SE506211C2 - Kollektoranordning för primärpipor till ett grenat avgasrör - Google Patents

Description

506 211 10 15 20 25 30 35 2 kompakt sätt, som är att skydda var och en av avgasportarna till motorn mot kompressionsvågor från intilliggande av- gasportar. Detta problem försämras när de primära piporna måste vara korta, som typiskt skulle vara fallet då exempelvis en turboladdare finns monterat, eller när en katalytisk omvandlare måste placeras relativt nära motorn.

Syftet med uppfinningen är följaktligen att tillhandahålla en lösning till ovannämnda problem så att en utrymmesspa- rande och ändå effektiv anordning kan erhållas. I synnerhet bör lösningen vara en som inte minskar prestandakarakteris- tiken i en motor till vilken kollektorn enligt uppfinningen finns monterat, och bör dessutom tillhandahålla ökad prestanda.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Det tidigare nämnda syftet uppnås genom en anordning i enlighet med patentkrav 1.

Föredragna särdrag av uppfinningen anges i underkraven.

Med en kollektor enligt uppfinningen har ändarna hos samtliga primära pipor en reducerad tvärsnittsyta son\matas in till ett gemensamt hålrum. Detta ger upphov till en pulsomvandlingseffekt, varvid de ofördelaktiga kompres- sionsvågseffekterna på andra avgasportar minskas avsevärt eller till och med elimineras. Samtidigt erhålles en kompakt anordning på ett effektivt sätt.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer' i detalj med hänvisning till de medföljande ritningarna, i vilken: Fig. 1 är en perspektivvy som visar en kollektor enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 506 211 3 'Fig. 3 är en bakre vy av kollektordelen enligt fig. 2, Fig. 4 är en sidovy av kollektordelen som visas i fig. l 2, och Fig. 5 är en planvy av kollektordelen som visas i fig. 2, där det gemensamma hålrummet och anslut- ningsflänsen har tillförts med streckade linjer.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER= Fig. 1 visar en kollektor enligt uppfinningen som benämns allmänt med referensnummer 2. Kollektoranordningen är ansluten till en fläns 1 som, vilken är ihop med piporna 3- 7 ihopsvetsade därtill, formar ett grenat avgasrör för att anslutas till.motorns cylinderhuvud. Fästmedel är anordnade i flänsen l i form av fästande öppningar, exempelvis 8 och 9, för genomförandet av bultar (visas ej).

Såsom framgår är flänsen 1 anordnad :med fem separata primärpipor 3, 4, 5, 6 och 7 och är följaktligen avpassade för att användas med en femcylindrig motor (visas ej).

Varje pipa 3-7 har en inloppsände betecknad med suffixet "b" såsom 3b, 4b, Sb, 6b och 7b och en utloppsände (se fig. 2) benämnt på motsvarande sätt med suffixet "a". Vart och ett av rören 3-7 är företrädesvis gjorda av stålrör och har ett, i huvudsak, konstant cirkulärt tvärsnitt över merpar- ten av dess längd (exempelvis mer än 60%, företrädesvis mer än 80% av rörets längd). Emellertid har var och en av ut- loppsändarna 3a-7a en reducerad tvärsnittsyta med hänsyn till den i huvudsak konstanta tvärsnittsytan av merparten hos pipan. Dessutom kan inloppsänden av piporna 3b-7b också deformeras till en mer oval form (visas ej) så att den bättre anpassas till formen på avgasportarna i motorn och flänsen 1. 506 211 10 15 20 25 30 35 4 Det huvudsakligen konstanta tvärsnittet och de lätt böjda primära rörgångarna av piporna 3-7, kommer att tillhanda- hålla ett jämnt gasflöde från avgasporten längs hela vägen till utloppen.

Vart och ett av de primära piporna 3-7 är ihopsamlade vid dess utloppsändar 3a-7a i en kollektoranordning 2 som kommer att beskrivas mer i detalj med hänvisning till fig. 5. Anslutningsanordningen som visas i fig. 1. är före- trädesvis anordnad med en fästfläns 10 med gängade fästhål 11 för att fästas till, exempelvis, en turboladdare (visas ej). Alternativt kan flänsen 10 anslutas direkt till en av- gaspipa (visas ej).

Mellan utloppspiporna 3a-7a och flänsen 10 finns ett hålrum 17 (se fig. 5). Hålrumet formas, i denna utföringsform, genom en koniskt lutande yttervägg 13 av tunt stål som är sammanfogade till flänsen 10 vid ena änden, och till en bas 19 vid den andre. Var och en av piputloppen 3a-7a matas följaktligen direkt in till denna hålrummet 17, där hålrumet följaktligen formar' ett. gemensanm. hålrunl för samtliga piputlopp.

För att avgaserna skall kunna nå turboladdaren eller motsvarande, är en cirkulär öppning 12 anordnad i flänsen 10, genon1vilken utloppsändarna 3a-7a till primärpiporna 3- 7 och den övre ytan 18 av basen 19 (se även fig. 5) är delvis synliga.

