RU2242622C2 - Welded manifold of internal combustion engine - Google Patents
Welded manifold of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2242622C2 RU2242622C2 RU2002132773/06A RU2002132773A RU2242622C2 RU 2242622 C2 RU2242622 C2 RU 2242622C2 RU 2002132773/06 A RU2002132773/06 A RU 2002132773/06A RU 2002132773 A RU2002132773 A RU 2002132773A RU 2242622 C2 RU2242622 C2 RU 2242622C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- pipe
- welded
- internal combustion
- exhaust
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению и имеет отношение к конструкции элементов системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing and is related to the design of the elements of the exhaust system of the exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter ICE).
Известен выпускной коллектор ДВС автомобиля ВАЗ-2108 (Вершигора В.А. и др. Автомобиль ВАЗ-2108. М.: ДОСААФ СССР, 1986, с.27), который представляет собой литую массивную деталь из чугуна. Выпускной коллектор имеет присоединительные фланцы крепления, с одной стороны, к головке цилиндров двигателя, а с другой - к приемной трубе тракта выпуска отработавших газов. В процессе работы ДВС коллектор подвергается значительному температурному воздействию со стороны выхлопных клапанов ДВС.A known exhaust manifold of the internal combustion engine of a VAZ-2108 car (Vershigora V.A. et al. VAZ-2108 car. M .: DOSAAF USSR, 1986, p.27), which is a massive cast part made of cast iron. The exhaust manifold has attachment flanges for fastening, on the one hand, to the cylinder head of the engine, and on the other hand, to the exhaust pipe exhaust pipe. During the operation of the internal combustion engine, the collector is exposed to significant temperature effects from the exhaust valves of the internal combustion engine.
Аналогичные конструкции выпускных коллекторов описаны в патентах США №5347810, МПК5 F 01 N 7/10, 1994, №5069036, МПК5 F 01 N 7/10, 1991, заявке ЕПВ (ЕР) 0049459, F 02 F 11/00, 1982.Similar designs of exhaust manifolds are described in US Pat. Nos. 5,347,810, IPC 5 F 01 N 7/10, 1994, 5069036, IPC 5 F 01 N 7/10, 1991, EPO (EP) 0049459, F 02 F 11/00, 1982.
Общим недостатком описанных выше устройств является их значительная металлоемкость и теплоемкость, т.е. в процессе работы ДВС их массивная чугунная структура забирает значительное количество тепла, которое необходимо в том случае, когда в трассе выхлопной системы предусмотрена установка каталитического нейтрализатора, что вызвано современными повышенными требованиями по предельно допустимому содержанию в отработавших газах ДВС вредных компонентов (продуктов неполного сгорания рабочей смеси).A common drawback of the devices described above is their significant metal consumption and heat capacity, i.e. during the operation of the internal combustion engine, their massive cast-iron structure takes a significant amount of heat, which is necessary if a catalytic converter is provided in the exhaust system, which is caused by modern high requirements for the maximum permissible content of internal combustion engine exhaust gases (products of incomplete combustion of the working mixture )
Известны технические решения, позволяющие уменьшить теплоемкость описанных конструкций коллекторов (см., например, заявку Японии №63-215809, МКИ4 F 01 N 7/10, 1988). Здесь во внутренней основной части коллектора, с образованием зазора относительно внутренних стенок коллектора, установлена тонкостенная труба. Но такой технический прием значительно усложняет конструкцию коллектора.Known technical solutions to reduce the heat capacity of the described reservoir designs (see, for example, Japanese application No. 63-215809, MKI F 01 N 7/10, 1988). Here, in the inner main part of the collector, with the formation of a gap relative to the inner walls of the collector, a thin-walled pipe is installed. But this technique greatly complicates the design of the collector.
В современных конструкциях ДВС, в трассе выпуска которых предусмотрены каталитические нейтрализаторы, нашли широкое применение сварные выпускные коллекторы облегченной конструкции, штампованные из тонкого жаропрочного металлического листа, с приварными присоединительными фланцами (РСТ (WO) 90/06207, МКИ5 В 23 К 31/02, 1990, США №4656830, МКИ4 F 01 N 3/18, 1987, Франция №2644207, МКИ5 F 01 N 7/10, 1990, ФРГ №4200611, МКИ5 F 01 N 7/10, 1993, ЕПВ (ЕР) 0623739, МКИ5 F 01 N 7/10, 1994).Welded exhaust manifolds of lightweight construction, stamped from a thin heat-resistant metal sheet, with welded connecting flanges (PCT (WO) 90/06207, MKI5 V 23 K 31/02, are widely used in modern ICE designs, in the exhaust route of which catalytic converters are provided, 1990, USA No. 4656830, MKI4 F 01 N 3/18, 1987, France No. 2644207, MKI5 F 01 N 7/10, 1990, Germany No. 4200611, MKI5 F 01 N 7/10, 1993, EPO (EP) 0623739, MKI5 F 01 N 7/10, 1994).
