end faces in the wall of the or the collector = tubes merges in one piece, characterized in that the collecting tube (1) through Attachment of openings (9) formed deformable on part of its circumference is, wherein the openings are formed by the branch pipe (2), and that the Branch stub offset in the area between the opposite connection openings (4) attached manifold and the connection openings slightly arched and thus shape changing = are capable and that the cooling jacket (3) at its the connection openings remote side with a wall cutout extending almost over its entire length (10) is provided, which is closed by a screwed-on cover (12), whereby the wall cut-out makes the cooling jacket capable of changing its shape in the area, in which the collecting tube has no openings (9).

L e r s e i t e