ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2012 года по МПК F02F1/00 F01P3/02 F02F7/00 

Изобретение касается двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащего картер для нескольких цилиндров с охлаждающей рубашкой вокруг цилиндров в картере, отдельные головки цилиндров, по меньшей мере, с двумя расположенными в головке цилиндра друг над другом охлаждающими камерами, причем охлаждающая рубашка картера и нижняя охлаждающая камера в головке цилиндра соединены друг с другом, по меньшей мере, одним, предпочтительно четырьмя равномерно распределенными по периметру цилиндра переходными отверстиями на каждый цилиндр, причем по меньшей мере одна входная распределительная камера и/или, по меньшей мере, одна возвратная собирающая камера для охлаждающей среды расположена вдоль, по меньшей мере, одной боковой стенки (2а) картера.

Из AT 005,301 U1 известна головка цилиндра для нескольких цилиндров для двигателя внутреннего сгорания с жидким охлаждением с прилегающей к крышке камеры сгорания системой камеры охлаждения, которая разделена выполненной по существу параллельно к крышке камеры сгорания промежуточной крышкой на нижнюю, расположенную со стороны крышки камеры сгорания частичную камеру охлаждения и присоединенную к ней в направлении оси цилиндра верхнюю частичную камеру охлаждения. Нижняя и верхняя частичные камеры охлаждения через кольцеобразное переходное отверстие вокруг впрыскивающего устройства соединены друг с другом по потоку. Охлаждающее средство попадает, по меньшей мере, через одно на каждый цилиндр расположенное в крышке камеры сгорания впускное отверстие в нижнюю частичную камеру охлаждения, протекает через нее в поперечном направлении и попадает через кольцеобразное переходное отверстие в верхнюю частичную камеру охлаждения.

DE 10312190 А1 раскрывает картер с «мокрыми» гильзами цилиндров, которые окружены камерами охлаждения. Камеры охлаждения связаны с расположенным в области продольной боковой стенки картера распределительным каналом, над которым расположен коллектор.

Задача изобретения состоит в достижении оптимального и равномерного охлаждения термически критических областей.

Это достигается в соответствии с изобретением тем, что входная распределительная камера, по меньшей мере, через один на цилиндр соединительный канал соединена с охлаждающей рубашкой картера для предпочтительно сухой гильзы цилиндра, причем предпочтительно каждый соединительный канал - если смотреть в горизонтальной проекции - относительно цилиндра оканчивается по существу радиально в охлаждающей рубашке. Радиальный приток имеет большое значение для того, чтобы достигать равномерного охлаждения цилиндров.

Кроме того, для равномерного охлаждения предпочтительно, если соединительный канал расположен между основным масляным каналом и возвратным каналом, соединяющим охлаждающие камеры головки цилиндра с возвратной собирающей камерой.

Предпочтительно предусмотрено, что входная распределительная камера и/или возвратная собирающая камера выполнена интегрированно с картером, причем предпочтительно входная распределительная камера и/или возвратная собирающая камера проходит над всеми цилиндрами, расположенными в ряд. Вследствие этого можно количество деталей уплотнительных поверхностей минимизировать, а охлаждающая среда равномерно распределяется на все цилиндры. В отдельных случаях это можно поддерживать за счет изменения поперечного сечения отдельных впусков.

Чтобы уменьшить излучение шума картера в окружающую среду, целесообразно, если в области входной распределительной камеры и/или возвратной собирающей камеры боковая стенка картера изогнута выпукло наружу, причем предпочтительно входная распределительная камера и/или возвратная собирающая камера имеет по существу полукруглое поперечное сечение.

Возвратная собирающая камера может быть расположена между уплотнительной плоскостью головки цилиндра и входной распределительной камерой.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, в котором как входная распределительная камера, так и возвратная собирающая камера расположены в картере, предусмотрено, что возвратная собирающая камера расположена над входной распределительной камерой. Чтобы достичь оптимального потока в термически критической области картера и притока в головку цилиндра, предпочтительно, если входная распределительная камера через, по меньшей мере, один соединительный канал связана с водяной рубашкой картера, причем входное отверстие соединительного канала из входной распределительной камеры расположено глубже, чем выходное отверстие в охлаждающую рубашку. Охлаждающая среда поступает от входной распределительной камеры через ориентированный наклонно вверх распределительный канал в охлаждающую рубашку. На общей горизонтальной проекции видно, что этот распределительный канал направлен радиально относительно цилиндра. Посредством этого распределительного канала в верхней, горячей области цилиндра должно устанавливаться интенсивное охлаждение поперечного потока.

