Двигатель с рециркуляцией отработавших газов
ENGINE WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Различные варианты осуществления относятся к рециркуляции отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] При работе двигателя сгорание внутри цилиндра приводит к образованию отработавших газов. Эти отработавшие газы, как правило, направлены из цилиндра и двигателя к системе выпуска отработавших газов, в которой проводится снижение или обработка выбросов вредных веществ, шумоподавление, и т.д. Затем система выпуска отработавших газов выпускает отработавшие газы в окружающую среду. В некоторых двигателях часть отработавших газов может быть отведена из системы выпуска отработавших газов и перенаправлена во впускной коллектор по технологии, известной как рециркуляция отработавших газов (РОГ). Газы РОГ смешиваются с воздухом на впуске во впускном коллекторе и поступают в цилиндр в процессе впуска. Смешивание газов РОГ с воздухом на впуске может понизить расход топлива и повысить экономию топлива и эффективность использования топлива в двигателе. Перед тем как газы РОГ попадут во впускной коллектор и в цилиндр, может потребоваться снижение температуры газов РОГ. Снижение температуры газов РОГ и впускной смеси понижает вероятность преждевременного зажигания в цилиндре. Преждевременное зажигание происходит, например, когда процесс сгорания начинается до возникновения искры в двигателе с принудительным зажиганием. Температура отработавших газов может приближаться к 1000 градусов по Цельсию. В идеале, температуру газа РОГ надо понизить до 150 градусов по Цельсию или ниже перед подачей во впускной коллектор или на впускную сторону двигателя. В обычных двигателях с системой РОГ, для снижения температуры газов РОГ часто используют теплообменник водяного охлаждения. Размер этих теплообменников выбирают исходя из максимального расхода газа и максимального снижения температуры для газов РОГ.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В соответствии с одним из вариантов осуществления, двигатель оснащен головкой цилиндров, определяющей выпускной канал в головке, соединяющий по текучей среде по меньшей мере один выпускной тракт и выпускное окно на боковой стороне головки. Внутри головки предусмотрен канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединяющий по текучей среде выпускной канал и окно РОГ на боковой стороне. Головка также имеет канал для текучей среды. Канал РОГ имеет участок, проходящий в основном параллельно боковой стороне. Канал для текучей среды примыкает к большей части периметра указанного участка канала РОГ и окружает ее для, по меньшей мере, частичного охлаждения газов РОГ. Охладитель РОГ сообщается по текучей среде с каналом РОГ головки и получает из него газы РОГ. Впускной коллектор сообщается по текучей среде с охладителем РОГ и получает из него газы РОГ. Впускной коллектор соединен по текучей среде с головкой.
[0004] В соответствии с другим вариантом осуществления, компонент двигателя оснащен головкой цилиндров, определяющей первый и второй выпускные тракты, соединенные по текучей среде с выпускным каналом, проходящим поперечно в головке к выпускному окну на выпускной стороне. Головка определяет канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединенный с выпускным каналом и проходящий продольно к окну РОГ на выпускной стороне. Головка также определяет канал рубашки охлаждения, примыкающий к каналу РОГ и, по существу, окружающий его для охлаждения газов РОГ.
[0005] В соответствии с еще одним вариантом осуществления, компонент двигателя оснащен головкой цилиндров, определяющей канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединяющий по текучей среде выпускной канал внутри головки и окно РОГ на боковой стороне головки. Участок канала РОГ находится на расстоянии от боковой стороны и проходит вдоль нее. Головка определяет канал охлаждения, по существу, обвитый вокруг участка канала РОГ для охлаждения проходящих через него газов РОГ.
