Система охлаждения двигателя, головка блока цилиндров двигателя и система двигателя
РЕФЕРАТ
Предложена система охлаждения двигателя. Система охлаждения двигателя включает в себя головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, который направляет отработавшие газы в выпускное окно отработавших газов, и канал охлаждающей жидкости, окружающий выпускной коллектор. Система охлаждения двигателя дополнительно включает в себя группу отдельных выпускных каналов для направления отработавших газов в выпускное окно отработавших газов, включающую в себя высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами и соединенное по текучей среде с каналом охлаждающей жидкости.
2420-188863RU/061
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
ОПИСАНИЕ
Уровень техники
Выпускные коллекторы для двигателей внутреннего сгорания могут подвергаться высоким тепловым нагрузкам. Выпускные коллекторы, которые интегрированы в головки блока цилиндров (головки блока цилиндров с интегрированным впускным коллектором (ИВК)), могут испытывать особенно высокую тепловую нагрузку вследствие характеристик переноса тепла интегрированной конструкции. Например, головки блока цилиндров с ИВК могут канализировать отработавшие газы в единое выпускное окно отработавших газов, которое испытывает высокую тепловую нагрузку во время работы транспортного средства.
Тепловая нагрузка интегрированного выпускного коллектора и соседних элементов может быть снижена включением рубашек охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров. Рубашки охлаждающей жидкости с внутренним элементом для охлаждающей жидкости, образованным в них, могут снижать тепловые напряжения на головке блока цилиндров, вызванные теплом, вырабатываемым во время работы двигателя. Например, головка блока цилиндров, имеющая интегрированный выпускной коллектор, раскрыта в патенте США 7367294. Верхняя и нижняя рубашки охлаждающей жидкости охватывают большую часть головки блока цилиндров для отвода тепла с головки блока цилиндров посредством теплообмена с циркуляционной охлаждающей жидкостью.
Сущность полезной модели
Однако авторы в материалах настоящей заявки осознали проблемы с описанным выше подходом. В одном из примеров, отработавшие газы могут охлаждаться в недостаточной мере. В таких условиях, температура головки блока цилиндров будет расти в области головки блока цилиндров, ближайшей к выпускным каналам, особенно в области, ближайшей к единому выпускному окну. В результате головка блока цилиндров и/или другие элементы цилиндра могут подвергаться термической деградации слишком быстро. Кроме того, находящиеся ниже по потоку элементы двигателя или транспортного средства, такие как турбонагнетатель и/или система снижения токсичности отработавших газов, могут подвергаться термической деградации. В еще одном примере, совместное использование единого выпускного канала может увеличивать передачу пульсаций давления или потока между цилиндрами. Во время перекрывающихся импульсов цилиндров, один или более цилиндров могут принимать сброс отработавших газов высокого давления из другого цилиндра и, таким образом, может снижаться коэффициент полезного действия двигателя.
По существу различные примерные системы и подходы для принятия мер в ответ на вышеприведенные проблемы описаны в материалах настоящей заявки.
В одном из аспектов предложена система охлаждения двигателя, содержащая головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, который направляет отработавшие газы в выпускное окно отработавших газов, канал охлаждающей жидкости, окружающий выпускной коллектор, и группу отдельных выпускных каналов для направления отработавших газов в выпускное окно отработавших газов, при этом группа включает в себя высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами и соединенное по текучей среде с каналом охлаждающей жидкости.
Система предпочтительно дополнительно содержит второе высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами.
Группа выпускных каналов предпочтительно содержит три направляющих отработавших газов, включая первую направляющую отработавших газов, присоединенную к первому цилиндру, вторую объединенную направляющую отработавших газов, присоединенную ко второму цилиндру и третьему цилиндру, и третью направляющую отработавших газов, присоединенную к четвертому цилиндру, при этом порядок работы цилиндров следующий: последовательно первый цилиндр, третий цилиндр, четвертый цилиндр и второй цилиндр.
Вторая объединенная направляющая отработавших газов предпочтительно расположена над первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов.
Первая направляющая отработавших газов, вторая объединенная направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов предпочтительно расположены симметрично вокруг вертикальной центральной линии выпускного окна отработавших газов.
Первое высверленное отверстие предпочтительно наклонено вниз и расположено между первой направляющей отработавших газов и второй объединенной направляющей отработавших газов, а второе высверленное отверстие предпочтительно наклонено вниз и расположено между второй объединенной направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов.
Первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие предпочтительно пересекаются в канале охлаждающей жидкости под углом 100-150 градусов.
Канал охлаждающей жидкости предпочтительно содержит верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости.
Высверленное отверстие предпочтительно содержит проход и среднюю часть, при этом проход на верхней поверхности головки блока цилиндров и средняя часть расположены в материале между выпускными каналами группы выпускных каналов.
Средняя часть предпочтительно находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на первом конце, и средняя часть находится в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на втором конце, причем первый конец противоположен второму концу.
Проход предпочтительно герметизирован заглушкой для трубы, расположенной в проходе.
Система предпочтительно дополнительно содержит датчик температуры, расположенный на верхней стенке канала охлаждающей жидкости.
Датчик температуры предпочтительно расположен на вертикальной стенке, продолженной в верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и охваченной верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости.
Датчик температуры предпочтительно выполнен с возможностью отправления сигнала температуры в контроллер, выполненный с возможностью отправления указания превышения температуры водителю, когда температура находится выше порогового значения.
В другом аспекте предложена головка блока цилиндров двигателя, содержащая головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, который направляет множество выпускных окон отработавших газов цилиндра в окно выхода отработавших газов, содержащее группу выпускных каналов, верхнюю рубашку охлаждающей жидкости и нижнюю рубашку охлаждающей жидкости, окружающие выпускной коллектор, и датчик температуры, расположенный над окном выхода отработавших газов и охваченный каналами верхней рубашки охлаждающей жидкости.
Группа выпускных каналов предпочтительно содержит первую направляющую отработавших газов, вторую направляющую отработавших газов и третью направляющую отработавших газов, при этом вторая направляющая отработавших газов находится над первой направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, когда транспортное средство, включающее в себя головку блока цилиндров двигателя, находится на поверхности вождения, причем первая направляющая отработавших газов, вторая направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов расположены симметрично относительно вертикальной центральной линии окна выхода отработавших газов.
Головка блока цилиндров двигателя предпочтительно дополнительно содержит первое высверленное отверстие, расположенное между первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов, и второе высверленное отверстие, расположенное между второй направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов.
Первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие предпочтительно содержат проход и среднюю часть, при этом средняя часть расположена в материале между направляющими отработавших газов в группе выпускных каналов, а проход герметизирован заглушкой для трубы.
Первый конец средней части предпочтительно находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости верхней рубашки охлаждающей жидкости, а второй конец средней части предпочтительно находится в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости нижней рубашки охлаждающей жидкости.
