Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом, содержащему радиальную турбину (1) с жидкостным охлаждением, содержащую корпус (2) турбины, в котором расположено лопастное колесо (3), установленное на вращающемся валу (4), причем

проточный канал (5), несущий выхлопные газы, продолжается по спирали вокруг лопастного колеса (3) в корпусе (2) турбины, начиная от впускного отверстия (5a) для выхлопных газов, и

корпус (2) турбины содержит по меньшей мере один канал (6a) хладагента, встроенный в корпус (2) турбины, для образования системы (6) жидкостного охлаждения.

Задачей полезной модели является предоставление двигателя внутреннего сгорания с наддувом вышеприведенного типа, который оптимизирован в отношении турбины, в частности, в отношении материала и охлаждения турбины.

Указанная задача решена двигателем внутреннего сгорания с наддувом изложенного типа, отличающимся тем, что

по меньшей мере один канал (6a) хладагента проходит через язычковый выступ (2a) корпуса, образованный корпусом (2) турбины в конце проточного канала (5), несущего выхлопные газы.

(Фиг. 1)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом, содержащему радиальную турбину с жидкостным охлаждением, содержащую корпус турбины, в котором расположено лопастное колесо, установленное на вращающемся валу, причем

проточный канал, несущий выхлопные газы, продолжается по спирали вокруг лопастного колеса в корпусе турбины, начиная от впускного отверстия для выхлопных газов, и

корпус турбины содержит по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус турбины, для образования системы жидкостного охлаждения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатели внутреннего сгорания имеют блок цилиндров и головку блока цилиндров, которые присоединены друг к другу для образования цилиндров. В ходе выпуска и повторного наполнения, газообразные продукты сгорания выбрасываются через выпускные отверстия, и цилиндры наполняются через впускные отверстия. Согласно уровню техники, выпускные магистрали, примыкающие к отверстиям цилиндров, по меньшей мере частично встроены в головку блока цилиндров и объединяются, для образования единой общей выпускной магистрали или множества общих выпускных магистралей. Объединение выпускных магистралей для образования общей выпускной магистрали указывается ссылкой как выпускной коллектор.

Ниже по потоку от по меньшей мере одного коллектора, выхлопные газы затем зачастую подводятся в радиальную турбину, например, турбину турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов и, если уместно, пропускаются через одну или более систем последующей очистки выхлопных газов.

Затраты на производство турбины относительно высоки, поскольку материал - зачастую, никель-содержащий материал - используемый для корпуса турбины, который подвергается высоким тепловым нагрузкам, является дорогостоящим, в особенности, по сравнению с материалом, предпочтительно используемым для головки блока цилиндров, например, алюминием. Это не только как таковые материальные затраты, которые высоки, но также затраты на механическую обработку этих материалов, используемых для корпуса турбины.

Из того, что было изложено выше, следует, что было бы полезным, в показателях затрат, если бы было возможным предоставить турбину, которая могла бы изготавливаться из менее дорогостоящего материала, например, серого чугуна или алюминия.

Использование алюминия также было бы полезным в отношении веса турбины, особенно, если принимается во внимание, что расположение турбины близко к двигателю может приводить к корпусу большого объема относительно больших размеров, поскольку соединение турбины и головки блока цилиндров посредством фланца и болтов требует большой впускной области турбины из-за требуемого доступа для сборочного инструмента и условий ограниченного пространства. Корпус высокого объема связан с соответственно высоким весом. Преимущество по весу алюминия над материалом, способным выдерживать высокие нагрузки, поэтому, очевидна, особенно в случае турбины, расположенной близко к двигателю, вследствие относительно большого количества используемого материала.

Особенно в случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом посредством турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов, задача состоит в том, чтобы компоновать турбину турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов как можно ближе к двигателю, то есть близко к выпускным отверстиям цилиндров, чтобы, таким образом, быть способным осуществлять оптимальное использование энтальпии выхлопных газов у горячих выхлопных газов, которая окончательно определяется давлением выхлопных газов и температурой выхлопных газов, и чтобы гарантировать быструю реакцию от турбонагнетателя. Здесь, может быть полезным наибольшее встраивание выпускного коллектора в головку блока цилиндров.

Чтобы быть способным использовать менее дорогостоящие материалы для производства турбины, турбина уровня техники оснащена системой охлаждения, например, системой жидкостного охлаждения, которая сильно снижает тепловую нагрузку турбины или корпуса турбины от раскаленных выхлопных газов, а отсюда, предоставляет возможность использования материалов, которые в меньшей степени устойчивы к тепловым нагрузкам.

