ES2254620T3

ES2254620T3 - EXHAUST MANIFOLD FOR MOTOR.

Info

Publication number: ES2254620T3
Application number: ES02290847T
Authority: ES
Inventors: Thierry Huillet; Michel Serandour
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: EP1249587A1; EP1249587B1; FR2823255A1; DE60209667T2; DE60209667D1; FR2823255B1

Abstract

Colector de escape, para un motor de combustión interna, que comprende una brida (3) destinada a asegurar la fijación del colector a la culata del motor, presentando la brida una continuidad de materia en su longitud y comprendiendo al menos una zona (38) de localización predeterminada que presenta un debilitamiento sensible, de valor igualmente predeterminado, con relación a las otras partes de la brida caracterizado porque la disminución de sección es obtenida mediante una entalladura transversal (37) que deja subsistir una sección de materia (38) que ofrece una resistencia a la rotura a la tracción comprendida en una horquilla predeterminada.Exhaust manifold, for an internal combustion engine, comprising a flange (3) intended to ensure the attachment of the manifold to the cylinder head, the flange presenting a continuity of matter in its length and comprising at least one area (38) of predetermined location that presents a sensitive weakening, of equally predetermined value, in relation to the other parts of the flange characterized in that the section decrease is obtained by means of a transverse notch (37) that allows a section of matter (38) to subsist offering a tensile strength included in a predetermined fork.

Description

Colector de escape para motor.Exhaust manifold for engine.

La presente invención se refiere a un dispositivo de escape de los gases de combustión de un motor de combustión interna, que equipa principalmente un vehículo automóvil. Se refiere más precisamente al colector de escape, que es la parte del dispositivo de escape fijada sobre la culata del motor y destinada a recoger los gases de escape que salen de los diferentes conductos de la culata para transportarlos, a la salida del colector, en un solo conducto.The present invention relates to a device exhaust flue gas of a combustion engine internal, which mainly equips a motor vehicle. It means more precisely to the exhaust manifold, which is part of the exhaust device fixed on the cylinder head and intended for collect the exhaust gases that leave the different ducts of the cylinder head to transport them, at the exit of the collector, in a single conduit.

Estos colectores de escapes son obtenidos clásicamente por moldeo, o eventualmente por mecano-soldadura.These exhaust manifolds are obtained classically by molding, or eventually by Mecha-welding.

A título de ejemplo, se ha representado en la figura 1 un colector de escape moldeado, tal como se conoce del estado de la técnica.As an example, it has been represented in the Figure 1 a molded exhaust manifold, as known from the state of the art

Este colector comprende un tubo principal 1 cuya extremidad comprende una brida 4 de unión del sistema de escape situado aguas abajo. Una pluralidad de conductos 2, destinados a comunicarse respectivamente con cada conducto de escape de la culata, están unidos en el tubo principal 1. Los conductos 2 son mantenidos en la culata por un sistema de embridado formado por una brida 3 destinada a ser fijada a la culata del motor mediante tornillos, atornillados directamente en agujeros roscados de la culata, o mediante espárragos, implantados en la culata, y tuercas atornilladas sobre los citados espárragos. De manera clásica, una junta de estanqueidad es interpuesta entre la brida 3 y la culata.This manifold comprises a main tube 1 whose limb comprises a flange 4 connecting the exhaust system located downstream. A plurality of ducts 2, intended for communicate respectively with each exhaust duct of the cylinder head, they are joined in the main tube 1. The ducts 2 are held in the cylinder head by a flange system formed by a flange 3 intended to be fixed to the cylinder head by screws, screwed directly into threaded holes of the cylinder head, or by studs, implanted in the cylinder head, and nuts screwed on the mentioned studs. Classically, a sealing gasket is interposed between flange 3 and the butt.

