ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ПРОКЛАДКА ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ С РУБАШКОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F01P3/02 F02F1/14 F02F1/40 F02F11/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Различные варианты осуществления относятся к каналам охлаждения перемычки между двумя цилиндрами в двигателе внутреннего сгорания.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В двигателе с водяным охлаждением может потребоваться обеспечить достаточное охлаждение перемычки между соседними цилиндрами двигателя. Перемычка блока цилиндров и/или головки цилиндров это нагруженная зона в малом компоновочном пространстве. В малогабаритных двигателях большой мощности, вследствие их компактности, термические и механические напряжения могут быть выше обычных. Повышенные температуры перемычки, как правило, вызывают ослабление материалов перемычки и могут снизить ее усталостную прочность. Термическое ослабление конструкции и тепловое расширение этой зоны может вызвать деформацию отверстия, которая может создать проблемы работоспособности всего двигателя, связанные, например, с износом поршня, а также с уплотняющей способностью и долговечностью уплотнения поршневых колец. Кроме того, высокие температуры в зоне перемычки ограничивают также надежность прокладки в этой зоне, что, в свою очередь, может вызвать утечки газа горения и хладагента и/или снижение отдаваемой мощности двигателя и его перегрев.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из вариантов осуществления двигатель внутреннего сгорания оснащен блоком цилиндров, ограничивающим поверхность плиты блока, первый и второй цилиндры и рубашку охлаждения блока. Первый и второй цилиндры расположены рядом и разделены перемычкой блока. Головка цилиндров содержит поверхность плиты головки, ограничивающую первую и вторую камеры, и рубашку охлаждения головки. Первая и вторая камеры расположены рядом и разделены перемычкой головки. Первая камера и первый цилиндр образуют первую камеру сгорания, а вторая камера и второй цилиндр образуют вторую камеру сгорания. Прокладка головки расположена между блоком цилиндров и головкой цилиндров. Прокладка головки имеет сторону блока и сторону головки. Рубашка охлаждения блока содержит первый канал и второй канал, пересекающие поверхность плиты блока по разные стороны от перемычки блока. Первый канал расположен с первой стороны продольной оси блока цилиндров. Рубашка охлаждения головки содержит третий канал и четвертый канал, пересекающие поверхность плиты головки по разные стороны от перемычки головки. Третий канал расположен с первой стороны продольной оси блока цилиндров. Перемычка блока ограничивает канал охлаждения перемычки, идущий от первого канала у поверхности плиты блока до поверхности плиты блока у второго канала. Прокладка головки выполнена с возможностью соединять по потоку первый и четвертый каналы так, чтобы хладагент тек из первого канала через канал охлаждения перемычки в четвертый канал для охлаждения соответствующей перемычки.

В другом варианте осуществления двигатель оснащен блоком цилиндров, содержащим первый и второй каналы, пересекающие поверхность плиты блока с противоположных сторон перемычки, образуя v-образный канал. Головка цилиндров содержит третий и четвертый каналы, пересекающие поверхность головки, причем первый и четвертый каналы расположены напротив друг друга. Прокладка расположена между блоком и головкой. Прокладка выполнена с возможностью соединять по потоку первый и четвертый каналы через v-образный канал и закрывать второй канал.

В еще одном варианте осуществления предлагается прокладка головки для двигателя, содержащего рубашку охлаждения. Прокладка включает в целом плоский корпус прокладки с первой стороной для взаимодействия с поверхностью плиты головки цилиндров и второй стороной для взаимодействия с поверхностью плиты блока цилиндров. Прокладка включает первое отверстие, проходящее сквозь корпус прокладки возле перемычки блока цилиндров. Первое отверстие соединяет по потоку первый канал охлаждения в блоке цилиндров и второй канал охлаждения в головке цилиндров, при этом первый и второй каналы охлаждения соосны. Прокладка содержит второе отверстие, проходящее сквозь корпус прокладки возле перемычки блока цилиндров. Второе отверстие, принимая текучую среду из первого канала, соединяет по потоку канал охлаждения перемычки в перемычке блока цилиндров и третий канал охлаждения в головке цилиндров. Первое и второе отверстия разнесены в поперечном направлении прокладки. Корпус прокладки выполнен с возможностью закрывать четвертый канал в блоке цилиндров, причем четвертый канал расположен рядом с v-образным каналом.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения имеют свои, неограничивающие преимущества. Например, v-образный канал или другой канал через перемычку, созданный, чтобы обеспечить поток хладагента из рубашки охлаждения блока в рубашку охлаждения головки на противоположной стороне перемычки, может снизить температуру перемычки, температуру цилиндра и относительное вертикальное смещение цилиндра. Прокладка соединяет по потоку рубашку охлаждения блока и рубашку охлаждения головки с первой стороны перемычки. Канал охлаждения перемычки соединен по потоку с рубашкой блока с первой стороны перемычки, но расположен на расстоянии от рубашки охлаждения блока и не соединен с ней по потоку со второй, противоположной стороны перемычки. Прокладка соединяет по потоку канал перемычки с рубашкой охлаждения головки со второй стороны перемычки. Прокладка закрывает рубашку охлаждения блока со второй стороны перемычки, чтобы предотвратить поток хладагента из рубашки блока в рубашку головки со второй стороны перемычки. Канал охлаждения перемычки и прокладка головки создают повышенный перепад давления на перемычке, обеспечивая повышенную скорость хладагента и повышенную теплопередачу возле перемычки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На ФИГ. 1 схематически изображен двигатель, выполненный для реализации раскрытых вариантов осуществления;