В еще одном аспекте предложена система двигателя, содержащая множество цилиндров для сжигания топлива и воздуха, включающее в себя первый цилиндр, второй цилиндр, третий цилиндр и четвертый цилиндр, и головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, присоединенный к множеству цилиндров для направления отработавших газов в выпускное окно отработавших газов, и содержащую канал охлаждающей жидкости, окружающий интегрированный выпускной коллектор, и содержащий верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, датчик температуры, расположенный на верхней стенке канала охлаждающей жидкости и на вертикальной стенке, продолженной в верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и охваченной верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости, при этом датчик температуры выполнен с возможностью отправления сигнала температуры в контроллер, выполненный с возможностью отправления указания превышения температуры водителю, когда температура находится выше порогового значения, группу выпускных каналов для направления отработавших газов в выпускное окно, содержащую множество направляющих отработавших газов, соединенных материалом между тремя направляющими отработавших газов, причем множество направляющих отработавших газов включает в себя первую направляющую отработавших газов, присоединенную к первому цилиндру, вторую объединенную направляющую отработавших газов, присоединенную ко второму цилиндру и третьему цилиндру, и третью направляющую отработавших газов, присоединенную к четвертому цилиндру, при этом вторая объединенная направляющая отработавших газов расположена над первой направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, причем первая направляющая отработавших газов, вторая объединенная направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов расположены симметрично вокруг вертикальной центральной линии выпускного окна отработавших газов, дополнительно присоединено к горловине турбины, и по меньшей мере одно высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами в группе выпускных каналов, при этом по меньшей мере одно высверленное отверстие соединено по текучей среде с каналом охлаждающей жидкости и содержит первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие, причем первое высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов, а второе высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между второй направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, при этом первое высверленное отверстие и втрое высверленное отверстие включают в себя проход и среднюю часть, причем проход на верхней поверхности головки блока цилиндров и средняя часть расположены в материале между выпускными каналами, при этом средняя часть находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на первом конце и в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на втором конце, причем первый конец противоположен втором концу, а проход герметизирован заглушкой для трубы, расположенной в проходе.
Таким образом, система охлаждения может по меньшей мере частично обеспечивать защиту от перегрева для двигателя наряду с уменьшением сообщения между цилиндрами. Например, поток охлаждающей жидкости может быть обеспечен между направляющими отработавших газов. В результате большая площадь охлаждающей поверхности может быть обеспечена для поверхности столкновения с отработавшими газами для теплообмена с охлаждающей жидкостью. Кроме того, импульсы сброса отработавших газов высокого давления могут быть разделены, а таким образом, эксплуатационные качества двигателя могут быть улучшены. Таким образом, температура отработавших газов и элементов головки блока цилиндров может снижаться. Более того, охлаждение отработавших газов может уменьшать термическую деградацию находящихся ниже по потоку элементов, таких как турбонагнетатель и/или система снижения токсичности отработавших газов. Дополнительно, датчик температуры может отправлять сигнал температуры в контроллер транспортного средства, из условия чтобы контроллер мог отправлять ранний сигнал состояния превышения температуры водителю транспортного средства. По приему раннего сигнала превышения температуры, водитель может остановить двигатель, прежде чем происходит термическая деградация. Таким образом, эксплуатационные качества и срок службы двигателя, турбонагнетателя и системы снижения токсичности отработавших газов могут быть улучшены, когда используется головка блока цилиндров, описанная выше.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид головки блока цилиндров и соответствующей системы охлаждения, которые могут быть включены в двигатель внутреннего сгорания.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе примерной интегрированной головки блока цилиндров, включающей в себя группа выпускных каналов в выпускном окне.
Фиг.3 представляет собой более подробный вид сбоку выпускного окна головки блока цилиндров по фиг.2.
Фиг.4 представляет собой магистрали выпускных каналов группы выпускных каналов по фиг.2 и 3.
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе выпускного окна по фиг.3.
Фиг.6 представляет собой вид в поперечном разрезе группы выпускных каналов вдоль оси 6-6' по фиг.2.
Фиг.7 представляет собой вид в поперечном разрезе датчика температуры вдоль оси 7-7' по фиг.2.
Фиг.8 представляет собой вид в перспективе внутреннего элемента для охлаждающей жидкости и группы выпускных каналов интегрированной головки блока цилиндров по фиг.2.
Фиг.9 представляет собой вид спереди внутреннего элемента для охлаждающей жидкости и группы выпускных каналов, показывающий каналы охлаждающей жидкости между выпускными каналами в пределах группы выпускных каналов.
Фиг.10 представляет собой два альтернативных вида в перспективе группы выпускных каналов, присоединенной к горловине одноконтурной турбины на выпускном окне.
Фиг.11 представляет собой два альтернативных вида в перспективе группы выпускных каналов, присоединенной к раздвоенной горловине одноконтурной турбины на выпускном окне.
Фиг.12 представляет собой два альтернативных вида в перспективе группы выпускных каналов, присоединенной к горловине двухконтурной турбины на выпускном окне.
Фиг.2-12 начерчены приблизительно в масштабе.
Подробное описание полезной модели
Головка блока цилиндров с интегрированным выпускным коллектором (головка блока цилиндров с ИВК) описана в материалах настоящей заявки. Головка блока цилиндров с ИВК включает в себя группу выпускных каналов отработавших газов и каналы охлаждающей жидкости в сообщении с впуском охлаждающей жидкости и выпуском охлаждающей жидкости. Группа выпускных каналов может включать в себя одно или более высверленных отверстий, расположенных в материале, связывающем и разделяющем каждый выпускной канал в группе выпускных каналов. Одно или более высверленных отверстий могут находиться в сообщении с каналами охлаждающей жидкости. Впуск и выпуск охлаждающей жидкости могут находиться в сообщении с системой охлаждения головки блока цилиндров. Система охлаждения головки блока цилиндров может быть выполнена с возможностью пропускания потока охлаждающей жидкости через каналы охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров и высверленные отверстия в пуске выпускных каналов, из условия чтобы охлаждающая жидкость могла подвергаться циркуляции через стенки группы выпускных каналов, ближайшие к выпускному торцу. Таким образом, улучшенное охлаждение может быть предусмотрено для группы выпускных каналов. Более того, охлаждение отработавших газов может уменьшать состояние превышения температуры находящихся ниже по потоку элементов, таких как турбонагнетатель и/или система снижения токсичности отработавших газов. Таким образом, тепловое напряжение и термическая деградация в группе выпускных каналов и элементов, находящихся ниже по потоку от интегрированного выпускного коллектора, могут снижаться, тем самым, увеличивая срок службы элементов двигателя.
На фиг.1 показан схематичный вид примерного двигателя внутреннего сгорания и примерной интегрированной головки блока цилиндров, соответственно. Как показано на фиг.2, интегрированная головка блока цилиндров для топлива включает в себя выпускное окно, которое содержит группа выпускных каналов. На фиг.3 показан более подробный вид выпускного окна по фиг.2. На фиг.4 показаны направляющие отработавших газов, которые определяют множество выпускных каналов, которые присоединены к выпускному окну на первом конце и присоединены к выпускным клапанам на втором, противоположном конце. На фиг.5 показан вид в перспективе выпускного окна, иллюстрирующий положения проходов высверленных отверстий и датчика температуры. На фиг.6 и 7 показаны поперечные разрезы высверленных отверстий в выпускном канале группы и датчика температуры, соответственно. На фиг.8 и 9 показан верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, с расположенными между ними выпускными каналами. На фиг.10-12 показаны альтернативные варианты осуществления для горловины турбины, присоединенной к выпускному окну. На фиг.2-12 показаны элементы головки блока цилиндров с ИВК в ориентации, в которой они расположены, когда головка блока цилиндров с ИВК установлена на двигатель транспортного средства, когда транспортное средство находится на поверхности вождения, такой как дорога. Фиг.2-12 начерчены приблизительно в масштабе.
На фиг.1 показан схематичный вид системы 200 охлаждения головки блока цилиндров для двигателя. Система охлаждения может быть выполнена с возможностью отведения тепла от двигателя. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования количества тепла, отводимого от двигателя через контур 250 охлаждающей жидкости. Таким образом, температура двигателя может регулироваться, предоставляя коэффициенту полезного действия возможность увеличиваться, также как и снижению теплового напряжения на двигателе.
