FR2663986A1

FR2663986A1 - Exhaust manifold for an internal-combustion engine, and internal-combustion engine including such a manifold

Info

Publication number: FR2663986A1
Application number: FR9008263A
Authority: FR
Inventors: Coquillat Gerard
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-01-03
Anticipated expiration: 2010-06-29
Also published as: FR2663986B1

Abstract

This manifold is intended for an engine including several in-line cylinders having exhaust pipes which emerges on one and the same face of the cylinder head (C) and a silencer (24) mounted close to the cylinders on the same side of the engine as the outlets (1, 2, 3, 4) of the exhaust ducts. It comprises upstream tubes (11, 12, 13, 14) fixed to the outlets, bent in the opposite direction to the cylinders and connected to a common, central, downstream tube (20) passing between them and pointing towards the cylinders. The upstream tubes are inclined laterally towards the outside but their ends are joined together so that they can be connected in two groups to the downstream tube. The external ends (28) of the upstream tubes and the downstream tube (20) are substantially aligned in a plane parallel to the cylinder head. Application to motor vehicles with a catalytic converter.

Description

La présente invention concerne un collecteur d'échappement pour un moteur à combustion interne et plus particulièrement un moteur comportant plusieurs cylindres en ligne dont les conduits d'échappement débouchent sur une même face latérale de la culasse. The present invention relates to an exhaust manifold for an internal combustion engine and more particularly to an engine comprising several cylinders in line, the exhaust conduits of which open on the same lateral face of the cylinder head.

Il est souvent désiré de monter les pots d'échappement des moteurs à combustion interne et notamment des moteurs de véhicules automobiles, à proximité des cylindres, Les tubulures du collecteur qui réunit l'entrée du pot d'échappement aux sorties des conduits d'échappement des cylindres ont alors une faible longueur. Le trajet parcouru par les gaz d'échappement à l'intérieur du collecteur est par suite insuffisant pour assurer le refroidissement nécessaire et les gaz sont trop chauds pour un fonctionnement normal du pot d'échappement. Ceci est tout particulièrement le cas lorsque le pot d'échappement est un pot catalytique dans lequel les réactions dans l'élément actif ne s'effectuent efficacement que si les gaz n'ont pas une température trop importante. It is often desired to mount the exhaust pipes of internal combustion engines and in particular motor vehicle engines, near the cylinders, The manifolds of the manifold which joins the inlet of the exhaust pipe to the outputs of the exhaust ducts cylinders then have a short length. The path traveled by the exhaust gases inside the manifold is therefore insufficient to provide the necessary cooling and the gases are too hot for normal operation of the exhaust. This is particularly the case when the exhaust is a catalytic converter in which the reactions in the active element are effectively carried out only if the gases do not have a temperature too high.

Pour ces raisons on est, dans la majorité des cas, amené à placer les pots d'échappement catalytiques après le moteur sur la ligne avant d'échappement, c'est-à-dire à une distance trop importante des sorties de la culasse, Dans ce cas en effet les gaz ne sont plus assez chauds pour assurer l'amorçage et les réactions de l'élément actif dans de bonnes conditions, et il est nécessaire de calorifuger la ligne d'échappement en amont pour retrouver la température optimale. For these reasons, in most cases, we have to place the catalytic exhaust pipes after the engine on the front exhaust line, that is to say at too great a distance from the cylinder head outlets, In this case, in fact, the gases are no longer hot enough to ensure priming and the reactions of the active element in good conditions, and it is necessary to insulate the exhaust line upstream to find the optimum temperature.

En outre, de nouvelles normes de dépollution imposent une distance déterminée entre les sorties des conduits de culasse et l'entrée d'un pot catalytique et, actuellement, obligent à placer ce pot d'échappement en partie basse, voire en dessous du moteur, ce qui présente des inconvénients en ce qui concerne la garde au sol. In addition, new pollution control standards impose a determined distance between the outputs of the cylinder head conduits and the inlet of a catalytic converter and, currently, require that this exhaust pipe be placed in the lower part, or even below the engine, which has drawbacks with regard to ground clearance.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un collecteur d'échappement qui permette de donner au trajet parcouru par les gaz d'échappement, entre les sorties de la culasse et l'entrée dans le pot d'échappement, une longueur suffisante pour répondre aux normes de dépollution ainsi qu'aux conditions de fonctionnement efficaces d'un pot catalytique. The object of the present invention is to remedy these drawbacks by providing an exhaust manifold which makes it possible to give the path traveled by the exhaust gases, between the outputs of the cylinder head and the entry into the exhaust pipe, a sufficient length to meet pollution control standards and the effective operating conditions of a catalytic converter.

