FR2875845A1

FR2875845A1 - DOUBLE-WALL EXHAUST MANIFOLD

Info

Publication number: FR2875845A1
Application number: FR0410295A
Authority: FR
Inventors: Stephane Claudinon; Laurent Gueguen; Pierre Magoni
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-03-31

Abstract

Collecteur (10) d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile, comportant au moins un élément (12) interne de collecteur muni de tubes (16, 18) emboîtés coulissants et un élément externe (14) de collecteur, moulé d'un seul bloc autour de l'élément (12) interne de collecteur avec lequel il détermine une cavité (20) d'isolation interne caractérisé en ce que l'élément (12) interne de collecteur comporte au moins un premier tube (22) amont rectiligne dont une première extrémité (24) est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité (26) est emboîtée de manière coulissante avec une partie intermédiaire (28) d'au moins un tube aval (16, 18) d'axe (B) sécant avec l'axe (A) dudit premier tube (22) amont.Double-walled exhaust manifold (10) for a motor vehicle, comprising at least one internal manifold element (12) provided with sliding interlocking tubes (16, 18) and an external manifold element (14), molded from a single block around the internal collector element (12) with which it determines an internal insulation cavity (20) characterized in that the internal collector element (12) comprises at least a first rectilinear upstream tube (22) a first end (24) of which is arranged in the extension of an exhaust duct of a cylinder head of an associated heat engine and of which a second end (26) is slidably fitted with an intermediate part (28) d 'at least one downstream tube (16, 18) of axis (B) intersecting with the axis (A) of said first tube (22) upstream.

Description

"Collecteur d'échappement à double paroi" L'invention concerne unThe invention relates to a "double-walled exhaust manifold"

collecteur d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile. double wall exhaust manifold for a motor vehicle.

L'invention concerne plus particulièrement un collecteur d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile, du type qui comporte au moins un élément interne de collecteur et un élément externe de collecteur, du type dans lequel l'élément interne de collecteur comporte au moins deux tubes coaxiaux emboîtés de manière coulissante l'un dans l'autre et du type dans io lequel l'élément externe de collecteur est moulé d'un seul bloc autour de l'élément interne de collecteur avec lequel il détermine une cavité d'isolation interne agencée entre l'élément interne de collecteur et l'élément externe de collecteur. The invention more particularly relates to a double wall exhaust manifold for a motor vehicle, of the type which comprises at least one internal collector element and an external collector element, of the type in which the internal collector element comprises at least two coaxial tubes slidably interlocked into one another and of the type in which the outer collector member is integrally molded around the inner collector member with which it determines an isolation cavity internal arranged between the inner collector member and the outer collector member.

On connaît de nombreux exemples de collecteurs is d'échappement de ce type. Many examples of exhaust manifolds of this type are known.

Le document US-A-4.182.122 décrit et représente un collecteur du type décrit précédemment dans lequel l'élément interne de collecteur comporte au moins un tube interne en conformé en "T" dont la branche centrale est reliée à un conduit d'échappement de la culasse et dont les branches symétriques, d'axe sécant avec l'axe de la branche centrale, sont chacune reliées de manière coulissante à au moins un autre tube interne. The document US Pat. No. 4,182,122 describes and represents a collector of the type previously described in which the internal collector element comprises at least one internal T-shaped tube whose central branch is connected to an exhaust duct. of the yoke and whose symmetrical branches, of axis intersecting with the axis of the central branch, are each slidably connected to at least one other inner tube.

L'élément de connecteur interne est séparé de l'élément externe de collecteur par un isolant conformé en "T" et réalisé en deux parties monté avec jeu entre l'élément interne de collecteur et l'élément externe de collecteur. The inner connector member is separated from the outer collector member by a "T" -shaped and two-part insulator mounted with clearance between the inner collector member and the outer collector member.

Cette conception pose de nombreux problèmes de tenue à la chaleur. This design poses many problems of resistance to heat.

D'une part, en effet, l'isolant permet d'éviter que l'élément externe de collecteur ne soit soumis à des températures trop élevées. En revanche, il concentre la chaleur résultant de l'élévation de température de l'élément interne de collecteur autour de ce dernier. On the one hand, the insulation makes it possible to prevent the external collector element from being subjected to too high temperatures. On the other hand, it concentrates the heat resulting from the temperature rise of the internal collector element around the latter.

D'autre part la forme en "T" du tube interne cité précédemment le soumet à des contraintes mécaniques élevées quand il se dilate du fait de l'élévation de température de l'élément interne de collecteur. Cette dilatation, qui n'est pas maîtrisée entre la branche centrale et les branches symétriques du tube interne en "T", peut conduire à sa rupture. On the other hand, the "T" shape of the inner tube mentioned above subjects it to high mechanical stresses when it expands due to the temperature rise of the internal collector element. This expansion, which is not controlled between the central branch and the symmetrical branches of the inner tube "T", can lead to its rupture.

