ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА (ВАРИАНТЫ) И ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F02F1/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к головке цилиндра, предназначенной для использования с двигателем внутреннего сгорания, и, более конкретно, к головке цилиндра, имеющей выемку, отделяющую огневую плиту камеры сгорания от участка зацепления с блоком цилиндров.

Уровень техники

Типичный двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров, головку цилиндра, закрепленную на блоке, один или больше поршней и одну или больше камер сгорания. Блок цилиндров имеет, по меньшей мере, одно отверстие в блоке цилиндров, в котором установлена гильза цилиндра, и каждый поршень установлен с возможностью скольжения в каждой гильзе цилиндра. Головка цилиндра имеет корпус, и корпус, поршень и гильза цилиндра образуют камеру сгорания.

Типичную головку цилиндра для двигателя внутреннего сгорания формируют в процессе литья, и она имеет внутреннюю стенку, внешнюю стенку и боковые стенки. Головка цилиндра сконструирована так, что с ее помощью управляют потоком газов из впускных коллекторов в головку цилиндра, в камеру сгорания и из камеры сгорания в выпускные коллекторы в головке цилиндра. Головка цилиндра имеет три области, в общем, называемые верхней плитой, средней плитой и нижней плитой. Нижняя плита установлена на блоке цилиндров рядом с камерой сгорания, и частично образуя одну или больше камер сгорания. Обычно поток газов проходит через нижнюю плиту головки цилиндра. Если требуется, в головке цилиндра могут быть установлены топливная форсунка и механизм зажигания для каждой камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания. Поскольку каждый из этих элементов требует наличия отверстий в камеру сгорания через нижнюю плиту, существуют области на нижней плите, подвергаемые повышенным уровням нагрева и механических напряжений, развивающихся в процессе сгорания.

В результате работы двигателя внутреннего сгорания камера сгорания, головка цилиндра и поршень так же, как и другие области блока цилиндров, повергаются высоким уровням нагрева. Тепло формирует температурные градиенты через двигатель, которые возникают в результате тепла, выделяемого в процессе сгорания, и в процессе работы системы охлаждения. Температурные градиенты могут формировать локализованные области напряжения и горячие пятна в нижней плите головки цилиндра, которые в результате потенциально могут изменить степень регулировки клапанов, совмещение топливной форсунки, механизма зажигания и других компонентов двигателя, в результате чего двигатель будет работать в неидеальном режиме. Кроме того, когда нижняя плита головки цилиндра подвергается таким механическим напряжениям, нижняя плита потенциально может деформироваться или растрескаться.

Обычно каналы для протекания текучей среды предусмотрены в головке цилиндра для отбора тепла из горячих пятен. Использование каналов для протекания текучей среды в качестве каналов для охлаждающей текучей среды способствует поддержанию головки цилиндра в режиме, близком к равномерной температуре, и снижает вероятность растрескивания в результате флуктуации температуры головки цилиндра. В патенте US 4690104 ("Yasukawa") описан один из таких типов головки цилиндра. Публикация Yasukawa направлена на головку цилиндра, в которой предусмотрены заглушки для ускорения потока охлаждающей текучей среды в области с большими площадями поперечного сечения. Кроме того, в публикации Yasukawa предусмотрено несколько ребер, расположенных на участках выступов, с помощью которых закрепляют головку цилиндра на блоке цилиндров, а также на цилиндрических стенках, которые соединяют впускной и выпускной клапаны с камерой сгорания.

Один из недостатков конструкции Yasukawa состоит в том, что ни заглушки, ни ребра не обеспечивают дополнительную жесткость для внутренних стенок головки цилиндра. В результате внутренние стенки несут потенциал возникновения проблем, связанных с недостаточной жесткостью и выходом из строя из-за циклических нагрузок, возникающих в результате сгорания топлива в камерах сгорания. Кроме того, конструкция Yasukawa не обеспечивает поток охлаждающей текучей среды в определенных областях двигателя, которые, вероятно, имеют самые высокие температуры.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение одной или более проблем или недостатков, существующих в предшествующем уровне техники.

Поставленная задача решена посредством головки цилиндра, содержащей:

верхнюю плиту;

нижнюю плиту, образующую участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания; а также

боковую стенку, расположенную между верхней плитой и нижней плитой;

причем огневая плита камеры сгорания расположена на расстоянии от участка соединения с блоком посредством выемки, сформированной на нижней плите головки цилиндра, в которой выемка образует внешний контур огневой плиты камеры сгорания, при этом образуется промежуток между огневой плитой камеры сгорания и участком соединения с блоком, при этом выемка проходит вокруг большей части внешнего контура огневой плиты камеры сгорания,

при этом выемка, по меньшей мере, частично заходит, в вертикальном направлении, за гильзу цилиндра блока цилиндров,

причем выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

Предпочтительным является то, что выемка полностью окружает внешний контур огневой плиты камеры сгорания, или выемка частично окружает внешний контур огневой плиты камеры сгорания.

Выемка выполнена треугольной формы поперечного сечения, или полуовальной формы, или полукруглой формы, или прямоугольной формы.

Выемка опосредованно сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды.

Предпочтительным является то, что выемка непосредственно сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды.

Выемка имеет внешний контур с размерами и формой, которые, по меньшей мере, частично соответствуют размеру и форме внешнего контура рубашки для текучей среды вокруг гильзы цилиндра.

Участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, а огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком.

Предпочтительным является то, что огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке с помощью внутренней опорной стенки, расположенной между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой.