Вообще, корпус турбины оснащен охлаждающей рубашкой, для образования системы охлаждения. В уровне техники раскрыты концепции, в которых корпус является отливкой, и охлаждающая рубашка выполняется в качестве неотъемлемого компонента монолитного корпуса в ходе процесса отливки, и концепции, в которых корпус имеет модульную конструкцию, в которой полость, которая служит в качестве охлаждающей рубашки, формируется в ходе сборки.

Турбина, выполненная в соответствии с последней упомянутой концепцией, например, описана в DE 102008011257 A1 (опубл. 10.09.2009, МПК F01D 25/14, F01D 25/24), и выбрана в качестве прототипа для настоящей полезной модели. Система жидкостного охлаждения турбины образована посредством снабжения реального корпуса турбины оболочкой так, что полость, в которую может вводиться хладагент, образована между корпусом и по меньшей мере одним элементом оболочки, который расположен на некотором расстоянии. Корпус, к которому была добавлена оболочка, в таком случае, включает в себя охлаждающую рубашку.

В ЕP 1384857 A2 (опубл. 28.01.2004, МПК F01D 25/14, F01D 25/26) подобным образом раскрыта турбина, корпус которой оснащен охлаждающей рубашкой.

В DE 102007017973 A1 (опубл. 24.02.2008, МПК F01D 25/12, F02C 7/12) описан вариант образования рубашки турбины с паровым охлаждением.

Благодаря высокой удельной теплоемкости жидкости, в особенности, воды, которая обычно используется, большие количества тепла могут отводиться из корпуса посредством жидкостного охлаждения. Тепло выделяется в хладагент в пределах корпуса и уносится с хладагентом. Тепло, выделенное в хладагент, затем вновь отводится из хладагента на теплообменнике.

В принципе, есть возможность оснащения системы жидкостного охлаждения турбины отдельным теплообменником или, взамен - в случае двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением - использования теплообменника системы охлаждения двигателя, то есть, теплообменника другой системы жидкостного охлаждения. Последний требует всего лишь надлежащих соединений между двумя контурами.

Однако, в этом контексте, следует принимать во внимание, что количество тепла, которое должно поглощаться хладагентом в турбине, может иметь значение 40 кВт или более, если материалы, которые имеют низкую устойчивость к тепловым нагрузкам, такие как алюминий, используются для изготовления корпуса. Отведение такого большого количества тепла из хладагента в теплообменнике и рассеяние его в окружающую среду посредством потока воздуха оказывается проблематичным.

По общему признанию, современные приводы моторных транспортных средств оснащены мощными электродвигателями вентиляторов, чтобы снабжать теплообменники массовым расходом воздуха, требуемым для достаточно высокой теплоотдачи. Однако, еще один параметр, который является решающим для теплоотдачи, а именно, площадь поверхности, сделанная содержащейся в распоряжении для теплоотдачи, не может быть сделана произвольно большой или увеличенной по своему желанию, поскольку пространство, содержащееся в распоряжении в области передней части транспортного средства, в которой предпочтительно расположен теплообменник, ограничено.

В дополнение к теплообменнику для охлаждения двигателя, современные моторные транспортные средства часто имеют дополнительные теплообменники, главным образом, охлаждающие устройства. Охладитель наддувочного воздуха часто расположен на стороне впуска двигателя внутреннего сгорания с наддувом, чтобы охлаждать сжатый наддувочный воздух и добиваться улучшенного наполнения цилиндров. Для соблюдения максимально допустимой температуры масла, рассеяния тепла через поддон картера, обусловленного теплопроводностью и естественной конвекцией, часто не достаточно, а потому, в отдельных случаях, предусмотрен масляный радиатор, предпочтительно, масляный радиатор с жидкостным охлаждением.

Современные двигатели внутреннего сгорания, кроме того, все больше и больше оснащаются рециркуляцией выхлопных газов. Рециркуляция выхлопных газов является мерой, которая противодействует формированию оксидов азота. Чтобы добиваться значительного снижения выбросов оксидов азота, требуются высокие интенсивности рециркуляции выхлопных газов, делая неизбежным обширное охлаждение выхлопных газов, которые должны подвергаться рециркуляции, то есть, повышение плотности выхлопных газов посредством охлаждения. Могут быть предусмотрены дополнительные охладители, например, для охлаждения трансмиссионного масла в автоматических трансмиссиях и/или для охлаждения гидравлических жидкостей, в частности, гидравлического масла, которое используется в контексте регулировочных устройств с гидравлическим приводом, или для усиления рулевого управления. Конденсатор кондиционирования воздуха системы кондиционирования воздуха также является теплообменником, который должен рассеивать тепло в окружающую среду во время работы, то есть, требует достаточно высокого потока воздуха, а потому, должен быть расположен в области передней части.

