СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ ДВИГАТЕЛЯ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая заявка относится к системам охлаждения топливных форсунок двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском.
Уровень техники
Двигатели внутреннего сгорания могут охлаждаться циркуляцией соответствующей охлаждающей жидкости через различные каналы или полости внутри двигателя.
Для двигателей с непосредственным впрыском известны решения, в которых охлаждающую жидкость направляют выше топливных форсунок для простоты компоновки. При этом многие двигатели с непосредственным впрыском были разработаны без применения охлаждения под топливными форсунками, расположенными вблизи камеры сгорания. Тепло от камеры сгорания значительно повышает температуру на этих участках. Конструктивное исполнение охладителя с традиционной водяной рубашкой может оказаться невозможным.
В некоторых решениях возможно использование литейного песчаного стержня под форсункой для создания полостей с охлаждающей жидкостью (см., например, патент США №5,682,850, дата публикации 04.11.1997, который может быть выбран в качестве ближайшего аналога). Однако из-за требований к толщине песчаного стержня и стенки получающийся в результате поток воды может проходить далеко от камеры сгорания, снижая тем самым эффективность процесса охлаждения. Кроме того, такие песчаные стержни могут оказаться довольно громоздкими и сложными в изготовлении. При таких решениях использование дополнительных металлических и песчаных стержней, для обеспечения пропускания охлаждающей жидкости вблизи горячих участков топливной форсунки (например, рядом с камерой сгорания), может привести к увеличению материальных затрат и стоимости конструкции, а также может потребоваться модификация существующих компонентов в блоке двигателя. Такие решения могут привести, например, к повышению затрат, менее эффективному охлаждению и к дополнительному весу.
Раскрытие полезной модели
Для того чтобы хотя бы частично решить эти проблемы, в настоящей полезной модели предлагается двигатель с непосредственным впрыском, который включает в себя: первый и второй каналы охлаждающей жидкости, при этом каждый из них проходит от блока цилиндра к головке цилиндра; расположенный под углом канал для топливной форсунки в головке; выемку, расположенную между первым и вторым каналами для охлаждающей жидкости, при этом выемка углубляется в головку в направлении канала форсунки, а прокладка головки имеет прорезь, гидравлически (проточно) соединяющую первый и второй каналы с выемкой.
Таким образом, охлаждающая жидкость может быть направлена ниже форсунки вблизи камеры сгорания. Техническим результатом полезной модели является улучшение охлаждения форсунки с использованием минимального количества дополнительных средств и элементов, например, без дополнительных элементов из металла или литейных песчаных стержней в блоке двигателя (при его изготовлении), что позволяет снизить расходы, связанные с изготовлением и установкой новых компонентов, если это необходимо.
Кроме того, при направлении охлаждающей жидкости таким способом под каналом для установки форсунки, можно использовать сравнительно меньшее количество охлаждающей жидкости (например, по сравнению с количеством охладителя, текущего в первом и втором каналах для охлаждающей жидкости) для охлаждения топливной форсунки. Перепад давления между первым и вторым каналами охлаждающей жидкости может привести к тому, что относительно небольшое количество охлаждающей жидкости будет «утекать» в выемку под отверстием форсунки. Относительно небольшое количество охлаждающей жидкости, попадающее под канал для установки форсунки, может быть достаточным для снижения температуры топливной форсунки, установленной в нем.
Кроме того, степень охлаждения форсунки может регулироваться, например, путем изменения размера и/или формы прорезей в прокладке. Кроме того, вес отливки может быть уменьшен, например, с помощью выемок, формируемых в головке блока цилиндра. Далее, интенсификация охлаждения форсунки может способствовать большей долговечности системы и может привести к снижению степени нагрева топлива, что также может улучшить характеристики двигателя.
Необходимо понимать, что вышеприведенное краткое описание дается для того, чтобы в упрощенной форме представить концепции, которые далее даются в более подробном описании. Оно не предназначено для выявления ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем которых определяется единственно формулой полезной модели, которая приводится после подробного описания. Кроме того, заявленный объект не ограничивается случаями реализации, предназначенных для разрешения проблем, отмеченных выше или же в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
На ФИГ.1 показан пример двигателя с непосредственным впрыском.
На ФИГ.2-6 показаны различные виды двигателя с элементами охлаждения топливной форсунки.
Осуществление полезной модели
Нижеследующее описание относится к системам и методам охлаждения топливной форсунки двигателя с непосредственным впрыском топлива, подобного показанному на ФИГ.1.