на ФИГ. 2 схематически изображены тракты охлаждения рубашки охлаждения традиционного двигателя;

на ФИГ. 3 схематически изображены тракты охлаждения рубашки охлаждения двигателя ФИГ. 1 в одном из вариантов осуществления;

на ФИГ. 4 изображен вид в аксонометрии блока цилиндров в одном из вариантов осуществления;

на ФИГ. 5 изображен график температуры поверхности вдоль окружности отверстия цилиндра и дано сравнение трактов охлаждения традиционного двигателя и двигателя согласно настоящему изобретению;

на ФИГ. 6 изображен график распределения температур поверхности по длине отверстия цилиндра и дано сравнение трактов охлаждения традиционного двигателя и двигателя согласно настоящему изобретению; и

на ФИГ. 7 изображен график вертикального смещения края отверстия относительно нижнего положения в цилиндре вдоль окружности отверстия цилиндра и дано сравнение каналов охлаждения традиционного двигателя и двигателя согласно настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с требованиями, в этом документе раскрыты подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления это просто примеры, и изобретение может быть реализовано в различных и альтернативных формах. ФИГ. даны не обязательно в масштабе; некоторые особенности могут быть преувеличены или минимизированы, чтобы показать детали отдельных элементов. Поэтому конкретные конструктивные и функциональные детали, раскрытые в настоящем документе, должны интерпретироваться не как ограничивающие, но лишь в качестве репрезентативной основы для объяснения специалисту различных применений настоящего изобретения.

На ФИГ. 1 схематически изображен двигатель 20 внутреннего сгорания. Двигатель 20 содержит несколько цилиндров 22, и один из них показан. Двигатель 20 содержит камеру 24 сгорания в каждом цилиндре 22. Цилиндр 22 образован стенками 32 цилиндра и поршнем 34. Поршень 34 соединен с коленчатым валом 36. Камера 24 сгорания соединена по потоку с впускным коллектором 38 и выпускным коллектором 40. Впускной клапан 42 регулирует поток из впускного коллектора 38 в камеру 24 сгорания. Выпускной клапан 44 регулирует поток из камеры 24 сгорания в выпускной коллектор 40. Для управления работой двигателя впускной и выпускной клапаны 42, 44 могут управляться разными способами, как известно специалистам.

Топливный инжектор 46 подает топливо из топливной системы прямо в камеру 24 сгорания, так что данный двигатель представляет собой двигатель с прямым впрыском. В двигателе 20 для впрыска топлива может быть применена система впрыска топлива низкого давления или высокого давления или, в других примерах, может быть применена система впрыска топлива во впускной канал. Система зажигания содержит свечу 48 зажигания, которой управляют, чтобы обеспечить энергию в виде искры для воспламенения топливно-воздушной смеси в камере 24 сгорания. В других вариантах осуществления могут быть применены другие системы подачи топлива и системы или технологии зажигания, в том числе технологии компрессионного воспламенения.

Двигатель 20 содержит контроллер и различные датчики, выполненные для выдачи контроллеру сигналов, используемых в регулировании подачи воздуха и топлива в двигатель, регулировании распределения зажигания, съема мощности и крутящего момента с двигателя и т.п. Набор датчиков двигателя может включать, но не ограничительно, кислородный датчик в выпускном коллекторе 40, датчик температуры хладагента двигателя, датчик положения педали акселератора, датчик давления воздуха в коллекторе (ДВК), датчик положения коленчатого вала двигателя, датчик массы воздуха, поступающего во впускной коллектор 38, датчик положения дросселя и т.п.

В некоторых вариантах осуществления двигатель 20 используется как единственный первичный двигатель транспортного средства, например, традиционного транспортного средства, или транспортного средства со старт-стопным режимом. В других вариантах осуществления этот двигатель может быть применен в гибридном транспортном средстве, содержащем дополнительный первичный двигатель, например, электрическую машину, чтобы обеспечить дополнительную мощность для движения транспортного средства.