Благодаря условиям очень ограниченного пространства в области передней части и большому количеству теплообменников, может не быть возможным устанавливать размеры отдельных теплообменников некоторым образом, соответствующим требованиям.

На самом деле, нет возможности компоновки достаточно большого теплообменника для жидкостного охлаждения турбины в области передней части, чтобы быть способным рассеивать большие количества тепла, которые возникают при использовании материалов, которые в меньшей степени устойчивы к тепловым нагрузкам.

В конструктивной конфигурации охлаждаемой турбины, есть необходимость в компромиссе между холодопроизводительностью и материалом, фундаментальная цель состоит в том, чтобы охлаждать турбину в степени, фактически требуемой материалом, чтобы, таким образом, осуществлять оптимальное использование энтальпии выхлопных газов у раскаленных выхлопных газов, которая, в значительной степени, определяется температурой выхлопных газов в числе других факторов.

При условии того, что было изложено, цель настоящего полезной модели состоит в том, чтобы предоставить двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий радиальную турбину с жидкостным охлаждением, в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы полезной модели, который оптимизирован в отношении турбины, в частности, в отношении материала и охлаждения турбины.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Указанная задача решается двигателем внутреннего сгорания с наддувом, содержащим радиальную турбину с жидкостным охлаждением, содержащую корпус турбины, в котором расположено лопастное колесо, установленное на вращающемся валу, причем

проточный канал, несущий выхлопные газы, продолжается по спирали вокруг лопастного колеса в корпусе турбины, начиная от впускного отверстия для выхлопных газов, и

корпус турбины содержит по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус турбины, для образования системы жидкостного охлаждения,

при этом

по меньшей мере один канал хладагента проходит через язычковый выступ корпуса, образованный корпусом турбины в конце проточного канала, несущего выхлопные газы.

Согласно полезной модели, традиционная охлаждающая рубашка, которая полностью окружает, то есть, надевает чехол на, лопастное колесо, не предусмотрена в корпусе турбины; взамен, предусмотрен только канал хладагента, который проходит через язычковый выступ корпуса, образованный в корпусе турбины.

Язычковый выступ корпуса, который исполняет роль или помогает формировать конец проточного канала, несущего выхлопные газы, и который находится как можно ближе к вращающемуся лопастному колесу, является областью корпуса турбины, подверженной наивысшим тепловым нагрузкам. Есть одновременно несколько причин для этого.

С одной стороны, выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания проходят язычковый выступ корпуса дважды, а именно, один раз при поступлении в корпус турбины, то есть, при вхождении в проточный канал, несущий выхлопные газы, продолжающийся по окружности вокруг лопастного колеса, а второй раз, при заключительном вхождении на вращающееся лопастное колесо в конце проточного канала. Следовательно, язычковый выступ корпуса на обеих сторонах подвергается воздействию раскаленными выхлопными газами, и тепло, привносимое на язычковый выступ выхлопными газами, может рассеиваться посредством теплопроводности по существу только через узкую перемычку, которой язычковый выступ присоединен к реальному корпусу турбины. Язычковый выступ подвергается тепловому напряжению раскаленным потоком выхлопных газов не только на обеих сторонах, а именно, на конце проточного канала и выше по потоку от проточного канала во впускной области турбины, но также на его свободном конце, который расположен напротив лопастного колеса и так же подвергается раскаленным выхлопным газам.

Более того, поток выхлопных газов отклоняется в большей или меньшей степени язычковым выступом корпуса, чтобы направлять выхлопные газы на лопастное колесо. Здесь, поток выхлопных газов ударяется о язычковый выступ корпуса и имеет составляющую скорости, которая перпендикулярна стенке язычкового выступа, тем самым, повышая теплопередачу, обусловленную конвекцией, а следовательно, тепловую нагрузку язычкового выступа корпуса.

По упомянутым причинам, поэтому, полезно пропускать по меньшей мере один канал хладагента сквозь язычковый выступ корпуса, для образования систему жидкостного охлаждения.

Задача полезной модели не состоит в том, чтобы охватить лопастное колесо хладагентом на максимально возможной площади, а отсюда, добиться наибольшего возможного охлаждения. В противоположность, холодопроизводительность ограничена, поскольку предусмотрен всего лишь одиночный канал хладагента, проходящий через язычковый выступ корпуса, для образования системы охлаждения.

