RU30857U1

RU30857U1 - EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU30857U1
Application number: RU2002135119/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Ретнёв; С.И. Юдинцев; С.В. Пелипенко; А.В. Молянов; Д.Б. Терентьев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РОССКАТавто"
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2003-07-10

Description

МПК7 F01N7/10MPK7 F01N7 / 10

ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯEXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению и имеет отношение к конструкции элементов системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).The utility model relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing and is related to the design of the elements of the exhaust system of an internal combustion engine (hereinafter ICE).

Известен выпускной коллектор ДВС автомобиля ВАЗ-2108, В.А. Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2108, М., ЖОСААФ 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 приёмной трубе тракта выпуска отработавших газов. В процессе работы ДВС коллектор подвергается значительному температурному воздействию со стороны выхлопных клапанов ДВС.Known exhaust manifold of the internal combustion engine of a VAZ-2108, V.A. Vershigora et al. Car VAZ-2108, M., ZhOSAAF USSR, 1986, p. 27, which is a cast massive piece of cast iron. The exhaust manifold has attachment flanges, on the one hand to the cylinder head of the engine, and on the other hand to the exhaust pipe of the exhaust pipe. During 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 F01N 7/10, 1994, № 5069036, МПК5 F01N 7/10, 1991, заявке ЕПВ (ЕР) 0049459, F02F 11/00, 1982.Similar designs of exhaust manifolds are described in US patent No. 5347810, IPC5 F01N 7/10, 1994, No. 5069036, IPC5 F01N 7/10, 1991, application EPO (EP) 0049459, F02F 11/00, 1982.

Общим недостатком описанных выше устройств является их значительная металлоёмкость и теплоёмкость, 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 disadvantage 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 теплоёмкость описанных конструкций коллекторов, см., например, заявку Японии № 63-215809, МКИ4 F01N 7/10, 1988. Здесь во внутренней основной части коллектора, с образованием зазора относительно внутренних стенок коллектора, установлена тонкостенная труба. Но такой технический приём значительно усложняет конструкцию коллектора.Known technical solutions to reduce the heat capacity of the described designs of the collectors, see, for example, Japanese application No. 63-215809, MKI4 F01N 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 применениеIn modern ICE designs, in the exhaust route of which catalytic converters are provided, they are widely used

выпускные коллекторы облегчённой конструкции, штампованные из тонкого жаропрочного металлического листа, с приварными присоединительными фланцами, РСТ (WO) 90/06207, МКИ5 В23К 31/02, 1990; США № 4656830, МКИ4 F01N 3/18, 1987; Франция № 2644207, МКИ5 F01N 7/10, 1990; ФРГ № 4200611, МКИ5 F01N 7/10, 1993; ЕПВ (ЕР) 0623739, МКИ5 F01N 7/10, 1994.lightweight exhaust manifolds, stamped from thin heat-resistant metal sheet, with welded mounting flanges, PCT (WO) 90/06207, MKI5 V23K 31/02, 1990; US No. 4656830, MKI4 F01N 3/18, 1987; France No. 2644207, MKI5 F01N 7/10, 1990; Germany No. 4200611, MKI5 F01N 7/10, 1993; EPO (EP) 0623739, MKI5 F01N 7/10, 1994.

Применение таких выпускных коллекторов, в сочетании с каталитическими нейтрализаторами различного типа, позволяет обеспечить выполнение жёстких 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 стеснённом пространстве моторного отсека и ряд других параметров. Поэтому, как правило, каждая из отдельных труб коллектора изготавливается путём сварки отдельных составляющих трубу элементов. При этом разъёмы могут быть как продольными, заявка Японии № 3-63644, МКИ5 F01N 7/10, 1991, (штампованные из двух половин), так и поперечными, ФРГ № 3720714, МКИ4 F01N 7/14, 1989 (когда каждая из труб сваривается из отдельных заранее формообразованных патрубков). Либо в законченной конструкции коллектора применены одновременно оба названных выше приёма, Франция № 2727466, МПК6 F01N 7/10, 1996.The use of such exhaust manifolds, in combination with various types of catalytic converters, makes it possible to meet the 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, that it is necessary to observe the geometric parameters that are optimal from the point of view of hydraulic resistances - the bending radii of individual pipes, the 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 F01N 7/10, 1991, (stamped from two halves), or transverse, Germany No. 3720714, MKI4 F01N 7/14, 1989 (when each of the pipes welded from individual preformed pipe fittings). Or in the completed design of the collector, both of the above methods are applied simultaneously, France No. 2727466, IPC6 F01N 7/10, 1996.