Каждый цилиндр 22 может работать в четырехтактном цикле, включающем такт впуска, такт сжатия, такт воспламенения и такт выпуска. В других вариантах осуществления двигатель может работать в двухтактном цикле. Во время такта впуска впускной клапан 42 открывается, а выпускной клапан 44 закрывается, в то время как поршень 34 движется от верха цилиндра 22 к низу цилиндра 22 для введения воздуха из впускного коллектора в камеру сгорания. Положение поршня 34 у верха цилиндра 22 в общем случае называется «верхней мертвой точкой» (ВМТ). Положение поршня 34 у низа цилиндра, в общем случае, называется «нижней мертвой точкой» (НМТ).

Во время такта сжатия впускной и выпускной клапаны 42, 44 закрыты. Поршень 34 движется от низа к верху цилиндра 22, чтобы сжать воздух внутри камеры 24 сгорания.

Затем вводят в камеру 24 сгорания топливо и зажигают его. В показанном двигателе 20 топливо впрыскивают в камеру 24 и затем зажигают его, используя свечу 48 зажигания. В других примерах топливо может зажигаться с использованием компрессионного воспламенения.

Во время такта расширения зажженная топливно-воздушная смесь в камере 24 сгорания расширяется, заставляя тем самым поршень 34 двигаться от верха цилиндра 22 к низу цилиндра 22. Это движение поршня 34 вызывает соответственное движение коленчатого вала 36 и обеспечивает механический крутящий момент выходного вала двигателя 20.

Во время такта выпуска впускной клапан 42 остается закрытым, а выпускной клапан 44 открывается. Поршень 34 движется от низа цилиндра к верху цилиндра 22, чтобы удалить отработавшие газы и продукты горения из камеры 24 сгорания, уменьшая объем камеры 24. Отработавшие газы текут из цилиндра 22 в выпускной коллектор 40 и к системе последующей обработки, например, к каталитическому нейтрализатору.

Положения и моменты срабатывания впускного и выпускного клапанов 42, 44, равно как момент впрыска топлива и момент зажигания, могут варьироваться для различных тактов двигателя.

Двигатель 20 содержит систему 70 охлаждения, чтобы выводить тепло из двигателя 20. Количество тепла, выведенного из двигателя 20, может регулироваться контроллером системы охлаждения или контроллером двигателя. Система 70 охлаждения может быть встроена в двигатель 20 в виде рубашки охлаждения. Система 70 охлаждения включает один или несколько контуров 72 охлаждения, которые могут содержать воду или другой хладагент в качестве рабочей жидкости. В одном из примеров контур 72 охлаждения включает первую рубашку 84 охлаждения в блоке 76 цилиндров и вторую рубашку 86 охлаждения в головке 80 цилиндров, причем рубашки 84, 86 соединены по потоку друг с другом. Блок 76 и головка 80 могут иметь дополнительные рубашки охлаждения. Хладагент, например вода, в контуре 72 охлаждения и рубашках 84, 86 течет из зоны высокого давления в зону более низкого давления.

Система 70 охлаждения содержит один или несколько насосов 74, нагнетающих текучую среду в контур 72 к каналам охлаждения в блоке 76 цилиндров. Система 70 охлаждения может также содержать клапаны (не показаны) управления потоком, или давлением хладагента, или направлением хладагента внутри системы 70. Каналы охлаждения в блоке 76 цилиндров могут быть расположены возле одной или нескольких камер 24 сгорания, цилиндров 22 и перемычек, образованных между цилиндрами 22. Аналогично, каналы охлаждения в головке 80 цилиндров могут быть расположены возле одной или нескольких камер 24 сгорания, цилиндров 22 и перемычек, образованных между камерами 24 сгорания. Головка 80 цилиндров соединена с блоком 76 цилиндров, образуя цилиндры 22 и камеры 24 сгорания. Прокладка 78 головки проложена между блоком 76 цилиндров и головкой 80 цилиндров для уплотнения цилиндров 22. Прокладка 78 может также иметь прорезь, отверстия и т.п., чтобы соединять по потоку рубашки 84, 86 и выборочно соединять каналы между рубашками 84, 86. Хладагент течет из головки 80 цилиндров и из двигателя 20 в радиатор 82 или другой теплообменник, где тепло передается от хладагента окружающей среде.

На ФИГ. 2 изображена конструкция традиционной поперечно просверленной перемычки блока цилиндров. В других традиционных двигателях перемычка может не иметь каналов охлаждения. На ФИГ. 2 изображены тракты охлаждения через перемычку. Блок 100 цилиндров двигателя соединен с головкой 102 цилиндров посредством прокладки 104 головки, с образованием камеры сгорания в двигателе. Поверхность 103 плиты блока 100 цилиндров и поверхность 101 плиты головки 102 цилиндров контактируют с противоположными, первой и второй, сторонами прокладки 104. Головка 102 цилиндров имеет перемычки 106 между соседними камерами. Блок 100 имеет перемычки 126 между соседними цилиндрами.