Поставленная задача решена посредством двигателя, содержащего:

блок цилиндров, содержащий отверстие цилиндра и поршень, установленный с возможностью скольжения внутри отверстия цилиндра; а также

головку цилиндра, содержащую нижнюю плиту, соединенную с блоком цилиндров, при этом нижняя плита образует участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания;

причем огневая плита камеры сгорания отделена от участка соединения с блоком выемкой, проходящей, по существу, вокруг всего внешнего контура огневой плиты камеры сгорания;

при этом выемка, по меньшей мере, частично заходит, в вертикальном направлении, за гильзу цилиндра блока цилиндров,

причем выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

Предпочтительным является то, что рубашка для текучей среды сформирована внешним диаметром гильзы цилиндра и внутренней стенкой отверстия цилиндра;

причем участок выемки в головке цилиндра совмещен с рубашкой для текучей среды, при этом сформирован непосредственный путь для протекания текучей среды между рубашкой для текучей среды и выемкой.

Рубашка для текучей среды расположена вдоль большей части длины гильзы цилиндра.

Целесообразным является то, что рубашка для текучей среды образована внешним диаметром гильзы цилиндра и внутренней стенкой отверстия цилиндра;

причем гильза цилиндра содержит распорку, которая проходит от внешней поверхности гильзы цилиндра до внутренней стенки отверстия цилиндра, образуя канал охлаждения в рубашке для текучей среды;

при этом канал охлаждения сообщается по текучей среде с выемкой в головке цилиндра через трубопровод для текучей среды.

Выемка содержит пару выходных портов, при этом текучая среда вытекает через выемку из любого из выходных портов.

Выходные порты сообщаются по текучей среде со второй рубашкой для текучей среды, которая сформирована в головке цилиндра.

Головка цилиндра содержит корпус, определенный верхней плитой, нижней плитой и боковой стенкой, расположенной между верхней и нижней плитой;

причем участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, а огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком,

при этом огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке с помощью внутренней опорной стенки, которая расположена между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой.

Предпочтительным является то, что внутренняя опорная стенка расположена под углом относительно плоскости нижней плиты головки цилиндра.

Поставленная задача решена посредством головки цилиндра, содержащей:

верхнюю плиту;

нижнюю плиту, образующую участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания; а также

боковую стенку, расположенную между верхней плитой и нижней плитой;

при этом огневая плита камеры сгорания расположена на расстоянии от участка соединения с блоком посредством выемки, проходящей, по существу, вокруг всего внешнего контура огневой плиты камеры сгорания;

а участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, при этом огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком с помощью внутренней опорной стенки, расположенной между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой;

причем выемка, по меньшей мере, частично заходит, в вертикальном направлении, за гильзу цилиндра блока цилиндров,

при этом выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

Предпочтительным является то, что внутренняя опорная стенка проходит от внешнего контура огневой плиты камеры сгорания к боковой стенке головки цилиндра.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - разрез участка двигателя, имеющего блок цилиндров и головку цилиндра;

фиг.2 - разрез по линии 2-2 головки цилиндра по фиг.1;

фиг.3 - участок двигателя по фиг.1;

фиг.4 - альтернативный вариант выполнения участка двигателя по фиг.3;

фиг.5 - участок двигателя, аналогичный представленному на фиг.3, имеющий альтернативный вариант выполнения гильзы цилиндра;

фиг.6 - разрез головки цилиндра в соответствии с альтернативным вариантом выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан участок двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 содержит блок 12 цилиндров и головку 14 цилиндра, закрепленную на блоке 12 цилиндров. Головка 14 цилиндра и блок 12 цилиндров могут быть соединены с использованием любого соответствующего механизма, как будет понятно для специалиста в данной области техники. В блоке 12 цилиндров образовано отверстие 16 в блоке цилиндров, в котором установлена гильза 18 цилиндра. Между внутренней стенкой 78 отверстия 16 цилиндра и гильзой 18 цилиндра существует промежуток. Этот промежуток образует рубашку 20 цилиндра для охлаждающей текучей среды, как будет более подробно описано ниже. Поршень 22 установлен с возможностью скольжения внутри гильзы 18 цилиндра. Поршень 22 перемещается внутри гильзы 18 цилиндра между положением верхней мертвой точки (ВМТ), то есть положением, самым близким к головке 14 цилиндра, и положением нижней мертвой точки (НМТ), то есть положением дальше всего от головки 14 цилиндра. Поршень 22, гильза 18 цилиндра и головка 14 цилиндра образуют камеру 24 сгорания. Участок головки 14 цилиндра, который образует верхнюю часть камеры 24 сгорания, представляет собой огневую плиту 26 камеры сгорания. В двигателе 10, представленном на фиг.1, показано только одно вертикально ориентированное отверстие 16 в блоке цилиндров, и один поршень 22 представлен в блоке 12 цилиндра. Однако блок 12 цилиндров может иметь любую другую обычную конструкцию, например V-образную или радиальную, и может иметь любое количество отверстий 16 и поршней 22, равномерно или неравномерно размещенных в блоке 12 цилиндров.

Головка 14 цилиндра двигателя 10 содержит корпус 28. Корпус 28 определен верхней плитой 30, нижней плитой 32 и боковой стенкой 34, продолжающейся между верхней плитой 30 и нижней плитой 32. Участок нижней плиты 32 находится в непосредственном контакте с блоком 12 цилиндров и называется здесь участком 36 соединения с блоком цилиндров. Участок 36 соединения с блоком обычно представляет собой плоскую поверхность, что более ясно можно видеть на фиг.2. Следует учесть, что, хотя нижняя плита 32 имеет участок, описанный как участок 36 соединения с блоком, головка цилиндра может соединяться с прокладкой для охлаждающей воды или с другой структурой. Таким образом, хотя нижняя поверхность головки 14 цилиндра не находится в непосредственном контакте с блоком 12 цилиндров, головка 14 цилиндра, по меньшей мере, опосредованно или частично установлена на нем.

