DE2654064A1

DE2654064A1 - Engine exhaust manifold with thermal insulation - has annular air gap between pipe stub and wall of exhaust port bore

Info

Publication number: DE2654064A1
Application number: DE19762654064
Authority: DE
Inventors: Kunio Saito; Mitsumasa Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-10-13
Filing date: 1976-11-29
Publication date: 1978-04-27
Also published as: JPS5348119A

Abstract

The cylinder head exhaust port (15) has an increased dia. sectin (15a). A step (16) between the two different dia. section (15a) forms an abutment for the exhaust pipe flange (17). The exhaust pipe dia. is less than that of the large dia. boring (15a) to form an air gap (22). The exhaust pipe is provided with a fitting flange (17) to bolt to the cylinder head. Sealing rings (20, 24) are fitted between abutment step (16) and fixing flange (17). The purpose of the air gap is to maintain exhaust gastemp. until reaching the after burner. The exhaust port could have a bore of equal dia. with the abutment step (16) and fixing flange (17). The purpose of the air gap is to maintain exhaust gas temp. until reaching the after burner. The exhaust port could have a bore of equal dia. with the abutment step formed round the exhaust pipe.

Description

Auspuffkrümmer Exhaust manifold

einer Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffkrümmer oder Abgassammler einer Brennkraftmaschine. of an internal combustion engine The invention relates to an exhaust manifold or exhaust manifold of an internal combustion engine.

Zur Verringerung der Menge an schädlichen HC- und CO-Anteilen im Abgas gibt es hekanntertJeise eine Brennkraftmaschine, bei der die unverbrannten HC- und CO-Anteile im Abgassystem der Maschine verbrannt werden; oder die unverbrannten HC- und CO-Anteile werden in einen katalytischen Umwandler eingeleitet, der die Oxidation der unverbrannten Anteile an HC und CO fördert. Bei einer Brennkraftmaschine dieses Typs ist es zur Förderung der Verbrennung oder der Oxidation der unverbrannten HC- und CO-Anteile vorzuziehen, daß das aus dem Zylinder der Maschine ausgestoßene Abgas eine möglichst hohe Temperatur beibehält. Zu diesem Zweck ist bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine ein Abgaskanal-Einsteckrohr in dem im Zylinderkopf ausgebildeten Abgaskanal angeordnet. Dieses Abgaskanal-Einsteckrohr ist so in dem Ahgaskanal befestigt, daß zwischen dem Abgaskanal-Einsteckrohr und der Innenwand des Abgaskanals ein Luftspalt entsteht; damit wird ermöglicht, daß das durch das Abgaskanal-Einsteckrohr strömende Abgas die Wärme behält. Die Einführung eines derartigen Abgaskanal-E insteckrohres verursacht jedoch ein Problem, da die für die Herstellung der Maschine erforderliche Anzahl der Teile und Arbeitsstunden pro Mann ansteigt. Da das Abgaskanal-Einsteckrohr am Zylinderkopf befestigt ist, kommt noch dazu, daß die Wärme in dem Abgaskanal-Einsteckrohr über den Befestigungsteil des Abgaskanal-Einsteckrohrs in den Zylinderkopf enbeicht; daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Wärme des Abgases nicht genügend zurückgehalten werden kann. To reduce the amount of harmful HC and CO components in the Exhaust gas is known to exist in an internal combustion engine in which the unburned HC and CO components are burned in the exhaust system of the machine; or the unburned ones HC and CO components are introduced into a catalytic converter, which the Promotes oxidation of the unburned portions of HC and CO. In an internal combustion engine of this type it is used to promote combustion or the oxidation of the unburned HC and CO proportions are preferable to that expelled from the cylinder of the engine Exhaust maintains the highest possible temperature. To this end, a conventional one Internal combustion engine an exhaust duct insert pipe arranged in the exhaust duct formed in the cylinder head. This exhaust duct plug-in pipe is attached in the Ahgaskanal that between an air gap is created between the exhaust duct insert pipe and the inner wall of the exhaust duct; this enables the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct insert pipe retains the warmth. The introduction of such an exhaust duct E insteckrohres caused however, a problem because of the number required to manufacture the machine the parts and man-hours per man are increasing. Since the exhaust duct insert pipe on the Cylinder head is attached, there is also that the heat in the exhaust duct insert pipe Enbeicht via the fastening part of the exhaust duct insert pipe into the cylinder head; this has the disadvantage that the heat of the exhaust gas is not sufficiently retained can be.