Посредством этой меры, максимальное количество тепла, которое может рассеиваться, преимущественно уменьшено или ограничено. Это устраняет проблему вынуждения рассеивать очень большие количества тепла, поглощенного хладагентом в корпусе турбины.

Надлежащий материал, соответствующий умеренной холодопроизводительности должен быть выбран для изготовления корпуса турбины согласно полезной модели, а именно, серый чугун или литая сталь, или тому подобное. Полезны варианты осуществления, в котором корпус турбины изготавливается из серого чугуна.

С одной стороны, концепция согласно полезной модели дает возможность обходиться без материалов с высокой устойчивостью к тепловым нагрузкам, в частности, материалов, содержащих в себе никель, для производства корпуса турбины, поскольку согласно полезной модели также правильно, чтобы турбина была снабжена системой охлаждения, которая обеспечивает понижение температуры и уменьшает тепловую нагрузку материала.

С другой стороны, холодопроизводительность не делается настолько большой, что могли бы использоваться материалы всего лишь с низкой устойчивостью к тепловым нагрузкам, такие как алюминий.

Процедура согласно полезной модели устраняет необходимость использовать дорогостоящие материалы без необходимости рассеивать чрезмерно большие количества тепла в контексте охлаждения турбины.

Это решает задачу, лежащую в основе полезной модели, а именно, задачу предоставления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащего радиальную турбину с жидкостным охлаждением, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы полезной модели, который оптимизирован в отношении турбины.

Согласно полезной модели, турбина воплощена в качестве радиальной турбины, то есть, набегающий поток на лопасти ротора является по существу радиальным. Здесь, по существу радиальный означает, что составляющая скорости в радиальном направлении больше, чем осевая составляющая скорости. Вектор скорости потока пересекает вал или ось турбины, конкретнее, под прямым углом, если набегающий поток является в точности радиальным. До такой степени, радиальная турбина также может иметь конструкцию со смешанным потоком до тех пор, пока составляющая скорости в радиальном направлении больше, чем составляющая скорости в осевом направлении.

Чтобы предоставить возможность радиального набегающего потока на лопасти ротора лопастного колеса, впускная область для ввода выхлопных газов часто сконструирована в качестве охватывающего по окружности спирального или закрученного по спирали корпуса, таким образом, гарантируя, что приток выхлопных газов в турбину является по существу радиальным.

Полезны варианты осуществления, в которых корпус турбины является отливкой. Посредством отливки и использования надлежащих внутренностей, можно формировать сложную структуру корпуса за единственную операцию, и все, что в таком случае требуется для конструирования турбины, поэтому, является чистовой обработкой корпуса и сборкой.

Также могут быть полезны варианты осуществления, в которых турбина является двухпоточной турбиной, которая содержит впускную область с двумя впускными отверстиями для выхлопных газов и двумя проточными каналами, несущими выхлопные газы, при этом выпускные магистрали двигателя внутреннего сгорания предпочтительно присоединены к двухпоточной турбине группами таким образом, чтобы потоки выхлопных газов - если вообще есть - объединяются ниже по потоку от турбины. Если выпускные магистрали группируются таким образом, чтобы могли поддерживаться высокие давления, в частности, пульсации перед выпуском, пригодна двухпоточная турбина, в частности, для импульсного турбонаддува, это также дает возможность добиваться высоких степеней повышения давления турбины на низких скоростях вращения двигателя.

Используемая радиальная турбина может быть снабжена переменной геометрией турбины, предоставляя возможность обширной адаптации к соответствующим рабочим точкам двигателя внутреннего сгорания благодаря регулировке геометрии турбины или эффективного поперечного сечения турбины. В этой компоновке, направляющие лопатки для оказания влияния на направления потока расположены во впускной области турбины. В противоположность лопаткам рабочего колеса вращающегося лопастного колеса, направляющие лопатки не вращаются с валом турбины. Направляющие лопатки являются закрепленными, однако, не полностью неподвижными, но могут поворачиваться вокруг своей оси, давая возможность оказывать влияние на набегающий поток на лопасти ротора.

Дополнительные полезные варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом обсуждены ниже в соответствии с зависимыми пунктами формулы полезной модели.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один канал хладагента продолжается параллельно оси вращения лопастного колеса, по меньшей мере на некотором участке или участках.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один канал хладагента проходит по прямой линии, по меньшей мере на некотором участке или участках.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один канал хладагента выходит из корпуса турбины по меньшей мере в одной точке.