Чтобы достичь оптимального охлаждения крышки камеры сгорания головки цилиндра, особенно предпочтительно, если между нижней и верхней охлаждающей камерой в головке цилиндра расположена промежуточная крышка, причем сформированная промежуточной крышкой закрывающая поверхность нижней охлаждающей камеры, по меньшей мере, в одной области опущена так, что поток охлаждающей среды отклоняется в направлении крышки камеры сгорания. За счет выпукло изогнутой вниз закрывающей поверхности охлаждающая среда отклоняется в направлении крышки камеры сгорания. Поэтому можно достичь также эффективного охлаждения между отдельными впускными и выпускными каналами, в частности между клапанными перемычками.

За счет опускания закрывающей поверхности возникает соплообразное сужение поперечного сечения нижней охлаждающей камеры, причем предпочтительно ниже по потоку от сужения поперечного сечения выполнено расширение поперечного сечения. При этом закрывающая поверхность в области опускания выпукло, предпочтительно волнообразно, изогнута. Особенно предпочтительно, если закрывающая поверхность выше и ниже по потоку от снижения закрывающей поверхности имеет постоянно нарастающую или, соответственно, спадающую область, причем область выше по потоку от снижения имеет меньший подъем, чем область ниже по потоку от снижения.

В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что в области расположенного в центре инжектора между нижней и верхней охлаждающими камерами расположено, по меньшей мере, одно переходное отверстие, причем переходное отверстие предпочтительно образовано щелью, выполненной, по меньшей мере, на отдельных участках кольцеобразно, между промежуточной крышкой и инжекторной втулкой. Вокруг расположенного в центре держателя сопла охлаждающая среда переходит в верхнюю охлаждающую камеру головки цилиндра. Центральное расположение перехода вместе с положением четырех переходов дает очень эффективное охлаждение также между отдельными каналами.

Предпочтительно предусмотрено, что верхняя охлаждающая камера, по меньшей мере, через одно, предпочтительно, по существу прямоугольное или треугольное переходное отверстие соединена с камерой толкателя головки цилиндра, причем предпочтительно камера толкателя, по меньшей мере, через одно выпускное отверстие и один возвратный канал на каждый цилиндр соединена с возвратной собирающей камерой в картере. Охлаждающая среда вытекает из верхней водяной камеры головки цилиндра через вертикально расположенное прямоугольное или треугольное отверстие рядом с выпускным каналом над камерой толкателя, в которой запрессованные трубы уплотнены относительно толкателя, в возвратный канал в картере.

Далее может быть предусмотрено, что выше по потоку от входной распределительной камеры в основном потоке охлаждающего контура расположен масляный охладитель, причем предпочтительно продольная ось масляного охладителя расположена наклонно к уплотненной плоскости головки цилиндра на продольной стороне картера.

В другом варианте изобретения может быть предусмотрено, что на стороне отвода охлаждающей жидкости масляного охладителя радиатора расположена, по меньшей мере, одна литая бобышка, и что впуск выпукло изогнут во входную распределительную камеру на нижнем конце камеры масляного охладителя.

Изобретение более подробно объясняется посредством следующих чертежей:

Фиг.1 - двигатель внутреннего сгорания, согласно изобретению, в поперечном сечении;

Фиг.2 - картер этого двигателя внутреннего сгорания на виде в перспективе;

Фиг.3 - картер, вид сбоку;

Фиг.4 - картер в разрезе по линии IV-IV на фиг.5;

Фиг.5 - картер в разрезе по линии V-V на фиг.4;

Фиг.6 - головка цилиндра в поперечном сечении;

Фиг.7 - головка цилиндра в разрезе по линии VII-VII на фиг.6;

Фиг.1 показывает двигатель 1 внутреннего сгорания, согласно изобретению, с картером 2 и головкой 3 цилиндра в поперечном разрезе перпендикулярно невидимой оси коленчатого вала.