L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un collecteur dans lequel, d'une part, l'élément externe de collecteur est isolé de l'élément interne de collecteur et, d'autre part, dans io lequel tous les tubes internes de l'élément interne de collecteur sont des tubes de forme globalement longiligne montés coulissants les uns dans les autres de manière à absorber les déformations résultant de l'élévation de température du collecteur lors de son utilisation. The invention overcomes these disadvantages by providing a collector in which, on the one hand, the outer collector member is isolated from the inner collector member and, on the other hand, in which all the inner tubes of the collector Internal collector member are generally elongate shaped tubes slidably mounted within each other so as to absorb deformations resulting from the collector temperature rise during use.

Dans ce but, l'invention propose un collecteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'élément interne de collecteur comporte au moins un premier tube amont rectiligne dont une première extrémité est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité est emboîtée de manière coulissante avec une partie intermédiaire d'au moins un tube aval d'axe sécant avec l'axe dudit premier tube amont pour permettre la dilatation dudit élément interne de collecteur lors de la montée en température du collecteur. For this purpose, the invention proposes a collector of the type described above, characterized in that the internal collector element comprises at least a first straight rectilinear tube, a first end of which is arranged in the extension of an exhaust duct. a yoke of an associated heat engine and a second end of which is slidably fitted with an intermediate portion of at least one downstream tube of axis intersecting with the axis of said first upstream tube to allow the expansion of said internal element of collector during the temperature rise of the collector.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le collecteur d'échappement comporte au moins un deuxième tube amont coudé dont une première extrémité est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement de la culasse et dont une seconde extrémité, d'axe sécant avec celui de la première extrémité, est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité d'un tube aval, - le collecteur d'échappement comporte au moins deux tubes avals, une extrémité d'un tube aval étant emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité de l'autre tube aval, - l'élément externe de collecteur est moulé de manière à emprisonner au moins une première extrémité d'un tube amont et une extrémité d'un tube aval, l'élément externe de collecteur comporte un perçage qui communique avec la cavité d'isolation interne pour permettre l'évacuation d'un noyau de sable permettant la réalisation de la cavité d'isolation lors du moulage dudit l'élément externe de collecteur, - les tubes de l'élément interne de collecteur sont réalisés Io en acier. According to other features of the invention: the exhaust manifold comprises at least a second bent upstream tube, a first end of which is arranged in the extension of an exhaust duct of the cylinder head and whose second end, secant axis with that of the first end, is slidably engaged with the end of a downstream tube, - the exhaust manifold comprises at least two downstream tubes, one end of a downstream tube being slidably fitted with the end of the other downstream tube, the outer collector member is molded so as to trap at least a first end of an upstream tube and an end of a downstream tube, the outer collector member comprises a bore which communicates with the internal insulation cavity to allow the evacuation of a sand core allowing the realization of the isolation cavity during the molding of said external collecting element; r, the tubes of the inner collector element are made of steel.

L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'un collecteur d'échappement du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: É une première étape de fabrication des tubes de 15 l'élément interne de collecteur, É une deuxième étape d'assemblage des tubes de l'élément interne de collecteur les uns aux autres, É une troisième étape au cours de laquelle les tubes de l'élément interne de collecteur sont placés dans un outillage permettant la réalisation autour des tubes d'un noyau de sable destiné à permettre le moulage de la cavité d'isolation, É une quatrième étape de coulée dudit noyau de sable, É une cinquième étape au cours de laquelle les tubes de l'élément interne de collecteur et le noyau de sable sont placés dans un moule comportant une empreinte de l'élément externe de collecteur, É une sixième étape de coulée de l'élément externe de collecteur, É une septième étape de démoulage de l'élément externe de collecteur, É une huitième étape de dessablage du noyau de sable, É une neuvième étape d'usinage du collecteur, É et une dixième étape de montage d'un bouchon étanche dans le perçage de l'élément externe de collecteur. The invention also proposes a method for manufacturing an exhaust manifold of the type described above, characterized in that it comprises at least: a first step of manufacturing the tubes of the internal collector element, second step of assembling the tubes of the inner collector element to each other, É a third step during which the tubes of the inner collector element are placed in a tool allowing the realization around the tubes of a sand core for molding the insulation cavity, É a fourth pouring step of said sand core, É a fifth step in which the tubes of the inner collector member and the sand core are placed in a mold having an imprint of the outer collector member, E a sixth step of casting the outer collector member, E a seventh step of demolding the outer member of e manifold, E an eighth step of grit blasting, E a ninth step of machining the manifold, É and a tenth step of mounting a tight plug in the bore of the outer manifold element.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés io dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un collecteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en section transversale du collecteur de la figure 1. Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic view in longitudinal section of a collector according to the invention; FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view of the collector of FIG. 1.