El volumen disponible en el compartimento motor de un coche, teniendo en cuenta principalmente imperativos de la forma general del vehículo, obliga a realizar las piezas del sistema de escape de una forma cada vez más compacta. Por ejemplo, se observará en la figura 1 que los refrentados 5 de apoyo de las cabezas de tornillo o tuercas tienen un semi-anillo plano. Esta realización particular está destinada a asegurar simultáneamente el cierre de la brida de colector de escape y de la brida de colector de admisión, que se imbrican una en la otra, apoyándose cada tornillo o tuerca simultáneamente sobre un refrentado 5 del colector de escape y sobre un refrentado 6 del colector de admisión, situado en enfrente del otro, como se ha ilustrado en línea de puntos en la parte izquierda del dibujo.The volume available in the engine compartment of a car, taking into account mainly imperatives of the general form of the vehicle, forces the system parts Exhaust in an increasingly compact way. For example, it you will see in figure 1 that the supporters 5 support the Screw heads or nuts have a semi-ring flat. This particular embodiment is intended to ensure simultaneously closing the exhaust manifold flange and the intake manifold flange, which are interwoven into each other, resting each screw or nut simultaneously on a face 5 of the exhaust manifold and over a face 6 of the intake manifold, located in front of the other, as has Illustrated in dotted line on the left side of the drawing.

Debido a esta búsqueda de gran compacidad, aparecen, en las piezas referidas, tensiones térmicas y vibratorias cada vez más importantes, que pueden principalmente conducir a fisuras e incluso a roturas de estas piezas, durante el funcionamiento, principalmente por efecto de las tensiones de dilatación diferencial entre las diferentes piezas ensambladas, o en el seno de una misma pieza.Because of this search for great compactness, thermal and vibratory stresses appear in the referenced parts increasingly important, which can mainly lead to cracks and even breakage of these pieces, during the operation, mainly as a result of the tensions of differential expansion between the different assembled parts, or in The bosom of the same piece.

En los colectores de escape actuales, tales como el representado en la figura 1, para atenuar estas tensiones en los conductos o en su unión con la brida, se realiza en esta última o en varias cortes de sierra 7 que permiten una cierta movilidad relativa de los elementos de bridas así separados, y tiene por efecto directo liberar las tensiones existentes en los citados conductos, en particular al nivel de las zonas de unión entre los tubos o conductos, en los codos, las nervaduras, etc. Se reducen así de forma importante los riesgos de fisura en estas zonas relativamente frá-
giles.In the current exhaust manifolds, such as the one shown in Figure 1, to attenuate these stresses in the ducts or in their connection with the flange, it is carried out in the latter or in several saw cuts 7 that allow a certain relative mobility of the flange elements thus separated, and have the direct effect of releasing the tensions existing in said conduits, in particular at the level of the areas of connection between the tubes or conduits, in the elbows, the ribs, etc. Fissure risks are thus significantly reduced in these relatively fragile areas.
giles.

Pero la realización de este corte de sierra presenta varios inconvenientes. En primer lugar, no es posible realizar esta separación de la brida en varios elementos antes de realizar los otros mecanizados, tales como el aplanado de la cara de apoyo contra la culata o los refrentados. En efecto, sería entonces casi imposible mantener de manera suficientemente rígida los diferentes elementos de una brida previamente cortada así, durante las operaciones de mecanizado, o entonces la complejidad de los medios de embridado de la pieza sobre la máquina de mecanizado sería tal que el corte del mecanizado sería prohibitivo.But the realization of this saw cut It has several drawbacks. First, it is not possible perform this separation of the flange into several elements before perform the other machining, such as flattening the face of support against the stock or the ones facing. In effect, it would be then almost impossible to keep rigid enough the different elements of a previously cut flange as well, during machining operations, or then the complexity of the flanging means of the part on the machining machine It would be such that the cutting of the machining would be prohibitive.

Por otra parte, la operación de corte genera por sí sola un sobrecorte no despreciable para las operaciones de mecanizado.On the other hand, the cutting operation generates by yes only a non-negligible overcut for the operations of machining

Además, el corte realizado tras el aplanado de la cara de junta, puede liberar tensiones internas existentes originalmente en la pieza en el caso de colectores en fundición o acero moldeado, o que resultan del ensamblaje de estos elementos constitutivos en el caso de una construcción mecano-soldada. La liberación de estas tensiones internas puede conducir a que la planicidad inicial de la citada cara de apoyo sea destruida tras el corte, o a que las distancia entre ejes de fijación sean modificadas. O bien la planicidad de la citada cara de apoyo es necesaria para evitar problemas de fugas entre culata y colector, y la distancia entre ejes precisa puntos de fijación y requisitos para no crear molestias durante el montaje en máquina.In addition, the cut made after the flattening of the gasket face, can release existing internal stresses originally in the part in the case of cast iron collectors or molded steel, or resulting from the assembly of these elements constitutive in the case of a construction Mecha-welded. The release of these tensions internal can lead to the initial flatness of the aforementioned support face is destroyed after cutting, or at a distance between fixing axes are modified. Or the flatness of the cited support face is necessary to avoid leakage problems between cylinder head and manifold, and the wheelbase requires points of fixing and requirements not to create discomfort during assembly in machine.