Fig. 2-4 visar en delvy av anordningen i fig. 1, varvid den koniska hylsan 13, flänsen 10 och basen 18 till kollek- torhylsan har tagits bort av förtydligande skäl.

Såsom framgår av fig. 2 är varje pipa 3-7 lätt böjt och pipändarna 3a-7a är tydligt synliga. I denna utföringsform skjuter utloppsänden 7a på pipan 7 framåt förbi övriga 10 15 20 25 30 35 506 211 5 -Såsom framgår av fig. 2 är varje pipa 3-7 lätt böjt och pipändarna 3a-7a är tydligt synliga. I denna utföringsform skjuter utloppsänden 7a på pipan 7 framåt förbi övriga pipändar. Detta utskjutningsförhållande är inte ett krav, men det har visat sig att det är önskvärt att ha en minimal primär piplängd, i synnerhet med femcylindriga anordningar.

P g a placeringen av pipan och behovet av att hålla den totala bredden hos anordningen så liten som möjligt, sträcker sig följaktligen pipan 7 ett kort avstånd (exem- pelvis l cm eller så) förbi ändarna till de andra.

Den mittersta pipan 7 kan vara rakt, men har i den ut- föringsform som visas, en mindre böjning i närheten till dess inloppsände 7b. Utloppsänden 7a till pipan 7 är emellertid riktat så att gasutflödet hos det och gasut- flödet av dess intilliggande utloppspipändor 3a-6a kommer att huvudsakligen vara parallella med varandra (se pilarna "y" fig. 2).

I avseende att tillverka en kompakt anordning, har pipan 7 lämnats i huvudsak oförändrat, medan piporna 3-6 har skurits av vid deras radiella innersidor och svetsats fast till exteriören på pipan 7. Följaktligen, i fig. 2, är den yttre ytan 14 på pipan 7 synlig inuti pipan 4 och formar följaktligen en del av den inre väggen till pipan 4. Detta är motsvarande för fallet med pipan 3, 5 och 6.

Såsom framgår av fig.3 framställes denna kompakta anslut- ning av pipan samtidigt som en nödvändig reduktion erhålles i tvärsnittsytan till vart och ett av piporna 3-6 jämfört med tvärsnittsytan på huvuddelen av deras längd. Följakt- ligen visas tvärsnittsytan av merparten hos piplängden av piporna 3-6 som "X", varvid den reducerade ytan i fig. 3 som visas som "XR", där XR < X. Reduceringen av yta bör inte vara för stor så att en allvarlig strypning av flödet genom utloppet uppstår, men samtidigt måste strypningen 506 211 10 15 20 25 30 35 6 » vara tillräcklig för att tillhandahålla en pulsomvand- lingseffekt så att tryckvågorna på en cylinder inte påverkar gasflödet negativt på övriga cylindrar. Den optimala reduceringen av yta för en godtycklig motor kan avgöras av fackmannen genom att helt enkelt prova sig fram.

I anordningen som visas är tvärsnittsytans reducering i storleksordningen S-10% av "X".

Eftersom tvärsnittsytan av det mittersta primärpipan 7 inte reduceras genom anslutningen med andra pipor i sig, reduceras ytan genom att forma en lätt konisk avsmalning 15 vid änden av pipan. Den koniska avsmalningen som beskrivs har följaktligen inre och yttre ytor 16 respektive 15 vilka båda är avsmalnande. Utloppsänden 7a av den avsmalnande delen har följaktligen också en yta av huvudsakligen XR (se även fig. 3) och pipan är riktat så att flödesriktningen "y" kommer att i huvudsak vara parallell med flödesrikt- ningen i de övriga piporna 3-6.

Det är emellertid inte ett krav att en utskjutande del läggs till, eller formas på en ände av, pipan 7, eftersom andra medel för att tillverka en reducerad tvärsnittsyta av pipänden också är möjliga som kommer att tillåta änden 7a till pipan 7 att vara i jämnhöjd med andra pipändar 3a-6a.

Fig. 4 visar en sidovy av anordningen i fig. 2, där det framgår att ändarna 4a och Sa till piporna 4 och 5 ligger i huvudsak i samma plan. Piporna 3 och 6 är inte synliga i figuren då de döljs av piporna 4 och 5, men även dessa pipor kommer att ha deras ändar 3a och 6a i huvudsak i jämnhöjd med ändarna 4a och 5a.

Fig. 5 visar en planvy av anordningen i fig. 2, varvid hylsan eller kroppen till kollektoranordningen, betecknas allmänt som 2 i fig. 1, har avbildats med streckade linjer.