Вышеприведенные варианты осуществления облегчают образование по меньшей мере одного охлаждающего канала в качестве части операции чистовой обработки, например посредством свершения, при этом открытый конец канала может запечатываться заглушкой или, в качестве альтернативы, может служить в качестве впуска или выпуска хладагента.

В этой компоновке, канал хладагента может пропускаться избирательно в области, которые подвергаются особенно высоким тепловым нагрузкам, со стенками разграничивающими канал и охлаждаемые области, прилегающие к каналу.

Охлаждение может улучшаться преимущественным образом посредством формирования падения давления на канале хладагента, тем самым, повышая скорость в канале, что ведет к повышенной теплопередаче, обусловленной конвекцией. Падение давления этой разновидности также предлагает преимущества в качестве движущей силы для подачи хладагента через канал.

Двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели, в частности, пригоден для турбонаддува с приводом от выхлопных газов, в котором по меньшей мере одна радиальная турбина подвергается особенно высоким тепловым нагрузкам из-за высоких температур выхлопных газов, а потому, охлаждение турбины является особенно полезным.

Поэтому, также полезны варианты осуществления, в которых радиальная турбина является частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.

Наддув, главным образом, служит для подъема мощности двигателя внутреннего сгорания. В этом процессе, воздух, требуемый для процесса сгорания, сжимается, тем самым, предоставляя большей массе воздуха возможность подаваться в каждый цилиндр за каждый рабочий цикл. Как результат, масса топлива, а отсюда, среднее давление, может увеличиваться.

Наддув является подходящим средством подъема мощности двигателя внутреннего сгорания наряду с оставлением рабочего объема двигателя неизменным или снижения рабочего объема двигателя для той же самой мощности. В каждом случае, наддув приводит к повышению мощности на единицу объема и более благоприятному отношению мощности к массе. В одних и тех же граничных условиях транспортного средства, распределение нагрузки, таким образом, может смещаться по направлению к более высоким нагрузкам, при которых ниже удельный расход топлива.

По сравнению с механическим нагнетателем, преимущество турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов состоит в том, что нет необходимости механического соединения для передачи мощности между нагнетателем и двигателем внутреннего сгорания. Тогда как механический нагнетатель отбирает энергию, требуемую для его приведения в движение, непосредственно от двигателя внутреннего сгорания, турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов использует энергию выхлопных газов у раскаленных выхлопных газов.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых выпускные магистрали цилиндров сходятся в пределах головки блока цилиндров для образования по меньшей мере одного встроенного выпускного коллектора, ведущего в по меньшей мере одну общую выпускную магистраль.

Следует принимать во внимание, что фундаментальная задача состоит в том, чтобы компоновать турбину, в частности, турбину турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов как можно ближе к выпуску цилиндров для того, чтобы, таким образом, быть способным оптимально использовать энтальпию (скрытую энергию) выхлопных газов у раскаленных выхлопных газов, которая в решающей степени определяется давлением выхлопных газов и температурой выхлопных газов, и чтобы гарантировать быструю реакцию от турбины или турбонагнетателя. Более того, расстояние, пройденное раскаленными выхлопными газами в различные системы последующей очистки выхлопных газов должно быть как можно более коротким, чтобы давать выхлопным газам небольшое время для остывания и чтобы гарантировать, что системы последующей очистки выхлопных газов достигают своей рабочей температуры или температуры розжига как можно быстрее, особенно после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Для достижения указанной задачи, целесообразно сводить выпускные магистрали вместе, для образования по меньшей мере одного встроенного выпускного коллектора внутри головки блока цилиндров. С одной стороны, объема магистрали, то есть, объем выпускных магистралей выше по потоку от турбины, уменьшается, таким образом, улучшая реакцию турбины. С другой стороны, укороченные магистрали выхлопных газов также ведут к более низкой тепловой инерции системы выпуска выше по потоку от турбины с тем результатом, что температура выхлопных газов на впуске турбины повышается, по этой причине, энтальпия выхлопных газов на впуске турбины также больше.

Сведение выпускных магистралей вместе в пределах головки блока цилиндров, более того, предоставляет возможность плотной компоновки узла привода.

Однако, головка блока цилиндров, сконструированная таким образом, подвержена более высоким тепловым нагрузкам, чем традиционная головка блока цилиндров, оснащенная внешним коллектором, а потому, создает повышенную потребность в системе охлаждения.

Тепло, освобожденное во время сгорания вследствие экзотермической химической конверсии топлива, частично рассеивается через стенки, разграничивающие камеру сгорания, в головку блока цилиндров и блок цилиндров и частично посредством потока выхлопных газов в прилегающие компоненты и окружающую среду. Чтобы поддерживать тепловую нагрузку головки блока цилиндров в определенных пределах, некоторая часть теплового потока, введенного в головку блока цилиндров, должна снова отводиться из головки блока цилиндров.