В качестве прототипа выбран выпускной коллектор для ДВС легковых автомобилей, полезная модель России № 14975, МПК7 F01N 7/10, публ. в БИПМ № 25, от 10.09.2000, который содержит по крайней мере две проточные трубы, одна из которых состоит из патрубков, соединённых между собой посредством сварки, верхние концы которых закреплены на верхних боковых впускных соединительных фланцах и сообщены через отверстия в них с отверстиями первого и четвёртого цилиндров двигателя, при этом верхние концы другой проточной трубы закреплены на верхнем среднем впускном соединительном фланце и сообщены через отверстия в нём с отверстиями второго и третьего цилиндров двигателя, а нижние концы проточных труб, по крайней мере по два, соединены с коллекторными элементами, нижние концы которых закреплены на нижнем выпускном штампованном фланце и через его отверстия сообщены сAs a prototype, an exhaust manifold for internal combustion engines of passenger cars was selected, utility model of Russia No. 14975, MPK7 F01N 7/10, publ. in BIPM No. 25, dated 10.09.2000, which contains at least two flow pipes, one of which consists of nozzles interconnected by welding, the upper ends of which are fixed to the upper side inlet connecting flanges and communicated through holes in them with holes the first and fourth engine cylinders, while the upper ends of the other flow pipe are fixed to the upper middle inlet connecting flange and communicated through holes in it with the holes of the second and third engine cylinders, and the lower ends are at least two outlet pipes are connected to the collector elements, the lower ends of which are fixed on the lower outlet stamped flange and are connected with its openings

выпускными отверстиями трубопровода системы очистки газов, причём вышеупомянутый коллекторный элемент, по крайней мере одной проточной трубы, выполнен в форме тройника, при этом проточные трубы выполнены из жаропрочного листового материала. Одна из проточных труб и коллекторный элемент выполнены как одно целое в форме тройника, при этом два его конца закреплены на вышеупомянутых верхних впускных фланцах, а третий конец трубопровода соединён с упомянутым нижним выпускным фланцем. Верхние впускные фланцы и нижний выпускной фланец выполнены, по крайней мере не менее чем из двух пластин, причём, например, нижняя пластина нижнего выпускного фланца соединена с нижними концами коллекторных элементов сваркой, а верхние штампованные пластины нижнего выпускного фланца, по крайней мере не менее одной, выполнены накладными, с возможностью их соединения с его нижней пластиной, например, сваркой.the outlet openings of the pipeline of the gas purification system, moreover, the aforementioned collector element of at least one flow pipe is made in the form of a tee, while the flow pipes are made of heat-resistant sheet material. One of the flow pipes and the collector element are made in one piece in the shape of a tee, with its two ends fixed to the aforementioned upper inlet flanges, and the third end of the pipeline connected to the said lower outlet flange. The upper inlet flanges and the lower outlet flange are made of at least at least two plates, for example, the lower plate of the lower outlet flange is connected to the lower ends of the collector elements by welding, and the upper stamped plates of the lower outlet flange are at least one are made overhead, with the possibility of their connection with its lower plate, for example, by welding.

К недостаткам рассмотренного выпускного коллектора, как показала практика его эксплуатации на отдельных моделях автомобилей ВАЗ, следует отнести то, что изготовление отдельных труб коллектора из отдельных патрубков, 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. Кроме того, технология изготовления таких коллекторов значительно усложняется.The disadvantages of the considered exhaust manifold, as shown by the practice of its operation on individual models of VAZ cars, should be attributed to the fact that the manufacture of individual collector pipes from individual nozzles, followed by their welding, leads to non-optimal geometric parameters of the collector as a whole, which increases hydraulic resistance in the exhaust path ICE, reduces its power and torque. In addition, the manufacturing technology of such collectors is much more complicated.

Для устранения названного нежелательного явления, в известном выпускном коллекторе предлагается не только составить его конструкцию из цельных отдельных труб, но и оптимизировать при этом их геометрические параметры в зоне гиба каждой отдельной трубы, с целью достижения минимальных тдропотерь в тракте системы выпуска отработавших газов.To eliminate this undesirable phenomenon, in the well-known exhaust manifold it is proposed not only to compose its design from whole individual pipes, but also to optimize their geometric parameters in the bending zone of each individual pipe, in order to achieve minimal loss in the exhaust system path.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном выпускном коллекторе, содержащем по крайней мере две проточные трубы, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками первого и четвёртого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимся на выходе газоприёмным тройником второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия, по крайней мере одного фланца, а нижние концы труб и газоприёмного тройника закреплены на нижнем выпускном фланце и через его отверстия сообщены с выпускными трубопроводами системы очисткиThe essence of the utility model is that in a known exhaust manifold containing at least two flow pipes, one of which is formed by converging outlet pipes of the first and fourth ICE cylinders, and the other is formed by a gas receiving tee of the second and third cylinders converging at the output, upper ends which are connected to the inlet of the internal combustion engine through the openings of at least one flange, and the lower ends of the pipes and the gas intake tee are mounted on the lower outlet flange and through its openings are communicated a discharge piping cleaning system

