ВЫХЛОПНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ГОЛОВКУ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ И ТЕРМИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННЫМ ВЫХЛОПНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ
EXHAUST DEVICE COMPRISING CYLINDER HEAD OF CYLINDER BLOCK WITH INTEGRATED AND THERMALLY ISOLATED EXHAUST MANIFOLD

Изобретение относится к выхлопному устройству многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания автомобиля, содержащему головку блока цилиндров, в которой выполнены выхлопные каналы, первый конец каждого из которых соединен с камерой сгорания указанного двигателя, а второй конец выходит в полость или воздухосборную камеру выхлопного коллектора, интегрированного в головку блока, при этом выходной канал коллектора снаружи соединен с устройством очистки выхлопных газов выхлопного трубопровода автомобиля.
Известны многие примеры устройств этого типа.
Как известно, выхлопные устройства содержат выхлопные каналы, выполненные в головке блока цилиндров двигателя, совпадающие с каналами коллектора, расположенными напротив выхлопных каналов. Коллектор содержит по меньшей мере один выходной канал, соединенный с выхлопным трубопроводом автомобиля.
Известно, что для снижения содержания загрязняющих веществ в газообразных продуктах сгорания в выхлопном трубопроводе устанавливают устройства очистки, в частности катализаторы, которые позволяют преобразовывать загрязняющие вещества, присутствующие в газообразных продуктах сгорания, в частности несгоревшие углеводороды НС и оксиды азота NOx.
Однако во время запуска холодного двигателя возникает проблема.
Действительно, эффективность устройств очистки существенно зависит от их рабочей температуры. Удаленность этих устройств от камер сгорания двигателя замедляет повышение их температуры на первых минутах работы двигателя и снижает их эффективность, тогда как именно в эти первые минуты работы двигателя выделяется самое большое количество загрязнителей.
Для устранения этого недостатка было предложено выполнять выхлопные коллекторы частично или полностью интегрированными в головку блока двигателя, что позволяет значительно сократить расстояние между камерами сгорания и устройством очистки, которое в данном случае непосредственно примыкает к головке блока на выходе коллектора.
В документе FR 2738289, в частности, описан коллектор такого типа, в котором выхлопные каналы головки блока цилиндров выходят в полость или воздухосборную камеру, выполненную наполовину в коллекторе, а наполовину в головке блока.
В документе DE А 3815408 описан коллектор, выполненный полностью в головке блока цилиндров за одно целое с ней путем литья.
Однако эти известные коллекторы характеризуются многими недостатками.
Так, если коллектор такого типа выполнен в головке блока цилиндров лишь частично, расстояние между камерами сгорания и устройством очистки не сокращается до минимума, и поэтому эффективность устройства очистки обеспечивается неполностью.
Кроме того, когда коллектор интегрирован в головку блока, он подвергается воздействию высоких температур и поэтому, как и материал головки блока, претерпевает значительное расширение по мере повышения его температуры. По этой причине практически невозможно соединить такой коллектор с остальной частью выхлопного трубопровода, если он не оборудован охлаждающими полостями, соединенными с полостями циркуляции жидкости охлаждения головки блока.
Эта концепция отрицательно сказывается, с одной стороны, на производительности двигателя, так как она приводит к снижению теплового КПД двигателя из-за необходимости охлаждения коллектора, а, с другой стороны, практически сводит на нет выигрыш в результате сближения коллектора и камер сгорания, поскольку охлаждение коллектора не позволяет обеспечить быстрое повышение его температуры, которое должно повысить эффективность устройства очистки.
Задачей изобретения является устранение этого недостатка за счет создания устройства описанного выше типа, в котором коллектор, интегрированный в головку блока цилиндров двигателя, оборудован средствами термической изоляции по отношению к указанной головке блока.
В этой связи объектом изобретения является описанный выше коллектор, в котором полость или воздухосборная камера коллектора выполнена во вставном элементе, устанавливаемом внутри головки блока, причем указанный элемент термически изолирован от головки блока цилиндров при помощи средств термической изоляции.