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. In the following description, like reference numerals designate like parts or having similar functions.

On a représenté sur les figures l'ensemble d'un collecteur 10 d'échappement à double paroi pour un véhicule automobile. The figures show the assembly of a double-wall exhaust manifold 10 for a motor vehicle.

Comme l'illustre la figure 1, le collecteur 10 comporte au moins un élément 12 interne de collecteur et un élément 14 externe de collecteur. L'élément 14 externe de collecteur comporte une première semelle 13 qui est destinée à être fixée à la culasse (non représentée) d'un moteur associé, et une seconde semelle 15 qui est destinée à être fixée à une ligne d'échappement (non représentée) du véhicule. As illustrated in FIG. 1, the collector 10 comprises at least one internal collector element 12 and an external collector element 14. The outer collector member 14 has a first flange 13 which is intended to be fixed to the yoke (not shown) of an associated engine, and a second flange 15 which is intended to be attached to an exhaust line (not shown). represented) of the vehicle.

De manière connue, l'élément 12 interne de collecteur comporte au moins deux tubes 16, 18 coaxiaux emboîtés de manière coulissante l'un dans l'autre, afin de permettre une dilatation déterminée de l'élément 12 interne de collecteur lorsqu'il est soumis à une élévation de température. In a known manner, the internal collector element 12 comprises at least two coaxial tubes 16, 18 slidably nested one inside the other, in order to allow a determined expansion of the internal collector element 12 when it is subject to a rise in temperature.

Par ailleurs, de manière connue, l'élément 14 externe de collecteur est moulé d'un seul bloc autour de l'élément 12 interne de collecteur avec lequel il détermine une cavité 20 d'isolation interne agencée entre l'élément 12 interne de collecteur et l'élément 14 externe de collecteur. Cette cavité 20 permet par un phénomène dit "de lame d'air" d'isoler l'élément 14 externe de collecteur de la chaleur dégagée par l'élément 12 interne de collecteur lors de la montée en température du collecteur 10, sans interposer un quelconque revêtement isolant entre les deux éléments 12, 14 de collecteur qui risquerait de concentrer la chaleur sur l'élément 12 interne de collecteur. Furthermore, in known manner, the external collector element 14 is molded integrally around the internal collector element 12 with which it determines an internal insulation cavity 20 arranged between the internal collector element 12 and the external collector element 14. This cavity 20 allows, by a so-called "air knife" phenomenon, to isolate the external collector element 14 from the heat generated by the internal collector element 12 during the temperature rise of the collector 10, without interposing a any insulating coating between the two collector elements 12, 14 which might concentrate the heat on the internal collector element 12.

Conformément à l'invention, comme l'illustre la figure 1, l'élément 12 interne de collecteur comporte au moins un premier tube amont 22 rectiligne dont une première extrémité 24 est agencée dans le prolongement d'un conduit (non représenté) d'échappement d'une culasse d'un moteur thermique associé et dont une seconde extrémité 26 est emboîtée de manière is coulissante avec une partie intermédiaire 28 d'au moins un tube aval 16, 18 d'axe "B" sécant avec l'axe "A" dudit tube amont 22 pour permettre la dilation dudit élément interne 12 de collecteur lors de la montée en température du collecteur 10. According to the invention, as illustrated in FIG. 1, the internal collector element 12 comprises at least a first rectilinear first pipe 22, a first end 24 of which is arranged in the extension of a duct (not shown) of exhaust of a cylinder head of an associated engine and a second end 26 is slidably engaged with an intermediate portion 28 of at least one downstream tube 16, 18 of axis "B" intersecting with the axis " A "of said upstream tube 22 to allow expansion of said inner collector element 12 during the temperature rise of the collector 10.