В цилиндре 30 расположен движущийся возвратно-поступательно поршень 4. Цилиндр 30 окружен охлаждающей рубашкой 5. Охлаждающая рубашка 5 через соединительный канал 6 связана с входной распределительной камерой 7, которая установлена над основным масляным каналом 40. Выше по потоку от входной распределительной камеры 7 в контуре охлаждающей среды между далее не представленным насосом для охлаждающей среды и входной распределительной камерой 7 расположен масляный охладитель.

Охлаждающая рубашка 5 связана через переходные отверстия 8 в уплотнительной плоскости 35 цилиндра с охлаждающими камерами 9, 10 отдельной головки 3 цилиндра. При этом нижняя охлаждающая камера 9 промежуточной крышкой 11 отделена от верхней охлаждающей камеры 10. Нижняя и верхняя охлаждающие камеры 9, 10 соединены друг с другом через, например, кольцеобразное переходное отверстие 12 между промежуточной крышкой 11 и инжекторной втулкой 13 для приема инжектора 14. Кольцевая форма переходного отверстия 12 может быть прервана литьевым расширением. Также допустимы другие формы переходных отверстий 12. Верхняя охлаждающая камера 10 связана через переходное отверстие 31 с камерой 37 штанги толкателя. Охлаждающая среда ниже выпускного канала 20 через выходное отверстие 18 из головки 3 цилиндра и через также выполненное отверстие в уплотнении 41 головки цилиндра поступает в картер 2. Здесь охлаждающая среда через отдельный изогнутый возвратный канал 21 направляется в продольно проходящую возвратную собирающую камеру 15. Эта камера 15 соединена через трубопровод для охлаждающей среды, в котором расположены термостатический клапан и охладитель, с всасывающей стороной напорной стороны (далее не представлены). Входная распределительная камера 7 и возвратная собирающая камера 15 объединены с картером 2 и расположены в области боковой стенки 2а картера 2.

После выхода из спирали не показанного далее водяного насоса охлаждающая среда через промежуточный корпус попадает в приточную или, соответственно, распределительную камеру 34 перед расположенным наклонно в картере 2 масляным охладителем 27, который расположен снаружи в области боковой стенки 2а картера 2. Позицией 28 обозначен фланец для крышки масляного охладителя. Наклонным расположением масляного охладителя 27 и наклонной маслоохлаждающей камерой 29 достигается равномерное протекание отдельных пластин масляного охладителя, причем области турбулентного потока в значительной мере устраняются. Так как на стороне 33 отвода охлаждающей среды маслоохлаждающей камеры 29 расположены несколько маслопроводящих литых бобышек 23 маслопровода перепускного клапана масляного охладителя, впуск 32 в области стороны 33 отвода охлаждающей среды изогнут к заднему концу входной распределительной камеры 7.

После поперечного протекания масляного охладителя 27 охлаждающая среда направляется во входную камеру 7, расположенную вдоль боковой стенки 2а картера 2. Поток обозначен на фиг.1-3 стрелкой Р. Из входной распределительной камеры 7 охлаждающая жидкость выходит в расположенный в горизонтальной проекции - радиально к цилиндру 30, а именно 90° к оси коленчатого вала, соединительный канал 6, который сначала расположен в перпендикулярной плоскости к оси 16 цилиндра, а затем ориентирован наклонно вверх в направлении оси 16 цилиндра. Входное отверстие 6а соединительного канала 6 расположено, таким образом, ниже, чем выходное отверстие 6b. Посредством специальной формы этого соединительного канала 6 можно достичь в верхней, горячей области цилиндра 30 интенсивного охлаждения поперечного потока. Радиальным набегающим потоком из соединительного канала 6 в охлаждающую рубашку 5 достигается равномерное распределение охлаждающей среды с обеих сторон цилиндра 30, как обозначено на фиг.5 стрелкой Р. Далее, одинаковое распределение между первым и вплоть до последнего цилиндра 30 может очень хорошо регулироваться варьированием входных допустимых поперечных сечений для отдельных охлаждающих рубашек 5.