Хладагент течет из рубашки 130 охлаждения блока в рубашку 150 охлаждения головки. Рубашка 130 блока содержит канал 132 на впускной стороне двигателя и канал 134 на выпускной стороне двигателя. Рубашка 150 головки содержит канал 152 на впускной стороне двигателя и канал 154 на выпускной стороне двигателя. Перемычка 126 содержит традиционный у-образный поперечно просверленный канал 160 для охлаждения. Поток хладагента показан на ФИГ. 2 стрелками. В примере ФИГ. 2 перепад давления на перемычке, или между входом в канал 160 из канала 132 и выходом канала 160 в канал 134, составляет приблизительно 500 Паскалей.

На ФИГ. 3-4 представлен пример осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 3 схематически изображен поток текучей среды через перемычку согласно примеру осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 4 изображен блок цилиндров. Особенности ФИГ. 3-5, аналогичные ФИГ. 2, могут быть отмечены теми же номерами позиций.

Система охлаждения ФИГ. 2 может быть осуществлена в двигателе, показанном на ФИГ. 1. На ФИГ. 2 изображены тракты охлаждения, идущие через перемычку блока цилиндров. Блок 100 цилиндров двигателя соединен с головкой 102 цилиндров посредством прокладки 104 головки, с образованием камеры сгорания в двигателе. Поверхность 103 плиты блока 100 цилиндров и поверхность 101 плиты головки 102 цилиндров контактируют с противоположными, первой и второй, сторонами прокладки 104.

Между соседними камерами в головке 102 цилиндров расположены перемычки 106. Между соседними цилиндрами 124 в блоке 100 расположены перемычки 126. Камеры в головке 102 и цилиндры в блоке 100 сочетаются, образуя камеры сгорания двигателя. Прокладка 104 может содержать буртики с обеих сторон прокладки, окружающие камеры и цилиндры, чтобы способствовать уплотнению камер сгорания двигателя.

Один из вариантов осуществления блока 100 цилиндров показан на ФИГ. 4, где изображены продольная ось L и поперечная ось Т двигателя, а также впускная сторона I и выпускная сторона Е. Вернемся к ФИГ. 3; хладагент течет из рубашки 130 охлаждения блока в рубашку 150 охлаждения головки. Рубашка 130 блока содержит канал 132 на впускной стороне двигателя и канал 134 на выпускной стороне двигателя. Каналы 132 и 134 пересекают поверхность 103 плиты блока. Рубашка 150 головки содержит канал 152 на впускной стороне двигателя и канал 154 на выпускной стороне двигателя. Каналы 152, 154 пересекают поверхность 101 головки цилиндров. Перемычка 126 представляет собой барьер для текучей среды между каналами 132, 134 и выполнена с возможностью предотвращать течение хладагента из канала 132 прямо в канал 134, а также разделять соседние цилиндры в блоке 100 двигателя.

Перемычка 126 содержит v-образный поперечно просверленный канал 170 для охлаждения. Поток хладагента, в общем случае, показан на ФИГ. 3 стрелками. В примере по ФИГ. 3 перепад давления на перемычке или между входом в канал 170 из канала 132 и выходом канала 170 в канал 154, составляет приблизительно 8000 Паскалей при тех же рабочих условиях, какие описаны выше для ФИГ. 2, то есть создается приблизительно в шестнадцать раз больший перепад давления. Увеличенная разность давлений создает повышенную скорость потока и соответственно повышенные скорости теплопередачи в перемычке 126.

V-образный канал 170 содержит первый участок канала 172 и второй участок канала 174. Канал 172 идет от канала 132 к поверхности 103 плиты блока к средней зоне 176 перемычки 126. Канал 174 идет от канала 172 и соединяется с ним в средней зоне 176 перемычки 126. Канал 174 пересекает поверхность 103 плиты блока возле канала 134, но расположен на расстоянии от канала 134.

Канал 172 не параллелен каналу 174 и пересекает канал 174. Канал 172 расположен под острым углом к поверхности 103 плиты блока, как показано углом а. Канал 174 расположен под острым углом к поверхности 103 плиты блока, как показано углом Ь. Углы а и b могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга. Аналогично, длины и/или диаметры каналов 172, 174 могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга. Средняя зона 176 перемычки блока расположена на расстоянии от поверхности 103 плиты блока.

Конец или выход 178 v-образного канала пересекает поверхность 103 блока и расположен на расстоянии от канала 134. Выход 178 v-образного канала может быть сцентрован с каналом 154 головки 102 или, альтернативно, прокладка 104 может быть прорезана так, чтобы обеспечить соединение по потоку между выходом 178 и каналом 154, как показано на ФИГ. 3. Другой конец или вход 180 v-образного канала пересекает канал 152 охлаждения и может располагаться у поверхности 103 плиты.

