ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ С ПРИМЫКАЮЩИМ ВЫПУСКНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CYLINDER HEAD WITH ADJACENT EXHAUST MANIFOLD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение касается головки блока цилиндров с примыкающим выпускным коллектором двигателя внутреннего сгорания в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
В общеизвестной компоновке головка блока цилиндров после выпускного клапана имеет канал отработавших газов (далее - ОГ), который заканчивается на внешней стыковочной поверхности головки блока цилиндров. К этой стыковочной поверхности головки блока цилиндров посредством резьбового соединения присоединен выпускной коллектор своей сопряженной стыковочной поверхностью таким образом, что канал ОГ головки блока цилиндров продолжается в выпускном коллекторе.
Для герметичного относительно ОГ прилегания выпускного коллектора к головке блока цилиндров между стыковочной поверхностью головки блока цилиндров и стыковочной поверхностью выпускного коллектора размещено уплотнение выпускного коллектора. В области канала ОГ в головке блока цилиндров находятся проходят обтекаемые охлаждающим средством каналы для охлаждающего средства. В зависимости от количества цилиндров двигателя внутреннего сгорания и их расположения головка блока цилиндров имеет несколько каналов ОГ, к каждому из которых примыкает соответствующий выпускной коллектор.
У типового двигателя внутреннего сгорания горячий ОГ через канал ОГ направляется в выпускной коллектор, в некоторых случаях, в турбонагнетатель, а затем далее через глушитель в атмосферу. У охлаждаемого обычным образом жидкостью двигателя внутреннего сгорания много тепловой энергии отдается в охлаждающую среду, которая протекает через головку блока цилиндров. Вследствие этого, конструктивные компоненты вблизи канала ОГ могут термически недопустимо нагружаться и, в некоторых случаях, повреждаться. Также, вследствие этого, из отработавшего газа отводится энергия, которая могла бы использоваться в результате преобразования энергии, например, во включенном после турбонагнетателе.
Из уровня техники уже известны мероприятия, с помощью которых такая термическая нагрузка должна уменьшаться. В первом известном мероприятии на внутреннюю стенку выпускного канала наносится термически изолирующее покрытие (FA. NEMAK Gmbh). В случае другого мероприятия, которое также должно уменьшать термическую нагрузку, канал ОГ в головке блока цилиндров выполнен полностью в керамике. Очевидно, речь здесь идет о недостатках, вызванных дорогостоящими, трудоемкими решениями. Кроме того, здесь также в независимости от желаемого уменьшения термической нагрузки для уплотненного относительно ОГ прилегания выпускного коллектора должны быть предусмотрены отдельные уплотнения выпускного коллектора.
Задачей изобретения является уменьшить термическую нагрузку в области канала ОГ головки блока цилиндров с помощью простого, экономичного решения и тем самым предоставить в распоряжение простое экономичное уплотнение выпускного коллектора.
Эта задача согласно изобретению решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметами зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно пункту 1 формулы изобретения предусмотрена головка блока цилиндров с примыкающим выпускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, причем головка блока цилиндров имеет, по меньшей мере, один канал ОГ, который заканчивается на внешней стыковочной поверхности головки блока цилиндров, к которой своей согласованной стыковочной поверхностью присоединен продолжающий канал ОГ выпускной коллектор, предпочтительно, присоединен посредством, по меньшей мере, одного резьбового соединения. Согласно изобретению в канал отработавшего газа головки внутреннего сгорания вставлена фланцево-втулочная вставка из втулочной части и концевой фланцевой части. Втулочная часть имеет, по меньшей мере, один радиально выступающий, окружной гофр в качестве распорки и уплотнительного элемента, с помощью которого втулочная часть прилегает к внутренней стенке канала ОГ. Фланцевая часть в форме кольцевой шайбы радиально выступает на наружном конце фланцевой втулки и плотно зажимается между стыковочной поверхностью головки блока цилиндров и стыковочной поверхностью выпускного коллектора, а именно предпочтительно зажимается как уплотнительный фланец, еще более предпочтительно зажимается как уплотнительный фланец и для аксиальной фиксации втулки, таким образом, что между внутренней стенкой канала ОГ и внешней стенкой втулочной части, а также между фланцевой частью и аксиально ближе всего расположенным гофром и/или между двумя аксиально расположенными рядом с другом гофрами образован отделенный от потока ОГ, термически изолированный, окружной изоляционный зазор с шириной зазора, соответствующей высоте гофра.