Применение таких сварных выпускных коллекторов в сочетании с каталитическими нейтрализаторами различного типа позволяет обеспечить выполнение жестких международных требований по токсичности Евро-3 и Евро-4. Технические трудности, которые возникают при изготовлении описанных коллекторов, заключаются, в первую очередь, в том, что необходимо соблюсти оптимальные, с точки зрения гидравлических сопротивлений, геометрические параметры - радиусы гиба отдельных труб, длины отдельных труб, их конкретное расположение в стесненном пространстве моторного отсека и ряд других параметров. Поэтому, как правило, каждая из отдельных труб коллектора изготавливается путем сварки отдельных составляющих трубу элементов. При этом разъемы могут быть как продольными (заявка Японии №3-63644, МКИ5 F 01 N 7/10, 1991) (штампованные из двух половин), так и поперечными (ФРГ №3720714, МКИ4 F 01 N 7/14, 1989) (когда каждая из труб сваривается из отдельных заранее формообразованных патрубков). Либо в законченной конструкции коллектора применены одновременно оба названных выше приема (Франция №2727466, МПК6 F 01 N 7/10, 1996).The use of such welded exhaust manifolds in combination with various types of catalytic converters allows the implementation of stringent international toxicity requirements of Euro-3 and Euro-4. The technical difficulties that arise in the manufacture of the described collectors are, first of all, in the fact that it is necessary to observe the optimal, from the point of view of hydraulic resistances, geometric parameters - bending radii of individual pipes, lengths of individual pipes, their specific location in the cramped space of the engine compartment and a number of other parameters. Therefore, as a rule, each of the individual pipes of the collector is made by welding the individual components of the pipe elements. Moreover, the connectors can be either longitudinal (Japanese application No. 3-63644, MKI5 F 01 N 7/10, 1991) (stamped from two halves), or transverse (Germany No. 3720714, MKI4 F 01 N 7/14, 1989) (when each of the pipes is welded from separate pre-shaped pipes). Or in the completed design of the collector, both of the above techniques are applied simultaneously (France No. 2727466, IPC6 F 01 N 7/10, 1996).
В качестве прототипа выбран сварной выпускной коллектор для ДВС легковых автомобилей (полезная модель России №14974, МПК7 F 01 N 7/10, публ. в БИПМ №25, от 10.09.2000), который содержит по крайней мере две проточные трубы, состоящие, например, из патрубков, скрепленных между собой сваркой, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия по крайней мере одного фланца, а нижние концы патрубков, по крайней мере по два, соединены с коллекторными элементами, нижние концы которых закреплены на нижнем выпускном фланце и через его отверстия сообщены с выпускными трубопроводами системы очистки газов, причем упомянутые патрубки обеих проточных труб выполнены из жаропрочного листового материала. Коллекторные элементы выполнены в виде воронок, при этом верхние концы обеих проточных труб закреплены на цельном впускном фланце. Нижний выпускной фланец выполнен из тонколистового материала, преимущественно из жаропрочной стали, с отбортовкой по его краям и отверстиям и вваренными бабышками в местах расположения крепежных отверстий. Все патрубки выполнены из одного материала.As a prototype, a welded exhaust manifold for the internal combustion engine of cars was selected (utility model of Russia No. 14974, MPK7 F 01 N 7/10, publ. In BIPM No. 25, dated 10.09.2000), which contains at least two flow pipes consisting of for example, from nozzles fastened together by welding, the upper ends of which are connected to the intake openings of the internal combustion engine through the holes of at least one flange, and the lower ends of the pipes, at least two, are connected to the collector elements, the lower ends of which are fixed to the lower outlet flange and through his TIFA communicated with the exhaust gas treatment system pipes, said pipes both flow tubes are made of heat resistant sheet material. The collector elements are made in the form of funnels, while the upper ends of both flow tubes are mounted on a solid inlet flange. The lower outlet flange is made of sheet material, mainly of heat-resistant steel, with flanging along its edges and holes and welded beads at the locations of the mounting holes. All nozzles are made of one material.