Хладагент в рубашке 130 охлаждения блока течет из канала 132 на впускной стороне через перемычку 126 в канал 154 в рубашке 150 охлаждения на выпускной стороне головки 102 цилиндров. Канал 154 находится под меньшим давлением, чем канал 132. Хладагент в канале 132 также течет в канал 152 в рубашке 150. Прокладка 104 перекрывает канал 134 возле перемычки, заставляя канал 154 принимать хладагент из канала 170 и увеличивая тем самым поток через перемычку 126.

Прокладка 104 головки помогает в обеспечении трактов охлаждения, как показано на ФИГ. 2. Прокладка 104 содержит в целом плоский корпус прокладки, в котором имеются различные отверстия для болтов или других элементов двигателя. Прокладка 104 также содержит прорези или отверстия, образующие каналы охлаждения, чтобы соединять по потоку рубашки 130, 150. В одном из примеров прокладка 104 выполнена из нескольких слоев, и каждый слой может быть изготовлен из стали или другого подходящего материала. Один или несколько внутренних слоев 182 могут быть использованы в качестве распорки, и это может помочь в формировании толщины прокладки, а также обеспечить разделительный слой. Прокладка 104 содержит, по меньшей мере, один верхний слой 184 со стороны головки. Прокладка 104 также содержит, по меньшей мере, один нижний слой 186 со стороны блока. Верхний слой 184 взаимодействует с поверхностью 101 плиты головки цилиндров, нижний слой 186 взаимодействует с поверхностью 103 плиты блока цилиндров, а средней слой 182 расположен между верхним и нижним слоями.

Прокладка 104 содержит первое отверстие или прорезь 188, расположенная между каналом 132 и каналом 152. Отверстие 188 может иметь те же размеры, что и каналы 132, 152, или может иметь меньшие размеры для ограничения потока. Прокладка содержит второе отверстие или прорезь 190, расположенную между выходом 178 v-образного канала 170 и каналом 154. Прорези 188, 190 могут быть образованы штамповкой слоев прокладки или по другой технологии, как известно специалистам. Каждая прорезь расположена между соседними буртиками прокладки. Прорези или отверстия 188, 190 могут быть образованы выборочным съемом материала одного или несколько слоев прокладки, с образованием тракта хладагента от блока к головке. Прорези могут быть выполнены в каждом слое прокладки и совместно образовывать тракт хладагента через прокладку, причем прорези в разных слоях могут иметь одинаковые или разные длины и могут быть сцентрованы или смещены, чтобы обеспечить желаемую структуру потока хладагента. Отверстия 188, 190 разнесены в поперечном направлении по оси Т прокладки.

По меньшей мере, один слой прокладки 104, например слой 186, закрывает канал 134 в поверхности плиты, чтобы предотвратить поток из канала 134 в канал 154 возле перемычки 126. Поэтому в зоне перемычки 126 каналы 132, 152, 170 и 154 непосредственно соединены по потоку, а канал 134 перекрыт или не соединен с ними по потоку.

Контур отверстий 188, 190 может быть, в общем случае, треугольным, круговым или иметь другую форму, повторяющую контур соответствующего канала. В некоторых примерах поперечное сечение отверстий 188, 190 соответствует поперечному сечению в поверхности плиты, по меньшей мере, одного из соответствующих каналов, чтобы предотвратить ограничение потока. В других примерах поперечное сечение отверстий 188, 190 меньше, чем поперечное сечение в поверхности плиты, по меньшей мере, одного из соответствующих каналов, чтобы обеспечить управление потоком посредством его ограничения. Отверстия 188, 190 могут также иметь поперечные сечения, расходящиеся или сходящиеся при проходе через прокладку 104, для управления потоком, например для управления обтеканием.

Хотя описано течение хладагента от впускной стороны двигателя к выпускной стороне, в других вариантах осуществления хладагент может течь в обратном направлении, т.е. от выпускной стороны к впускной стороне, и v-образный канал 170 может быть обращен.

Поток хладагента через двигатель, в общем случае, показан стрелками на ФИГ. 3. Прокладка 104 может обеспечить тракт потока хладагента от блока 100 к головке 102 через перемычку 126. Прокладка 104 может обеспечить перекрытие канала 134, заставляя тем самым хладагент течь в поперечном направлении от впускной стороны к выпускной стороне двигателя через перемычку.

В каналах головки цилиндров хладагент может течь в поверхности плиты блока вдоль продольной оси, или продольного направления, L двигателя так, что хладагент подается к цилиндрам последовательно.