Cette invention a en effet pour objet un collecteur d'échappement pour un moteur à combustion interne ayant plusieurs cylindres alignés dont les conduits d'échappement débouchent sur une même face latérale de la culasse1 comportant des tubulures amont de liaison aux conduits d'échappement et une tubulure aval commune de liaison des tubulures amont à l'entrée d'un pot d'échappement, dans lequel les tubulures amont qui sont coudées, sont reliées à leur extrémité de sortie à une tubulure aval centrale passant entre elles et dirigée vers les entrées des tubulures amont1 en vue de sa fixation sur le pot d'échappement. The object of this invention is in fact an exhaust manifold for an internal combustion engine having several aligned cylinders, the exhaust ducts of which emerge on the same side face of the cylinder head1 comprising upstream pipes connecting to the exhaust ducts and a common downstream connection pipe of the upstream pipes to the inlet of an exhaust pipe, in which the upstream pipes which are bent, are connected at their outlet end to a central downstream pipe passing between them and directed towards the inlets of the upstream pipes1 for attachment to the exhaust pipe.

Selon une autre caractéristique les tubulures amont sont inclinées latéralement vers l'ex- térieur, en sens inverse à partir d'un plan central, et la tubulure aval est logée au centre entre deux tubulures amont. According to another characteristic, the upstream pipes are inclined laterally towards the outside, in the opposite direction from a central plane, and the downstream pipes are housed in the center between two upstream pipes.

De préférence, les tubulures amont sont reliées à la tubulure centrale commune par des tubulures intermédiaires en forme de coude qui prolongent latéralement la tubulure centrale
Grâce à cette disposition le trajet des gaz d'échappement peut facilement être suffisamment prolongé pour obtenir le refroidissement des gaz désiré et permettre à un pot d'échappement catalytique monté à l'extrémité de la tubulure aval de fonctionner de manière efficace, en limitant ainsi les effets de pollution.Preferably, the upstream tubes are connected to the common central tube by intermediate elbow-shaped tubes which laterally extend the central tube.
Thanks to this arrangement, the path of the exhaust gases can easily be extended sufficiently to obtain the desired cooling of the gases and allow a catalytic exhaust system mounted at the end of the downstream manifold to operate efficiently, thereby limiting the effects of pollution.

La description ci-dessous d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention. Sur ces dessins
La figure 1 est une vue de face, en élévation, d'un collecteur d'échappement suivant l'invention en position entre la culasse d'un moteur et un pot d'échappement.The description below of an embodiment, given by way of nonlimiting example and shown in the accompanying drawings, will moreover highlight the advantages and characteristics of the invention. On these drawings
Figure 1 is a front view, in elevation, of an exhaust manifold according to the invention in position between the cylinder head of an engine and an exhaust.

La figure 2 est une vue de côté du collecteur d'échappement de la Fig.l
La figure 3 est une vue de dessus du collecteur d'échappement de la Fiv.1 dont une partie de la tubulure centrale a été enlevée.Figure 2 is a side view of the exhaust manifold of Fig.l
Figure 3 is a top view of the exhaust manifold of Fiv. 1, part of the central tube of which has been removed.