Система 200 охлаждения включает в себя контур 250 охлаждающей жидкости, проходящий через один или более каналов 251 охлаждающей жидкости блока цилиндров в блоке 252 цилиндров. Вода или другая пригодная охлаждающая жидкость может использоваться в качестве рабочей текучей среды в контуре охлаждающей жидкости. Блок цилиндров может включать в себя часть одной или более камер сгорания. Следует понимать, что контур охлаждающей жидкости может проходить прилегающим к частям камер сгорания. Таким образом, избыточное тепло, вырабатываемое во время эксплуатации двигателя может переноситься в контур охлаждающей жидкости. Головка 253 блока цилиндров может быть присоединена к блоку цилиндров для формирования блока цилиндров в сборе. В собранном состоянии блок цилиндров может включать в себя множество камер сгорания.
Система охлаждения головки блока цилиндров дополнительно включает в себя верхнюю охлаждающую рубашку 254 и нижнюю охлаждающую рубашку 256. Выпускной коллектор 48 расположен между верхней охлаждающей рубашкой 254 и нижней охлаждающей рубашкой 256. Следует понимать, что верхняя и нижняя охлаждающие рубашки интегрированы в головку блока цилиндров. Верхняя охлаждающая рубашка включает в себя множество каналов 258 охлаждающей жидкости. Аналогичным образом, нижняя охлаждающая рубашка включает в себя множество каналов 260 охлаждающей жидкости. Как показано, верхняя охлаждающая рубашка включает в себя впуск 262 охлаждающей жидкости, а нижняя охлаждающая рубашка включает в себя впуск 264 охлаждающей жидкости. Однако, следует понимать, что верхняя и/или нижняя охлаждающие рубашки могут включать в себя множество впусков в других вариантах осуществления. Например, верхняя охлаждающая рубашка может включать в себя одиночный впуск, а нижняя охлаждающая рубашка может включать в себя множество впусков. Следует понимать, что впуски верхней и нижней охлаждающих рубашек могут быть присоединены к общим каналам охлаждающей жидкости в блоке цилиндров в некоторых вариантах осуществления. Таким образом, верхняя и нижняя охлаждающие рубашки принимают охлаждающую жидкость через свои соответственные впуски из общего источника, включенного в блок цилиндров двигателя у двигателя. Однако, в других вариантах осуществления, впуски верхней и нижней охлаждающих рубашек могут быть присоединены к отдельным каналам охлаждающей жидкости в блоке цилиндров.
Первый набор переходных каналов 266 охлаждающей жидкости могут по текучей среде присоединять верхнюю охлаждающую рубашку 254 к нижней охлаждающей рубашке 256. Аналогичным образом, второй набор переходных каналов 268 охлаждающей жидкости может присоединять по текучей среде верхнюю охлаждающую рубашку к нижней охлаждающей рубашке. Каждый переходный канал охлаждающей жидкости, включенный в первый набор переходных каналов охлаждающей жидкости, может включать в себя ограничитель 270. Аналогичным образом, каждый переходный канал охлаждающей жидкости, включенный во второй набор переходных каналов охлаждающей жидкости, может включать в себя ограничитель 271. Различные характеристики (например, размер, форма, и т.д.) ограничителей могут настраиваться во время конструирования головки 253 блока цилиндров. Поэтому, ограничители 270, включенные в первый набор переходных каналов охлаждающей жидкости могут быть другими по размеру, форме, и т.д., нежели ограничители 271, включенные во второй набор переходных каналов охлаждающей жидкости. Таким образом, головка блока цилиндров может настраиваться для многообразия двигателей, тем самым, увеличивая применимость головки блока цилиндров. Хотя два переходных канала охлаждающей жидкости показаны в обоих, первом и втором, наборах переходных каналов охлаждающей жидкости, количество переходных каналов охлаждающей жидкости, включенных в первый набор и второй набор переходных каналов охлаждающей жидкости, может быть изменено в других вариантах осуществления.
Переходные каналы охлаждающей жидкости предоставляют охлаждающей жидкости возможность проходить между охлаждающими рубашками в различных точках между впусками и выпусками обеих, верхней и нижней, охлаждающих рубашек. Таким образом, охлаждающая жидкость может распространяться в сложной структуре потока, где охлаждающая жидкость перемещается между верхней и нижней рубашками, в середине рубашки и в различных других положениях в пределах рубашки. Смешанная структура потока снижает непостоянство температуры в пределах головки блока цилиндров во время работы двигателя, а также увеличивает количество тепловой энергии, которая может отводиться с головки блока цилиндров, тем самым, улучшая эксплуатационные качества двигателя.
Верхняя охлаждающая рубашка включает в себя выпуск 276. Выпуск 276 может включать в себя ограничитель 277. Дополнительно, нижняя охлаждающая рубашка включает в себя выпуск 278. Следует понимать, что, в других вариантах осуществления, выпуск 278 также может включать в себя ограничитель. Выпуски из обеих, верхней и нижней, охлаждающих рубашек могут объединяться и находиться в сообщении по текучей среде. Контур охлаждающей жидкости, в таком случае, может проходить через один или более каналов 280 охлаждающей жидкости радиатора, включенных в радиатор 282. Радиатор дает теплу возможность передаваться из контура охлаждающей жидкости в окружающий воздух. Таким образом, тепло может отводиться из контура охлаждающей жидкости.
Насос 284 системы охлаждения также может быть включен в контур охлаждающей жидкости. Термостат 286 может быть расположен на выпуске 276 верхней охлаждающей рубашки. Термостат 288 также может быть расположен на впуске одного или более каналов(а) 251 охлаждающей жидкости блока 252 цилиндров. Дополнительные термостаты могут быть расположены в других положениях в пределах контура охлаждающей жидкости в других вариантах осуществления, таких как впуск или выпуск одного или более каналов(а) охлаждающей жидкости в радиаторе, впуск и выпуск нижней охлаждающей рубашки, впуск верхней охлаждающей рубашки, и т.д. Термостаты могут использоваться для регулирования количества текучей среды, протекающего через контур охлаждающей жидкости, на основании температуры. В некоторых примерах, термостаты могут управляться посредством контроллера 12. Однако, в других вариантах осуществления, термостаты управляются пассивно. Кроме того, верхняя рубашка 254 охлаждающей жидкости включает в себя датчик 296 температуры в сообщении с контроллером 12.
Следует понимать, что контроллер 12 может регулировать величину давления в головке, выдаваемое насосом 284 системы охлаждения, для настройки расхода охлаждающей жидкости через контур, а потому, количества тепла, отводимого от двигателя. Более того, в некоторых примерах, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью динамического настраивания величины потока охлаждающей жидкости через верхнюю охлаждающую рубашку с помощью термостата 286. Более конкретно, расход охлаждающей жидкости через верхнюю охлаждающую рубашку может уменьшаться, когда температура двигателя находится ниже порогового значения. Таким образом, длительность прогрева двигателя во время холодного пуска может уменьшаться, тем самым, увеличивая эффективность сгорания и уменьшая выбросы. Следует понимать, что системы и элементы на фиг.1 показаны схематично и не предназначены для показания относительного положения элементов.
Охлаждение выпускного коллектора и выпуска двигателя с помощью контура охлаждающей жидкости и рубашек охлаждающей жидкости может защищать выпускной коллектор и находящиеся ниже по потоку элементы двигателя от термической деградации, такой как коробление вследствие градиентов температуры и/или старение материала вследствие условий превышения температуры. В одном из конкретных примеров, охлаждающая жидкость подвергается циркуляции посредством насоса системы охлаждения. Таким образом, охлаждающая жидкость может подвергаться циркуляции вокруг выпускного коллектора, давая теплу возможность отводиться с выпускного коллектора. Более того, тепловые напряжения на выпускном коллекторе головки блока цилиндров, а также соседних элементах, могут уменьшаться, тем самым, увеличивая срок службы элементов. Отопитель обеспечивает передачу тепла из контура охлаждающей жидкости в окружающий воздух. Таким образом, тепло может отводиться из контура охлаждающей жидкости.
