RU2270346C2

RU2270346C2 - Exhaust system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2270346C2
Application number: RU2004105323/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Анатольевич Чудинов (RU); Борис Анатольевич Чудинов; Равиль Рахимджанович Габитов (RU); Равиль Рахимджанович Габитов; Павел Юрьевич Жестоков (RU); Павел Юрьевич Жестоков; Юрий Николаевич Шепилов (RU); Юрий Николаевич Шепилов; Владимир Константинович Гааг (RU); Владимир Константинович Гааг; Владимир Алексеевич Чернов (RU); Владимир Алексеевич Чернов; Евгений Геннадьевич Денисов (RU); Евгений Геннадьевич Денисов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2006-02-20
Also published as: RU2004105323A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: proposed exhaust system of internal combustion engine contains at least one unit of permanent joint of pipe of exhaust manifold with its fastening flange on member of housing of internal combustion engine. Flange is formed by casting of end section of pipe with metal alloy in mould. Metal alloy melting temperature is lower than melting temperature of pipe material and coefficient of temperature expansion of which exceeds coefficient of temperature expansion of pipe material and heat transfer coefficient of which is at least twice as great as heat transfer coefficient of pipe material. Flange and mating member of housing, for instance, cylinder head, are made of identical material, mainly of aluminum and/or magnesium alloy. Outer flanging is formed on end of pipe section filled with metal alloy, for instance, in form of conical bell whose input cut coincides with connecting plane of flange. Or end of pipe section filled with metal alloy is provided with ring or conical flanging dipped into flange so that inlet hole in flange coincides with inner channel of pipe. Also end section of pipe is made up of number of alternating in steps coaxial sections of different outer diameter, section of pipe with minimum outer diameter being arranged from side of flange. Moreover, end section of pipe is made conical so that thickness of wall of pipe in zone of inlet cut is 0.4-0.6 of thickness of cylindrical wall of pipe.

EFFECT: simplified design of device, improved reliability in operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, в частности к конструкции элементов системы выхлопа отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).The invention relates to mechanical engineering, mainly to engine building, in particular to the design of the elements of the exhaust system of the exhaust gases of an internal combustion engine (hereinafter ICE).

Известна система выхлопа отработавших газов, содержащая трубу с присоединительным фланцем (заявка DE №3832728, МКИ 4 F 01 N 7/18, 1989 г.), которая для крепления снабжена поверхностями лазерной сварки.A known exhaust system containing a pipe with a connecting flange (application DE No. 3832728, MKI 4 F 01 N 7/18, 1989), which for mounting is equipped with laser welding surfaces.

Преимущества сварного коллектора по сравнению с литым чугунным заключены в уменьшении металлоемкости 'и, как следствие, более быстром нагреве выхлопных газов на входе в катализатор, что способствует повышению качества нейтрализации выхлопных газов. Однако данное устройство обладает рядом недостатков, а именно: наличие множества сварных швов и нетехнологичность сборки (изготовления) коллектора.The advantages of the welded collector compared to cast iron are reduced metal consumption and, as a result, faster heating of the exhaust gases at the inlet to the catalyst, which improves the quality of neutralization of exhaust gases. However, this device has several disadvantages, namely: the presence of many welds and low-tech assembly (manufacturing) of the collector.

Известна также система выхлопа отработавших газов, содержащая выходную трубу с концевым фланцем, которая механически, путем пластической деформации, закреплена в отверстии концевого фланца (DE №3806744, МКИ 4 F 01 N 7/18, 1988 г.). Данное устройство обеспечивает герметичность соединения труб и фланца, экономически более эффективно, чем, например, соединение сваркой, особенно при массовом производстве Недостатком приведенной конструкции является увеличение числа деталей (дополнительных патрубков для увеличения жесткости и герметичности соединения), наличие больших температурных деформаций деталей коллектора (фланца, труб), приводящих к потере герметичности выпускного канала, прорывов газов. В значительной степени большие деформации вызваны неравномерным нагревом частей коллектора, ввиду как особенностей конструкции, так и разных скоростей нагрева и охлаждения труб и фланца.An exhaust gas exhaust system is also known, comprising an outlet pipe with an end flange, which is mechanically, by plastic deformation, fixed in the hole of the end flange (DE No. 3806744, MKI 4 F 01 N 7/18, 1988). This device ensures the tightness of the pipe and flange connections, more cost-effective than, for example, welding, especially in mass production. The disadvantage of this design is the increase in the number of parts (additional pipes to increase the stiffness and tightness of the connection), the presence of large temperature deformations of the collector parts (flange , pipes), leading to loss of tightness of the exhaust channel, gas breakthroughs. To a large extent, large deformations are caused by uneven heating of the collector parts, due to both the design features and the different heating and cooling rates of the pipes and flange.

Данное решение принято за прототип.This decision was made as a prototype.

Изобретение направлено на упрощение конструкции устройства и повышение надежности при эксплуатации.The invention is aimed at simplifying the design of the device and improving reliability during operation.

Решение поставленной технической задачи достигается путем изменения конструкции соединения концевого участка выходной трубы и фланца, и в конечном итоге, повышении прочности и герметичности соединения в рабочем диапазоне температур фланца от -40 до +300°С.The solution of the technical problem is achieved by changing the design of the connection of the end section of the outlet pipe and the flange, and ultimately, increasing the strength and tightness of the connection in the operating temperature range of the flange from -40 to + 300 ° C.

На фиг.1 изображен разрез неразъемного соединения выхлопного коллектора и фланца.Figure 1 shows a section of a permanent connection of the exhaust manifold and flange.