La presente invención tiene por objeto resolver estos problemas y se dirige en particular a proporcionar un colector de escape que presenta un riesgo mínimo de fisura, y sin gravar el coste.The present invention is intended to resolve these problems and is directed in particular to provide a collector Exhaust that presents a minimum risk of cracking, and without taxing the cost.

Con estos objetivos a la vista, la invención tiene por objeto un colector de escape para un motor de combustión interna, que comprende una brida destinada a asegurar la fijación del colector a la culata del motor, caracterizado porque la brida presenta una continuidad de materia en su longitud y comprende al menos una zona de localización predeterminada que presenta una debilitación sensible, de valor igualmente predeterminado, con relación a las otras partes de la brida.With these objectives in sight, the invention Its purpose is an exhaust manifold for a combustion engine internal, which comprises a flange designed to ensure fixation from the manifold to the cylinder head, characterized in that the flange it presents a continuity of matter in its length and includes the minus a predetermined location zone that has a sensitive weakening, of equally predetermined value, with relation to the other parts of the flange.

Esta zona de resistencia mínima con relación a las zonas circundantes de la brida es determinada de manera que se asegure una unión rígida entre las diferentes partes de la brida, pero que se rompa de forma natural durante los primeros minutos o las primeras horas de funcionamiento del motor, por efecto de las tensiones térmicas y vibratorias generadas por el funcionamiento.This zone of minimum resistance in relation to the surrounding areas of the flange is determined so that it ensure a rigid joint between the different parts of the flange, but that breaks naturally during the first minutes or the first hours of engine operation, as a result of the thermal and vibratory stresses generated by the functioning.

La rotura es así de alguna forma guiada, y localizada precisamente en el lugar deseado, predeterminado para asegurar las mejores condiciones de dilataciones diferenciales ulteriores, es decir para permitir al colector que se dilate y que acepte tensiones vibratorias en funcionamiento normal del motor, sin riesgo de fisuras no previstas en zonas en las que esto sería redhibitorio para la fiabilidad del colector.The break is thus somehow guided, and located precisely in the desired place, predetermined for ensure the best conditions of differential dilatation later, that is to allow the collector to expand and accept vibratory voltages in normal engine operation, without risk of fissures not foreseen in areas where this would be Redhibitory for collector reliability.

Por el contrario, antes de que esta rotura se produzca, la brida de colector permanece como un elemento de pieza de una sola pieza, asegurando la geometría requerida para una planicidad óptima de la cara de apoyo de la brida y para la colocación correcta del colector sobre la culata durante su fijación.On the contrary, before this break is produce, the collector flange remains as a part element in one piece, ensuring the geometry required for a optimal flatness of the flange support face and for the correct placement of the collector on the cylinder head during fixation.

Preferencialmente, el citado debilitamiento se obtiene por una disminución de la sección de la brida, obtenida a su vez preferencialmente mediante una entalla transversal que deja subsistir una sección de materia que ofrece una resistencia a la rotura a la tracción comprendida en una horquilla predeterminada. Prácticamente, la resistencia a la rotura de la materia que subsiste a nivel de la entalla debe ser muy evidentemente inferior a la de las zonas vecinas, para que la rotura buscada se realice exactamente en el lugar deseado y no en otra parte de manera incontrolada. Debe también ser superior a un umbral mínimo predeterminado, de manera que la rotura no pueda producirse antes de la fijación del colector a la culata. En particular, la resistencia de la zona debilitada debe ser suficiente para soportar sin romperse las tensiones generadas durante las operaciones de fabricación o de mecanización del colector.Preferably, said weakening is obtained by a decrease in the flange section, obtained at its preferentially using a transverse notch that leaves subsist a section of matter that offers resistance to tensile break comprised in a predetermined fork. Practically, the resistance to breakage of the subsisting matter at the notch level it must be very obviously inferior to that of the neighboring areas, so that the desired break is made exactly in the desired place and not elsewhere uncontrollably. Should also be greater than a predetermined minimum threshold, so that the breakage cannot occur before fixing the collector to the stock. In particular, the resistance of the weakened area it must be enough to withstand without breaking the tensions generated during manufacturing or mechanization operations of the collector.