Для того, чтобы пропустить охлаждающую жидкость непосредственно под топливной форсункой, прилегающей к камере сгорания двигателя с непосредственным впрыском, под форсункой может быть отлита выемка, и может быть установлена прокладка с прорезью для того, чтобы направить охлаждающую жидкость от стержня (проема) существующей водяной рубашки в выемку под форсункой, как показано на ФИГ.2-6.
Проведение таким способом охлаждающей жидкости непосредственно под топливной форсункой может привести к усилению охлаждения форсунки. Кроме того, при таком решении форсунка может быть охлаждена с минимальным количеством дополнительных средств и элементов, например, без использования дополнительных элементов из металла или литейного песчаного стержня в блоке двигателя, что позволяет снизить расходы, связанные с изготовлением и установкой новых компонентов.
Кроме того, степень охлаждения форсунки может регулироваться, например, путем изменения размера и/или формы прорезей в прокладке. Далее, вес отливки может быть уменьшен, например, с помощью выемок, формируемых в головке блока цилиндров. Кроме того, интенсификация охлаждения форсунки может способствовать большей долговечности системы и привести к снижению степени нагрева топлива, что также может улучшить характеристики двигателя.
Рассмотрим ФИГ.1, на которой схематически показан один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в движительный комплекс автомобиля. Двигатель 10 может контролироваться, по крайней мере, частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входным сигналом (воздействием) от оператора 132 автомобиля через устройство ввода 130. В этом примере устройство ввода 130 включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала РР, пропорционального положению педали. Камера сгорания (то есть цилиндр) 30 двигателя 10 может включать в себя стенки камеры сгорания 32 с поршнем 36, расположенным в ней. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40, так что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по крайней мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему передачи. Далее, стартер может быть связан с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения запуска двигателя 10.
Камера сгорания 30 может получать воздух на входе от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выбрасывать выхлопные газы сгорания через выпускной патрубок 48. Впускной коллектор 44 и выпускной патрубок 48 могут избирательно сообщаться с камерой сгорания 30 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах выполнения камера сгорания 30 может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Впускной клапан 52 может управляться контроллером 12 через электрический привод 51 клапана (EVA). Аналогично, выпускной клапан 54 может управляться контроллером 12 через EVA 53. При некоторых условиях контроллер 12 может варьировать сигналы, посылаемые на приводы 51 и 53, для контроля открытия и закрытия соответствующих впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено датчиками положения клапанов 55 и 57, соответственно. В альтернативных вариантах один или несколько впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие одним или более кулачками, а также, чтобы варьировать работу клапанов, могут использоваться одна или несколько коммутаций профилей кулачков (CPS), изменяемые фазы (синхронизация) кулачков (VCT), изменяемые фазы (синхронизация) клапанов (VVT) и/или системы переменной высоты подъема клапанов (VVL). Например, цилиндр 30 может альтернативно иметь впускной клапан, управляемый с помощью электрического привода и выпускной клапан, управляемый путем срабатывания кулачка, включая CPS и/или VCT.
В данном примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться срабатыванием кулачка через соответствующие системы приводов 51 и 53 кулачков. Каждая из систем приводов 51 и 53 кулачков может включать в себя один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько коммутаций профиля кулачков (CPS), изменяемые фазы (синхронизацию) кулачков (VCT), изменяемые фазы (синхронизацию) клапанов (VVT) и/или системы переменной высоты подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12, чтобы варьировать работу клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться положением датчиков 55 и 57, соответственно. В альтернативных вариантах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 30 может альтернативно иметь впускной клапан, управляемый электрическим приводом клапана, и выпускной клапан, управляемый с помощью срабатывания кулачкового привода, включая системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой сгорания 30 для непосредственного введения в нее топлива пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 предусматривает то, что известно как непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания 30. Топливная форсунка может быть установлена, например, на боковой стороне камеры сгорания либо на верхней части камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 по топливной системе (не показана), включая топливный бак, топливный насос и топливораспределитель. В некоторых вариантах выполнения камера сгорания 30 может альтернативно или дополнительно включать в себя топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускные каналы перед камерой сгорания 30.