Однако, в системе охлаждения могут возникать проблемы. В одном из примеров, если температура двигателя высокая, система охлаждения может давать недостаточное охлаждение для отработавших газов и элементов головки блока цилиндров. В этом примере, стенки рубашек охлаждающей жидкости не имеют достаточно большой площади поверхности, чтобы обеспечивать достаточный теплообмен между отработавшими газами и охлаждающей жидкостью через стенки рубашек охлаждающей жидкости. Так как нагретые отработавшие газы двигателя сходятся, в то время как они выходят из головки блока цилиндров с ИВК, материал, окружающий каналы отработавших газов, может подвергаться высокому нагреву во время выбранных условий эксплуатации транспортного средства. Как описано выше, в нормальных условиях эксплуатации, теплообмен с охлаждающей жидкостью через стенки верхней рубашки охлаждающей жидкости уменьшает высокие температуры и предотвращает повреждение элементов двигателя. Если температура двигателя высокая, высокие температуры отработавших газов могут возникать вследствие недостаточного переноса тепла и, соответственно, может происходить термическая деградация.
Для того чтобы по меньшей мере частично уменьшить такую деградацию, система 200 охлаждения может быть присоединена к по меньшей мере одному высверленному отверстию 272, включенному в группа 273 выпускных каналов. Группа выпускных каналов может содержать множество связанных, но отдельных выпускных каналов, каждый из выпускных каналов присоединен к по меньшей мере одному выпускному клапану цилиндра на первом конце и окну выхода отработавших газов на втором, противоположном конце. По меньшей мере одно высверленное отверстие 272 включает в себя впуск 274 охлаждающей жидкости и выпуск 275 охлаждающей жидкости. Группа выпускных каналов и по меньшей мере одно высверленное отверстие дополнительно описаны со ссылкой на фиг.4. Впуск охлаждающей жидкости может быть присоединен к каналу охлаждающей жидкости более высокого давления в системе охлаждения головки блока цилиндров, а выпуск охлаждающей жидкости может быть присоединен к каналу охлаждающей жидкости более низкого давления в системе охлаждения головки блока цилиндров. Следует понимать, что канал охлаждающей жидкости более высокого давления может быть включен в верхнюю или нижнюю охлаждающие рубашки. Аналогичным образом, канал охлаждающей жидкости более низкого давления может быть включен в верхнюю или нижнюю охлаждающие рубашки. В одном из конкретных примеров, канал охлаждающей жидкости более высокого давления включен в нижнюю охлаждающую рубашку, а канал охлаждающей жидкости более низкого давления включен в верхнюю охлаждающую рубашку.
Таким образом, охлаждающая жидкость может подвергаться циркуляции в пределах и через по меньшей мере одно высверленное отверстие, обеспечивая отвод тепла из группы выпускных каналов с использованием существующей системы охлаждения в транспортном средстве. Поэтому, следует понимать, что стоимость производства может быть снижена по сравнению с другими системами, которые могут использовать независимую систему охлаждения для обеспечения охлаждения для выпускной системы. Более того, могут быть уменьшены тепловые напряжения в группе выпускных каналов головки блока цилиндров, а также соседних элементах, тем самым, увеличивая срок службы элементов двигателя. Группа выпускных каналов и канал охлаждающей жидкости выпускного коллектора более подробно описаны в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.2-6, 8 и 9. Следует понимать, что системы и элементы на фиг.1 показаны схематично и не предназначены для показания относительного положения элементов.
На фиг.2 показан вид в перспективе примерной головки 253 блока цилиндров с ИВК. Как указано выше, головка 253 блока цилиндров с ИВК показана в ориентации, в которой головка блока цилиндров устанавливается на двигателе в транспортном средстве, когда транспортное средство находится на поверхности вождения, такой как дорога. Головка блока цилиндров с ИВК может быть выполнена с возможностью прикрепления к блоку цилиндров (не показан), который определяет одну или более камер сгорания, имеющих поршни, возвратно-поступательно движущиеся в них. Головка блока цилиндров с ИВК может отливаться из пригодного материала, такого как алюминий. Другие элементы собранной головки блока цилиндров были опущены. Опущенные элементы включают в себя распределительные валы, крышки распределительных валов, впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, и т.д.
Как показано, головка 253 блока цилиндров с ИВК включает в себя четыре периметровых стенки. Стенки включают в себя первую и вторую боковую стенку, 302 и 304, соответственно. Четыре периметровых стенки дополнительно могут включать в себя переднюю торцевую стенку 306 и заднюю торцевую стенку 308. Нижняя стенка 312 может быть выполнена с возможностью присоединяться к головке блока цилиндров (не показана), тем самым, образуя камеры сгорания двигателя, как описано выше. Верхняя стенка 316 находится на противоположной стороне относительно нижней стенки 312.
Головка 253 блока цилиндров с ИВК включает в себя выпускное окно 320, к которому присоединено множество направляющих отработавших газов (показаны на фиг.4). Направляющие отработавших газов могут быть присоединены к выпускным клапанам каждой камеры сгорания (схематично показанной на фиг.4). Таким образом, выпускной коллектор и направляющие отработавших газов могут быть интегрированы в отливку головки блока цилиндров. Интегрированные направляющие отработавших газов имеют ряд преимуществ, таких как сокращение количества деталей в двигателе, тем самым, снижая себестоимость на всем протяжении цикла разработки двигателя. Более того, себестоимость запасов и монтажа также может быть уменьшена, когда используется интегрированный выпускной коллектор.
Головка блока цилиндров дополнительно включает в себя фланец 273 выпускного коллектора, окружающий выпускное окно 320. Датчик 296 температуры расположен над выпускным окном 320 в верхней стенке 316. Как показано на фиг.2 и 3, фланец 273 содержит три прохода для размещения первого выпускного канала 322, второго выпускного канала 324 и третьего выпускного канала 326 выпускного окна 320. Фланец дополнительно включает в себя приливы 310 болтов или другие устройства прикрепления, сконфигурированные для прикрепления к находящимся ниже по потоку выпускным элементам, таким как выхлопная труба или впуск турбины, включенной в турбонагнетатель. Таким образом, турбонагнетатель (не показан), может устанавливаться непосредственно на головку блока цилиндров, снижая потери в двигателе. Турбонагнетатель может включать в себя турбину с приводом от отработавших газов, присоединенную к компрессору через приводной вал. Компрессор может быть выполнен с возможностью увеличения давления во впускном коллекторе.
Кроме того, показанный на фиг.2 и 3 датчик 296 температуры расположен ближе к окну 290 обезгаживания. Датчик температуры продолжается через отверстие 410 в верхней рубашке охлаждающей жидкости над выпускным окном 320. Таким образом, датчик температуры может измерять температуру в «горячей зоне» интегрированной головки цилиндра. Как показано на фиг.1, датчик 296 температуры отправляет сигнал температуры в контроллер 12. Контроллер может использовать эти температурные данные, чтобы делать вывод об условиях эксплуатации и/или эксплуатационных качествах системы охлаждения, таких как потеря охлаждающей жидкости, неработающий насос и/или закупорка системы. Контроллер затем может отправлять сигнал водителю, дающий раннее указание наличия деградации системы охлаждения, если температура является большей, чем пороговое значение. В качестве альтернативы или дополнительно, контроллер может настраивать режим работы двигателя, такой как величина впрыска топлива или установка опережения зажигания, для снижения температуры отработавших газов.