[0006] Различные варианты осуществления настоящего изобретения имеют соответствующие, не имеющие ограничительного характера преимущества. Например, головка цилиндров двигателя может содержать канал отведения газов РОГ внутри головки цилиндров и направления газов РОГ в окно РОГ на головке. Канал РОГ может иметь такую форму, чтобы газы РОГ проходили некоторое расстояние внутри головки. Канал РОГ, по существу, окружен или обвит каналом для текучей среды в головке для обеспечения охлаждения газов РОГ внутри головки. Канал для текучей среды может быть образован каналом охлаждения рубашки охлаждения в головке в соответствии с примером. Канал РОГ и/или канал для текучей среды могут быть дополнительно оснащены дополнительными поверхностными элементами для улучшения теплопередачи от газов РОГ к охлаждающей текучей среде. Например, внутри канала РОГ и/или канала для текучей среды можно предусмотреть ребра, при этом любые трубки, соединяющие различные компоненты системы РОГ могут иметь дополнительные поверхностные элементы, например ребра, для охлаждения газов РОГ. Настоящее изобретение обеспечивает охлаждение газов РОГ через каналы теплопередачи помимо каналов, предоставленных охладителем РОГ, позволяя таким образом уменьшить размер и/или мощность охладителя РОГ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] На фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания, в котором можно применять различные варианты осуществления настоящего изобретения;
[0008] на фиг. 2 показана схема системы выпуска отработавших газов для двигателя, показанного на фиг. 1;
[0009] на фиг. 3 показан вид в аксонометрии головки цилиндров в соответствии с одним из вариантов осуществления;
[0010] на фиг. 4 показан формовочный стержень для выпускных каналов внутри головки цилиндров, показанного на фиг. 3;
[0011] на фиг. 5 показан формовочный стержень для водяной рубашки и формовочный стержень, показанный на фиг. 4 для головки цилиндров, показанной на фиг. 3;
[0012] на фиг. 6 показан вид в разрезе головки цилиндров, показанной на фиг. 3 в соответствии с одним из вариантов осуществления; и
[0013] на фиг. 7 показан вид в разрезе головки цилиндров, показанной на фиг. 3 в соответствии с одним из вариантов осуществления.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Как требуется, в данном документе приведены подробные варианты осуществления настоящего изобретения; тем не менее, следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются просто примерами изобретения, которые могут быть осуществлены в различных и альтернативных формах. Рисунки не обязательно приведены в масштабе; некоторые признаки могут быть преувеличены или минимизированы для подробного изображения конкретных компонентов. Таким образом, конкретные структурные и функциональные подробности, раскрытые в данном документе, не должны интерпретироваться как ограничивающие, а только в качестве типичной основы для обучения специалистов в данной области техники использовать настоящее изобретение различными способами.
[0015] На фиг. 1 показана схема двигателя 20 внутреннего сгорания. Двигатель 20 внутреннего сгорания имеет множество цилиндров 22, при этом показан один цилиндр. Двигатель 20 может иметь любое количество цилиндров, и цилиндры могут быть расположены в различных конфигурациях. Двигатель 20 имеет камеру 24 сгорания, связанную с каждым цилиндром. Цилиндр 22 образован стенками 32 цилиндра и поршнем 34. Поршень 34 соединен с коленчатым валом 36. Камера 24 сгорания сообщается по текучей среде 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 работать различными известными из уровня техники способами.
[0016] Топливный инжектор 46 подает топливо из топливной системы непосредственно в камеру 24 сгорания, так что двигатель представляет собой двигатель с непосредственным впрыском. С двигателем 20 может использоваться система впрыска топлива высокого или низкого давления, или, в других примерах, может использоваться впрыск во впускной канал. Система зажигания содержит свечу 48 зажигания, регулируемую для обеспечения энергией в виде искры для воспламенения топливно-воздушной смеси в камере 24 сгорания. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие системы подачи топлива и системы или способы зажигания, в том числе и с воспламенением от сжатия.
[0017] Двигатель 20 содержит контроллер и различные датчики, выполненные с возможностью подачи сигналов на контроллер для использования при регулировании подачи в двигатель воздуха и топлива, угла опережения зажигания, мощности и крутящего момента двигателя, системы выпуска отработавших газов и т.п. Датчики двигателя могут содержать, но не ограничиваются этим, датчик содержания кислорода в выпускном коллекторе 40, датчик температуры хладагента двигателя, датчик положения педали акселератора, датчик давления воздуха в коллекторе (ДВК) двигателя, датчик положения двигателя для определения положения коленчатого вала, датчик массового расхода воздуха во впускном коллекторе 38, датчик положения дросселя, датчик температуры отработавших газов, и т.п.