/-Jsr//2/ -Jsr // 2

газов, причём трубы выполнены из жаропрочного листового материала, патрубки первого и четвёртого цилиндров выполнены из цельного отрезка тонкостенной жаропрочной трубы, при этом радиусы гиба патрубков первого и четвёртого цилиндров составляют 1,4...1,6 диаметра патрубка в месте его гиба и каждый из радиусов гиба расположен в одной плоскости, при этом нижний выпускной фланец представляет собой вырубную деталь из жаропрочного металлического материала.gases, and the pipes are made of heat-resistant sheet material, the nozzles of the first and fourth cylinders are made of an entire segment of a thin-walled heat-resistant pipe, while the bending radii of the nozzles of the first and fourth cylinders are 1.4 ... 1.6 of the diameter of the nozzle at the point of its bending and each of the bending radii is located in one plane, while the lower outlet flange is a die-cutting part made of heat-resistant metal material.

Сущность полезной модели иллюстрируется на фиг. 1 и 2.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1 and 2.

Выпускной коллекторе содержит по крайней мере две проточные трубы 1 и 2, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками 3 и 4, соответственно первого и четвёртого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимся на выходе газоприёмным тройником 5, соответственно второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия, по крайней мере одного фланца 6, а нижние концы труб 1 и 2 закреплены на нижнем выпускной фланце 7 и через его отверстия сообщены с выпускными трубопроводами системы очистки газов, причём трубы 1 и 2 выполнены из жаропрочного листового материала. Каждый из отдельных патрубков 3 и 4 выполнен из цельного отрезка тонкостенной жаропрочной трубы, при этом радиусы гиба патрубков 3 и 4 первого и четвёртого цилиндров составляю 1,4... 1,6 диаметра патрубка в месте его гиба, и каждый из радиусов гиба расположен в одной плоскости, при этом нижний выпускной фланец 7 представляет собой вырубную деталь из жаропрочного металлического материала.The exhaust manifold contains at least two flow pipes 1 and 2, one of which is formed by converging outlet pipes 3 and 4, respectively, of the first and fourth ICE cylinders, and the other is formed by a gas receiving tee 5, of the second and third cylinders, converging at the outlet, upper ends which are connected to the inlet of the internal combustion engine through the openings of at least one flange 6, and the lower ends of the pipes 1 and 2 are fixed to the lower outlet flange 7 and through its openings are in communication with the exhaust pipes of the system stki gases, with tube 1 and 2 are made of heat resistant sheet material. Each of the individual nozzles 3 and 4 is made of an integral segment of a thin-walled heat-resistant pipe, while the bending radii of the nozzles 3 and 4 of the first and fourth cylinders are 1.4 ... 1.6 of the diameter of the nozzle in the place of its bending, and each of the bending radii is located in one plane, while the lower outlet flange 7 is a die-cutting part made of heat-resistant metal material.

При таком конструктивном исполнении достигаются минимальные гидропотери в тракте выпуска ДВС, что приводит к повышению мощности и увеличению крутящего момента ДВС.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.

,,

коллектор, далее поступают в каталитический нейтрализатор, просачиваются через его активное вещество и в достаточной мере очищенные от вредных веществ поступают в глущитель (глушители если в тракте выпуска их несколько), теряют при этом часть звуковой энергии, после чего выводятся в атмосферу.the collector then enters the catalytic converter, seeps through its active substance and is sufficiently cleaned of harmful substances into the silencer (silencers if there are several of them in the exhaust path), lose some of the sound energy, and then are released to the atmosphere.

Использование заявленного технического решения позволяет создать недорогую и компактную конструкцию эффективного выпускного коллектора, повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счёт соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, снизить загрязнение воздуха в населённых пунктах токсичными компонентами отработавших газов автотранспортных средств, силовой афегат которых выполнен на базе ДВС.Using the claimed technical solution allows you to create an inexpensive and compact design of an efficient exhaust manifold, increase the competitiveness of domestic cars due to their environmental safety according to international standards, reduce air pollution in settlements with toxic components of exhaust gases of vehicles, the power afegat is based on ICE.

Claims

An exhaust manifold for an internal combustion engine containing at least two flow pipes, one of which is formed by converging at the outlet pipes of the first and fourth ICE cylinders, and the other is formed by a gas receiving tee of the second and third cylinders converging at the output, the upper ends of which are connected to the ICE inlet openings through the openings of at least one flange, and the lower ends of the pipes and the gas inlet tee are fixed to the lower outlet flange and through its openings are in communication with the outlet piping gas cleaning system, and the pipes are made of heat-resistant sheet material, characterized in that the nozzles of the first and fourth cylinders are made of an integral segment of a thin-walled heat-resistant pipe, while the bending radii of the nozzles of the first and fourth cylinders are 1.4-1.6 pipe diameters in the place of its bending and each of the bending radii is located in one plane, while the lower outlet flange is a die-cutting part made of heat-resistant metal material.