Благодаря значительно более высокой теплоемкости жидкостей относительно воздуха, значительно большие количества тепла могут рассеиваться системой жидкостного охлаждения, чем системой воздушного охлаждения, по этой причине, головки блока цилиндров обсуждаемого типа преимущественно оснащены системой жидкостного охлаждения.

Система жидкостного охлаждения требует, чтобы головка блока цилиндров была оснащена по меньшей мере одной охлаждающей рубашкой, то есть системой каналов хладагента, которые несут хладагент через головку блока цилиндров, требуя сложной структуры для конструкции головки блока цилиндров. С одной стороны, прочность головки блока цилиндров, которая подвергается высоким механическим и тепловым нагрузкам, снижается введением каналов хладагента. С другой стороны, тепло не должно сначала проводиться на поверхность головки блока цилиндров, чтобы рассеиваться, как в случае воздушного охлаждения. Тепло переносится в хладагент внутри самой головки блока цилиндров. В этом случае, хладагент подается посредством насоса, расположенного в контуре охлаждения, обеспечивающего, чтобы она циркулировала в рубашке хладагента. Таким образом, тепло, выделяемое в хладагент, выносится изнутри головки блока цилиндров и вновь отводится из хладагента на теплообменнике.

Система жидкостного охлаждения показывает на практике преимущество, в особенности в случае двигателя с наддувом разновидности, который формирует предмет настоящей полезной модели, поскольку тепловая нагрузка двигателей с наддувом является значительно более высокой, чем у традиционных двигателей внутреннего сгорания.

Из того, что было изложено выше, следует, что полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых головка блока цилиндров оснащена по меньшей мере одной охлаждающей рубашкой, встроенной в головку блока цилиндров, для образования системы жидкостного охлаждения.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна охлаждающая рубашка, встроенная в головку блока цилиндров, присоединена к по меньшей мере одному каналу хладагента корпуса турбины. В таком случае, другим компонентам и узлам, требуемым для образования контура охлаждения, в принципе, необходимо иметь всего лишь простую конструкцию, поскольку они могут использоваться как для контура охлаждения корпуса турбины, так и для контура охлаждения головки блока цилиндров, приводя к синергии и значительному снижению себестоимости, а также вызывая снижение веса. Таким образом, предпочтительно предусмотрен только один насос для подачи хладагента и единственный бачок для накопления хладагента. Тепло, выделяемое в хладагент в головке блока цилиндров и в корпусе, может отводиться из хладагента на общем теплообменнике.

В случае двигателей внутреннего сгорания, которые оснащены охлаждающим контуром для образования системы жидкостного охлаждения, в принципе, полезны варианты осуществления, в которых по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус турбины, является по меньшей мере присоединяемым к контуру хладагента двигателя внутреннего сгорания.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус турбины содержит по меньшей мере один дополнительный канал хладагента, встроенный в корпус турбины, продолжающийся по окружности вокруг вала в корпусе, по меньшей мере на некотором участке или участках, и, при этом, предпочтительно следует ходу проточного канала, несущего выхлопные газы, будучи прилегающим сбоку или по кругу снаружи относительно него.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один дополнительный канал хладагента присоединен к по меньшей мере одному каналу хладагента, проходящему через язычковый выступ корпуса. Таким образом, связанная цельная система охлаждения формируется в корпусе турбины.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых радиальная турбина присоединена на сборочной поверхности к корпусу подшипника, в котором установлен вращающийся вал.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус подшипника содержит по меньшей мере одну охлаждающую рубашку, встроенную в корпус подшипника, для образования системы охлаждения.

В этом контексте, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна охлаждающая рубашка расположена смежно и разнесена на расстояние от сборочной поверхности.