[0018] В некоторых вариантах осуществления двигатель 20 используется в качестве единственного первичного двигателя в автомобиле, таком как обычный автомобиль, или автомобиль, эксплуатируемый с частыми остановками. В других вариантах осуществления двигатель может использоваться в автомобиле с гибридным приводом, в котором доступен дополнительный первичный двигатель, такой как электродвигатель, для обеспечения дополнительной энергией для приведения автомобиля в движение.
[0019] Каждый цилиндр 22 может работать по четырехтактному циклу, содержащему такт впуска, такт сжатия, такт воспламенения, и такт выпуска. В других вариантах осуществления двигатель может работать по двухтактному циклу. Во время такта впуска впускной клапан 42 открывается, а выпускной клапан 44 закрывается, в то время как поршень 34 движется от верхней части цилиндра 22 к нижней части цилиндра 22, для поступления воздуха из впускного коллектора в камеру сгорания. Положение поршня 34 в верхней части цилиндра 22 широко известно как верхняя мертвая точка (ВМТ). Положение поршня 34 в нижней части цилиндра широко известно как нижняя мертвая точка (НМТ).
[0020] Во время такта сжатия впускной и выпускной клапаны 42, 44 закрыты. Поршень 34 движется от нижней части к верхней части цилиндра 22 для сжатия воздуха в камере 24 сгорания.
[0021] Затем топливо поступает в камеру 24 сгорания и воспламеняется. На показанном двигателе 20 топливо впрыскивается в камеру 24 и затем воспламеняется с использованием свечи 48 зажигания. В других примерах, топливо может воспламеняться с использованием воспламенения от сжатия.
[0022] Во время такта расширения воспламененная топливно-воздушная смесь в камере 24 сгорания расширяется, тем самым заставляя поршень 34 двигаться от верхней части цилиндра 22 к нижней части цилиндра 22. Движение поршня 34 вызывает соответствующее движение на коленчатом валу 36 и обеспечивает выходной механический крутящий момент от двигателя.
[0023] Во время такта выпуска впускной клапан 42 остается закрытым, а выпускной клапан 44 открывается. Поршень 34 движется от нижней части цилиндра к верхней части цилиндра 22 для удаления отработавших газов и продуктов сгорания из камеры 24 сгорания за счет уменьшения объема камеры 24. Отработавшие газы вытекают из цилиндра 22 сгорания в выпускной коллектор и в систему очистки отработавших газов, такую как каталитический конвертер.
[0024] Положения впускного и выпускного клапанов 42, 44 и их синхронизация, а также синхронизация впрыска топлива и регулировка угла опережения зажигания могут различаться для разных тактов двигателя.
[0025] Двигатель 20 имеет блок 70 цилиндров и головку 72 цилиндров, которые взаимодействуя друг с другом, образуют камеры 24 сгорания. Между блоком 70 и головкой 72 может быть расположена прокладка головки (не показана) для герметизации камеры 24. Блок 70 цилиндров имеет дековую поверхность блока, которая соответствует и сопрягается с дековой поверхностью головки 72 цилиндров вдоль разделительной линии 74.
[0026] Двигатель 20 содержит систему 80 с текучей средой. В одном из примеров, система с текучей средой является системой охлаждения для отвода тепла от двигателя 20. В другом примере система 80 с текучей средой является системой смазки для смазки компонентов двигателя.
[0027] Для системы 80 охлаждения, количество отводимого от двигателя 20 тепла может регулироваться контроллером охлаждающей системы или контроллером двигателя. Система 80 может быть интегрирована в двигатель 20 в качестве одной или нескольких рубашек охлаждения. Система 80 имеет один или несколько контуров охлаждения, которые в качестве рабочей среды могут содержать воду или другой хладагент. В одном из примеров контур охлаждения имеет первую рубашку 84 охлаждения в блоке 70 цилиндров и вторую рубашку 86 охлаждения в головке 72 цилиндров, при этом рубашки 84, 86 сообщаются по текучей среде друг с другом. Блок 70 и головка 72 могут иметь дополнительные рубашки охлаждения. В контуре 80 охлаждения и рубашках 84, 86 хладагент, такой как вода, течет из области высокого давления в область более низкого давления.