Управление поперечным потоком в верхней, горячей части картера 2 достигается посредством различных больших переходных поперечных сечений в области (в целом четырех) переходных отверстий 8 в уплотнении 41 головки цилиндра. Поперечное сечение двух переходных отверстий 8 непосредственно над соединительным каналом 6 при этом меньше, чем поперечное сечение переходных отверстий напротив соединительного канала. Чтобы избежать мертвой зоны, этот переход имеет большее поперечное сечение. Поперечное сечение определяется посредством CFD-расчетов (Computer Fluid Dynamics). Охлаждающая среда, протекающая в нижней охлаждающей камере 9, охлаждает сначала горячую крышку 17 камеры сгорания. Вокруг расположенной в центре инжекторной втулки 13 и через просверленный переход 36 охлаждающая среда проходит затем в верхнюю охлаждающую камеру 10 головки 3 цилиндра. Переход 36 служит для охлаждения направляющей втулки клапана на стороне впуска, которая не охватывается основным потоком.

Центральное расположение кольцеобразных переходных отверстий 12 между промежуточной крышкой 11 и инжекторной втулкой 13 вместе с положением четырех переходных отверстий 8 дает очень эффективное охлаждение также между отдельными впускными и выпускными каналами 20, или клапанными перемычками.

За счет изогнутой вниз в центральной области 22 формы промежуточной крышки 11 охлаждающая среда отклоняется в направлении крышки 17 камеры сгорания, чтобы улучшить в этой области охлаждение.

Охлаждающая среда из верхней охлаждающей камеры 10 через расположенное на стороне 19 выпуска прямоугольное отверстие 31 около канала 20 втекает в камеру 37 толкателя и покидает головку цилиндра через расположенное между втулками 38 перехода 39 толкателя возвратное отверстие 18 в направлении возвратной камеры 15 в картере 2.

В картере 2 изогнутая часть канала возвратного канала 21 направляет охлаждающую среду от соединительного отверстия 18 в расположенную выше входной распределительной камеры 7 возвратную собирающую камеру 15.

Выпускное отверстие 24 этой возвратной собирающей камеры 15 так же как вход 25 для охлаждающей среды во входной распределительной камере 7 расположено на торцевой поверхности 26 картера 2, как следует из фиг.2 и 3. Над не показанным промежуточным корпусом охлаждающая среда проходит затем в корпус термостата, расположенный над не представленным водяным насосом.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением. Двигатель (1) внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением содержит картер (2) для нескольких цилиндров (30) с охлаждающей рубашкой (5) вокруг цилиндров (30) в картере (2). Отдельные головки (3) цилиндров выполнены с, по меньшей мере, двумя расположенными друг над другом в головке (3) цилиндра охлаждающими камерами (9, 10). Охлаждающая рубашка (5) картера (2) и нижняя охлаждающая камера (9) в головке (3) цилиндра соединены друг с другом, по меньшей мере, одним, предпочтительно четырьмя на цилиндр (30) равномерно распределенными по периметру цилиндра переходными отверстиями (8). По меньшей мере, одна входная распределительная камера (7) и/или, по меньшей мере, одна возвратная собирающая камера (15) для охлаждающей среды расположены вдоль, по меньшей мере, одной боковой стенки (2а) картера. Входная распределительная камера (7), по меньшей мере, через один на цилиндр соединительный канал (6) соединена с охлаждающей рубашкой (5) для сухой гильзы цилиндра. Предпочтительно каждый соединительный канал (6) - если смотреть в горизонтальной проекции - относительно цилиндра (30) оканчивается по существу радиально в охлаждающей рубашке (5). Технический результат заключается в улучшении охлаждения. 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двигатель (1) внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением с картером (2) для нескольких цилиндров (30) с охлаждающей рубашкой (5) вокруг цилиндров (30) в картере (2), с отдельными головками (3) цилиндров с, по меньшей мере, двумя расположенными друг над другом в головке (3) цилиндра охлаждающими камерами (9, 10), причем охлаждающая рубашка (5) картера (2) и нижняя охлаждающая камера (9) в головке (3) цилиндра соединены друг с другом, по меньшей мере, одним, предпочтительно, четырьмя на цилиндр (30) равномерно распределенными по периметру цилиндра переходными отверстиями (8), причем, по меньшей мере, одна входная распределительная камера (7) и/или, по меньшей мере, одна возвратная собирающая камера (15) для охлаждающей среды расположена вдоль, по меньшей мере, одной боковой стенки (2а) картера, отличающийся тем, что входная распределительная камера (7), по меньшей мере, через один на цилиндр соединительный канал (6) соединена с охлаждающей рубашкой (5) картера (2) для предпочтительно сухой гильзы цилиндра, причем предпочтительно каждый соединительный канал (6) - если смотреть в горизонтальной проекции - относительно цилиндра (30) оканчивается, по существу, радиально в охлаждающей рубашке (5).

2. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что соединительный канал (6) расположен между основным масляным каналом и возвратным каналом (21), соединяющим охлаждающие камеры (9, 10) головки (2) цилиндра с возвратной собирающей камерой (15).

3. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что входная распределительная камера (7) и/или возвратная собирающая камера (15) выполнена интегрированно с картером (2), причем предпочтительно входная распределительная камера (7) и/или возвратная собирающая камера (15) проходит над всеми цилиндрами, расположенными в ряд.

4. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в области входной распределительной камеры (7) и/или возвратной собирающей камеры (15) боковая стенка (2а) картера изогнута выпукло наружу.

5. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.4, отличающийся тем, что входная распределительная камера (7) и/или возвратная собирающая камера (15) имеет, по существу, полукруглое поперечное сечение.

6. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что возвратная собирающая камера (15) расположена между уплотнительной плоскостью (35) головки цилиндра и входной распределительной камерой (7).

7. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что входное отверстие (6а) соединительного канала (6) из входной распределительной камеры (7) расположено ниже, чем выходное отверстие (6b) в охлаждающей рубашке (5).

8. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что между нижней и верхней охлаждающей камерой (9, 10) в головке цилиндра расположена промежуточная крышка (11), причем сформированная промежуточной крышкой (11), закрывающая поверхность нижней охлаждающей камеры (9), по меньшей мере, в одной области опущена так, что поток охлаждающей среды отклоняется в направлении крышки (17) камеры сгорания.

9. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что за счет опускания закрывающей поверхности возникает соплообразное сужение поперечного сечения нижней охлаждающей камеры (9), причем предпочтительно ниже по потоку от сужения поперечного сечения выполнено расширение поперечного сечения.

10. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.8 или 9, отличающийся тем, что закрывающая поверхность в области (22) опускания выпукло, предпочтительно волнообразно, изогнута.

11. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что закрывающая поверхность выше и ниже по потоку от снижения закрывающей поверхности имеет постоянно нарастающую или, соответственно, спадающую область, причем область выше по потоку от снижения имеет меньший подъем, чем область ниже по потоку от снижения.

12. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в области расположенного в центре инжектора (14) между нижней и верхней охлаждающими камерами (9, 10) расположено, по меньшей мере, одно переходное отверстие (12), причем переходное отверстие (12) предпочтительно образовано, по меньшей мере, на отдельных участках, кольцеобразным зазором между промежуточной крышкой и инжекторной втулкой (13).

13. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что верхняя охлаждающая камера (10), по меньшей мере, через одно, предпочтительно, по существу, прямоугольное или треугольное переходное отверстие (31) соединена с камерой (37) толкателя головки (3) цилиндра.

14. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.13, отличающийся тем, что камера (37) толкателя, по меньшей мере, через одно выпускное отверстие (18) и один возвратный канал (21) на цилиндр (30) соединена с возвратной собирающей камерой (15) в картере (2).

15. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что выше по потоку от входной распределительной камеры (7) в основном потоке охлаждающего контура расположен масляный охладитель (27).

16. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.15, отличающийся тем, что продольная ось масляного охладителя (27) расположена наклонно относительно уплотнительной плоскости (35) головки цилиндра на продольной стороне картера (2).

17. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п.15 или 16, отличающийся тем, что на стороне (33) отвода охлаждающей среды масляного охладителя (27) расположена, по меньшей мере, одна литая бобышка (23) и что впуск (32) выпукло изогнут во входную распределительную камеру (7) на нижнем конце камеры (29) масляного охладителя.