В представленном случае, минималистическое охлаждение корпуса турбины дополняется системой жидкостного охлаждения, предусмотренной в корпусе подшипника. Корпус подшипника, который служит для приема вала лопастного колеса турбины, присоединен к сборочной поверхности корпуса турбины, с тем результатом, что охлаждающая рубашка, встроенная в корпус подшипника в положении, смежном и разнесенным на расстояние от сборочной поверхности, также служит для отведения тепла из корпуса турбины через сборочную поверхность.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна охлаждающая рубашка, встроенная в корпус подшипника, присоединена или может присоединяться к по меньшей мере одному каналу хладагента, проходящему через язычковый выступ корпуса. Охлаждающая рубашка корпуса подшипника, в таком случае, может питаться хладагентом через канал хладагента, или наоборот, гарантируя, что нет необходимости предусматривать какие-либо дополнительные отверстия подачи хладагента и отверстия отведения хладагента и, к тому же, давая возможность обходиться без дополнительных магистралей хладагента.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна охлаждающая рубашка присоединена или может быть присоединена к контуру хладагента двигателя внутреннего сгорания. Причинами являются те, которые изложены выше.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна охлаждающая рубашка, встроенная в корпус подшипника, продолжается и выровнена вдоль лопастного колеса, то есть, покрывает контур лопастного колеса на манер рубашки.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один дополнительный канал хладагента, встроенный в корпус турбины, расположен на стороне лопастного колеса, обращенной от корпуса подшипника.

Если по меньшей мере один дополнительный канал хладагента расположен на стороне лопастного колеса, являющейся обращенной от корпуса подшипника, проточный канал турбины, несущий выхлопные газы и продолжающийся по спирали вокруг лопастного колеса, охлаждается с обеих сторон, то есть, с обеих сторон лопастного колеса, если корпус подшипника оснащен соответствующей системой охлаждения.

Однако также могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один дополнительный канал хладагента продолжается по периферии вокруг и на некотором расстоянии от проточного канала, несущего выхлопные газы. Это происходит потому, что выхлопные газы отклоняются в круговом направлении на наружной периферии проточного канала, по этой причине, тепловая нагрузка, обусловленная переносом тепла, является наибольшей в этой области граничной стенки на стороне выхлопных газов.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере одна выемка выполнена в сборочной поверхности корпуса турбины и/или корпуса подшипника.

В представленном случае, по меньшей мере одна выемка предусмотрена на сборочной поверхности, действующая в качестве теплового барьера и затрудняющая, чтобы тепло текло напрямую между корпусом подшипника и корпусом турбины, и тем самым, уменьшающая или избирательно проводящая тепловой поток, а именно, вокруг по меньшей мере одной выемки. Посредством конструктивной конфигурации по меньшей мере одной выемки, в частности, ее профилирования и компоновки, можно оказывать влияние на тепловые потоки, а отсюда, распределение температуры в корпусе. Таким образом, также возможно, чтобы множество выемок было расположено по окружности вокруг вала. То обстоятельство, что выемка открыта на сборочную поверхность, упрощает формирование, то есть, изготовление выемки, которая может формироваться вместе с корпусом в процессе отливки или позже, чистовой обработкой.

По меньшей мере одна выемка приводит к уменьшенному тепловому потоку из областей корпуса, которые находятся под защитой выемки, например, между проточным каналом, несущим выхлопные газы, и выемкой. Одновременно, тепловой поток усиливается посредством ребер, ведущих мимо выемки, например, из областей корпуса, которые продолжаются по периферии вокруг и на некотором расстоянии от проточного канала, несущего выхлопные газы, по наружной поверхности. Это точно те области корпуса турбины, которые подвергаются особенно высоким тепловым нагрузкам благодаря непрерывному отклонению потока выхлопных газов на наружной периферии проточного канала.

Выполнение по меньшей мере одной выемки также вносит вклад в становление температурного распределения в корпусе более равномерным, а отсюда, в уменьшение падения температуры, которое обычно происходит на корпусе в предшествующем уровне техники, без необходимости предусматривать множество каналов хладагента или конструировать канал хладагента в качестве охлаждающей рубашки с большой поверхностью, нечто вроде того, что было бы связано с неблагоприятно большими количествами тепла, которое должно рассеиваться, что должно считаться фундаментально проблематичным.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых по меньшей мере одна выемка в корпусе турбины находится напротив по меньшей мере одной охлаждающей рубашки, встроенной в корпус подшипника - когда обозревается параллельно валу. В этом контексте, «обозревается параллельно валу» означает просматривается в направлении линии, параллельной валу.

По меньшей мере одна выемка может быть заполнена воздухом или некоторым другим материалом в ходе сборки.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус турбины содержит только один канал хладагента, проходящий через язычковый выступ корпуса, для образования системы жидкостного охлаждения. То есть, вся система жидкостного охлаждения турбины состоит из единственного канала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Полезная модель подробнее описана ниже посредством иллюстративного варианта осуществления в соответствии с фигурой, на которой:

показана радиальная турбина по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания в разрезе, перпендикулярном валу лопастного колеса турбины.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Фигура показывает радиальную турбину 1 по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания в разрезе, перпендикулярном валу 4 лопастного колеса 3 турбины. Вал 4 образует ось 41 вращения для лопастного колеса 3 турбины 1.