Ces dessins concernent un collecteur d'échappement monté sur un moteur à combustion interne comportant quatre cylindres en ligne disposés verticalement, mais il apparaîtra clairement que ceci n'est donné qu'à titre d'exemple et qu'un collecteur selon l'invention peut être adapté à tout moteur à combustion interne comportant plusieurs cylindres alignés dont les conduits d'échappement débouchent sur une même face latérale de la culasse,
Comme le montre la Fig.1, la face latérale avant de la culasse C d'un moteur à combustion interne
M ayant quatre cylindres en ligne, disposés verticalement (non représentés) comporte quatre sorties d'échappement respectivement 1, 2, 3 et 4. Sur ces sorties est fixée par exemple par l'intermédiaire de vis 6, une bride 8 d'extrémité d'un collecteur d'échappement 10.La bride 8 comporte quatre orifices correspondant respectivement aux sorties d'échappement de la culasse, et de chacun de ces orifices part une tubulure amont respectivement 11, 12, 13 et 14.These drawings relate to an exhaust manifold mounted on an internal combustion engine comprising four in-line cylinders arranged vertically, but it will be clear that this is given only by way of example and that a manifold according to the invention can be suitable for any internal combustion engine comprising several aligned cylinders, the exhaust ducts of which open on the same lateral face of the cylinder head,
As shown in Fig. 1, the front side face of cylinder head C of an internal combustion engine
M having four cylinders in line, arranged vertically (not shown) has four exhaust outlets 1, 2, 3 and 4 respectively. On these outlets is fixed for example by means of screws 6, a flange 8 of end d an exhaust manifold 10. The flange 8 has four orifices corresponding respectively to the exhaust outlets of the cylinder head, and from each of these orifices there is an upstream manifold 11, 12, 13 and 14 respectively.

Chacune de ces tublulures amont comporte une première partie dirigée perpendiculairement à la bride 8, donc à la face avant de la culasse, puis est coudée pour prendre une direction sensiblement parallèle à cette bride, et, dans le mode de réalisation représenté, être dirigée en sens opposé aux cylindres (Fig.2).Each of these upstream projections has a first part directed perpendicular to the flange 8, therefore to the front face of the cylinder head, then is bent to take a direction substantially parallel to this flange, and, in the embodiment shown, be directed in opposite direction to the cylinders (Fig. 2).

Toutefois les deux tubulures amont internes 12 et 13 sont également inclinées latéralement vers l'extérieur de façon à s'écarter progressivement l'une de l'autre et à ménager entre elles un espace 15 qui s'évase et est relativement important à leur extrémité externe (Fig,1 et 3). Les autres tubulures amont 11 et 14 dont la partie coudée lIa, 14a est plus éloignée de la bride 8 que celle des tubulures centrales 12 et 13 sont également dans une première partie 11b, 14b inclinées latéralement vers l'extérieur c'est-à-dire en s'écartant d'un plan central QQ perpendiculaire à la bride 8. Ces tubulures sont ensuite coudées vers l'intérieur en lIc, 14c pour rejoindre l'extrémité de la tubulure adjacente 12 ou 13.Les deux tubulures adjacentes 11, 12 ou 13, 14 sont ensuite prolongées ensemble par une tubulure coudée 16 ou 18, les deux tubulures 16 et 18 débouchant côte-à-côte dans une tubulure centrale aval 20 rectiligne qui traverse l'espace 15 ménagé entre les tubulures amont 12 et 13 pour aboutir légèrement au-delà de la bride 8. Cette tubulure centrale, qui constitue une tubulure aval collectrice, est ainsi orientée en direction des cylindres du moteur M. However, the two internal upstream pipes 12 and 13 are also inclined laterally towards the outside so as to gradually move away from one another and to provide between them a space 15 which widens and is relatively large at their end. external (Fig, 1 and 3). The other upstream pipes 11 and 14, the bent part 11a, 14a of which is further from the flange 8 than that of the central pipes 12 and 13 are also in a first part 11b, 14b inclined laterally towards the outside, that is to say say, deviating from a central plane QQ perpendicular to the flange 8. These pipes are then bent inwardly in lIc, 14c to join the end of the adjacent pipe 12 or 13. The two adjacent pipes 11, 12 or 13, 14 are then extended together by a bent tube 16 or 18, the two tubes 16 and 18 opening side by side in a straight downstream central tube 20 which crosses the space 15 formed between the upstream tubes 12 and 13 for terminate slightly beyond the flange 8. This central pipe, which constitutes a downstream manifold, is thus oriented towards the cylinders of the engine M.

En dessous de la bride 8, la tubulure aval 20 comporte une bride 22 de fixation sur un pot d'échappement 24 muni d'une bride 26 et monté sur la face avant du moteur M à proximité des cylindres. Below the flange 8, the downstream pipe 20 comprises a flange 22 for fixing to an exhaust pipe 24 provided with a flange 26 and mounted on the front face of the engine M near the cylinders.