Die Erfindung schafft einen Auspuffkrümmer, der den Wirkungsgrad der Wärmerückhaltung des Abgases einer Brennkraftmaschine weiter verbessert. The invention provides an exhaust manifold that increases the efficiency the heat retention of the exhaust gas of an internal combustion engine is further improved.

Die Erfindung besteht aus einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einen darin ausgebildeten Loch, dessen Innenwand einen Auslaßkanal begrenzt, und mit einem Auspuffkrümmer, der an seinem einen Ende einen Montageflansch mit einer Montagestirnfläche zur Befestigung des Auspuffkrümmers am Zylinderkopf hat, wobei der Auslaßkanal einen Abschnitt mit einem verringerten Durchmesser, einen in die Umgebung außerhalb des Zylinderkopfes mündenden Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und einen zwischen dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser und dem Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser gebildeten Absatz besitzt; der Auspuffkrümmer hat einen nach außen gerichteten Abschnitt mit einer Abgasleitung darin und ist einstückig mit der Montagestirnfläche des Montageflansches, wobei der nach außen gerichtete Abschnitt in dem Abschnitt des Auslaßkanals liegt, der erhöh- ten Durchmesser hat, und zur Innenwand des Auslaßkanals in Abstand steht, um zwischen dem nach außen gerichteten Abschnitt und der Innenwand des Auslaßkanals einen Luftspalt zu bilden. The invention consists of an internal combustion engine with a cylinder head and a hole formed therein, the inner wall of which defines an outlet channel, and with an exhaust manifold that has a mounting flange at one end has a mounting face to attach the exhaust manifold to the cylinder head, wherein the outlet channel has a portion with a reduced diameter, a section with an increased diameter opening into the environment outside the cylinder head and one between the reduced diameter portion and the portion has heel formed with an increased diameter; the exhaust manifold has one outwardly facing portion with an exhaust pipe therein and is integral with the mounting face of the mounting flange, with the one facing outwards Section lies in the section of the outlet channel that increases th Has diameter, and is spaced from the inner wall of the outlet channel to between the outwardly directed portion and the inner wall of the outlet channel an air gap to build.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert: Fig. 1 (a), (b) und (c) sind schematische Ansichten von Brennkraftmaschinen, die mit unterschiedlichen Arten von Auspuffkrümmern ausgerüstet sind; Fig. 2 ist der.Querschnitt einer Ausführung, die einen Teil des Motorgehäuses zeigt; Fig. 3 ist der Querschnitt einer anderen Ausführung; Fig. 4 ist der Querschnitt einer weiteren Ausführung. The invention is illustrated below with reference to the drawing of exemplary embodiments explained in more detail: Fig. 1 (a), (b) and (c) are schematic views of internal combustion engines, which are equipped with different types of exhaust manifolds; Fig. 2 is der. Cross section of an embodiment showing part of the motor housing; Fig. 3 is the cross section of another embodiment; Fig. 4 is a cross section of another Execution.

Die Fig. 1 (a), (b) und (c) zeigen Brennkraftmaschinen mit Auspuffkrümmern unterschiedlicher Art. In den Fig. 1 (a), (b) und (c) bezeichnet 1 ein Motorgehäuse, 2 einen Ansaugkrümmer, 3 einen Auspuffkrümmer und 4 ein Auspuffrohr. Fig. 1 (a) zeigt den allgemein angewendeten Auspuffkrümmer 3. Bei Anwendung dieses Auspuffkrümmers 3 ist gewöhnlich ein katalytischer Umwandler am Auspuffrohr 4 befestigt. Fig. 1 (b) zeigt einen Auspuffkrümmer 3, bei dem der ganze Auspuffkrümmer 3 in einer thermisch isolierten Konstruktion ausgebildet ist. Bei diesem Auspuffkrümmer 3 werden die in den Auspuffkrümmer 3 eingeleiteten unverbrannten HC- und CO-Anteile im Abgas durch'die Wärme des Abgases verbrannt. Fig. 1 (c) zeigt einen Auspuffkrümmer 3 mit einer Reaktorkammer 5 darin. Nachdem die unverbrannten HC- und CO-Anteile im Abgas in der Reaktorkammer 5 verbrannt sind, wird bei diesem Auspuffkrümmer 3 das Abgas durch einen Katalysator 6 in das Auspuffrohr 4 geleitet. Der nachstehend beschriebene Auspuffkrümmer kann bei den Auspuffkrümmern der vorstehend heschriebenen unterschiedlichen Arten angewendet werden. Figs. 1 (a), (b) and (c) show internal combustion engines with exhaust manifolds of different types. In Figs. 1 (a), (b) and (c), 1 denotes a motor housing, 2 an intake manifold, 3 an exhaust manifold, and 4 an exhaust pipe. Fig. 1 (a) shows the commonly used exhaust manifold 3. When using this exhaust manifold 3, a catalytic converter is usually attached to the exhaust pipe 4. Fig. 1 (b) shows an exhaust manifold 3 in which the entire exhaust manifold 3 is thermally isolated construction is formed. In this exhaust manifold 3, the unburned HC and CO components in the exhaust gas introduced into the exhaust manifold 3 burned by the heat of the exhaust gas. Fig. 1 (c) shows an exhaust manifold 3 with a reactor chamber 5 therein. After the unburned HC and CO components in the exhaust gas are burned in the reactor chamber 5, in this exhaust manifold 3, the exhaust gas passed through a catalytic converter 6 into the exhaust pipe 4. The one described below Exhaust manifold can be used in the exhaust manifolds of the different types described above be applied.