Как показано на фиг.4, каждый из выпускных каналов 322, 324 и 326 определен направляющей 522, 524 и 526 отработавших газов, соответственно. Направляющие 522, 524 и 526 отработавших газов предназначены для группы выпускных каналов 500. Каждый из каналов в группе 273 выпускных каналов дополнительно присоединен к по меньшей мере одному выпускному клапану цилиндра. В настоящем варианте осуществления, направляющая 522 отработавших газов присоединена к первому цилиндру, направляющая 524 отработавших газов присоединена к второму цилиндру и третьему цилиндру, а направляющая 526 отработавших газов присоединена к четвертому цилиндру. Таким образом, цилиндры могут быть защищены от импульсов сброса отработавших газов высокого давления из других цилиндров, тем самым, улучшая эксплуатационные качества двигателя. В альтернативном варианте осуществления. Каждый из четырех цилиндров может иметь отдельную направляющую отработавших газов, таким образом, группа выпускных каналов может включать в себя четыре выпускных канала.
В варианте осуществления по фиг.4, направляющая 522 отработавших газов включает в себя горизонтально вытянутую часть 552, имеющую ширину A, а направляющая 524 отработавших газов включает в себя горизонтально вытянутую часть 556, имеющую ширину A, которая продолжается в направлении, противоположном горизонтально вытянутой части 552. Каждая из горизонтально вытянутых частей 552 и 556 изогнута внутрь по направлению к центру головки блока цилиндров. Направляющая 524 отработавших газов включает в себя вертикально вытянутую часть 554, имеющую ширину C. Вертикально вытянутая часть изогнута вниз от верхней части выпускного окна 320. В настоящем варианте осуществления, ширина A является меньшей, чем ширина С. В одном из специфичных примеров, эта ширина A имеет значение 37,2 мм, а ширина C имеет значение 53,4 мм. В альтернативном варианте осуществления, горизонтально вытянутые части 552 и 556 могут иметь отличающиеся ширины. В альтернативном варианте осуществления, ширина C может быть равна ширине B.
Направляющая 522 отработавших газов присоединена к паре выпускных клапанов 512 первого цилиндра 502. Направляющая 526 отработавших газов присоединена к паре выпускных клапанов 516 четвертого цилиндра 506. Каждая из направляющих 522 и 526 отработавших газов включает в себя разделенную часть 532 и 536, соответственно, где вытянутые части направляющих отработавших газов разделяются на два меньших канала. Каждый из каналов разделенных частей 532 и 536 имеет ширину B и присоединен к одному из выпускных отводов из пары выпускных отводов 532 и 536, соответственно. В настоящем варианте осуществления, ширина B является меньшей, чем ширина A. В одном из специфичных примеров, ширина B имеет значение 25,8 мм.
Кроме того, как показано на фиг.4, направляющая 524 отработавших газов присоединена к паре выпускных клапанов 518 второго цилиндра и к паре выпускных клапанов 514 третьего цилиндра 504. Для обеспечения связи пар выпускных клапанов двух разных цилиндров, направляющая 524 отработавших газов включает в себя первичную разделенную часть 540 и вторичные разделенные части 538 и 534. В первичной разделенной части 540, вертикально вытянутая часть 554 разделена на два канала средних размеров, имеющих ширину D. Каждый из каналов среднего размера дополнительно разделен на два меньших канала, имеющих ширину B, во вторичных разделенных частях 538 и 534. В настоящем варианте осуществления, ширина D является меньшей, чем ширина C, а ширина B является меньшей, чем ширина D. Дополнительно, в настоящем варианте осуществления, ширина D является большей, чем ширина A. В одном из специфичных примеров, ширина D имеет значение 46,0 мм. В альтернативных вариантах осуществления, ширины C и D могут быть равными, или ширина D может быть большей, чем ширина C.
Вышеописанная конфигурация для головки блока цилиндров с ИВК объединяет выпускные окна из второго и третьего цилиндров, перед тем как они выходят из головки блока цилиндров, наряду с сохранением раздельными отводов для первого и четвертого цилиндров. Эта конфигурация может предусматривать повышенное охлаждение отработавших газов и может обеспечивать разделение импульсов сброса отработавших газов высокого давления для снижения сообщения из цилиндра в цилиндр по отработавшим газам. Четырехцилиндровые двигатели, такие как рядные четырехцилиндровые двигатели, имеющие каждую направляющую отработавших газов, связанную по текучей среде, в пределах ИВК (например, объединяющуюся в единый канал), могут иметь архитектурные компоновки и порядки работы цилиндров, которые предоставляют отработавшим газам из одного цилиндра возможность вызывать перекрестные помехи между импульсами сброса отработавших газов. Например, смежные цилиндры, такие как первый и второй цилиндры, могут воспламеняться подряд. Таким образом, импульс отработавших газов из одного цилиндра будет дуть в другой цилиндр, который находится на участке перекрытия клапанов цикла, предоставляя возможность нежелательным неуправляемым раскаленным отработавшим газам возможность проникать и становиться захваченными в цилиндре. Кроме того, в рядных четырехцилиндровых двигателях, порядки работы цилиндров, необходимые для балансировки двигателя, облегчают усилия для уменьшения этих перекрестных помех импульсов сброса отработавших газов. Снижение перекрестных помех может быть необходимым в наддувном двигателе вследствие повышенных давлений выпускной системы и более высоких требований к выходной мощности двигателя. Следовательно, когда порядок работы цилиндров 1342 используется в 4-цилиндровом двигателе, может использоваться спаривание выпускных окон цилиндров 1-4 и/или выпускных окон цилиндров 2-3. Другими словами, отработавшие газы из 1ого и 4ого цилиндра могут сливаться вместе в выпускном коллекторе, и отработавшие газы из 2ого и 3его цилиндра могут сливаться вместе в выпускном коллекторе. В этой конфигурации, цилиндры с соединенными выпускными окнами могут воспламеняться обособленно на 360 градусов угла поворота коленчатого вала. В некоторых вариантах осуществления, двигатель, в котором расположен ИВК, может включать в себя распределительный вал (например, впускной распределительный вал, выпускной распределительный вал), имеющий кулачки, выполненные с возможностью приводить в действие клапаны, соответствующие разным цилиндрам. Следующие друг за другом кулачки, соответствующие набору клапанов (например, впускным или выпускным клапанам) могут быть разнесены на 90 градусов. Поэтому, когда используется порядок работы цилиндров 1342, кулачки, ассоциативно связанные с 1 ым цилиндром и третьим цилиндром, могут быть разнесены на 90 градусов, кулачки, ассоциативно связанные с 3им цилиндром и 4ым цилиндром, могут быть разнесены на 90 градусов, и т.д. Однако, альтернативное разнесение кулачков может использоваться в других вариантах осуществления. Следует понимать, что цилиндры пронумерованы в последовательном порядке. Так, цилиндр 502 является 1ым цилиндром, цилиндр 508 является 2ым цилиндром, цилиндр 504 является 3 им цилиндром, а цилиндр 506 является 4ым цилиндром, цилиндры 502, 508, 504 и 506 показаны на фиг.5. Это дает время, чтобы импульсы отработавших газов очищали выпускную систему до того, как следующий цилиндр входит в период перекрытия клапанов. Кроме того, в еще одном альтернативном варианте осуществления, порядок работы цилиндров 1243 может нуждаться в таком же спаривании цилиндров.