De préférence, le collecteur 10 est réalisé en plusieurs parties. Les tubulures coudées 16 et 18 sont de préférence d'une seule pièce avec la tubulure collectrice centrale 20 tandis que les tubulures amont 11, 12, 13 et 14 sont indépendantes. Dans ce cas les tubulures adjacentes 11 et 12 ou 13 et 14 sont réunies entre elles par une bride 28 permettant leur fixation sur une bride 30 montée à l'extrémité d'entrée de la tubulure intermédiaire coudée 16, 18 correspondante au moyen par exemple de vis 32. Preferably, the collector 10 is made in several parts. The bent pipes 16 and 18 are preferably in one piece with the central manifold 20 while the upstream pipes 11, 12, 13 and 14 are independent. In this case the adjacent tubes 11 and 12 or 13 and 14 are joined together by a flange 28 allowing their fixing to a flange 30 mounted at the inlet end of the bent intermediate tube 16, 18 corresponding by means for example of screw 32.

La tubulure centrale 20 est en outre pratiquement alignée avec les brides 28, 30 d'extrémité des tubulures amont et avec les coudes lIa, 14b des tubulures extrêmes, qui se trouvent toutes au voisinage d'un plan P parallèle à la bride 8, ce qui donne au collecteur une forme particulièrement compacte. The central pipe 20 is moreover practically aligned with the flanges 28, 30 of the end of the upstream pipes and with the elbows 11a, 14b of the end pipes, which are all in the vicinity of a plane P parallel to the flange 8, which gives the collector a particularly compact shape.

Dans le mode de réalisation représenté; chacune des tubulures intermédiaires coudées 16 et 18 comporte deux canaux 34, 36 qui sont chacun mis en communication avec l'une des tubulures amont 11, 12 ou 13, 14 et la tubulure collectrice centrale comporte quatre canaux 38, 39, 40, 41 guidant les écoulements de gaz issus de chaque cylindre de manière indépendante jusqu'à l'entrée du pot d'échappement 24. In the embodiment shown; each of the bent intermediate pipes 16 and 18 has two channels 34, 36 which are each placed in communication with one of the upstream pipes 11, 12 or 13, 14 and the central collecting pipe has four channels 38, 39, 40, 41 guiding the gas flows from each cylinder independently up to the inlet of the exhaust 24.

Il apparaîtra clairement que le circuit de gaz d'échappement ainsi formé peut aisément être modifié, par exemple en utilisant des tubulures intermédiaires coudées 16, 18 à un seul canal dans lesquelles les gaz d'échappement provenant des sorties 1 et 2 ou 3 et 4 sont mélangés. De-même, la tubulure aval 20 peut ne comporter qu'un seul canal et assurer le mélange des gaz d'échappement provenant des différentes sorties de la culasse avant leur entrée dans le pot d'échappement 24. It will be clear that the exhaust gas circuit thus formed can easily be modified, for example by using bent intermediate pipes 16, 18 with a single channel in which the exhaust gases coming from exits 1 and 2 or 3 and 4 are mixed. Likewise, the downstream manifold 20 may have only one channel and ensure the mixing of the exhaust gases coming from the different exits of the cylinder head before their entry into the exhaust pipe 24.

Dans tous les cas les gaz d'échappement sortant des cylindres doivent d'abord s'écouler en direction opposée au pot d'échappement selon un circuit sinueux avant d'être ramenés en direction de ce pot d'échappement par la tubulure rectiligne centrale. La distance ainsi parcourue permet d'abaisser suffisamment la température des gaz d'échappement pour permettre un fonctionnement normal efficace du silencieux. In all cases, the exhaust gases leaving the cylinders must first flow in the direction opposite to the exhaust in a sinuous circuit before being brought back towards this exhaust by the central rectilinear tube. The distance thus traveled allows the temperature of the exhaust gases to be lowered sufficiently to allow efficient normal operation of the muffler.