In Fig. 2, die einen Teil des Motorgehäuses 1 von Fig. 1 zeigt, hezeichnet 10 einen Zylinderblock, 11 einen Kolben, 12 einen Zylinderkopf, 13 ein Auslaßventil und 14 einen Verbrennungsraum. Der Zylinderkopf 12 hat einen Auslaßkanal 15 mit einem Abschnitt 15a mit erhöhtem Durchmesser und einen Abschnitt 15b mit verringertem Durchmesser. Zwischen dem Abschnitt 15a mit erhöhtem Durchmesser und dem Abschnitt 15b mit verringertem Durchmesser ist ein Absatz 16 äusgebildet. Der Auspuffkrümmer 3 ist mit einem Montageflansch 17 versehen und mit Schraubbolzen 19 über eine Dichtung 20 an dem Zylinderkopf 12 befestigt, wobei die Schraubbolzen 19 von Löchern 18 in dem Montageflansch 17 aufgenommen werden. Ein in den Auslaßkanal 15 hineinragender, nach außen gerichteter zylindrischer Abschnitt 21 hildet mit der Montagefläche des Montageflansches 17 ein Stück, so daß zwischen der Außenfläche des überstehenden Abschnittes und der Innenwand des Abschnittes 15a des Auslaßkanals 15 mit erhöhtem Durchmesser ein Luftspalt 22 entsteht. Da der Zylinderkopf 12 von einem Kühlmittel gekühlt wird, ist die Temperatur des Zylinderkopfes 12 niedriger als die des überstehenden Abschnittes 21. Durcl1 T3ildung des thermisch isolierend wirkenden Luftspaltes 22 ist es folglich möglich, einen großen Teil der Wärmemenge des überstehenden Abschnittes 21 des Auspuffkrümmers 3 zurückzuhalten. Zusätzlich ist zwischen dem Absatz 16 und der Stirnfläche 23 des überstehenden Abschnittes 21 eine Dichtung 24 vorgesehen. In Fig. 2, which shows part of the motor housing 1 of Fig. 1, denotes 10 a cylinder block, 11 a piston, 12 a cylinder head, 13 an exhaust valve and 14 a combustion chamber. The cylinder head 12 has an exhaust port 15 with a portion 15a with an increased diameter and a portion 15b with a reduced Diameter. Between the increased diameter portion 15a and the portion 15b with a reduced diameter, a shoulder 16 is formed. The exhaust manifold 3 is provided with a mounting flange 17 and with screw bolts 19 over a seal 20 attached to the cylinder head 12, the bolts 19 being secured by holes 18 in the mounting flange 17 can be added. A protruding into the outlet channel 15, outwardly directed cylindrical section 21 forms with the mounting surface of the Mounting flange 17 a piece so that between the outer surface of the protruding Section and the inner wall of the section 15a of the outlet channel 15 with increased Diameter an air gap 22 is created. Because the cylinder head 12 from a coolant is cooled, the temperature of the cylinder head 12 is lower than that of the protruding Section 21. Formation of the thermally insulating air gap 22 it is consequently possible to use a large part of the amount of heat of the protruding portion 21 of the exhaust manifold 3 to hold back. In addition, between paragraph 16 and the end face 23 of the protruding portion 21 a seal 24 is provided.