Par ailleurs, le collecteur 10 d'échappement comporte au moins un deuxième tube amont 30 coudé dont une première extrémité 32 est agencée dans le prolongement d'un conduit d'échappement (non représenté) de la culasse et dont une seconde extrémité 34, d'axe sécant "B" avec I"axe "A" de la première extrémité, est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité 36 d'un tube 18 aval. Furthermore, the exhaust manifold 10 comprises at least a second bent upstream tube 30, a first end 32 of which is arranged in the extension of an exhaust duct (not shown) of the cylinder head and whose second end 34, secant axis "B" with I "axis" A "of the first end, is slidably engaged with the end 36 of a downstream tube 18.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, mais de manière non limitative de celle-ci, le collecteur 10 d'échappement comporte au moins deux tube aval 16, 18, une extrémité 38 d'un tube 16 aval est emboîtée de manière coulissante avec l'extrémité 40 de l'autre tube 18 aval. In the preferred embodiment of the invention, but in a nonlimiting manner thereof, the exhaust manifold 10 comprises at least two downstream tubes 16, 18, one end 38 of a downstream tube 16 is nested in such a manner that sliding with the end 40 of the other downstream tube 18.

Plus particulièrement, dans l'exemple qui a été représenté sur la figure 1 suivant lequel le collecteur 10 est adapté à une culasse de moteur à trois cylindres comportant trois conduits d'échappement, le collecteur 10 comporte deux premiers tubes amont 22 rectiligne, un second tube amont 30 coudé, et deux tubes aval 16, 18 dont les parties intermédiaires 28 reçoivent les deux premiers tubes amont 22. Une extrémité 42 du tube aval 16 communique avec un orifice de sortie 44 du collecteur 10. More particularly, in the example which has been shown in FIG. 1 according to which the collector 10 is adapted to a three-cylinder engine cylinder head comprising three exhaust ducts, the collector 10 comprises two straight upstream first tubes 22, a second one upstream tube 30 bent, and two downstream tubes 16, 18 whose intermediate parts 28 receive the first two upstream tubes 22. An end 42 of the downstream tube 16 communicates with an outlet 44 of the manifold 10.

Cette configuration n'est évidemment pas limitative de l'invention, et un tel collecteur 10 peut aisément être adapté à une culasse comportant un nombre supérieur ou inférieur de conduits d'échappement. This configuration is obviously not limiting of the invention, and such a collector 10 can easily be adapted to a cylinder head having a greater or lesser number of exhaust ducts.

Conformément à l'invention, l'élément 14 externe de to collecteur est moulé de manière à emprisonner au moins une première extrémité 24, 32 d'un tube amont 22, 30 et une extrémité 42 d'un tube aval 16. Cette configuration, obtenue lors du moulage de l'élément 14 de collecteur externe permet de raccorder de manière simple et efficace l'élément 12 de collecteur interne à l'élément 14 de collecteur externe. C'est alors l'élément 14 de collecteur externe qui est relié respectivement à la culasse du moteur associé et au reste du système d'échappement du véhicule. Les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément interne de collecteur sont réalisés en acier pour faciliter l'emprisonnement de leurs extrémités par l'élément 14 de collecteur externe. According to the invention, the external collector element 14 is molded so as to trap at least a first end 24, 32 of an upstream tube 22, 30 and an end 42 of a downstream tube 16. This configuration, obtained during the molding of the outer collector element 14 makes it possible to simply and effectively connect the element 12 of the internal collector to the element 14 of the external collector. It is then the external collector element 14 which is connected respectively to the cylinder head of the associated engine and to the rest of the exhaust system of the vehicle. The tubes 16, 18, 22, 30 of the inner collector member are made of steel to facilitate the trapping of their ends by the outer collector element 14.

Par ailleurs, l'élément 14 externe de collecteur comporte un perçage 46 qui communique avec la cavité 20 d'isolation interne pour permettre l'évacuation d'un noyau de sable permettant la réalisation de la cavité 20 d'isolation lors du moulage dudit élément 14 externe de collecteur. Moreover, the external collector element 14 has a bore 46 which communicates with the internal insulation cavity 20 to allow the evacuation of a sand core enabling the insulation cavity 20 to be produced during the molding of said element. 14 external collector.