Según una disposición más preferida, la entalladura está dispuesta del lado de la cara de apoyo del colector. La situación de la entalladura de este lado de la brida es particularmente favorable para facilitar la rotura, tanto más cuando la entalladura está realizada al nivel de un órgano de fijación. Cuyo apriete provoca localmente un efecto de flexión de la brida, propio para abrir la entalladura.According to a more preferred arrangement, the notch is arranged on the side of the support face of the manifold. The notch situation on this side of the flange is particularly favorable to facilitate breakage, especially when The notch is made at the level of a fixing member. Whose tightening causes a flexural effect of the flange locally, own to open the notch.

Según otra disposición preferencial, la entalladura tiene una sección en "V", cuyo fondo presenta en consecuencia una arista relativamente viva, que constituye un inicio neto de ruptura para la rotura de-
seada.According to another preferential arrangement, the notch has a "V" section, the bottom of which therefore has a relatively sharp edge, which constitutes a net breaking start for breakage.
seada

En una primera forma de realización de la entalladura, la disminución de sección se obtiene durante el moldeo del colector. Este procedimiento de realización particularmente ventajoso permite evitar cualquier operación específica de obtención de la entalladura, y no crea, por consiguiente, ningún sobre-
coste.In a first embodiment of the notch, the section decrease is obtained during the molding of the collector. This particularly advantageous method of realization makes it possible to avoid any specific operation of obtaining the notch, and therefore does not create any over-
cost.

Alternativamente, la disminución de sección puede ser realizada, por ejemplo, en forma de un simple inicio de ruptura, mediante un utillaje específico adaptado, tal como un corte de lámina o de punzón efectuado al final de la operación de acabado o de desbarbado de la pieza tras el desmoldeo.Alternatively, the section decrease may be performed, for example, in the form of a simple start of rupture, by a specific adapted tooling, such as a cut of sheet or punch made at the end of the finishing operation or Deburring of the piece after demolding.

Otras características y ventajas se harán evidentes en la descripción que va a hacerse de un ejemplo de realización de un colector de escape de acuerdo con la invención, que comprende cuatro conductos unidos en un tubo principal.Other features and advantages will be made evident in the description to be made of an example of embodiment of an exhaust manifold according to the invention, comprising four conduits joined in a main tube.

Se hará referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:Reference will be made to the attached drawings, in the which:

- la figura 1 es una vista de frente de un colector según la técnica anterior, ya descrito al principio de esta memoria,- Figure 1 is a front view of a collector according to the prior art, already described at the beginning of this memory,

- la figura 2 es una vista en perspectiva de un colector de escape de acuerdo con la invención,- Figure 2 is a perspective view of a exhaust manifold according to the invention,

- la figura 3 es una vista desde arriba de este colector.- Figure 3 is a top view of this manifold.

El colector de acuerdo con la invención, representado en las figuras 1 y 2 comprende un tubo principal 1 en el cual están unidos cuatro conductos 2. La brida 3 de fijación del colector a la culata, no representada, de un motor de combustión interna, comprende cuatro elementos de embridado 31, realizados de fundición de una sola pieza con los conductos 2 y el tubo principal 1. Cada elemento de embridado comprende, de manera clásica, un orificio de comunicación con un conducto 2 respectivo.The collector according to the invention, depicted in figures 1 and 2 comprises a main tube 1 in which are connected four ducts 2. The fixing flange 3 of the cylinder head manifold, not shown, of a combustion engine internal, comprises four flange elements 31, made of one-piece cast iron with ducts 2 and main tube 1. Each flange element comprises, in a classical manner, a communication hole with a respective conduit 2.

En el caso de una realización mecano-soldada, la brida 3 se forma por corte de una chapa gruesa, sobre la cual los conductos 2 son a continuación soldados.In the case of an embodiment mechano-welded, flange 3 is formed by cutting a thick sheet, on which the ducts 2 are next soldiers.