На фиг.2 показан разрез головки 14 цилиндра, и иллюстрируются участок участка 36 соединения с блоком и выемка 72. Как показано на фиг.1 и 2, огневая плита 26 камеры сгорания и участок 36 соединения с блоком нижней плиты 32 разделены друг от друга на некоторое расстояние. Как показано, участок 36 соединения с блоком вдоль окружности смещен от огневой плиты 26 камеры сгорания. Выемка 72 разделяет огневую плиту 26 камеры сгорания и участок 36 соединения с блоком. На участке 36 соединения с блоком также может быть сформировано множество отверстий 42. Отверстия 42 на участке 36 соединения с блоком могут использоваться для множества назначений. Прежде всего отверстия 42 представляют собой отверстия 42 для крепления, которые могут использоваться как каналы, через которые могут быть пропущены крепления (не показаны) для закрепления головки 14 цилиндра на блоке 12 цилиндров. Другие отверстия (не показаны) могут быть сформированы для уменьшения общего веса головки 14 цилиндра.

Как также показано на фиг.1 и 2, в головке 14 цилиндра сформировано множество путей и каналов потока. В головку 14 цилиндра введена от источника, такого как резервуар с текучей средой (не показан), трубка 40 с охлаждающей текучей средой. Трубка 40 с охлаждающей текучей средой действует как трубка подачи охлаждающей текучей среды между резервуаром и рубашкой 44 головки цилиндра. Как показано, трубка 40 с охлаждающей текучей средой обходит и не подает текучую среду в рубашку 20 цилиндра для охлаждающей текучей среды. Резервуар также подает текучую среду в рубашку 20 цилиндра для охлаждающей текучей среды для обеспечения охлаждения вокруг поршня 22. Первый трубопровод 84 с текучей средой показан как соединяющий рубашку 20 цилиндра с охлаждающей текучей средой с выемкой 72 для подачи текучей среды в выемку 72. Пунктирными линиями показан второй трубопровод 118 с текучей средой. Второй трубопровод 118 с текучей средой (дополнительно показан и описан со ссылкой на фиг.4) соединяет рубашку 20 цилиндра для охлаждающей текучей среды с рубашкой 44 головки цилиндра для охлаждающей текучей среды. Хотя эти трубопроводы для текучей среды показаны как внешние трубопроводы, следует учесть, что здесь показано только схематичное представление, и трубопроводы для текучей среды могут быть выполнены внутри или снаружи, или с использованием комбинации внутренних и внешних трубопроводов для текучей среды.

Также на фиг.1 и 3 показано множество сверлений 43. Сверления 43 (использование которых общеизвестно в данной области техники) представляют собой каналы, сформированные посредством высверливания в головке 14 цилиндра. Сверления 43 в представленном варианте выполнения пересекают выемку 72, определяя, таким образом, выходные порты 88 из выемки 72, и продолжаются, обеспечивая сообщение по текучей среде с нижним участком 90 рубашки 44 головки цилиндра для текучей среды. Сверления также могут сообщаться по текучей среде с каналами 45, которые окружают каждое (или выбранные) из первого и второго отверстий 52, 54. Для уплотнения самых внешних участков сверления 43 таким образом, чтобы охлаждающая текучая среда не проливалась из головки 14 цилиндра, используют заглушки 47 для блокирования самых внешних концов сверлений 43. Следует учесть, что текучая среда может представлять собой воду, масло, воздух или любую другую текучую среду, которая пригодна для охлаждения в соответствии с изобретением. Сверления 43, предпочтительно, могут быть сформированы внутри головки 14 цилиндра и невидимы при просмотре нижней плиты 32 головки 14 цилиндра.

Как упомянуто выше, участок нижней плиты 32, который расположен над упомянутым выше отверстием 16 цилиндра и образует верхний участок камеры 24 сгорания, представляет собой огневую плиту 26 камеры сгорания. В огневой плите 26 камеры сгорания сформировано множество отверстий, обозначенных, в общем, ссылочной позицией 50. На фиг.1 (и более ясно на фиг.2) показаны первое отверстие 52 и второе отверстие 54. Первое отверстие 52 и второе отверстие 54 также могут называться гнездами клапанов. Первое отверстие 52 и второе отверстие 54 формируют каналы между впускным портом и выпускным портом (не показаны) соответственно в камеру 24 сгорания, когда порты находятся в открытых положениях, то есть когда соответствующий впускной клапан 60 или выпускной клапан 62 подняты. Внутренние круги, в общем, относятся к направляющим отверстиям 64, 66 клапанов, которые должны поддерживать хвостовики клапанов, расположенные в этих положениях. Такие направляющие общеизвестны в данной области техники.

Впускной клапан 60 и выпускной клапан 62 расположены в отдельных камерах 64 впускного клапана и 66 выпускного клапана, сформированных в корпусе 28 головки 14 цилиндра, как показано на фиг.1. Работа клапанов 60, 62, при которой они выполняют возвратно-поступательное движение, приводит к тому, что отверстия 52 и 54 поочередно открываются и закрываются, что обеспечивает возможность протекания потока воздуха через отверстия 52 и 54 в камеру сгорания 24 или из нее. Хотя только один впускной клапан 60 и один выпускной клапан 62 показаны на фиг.1, на которой представлен вид в разрезе, на фиг.2 можно видеть, что двигатель 10 содержит два впускных клапана 60 и два выпускных клапана 62 (с соответствующей парой первых отверстий 52 и вторых отверстий 54). Следует также учесть, что двигатель 10 может содержать любое количество клапанов 60, 62 и отверстий 52, 54.