[0028] Система 80 с текучей средой имеет один или несколько насосов 88. В системе 80 охлаждения насос 88 доставляет текучую среду в контуре в каналы текучей среды в блоке цилиндров, а затем в головку. Система 80 охлаждения может также содержать клапаны (не показаны) для регулирования потока или давления хладагента, или направления хладагента внутри системы 80. Каналы охлаждения в блоке 70 цилиндров могут примыкать к одному или нескольким камерам 24 сгорания и цилиндрам 22. Аналогичным образом, каналы охлаждения в головке 72 цилиндров могут примыкать к одному или нескольким камерам 24 сгорания и цилиндрам 22 и выпускным окнам выпускных клапанов 44. Текучая среда течет от головки 72 цилиндров и из двигателя 20 к теплообменнику 90, такому как радиатор, где тепло передается от хладагента в окружающую среду.
[0029] На фиг. 2 показана схема двигателя в соответствии с примером, и может использовать двигатель 20, как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 1. Воздух на впуске поступает во впускной коллектор 38 на входе 100. Затем воздух направляется через воздушный фильтр 102.
[0030] В некоторых примерах двигатель 20 может быть оснащен турбонагнетателем или нагнетательным устройством для повышения давления воздуха на впуске и повышения, таким образом, среднего эффективного давления в двигателе для повышения выходной мощности двигателя. Двигатель 20 показан как имеющий турбонагнетатель 104; тем не менее, другие примеры двигателя 20 имеют нагнетатель, или являются безнаддувными. Турбонагнетатель 104 может быть любым подходящим турбинным устройством. Воздух на впуске сжимается компрессорной частью 106 турбонагнетателя 104 и затем может течь через промежуточный охладитель 108 или другой теплообменник для снижения температуры воздуха на впуске после процесса сжатия.
[0031] Поток воздуха на впуске регулируется дроссельным клапаном 110. Дроссельный клапан 110 может быть с электронным регулированием с использованием блока управления двигателем, или может активироваться или регулироваться иным образом. Воздух на впуске течет через впускной коллектор на впускной стороне 112 двигателя 20. Воздух на впуске затем смешивается и вступает в реакцию с топливом для обеспечения энергии от двигателя 20.
[0032] Отработавшие газы двигателя текут через выпускные тракты и к выпускному коллектору на выпускной стороне двигателя 20. В настоящем примере выпускные тракты и, по меньшей мере, часть выпускного коллектора могут быть встроены в головку цилиндров двигателя в качестве встроенных каналов, например, с использованием процесса литья.
[0033] Часть отработавших газов в выпускном коллекторе 40 может быть отведена в узле 116 для ввода в контур 118 рециркуляции отработавших газов (РОГ), составленный из различных компонентов, описанных в настоящем документе, которые соединены непосредственно друг с другом или соединены с использованием одной или нескольких соединительных трубок. Газы РОГ в контуре РОГ могут быть направлены через охладитель 120 или теплообменник РОГ, или теплообменник для снижения температуры газов РОГ. Температура отработавших газов в узле 116 может достигать 1000 градусов по Цельсию.
[0034] В двигателе 20 отбор газов РОГ может быть встроен в каналы головки цилиндров двигателя 20. Газы РОГ могут быть предварительно охлаждены внутри головки цилиндров двигателя 20 для уменьшения нагрузки на охладитель 120 РОГ. Обеспечивая охлаждение газов РОГ до теплообменника 120, можно уменьшить размер и мощность теплообменника 120, что обеспечивает более компактный и легкий компонент для двигателя 20. Кроме того, предусматривая предварительное охлаждение газов РОГ до теплообменника 120, можно получить лучший контроль температуры газов РОГ на впуске 38 двигателя.
[0035] Газы РОГ в теплообменнике могут охлаждаться с использованием текучей среды в существующей системе двигателя, например, хладагента двигателя, масла или смазочного материала, или т.п. В другом варианте, охладитель РОГ может охлаждаться окружающим воздухом. В дальнейших примерах, охладитель 120 РОГ является частью автономной системы внутри автомобиля, и газы РОГ охлаждаются текучей средой внутри этой системы.