Впускной канал 42 может включать в себя дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может быть изменено контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм, совмещенный с дросселем 62, что представляет собой систему, которая обычно называется электронным управлением дроссельной заслонкой (ETC). Таким образом, дроссель 62 может управляться так, чтобы варьировать потребление воздуха, подаваемого в камеру сгорания 30, относительно других цилиндров двигателя. Сигнал ТР состояния дросселя может показывать контроллеру 12 положение дроссельной заслонки 64. Впускной канал 42 может включать в себя датчик расхода воздуха 120 и датчик давления воздуха в коллекторе 122 для подачи соответствующих сигналов MAF и MAP на контроллер 12.
Система зажигания 88 может обеспечить подачу искры зажигания в камеру сгорания 30 через свечу зажигания 92 в ответ на сигнал опережения зажигания SA от контроллера 12, в соответствии с выбранными режимами работы. Несмотря на то что показаны компоненты зажигания, в некоторых вариантах выполнения камера сгорания 30 или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме с воспламенением от сжатия, с искрой или без искры зажигания.
Датчик выхлопных газов 126 показан связанным с выхлопным патрубком 48 вверх по потоку от устройства контроля выбросов 70. В качестве датчика 126 может использоваться любой подходящий датчик для определения соотношения выхлопные газы/ воздух/топливо, такие как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислород/выхлопные газы), кислородный датчик с двумя состояниями или датчики EGO, HEGO (EGO с подогревом), NOx, НС или СО. Устройство контроля выбросов 70 показано как расположенное вдоль выхлопного патрубка 48 вниз по потоку от датчика выхлопных газов 126. Устройством 70 может быть трехкомпонентный катализатор (TWC), ловушка NOx, различные другие средства контроля выбросов или их комбинации. В некоторых вариантах выполнения во время работы двигателя 10 устройство по контролю выбросов 70 может периодически переустанавливаться на основе работы по крайней мере одного цилиндра двигателя в рамках определенного соотношения воздух/топливо.
Контроллер 12, показанный на ФИГ.1 как микрокомпьютер, включает в себя микропроцессорный блок 102, порты ввода/вывода 104, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных установок, показанный как чип памяти 106, с атрибутом «только для чтения» в данном конкретном примере, оперативную память с произвольной выборкой 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, о которых уже говорилось ранее, в том числе сигнал измерения массового расхода всасываемого воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 120; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, связанного муфтой охлаждения 114; сигнал считывания характеристик зажигания (PIP) с датчика Холла 118 (или другого типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал положения дроссельной заслонки (ТР) с датчика положения дроссельной заслонки и сигнал абсолютного давления во впускном коллекторе, MAP, от датчика 122. Сигнал скорости вращения коленчатого вала, RPM, может генерироваться контроллером 12 от сигнала PIP. Сигнал давления во впускном коллекторе MAP от датчика давления во впускном коллекторе может быть использован для получения показания вакуума, или давления во впускном коллекторе. Следует обратить внимание на то, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрического функционирования датчик MAP может выдать показания крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с показаниями частоты оборотов двигателя, может обеспечить оценку расхода (в том числе воздуха) потока, всасываемого в цилиндр. В одном из примеров датчик 118, который также используется в качестве датчика оборотов двигателя, может сгенерировать определенное количество равноотстоящих импульсов при каждом обороте коленчатого вала.
Как описано выше, на ФИГ.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, каждый цилиндр может также включать в себя свой набор приемных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечи зажигания и т.д.
ФИГ.2 схематически показывает трехмерное изображение с пространственным разделением деталей 200 примерного двигателя, например, двигателя 10, включая головку 202 цилиндра, прокладку 204 головки цилиндра и блок цилиндров 206. Различные компоненты и особенности двигателя 10 показаны более подробно и с разных точек наблюдения на ФИГ.3-6 и описаны ниже в настоящем документе.
Блок цилиндров 206 (или блок двигателя) представляет собой обработанную отливку (или, в некоторых примерах, сборку модулей), содержащую множество цилиндрически просверленных отверстий для поршней, например, поршня 36 поршневого двигателя внутреннего сгорания возвратно-поступательного типа с несколькими цилиндрами. Пример такого двигателя показан на ФИГ.2 и включает в себя четыре цилиндра 208А, 208В, 208С и 208D, расположенных в ряд. Тем не менее, следует понимать, что хотя, например, на ФИГ.2 показан двигатель с четырьмя цилиндрами, расположенными в ряд, может быть использовано любое количество цилиндров и другие конфигурации расположения цилиндров.