Топливная форсунка 68 также расположена в корпусе 28 головки 14 цилиндра. Отверстие 70 топливной форсунки в огневой плите 26 камеры сгорания обеспечивает возможность подачи топлива в камеру 24 сгорания через форсунку 68. Как показано, топливная форсунка 68 установлена в центре огневой плиты 26 камеры сгорания. Подробно работа впускных клапанов 60, выпускных клапанов 62 и топливной форсунки 68, в соответствии с работой двигателя 10, является общеизвестной в данной области техники и не будет здесь дополнительно описана. Как также известно, при работе двигателя 10 происходит сгорание в камере 24 сгорания. Это, в свою очередь, приводит к генерированию тепла и давления, в результате чего возникают механические напряжения, действующие на нижнюю плиту 32 головки 14 цилиндра. Изобретение может быть выполнено для работы с двигателем, зажигание которого осуществляется от искры в результате того, что будет предусмотрено отверстие для свечи зажигания и свечи зажигания в огневой плите камеры сгорания и в головке цилиндра соответственно.

На фиг.1 и частично на фиг.3 также показано взаимное соединение между верхней плитой 30, нижней плитой 32 и боковой стенкой 34 головки 14 цилиндра. Как упомянуто выше, внешний участок нижней плиты 32 образует участок 36 соединения с блоком. Нижний конец 38 боковой стенки 34 образует участок 36 соединения с блоком. Также на фиг.1 показана огневая плита 26 камеры сгорания. Поскольку выемка 72 отделяет огневую плиту 26 камеры сгорания от участка 36 соединения с блоком, внешний контур 27 огневой плиты 26 камеры сгорания не установлен непосредственно на боковую стенку 34 на нижнем конце 38 боковой стенки. Внутренняя опорная стенка 35 продолжается от внешнего контура 27 огневой плиты 26 камеры сгорания и соединяет огневую плиту 26 с боковой стенкой 34. В представленном варианте выполнения огневая плита 26 камеры сгорания поддерживается на боковой стенке 34 в положении над нижним концом 38 боковой стенки 34, а не на нижнем конце 38 боковой стенки 34.

На фиг.3 более подробно показан с увеличением вид в разрезе участка двигателя 10, представляющий компоновку между головкой 14 цилиндра, в частности выемкой 72, и блоком 12 цилиндров. Выемка 72 образует внешний контур 27 огневой плиты 26 камеры сгорания. Как показано на фиг.2, выемка 72 окружает огневую плиту 26 камеры сгорания и поэтому граничит с первым отверстием 52 клапана и вторым отверстием 54 клапана, и отверстием 70 топливной форсунки. Размер выемки 72 (внешний диаметр выемки 72 в представленных вариантах выполнения) выбирают таким, чтобы выемка 72 окружала огневую плиту 26 камеры сгорания и, по меньшей мере, частично была выровнена с отверстием 16 цилиндра. Таким образом, когда головка 14 цилиндра и блок 12 цилиндров собраны вместе, участок отверстия 16 цилиндра может открываться в выемку 72. Такая конфигурация показана на фиг.5. Однако, как показано на фиг.1 и 3, распорка 74 отделяет отверстие 16 цилиндра от выемки 72.

Выемка 72 может иметь любой размер, форму, ширину и высоту. Как показано, выемка 72 имеет, в общем, треугольную форму в поперечном сечении. Выемка 72 также может иметь полуовальную, полукруглую или прямоугольную форму. Выемка 72 имеет глубину D в нижней плите 32 головки 14 цилиндра, что, таким образом, обеспечивает разделение между оставшимся участком нижней плиты 32 и огневой плитой 26 камеры сгорания. Величина, на которую выемка 72 продолжается в корпус 28 головки 14 цилиндра, может зависеть от нескольких конструктивных критериев, включающих в себя конструктивные требования к головке 14 цилиндра или двигателю 10, количество тепла и давления, которым будет подвергаться головка 14 цилиндра, размер и требования к рабочим характеристикам двигателя 10, местоположение и размер рубашек с охлаждающей текучей средой в головке 14 цилиндра. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что множество других конструктивных факторов можно рассматривать при определении точного размера и формы выемки 72.

На фиг.3 - распорка 74, продолжающаяся от внешней поверхности 76 гильзы 18 цилиндра к внутренней стенке 17 отверстия 16 цилиндра, образуя верхний участок рубашки 20 для текучей среды вокруг гильзы 18 цилиндра. В этом варианте выполнения текучая среда может протекать на нижней части 82 рубашки 20 для текучей среды. Распорка 74 может изолировать верхнюю часть от остальной части рубашки 20 для текучей среды. Уплотнитель 41 может быть расположен на внешней кромке распорки 74, что предотвращает поток текучей среды за пределы распорки 74. Текучую среду подают к нижней части 82 рубашки 20 для текучей среды от источника (не показан) и затем ее пропускают из рубашки 20 для текучей среды через первый трубопровод 84 для текучей среды через блок 12 цилиндров, через головку 14 цилиндра и в выемку 72, через впускной порт 86 для текучей среды.