Un tel collecteur est donc tout particulièrement adapté au moteur à combustion interne comportant un pot d'échappement catalytique. En effet, à l'entrée du pot d'échappement 24 les gaz sont encore suffisamment chauds pour assurer l'amorçage des réactions de l'élément actif dans de bonnes conditions et cependant suffisamment refroidis pour éviter toute détérioration de ce pot. Par ailleurs, la forme des tubulures amont et aval permet facilement de répondre aux exigences des normes de pollution. Such a manifold is therefore very particularly suitable for an internal combustion engine comprising a catalytic exhaust. Indeed, at the inlet of the exhaust 24 the gases are still hot enough to ensure the initiation of the reactions of the active element in good conditions and yet sufficiently cooled to avoid any deterioration of this pot. Furthermore, the shape of the upstream and downstream pipes makes it easy to meet the requirements of pollution standards.

De préférence, l'ensemble du collecteur 10 est abrité par un capot 44 qui assure sa protection et isole thermiquement sa partie haute. Un tel capot peut en outre servir de prise d'air chaud. Preferably, the entire manifold 10 is housed by a cover 44 which protects it and thermally insulates its upper part. Such a cover can also serve as a hot air intake.

Selon une variante de réalisation chacune des tubulures amont 11, 12, 13 et 14 est terminée par une bride de fixation sur la culasse et les quatre brides sont fixées de la même manière que la bride unique 8, au moyen de vis 6 ou analogue. Le nombre de brides de même que la longueur des tubulures peuvent ainsi être adaptés au type de moteur et/ou au pot d'echappement. According to an alternative embodiment each of the upstream pipes 11, 12, 13 and 14 is terminated by a fixing flange on the cylinder head and the four flanges are fixed in the same way as the single flange 8, by means of screws 6 or the like. The number of flanges as well as the length of the pipes can thus be adapted to the type of engine and / or the exhaust.

Claims

1. Exhaust manifold for an internal combustion engine having several aligned cylinders, the exhaust conduits of which open on the same lateral face of the cylinder head (C), comprising upstream connecting pipes (11, 12, 13, 14) to the exhaust ducts and a common downstream pipe connecting the upstream pipes to the inlet of an exhaust pipe (24), characterized in that the upstream pipes (11, 12, 13, 14) which are bent, are connected at their outlet end to a central downstream tube (20) passing between them and directed towards the inputs of the upstream tubes, for its attachment to the exhaust pipe.

2. exhaust manifold according to claim 4, characterized in that the upstream pipes (11, 12, 13, 14) are inclined laterally outward, away from a central plane QQ, and the downstream pipe (20) is housed in the center between two upstream pipes (12, 13).

3. Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the upstream pipes (11, 12, 13, 14) are joined in two symmetrical groups each connected by a connecting flange (28) to the downstream pipe central (20),

4. exhaust manifold according to claim 3, characterized in that the upstream pipes (11, 12, 13, 14) are connected to the central downstream pipe (20) by means of elbow-shaped pipes (16, 18) which extend this central tube.

5. Exhaust manifold according to claim 4, characterized in that each intermediate elbow-shaped tube (16, 18) has a gas flow channel (34, 36) opposite each of the corresponding upstream tubes (11 , 12 or 13, 14).

6. Exhaust manifold according to claim 5, characterized in that each intermediate elbow-shaped tube (16, 18) comprises a single channel for collecting exhaust gas flows.

7. Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the bent part of the central upstream pipes (12, 13) is closer to their inlet than those (1 la, 14a) of the outside upstream pipes (11 , 14).

8. Exhaust manifold according to one of the preceding claims for an internal combustion engine with four in-line cylinders, characterized in that it comprises four upstream pipes (11, 12, 13, 14) fixed two by two in the same flange (28) and connected, via a bent tube (16, 18) having two channels, to a downstream manifold (20) with four channels.

9. Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream manifold is substantially aligned with the outlet ends of the upstream manifolds in the vicinity of a plane parallel to the manifold fixing flange.

10. Internal combustion engine having several aligned cylinders, the exhaust ducts of which emerge on the same side face of the cylinder head and comprising an exhaust pipe mounted near the cylinders on the same side of the engine as the cylinder head outlets, characterized in that the exhaust outlets of the cylinder head and the exhaust pipe are connected by an exhaust manifold according to one of the preceding claims.

11. Motor according to claim 10, characterized in that the upstream pipes (11, 12, 13, 14) are bent in the opposite direction to the cylinders and that their outlet ends are connected to a downstream pipe (20) which is directed towards the cylinders and attached to the exhaust pipe (24) near the cylinders.

12. Engine according to one of claims 10 and 11, characterized in that it comprises a catalytic exhaust.