На ФИГ. 4 изображен частичный вид сверху в аксонометрии блока 100 цилиндров в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения. Блок 100 цилиндров может быть отлит из подходящего материала, например из алюминия. Блок 100 цилиндров представляет собой элемент рядного четырехцилиндрового двигателя, хотя настоящее изобретение также может быть применено и в двигателях других конфигураций. Блок 100 цилиндров содержит поверхность 103 плиты, или поверхность, образующую цилиндры 124. Поверхность 103 плиты может быть образована так, чтобы обеспечить полуоткрытую конструкцию плиты, как показано на ФИГ. 4. Каждый цилиндр 124 взаимодействует с соответственной камерой в головке 102, образуя камеру сгорания. Каждый цилиндр 124 имеет выпускную сторону Е, которая соответствует стороне головки с выпускными окнами, и впускную сторону I, которая соответствует стороне головки с впускными окнами. В поверхности 103 плиты и внутри блока 100 цилиндров имеются также различные каналы, которые образуют рубашку 130 охлаждения блока цилиндров и двигателя. Рубашка 130 охлаждения может взаимодействовать с соответствующими окнами рубашки охлаждения головки, образуя общую рубашку охлаждения двигателя. В каналах блока цилиндров хладагент может течь, как показано стрелкой на ФИГ. 4, в поверхности плиты блока вдоль продольной оси, или продольного направления L двигателя так, что хладагент подается к цилиндрам последовательно.

Перемычка 126 образована между двумя цилиндрами 124. Перемычка 126 может требовать охлаждения в процессе работы двигателя, так как температура перемычки 126 может возрастать вследствие теплопередачи от горячих отработавших газов в камере сгорания. Показанный выход 178 v-образного канала 170 расположен у канала 134, но расположен на расстоянии от канала 134. Выход 178 пересекает поверхность 103 плиты.

На ФИГ. 5-7 представлены результаты модельного сравнения двигателя без канала охлаждения перемычки, двигателя с каналом охлаждения перемычки, согласно ФИГ. 2, а также двигателя с каналом 170 охлаждения перемычки согласно ФИГ. 3 и настоящему изобретению. Результаты были рассчитаны для цилиндра номер три, испытывающего наибольший нагрев и/или смещение перемычек двигателя. В общем случае, эти чертежи показывают, что канал 170 создает высокий перепад давления на канале 170, а это значительно увеличивает поток хладагента и теплопередачу. Канал 170 снижает температуру перемычки, снижает температуру и градиент смещения вдоль кромки отверстия цилиндра и снижает температуру стенки отверстия по длине отверстия цилиндра. В одном из примеров температура перемычки и максимальная температура блока были снижены с помощью канала 170 приблизительно на тридцать градусов Цельсия, в сравнении с двигателем без канала охлаждения перемычки. Для сравнения, с помощью канала 160 температура перемычки и максимальная температура блока снижаются приблизительно на десять градусов Цельсия, в сравнении с двигателем без канала охлаждения перемычки.

На ФИГ. 5 изображен график температуры поверхности вдоль окружности отверстия цилиндра у поверхности 103 плиты. Температура поверхности отложена как функция угла в градусах вдоль окружности цилиндра. Продольная ось двигателя или ось центров перемычек проходит через отметки 90 градусов и 270 градусов. Температура отверстия цилиндра без канала охлаждения перемычки показана кривой 200, и температурные пики наблюдаются при углах, соответствующих угловым положениям перемычек. Температура отверстия цилиндра с каналами 160 охлаждения в перемычке, показанном на ФИГ. 2, представлена кривой 202, демонстрирующей некоторое снижение температуры, в сравнении с кривой 200. Температура отверстия цилиндра с каналами 170 охлаждения в перемычках, как показано на ФИГ. 3 согласно настоящему изобретению, представлена кривой 204, демонстрирующей значительное снижение температуры, в сравнении с кривыми 200 и 202.

На ФИГ. 6 показана температура поверхности отверстия цилиндра как функция длины отверстия цилиндра при увеличении расстояния вглубь от поверхности плиты. На ФИГ. 6 нулевое расстояние соответствует поверхности 103 плиты блока цилиндров. Температура поверхности рассчитывалась для отверстия цилиндра при угле 90 градусов вдоль окружности отверстия, что соответствует, согласно ФИГ. 5, температуре вдоль перемычки. Продольная ось двигателя, или ось центров перемычек, проходит через отметку 90 градусов. Температура отверстия цилиндра без каналов охлаждения перемычки показана кривой 210, и температурные пики наблюдаются у поверхности 103 плиты. Температура отверстия цилиндра с каналами 160 охлаждения в перемычке, как показано на ФИГ. 2, представлено кривой 212, демонстрирующей некоторое снижение температуры, в сравнении с кривой 210. Провал на кривой 214 может быть связан с нижним каналом, соединяющимся с каналом 134 на ФИГ. 2. Температура отверстия цилиндра с каналами 170 охлаждения в перемычке, как показано на ФИГ. 3 согласно настоящему изобретению, представлена кривой 216, демонстрирующей более значительное, в сравнении с кривыми 210 и 212, снижение температуры у поверхности 103 плиты.