[0036] В системе 118 РОГ может быть предусмотрен клапан 122 для регулирования потока газов РОГ на впуск 38. Клапан 122 может регулироваться с использованием блока управления двигателем или другой контроллер в автомобиле. Газы РОГ в контуре 118 смешиваются с воздухом на впуске во впускном коллекторе 38 для двигателя 20. Газы РОГ могут охлаждаться до намеченной температуры или заданной температуры для смешивания с воздухом на впуске. В одном из примеров газы РОГ охлаждаются до примерно 150 градусов по Цельсию, хотя предполагаются и другие температуры.
[0037] Использование РОГ в двигателе 20 может обеспечить сокращение выбросов от двигателя 20 за счет снижения пиковой температуры в процессе сгорания, например, РОГ может снизить NOx. РОГ может также повысить эффективность работы двигателя 20, тем самым улучшая экономию топлива. Тем не менее, если газы РОГ охлаждаются недостаточно, в двигателе 20 может произойти преждевременное зажигание.
[0038] Оставшиеся в узле 116 отработавшие газы, которые не были отведены для РОГ, продолжают свое течение через выпускной коллектор 40. Если двигатель 20 имеет турбонагнетатель, отработавшие газы текут через турбинную часть 130 устройства 104. Устройство 104 может иметь байпас или другой механизм регулировки, связанный с компрессором 106 и/или турбиной 130 для обеспечения контроля давления при впуске, обратного давления в двигателе, и среднего эффективного давления двигателя 20. Отработавшие газы затем направляются через один или несколько устройств 132 дополнительной обработки. Примеры устройств 132 дополнительной обработки содержат, но не ограничиваются этим, каталитические конвертеры, фильтры твердых частиц, глушители.
[0039] На фиг. 3 показан такой компонент двигателя как головка 150 цилиндров. Головка 150 цилиндров может использоваться с двигателем 20, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. Показанная головка 150 цилиндров выполнена с возможностью использования с однорядным двигателем с принудительным зажиганием, турбированным и с отключаемыми цилиндрами. Головку 150 цилиндров можно перекомпоновать для возможности использования с другими двигателями, оставаясь в пределах сущности и объема изобретения. Головка 150 цилиндров может быть выполнена из целого ряда материалов, таких как железо и железные сплавы, алюминий и алюминиевые сплавы, другие металлических сплавов, композитные материалы, и т.п.
[0040] Головка цилиндров имеет дековую поверхность 152 или дековую сторону, которая соответствует разделительной линии 74 на фиг. 1, и таким образом выполнена с возможностью сопряжения с прокладкой головки и дековой поверхностью соответствующего блока цилиндров для образования блока двигателя. Напротив дековой поверхности 152 находится верхняя поверхность, сторона или плоскость 154. Выпускная поверхность или сторона 156 головки цилиндров обеспечивает возможность установки для внешнего выпускного коллектора и соответствует элементу 114 на фиг. 2. Впускная поверхность или сторона (не показана) находится напротив выпускной поверхности 156, обеспечивает возможность установки для впускного коллектора двигателя и соответствует элементу 112. Головка 150 цилиндров также имеет первый и второй противолежащие концы 158, 160. Несмотря на то, что поверхности показаны в целом перпендикулярными по отношению друг к другу, возможны и другие ориентации, и поверхности могут быть по-разному ориентированы по отношению друг к другу для образования головки 150.
[0041] Выпускная сторона 156 головки 150 имеет установочную поверхность 170 для внешнего выпускного коллектора или другого трубопровода для направления отработавших газов в турбонагнетатель, устройство дополнительной обработки или т.п. Показанная головка 150 блока имеет три выпускных окна 172, хотя предполагается любое количество выпускных окон от головки 150.
[0042] Выпускная сторона 156 головки 150 также имеет установочную поверхность 176 для охладителя 120 РОГ или трубопровода для направления газов РОГ в охладитель РОГ. Установочная поверхность 176 определяет окно 178 РОГ. Газы РОГ отводятся из потока отработавших газов внутри головки 150. Установочные поверхности 170, 176 показаны как лежащие в одной плоскости и непрерывные; тем не менее, поверхности 170, 176 могут быть смещены, разнесены, повернуты относительно друг друга, или иным образом ориентированы на головке 150.