На фиг.2 - то же, что фиг.1, при котором входное отверстие во фланце совпадает с внутренним каналом выхлопного коллектора.In Fig.2 - the same as Fig.1, in which the inlet in the flange coincides with the inner channel of the exhaust manifold.

На фиг.3 - то же, что фиг.1, при котором концевой участок выхлопного коллектора выполнен коническим.Figure 3 is the same as figure 1, in which the end section of the exhaust manifold is made conical.

Сущность изобретения заключается в том, система выхлопа отработавших газов ДВС, содержит, по крайней мере, один узел неразъемного соединения трубы выхлопного коллектора 1 с фланцем 2 ее крепления к элементу корпуса ДВС (не показан), причем фланец формообразован путем заливки в кокиле концевого участка трубы 1 металлическим сплавом, температура плавления которого ниже температуры плавления материала трубы, коэффициент температурного расширения которого превышает коэффициент температурного расширения материала трубы, и коэффициент теплопередачи которого по крайней мере вдвое превышает коэффициент теплопередачи материала трубы. Фланец 2 и сопрягаемый с ним элемент корпуса (например, головка цилиндра), выполнены из идентичного материала, преимущественно из алюминиевого и/или магниевого сплава. На конце залитого металлическим сплавом участка трубы сформирована наружная отбортовка 3, например, в виде конического раструба, входной срез которого совпадает с присоединительной плоскостью фланца 2. Либо конец залитого металлическим сплавом участка трубы снабжен кольцевой или конической отбортовкой 4, заглубленной внутрь фланца 2 так, что входное отверстие во фланце 2 совпадает с внутренним каналом трубы 1. Также концевой участок трубы 1 выполнен из ряда ступенчато чередующихся коаксиальных участков различного наружного диаметра (фиг.3), при этом участок трубы 1 с наименьшим наружным диаметром расположен со стороны фланца 2. Кроме того, концевой участок трубы выполнен коническим, таким образом, что толщина стенки трубы в зоне входного среза составляет 0,4...0,6 от толщины цилиндрической стенки трубы.The essence of the invention lies in the fact that the exhaust system of the internal combustion engine exhaust gas contains at least one unit of one-piece connection of the exhaust manifold pipe 1 to the flange 2 of its fastening to the internal combustion engine housing element (not shown), the flange being shaped by pouring the pipe end portion into the chill mold 1 metal alloy, the melting temperature of which is lower than the melting temperature of the pipe material, the coefficient of thermal expansion of which exceeds the coefficient of thermal expansion of the pipe material, and the coefficient of heat transmission is at least twice the heat transfer coefficient of the tube material. Flange 2 and a housing element mating with it (for example, a cylinder head) are made of the same material, mainly aluminum and / or magnesium alloy. An external flange 3 is formed at the end of the pipe section filled with metal alloy, for example, in the form of a conical bell, the inlet section of which coincides with the connecting plane of flange 2. Either the end of the pipe section filled with metal alloy is equipped with an annular or conical flange 4, recessed into the flange 2 so that the inlet in the flange 2 coincides with the inner channel of the pipe 1. Also, the end section of the pipe 1 is made of a series of stepwise alternating coaxial sections of different outer diameter (Fig. 3), while the pipe section 1 with the smallest outer diameter is located on the side of the flange 2. In addition, the pipe end section is conical, so that the pipe wall thickness in the inlet section is 0.4 ... 0.6 of the thickness cylindrical wall of the pipe.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в машиностроении, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. Осуществление изобретения по любому из пунктов формулы позволяет реализовать указанное назначение изобретения.The proposed technical solution is industrially applicable, since it can be used industrially in mechanical engineering, efficient, feasible and reproducible. The implementation of the invention according to any one of the claims allows to realize the specified purpose of the invention.

Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства и повысить надежность при эксплуатации.The invention allows to simplify the design of the device and improve reliability during operation.

Claims

1. The exhaust gas exhaust system of an internal combustion engine, comprising at least one integral connection unit of the exhaust manifold pipe with its mounting flange to an internal combustion engine housing element, characterized in that the flange is shaped by pouring a metal alloy in the end section of the pipe with a melting temperature which is lower the melting temperature of the pipe material, the coefficient of thermal expansion of which exceeds the coefficient of thermal expansion of the pipe material and the heat transfer coefficient of which, at least howling exceeds the heat transfer coefficient of the tube material.

2. The engine exhaust system according to claim 1, characterized in that the flange and the body element mating with it (for example, the cylinder head) are made of identical material.

3. The engine exhaust system according to claim 2, characterized in that the flange is made of aluminum and / or magnesium alloy.

4. The engine exhaust system according to claim 1, characterized in that an outer flange is formed at the end of the pipe section filled with a metal alloy, for example, in the form of a conical bell, the inlet section of which coincides with the connecting plane of the flange.

5. The engine exhaust system according to claim 4, characterized in that the end of the pipe section filled with a metal alloy is provided with an annular or conical flange that is recessed into the flange so that the inlet in the flange coincides with the inner pipe channel.

6. The engine exhaust system according to claim 4, characterized in that the end section of the pipe is made up of a series of stepwise alternating coaxial sections of different outer diameter, while the pipe section with the smallest outer diameter is located on the flange side.

7. The exhaust system of the internal combustion engine exhaust gas according to claim 4, characterized in that the end section of the pipe is conical, so that the wall thickness of the pipe in the inlet section is 0.4-0.6 of the thickness of the cylindrical wall of the pipe.