Радиальная турбина 1 содержит корпус 2 турбины, в котором расположено лопастное колесо 3, установленное с возможностью вращения на валу 4. Чтобы давать возможность потока радиального набегающего потока на лопасти ротора, корпус 2 для ввода выхлопных газов выполнен в виде универсального спирального корпуса. Начиная от впускного отверстия 51 для выхлопных газов, образованного во фланце 7, раскаленные выхлопные газы текут через проточный канал 5, который продолжается по спирали вокруг лопастного колеса 3. Конец проточного канала 3 формирует язычковый выступ 21 корпуса, который, в представленном случае, является неотъемлемой частью корпуса 2 турбины и продолжается на столько же, насколько наружная периферия лопастного колеса 3.

Для образования системы 6 жидкостного охлаждения, корпус 2 турбины содержит встроенный канал 61 хладагента, который проходит сквозь язычковый выступ 21 корпуса. Канал 61 хладагента проходит по прямой линии и продолжается параллельно оси 41 вращения лопастного колеса 3. В представленном случае, канал 61 выполнен в корпусе 2 посредством сверления.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Радиальная турбина

2 - Корпус турбины

21 - Язычковый выступ корпуса

3 - Лопастное колесо

4 - Вал

41 - Продольная ось, ось вращения

5 - Проточный канал, несущий выхлопные газы

51 - Впускное отверстие для выхлопных газов

6 - Система жидкостного охлаждения

61 - Канал хладагента

7 - Фланец

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий радиальную турбину (1) с жидкостным охлаждением, содержащую корпус (2) турбины, в котором расположено лопастное колесо (3), установленное на вращающемся валу (4), в котором

проточный канал (5), несущий выхлопные газы, продолжается по спирали вокруг лопастного колеса (3) в корпусе (2) турбины, начиная от впускного отверстия (51) для выхлопных газов, а

корпус (2) турбины содержит по меньшей мере один канал (61) хладагента, встроенный в корпус (2) турбины, для образования системы (6) жидкостного охлаждения,

при этом

по меньшей мере один канал (61) хладагента проходит через язычковый выступ (21) корпуса, образованный корпусом (2) турбины в конце проточного канала (5), несущего выхлопные газы.

2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором по меньшей мере один канал (61) хладагента продолжается параллельно оси вращения (41) лопастного колеса (3) по меньшей мере на некотором участке или участках.

3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором по меньшей мере один канал (61) хладагента продолжается по прямой линии по меньшей мере на некотором участке или участках.

4. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором по меньшей мере один канал (61) хладагента выходит из корпуса (2) турбины по меньшей мере в одной точке.

5. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором радиальная турбина (1) является частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.

6. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, который оснащен охлаждающим контуром для образования системы жидкостного охлаждения, при этом по меньшей мере один канал (61) хладагента, встроенный в корпус (2) турбины, выполнен по меньшей мере с возможностью соединения с охлаждающим контуром двигателя внутреннего сгорания.

7. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором корпус (2) турбины содержит по меньшей мере один дополнительный канал хладагента, встроенный в корпус (2) турбины, продолжающийся по окружности вокруг вала (4) в корпусе (2), по меньшей мере на некотором участке или участках.

8. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 7, в котором по меньшей мере один канал хладагента присоединен к по меньшей мере одному каналу (61) хладагента, проходящему через язычковый выступ (21) корпуса.

9. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором радиальная турбина (1) присоединена на сборочной поверхности к корпусу подшипника, в котором установлен вращающийся вал (4).

10. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 9, в котором корпус подшипника содержит по меньшей мере одну охлаждающую рубашку, встроенную в корпус подшипника для образования системы охлаждения.

11. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 10, в котором по меньшей мере одна охлаждающая рубашка расположена смежно и разнесена на расстояние от сборочной поверхности.

12. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 10, в котором по меньшей мере одна охлаждающая рубашка присоединена к по меньшей мере одному каналу (61) хладагента, проходящему через язычковый выступ (21) корпуса.

13. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 9-12, в котором по меньшей мере один дополнительный канал хладагента, встроенный в корпус (2) турбины, расположен на стороне лопастного колеса (3), обращенной от корпуса подшипника.

14. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором по меньшей мере одна выемка выполнена в сборочной поверхности корпуса (2) турбины и/или корпусе подшипника.

15. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из пп. 1-6, в котором корпус (2) турбины содержит только один канал (61) хладагента, проходящий через язычковый выступ (21) корпуса, для образования системы (6) жидкостного охлаждения.