[0043] Головка 150 цилиндров имеет рубашку для текучей среды, выполненную внутри головки 150 и встроенную в нее, например, в процессе литья или формовки. Рубашка для текучей среды может быть рубашкой охлаждения, как раскрыто в настоящем документе, или может быть рубашкой смазки в других примерах.
[0044] Как показано, в головке 150 имеются две рубашки охлаждения внутри головки 150. Показано впускное или выпускное окно 180 для верхней рубашки 182 охлаждения. Также показано впускное или выпускное окно 184 для нижней рубашки 186 охлаждения. Рубашки 182, 186 могут сообщаться по текучей среде друг с другом внутри головки 150, или могут быть отделены друг от друга. В других примерах головка 150 может иметь только одну рубашку охлаждения, или может иметь более двух рубашек.
[0045] Головка 150 цилиндров имеет продольную ось 190, которая может соответствовать продольной оси двигателя, поперечную или траверсную ось 192, и вертикальную или нормальную ось 194. Нормальная ось 194 может находиться или может не находиться на одной линии с силой тяжести на головке 150.
[0046] На фиг. 4 показан формовочный стержень 200 для формирования выпускных каналов внутри головки 150. Формовочный стержень 200 представляет негативное изображение каналов внутри головки 150. Предусмотрены выпускные тракты 202 - по два выпускных тракта на каждый цилиндр. Выпускные клапаны могут содержать гнезда для выпускных клапанов 42 в концевой области каждого тракта 202.
[0047] Формовочный стержень 200 также имеет три выпускных канала 204, 206, 208. Как видно на фигуре, отработавшие газы из одного или множественных цилиндров могут быть направлены в выпускные каналы через тракты. Каждый выпускной канал обеспечивает соединение по текучей среде между трактами и соответствующим выпускным окном. Например, выпускной канал 204 соединяет по текучей среде цилиндр I двигателя с нижним правым окном 172 на фиг. 3, выпускной канал 208 соединяет по текучей среде цилиндр IV двигателя с нижним левым окном 172 на фиг. 3, и выпускной канал 206 соединяет по текучей среде цилиндры II и III двигателя с верхним центральным окном 172 на фиг. 3.
[0048] Выпускные тракты и выпускные каналы могут проходить поперечно в головке 150 к выпускной стороне двигателя, по показанной для справки траверсной оси 192.
[0049] Внутри головки цилиндра 150 предусмотрен канал 220 РОГ, который соединен или связан по текучей среде с выпускным каналом, таким как канал 206 на одном конце 222. Другой конец 224 канала 220 РОГ содержит окно 178 РОГ на боковой стороне головки 150. Канал 220 РОГ направляет или отводит часть отработавших газов внутри выпускного канала 206 в окно 178 РОГ.
[0050] В одном из примеров, канал 220 РОГ имеют первый участок 226, проходящую в основном продольно в головке 150 цилиндров. Первый участок 226 может проходить вдоль или проходить в основном параллельно боковой стороне 156 головки 150. Первый участок 226 находится на расстоянии от боковой стороны 156 таким образом, что она является внутренней к головке 150. Первый участок 226 может непосредственно связываться по текучей среде с выпускным каналом 222 таким образом, что конец 222 находится в первом участке 226.
[0051] Канал 220 РОГ может также иметь второй участок 228, расположенный под углом относительно первого участка 226. Второй участок 228 может обеспечивать соединение по текучей среде или циркуляцию потоков между первым участком 226 и окном 178 РОГ. Второй участок 228 может проходить в основном поперечно в головке, и в основном поперечно по отношению к первому участку 226.
[0052] В других примерах, канал 220 РОГ может другие участки, секции, или формы, при этом различные участки могут быть расположены в других конфигурациях относительно головки 150 и друг друга.
[0053] На фиг. 5 - фиг. 7 показаны формовочный стержень 200 для выпускных каналов и формовочный стержень 250 для верхней рубашки 182 охлаждения. Формовочный стержень 200 представляет негативное изображение каналов охлаждения для верхней рубашки 182 охлаждения внутри головки 150.