Ett stympat koniskt hålrum 17 som har en yttervägg 13 10 15 20 25 30 35 506 211 7 «inrättadmellanavgaspipans/turboladdarensanslutningsfläns 10 och en basfläns 19. Var och en av pipändarna 3a-7a matas följaktligen direkt in till hålrummet 17 utan mellanlig- gande arrangemang. Basflänsen 19 är företrädesvis cirkulär och har lämpligtvis fem hål placerade däri för att kunna anslutas till pipändarna 3a-6a så att dessa i huvudsak kan vara i jämnhöjd med ytan 18 på basflänsen 19. Vid till- verkning kan denna basfläns 19 enkelt placeras över de fem piporna 3-7 så att de övre ändarna i huvudsak är i jämnhöjd med ytan 18. Därefter kan anordningen svetsas.

Avståndet mellan de inre ytorna till flänsarna 10 och 19 hålles så små som möjligt i avseende att tillhandahålla så mycket utrymme som möjligt bakom kollektorn så att det enkelt går att tillgå, och tillräckligt med utrymme för, avgassystemet och/eller turboladdaren tillhandahålles.

Avståndet beror i stor utsträckning på storleken av turbininloppet, eller där ingen turboladdare finns mon- terat, till storleken på avgaspipans inlopp. Ifall turbo- laddarens inlopp har samma storlek som de grupperade pipän- darna, är det följaktligen möjligt att det gemensamma hål- rummet sedan kan formas genom turboladdarens inlopp.

Hela anordningen är företrädesvis gjord av stålrör och samtliga anslutningar är företrädesvis svetsade-anslutning- ar, så att enheten är relativt lättviktig jämfört med konventionella grenrörssystem. Emellertid kan enheten också formas som en gjuten enhet.

Genom att använda den föregående kollektoranordningen på en nuvarande Volvo, femcylindrig, 2.3 liter, turboladdad S.I.- motor (Spark-Ignition), har det visat sig att inte bara prestanda inte försvagas, utan också en ökning av maximal effekt i storleksorningen 7-9kW kan uppnås (under laborato- rietest). En allmän ökning över hela effektkurvan, och naturligtvis momentkurvan åstadkommes också. Detta åstad- 506 211 10 15 8 kommes, i stor utsträckning, genom ökningen i volymetrisk verkningsgrad som erhålles från anordningen i jämförelse till den konventionella anordningen.

Dessutom ifall piporna 3-7 är tillverkade av lättviktståls- rör och med svetsade anslutningar, kan den katalytiska tändningstiden (light-off) hos en konventionell katalytisk omvandlare (d v s en utan en efterbränningsanordning eller motsvarande) som finns monterat till motorn reduceras med ungefär 15 sek.

Medan uppfinningen har beskrivits endast med hänvisning till särskilda utföringsformer, bör det framgå att omfånget av uppfinningen inte är begränsat till nämnda utförings- former och att flera variationer av uppfinningen omfattas inom ramen av de bifogade patentkraven.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 506 211

1. PATENTKRAV: ål. Kollektor för primärpiporna till ett grenat avgas- rör i en förbränningsmotor, där nämnda primärpipor leder avgaser direkt frånxmotorns cylindrar, där nämnda kollektor (2) inbegriper ett flertal nämnda primära pipor (3-7), där var och en har en inloppsände (3b-7b) och en utloppsände (3a-7a), varvid utloppsänden (3a-7a) till var och en av de primära piporna (3-7) utgör en reducerad tvärsnittsyta (XR) vilken är mindre än en uppströms tvärsnittsyta (X) till nämnda pipor och varvid varje utloppsände (3a-7a) har en reducerad tvärsnittsyta (XR) som är i direkt anslutning med ett gemensamt hålrum (17) till nämnda kollektor, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda flertalet pipor (3-7) är anordnade för att ha en mittpipa (7), där de övriga piporna (3-6) ligger åtskiljda runt om nämnda mittpipa, att utloppsänden till nämnda mittpipa (7) är formad som en i huvudsak konisk avsmalnande del (15, 16) och att den yttre väggen (14) till nämnda mittpipa (7) formar en del av den inre väggen till var och en av nämnda återstående pipor (3-6).

2. Kollektor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vart och ett av flertalet pipor (3-7) ligger parallellt med andra av nämnda pipor vid dess skärningspunkt med nämnda gemensamma hålrum, för att på så sätt åstadkomma ett huvudsakligen axiellt flöde (y) intill nämnda gemensamma hålrum (17).

3. Kollektor enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda hålrum har ett cirkulärt tvärsnitt.

4. Kollektor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vart och ett av nämnda pipor (3-7) har i huvudsak en konstant tvärsnittsyta 506 211 10 15 10 (X) längs åtminstone 60% av dess längd, företrädesvis längs 80% eller mer av dess längd.

5. Kollektor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vart och ett av flertalet pipor (3-7) är gjorda av stålrör.

6. Kollektor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vart och ett av flertalet pipor (3-7) har, i dess slutände, en gradvis reducerande tvärsnittsyta.

7. Kollektor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att antalet av nämnda flertalet. pipor (3-7) är fem, och. att änden. av' nämnda mittpipa skjuts utåt förbi änden av nämnda återstående pipor.