Dans cette configuration, le collecteur 10 d'échappement peut être réalisé de manière très simple selon un procédé qui comporte au moins: - une première étape de fabrication des tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne de collecteur, - une deuxième étape d'assemblage des tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne de collecteur les uns aux autres, - une troisième étape au cours de laquelle les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne de collecteur sont placés dans un outillage (non représenté) permettant la réalisation autour des tubes d'un noyau de sable (non représenté) destiné à permettre le moulage de la cavité 20 d'isolation, une quatrième étape de coulée dudit noyau de sable, - une cinquième étape au cours de laquelle les tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne de collecteur et le noyau de sable sont placés dans un moule (non représenté) comportant une empreinte complémentaire de l'élément 14 externe de collecteur, - une sixième étape de coulée de l'élément 14 externe de io collecteur, - une septième étape de démoulage de l'élément 14 externe de collecteur, - une huitième étape de dessablage du noyau de sable, - une neuvième étape d'usinage du collecteur 10, - et une dixième étape de montage d'un bouchon étanche dans le perçage 46 de l'élément 14 externe de collecteur. In this configuration, the exhaust manifold 10 can be made very simply by a method which comprises at least: a first step of manufacturing the tubes 16, 18, 22, 30 of the internal collector element 12, a second step of assembling the tubes 16, 18, 22, 30 of the inner collector element 12 to each other, - a third step during which the tubes 16, 18, 22, 30 of the element 12 internal collector are placed in a tool (not shown) allowing the realization around the tubes of a sand core (not shown) to allow the molding of the cavity 20 insulation, a fourth step of casting said core of sand a fifth step during which the tubes 16, 18, 22, 30 of the internal collector element 12 and the sand core are placed in a mold (not shown) having a complementary cavity of the outer element 14 collector, - a six the third step of casting the outer element 14 of the collector manifold, a seventh demolding step of the outer collector element 14, an eighth step of sandblasting the sand core, a ninth step of machining the collector. - And a tenth step of mounting a sealing plug in the bore 46 of the outer collector member 14.

L'invention permet donc de réaliser de manière simple et efficace un collecteur 10 d'échappement dit "à double paroi" dans lequel la dilatation des tubes 16, 18, 22, 30 de l'élément 12 interne est absorbée par des jeux mécaniques dans toutes les directions, de manière à ne pas affecter la résistance dudit collecteur 10. The invention thus makes it possible to simply and efficiently produce a "double-walled" exhaust manifold 10 in which the expansion of the tubes 16, 18, 22, 30 of the internal element 12 is absorbed by mechanical clearances in all directions, so as not to affect the resistance of said collector 10.

Claims

1. Double-walled exhaust manifold (10) for a motor vehicle, of the type which comprises at least one internal collector element (12) and an external collector element (14) of the type in which the element (12) ) internal collector comprises at least two coaxial tubes (16, 18) slidably interlocked into one another and of the type in which the outer collector member (14) is molded integrally around the internal collector element (12) with which it determines an internal insulation cavity (20) arranged between the collector element (12) and the collector outer element, characterized in that the element (12) ) internal collector comprises at least a first tube (22) straight upstream of which a first end (24) is arranged in the extension of an exhaust duct of a cylinder of an associated engine and a second end ( 26) is slidably fitted with a party e intermediate (28) of at least one downstream tube (16, 18) of axis (B) intersecting with the axis (A) of said first tube (22) upstream to allow the expansion of said inner member (12) collector during the temperature rise of the collector (10).

2. Exhaust manifold (10) according to the preceding claim, characterized in that it comprises at least one second upstream tube (30) angled, a first end (32) is arranged in the extension of an exhaust duct of the yoke and a second end (34) of secant axis (B) with the axis (A) of the first end (32) is slidably engaged with the end (36) of a tube downstream (18).

3. Manifold (10) exhaust according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least two tubes (16, 18) downstream, one end (38) of a downstream tube (16) being slidably engaged with the end (40) of the other downstream tube (18).

Exhaust manifold (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer collector element is molded so as to trap at least a first end (24, 32) of an upstream tube ( 22, 30) and an end (42) of a downstream tube (16).

An exhaust manifold (10) according to any of the preceding claims, characterized in that the outer collector member (14) has a bore (46) which communicates with the internal insulation cavity (20) for allowing the evacuation of a sand core allowing the realization of the cavity (20) of insulation during the molding of said external collector element (14).

6. Manifold (10) exhaust according to any one of the preceding claims, characterized in that the tubes (16, 18, 22, 30) of the element (12) internal manifold are made of steel.

7. A method of manufacturing an exhaust manifold according to claims 1 to 6 taken in combination, characterized in that it comprises at least: a first step of manufacturing the tubes (16, 18, 22, 30) of the internal collector element (12); a second step of assembling the tubes (16, 18, 22, 30) of the collector element (12) to each other; which tubes (16, 18, 22, 30) of the internal collector element (12) are placed in a tool allowing the production of a sand core for the tubes (16, 18, 22, 30) around the tubes (16, 18, 22, 30). allowing the molding of the cavity (20) for insulation, - a fourth casting step of said sand core, - a fifth step in which the tubes (16, 18, 22, 30) of the element (12). internal collector and the sand core are placed in a mold having an imprint of the outer collector member (14), io - a sixth step of co outer portion of the collector member (14), - a seventh demolding step of the outer collector member (14), - an eighth step of the sand core unstacking, - a ninth collector machining step (FIG. 10), - and a tenth step of mounting a sealing plug in the bore (46) of the outer collector member (14).