В настоящем варианте осуществления, в котором порядком работы цилиндров также является 1-3-4-2, объединенная направляющая отработавших газов, которая присоединена к второму цилиндру и третьему цилиндру, выполнена так, чтобы располагаться симметрично над другими направляющими отработавших газов вдоль вертикальной центральной линии выпускного окна. В альтернативном варианте осуществления, объединенная направляющая отработавших газов может находиться ниже других направляющих отработавших газов и/или направляющие отработавших газов могут быть расположены симметрично. Кроме того, в еще одном альтернативном варианте осуществления, в двигателе с альтернативным количеством цилиндров, связность и компоновка направляющих отработавших газов могут зависеть от количества цилиндров и порядка работы цилиндров двигателя. В таком варианте осуществления, направляющие отработавших газов могут спариваться для обеспечения повышенного разделения импульсов отработавших газов, на основании угла поворота коленчатого вала. В некоторых вариантах осуществления, направляющие отработавших газов, спаренные для связи по текучей среде в ИВК, могут быть сконфигурированы, из условия чтобы импульс сброса отработавших газов одного спаренного цилиндра не возникал во время периода перекрытия другого спаренного цилиндра.
На фиг.5 показан вид в перспективе выпускного окна 320. Верхняя стенка 620 выпускного окна 320 включает в себя датчик 296 температуры на самом верхнем участке 626. Датчик 296 температуры расположен на расстоянии E внутрь по направлению к центру головки блока цилиндров с ИВК от фланца 273. Кроме того, диаметр датчика 296 температуры имеет протяженность F. В настоящем варианте осуществления, расстояние F является точно большим, чем расстояние E. В одном из специфичных примеров, расстояние E имеет значение 10,3 мм, а расстояние F имеет значение 16,6 мм.
Верхняя стенка 620 дополнительно включает в себя наклонные участки 622 и 624 на противоположных сторонах выпускного окна 320. Наклонный участок 622 и 624 наклонены друг относительно друга в продольном направлении головки 253 блока цилиндров. Наклонные участки 622 и 624 включают в себя проходы 602 и 604 высверленных отверстий, соответственно. Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления, головка блока цилиндров может включать в себя большее или меньшее количество высверленных отверстий. Проходы 602 и 604 высверленных отверстий расположены на расстоянии G внутрь по направлению к центру ИВК от фланца 273. Кроме того, проходы 602 и 604 высверленных отверстий каждый имеет диаметр с протяженностью H. В настоящем варианте осуществления, расстояние G является меньшим, чем расстояния E и H. В одном из специфичных примеров, расстояние G имеет значение 4,8 мм, а расстояние H имеет значение 6,0 мм. В альтернативном варианте осуществления, расстояние E может быть большим, чем расстояние G, из условия чтобы высверленные отверстия были расположены ближе к фланцу, чем датчик температуры.
На фиг.6 показан поперечный разрез группы 273 выпускных каналов вдоль оси 6-6' по фиг.2. Вид в поперечном разрезе показывает внутренний элемент 700 для охлаждающей жидкости, охватывающую группа 273 выпускных каналов. Внутренний элемент 700 для охлаждающей жидкости содержит верхний внутренний элемент 720 охлаждающей жидкости, имеющую многочисленные каналы охлаждающей жидкости, и нижний внутренний элемент 710 для охлаждающей жидкости, имеющую многочисленные каналы охлаждающей жидкости. Верхний внутренний элемент 720 для охлаждающей жидкости окружен верхней рубашкой 254 охлаждающей жидкости, а нижний внутренний элемент 710 для охлаждающей жидкости окружен нижней рубашкой 256 охлаждающей жидкости. Проходы 602 и 604 высверленных отверстий являются проходами для высверленных отверстий 702 и 704, соответственно. Высверленные отверстия 702 и 704 наклонены внутрь и вниз по направлению к центру выпускного окна 320. Высверленные отверстия наклонены под углом X относительно верха боковых стенок 622 и 624. В одном из специфичных примеров, угол X имеет значение 90 градусов.
Высверленные отверстия 702 и 704 каждое имеет длину J и выступают по направлению друг к другу через каналы верхнего внутреннего элемента 710 для охлаждающей жидкости и материал 730, соединяющий группа 500 выпускных каналов. Так как высверленные отверстия проходят через верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, они находятся в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости. Кроме того, высверленные отверстия 702 и 704 пересекаются в области 706 пересечения. Высверленные отверстия пересекаются под углом Y по отношению друг к другу. В одном из специфичных примеров, угол Y имеет значение 120 градусов. Область 706 пересечения расположена в пределах канала нижнего внутреннего элемента 710 для охлаждающей жидкости и, таким образом, находятся в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости.
Высверленные отверстия 702 и 704 включают в себя меньшие участки, имеющие ширину H на проходах 602 и 604, с шириной K в средних частях 742 и 744, и шириной L на оконечных частях 752 и 754, соответственно. В настоящем варианте осуществления, ширина H является большей, чем ширина K, а ширина K является большей, чем ширина L. В одном из специфичных примеров, ширина K имеет значение 7,5 мм, а ширина L имеет значение 5,0 мм. Верхние проходы 762 и 764 средних частей 742 и 744, соответственно, открываются в каналы верхнего внутреннего элемента 720 для охлаждающей жидкости.
Проходы 602 и 604 высверленных отверстий являются проходами для высверленных отверстий 712 и 714, соответственно. Заглушки для трубы могут состоять из сжимаемого материала, такого как алюминий, нержавеющая сталь или сталь. Ширина каждой из заглушек для трубы может быть слегка большей, чем ширина H, такой как 6,1 мм. Нижние кромки заглушек 712 и 714 для трубы опираются на буртики 722 и 724, соответственно. Буртики 722 и 724 образованы там, где проходы 602 и 604 высверленных отверстий встречаются со средними частями, из условия чтобы заглушки для трубы обжимались для формирования воздухонепроницаемого уплотнения в проходах высверленных отверстий.
В примерной конфигурации по фиг.6, высверленные отверстия могут высверливаться в течение завершающего этапа создания головки блока цилиндров. Затем, заглушки для трубы могут добавляться для герметизации проходов высверленных отверстий. Во время эксплуатации транспортного средства, охлаждающая жидкость может подвергаться циркуляции из каналов нижнего внутреннего элемента для охлаждающей жидкости в каналы верхнего внутреннего элемента для охлаждающей жидкости через высверленные отверстия. По существу, температура материала, связывающего группа выпускных каналов, может уменьшаться посредством теплообмена с охлаждающей жидкостью. Кроме того, температура выпускных каналов, проходящих через выпускные каналы, может снижаться посредством теплообмена с материалом, связывающим группа выпускных каналов. Так как высверленные отверстия плотно герметизированы заглушками для трубы, охлаждающая жидкость может не выходить через проходы высверленных отверстий. Таким образом, вышеописанная система охлаждения может обеспечивать циркуляцию охлаждающей жидкости через нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, тем самым, охлаждая отработавшие газы, проходящие через группа выпускных каналов, и может уменьшать вероятность термической деградации головки блока цилиндров и находящихся ниже по потоку элементов.
На фиг.7 показан поперечный разрез головки 253 блока цилиндров с ИВК вдоль оси 7-7' по фиг.2. На фиг.7 показан более подробный вид датчика 296 температуры и его окружающих элементов. В настоящем варианте осуществления, датчик температуры включает в себя последовательно более узкие части 810, 812, 814 и 816. Часть 810 является верхней, самой большой частью датчика температуры и является смыкающейся с поверхностью верхней стенки 620. Отверстие машинной обработки датчика температуры является более узким на кончике датчика для уменьшения воздействия контакта с охлаждающей жидкостью и сокращения потока, вызванного размером металлического прилива для установки датчика.