К недостаткам рассмотренного сварного выпускного коллектора, как показала практика его эксплуатации на отдельных моделях автомобилей ВАЗ, в первую очередь следует отнести то, что, подвергаясь значительным перепадам температуры, жесткая конструкция коллектора, имеющая разные по длине патрубки, материал которых имеет одинаковый коэффициент линейного расширения, накапливает значительные остаточные деформации, что в конечном итоге приводит к нарушению герметичности в стыке коллектора с корпусом двигателя. Кроме того, изготовление отдельных труб коллектора из отдельных патрубков, которые в свою очередь сварены из нескольких коротких или прямолинейных отрезков труб, с последующей их сваркой приводит к неоптимальным геометрическим параметрам коллектора в целом, что увеличивает гидравлические сопротивления в выпускном тракте ДВС, снижает его мощность и крутящий момент. В частности, в прототипе патрубок первого цилиндра сварен из двух изогнутых отрезков труб, патрубки второго и третьего цилиндров сварены из двух отрезков труб, а патрубок четвертого цилиндра сварен из четырех отрезков труб, два из которых - прямолинейные, а два - криволинейные, загнутые по радиусу.The disadvantages of the considered welded exhaust manifold, as shown by the practice of its operation on individual models of VAZ automobiles, are, first of all, the fact that, subject to significant temperature changes, the rigid design of the manifold, having different lengths of pipes, the material of which has the same linear expansion coefficient, accumulates significant residual deformations, which ultimately leads to a violation of the tightness in the junction of the collector with the engine housing. In addition, the manufacture of individual manifold pipes from individual nozzles, which in turn are welded from several short or straight pipe sections, followed by welding leads to non-optimal geometric parameters of the collector as a whole, which increases the hydraulic resistance in the exhaust path of the internal combustion engine, reduces its power and torque. In particular, in the prototype, the nozzle of the first cylinder is welded from two curved pipe sections, the nozzles of the second and third cylinders are welded from two pipe sections, and the nozzle of the fourth cylinder is welded from four pipe sections, two of which are straight and two are curved, bent along the radius .
Для устранения названного нежелательного явления в известном выпускном коллекторе предлагается проточную трубу с меньшими линейными размерами снабдить термокомпенсатором. Кроме того, предлагается патрубки проточной трубы больших линейных размеров выполнить цельными и оптимизировать при этом их геометрические параметры, особенно в зоне гиба каждого отдельного патрубка, с целью достижения минимальных гидропотерь в тракте системы выпуска отработавших газов.To eliminate this undesirable phenomenon in a known exhaust manifold, it is proposed to provide a flow pipe with smaller linear dimensions with a temperature compensator. In addition, it is proposed that large linear dimensions of the flow pipe nozzles be made integral and their geometric parameters optimized, especially in the bend zone of each individual pipe, in order to achieve minimal water losses in the exhaust system tract.
Сущность изобретения заключается в том, что в сварном выпускном коллекторе, содержащем присоединительные фланцы, по крайней мере две проточные трубы, одна из которых (более длинная) образована сходящимися на выходе патрубками первого и четвертого цилиндров ДВС, а другая (которая короче первой) образована сходящимися на выходе патрубками второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия по крайней мере одного фланца, а нижние концы труб закреплены на нижнем выпускном фланце и через его отверстия сообщены с выпускными трубопроводами системы очистки газов, причем трубы выполнены из жаропрочного листового материала, патрубки менее длинных труб выполнены сборными из трех телескопически смонтированных отрезков труб, которые сварены по торцам последовательно друг с другом, образуя при этом зигзаг, при этом материал, из которого изготовлен промежуточный отрезок трубы телескопического соединения, имеет коэффициент линейного расширения по величине меньший, чем соответствующий коэффициент материала сопрягаемых с ним отрезков труб телескопического соединения соответствующего патрубка.The essence of the invention lies in the fact that in a welded exhaust manifold containing connecting flanges, at least two flow pipes, one of which (longer) is formed by converging at the outlet pipes of the first and fourth ICE cylinders, and the other (which is shorter than the first) is formed by converging at the outlet with nozzles of the second and third cylinders, the upper ends of which are connected to the intake openings of the internal combustion engine through the openings of at least one flange, and the lower ends of the pipes are fixed to the lower outlet flange and through the holes are in communication with the exhaust pipelines of the gas purification system, the pipes being made of heat-resistant sheet material, the pipes of shorter pipes made of three telescopically mounted pipe segments that are welded at the ends in series with each other, forming a zigzag, while the material from of which an intermediate pipe segment of a telescopic connection is made, has a linear expansion coefficient of a value smaller than the corresponding coefficient of the material mating with it from pipe cutting telescopic connection of the corresponding pipe.