[0054] Формовочный стержень 250 обеспечивает канал 252 текучей среды или канал охлаждения, примыкающий к и окружающий большую часть периметра 254 канала 220 РОГ для того, чтобы, по меньшей мере, частично охлаждать газы РОГ перед тем, как они выйдут из головки 150 цилиндров. Периметр 254 канала 200 РОГ может быть в первом участке и/или втором участке канала 220. Канал 252 примыкает к большей части периметра 254 канала 220 РОГ и окружает ее по длине 256 участка. В одном из примеров, длина 256 больше эффективного диаметра 258 канала 220.
[0055] Канал 252, по существу, окружает канал 220 РОГ таким образом, что канал 252, по существу, обвит вокруг канала 220 РОГ для охлаждения проходящих через него газов РОГ.
[0056] Канал 252, по существу, окружает периметр 254 и/или окружает большую часть периметра 254, окружая в одном из примеров более 50% периметра 254. В другом примере, канал 252, по существу, окружает периметр 254 и/или окружает большую часть периметра 254, окружая, по меньшей мере, 75% канала 220 РОГ. В еще одном примере, канал 252, по существу, окружает периметр 254 и/или окружает большую часть периметра 254, окружая 50.1-95% периметра 254, окружая 50.1-75%, окружая 75-95%, или окружая более 95% периметра 254.
[0057] Как видно на фиг. 5 и фиг. 6, канал 252 текучей среды и рубашка 182 охлаждения могут также примыкать к трактам и выпускным каналам в головке. Например, канал 252 может примыкать к трактам 202, предоставляя отработавшие газы в выпускной канал 206.
[0058] Канал 252 охлаждения может иметь U-образное поперечное сечение, и это U-образное поперечное сечение может проходить по длине 256 канала 220. В одном из примеров, канал 252 охлаждения имеет область 260, обеспечивающую протекание текучей среды между каналом 220 РОГ и выпускной стороной или поверхностью 156., Канал 252 охлаждения имеет область 262, обеспечивающую протекание текучей среды между каналом 220 РОГ и верхней стороной или поверхностью 154. Канал 252 охлаждения имеет область 264, обеспечивающую протекание текучей среды между каналом 220 РОГ и выпускной стороной или выпускной установочной поверхностью.
[0059] Канал 252 охлаждения примыкает к каналу 220 РОГ и отделен от него тонкой стенкой 265, образованной головкой 150 цилиндров.
[0060] Канал 252 охлаждения может содержать насадочную область 266, которая обвивает канал 220 РОГ для покрытия, по существу, второго участка 226. Насадочная область 266 может обеспечивать протекание текучей среды между каналом 220 РОГ и концевой поверхностью 160.
[0061] При работе двигателя отработавшие газы протекают из цилиндров в тракты 202 и в выпускной канал 206. Часть отработавших газов может быть отведена в канал 220 РОГ. Текучая среда, такая как хладагент, циркулирует в рубашке 186 охлаждения и через канал 252 текучей среды. Температура отработавших газов может достигать 1000 градусов по Цельсию на входе в канал 220 РОГ, например, на конце 222. Тепло передается от газов РОГ в канале 220 через материал головки 150 цилиндров к текучей среде в канале 252 охлаждения. Это тепло может передаваться главным образом через проводимость и конвекцию. Температура газов РОГ может быть снижена на выходе канала РОГ, например, на конце 224 или у окна 178 РОГ. Охладитель РОГ, расположенный ниже по потоку головки цилиндров в контуре РОГ, обеспечивает любое дополнительное охлаждение газов РОГ так, чтобы они оказались в выбранном диапазоне для смешивания в воздухом на впуске во впускном коллекторе двигателя.
[0062] В некоторых примерах, в канале 252 охлаждения и/или канале 220 РОГ могут быть предусмотрены дополнительные конструктивные элементы для усиления теплопередачи от газов РОГ к текучей среде в канале 252. Примеры таких конструктивных элементов показаны прерывистыми линиями на фиг. 7.