Датчик 296 температуры расположен в пределах вертикальной стенки 830 головки 253 блока цилиндров. Вертикальная стенка 830 продолжается между каналами верхнего внутреннего элемента 720 и, таким образом, датчик 296 температуры охвачен верхним внутренним элементом 720. Например, датчик температуры охвачен верхним внутренним элементом, так как боковые стороны вертикальной стенки, в которой расположен датчик температуры, находятся в контакте с охлаждающей жидкостью внутри каналов верхнего внутреннего элемента. В альтернативном варианте осуществления, датчик температуры может быть охвачен внутренним элементом для охлаждающей жидкости при расположении внутри внутреннего элемента для охлаждающей жидкости в прямом контакте с охлаждающей жидкостью. Датчик температуры имеет диаметр F, описанный выше, и длину M. В одном из специфичных примеров, длина M имеет значение 31,1 мм.
Конический острый конец 818 датчика температуры является ближайшим к верхней стенке направляющей 524 отработавших газов. Конический острый конец 818 находится на расстоянии N от верхней стенки направляющей 524 отработавших газов. В одном из примеров, расстояние N имеет значение 4,5 мм. Датчик температуры может обеспечивать измерение температуры головки блока цилиндров в положении, ближайшем к выпускному торцу. Как показано на фиг.1, датчик 296 температуры отправляет сигнал температуры в контроллер 12. Как указано выше, контроллер может использовать эти температурные данные, чтобы делать вывод об условиях эксплуатации и/или эксплуатационных качествах системы охлаждения, таких как потеря охлаждающей жидкости, неработающий насос и/или закупорка системы. Контроллер затем может отправлять сигнал водителю, дающий раннее указание наличия деградации системы охлаждения, если температура является большей, чем пороговое значение. В качестве альтернативы или дополнительно, контроллер может настраивать режим работы двигателя, такой как величина впрыска топлива или установка опережения зажигания, для снижения температуры отработавших газов.
На фиг.8 показан вид в перспективе внутреннего элемента 700 для охлаждающей жидкости, в том числе, верхнего внутреннего элемента 720 и нижнего внутреннего элемента 710. Внутренний элемент 700 для охлаждающей жидкости может быть образован отливными внутренними элементами, которые расположены, как показано и помещены вместе в литейную форму во время процесса литьевого формования. Металл, залитый в литейную форму, затем может принимать конфигурацию литейных форм, затвердевая и образуя головку 253 блока цилиндров. Высверленные отверстия 702 и 704 могут высверливаться на завершающем этапе создания головки блока цилиндров.
Как показано, вертикально выровненные выступы 920, включенные как в верхний, так и нижний внутренний элемент, могут определять первый набор переходных каналов 266 охлаждающей жидкости. Следует понимать, что переходные каналы охлаждающей жидкости могут быть ориентированы вертикально относительно движения поршня.
Поперечно выровненные расширения 922 как в верхнем, так и в нижнем внутреннем элементе могут определять второй набор переходных каналов 268 охлаждающей жидкости. Следует понимать, что горизонтально выровненное расширение 924 может определять выпуск 276 верхней рубашки охлаждающей жидкости, включающий в себя ограничитель 277. Фиг.9 включает в себя более подробный вид группы 273 выпускных каналов, показывающий связь по текучей среде высверленных отверстий 702 и 704 с нижним внутренним элементом 710 для охлаждающей жидкости в области 706 пересечения. Кроме того, фиг.9 показывает связь по текучей среде проходов 762 и 764 с верхним внутренним элементом 720 для охлаждающей жидкости.
На фиг.10-11 показаны альтернативные варианты осуществления для горловины турбины, присоединенной к выпускному окну 320. Как показано на фиг.10, направляющие 522, 524 и 526 отработавших газов могут быть присоединены к горловине одноконтурной турбины. Горловина одноконтурной турбины может использоваться для применений, в которых требуется частичное разделение импульса отработавших газов. Следует понимать, что горловина одноконтурной турбины может быть недорогой для производств по сравнению с конструктивно более сложными горловинами турбины. Кроме того, как показано на фиг.11, направляющие 522, 524 и 526 отработавших газов могут быть присоединены к раздвоенной горловине 120 одноконтурной турбины. Раздвоенная горловина одноконтурной турбины может использоваться для разделения импульса отработавших газов в двигателе, включающем в себя двухконтурную турбину. Более того, как показано на фиг.12, направляющие 522, 524 и 526 отработавших газов могут быть присоединены к горловине 1300 двухконтурной турбины. В варианте осуществления по фиг.12, направляющая 424 отработавших газов присоединена к горловине 1302 турбины верхнего контура наряду с тем, что направляющие 522 и 526 отработавших газов присоединены к горловине 1304 турбине нижнего контура. Таким образом, двойной контур обеспечивает повышенное разделение отработавших газов, давая возможность большего контроля на этапе проектирования условий эксплуатации двигателя как на высоком, так и на низком числе оборотов. Поэтому, горловина 1302 турбины верхнего контура может быть выполнена с возможностью пропускать поток отработавших газов в первый контур в турбине, а горловина 1304 нижнего контура может быть выполнена с возможностью пропускания потока отработавших газов во второй контур в турбине. Следует понимать, что горловины турбины первого и второго контура могут быть разделены по текучей среде. Также следует понимать, что разные конфигурации для горловины турбины могут быть присоединены к направляющим 522, 524 и 526 отработавших газов в положении выпускного окна.
Вышеописанная головка блока цилиндров включает в себя интегрированный выпускной коллектор. Во время эксплуатации транспортного средства, включающего в себя примерную головку блока цилиндров, головка блока цилиндров может испытывать более высокие температуры вследствие характеристик потока внутри интегрированного выпускного коллектора. Система охлаждения головки блока цилиндров выполнена так, чтобы пропускать поток охлаждающей жидкости через каналы верхней охлаждающей рубашки и нижней охлаждающей рубашки, располагая головку блока цилиндров между ними, для обеспечения охлаждения для стенок головки блока цилиндров и отработавших газов, проходящих через головку блока цилиндров. Головка блока цилиндров с ИВК включает в себя группа выпускных каналов на выпускном окне. Каждый из выпускных каналов определен направляющей отработавших газов, присоединенной к выпускному клапану цилиндра на противоположном конце относительно выпускного окна. В примерном двигателе, включающем в себя четыре цилиндра, первая направляющая отработавших газов присоединена к первому цилиндру, вторая направляющая отработавших газов присоединена ко второму и третьему цилиндру, а третья направляющая присоединена к четвертому цилиндров. Таким образом, каждый из цилиндров может быть защищен от импульсов сброса отработавших газов высокого давления из других цилиндров, рабочие характеристики двигателя могут быть улучшены.