Головка 202 блока цилиндров находится над цилиндрами сверху блока цилиндров 206. Головка 202 включает в себя платформу, содержащую часть каждой камеры сгорания, а также различные другие компоненты двигателя, такие как тарельчатые клапаны и свечи зажигания. Головка 202 блока цилиндров также включает в себя множество каналов для установки форсунок для подачи топлива в цилиндры. Например, как показано на ФИГ.2, головка 202 блока цилиндров включает в себя каналы форсунок 216А, 216В, 216С и 216D для установки топливных форсунок для подачи топлива в цилиндры 208А, 208В, 208С и 208D соответственно. Каждый канал для форсунки может быть расположен вблизи с передней стороны соответствующего цилиндра по центру и выше соответствующего цилиндра.
Прокладка 204 головки расположена между блоком цилиндров 206 и головкой 202 цилиндра. Прокладка 204 сопрягается с головкой блока цилиндров и предназначена для герметизации цилиндров и уменьшения течи охладителя. Прокладка 204 включает в себя множество цилиндрических вырезов, по одному на каждый цилиндр в двигателе. Каждый цилиндрический вырез в прокладке 204 имеет, по существу, те же размер и форму, что и цилиндр в блоке цилиндров 206. Когда прокладка 204 находится в установленном положении на верхней части блока цилиндров 206, каждый цилиндрический вырез в прокладке 204 совмещается с соответствующим цилиндром в блоке цилиндров 206. Например, как показано на ФИГ.2, прокладка 204 включает в себя цилиндрические вырезы 218А, 218В, 218С и 218D, соответствующие цилиндрам 208А, 208В, 208С и 208D.
Двигатель 10 включает в себя множество каналов для охладителя или полостей охлаждающей жидкости в нем. Такие полости охлаждающей жидкости или каналы могут быть, например, получены с использованием литейных песчаных стержней во время процесса литья. В частности, блок цилиндров 206 содержит множество каналов или полостей 210 для подачи охладителя от источника 212 охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость от источника 212 охлаждающей жидкости может циркулировать через полости 210 для охладителя, охлаждая участки двигателя.
На верхней поверхности блока цилиндров 206 может быть расположено большое количество отверстий для охлаждающей жидкости. Множество отверстий для охлаждающей жидкости в верхней поверхности блока цилиндров 206 может помочь в доставке охладителя к другим компонентами двигателя. Например, множество отверстий для охлаждающей жидкости в верхней поверхности блока цилиндров 206 может быть связано с множеством полостей 220 охлаждающей жидкости в головке 202 блока цилиндров через множество отверстий охлаждающей жидкости на нижней стороне головки 202 блока цилиндров.
Например, двигатель может иметь несколько пар каналов охлаждающей жидкости (каналы каждой пары далее обозначены как первый и второй), каждый каналов пары проходит от блока цилиндров к головке блока цилиндров. А именно, блок цилиндров может иметь первый и второй каналы для охлаждающей жидкости, каждый из которых имеет отверстия; и головка блока цилиндров может иметь первый и второй каналы для охлаждающей жидкости, каждый из которых имеет отверстия. Кроме того, первый и второй каналы охлаждающей жидкости, проходящие от блока цилиндров к головке блока цилиндров, могут включать в себя отверстия в блоке цилиндров и отверстия в головке блока цилиндров. В некоторых реализациях отверстия в блоке цилиндров могут иметь меньший размер, чем отверстия в головке цилиндров и полностью ими перекрываться.
Так, например, на ФИГ.2 показана совокупность отверстий охлаждающей жидкости 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 и 244 на верхней поверхности блока цилиндров 206, расположенных вблизи периметров цилиндров. Отверстия охлаждающей жидкости 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 и 244 могут быть проточно связаны с соответствующими отверстиями 222, 230', 232', 234', 236', 238', 240', 242' и 244' в нижней части головки цилиндра 202, так что охлаждающая жидкость может циркулировать по всему двигателю.
Отверстия охлаждающей жидкости в верхней части блока цилиндров могут передавать охлаждающую жидкость к каналам охлаждающей жидкости в головке цилиндра через совокупность передающих элементов прокладки 204. Этими передающими элементами могут служить прорези в прокладке, проходящие сквозь нее, позволяющие охлаждающей жидкости протекать через прокладку из каналов охлаждающей жидкости в блоке цилиндров к каналам охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров, или наоборот. Например, как показано на ФИГ.2, прокладка 204 включает в себя элементы перехода 224, которые обеспечивают гидравлическое сообщение отверстий 222 для охлаждающей жидкости в головке 202 цилиндра с отверстиями 214 для охлаждающей жидкости в блоке цилиндров 206. Следует понимать, что каналы охлаждающей жидкости, отверстия и элементы перехода, показанные на ФИГ.2, приведены исключительно как примеры, и двигатель 10 может включать в себя различные каналы охлаждающей жидкости, отверстия охлаждающей жидкости, и элементы перехода охлаждающей жидкости, не показанные на ФИГ.2.