На ФИГ. 7 изображен график вертикального смещения края отверстия относительно нижнего положения в цилиндре вдоль окружности отверстия цилиндра. Относительное вертикальное смещение определяется вычитанием минимального вертикального смещения цилиндра из значений вертикального смещения вдоль окружности цилиндра. Относительное вертикальное смещение отложено как функция угла в градусах вдоль окружности цилиндра. Продольная ось двигателя или ось центров перемычек проходит через отметки 90 градусов и 270 градусов. Относительное вертикальное смещение максимально у перемычек вследствие повышенной температуры перемычек и соответствующего теплового расширения. Относительное вертикальное смещение отверстия цилиндра без каналов охлаждения перемычки представлено кривой 220. Относительное вертикальное смещение отверстия цилиндра с каналами 160 охлаждения в перемычке, как показано на ФИГ. 2, представлено кривой 222, демонстрирующей некоторое уменьшение вертикального смещения, в сравнении с кривой 220. Вертикальное смещение отверстия цилиндра с каналами 170 охлаждения в перемычке, как показано на ФИГ. 3 согласно настоящему изобретению, представлено кривой 224, демонстрирующей более значительное, в сравнении с кривыми 220 и 222, уменьшение вертикального смещения.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения имеют свои, неограничивающие преимущества. Например, v-образный канал или другой канал через перемычку, созданный, чтобы обеспечить поток хладагента из рубашки охлаждения блока в рубашку охлаждения головки на противоположной стороне перемычки, может снизить температуру возле перемычки, температуру цилиндра и относительное вертикальное смещение цилиндра. Прокладка соединяет по потоку рубашку охлаждения блока и рубашку охлаждения головки с первой стороны перемычки. Канал охлаждения перемычки соединен по потоку с рубашкой блока с первой стороны перемычки, но расположен на расстоянии от рубашки охлаждения блока и не соединен с ней по потоку со второй, противоположной стороны перемычки. Прокладка соединяет по потоку канал перемычки с рубашкой охлаждения головки со второй стороны перемычки. Прокладка закрывает рубашку охлаждения блока со второй стороны перемычки, чтобы предотвратить поток хладагента из рубашки блока в рубашку головки со второй стороны перемычки. Канал охлаждения перемычки и прокладка головки создают повышенный перепад давления на перемычке, обеспечивая повышенную скорость хладагента и повышенную теплопередачу возле перемычки.

Выше раскрыты примерные варианты осуществления, однако не предполагается, что эти варианты осуществления описывают все возможные формы настоящего изобретения. Слова, употребленные в данном описании это скорее слова раскрывающие, а не ограничивающие, и следует понимать, что могут быть внесены различные изменения, не отступающие от смысла и объема настоящего изобретения. Кроме того, особенности различных реализуемых вариантов осуществления могут быть скомбинированы с образованием дальнейших вариантов осуществления.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с водяным охлаждением. Двигатель внутреннего сгорания содержит блок (100) цилиндров, определяющий поверхность (103) плиты блока, первый и второй цилиндры, рубашку (130) охлаждения блока, головку (102) цилиндров и прокладку (104) головки. Первый и второй цилиндры расположены рядом и разделены перемычкой (126) блока. Головка (102) цилиндров содержит поверхность (101) головки цилиндров, которая ограничивает первую и вторую камеры и рубашку (150) охлаждения головки. Первая и вторая камеры расположены рядом и разделены перемычкой головки (106). Первая камера и первый цилиндр образуют первую камеру сгорания. Вторая камера и второй цилиндр образуют вторую камеру сгорания. Прокладка (104) головки расположена между блоком (100) цилиндров и головкой (102) цилиндров. Прокладка головки (104) имеет сторону блока и сторону головки. Рубашка (130) охлаждения блока содержит первый канал (172) и второй канал (174), пересекающие поверхность (103) плиты блока по разные стороны от перемычки (126) блока. Первый канал (172) расположен с первой стороны продольной оси блока (100) цилиндров. Рубашка (150) охлаждения головки содержит третий канал и четвертый канал, пересекающие поверхность головки цилиндров по разные стороны от перемычки (106) головки. Третий канал расположен с первой стороны продольной оси блока цилиндров. Перемычка блока (126) ограничивает канал охлаждения перемычки, идущий от первого канала (172) у поверхности (103) плиты блока ко второму каналу (174) у поверхности (103) плиты блока. Прокладка головки (104) выполнена с возможностью соединять по потоку первый (172) и четвертый каналы так, чтобы была возможность протекания хладагента из первого канала (172) через канал охлаждения перемычки в четвертый канал для охлаждения соответствующей перемычки. Раскрыты вариант выполнения двигателя внутреннего сгорания и прокладка головки для двигателя с рубашкой охлаждения. Технический результат заключается в улучшении охлаждения перемычки между соседними цилиндрами двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

блок цилиндров, определяющий поверхность плиты блока, первый и второй цилиндры и рубашку охлаждения блока, причем первый и второй цилиндры расположены рядом и разделены перемычкой блока;