Die Dichtung 24 verhindert das Eintreten des Abgases in den Luftspalt 22; somit wird die Isolierwirkung des Luftspaltes 22 weiter erhöht.The seal 24 prevents the exhaust gas from entering the air gap 22; thus the insulating effect of the air gap 22 is further increased.

Der Wärmedehnungsunterschied zwischen dem Zylinderkopf 12 und dem überstehenden Abschnitt 21 wechselt mit Änderungen des zwischen ihnen bestehenden Temperaturunterschiedes; demgemäß ändert sich der Spalt zwischen dem Absatz 16 und der Stirnfläche 23 des überstehenden Abschnittes 21. Manch--mal ristes folglich schwierig, die Dicke der Dichtung 24 zu bestimmen. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann in diesem Fall anstelle der in Fig. 2 gezeigten Dichtung 24 eine Dichtung 25, beispielsweise aus Asbest, zwischen der äußeren Umfangsfläche am Ende des überstehenden Abschnittes 21 und der Innenwand des Abschnittes 15a des Auslaßkanals 15 mit erhöhtem Durchmesser vorgesehen werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann andererseits die äußere Umfangsfläche am Ende des überstehenden Abschnittes 21 als Labyrinth 26 ausgebildet sein. Die Dichtung 24 oder das Labyrinth 26 verhindern das Eindringen des Abgases in den Luftspalt 22. The difference in thermal expansion between the cylinder head 12 and the Section 21 above changes with changes to the existing between them Temperature difference; accordingly, the gap between the paragraph 16 and the end face 23 of the protruding section 21. Sometimes It is consequently difficult to determine the thickness of the seal 24. As in Fig. 3 In this case, instead of the seal 24 shown in FIG. 2, a seal can be used 25, for example made of asbestos, between the outer peripheral surface at the end of the protruding Section 21 and the inner wall of the section 15a of the outlet channel 15 with increased Diameter can be provided. As shown in Fig. 4, on the other hand, the outer The circumferential surface at the end of the protruding section 21 is designed as a labyrinth 26 be. The seal 24 or the labyrinth 26 prevent the penetration of the exhaust gas into the air gap 22.

Der überstehende Abschnitt 21 kann erfindungsgemäß leicht hergestellt werden, wenn er zusammen mit dem Auspuffkrümmer 3 in einem Stück gegossen wird. Da der überstehende Abschnitt 21 den Zylinderkopf 12nicht direkt berührt, ist der überstehende Abschnitt 21 vom Zylinderkopf thermisch isoliert; damit behält das in dem Abgaskanal strömende Abgas eine hohe Temperatur bei. The protruding portion 21 can easily be produced according to the invention if it is cast in one piece together with the exhaust manifold 3. Since the protruding portion 21 does not directly contact the cylinder head 12, the protruding portion 21 thermally insulated from the cylinder head; so that keeps that Exhaust gas flowing in the exhaust duct has a high temperature.

Claims

Claims 1. Internal combustion engine with a cylinder head, characterized through a hole formed therein, the inner wall of which delimits an outlet channel (15), and through an exhaust manifold (3) which has a mounting flange at one end (17) with an assembly face to attach the exhaust manifold (3) to the cylinder head (12), the outlet channel (15) having a portion (1-5h) with a reduced Diameter, a section opening into the environment outside the cylinder head (12) (15a) with increased diameter and one between the section (15b) with reduced Diameter and the section (15a) with an increased diameter formed shoulder (16) has, while the exhaust manifold (3) has an outwardly directed portion (21) with the male exhaust pipe and with the mounting face of the mounting flange (17) is formed in one piece, wherein the outwardly directed portion (21) in the section (15a) of the outlet channel (15) with an increased diameter and to the inner wall of the outlet channel (15) is at a distance to between the to the outside directed section (21) and the inner wall of the outlet channel (15) an air gap (22) to b the.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by a outer end face (23) at the end of the outwardly protruding section (21) and one between the shoulder (16) and the outer end face (23) of the protruding outward Section (21) arranged seal (24).

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by a outer peripheral surface at the end of the outwardly protruding portion (21) and a between the outer circumferential surface of the outwardly protruding section (21) and the inner wall of the outlet channel (15) arranged seal (25).

4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by a outer peripheral surface at the end of the outwardly protruding portion (21) and a formed on the outer peripheral surface of the outwardly protruding portion (21) Maze (26).