Учитывая, что каналы для форсунок в головке блока цилиндров препятствовали бы проходу охлаждающей жидкости в направлении от блока цилиндров к головке цилиндра, непосредственно под отверстиями 216 топливной форсунки отверстия для охлаждающей жидкости не располагаются. Вместо этого в некоторых реализациях отверстия для охлаждающей жидкости и каналы охлаждающей жидкости могут располагаться сбоку от участков двигателя, вблизи боковых сторон и/или верхних частей отверстий для форсунок.
Для того чтобы охладить участки двигателя вблизи форсунок и ниже их, например, охладить участки форсунок, прилегающие к камерам сгорания, в нижней части головки цилиндра, под каждым отверстием форсунки отлиты выемки или карманы. Каждая выемка или карман могут проходить вверх от нижней поверхности головки цилиндра к нижней наклонной поверхности отверстия для топливной форсунки, например, выемка может быть выдавлена в направлении к отверстию для форсунки таким образом, чтобы охлаждающая жидкость могла быть направлена ближе к отверстию для форсунки. Кроме того, выемка может быть расположена между первым и вторым каналами охлаждающей жидкости, проходящими от блока цилиндров к головке блока цилиндров. Например, как показано на ФИГ.2, выемки 226А, 226В, 226С и 226D расположены под отверстиями форсунки 216А, 216В, 216С и 216D, соответственно. Сбоку от каждой выемки расположены отверстия для охладителя в головке цилиндров, например на ФИГ.2 показано, что по бокам от выемки 226А расположены отверстия 230' и 232' для охлаждающей жидкости.
Непосредственно под каждым каналом для форсунки, в прокладке, прилегающей к передней части каждого цилиндра, имеется несколько элементов перехода или прорезей. Каждая прорезь, расположенная под соответствующим отверстием форсунки, имеет размер и/или форму, позволяющую, по крайней мере частично, охватывать отверстия для охлаждающей жидкости в блоке цилиндров и в головке блока цилиндров, прилегающих к соответствующему отверстию форсунки. В некоторых реализациях такая прорезь может лишь частично охватывать каналы для охлаждающей жидкости и полностью охватывать выемку. Каждая прорезь гидравлически связывает соответствующую пару каналов для охлаждающей жидкости с соответствующей выемкой в головке цилиндра. А именно, прорези в прокладке проходят сквозь всю прокладку и обеспечивают поточную связь с литьевыми стержнями водяной рубашки, а именно, с каналами 210 для охлаждающей жидкости в блоке цилиндров и каналами 220 для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров. Таким образом, охлаждающая жидкость может протекать вверх через прорези прокладки в выемки головки цилиндра и вниз через прорези прокладки.
Например, как показано на ФИГ.2, прорези 228А, 228В, 228С и 228D выполнены в прокладке 204 в передней части вблизи цилиндрических отверстий 218А, 218В, 218С и 218D, соответственно. Каждая прорезь в прокладке, по крайней мере частично, охватывает отверстия для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров и отверстия для охлаждающей жидкости в блоке цилиндров. Например, прорезь 228А, по крайней мере частично, перекрывает отверстия для охлаждающей жидкости 230 и 232 в блоке цилиндров и отверстия охлаждающей жидкости 230' и 232' в головке блока цилиндров, так что охлаждающая жидкость может течь вверх через прорезь 228А прокладки, в выемку 226А в головке цилиндра и вниз через прорезь 228А прокладки, через отверстия для охлаждающей жидкости в блоке цилиндров и головке.
На ФИГ.3 показан частичный вид нижней части головки цилиндра. Различные компоненты и конфигурации компонентов представлены на ФИГ.3 в приблизительном масштабе.
Головка блока цилиндров включает в себя совокупность механических крепежных элементов 302 для соединения различных компонентов двигателя, например, для присоединения головки цилиндра к прокладке и блоку цилиндров, например, с помощью гаек, болтов, сварки и тому подобного.