Как снова показано на фиг.2, текучая среда затем протекает вокруг выемки 72 и из выемки 72 через сверления 43. Поскольку сверления 43 пересекаются с рубашкой 44 для текучей среды головки цилиндра, рубашка 44 для текучей среды будет принимать текучую среду после ее прохода через выемку 72. Поэтому выемка 72 действует как охлаждающая рубашка вокруг огневой плиты 26 камеры сгорания. Кроме того, текучая среда протекает вокруг выемки 72 и затем протекает через сверления 43, действуя как нижняя рубашка для текучей среды для головки цилиндра. Как было описано выше, каналы 45 также могут быть сформированы вокруг отверстий 52 и 54, обеспечивая, таким образом, канал для протекания текучей среды вокруг отверстий 52 и 54, для охлаждения также этих поверхностей. Любое количество впускных портов 86 может быть сформировано для подачи текучей среды в выемку 72. Кроме того, любое количество сверлений 43 можно использовать для взаимного соединения выемки 72 с рубашкой 44 для текучей среды и для охлаждения огневой плиты 26 камеры сгорания.

В качестве альтернативы или в дополнение, текучая среда может вытекать из выемки через выходной порт 88 для текучей среды (показан схематично на фиг.2). Как показано, пара выходных портов 88 сформирована в выемке 72, при этом каждый выходной порт 88 смещен приблизительно на 180 градусов. Любое количество входных портов 86 и выходных портов 88 может быть сформировано в выемке 72, и входной и выходной порты 86, 88 могут иметь любое смещение вокруг выемки 72. Однако дополнительные камеры, выемки и уплотнения потребуются для предотвращения протекания текучей среде в камеру 24 сгорания. Выходные порты 88 могут сообщаться по текучей среде с рубашкой 44 для текучей среды головки цилиндра любым соответствующим способом.

Когда текучая среда выходит из выемки 72, она протекает в рубашку 44 для текучей среды головки цилиндра, сформированную в корпусе 28 цилиндра 14. Корпус 28 головки 14 цилиндра может определять одну или более рубашек для текучей среды. В иллюстрируемом варианте выполнения рубашка 44 для текучей среды головки цилиндра образует нижний участок 90 и верхний участок 92. Нижний участок 90 окружает камеры 64, 66 клапанов и обеспечивает возможность пропускания охлаждающей текучей среды через нижний участок 90 для отбора тепла от верхнего участка 25 огневой плиты 26 камеры сгорания, первого и второго отверстий 52, 54 и внешних поверхностей топливной форсунки 68. Текучая среда затем протекает в верхний участок 92 рубашки 44 для текучей среды, дополнительно охлаждая выпускные порты и впускные порты головки 14 цилиндра, и затем за пределы головки 14 цилиндра, в конечном итоге, прежде чем она попадет в теплообменник (не показан). Следует учесть, что текучая среда может направляться в любой другой участок рубашки 44 для текучей среды в любом порядке. Используя трубку 40 с охлаждающей текучей средой и первый трубопровод 84 для текучей среды, обеспечивается возможность точного управления количеством текучей среды, подаваемой в каждую область головки 14 цилиндра, что способствует охлаждению. Например, шестьдесят пять процентов (65%) потока текучей среды может направляться через трубку 40 с охлаждающей текучей средой таким образом, что большая часть текучей среды достигает рубашки 44 для текучей среды головки цилиндра. Тридцать пять процентов (35%) остальной текучей среды могут быть направлены в рубашку для текучей среды цилиндра и затем в выемку 72 и, в конечном итоге, в нижний участок 90 рубашки 44 для текучей среды головки цилиндра. Однако эти количества представляют собой только пример, и любые другие количества потока текучей среды могут быть направлены через различные каналы для протекания текучей среды.

Следует учесть, что уплотнители 114 и другие механизмы могут использоваться для предотвращения протекания текучей среды в камеру 24 сгорания и в различные отверстия 42, 52, 54 и 70 участка 36 соединения с блоком и огневой плиты 26 камеры сгорания. Точные материалы, структура, форма и место расположения таких механизмов уплотнения не описаны подробно, поскольку они являются общеизвестными в данной области техники, или их использование было бы очевидным для специалиста в данной области техники.

При работе двигателя 10 большое количество тепла генерируется в камере 24 сгорания. Тепло передается через двигатель 10 и его компоненты. Как известно в данной области техники, текучие среды используются в качестве охладителей для отвода тепла от этих поверхностей. Различные камеры и рубашки для текучей среды включены в двигатели, которые содержат и по которым протекают охлаждающие текучие среды внутри и вокруг двигателя 10. В соответствии с настоящим изобретением, поток текучей среды в выемку 72 и из нее также охлаждает участки двигателя 10, которые обычно не охлаждаются.