головку цилиндров, содержащую поверхность головки цилиндров, которая ограничивает первую и вторую камеры, и рубашку охлаждения головки, причем первая и вторая камеры расположены рядом и разделены перемычкой головки, при этом первая камера и первый цилиндр образуют первую камеру сгорания, а вторая камера и второй цилиндр образуют вторую камеру сгорания; и

прокладку головки, расположенную между блоком цилиндров и головкой цилиндров, причем прокладка головки имеет сторону блока и сторону головки,

при этом рубашка охлаждения блока содержит первый канал и второй канал, пересекающие поверхность плиты блока по разные стороны от перемычки блока, причем первый канал расположен с первой стороны продольной оси блока цилиндров;

при этом рубашка охлаждения головки содержит третий канал и четвертый канал, пересекающие поверхность головки цилиндров по разные стороны от перемычки головки, причем третий канал расположен с первой стороны продольной оси блока цилиндров;

при этом перемычка блока ограничивает канал охлаждения перемычки, идущий от первого канала у поверхности плиты блока ко второму каналу у поверхности плиты блока; и

при этом прокладка головки выполнена с возможностью соединять по потоку первый и четвертый каналы так, чтобы была возможность протекания хладагента из первого канала через канал охлаждения перемычки в четвертый канал с целью охлаждения соответствующей перемычки.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что прокладка головки выполнена с возможностью закрывать второй канал, предотвращая тем самым течение хладагента из второго канала в четвертый канал.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что прокладка головки выполнена с возможностью соединять по потоку первый канал с третьим каналом.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая из камер имеет выпускное окно, противолежащее впускному окну, причем впускное окно расположено с первой стороны продольной оси блока цилиндров.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал охлаждения перемычки расположен под острым углом к поверхности плиты блока.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал охлаждения перемычки расположен под острым углом к поверхности плиты блока.

7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал охлаждения перемычки определяет изгиб в средней зоне перемычки.

8. Двигатель по п. 7, отличающийся тем, что средняя зона перемычки блока расположена на расстоянии от поверхности плиты блока.

9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что прокладка головки образует первое отверстие, расположенное между первым и третьим каналами, и второе отверстие, расположенное между каналом охлаждения перемычки и четвертым каналом.

10. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

блок цилиндров, содержащий первый и второй каналы, пересекающие поверхность блока с противоположных сторон перемычки, определяя v-образный канал;

головку цилиндров, содержащую третий и четвертый каналы, пересекающие поверхность головки, причем первый и четвертый каналы расположены напротив друг друга; и

прокладку, расположенную между блоком и головкой, причем прокладка выполнена с возможностью соединять по потоку первый и четвертый каналы через v-образный канал и закрывать второй канал.

11. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что выход v-образного канала пересекает поверхность блока и расположен на расстоянии от второго канала.

12. Двигатель по п. 11, отличающийся тем, что выход v-образного канала сцентрован с четвертым каналом головки.

13. Двигатель по п. 11, отличающийся тем, что вход v-образного канала пересекает первый канал.

14. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что прокладка выполнена с возможностью соединять по потоку первый и третий каналы.

15. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что третий и четвертый каналы приспособлены под меньшее давление, чем первый канал.

16. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что первый, второй и v-образный каналы образуют рубашку охлаждения блока.

17. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что третий и четвертый каналы образуют рубашку охлаждения головки.

18. Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что перемычка создает барьер для текучей среды между первым каналом и вторым каналом и выполнена с возможностью предотвращать течение хладагента через перемычку из первого канала во второй канал.

19. Прокладка головки для двигателя с рубашкой охлаждения, содержащая:

в целом плоский корпус прокладки с первой стороной для взаимодействия с поверхностью плиты головки цилиндров и второй стороной для взаимодействия с поверхностью плиты блока цилиндров, причем прокладка содержит:

первое отверстие, проходящее сквозь корпус прокладки возле перемычки блока цилиндров, при этом первое отверстие соединяет по потоку первый канал охлаждения в блоке цилиндров и второй канал охлаждения в головке цилиндров, причем первый и второй каналы охлаждения соосны; и

второе отверстие, проходящее сквозь корпус прокладки возле перемычки блока цилиндров, при этом второе отверстие, принимая текучую среду из первого канала, соединяет по потоку канал охлаждения перемычки в перемычке блока цилиндров и третий канал охлаждения в головке цилиндров;

причем первое и второе отверстия разнесены в поперечном направлении прокладки; и

при этом корпус прокладки выполнен с возможностью закрывать четвертый канал в блоке цилиндров, причем четвертый канал расположен рядом с каналом охлаждения перемычки.

20. Прокладка по п. 19, отличающаяся тем, что корпус прокладки содержит верхний слой, нижний слой и несущий слой, расположенный между ними.