Каждый цилиндр в двигателе (например, цилиндры 208А, 208В, 208С и 208D) имеет соответствующую цилиндрическую полость в головке цилиндров. Например, как показано на ФИГ.3, головка блока цилиндров включает в себя полости 306А, 306В, 306С, и 306D для цилиндров, соответствующие цилиндрам 208А, 208В, 208С и 208D. Каждая полость для цилиндров содержит часть соответствующей камеры сгорания и включает в себя различные другие компоненты двигателя, такие как тарельчатые клапаны, свечи зажигания и отверстия для форсунок. Например, полости 306А, 306В, 306С и 306D для цилиндров включают отверстия для форсунок 304А, 304В, 304С и 304D, соответственно, для направления топлива из топливных форсунок в камеры сгорания. Отверстия для форсунок могут быть связаны с соответствующими каналами для форсунки (например, отверстия форсунок 304А, 304В, 304С, 304D могут быть связаны с каналами для форсунок 216А, 216В, 216С и 216D, соответственно), как показано на ФИГ.6 и описано ниже в настоящем документе.
На ФИГ.3 показан пример расположения отверстий 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 и 244 для охлаждающей жидкости на верхней поверхности блока цилиндров, по периметру цилиндров. Отверстия 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 и 244 для охлаждающей жидкости соответствуют отверстиям 222, 230', 232', 234', 236', 238', 240', 242' и 244' в нижней части головки цилиндра, так что охлаждающая жидкость может протекать между каждым отверстием в головке и соответствующим отверстием в блоке цилиндров через соответствующий элемент перехода в прокладке головки.
На ФИГ.4 укрупненно показан вид снизу участка 400 головки блока цилиндров. Участок 400, показанный на ФИГ.4, является участком головки цилиндра, прилегающим к отверстию форсунки 304В в полости 306В цилиндра. Участок 400 показан приблизительно на ФИГ.3 в виде пунктирного прямоугольника. Различные компоненты и конфигурации компонентов представлены на ФИГ.4 в приблизительном масштабе.
Например, выемка 226В в головке цилиндра под каналом 216В для форсунки представлена на ФИГ.4 с расположенными по бокам первым отверстием 234' для охлаждающей жидкости в нижней части головки цилиндра и вторым отверстием 236' для охлаждающей жидкости в нижней части головки цилиндра.
На ФИГ.4 также показан пример прорези 228В в прокладке. Прорезь 228В перекрывает, по крайней мере частично, отверстия 234' и 236' для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров и, по крайней мере частично, отверстия 234 и 236 для охлаждающей жидкости на верхней поверхности блока цилиндров. Кроме того, прорезь 228В, по крайней мере частично, перекрывает выемку 226В так, что охлаждающая жидкость может течь вверх через прорезь 228В прокладки в выемку 226В головки блока цилиндров и вниз через прорезь 228В в прокладке.
Прорезь 228В может иметь различные формы и размеры. В некоторых примерах радиус кривизны прорези может быть, по существу, равным радиусу кривизны камеры сгорания. Кроме того, форма и/или размер прорези могут быть скорректированы, чтобы можно было варьировать количество охлаждающей жидкости, поступающей в выемку 226В. Например, может быть увеличен размер прорези, или может быть изменена форма прорези, чтобы можно было увеличить степень наложения с одним или несколькими отверстиями для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров или в блоке цилиндров, что может привести к увеличению подачи охлаждающей жидкости в выемку под топливной форсункой. Увеличение потока охлаждающей жидкости в выемку может привести к усилению охлаждения топливной форсунки. Аналогично, размер прорези может быть уменьшен или форма прорези может быть изменена для уменьшения степени наложения с одним или несколькими отверстиями для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров или блоке цилиндров, которые могут привести к уменьшению потока охлаждающей жидкости, поступающего в выемку под топливной форсункой. Уменьшение величины потока охлаждающей жидкости, поступающей в эту выемку, может привести к ослаблению охлаждения топливной форсунки. Кроме того, в некоторых реализациях форму и/или размер прорези можно задать заранее на основе желаемого количества охлаждающей жидкости, текущей в выемку, и/или в зависимости от формы или размера этой выемки.