Предпочтительным образом, просто выполненная и экономически изготавливаемая фланцево-втулочная вставка имеет две функции, а именно термическое изолирование канала ОГ, а также уплотнение выпускного коллектора. Эти обе функции здесь в едином конструкторском компоненте объединены с преимуществами при изготовлении, приобретении, доставке и монтаже.
С проходящей по всей длине канала ОГ головки блока цилиндров длиной втулочной части, при необходимости также уже с частичной длиной, достигается термическое изолирование канала ОГ в головке блока цилиндров, за счет чего его тепловая нагрузка может значительно уменьшаться. Этим достигается то, что, с одной стороны, меньше тепловой энергии должно отводиться посредством охлаждающей среды, так что вследствие этого предпочтительно может уменьшаться размер охлаждающей установки. С другой стороны, в результате термического изолирования в отработавшем газе остается очень много тепловой энергии, которая может использоваться для повышенного преобразования энергии, в частности, в турбонагнетателе.
Дальнейшее преимущество состоит в том, что вследствие уплотненно зафиксированной между каналом ОГ и выпускным коллектором фланцевой части, также соединенная с ней втулочная часть зафиксирована без возможности аксиального смещения (сползания) и без возможности проворачивания в канале ОГ.
Термическая изоляция здесь осуществляется, по существу, вследствие принципа изоляции воздушным зазором в изоляционном зазоре.
Альтернативно, вместо воздуха, по меньшей мере, в частичных областях изоляционного зазора на внешней стенке втулочной части также может размещаться термический изоляционный элемент и/или материал, предпочтительно по ширине изоляционного зазора, в частности, как покрытие и/или как насаженная втулка из изоляционного материала и/или как, например, насаженный вкладыш (вкладыши) из изоляционного материала.
Целесообразно фланцево-втулочная вставка изготавливается за одно целое и/или из единого материала из термостойкого и/или упругого материала, в частности, из металлического вещества.
Согласно одному другому особенно предпочтительному выполнению, для образования по возможности аксиально протяженного изоляционного зазора по меньшей мере один гофр может быть расположен в осевой области втулочной части противоположно фланцевой части.
Согласно одному другому особенно предпочтительному выполнению длина втулочной части максимально соответствует длине канала ОГ в головке блока цилиндров.
Фланцевая часть согласно одному особенно предпочтительному конкретному выполнению и, в частности, для точного расположения и/или фиксации вложена в кольцевую канавку стыковочной поверхности головки блока цилиндров.
Как уже выше упоминалось, фланцевая часть между стыковочной поверхностью головки блока цилиндров и стыковочной поверхностью выпускного коллектора предпочтительно зажата в качестве уплотнительного фланца или в качестве уплотнительного фланца и для аксиальной втулочной фиксации. Для этого, согласно первому варианту осуществления изобретения может быть предусмотрено, что фланцевая часть аксиально с помощью, по меньшей мере, одного окружного, предпочтительно выполненного упругим гофра опирается на стыковочную поверхность головки блока цилиндров, предпочтительно в кольцевой канавке стыковочной поверхности головки блока цилиндров. Таким образом, предпочтительно здесь фланцевая часть аксиально в направлении выпускного коллектора так выдается, соответственно, так выступает, что она при монтаже зажимает фланцевую часть в качестве уплотнительного элемента. В альтернативном этому выполнении на фланцевой части может предусматриваться также выступающее в направлении выпускного коллектора, в частности, возвышающееся, соответственно, выдающееся наружу уплотнительное кольцо. Также, принципиально возможна комбинация обоих выполнений (гофр и уплотнительное кольцо).
Термическое изолирование канала ОГ с помощью соответствующей изобретению фланцево-втулочной вставки может использоваться в двигателях внутреннего сгорания транспортного средства, в частности, транспортного средства промышленного назначения.
Далее, в качестве примера, изобретение более подробно поясняется на основании схематических чертежей, которые показывают:
Фиг.1 - разрез канала ОГ головки блока цилиндров с примыкающим выпускным коллектором, и
Фиг.2 - два примерных варианта осуществления вставленной в канал ОГ фланцево-втулочной вставки.