Как также известно, в результате воздействия высокой температуры и давления, большие величины механических напряжений прикладываются к огневой плите 26 камеры сгорания. Для обеспечения улучшенной конструктивной поддержки выемка 72 отделяет огневую плиту 26 камеры сгорания от остальной части нижней поверхности головки 14 цилиндра. Это позволяет непосредственно соединять внутреннюю опорную стенку 35 с внешним контуром 27 огневой плиты 26 камеры сгорания с боковой стенкой 34. Благодаря тому что обеспечена непосредственная опора в области головки 14 цилиндра, которая подвергается воздействию большого механического напряжения (напряжение при изгибе, а также другим механическим напряжениям), конструктивная целостность головки 14 цилиндра увеличивается. Поскольку выемка действует как разрыв между огневой плитой 26 камеры сгорания и нижним концом 38 боковой стенки 34, внутренняя опорная стенка 35 установлена под углом относительно плоскости нижней плиты 30 головки 14 цилиндра. Поэтому внутренняя опорная стенка 35 поддерживается на боковой стенке 34 в точке, расположенной над нижним концом 38 боковой стенки 34. Такая конструкция представляет собой результат разделения нижней плиты 32 головки 14 цилиндра на отдельные участки выемкой 72. Хотя внутренняя опорная стенка 35 описана как соединение между огневой плитой 26 камеры сгорания и корпусом 28 головки цилиндра, следует учесть, что головку 14 цилиндра обычно отливают как единую конструкцию, и при этом не требуется отдельное соединение между внутренней опорной стенкой 35 и боковой стенкой 34. Любой соответствующий процесс можно использовать для формирования внутренней опорной стенки 35 и ее соединения между внешним контуром 27 огневой плиты 26 камеры сгорания и боковой стенкой 34. Эта конструкция является общей для каждого из описанных здесь вариантов выполнения. Следует также учесть, что внутренняя опорная стенка 35 может быть установлена под углом, может быть выполнена дугообразной или прямой (обычно вертикально ориентированной в варианте выполнения, показанном на чертежах) и может непосредственно соединяться с верхней плитой 30 головки 14 цилиндра, если это требуется. Все такие конфигурации используются для непосредственной поддержки внешнего контура 27 огневой плиты 26 с остальной частью головки 14 цилиндра.

Вариант выполнения выемки 72 может "замыкать накоротко" отвод тепла вдоль всей нижней плиты 32 головки 14 цилиндра. В дополнение к выемке 72, отделяющей огневую плиту 26 камеры сгорания и участок 36 соединения с блоком, которая в результате действует как механический разрыв на пути проводимости тепла, генерируемого двигателем 10, если текучая среда протекает в выемке 72, тогда тепло будет отводиться от нагретой поверхности, что, таким образом, уменьшает теплопроводность от огневой плиты 26 камеры сгорания к участку 36 соединения с блоком головки 14 цилиндра. Такой разрыв на пути теплопроводности также ограничивает количество тепла, которое воздействует на уплотнитель 114, окружающий огневую плиту 26 камеры сгорания и, в частности, внешние уплотнители 114 между блоком 12 цилиндров и головкой 14 цилиндра. Поэтому целостность уплотнителя 114 может быть улучшена, благодаря дополнительному рассеиванию тепла. Поскольку тепло отклоняется от огневой плиты 26 камеры сгорания, первое и второе отверстия 52, 54 также могут быть изолированы от некоторой части тепла. Это потенциально позволяет предотвратить деформацию отверстий 52, 54, вызываемую теплом и механическими напряжениями камеры 24 сгорания.

Конструкция выемки 72 также обеспечивает возможность теплового расширения огневой плиты 26 камеры сгорания. Благодаря большому количеству тепла, генерируемому во время работы двигателя 10, металлические компоненты двигателя 10 могут расширяться (в очень малых количествах). Поэтому выемка 72 предоставляет огневой плите 26 камеры сгорания пространство для расширения, не влияя на остальную часть нижней плиты 32 головки 14 цилиндра. Это также уменьшает внутренние механические напряжения в головке 14 цилиндра, поскольку эти области имеют пространство для расширения вместо того, чтобы сохранять механическое напряжение во всем корпусе 28 головки 14 цилиндра. Кроме того, если начнется утечка каких-либо газов из камеры 24 сгорания через уплотнители 114, выемка 72 обеспечивает область, в которой газы могут расширяться и охлаждаться. Обеспечение для газов возможности расширяться и охлаждаться таким образом также помогает предотвратить выдувание уплотнителя 114 между нижним концом 38 боковой стенки 34 и верхней поверхностью блока 12 цилиндров.

Выше было упомянуто, что выемка 72 может быть разработана с учетом множества факторов. Один из моментов, которые следует учитывать при конструировании выемки 72, представляет собой требуемое количество охлаждения вокруг огневой плиты 26 камеры сгорания. Это связано с тем, что выемку 72 можно использовать для отвода тепла двигателя 10 в комбинации с различными рубашками 20, 44 для текучей среды и каналами для потока, описанными здесь и представленными на чертежах. Выемка 72 может быть выполнена с возможностью приема текучей среды из рубашки 20 текучей среды блока 12 цилиндров. Такое сообщение по текучей среде может быть либо прямым, либо опосредованным, как поясняется ниже.

В варианте выполнения, показанном на фиг.1-3, текучая среда циркулирует вокруг внешней поверхности гильзы 18 цилиндра и протекает через первый трубопровод 84 для текучей среды или другой канал протока через впускной порт 86. Из впускного порта 86 текучая среда протекает в выемку 72 через сверления 43 и затем в нижнюю рубашку 90 для текучей среды в корпусе 28 головки 14 цилиндра для охлаждения внешних поверхностей камер 64, 66 клапанов и также для охлаждения верхних участков 25 огневой плиты 26 камеры сгорания. Текучая среда затем протекает к верхнему участку 92 рубашки 44 для текучей среды головки цилиндра, и затем ее подают в теплообменник (не показан), где тепло удаляют из текучей среды перед тем, как текучая среда выполнит последующий проход через контур, описанный выше. Выемка 72 используется для обеспечения дополнительного охлаждения нагретых поверхностей двигателя 10. В частности, выемка 72 обеспечивает возможность непосредственного протекания потока текучей среды вокруг огневой плиты 26 камеры сгорания между огневой плитой 26 и участком 36 соединения с блоком. Как описано выше, в первом варианте выполнения трубопровод 84 для текучей среды устанавливает сообщение по текучей среде между рубашкой 20 для текучей среды и выемкой 72. Рубашка 20 для текучей среды, поэтому, находится в опосредованной связи с выемкой 72.

