Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания со встроенной системой выхлопных каналов и встроенным корпусом турбокомпрессора
Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания выполнена на основе единой цельной детали, включающей совокупность выхлопных каналов, выхлопной коллектор, а также корпус газовой турбины турбокомпрессора, причем все элементы сформированы в виде единой детали.
Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящее изобретение представляет собой головку блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, сконструированную как единая неразъемная (корпусная) деталь со встроенной системой выхлопных каналов и встроенным корпусом газовой турбины для турбокомпрессора.
Уровень техники
В связи со способностью турбонаддува увеличивать удельную мощность двигателя без существенного увеличения его веса и объема корпуса, турбонаддув приобрел важное значение для автомобилестроения. Важной технической характеристикой турбокомпрессора является его размер, который должен быть настолько маленьким, насколько возможно без потери полезных свойств, обеспечивая при этом надлежащую реакцию турбокомпрессора на увеличение нагрузки двигателя. Естественно, минимизация стоимости системы турбонаддува также является важным фактором. В существующих системах турбонаддува используются отдельные компоненты для головки блока цилиндров, коллектора выхлопных газов и корпуса газовой турбины турбокомпрессора, и такое стандартное выполнение повышает стоимость, вес, объем корпуса системы, а также время реакции турбокомпрессора.
Таким образом, желательно создать головку блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, сконструированную как единая деталь, например выполненную литьем, и включающую в себя встроенную систему выхлопных каналов и встроенный корпус газовой турбины турбокомпрессора.
Раскрытие полезной модели
В соответствии с одним из вариантов данного изобретения, двигатель внутреннего сгорания имеет несколько силовых цилиндров, а также головку блока цилиндров, соединенную с силовыми цилиндрами. Головка блока цилиндров выполнена в виде единой конструкции, содержащей: (1) несколько каналов для выхлопных газов, по которым выхлопные газы отводятся от силовых цилиндров; (2) коллектор выхлопных газов, собирающий выхлопные газы из выхлопных каналов; (3) перепускную заслонку для отработавших газов и выхлопное отверстие; и (4) встроенный корпус турбины турбокомпрессора, располагающийся в проеме стенки коллектора выхлопных газов и выступающий из него. Другими словами, горячая часть турбокомпрессора является единым целым с остальными частями головки блока цилиндров.
В соответствии с другим вариантом данного изобретения, двигатель внутреннего сгорания также содержит выхлопную турбину, размещенную внутри встроенного корпуса турбины, а также компрессор надувочного воздуха, соединенный с выхлопной турбиной общим торсионным валом.
Преимуществом системы головки блока цилиндров согласно изобретению является сбережение пространства отсека двигателя, заполненного многочисленными компонентами, что особенно часто имеет место в автомобилях.
Другим преимуществом системы головки блока цилиндров согласно изобретению является сбережение энергии выхлопных газов, обеспечивающееся за счет предусмотренного данной системой близкого расположения цилиндров двигателя и выхлопной турбины. Это близкое расположение также снижает время реакции турбокомпрессора.
Следующим преимуществом данной системы головки блока цилиндров является уменьшение стоимости турбокомпрессорного двигателя, поскольку отпадает необходимость в отдельных элементах выхлопного коллектора и корпуса турбины, включая соответствующие дополнительные уплотнители и крепежи.
Остальные преимущества, а также характеристики данной системы, станут понятны из дальнейшего описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан частичный схематический вид в перспективе двигателя с системой головки блока цилиндров по изобретению.
На Фиг.2 показан частичный схематический вид в перспективе части двигателя, изображенного на Фиг.1.
На Фиг.3 показан частичный разрез двигателя, демонстрирующий корпус выхлопной турбины турбокомпрессора по изобретению.
На Фиг.4 показана горизонтальная проекция части головки блока цилиндров с корпусом турбины по изобретению, с указанием канала теплоносителя.
На Фиг.5 показан турбокомпрессор, установленный так, что его центральная ось параллельна продольной центральной линии двигателя.
На Фиг.6 показан вид в разрезе турбокомпрессора и головки блока цилиндров, изображенных на Фиг.5.
На Фиг.7 показан вид в перспективе пары турбокомпрессоров, установленных в углублении V-образного двигателя по изобретению.
Фиг.8 аналогична Фиг.7, на ней показано альтернативное расположение турбокомпрессора.
Осуществление полезной модели
Как показано на Фиг.1, двигатель 10 имеет блок цилиндров 14, с несколькими силовыми цилиндрами 18, в которых размещены поршни 16. Специалисту в данной области техники понятно, что головка блока цилиндров и система турбонаддува по изобретению может использоваться и в двигателях с другим количеством цилиндров. Кроме того, данная система головки блока цилиндров может использоваться как на V-образных и однорядных двигателях, так и на плоских двигателях с горизонтальным расположением цилиндров и горизонтальным расположением оппозитных цилиндров.