На ФИГ.5 схематически показан вид спереди 500 участка двигателя 10 рядом с отверстием 216 для форсунки в головке 202 блока цилиндров. Охлаждающая жидкость может протекать через полости для охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров, в блоке цилиндров и через прокладку различными путями. Один из примеров направления потока охлаждающей жидкости показан на ФИГ.5 стрелками. В этом примере охлаждающая жидкость течет вверх от блока цилиндров 206 через отверстие 234, через прорезь 228В и вверх через отверстие 234' в головке блока цилиндров 202. Количество охлаждающей жидкости (например, определяемое давлением охлаждающей жидкости в полости 210), вытекающей из блока цилиндров 206 через отверстие 236, может быть меньше, чем количество охлаждающей жидкости, протекающее через отверстие 234. В некоторых примерах при определенных условиях количество охлаждающей жидкости, протекающей через отверстие 236, может быть, по существу, равно нулю. В данном примере это различие в количестве охлаждающей жидкости вызвано разницей давлений в каналах охлаждающей жидкости, расположенных по бокам выемки 226В, и оно вынуждает охлаждающую жидкость течь в прорезь 228В от отверстия 234, вверх в выемку 226В и далее через отверстие 236' в головке блока цилиндров 202. Следует понимать, что путь охлаждающей жидкости, показанный на ФИГ.5, является, по сути, примером, и могут быть использованы другие пути потока с различными разностями давлений, вызывающими перенаправление охлаждающей жидкости в выемку 226В. А именно, охлаждающая жидкость может быть доставлена в выемку различными путями движения потока охлаждающей жидкости, включая первый путь потока жидкости в гидравлическом сообщении с прорезью, под одним давлением, и второй путь потока жидкости в гидравлическом сообщении с прорезью, под другим давлением, которое меньше первого давления. Таким образом, поток охлаждающей жидкости, протекающей между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров, характеризуется падением давления в выемке, за счет которого часть охлаждающей жидкости перемещается в выемку под топливной форсункой.
На ФИГ.6 показан вид сбоку 600 участка двигателя 200, прилегающего к каналу 216В для форсунки в головке 202 блока цилиндров. Топливная форсунка 602 показана установленной в канале 216В для форсунки. Канал 216В для форсунки имеет уклон вниз, в сторону блока цилиндров 206 так, что концевая часть 604 форсунки 602 направлена вниз и в сторону отверстия 304 В для подачи топлива в камеру сгорания 208В. А именно, центральная ось отверстия форсунки наклонена вниз в направлении к камере сгорания. Кроме того, диаметр 606 канала для топливной форсунки может уменьшаться в направлении камеры сгорания.
В качестве примера, полости или каналы 220 для охлаждающей жидкости показаны расположенными в головке 202 блока цилиндров выше топливной форсунки 602, и сформированы например, с помощью песчаных литейных стержней. Охлаждающая жидкость может течь через полости 220 охлаждающей жидкости в головке 202 блока цилиндров и через каналы 210 охлаждающей жидкости в блоке цилиндров 206.
Прокладка 204 с прорезью 228В обеспечивает гидравлическое сообщение между по крайней мере одним каналом охлаждающей жидкости в блоке цилиндров и по крайней мере одним каналом охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров, а также выемкой 226В в головке блока цилиндров под форсункой 216. Выемка 226В расположена рядом с концевой частью 604 форсунки 602 для обеспечения охлаждения участков этой форсунки, прилегающих к камере сгорания.
Направление подачи охлаждающей жидкости непосредственно под топливную форсунку, таким образом, может привести к усилению охлаждения этой форсунки. Кроме того, при таком подходе форсунка может быть охлаждена с минимальным количеством дополнительных средств и элементов, например, без использования дополнительных элементов из металла или литейных песчаных стержней в блоке двигателя, что позволяет снизить расходы, связанные с изготовлением и установкой новых компонентов.
Кроме того, интенсивность охлаждения форсунок может регулироваться, например, путем изменения размера и/или формы прорезей в прокладке. Кроме того, вес отливки может быть снижен, например, с помощью выемок, образуемых в головке блока цилиндров. Кроме того, усиление охлаждения форсунок может повышать долговечность системы и может привести к снижению температуры топлива, что также может привести к улучшению характеристик двигателя.
Следует иметь в виду, что конфигурации и процедуры, представленные в настоящем описании, являются примерными, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать в ограничительном смысле, так как что возможны многочисленные варианты. Например, вышеописанная технология может быть применена к типам двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, двигателю с 4 оппозитными цилиндрами, к бензиновым, работающим на дизельном топливе и к другим типам двигателей и топлива. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие возможности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.