Сверления 43, трубки 40 с охлаждающей текучей средой и выемки 72 для подачи текучей среды, которая способствует охлаждению внутренних частей головки 14 цилиндра, также можно использовать для управления количеством текучей среды, которую направляют в определенные места. Например, если дополнительное охлаждение требуется обеспечить вокруг огневой плиты 26 камеры сгорания, поток через первый трубопровод 84 для текучей среды может быть увеличен, в то время как поток через трубку 40 с охлаждающей текучей средой может быть уменьшен. Аналогично, сверления 43 могут быть добавлены или устранены в зависимости от того, требуется ли охлаждение вокруг конкретных отверстий (только вокруг гнезд впускных клапанов или вокруг гнезд выпускных клапанов).

На фиг.4 представлен альтернативный вариант выполнения изобретения. На фиг.4 представлена головка 116 цилиндра, имеющая, по существу, такую же конструкцию, как и головка 14 цилиндра, показанная на фиг.1. Однако в данном варианте выполнения второй трубопровод 118 для текучей среды продолжается от рубашки 20 для текучей среды цилиндра в рубашку 44 для текучей среды головки цилиндра. Поэтому в данном варианте выполнения отсутствует поток текучей среды в выемку 72. Однако включение выемки 72 в этом варианте выполнения предоставляет для огневой плиты 120 камеры сгорания пространство для расширения и сжатия в результате изменений тепловых напряжений, действующих на огневую плиту 120 камеры сгорания. Кроме того, в случае, если произойдет утечка каких-либо газов, формирующихся в процессе сгорания, из камеры 122 сгорания через уплотнители 114, промежуток, сформированный выемкой 72, обеспечивает область, в которой газы могут охлаждаться. Такое охлаждение предотвращает дополнительную причину увеличения давления, действующего на головку 116 цилиндра.

В альтернативном варианте выполнения, таком, как показан на фиг.5, используется дополнительный вариант выполнения гильзы 112 цилиндра с двигателем 10 по фиг.1. Гильза 112 цилиндра не содержит распорку 74, такую как распорка, сформированная на гильзе 18 цилиндра. Поэтому здесь присутствует прямой канал 110 протока текучей среды из рубашки 44 для текучей среды головки цилиндра вокруг гильзы 112 цилиндра в выемку 72. Поэтому текучая среда может протекать вдоль большей части длины L гильзы 112 цилиндра. Кроме того, поскольку рубашка 20 для текучей среды цилиндра находится в непосредственном сообщении по текучей среде с выемкой 72, не требуются какие-либо трубопроводы для текучей среды или впускные порты для текучей среды, что упрощает производство и уменьшает время и затраты, связанные с производством двигателя 10. Кроме того, поскольку имеется непосредственное сообщение по текучей среде между рубашкой 20 для текучей среды цилиндра и выемкой 72, верхний участок гильзы 112 цилиндра открыт для текучей среды. Это место обычно не охлаждается; поэтому обеспечивается дополнительное охлаждение двигателя 10. Текучая среда вытекает из выемки 72 через соединительный канал 110. Таким образом, текучая среда может протекать в рубашку 44 для текучей среды головки цилиндра. Отсюда поток текучей среды может продолжаться, по существу, как было описано выше. Следует понимать, что такая конфигурация может быть адаптирована для работы с вариантами выполнения, показанными на любом из других чертежей, а также может действовать как вторичный путь для протока текучей среды, если такая конфигурация требуется.

В другом альтернативном варианте выполнения головки 106 цилиндра, показанном на фиг.6, в нижней плите 96 головки 106 цилиндра сформирована выемка, аналогичная выемке 72, показанной на фиг.1-3, как пара выемок 94. Каждая выемка 94 выполнена полукруглой и частично окружает внешний контур 27 огневой плиты 108 камеры сгорания. Впускной порт 98 сформирован на первом конце 100 каждой выемки 94, и выходной порт 102 сформирован на втором конце 104 каждой выемки 94. Каждый впускной порт 98 и выпускной порт 102 показаны, как находящиеся на противоположных концах каждой выемки 94. Это обеспечивает поток текучей среды из каждого впускного порта 98 вокруг выемки 94 и из выпускного порта 102, в результате чего текучая среда протекает вокруг и охлаждает внешний контур 27 огневой плиты 26 камеры сгорания. Следует учесть, что выемка 94 может быть дополнительно разделена, если это требуется, для формирования множества выемок, каждая из которых имеет впускной порт 98 (соединенный с трубопроводом для текучей среды или находящийся в непосредственном сообщении по текучей среде с рубашкой 20 цилиндра так, как показано на фиг.5) и выпускной порт 102 (соединенный с рубашкой для текучей среды или возвратной трубкой). Сверление 43 также можно использовать для соединения выемки 72 с рубашкой для текучей среды, сформированной в головке 14 цилиндра.

Следует учесть, что приведенное выше описание предназначено только для иллюстрации и не ограничивает объем настоящего изобретения. Таким образом, для специалиста в данной области техники будет понятно, что другие аспекты, цели и преимущества изобретения могут быть получены в результате изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.