La fijación del colector a la culata es asegurada de manera clásica mediante espárragos y tuercas, o mediante tornillos. La brida 3 comprende varios agujeros 32 o escotaduras 33 de forma semi-cilíndrica, para el paso de los vástagos de los citados espárragos o tornillos.Fixing the manifold to the cylinder head is ensured in a classic way by studs and nuts, or by screws The flange 3 comprises several holes 32 or recesses 33 semi-cylindrical, for the passage of stems of said studs or screws.

Las escotaduras 33 de forma semi-cilíndrica están destinadas a cooperar con escotaduras similares, realizadas en un colector de admisión y situadas en correspondencia durante el montaje de los citados colectores para formar conjunto con los agujeros cilíndricos. Por otra parte, al nivel de cada uno de estos agujeros o escotaduras, existe un refrentado 5 para servicio de superficie de apoyo en la cabeza del tornillo o en la tuerca de fijación.The recesses 33 shape semi-cylindrical are intended to cooperate with similar recesses, made in an intake manifold and located in correspondence during the assembly of the aforementioned collectors to form together with the cylindrical holes. By other part, at the level of each of these holes or recesses, there is a 5 counter for surface support service in the screw head or on the fixing nut.

Existe una entalladura 37 en la brida al nivel de la escotadura 33 situada hacia el medio de ésta. Esta entalladura, formada durante el moldeo, desemboca del lado de la cara de apoyo 35 de la brida y en una sección de forma general en "V", como se ve bien en la figura 3. La sección de materia 38 subsistente en este lugar es sensiblemente reducida, y tanto más en tanto en cuanto la entalladura está formada justo al nivel de la escotadura del paso de tornillo y del refrentado correspondiente. Se obtiene así el debilitamiento de acuerdo con la invención, propicio para la rotura durante el funcionamiento ulterior del motor, como se ha indicado precedentemente.There is a notch 37 in the flange at the level of the recess 33 located towards the middle of it. This notch, formed during molding, ends at the side of the support face 35 of the flange and in a section generally "V", as see well in figure 3. The subject section 38 subsists in this place is noticeably reduced, and all the more so in terms of notch is formed just at the recess level of the passage of screw and the corresponding end. You get the weakening according to the invention, conducive to breakage during further engine operation, as indicated before

La invención no está limitada al modo de realización que acaba de ser descrito. En particular, otras entalladuras similares podrían ser realizadas en la brida, al nivel de otros agujeros o escotaduras, o en otros lugares de la brida propicios para desarrollar una rotura susceptible de reducir las tensiones térmicas o vibratorias en las otras partes del colector. La forma y la orientación de la entalladura podrían también ser modificadas, en función de las formas propias de los colectores.The invention is not limited to the mode of embodiment that has just been described. In particular, others Similar notches could be made on the flange, at the level from other holes or recesses, or elsewhere in the flange conducive to developing a break that can reduce thermal or vibratory stresses in the other parts of the collector. The shape and orientation of the notch could also be modified, depending on the forms of the collectors.

Claims

1. Exhaust manifold, for an engine internal combustion, comprising a flange (3) intended for ensure the attachment of the manifold to the cylinder head,

presenting the flange a continuity of matter in its length and comprising at least one area (38) of default location that presents a sensitive weakening, of equally predetermined value, relative to the other parts of the flange

characterized in that the section decrease is obtained by means of a transverse notch (37) that allows a section of matter (38) to subsist that offers a tensile strength comprised in a predetermined fork.

2. Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that said weakening (38) is obtained by a localized decrease in the flange section.

3. Exhaust manifold according to claim 1 or 2, characterized in that the notch (37) is arranged on the side of the support face (35) of the manifold.

4. Exhaust manifold according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the notch (37) has a "V" section.

5. Exhaust manifold according to one of claims 1, 4, characterized in that the weakening (38) is carried out in an area (33) intended to receive means for fixing the manifold to the cylinder head.

6. Exhaust manifold according to one of claims 2 to 5, characterized in that the decrease in section is obtained during the molding of the manifold.

7. Exhaust manifold according to one of claims 2 to 6, characterized in that the section decrease is carried out by means of an adapted tooling during the finishing operations of the part after demolding.