[0063] Канал 252 охлаждения может содержать ряд поверхностных элементов 280, примыкающих к каналу 220 РОГ для увеличения площади поверхности канала 252, и для увеличения, таким образом, теплопередачи. Поверхностные элементы 280 показаны в виде ряда ребер. В других примерах поверхностные элементы 280 могут быть другой формы, или могут быть представлены другие выступы, углубления, или другие очертания. Поверхностные элементы 280 могут быть представлены как часть формовочного стержня 250 охлаждения таким образом, что особенности формируются внутри головки 150 при ее отливке, формовке, или формируются иным способом.
[0064] Канал 220 РОГ может содержать ряд поверхностных элементов 282, которые примыкают к каналу 252 охлаждения для увеличения площади поверхности канала 220 РОГ, и для увеличения, таким образом, теплопередачи. Поверхностные элементы 282 могут быть представлены вокруг, по меньшей мере, части периметра 254. Поверхностные элементы 282 показаны в виде ряда ребер. В других примерах поверхностные элементы 282 могут быть другой формы, или могут быть представлены другие выступы, углубления, или другие очертания. Поверхностные элементы 282 могут быть представлены как часть формовочного стержня 200 таким образом, что особенности формируются внутри головки 150 при ее отливке, формовке, или формируются иным способом. Поверхностный элемент или конструкция ребра могут основываться на ограничениях, налагаемых при изготовлении формовочного стержня.
[0065] В дальнейших примерах, внутри головки 150 могут быть представлены один или более слоев 284 для усиления теплопередачи. Слои 284 могут быть образованы из материала с повышенной теплопроводностью, для обеспечения усиленной теплопередачи между газами РОГ в канале 220 РОГ и текучей средой в канале 252 охлаждения. В одном из примеров, головка 150 цилиндров сформирована из композитного материала, при этом слои 284 сформированы из металла, такого как алюминий или медь.
[0066] Канал 220 РОГ показан как соединенный по текучей среде с выпускным каналом 206. В показанном примере, головка 150 цилиндров может использоваться с двигателем, работающим как двигатель с отключаемыми цилиндрами, где цилиндры могут выборочно отключаться во время работы двигателя для увеличения экономии топлива. Два центральных цилиндра в двигателе, предоставляющем отработавшие газы в выпускной канал 206, в настоящем примере работают непрерывно, и канал 220 РОГ соединен с выпускным каналом 206 потому, что он всегда будет предоставлять отработавшие газы при работе двигателя, так как эти цилиндры всегда активны.
[0067] Различные варианты осуществления настоящего изобретения имеют соответствующие, не имеющие ограничительного характера преимущества. Например, головка цилиндров двигателя может содержать канал отведения газов РОГ внутри головки цилиндров и направления газов РОГ в окно РОГ на головке. Канал РОГ может иметь такую форму, чтобы газы РОГ проходили некоторое расстояние внутри головки. Канал РОГ, по существу, окружен или обвит каналом для текучей среды в головке для обеспечения охлаждения газов РОГ внутри головки. Канал для текучей среды может быть образован каналом охлаждения рубашки охлаждения в головке в соответствии с примером. Канал РОГ и/или канал для текучей среды могут быть дополнительно оснащены дополнительными поверхностными элементами для улучшения теплопередачи от газов РОГ к охлаждающей текучей среде. Например, внутри канала РОГ и/или канала для текучей среды можно предусмотреть ребра, при этом любые трубки, соединяющие различные компоненты системы РОГ, могут иметь дополнительные поверхностные элементы, например ребра, для охлаждения газов РОГ. Настоящее изобретение обеспечивает охлаждение газов РОГ через каналы теплопередачи помимо каналов, предоставленных охладителем РОГ, позволяя таким образом уменьшить размер и/или мощность охладителя РОГ
[0068] Хотя выше и раскрыты примерные варианты осуществления, не следует предполагать, что эти варианты осуществления раскрывают все возможные варианты изобретения. Напротив, используемые в описании формулировки являются описательными формулировками, а не ограничительными формулировками, при этом следует понимать, что различные изменения могут быть сделаны без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Кроме того, признаки различных вариантов осуществления могут быть объединены для образования дополнительных вариантов осуществления данного изобретения.