Кроме того, головка блока цилиндров с ИВК включает в себя высверленные отверстия, расположенные между материалом, связывающим группа выпускных каналов. В настоящем примере, первое высверленное отверстие продолжается между направляющей отработавших газов, присоединенной к второму и третьему цилиндру, и направляющей отработавших газов, присоединенной к первому цилиндру, а второе высверленное отверстие продолжается между направляющей отработавших газов, присоединенной к второму и третьему цилиндру, и направляющей отработавших газов, присоединенной к четвертому цилиндру. Высверленные отверстия пересекаются в области, которая находится в пределах нижнего внутреннего элемента для охлаждающей жидкости нижней охлаждающей рубашки, и, таким образом, находятся в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости. Противоположные концы каждой средней части высверленных отверстий находятся в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости. Проходы высверленных отверстий герметизированы заглушками для трубы, из условия чтобы охлаждающая жидкость могла циркулировать через нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, высверленные отверстия и верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости без потери охлаждающей жидкости через высверленные отверстия. Циркуляция охлаждающей жидкости через высверленные отверстия обеспечивает дополнительное охлаждение для стенок направляющих отработавших газов и отработавших газов, проходящих через направляющие отработавших газов, посредством теплообмена. Более того, головка блока цилиндров может включать в себя датчик температуры внутри стенки рубашки охлаждающей жидкости, которая является ближайшей к выпускному окну. В состоянии, где температура в области возле выпускного окна является большей, чем пороговое значение, предупредительный сигнал может отправляться водителю для прекращения эксплуатации транспортного средства. Таким образом, вышеописанные признаки могут уменьшать вероятность термической деградации выпускного коллектора, выпускного окна и блока цилиндров, тем самым, увеличивая срок службы элементов двигателя. Более того, находящиеся ниже по потоку элементы, такие как турбонагнетатель и/или система очистки отработавших газов, могут быть защищены от термической деградации с помощью охлаждения отработавших газов, тем самым, увеличивая срок службы находящихся ниже по потоку элементов.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, противоположно установленному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему в отношении к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели согласно настоящему описанию.
1. Система охлаждения двигателя, содержащая:
головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, который направляет отработавшие газы в выпускное окно отработавших газов;
канал охлаждающей жидкости, окружающий выпускной коллектор; и
группу отдельных выпускных каналов для направления отработавших газов в выпускное окно отработавших газов, при этом группа включает в себя высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами и соединенное по текучей среде с каналом охлаждающей жидкости.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая второе высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами.
3. Система по п.2, в которой группа выпускных каналов содержит три направляющих отработавших газов, включая первую направляющую отработавших газов, присоединенную к первому цилиндру, вторую объединенную направляющую отработавших газов, присоединенную ко второму цилиндру и третьему цилиндру, и третью направляющую отработавших газов, присоединенную к четвертому цилиндру, при этом порядок работы цилиндров следующий: последовательно первый цилиндр, третий цилиндр, четвертый цилиндр и второй цилиндр.
4. Система по п.3, в которой вторая объединенная направляющая отработавших газов расположена над первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов.
5. Система по п.4, в которой первая направляющая отработавших газов, вторая объединенная направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов расположены симметрично вокруг вертикальной центральной линии выпускного окна отработавших газов.
6. Система по п.5, в которой первое высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между первой направляющей отработавших газов и второй объединенной направляющей отработавших газов, а второе высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между второй объединенной направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов.
7. Система по п.6, в которой первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие пересекаются в канале охлаждающей жидкости под углом 100-150º.
8. Система по п.1, в которой канал охлаждающей жидкости содержит верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости.
9. Система по п.8, в которой высверленное отверстие содержит проход и среднюю часть, при этом проход на верхней поверхности головки блока цилиндров и средняя часть расположены в материале между выпускными каналами группы выпускных каналов.
10. Система по п.9, в которой средняя часть находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на первом конце и средняя часть находится в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на втором конце, причем первый конец противоположен второму концу.
11. Система по п.9, в которой проход герметизирован заглушкой для трубы, расположенной в проходе.
12. Система по п.8, дополнительно содержащая датчик температуры, расположенный на верхней стенке канала охлаждающей жидкости.
13. Система по п.12, в которой датчик температуры расположен на вертикальной стенке, продолженной в верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и охваченной верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости.
14. Система по п.13, в которой датчик температуры выполнен с возможностью отправления сигнала температуры в контроллер, выполненный с возможностью отправления указания превышения температуры водителю, когда температура находится выше порогового значения.
15. Головка блока цилиндров двигателя, содержащая:
головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, который направляет множество выпускных окон отработавших газов цилиндра в окно выхода отработавших газов, содержащее группу выпускных каналов;
верхнюю рубашку охлаждающей жидкости и нижнюю рубашку охлаждающей жидкости, окружающие выпускной коллектор; и
датчик температуры, расположенный над окном выхода отработавших газов и охваченный каналами верхней рубашки охлаждающей жидкости.
16. Головка по п.15, в которой группа выпускных каналов содержит первую направляющую отработавших газов, вторую направляющую отработавших газов и третью направляющую отработавших газов, при этом вторая направляющая отработавших газов находится над первой направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, когда транспортное средство, включающее в себя головку блока цилиндров двигателя, находится на поверхности вождения, причем первая направляющая отработавших газов, вторая направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов расположены симметрично относительно вертикальной центральной линии окна выхода отработавших газов.
17. Головка по п.16, дополнительно содержащая первое высверленное отверстие, расположенное между первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов, и второе высверленное отверстие, расположенное между второй направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов.
18. Головка по п.17, в которой первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие содержат проход и среднюю часть, при этом средняя часть расположена в материале между направляющими отработавших газов в группе выпускных каналов, а проход герметизирован заглушкой для трубы.
19. Головка по п.18, в которой первый конец средней части находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости верхней рубашки охлаждающей жидкости, а второй конец средней части находится в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости нижней рубашки охлаждающей жидкости.
20. Система двигателя, содержащая:
множество цилиндров для сжигания топлива и воздуха, включающее в себя первый цилиндр, второй цилиндр, третий цилиндр и четвертый цилиндр; и
головку блока цилиндров, включающую в себя интегрированный выпускной коллектор, присоединенный к множеству цилиндров для направления отработавших газов в выпускное окно отработавших газов, и содержащую
канал охлаждающей жидкости, окружающий интегрированный выпускной коллектор и содержащий верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и нижний внутренний элемент для охлаждающей жидкости, датчик температуры, расположенный на верхней стенке канала охлаждающей жидкости и на вертикальной стенке, продолженной в верхний внутренний элемент для охлаждающей жидкости и охваченной верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости, при этом датчик температуры выполнен с возможностью отправления сигнала температуры в контроллер, выполненный с возможностью отправления указания превышения температуры водителю, когда температура находится выше порогового значения;
группу выпускных каналов для направления отработавших газов в выпускное окно, содержащую множество направляющих отработавших газов, соединенных материалом между тремя направляющими отработавших газов, причем множество направляющих отработавших газов включает в себя первую направляющую отработавших газов, присоединенную к первому цилиндру, вторую объединенную направляющую отработавших газов, присоединенную ко второму цилиндру и третьему цилиндру, и третью направляющую отработавших газов, присоединенную к четвертому цилиндру, при этом вторая объединенная направляющая отработавших газов расположена над первой направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, причем первая направляющая отработавших газов, вторая объединенная направляющая отработавших газов и третья направляющая отработавших газов расположены симметрично вокруг вертикальной центральной линии выпускного окна отработавших газов, дополнительно присоединено к горловине турбины; и
по меньшей мере одно высверленное отверстие, расположенное в материале между выпускными каналами в группе выпускных каналов, при этом по меньшей мере одно высверленное отверстие соединено по текучей среде с каналом охлаждающей жидкости и содержит первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие, причем первое высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между первой направляющей отработавших газов и второй направляющей отработавших газов, а второе высверленное отверстие наклонено вниз и расположено между второй направляющей отработавших газов и третьей направляющей отработавших газов, при этом первое высверленное отверстие и второе высверленное отверстие включают в себя проход и среднюю часть, причем проход на верхней поверхности головки блока цилиндров и средняя часть расположены в материале между выпускными каналами, при этом средняя часть находится в сообщении по текучей среде с верхним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на первом конце и в сообщении по текучей среде с нижним внутренним элементом для охлаждающей жидкости на втором конце, причем первый конец противоположен втором концу, а проход герметизирован заглушкой для трубы, расположенной в проходе.