Изобретение относится области двигателестроения, в частности к конструкции головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Головка цилиндра содержит верхнюю плиту, нижнюю плиту, образующую участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания, а также боковую стенку, расположенную между верхней плитой и нижней плитой. Огневая плита камеры сгорания расположена на расстоянии от участка соединения с блоком посредством выемки, сформированной на нижней плите головки цилиндра, в которой выемка образует внешний контур огневой плиты камеры сгорания. При этом образуется промежуток между огневой плитой камеры сгорания и участком соединения с блоком. Выемка проходит вокруг большей части внешнего контура огневой плиты камеры сгорания. Выемка, по меньшей мере, частично заходит, в вертикальном направлении, за гильзу цилиндра блока цилиндров, и выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра. Раскрыты варианты выполнения головки цилиндра и двигатель, содержащий голову цилиндра. Технический результат заключается в повышении жесткости внутренних стенок головки цилиндров. 3 н. и 16 з.п, ф-лы, 6 ил.

1. Головка цилиндра, содержащая:
верхнюю плиту;
нижнюю плиту, образующую участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания; а также
боковую стенку, расположенную между верхней плитой и нижней плитой;
причем огневая плита камеры сгорания расположена на расстоянии от участка соединения с блоком посредством выемки, сформированной на нижней плите головки цилиндра, в которой выемка образует внешний контур огневой плиты камеры сгорания, при этом образуется промежуток между огневой плитой камеры сгорания и участком соединения с блоком, при этом выемка проходит вокруг большей части внешнего контура огневой плиты камеры сгорания,
при этом выемка, по меньшей мере, частично заходит в вертикальном направлении за гильзу цилиндра блока цилиндров,
причем выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

2. Головка цилиндра по п.1, в которой выемка полностью окружает внешний контур огневой плиты камеры сгорания.

3. Головка цилиндра по п.1, в которой выемка частично окружает внешний контур огневой плиты камеры сгорания.

4. Головка цилиндра по п.1, в которой выемка выполнена треугольной формы поперечного сечения, или полуовальной формы, или полукруглой формы, или прямоугольной формы.

5. Головка цилиндра по п.1, в которой выемка опосредованно сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды.

6. Головка цилиндра по п.1, в которой выемка непосредственно сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды.

7. Головка цилиндра по п.6, в которой выемка имеет внешний контур с размерами и формой, которые, по меньшей мере, частично соответствуют размеру и форме внешнего контура рубашки для текучей среды вокруг гильзы цилиндра.

8. Головка цилиндра по п.1, в которой участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, а огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком.

9. Головка цилиндра по п.8, в которой огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке с помощью внутренней опорной стенки, расположенной между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой.

10. Двигатель, содержащий:
блок цилиндров, содержащий отверстие цилиндра и поршень, установленный с возможностью скольжения внутри отверстия цилиндра; а также
головку цилиндра, содержащую нижнюю плиту, соединенную с блоком цилиндров, при этом нижняя плита образует участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания;
причем огневая плита камеры сгорания отделена от участка соединения с блоком выемкой, проходящей, по существу, вокруг всего внешнего контура огневой плиты камеры сгорания;
при этом выемка, по меньшей мере, частично заходит в вертикальном направлении за гильзу цилиндра блока цилиндров,
причем выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

11. Двигатель по п.10, в котором рубашка для текучей среды сформирована внешним диаметром гильзы цилиндра и внутренней стенкой отверстия цилиндра;
причем участок выемки в головке цилиндра совмещен с рубашкой для текучей среды, при этом сформирован непосредственный путь для протекания текучей среды между рубашкой для текучей среды и выемкой.

12. Двигатель по п.11, в котором рубашка для текучей среды расположена вдоль большей части длины гильзы цилиндра.

13. Двигатель по п.10, в котором рубашка для текучей среды образована внешним диаметром гильзы цилиндра и внутренней стенкой отверстия цилиндра;
причем гильза цилиндра содержит распорку, которая проходит от внешней поверхности гильзы цилиндра до внутренней стенки отверстия цилиндра, образуя канал охлаждения в рубашке для текучей среды;
при этом канал охлаждения сообщается по текучей среде с выемкой в головке цилиндра через трубопровод для текучей среды.

14. Двигатель по п.10, в котором выемка содержит пару выходных портов, при этом текучая среда вытекает через выемку из любого из выходных портов.

15. Двигатель по п.14, в котором выходные порты сообщаются по текучей среде со второй рубашкой для текучей среды, которая сформирована в головке цилиндра.

16. Двигатель по п.10, в котором головка цилиндра содержит корпус, определенный верхней плитой, нижней плитой и боковой стенкой, расположенной между верхней и нижней плитами;
причем участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, а огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком,
при этом огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке с помощью внутренней опорной стенки, которая расположена между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой.

17. Двигатель по п.16, в котором внутренняя опорная стенка расположена под углом относительно плоскости нижней плиты головки цилиндра.

18. Головка цилиндра, содержащая:
верхнюю плиту;
нижнюю плиту, образующую участок соединения с блоком и огневую плиту камеры сгорания; а также
боковую стенку, расположенную между верхней плитой и нижней плитой;
при этом огневая плита камеры сгорания расположена на расстоянии от участка соединения с блоком посредством выемки, проходящей, по существу, вокруг всего внешнего контура огневой плиты камеры сгорания; а участок соединения с блоком представляет собой нижний конец боковой стенки, при этом огневая плита камеры сгорания удерживается на боковой стенке в положении над участком соединения с блоком с помощью внутренней опорной стенки, расположенной между огневой плитой камеры сгорания и боковой стенкой;
причем выемка, по меньшей мере, частично заходит в вертикальном направлении за гильзу цилиндра блока цилиндров,
при этом выемка сообщается по текучей среде с рубашкой для текучей среды, расположенной вокруг гильзы цилиндра.

19. Головка цилиндра по п.18, в которой внутренняя опорная стенка проходит от внешнего контура огневой плиты камеры сгорания к боковой стенке головки цилиндра.