На Фиг.1 также изображена головка 22 блока цилиндров, объединяющая несколько конструкционных элементов в единой литой или выточенной детали. Конкретнее, на Фиг.1 показана горячая часть 28 турбокомпрессора, которая также представлена на Фиг.2, 3 и 4. Корпус 30 выхлопной турбины, показанный на Фиг.2, 3 и 4, расположен внутри горячей части 28, и является единым целым не только с выхлопным коллектором 42 (Фиг.3), но также с несколькими выхлопными каналами 38 (Фиг.2), которые отводят выхлопные газы от силовых цилиндров 18.
Выхлопной газ из выхлопных каналов 38 поступает в выхлопной коллектор 42 (Фиг.3), который собирает выхлопные газы и направляет их в выхлопную турбину 54 турбокомпрессора. Как показано на Фиг.2, давление внутри выхлопного коллектора 42 контролируется перепускным клапаном 34 выхлопных газов (клапаном, регулирующим давление наддува). Выхлопные газы выходят через выхлопное отверстие 41 (Фиг.2), которое выводит выхлопные газы из корпуса турбины турбокомпрессора во внешнюю часть головки 22 блока цилиндров. Другими словами, выхлопная система сообщается с головкой 22 блока цилиндров посредством выхлопного отверстия 41. Таким образом, головка 22 блока цилиндров содержит два дополнительных элемента - регулятор давления наддува и выхлопное отверстие турбокомпрессора, которые отсутствуют в известных головках цилиндров.
Выхлопной коллектор 42 имеет внешнюю стенку 44, на которой сформирован корпус 30 турбины. Таким образом, корпус 30 турбины составляет единое целое с выхлопным коллектором 42, а также с выхлопными каналами 38 и закрывающими цилиндры частями 24 головки 22 блока цилиндров (Фиг.1). На Фиг.3 также показана выхлопная турбина 54 с осевым направлением потока, соединенная с крыльчаткой 62 турбокомпрессора общим торсионным валом 58.
На Фиг.4 изображен канал 46 теплоносителя, который расположен по периферии корпуса 30 турбины. В большинстве случаев теплоноситель двигателя будет циркулировать по каналу 46 для поддержания допустимой температуры корпуса 30 турбины. Канал 46 теплоносителя является главным элементом регулирования теплового потока через горячий сектор 28 так, что горячий сектор может быть одним целым с остальной частью головки блока цилиндров. Канал 46 соединен по меньшей мере с одним другим каналом охлаждения, расположенным внутри головки 22 блока цилиндров. На Фиг.4 показаны каналы 47 и 51 теплоносителей, сообщающиеся с каналом 46.
При рассмотрении настоящего изобретения специалистам в данной области техники понятно, что головка 22 блока цилиндров, включающая каналы 38, коллектор 42 и корпус 30 турбины, а также более традиционные структурные элементы головки блока цилиндров, может быть изготовлена посредством одно-металлического или неметаллического или композитного литья, а также из алюминия или черных металлов, либо быть частично вырезана из болванки. В любом случае преимущества данной системы вытекают из цельной конфигурации головки блока цилиндров, включающей все выхлопные патрубки и горячую сторону 28 корпуса турбокомпрессора.
На Фиг.5 показана горячая часть 103 турбокомпрессора, которая является единым целым с головкой 102 блока цилиндров, включающей выхлопные каналы 104. Турбокомпрессор 100, включающий горячую часть 103, имеет осевую линию А, которая параллельна осевой линии двигателя CL. На Фиг.6 показаны внутренние компоненты турбокомпрессора 100, такие как выхлопная турбина 112, расположенная внутри горячей части 103, и крыльчатка 108 компрессора.
На Фиг.7 и 8 показаны две конфигурации системы для V-образных двигателей в соответствии с данным изобретением, в которых два турбокомпрессора установлены в углублении, образованным V-образным блоком и головками цилиндров. На Фиг.7 показан V-образный блок 150 и два турбокомпрессора, 158 и 162, имеющие горячие части 159 и 161 соответственно, которые являются единым целым с выхлопными каналами 154, и остальной частью головок цилиндров (не показаны). Осевые линии турбокомпрессоров 158 и 162 (одна из линий обозначена А1) перпендикулярны осевой линии CL блока 150 цилиндров. В конструкции, показанной на Фиг.8, также представляющей собой единую деталь, горячие части 184 и 188 турбокомпрессора составляют единое целое с соответствующими головками 180 цилиндров, а осевые линии турбокомпрессоров, показанные как А2 и А2, параллельны осевой линии CL двигателя.
Указанная выше система описана в соответствии с соответствующими законодательными стандартами, поэтому описание является скорее примерным, чем исчерпывающим по своему характеру. Специалистам понятно, что возможны варианты выполнения указанных технических решений в объеме данного изобретения. Соответственно, объем правовой защиты определяется в последующих пунктах формулы изобретения.