Согласно другим отличительным признакам изобретения:
- вторые концы выхлопных каналов сообщаются с приемным отверстием, выполненным в головке блока цилиндров, в которое заходит трубчатая вставка, установленная внутри головки блока, образуя вставной элемент, в которой выполнены отверстия для сообщения со вторыми концами выхлопных каналов, и которая содержит выходной канал, выходящий наружу головки блока;
- трубчатая вставка выполнена из нержавеющей стали;
- трубчатая вставка установлена без зазора в приемном отверстии головки блока;
- средства термической изоляции расположены в головке блока вокруг трубчатой вставки и между по меньшей мере двумя расположенными друг за другом выхлопными каналами;
- средства термической изоляции содержат по меньшей мере одну полость, выполненную в материале головки блока цилиндров вокруг приемного отверстия и выходящую в указанное отверстие;
- в устройстве выполнены две полости: полость вокруг приемного отверстия между каждой парой расположены друг за другом выхлопных каналов и полость вокруг приемного отверстия между концевым выхлопным каналом и наружной концевой стороной головки блока;
- каждая полость выполнена в процессе литья головки блока цилиндров.
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из последующего описания со ссылками на чертеж, на котором схематично показана головка блока цилиндров для выхлопного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
На чертеже показана головка 10 блока цилиндров выхлопного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.
Как известно, выхлопные каналы 12 выполняют в головке 10 блока цилиндров. Первый конец 14 каждого канала 12 соединен с камерой 16 сгорания двигателя, а второй конец 18 каждого канала 12 выходит в полость 20 или воздухосборную камеру выхлопного коллектора 22, встроенного в головку 10 блока цилиндров. Выходной канал 24 коллектора 22 снаружи соединен с устройством (не показано) очистки выхлопных газов выхлопного трубопровода (не показан) автомобиля. Между каждой камерой 16 сгорания головка 10 блока цилиндров содержит полости 30 для циркуляции охлаждающей жидкости двигателя.
Согласно изобретению полость 20 или воздухосборная камера коллектора 22 выполнена в элементе 26, расположенном внутри головки 10 блока цилиндров, причем указанный элемент 26 термически изолирован от головки 10 блока цилиндров при помощи средств 28 термической изоляции.
В частности, вторые концы 18 выхлопных каналов 12 выходят в приемное отверстие 32, выполненное в головке 10 блока цилиндров. В это отверстие 32 заходит трубчатая вставка 26, образующая вставной элемент 26, который установлен внутри головки блока цилиндров и в котором выполнены отверстия 34 для сообщения со вторыми концами 18 выхлопных каналов 12. Вставной элемент 26 также содержит выходной канал 24, выходящий наружу из головки 10 блока цилиндров.
В данном варианте осуществления изобретения трубчатая вставка 26 выполнена из нержавеющей стали, так как характеристики теплового расширения этого материала обеспечивают удовлетворительную герметичность его соединения с устройством очистки, причем при любой температуре. Следует отметить, что для осуществления изобретения можно использовать любой другой материал с аналогичными характеристиками.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения трубчатую вставку 26 устанавливают без зазора в приемное отверстие 32 головки 10 блока цилиндров, вставляя ее в отверстие 32, например, путем запрессовки.
Предпочтительно средства 28 термической изоляции расположены в головке 10 блока цилиндров вокруг трубчатой вставки 26 и по меньшей мере между двумя расположенными рядом выхлопными каналами 12.
В частности, средства 28 термической изоляции представляют собой по меньшей мере одну полость, выполненную в материале головки 10 блока цилиндров вокруг приемного отверстия 32 и сообщающуюся с указанным отверстием 32. Эту полость заполняют водой, и таким образом она обеспечивает термическую изоляцию вставки 26 по отношению к головке блока цилиндров и препятствует распространению тепла от головки 10 блока цилиндров к вставке 26 за счет теплопроводности.
Предпочтительно, как показано на чертеже, в устройстве имеется полость 28, расположенная вокруг приемного отверстия 32 между каждой парой расположенных рядом выхлопных каналов 12, и полость 28, расположенная вокруг приемного отверстия 32 между концевым выхлопным каналом 12 и концевой наружной стороной 36 головки 10 блока цилиндров.
Для выполнения полостей 28 можно использовать любой способ. Вместе с тем, в предпочтительном варианте осуществления изобретения каждую полость 28 выполняют в процессе литья головки 10 блока цилиндров.
Таким образом, изобретение позволяет получить устройство, содержащее коллектор 26, расположенный в головке 10 блока цилиндров максимально близко к камерам 16 сгорания, что позволяет оптимизировать характеристики устройства очистки, соединенного с его выходным каналом 24, и устранить недостатки известных встроенных коллекторов за счет его термической изоляции по отношению к головке 10 блока цилиндров.