На фиг.1 изображен продольный разрез через канал 1 отработавших газов (ОГ) головки 2 блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Канал 1 ОГ находится со стороны выпуска после выпускного клапана 3 и частично окружен каналами 4, 5 охлаждения, через которые протекает охлаждающее средство.
Канал 1 ОГ заканчивается на внешней стыковочной поверхности 6 головки блока цилиндров, к которой здесь в качестве примера посредством нескольких болтовых соединений, соответственно, резьбовых соединений 7 герметично присоединен выпускной коллектор 8 своей согласованной стыковочной поверхностью 9.
В канал 1 ОГ в прямолинейной области вставлена фланцево-втулочная вставка 10, которая увеличено изображена с подробностями на фиг.2а и 2b:
Фланцево-втулочная часть 10 здесь собрана из втулочной части 11 и конечной фланцевой части 12.
В первом варианте осуществления изобретения по фиг.2а (верхняя область фиг.2) втулочная часть 11 противоположно фланцевой части 12 имеет два расположенных рядом друг с другом гофра 13а, 13b в качестве распорок и уплотнительных элементов, с помощью которых втулочная часть 11 прилегает к внутренней стенке канала ОГ. Вследствие этого, в соответствии с высотой гофр между фланцевой частью 12 и гофром 13b образуется термически изолирующий, окружной изоляционный зазор 14 в виде воздушного зазора.
Во втором, альтернативном варианте осуществления изобретения по фиг.2b (нижняя область фиг.2) противоположно фланцевой части 12 размещен только один окружной гофр в качестве распорки и уплотнительного элемента и втулочная часть с внешней стороны имеет термический изоляционный элемент и/или материал, здесь например, покрытие 16 с термически изолирующим материалом, которое заполняет воздушный зазор первого варианта осуществления изобретения по фиг.2 и проходит здесь лишь примерно еще в область фланцевой части 12. Альтернативно покрытию могли бы предусматриваться также насаживаемая втулка из изоляционного материала или, по меньшей мере, один вкладыш из изоляционного материала, которые тогда относительно показанного монтажного состояния выполнены по существу конструктивно идентично с покрытием 16.
Фланцевая часть 12, здесь в качестве примера, в обоих вариантах осуществления изобретения по фиг.2а и 2b соответственно вложена в кольцевую канавку 17 стыковочной поверхности 6 головки блока цилиндров. В первом варианте осуществления изобретения по фиг.2а фланцевая часть 12 с помощью окружного, упругого гофра 18 аксиально опирается на стыковочную поверхность 6 головки блока цилиндров, соответственно, в кольцевую канавку 17 стыковочной поверхности 6 головки блока цилиндров и выдается, соответственно, выступает аксиально в направлении выпускного коллектора 8 таким образом, что он при монтаже фланцевой части 12 зажимается в качестве уплотнительного элемента. В варианте осуществления изобретения по фиг.2b, здесь в качестве примере, на фланцевую часть 12 наносится выступающее в направлении выпускного коллектора 8 уплотнительное кольцо 19, в случае необходимости из единого материала с покрытием 16. Разумеется, что уплотнительные решения (гофр 19 и уплотнительное кольцо 19) на цилиндрической части 12 могут также использоваться как в комбинации друг с другом, так и могут использоваться заменяя друг друга, т.е. уплотнительное кольцо 19 в соединении с выполнением в верхней области фиг.2b и гофрированное решение 18 в соединении с выполнением в нижней области фиг.2b.
Здесь, с помощью фланцево-втулочной вставки 10 две функции, а именно термическое изолирование канала 1 ОГ с втулочной частью 11 и уплотнение выпускного коллектора 8 с фланцевой частью 12 скомбинированы в едином конструктивном компоненте, изготовление и монтаж которого возможен очень простым способом.
Список ссылочных позиций
1 канал ОГ
2 головка клапанов цилиндра
3 выпускной клапан
4 канал охлаждения
5 канал охлаждения
6 стыковочная поверхность головки блока цилиндров
7 резьбовые соединения
8 выпускной коллектор
9 стыковочная поверхность выпускного клапана
10 фланцево-втулочная вставка
11 втулочная часть
12 фланцевая часть
13а,13b гофры
14 изоляционный зазор
15 гофр
16 покрытие
17 кольцевая канавка
18 гофр
19 уплотнительное кольцо