1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
совокупность силовых цилиндров;
головку блока цилиндров, соединенную с указанными силовыми цилиндрами, при этом указанная головка блока цилиндров содержит:
совокупность выхлопных каналов, предназначенных для выведения выхлопных газов из силовых цилиндров;
выхлопной коллектор, предназначенный для сбора выхлопных газов, выходящих из указанной совокупности выхлопных каналов; и
встроенный корпус турбины турбокомпрессора, размещенный в проеме стенки указанного выхлопного коллектора.
2. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий газовую турбину, расположенную внутри указанного встроенного корпуса турбины турбокомпрессора.
3. Двигатель по п.1, в котором головка блока цилиндров дополнительно содержит:
газовую турбину, расположенную внутри указанного встроенного корпуса турбины; и
компрессор надувочного воздуха, соединенный с указанной газовой турбиной через общий торсионный вал.
4. Двигатель по п.1, в котором головка блока цилиндров дополнительно содержит перепускной клапан для отработавших газов, расположенный в головке блока цилиндров и регулирующий давление выхлопного газа внутри указанного выхлопного коллектора.
5. Двигатель по п.1, в котором головка блока цилиндров дополнительно содержит канал для жидкого теплоносителя, расположенный по внешней периферии указанного корпуса турбины, при этом указанный канал теплоносителя соединен по меньшей мере с одним другим каналом охлаждения, расположенным внутри головки блока цилиндров.
6. Двигатель по п.1, в котором головка блока цилиндров сконструирована как единая деталь, содержащая указанные выхлопные каналы, указанный выхлопной коллектор и указанный корпус турбины турбокомпрессора.
7. Двигатель по п.6, в котором указанная единая деталь выполнена методом металлического литья.
8. Двигатель по п.7, в котором указанное металлическое литье представляет собой алюминиевое литье.
9. Двигатель по п.7, в котором указанное металлическое литье представляет собой литье из черных металлов.
10. Двигатель по п.1, в котором указанная газовая турбина представляет собой осевую турбину, расположенную по направлению потока.
11. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
совокупность силовых цилиндров;
головку блока цилиндров, соединенную с указанными силовыми цилиндрами, причем указанная головка блока цилиндров является единой деталью, содержащей:
совокупность выхлопных каналов, предназначенных для выведения выхлопных газов из силовых цилиндров;
выхлопной коллектор, предназначенный для сбора выхлопных газов, выходящих из указанной совокупности выхлопных каналов; и
встроенный корпус турбины, расположенный в проеме стенки указанного выхлопного коллектора.
12. Двигатель по п.11, в котором указанная головка блока цилиндров дополнительно содержит:
газовую турбину, расположенную внутри указанного встроенного корпуса турбины;
корпус компрессора, соединенный с указанным встроенным корпусом турбины; и
компрессор надувочного воздуха, расположенный внутри указанного корпуса компрессора и соединенный с указанной газовой турбиной через общий торсионный вал.
13. Двигатель по п.12, в котором указанная газовая турбина представляет собой осевую турбину, расположенную по направлению потока.
14. Двигатель по п.11, в котором указанная единая деталь выполнена методом металлического литья.
15. Головка блока цилиндров для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, представляющая собой единую деталь, которая содержит:
закрывающую цилиндры часть, ограничивающую верхние концы совокупности силовых цилиндров;
совокупность выхлопных каналов, ведущих от указанной закрывающей цилиндры части и предназначенных для отведения выхлопных газов от силовых цилиндров;
выхлопной коллектор, предназначенный для сбора выхлопных газов, выходящих из указанной совокупности выхлопных каналов;
встроенный корпус турбины турбокомпрессора, сформированный внутри стенки выхлопного коллектора, при этом указанный встроенный корпус турбины турбокомпрессора расположен в проеме стенки указанного выхлопного коллектора; и
выхлопное отверстие турбокомпрессора, предназначенное для отвода потока выхлопных газов от корпуса турбины во внешнюю часть головки блока цилиндров.
16. Головка цилиндров по п.15, в которой указанная единая деталь выполнена методом металлического литья.
17. Головка цилиндров по п.16, в которой указанное металлическое литье представляет собой литье из черных металлов.
18. Головка цилиндров по п.16, в которой указанное металлическое литье представляет собой алюминиевое литье.
19. Головка цилиндров по п.15, которая дополнительно содержит осевую турбину, расположенную по направлению потока.
20. Головка цилиндров по п.15, в которой указанная головка цилиндров установлена в V-образный двигатель, причем указанный корпус турбины турбокомпрессора размещен так, что осевая линия турбокомпрессора, несущего указанный корпус турбины, перпендикулярна осевой линии двигателя, и турбокомпрессор размещен в углублении двигателя.
21. Головка цилиндров по п.15, в которой указанная головка цилиндров установлена в V-образный двигатель, причем указанный корпус турбины турбокомпрессора размещен так, что осевая линия турбокомпрессора, несущего указанный корпус турбины, параллельна осевой линии двигателя, и турбокомпрессор размещен в углублении двигателя.