Отдельные патрубки более длинных труб выполнены из цельного отрезка тонкостенной жаропрочной трубы, при этом их радиусы гиба составляют 1,8-2,2 диаметра соответствующего патрубка в месте его гиба.Separate nozzles of longer pipes are made of an integral segment of a thin-walled heat-resistant pipe, while their bending radii are 1.8-2.2 diameters of the corresponding pipe in the place of its bending.
Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1 и 2.The invention is illustrated in figures 1 and 2.
Сварной выпускной коллектор содержит по крайней мере две проточные трубы 1 и 2, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками 3 и 4 соответственно первого и четвертого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимися на выходе патрубками 5 и 6 соответственно второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия по крайней мере одного фланца 7, а нижние концы труб закреплены на нижнем выпускном фланце 8 и через его отверстия сообщены с выпускными трубопроводами системы очистки газов, причем трубы 1 и 2 выполнены из жаропрочного листового материала. Патрубки 5 и 6 менее длинных труб 2 выполнены сборными из трех телескопически смонтированных отрезков труб 9, 10 и 11, которые сварены по торцам 12 последовательно друг с другом, образуя при этом зигзаг, при этом материал, из которого изготовлен промежуточный отрезок трубы 10 телескопического соединения, имеет коэффициент линейного расширения по величине меньший, чем соответствующий коэффициент материала сопрягаемых с ним отрезков труб 9 и 11 телескопического соединения соответствующего патрубка 5 или 6.The welded exhaust manifold contains at least two
Отдельные патрубки 3 и 4 более длинных труб 1 выполнены из цельного отрезка тонкостенной жаропрочной трубы, при этом их радиусы гиба составляют 1,8-2,2 диаметра соответствующего патрубка 3 и 4 в месте его гиба.Separate nozzles 3 and 4 of the
Приведенная на фиг.2 схема наглядно иллюстрирует процессы, которые происходят при нагреве конструкции коллектора. Сварной коллектор представляет собой конструкцию со статически неопределимыми деформациями в стержнях (трубах 3... 6) при изменении температуры конструкции. Схема необходимых удлинений стержней при нагреве всей конструкции при условии не возникновения силовых деформаций представлена на фиг.2. Пунктирными линиями изображены стержни в положении, которое они занимают после нагрева. Стержень 1 получил приращение Δ L1, стержень 2 получил приращение Δ L2, при этом точка соединения стержней Д перешла в положение Д1.The diagram shown in figure 2 clearly illustrates the processes that occur when the design of the collector is heated. The welded collector is a structure with statically indeterminate deformations in the rods (pipes 3 ... 6) when the temperature of the structure changes. A diagram of the necessary extensions of the rods when heating the entire structure, provided that no force deformations occur, is shown in FIG. 2. The dashed lines show the rods in the position that they occupy after heating.
Соотношение приращений стержней, исходя из геометрических соображений (подобия треугольника АСД и треугольника приращений стержней Д1КД), должно быть равноThe ratio of the increments of the rods, based on geometric considerations (similarity triangle ASD and triangle increments of rods D 1 KD) should be equal
При равенстве коэффициентов линейного расширения (КЛР) материалов стержней 1 и 2, учитывая то, что температурные деформации стержней пропорциональны их длинам, такое соотношение не может быть обеспечено. Чтобы деформации были совместны, необходимо соотношение между КЛР стержней 1 и 2 определить из зависимости (1). Принимая, чтоIf the linear expansion coefficients (CLC) of the materials of the
Δ L1=α 1· L1· Δ t,Δ L 1 = α 1 · L 1 · Δ t,
Δ L2=α 2· L2· Δ t,Δ L 2 = α 2 · L 2 · Δ t,
получимwe get
Из зависимости (2) следует, что для конструкции коллектора с углом β =60° при условии отсутствия силовых деформаций необходимо выбрать материалы стержней 1 и 2 с коэффициентами линейных расширений, отличающимися примерно в два раза.From dependence (2) it follows that for the design of the collector with an angle β = 60 °, provided that there are no force strains, it is necessary to select the materials of the
Практически это означает, что трубу 1 (фиг.1), отрезки труб 9 и 11 трубы 2, можно изготовить, например, из материала 12Х18Н9Т с КЛР, равным 19,5· 10-6 1/° С, а промежуточный в телескопическом соединении отрезок 10 изготовить из материала 15Х28 с КЛР, равным 11,0· 10-6 1/° С (Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.).In practice, this means that pipe 1 (Fig. 1), pipe segments 9 and 11 of
Кроме того, при таком конструктивном исполнении достигаются минимальные гидропотери в тракте выпуска ДВС, что приводит к повышению мощности и увеличению крутящего момента ДВС.In addition, with this design, minimal water losses are achieved in the ICE exhaust path, which leads to an increase in power and an increase in the torque of the ICE.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в автомобилестроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо.The proposed technical solution is industrially applicable, since it can be used industrially in the automotive industry and other areas of the national economy, workable, feasible and reproducible.
Работает устройство обычным образом.The device works in the usual way.
На такте выпуска отработавших газов из цилиндров двигателя, когда выпускной клапан открыт, горячие отработавшие газы вытесняются в выпускной коллектор, далее поступают в каталитический нейтрализатор, просачиваются через его активное вещество и в достаточной мере очищенные от вредных веществ поступают в глушитель (глушители, если в тракте выпуска их несколько), теряют при этом часть звуковой энергии, после чего выводятся в атмосферу.At the exhaust gas exhaust cycle from the engine cylinders, when the exhaust valve is open, hot exhaust gases are displaced into the exhaust manifold, then they enter the catalytic converter, leak through its active substance and are sufficiently cleaned of harmful substances into the muffler (silencers, if in the tract there are several of them), while losing some of the sound energy, after which they are released into the atmosphere.
Использование заявленного технического решения позволяет создать недорогую и компактную конструкцию эффективного, надежного в эксплуатации выпускного коллектора, повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счет соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, снизить загрязнение воздуха в населенных пунктах токсичными компонентами отработавших газов автотранспортных средств, силовой агрегат которых выполнен на базе ДВС.Using the claimed technical solution allows you to create an inexpensive and compact design of an efficient, reliable exhaust manifold, increase the competitiveness of domestic cars by complying with their environmental safety to international standards, reduce air pollution in settlements with toxic exhaust components of vehicles, the power unit of which is based on ICE.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002132773/06A RU2242622C2 (en) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | Welded manifold of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002132773/06A RU2242622C2 (en) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | Welded manifold of internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002132773A RU2002132773A (en) | 2004-08-10 |
RU2242622C2 true RU2242622C2 (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=34387346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002132773/06A RU2242622C2 (en) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | Welded manifold of internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2242622C2 (en) |
-
2002
- 2002-12-05 RU RU2002132773/06A patent/RU2242622C2/en active IP Right Revival
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0657632B1 (en) | Integral cast diffuser for a catalytic converter | |
US4064963A (en) | Exhaust for internal-combustion engine | |
US20080163613A1 (en) | Vehicle exhaust system structure | |
CA2602124A1 (en) | Vacuum insulated exhaust system | |
JP2006250524A (en) | Multi-pipe type heat recovery apparatus | |
US5014510A (en) | Exhaust system, particularly for two-stroke cycle internal combustion engines | |
CA2322920C (en) | Exhaust pipe assembly of two-passage construction | |
JP4482585B2 (en) | Automotive exhaust components and manufacturing method | |
RU2242622C2 (en) | Welded manifold of internal combustion engine | |
RU72274U1 (en) | EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2242621C2 (en) | Welded manifold of internal combustion engine | |
JP4709682B2 (en) | Engine exhaust system | |
RU30856U1 (en) | EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU30858U1 (en) | EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
JPH09500434A (en) | Exhaust collector with primary piping | |
RU30857U1 (en) | EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
US20180128150A1 (en) | Exhaust manifold | |
US20020017786A1 (en) | Exhaust elbow | |
JP5251220B2 (en) | Piping joint structure | |
RU67647U1 (en) | CATALYTIC COLLECTOR OF THE EXHAUST GAS SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
US6773681B1 (en) | Weldless flanged catalytic converters | |
CN210829447U (en) | Diesel engine exhaust system of wood chip ship | |
RU49117U1 (en) | CATALYTIC COLLECTOR OF THE EXHAUST SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU119395U1 (en) | CATALYTIC COLLECTOR OF THE EXHAUST GAS SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
JPH051618Y2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051206 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070327 |