СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EXHAUST GAS COOLING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Изобретение относится к системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
В выпускном канале двигателя внешнего сгорания установлены компоненты выхлопной системы, такие как датчики, для съема данных (например, отношения воздух/топливо выхлопных газов и температуры выхлопного газа), в основном, относящиеся к выпускному каналу и также к каталитическому нейтрализатору для очистки выхлопных газов, и выхлопному газу, и эти компоненты подвергаются воздействию выхлопного газа, протекающего в выпускном канале. Температура выхлопного газа изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания, и в случае, когда на компоненты системы выхлопной газ воздействует при сравнительно высокой температуре, эти компоненты могут быть повреждены теплом выхлопного газа. Технология для предотвращения такого повреждения, связанного с теплом выхлопного газа, раскрыта, например, в Патентном документе 1. В соответствии с такой технологией теплоизолирующий материал предусмотрен в выпускном канале между выпускным коллектором и каталитическим нейтрализатором для очистки выхлопных газов на поверхности внутренней окружности канала, где температура выхлопных газов является максимальной, защищая, таким образом, выпускной канал. В этом случае поддерживается излучение тепла из выпускного канала наружу из местоположения, где расположен теплоизолирующий материал, таким образом, все еще обеспечивая определенное охлаждение выхлопного газа и защиту компонентов выхлопной системы.
В соответствии с другим способом, для охлаждения выхлопного газа, количество топлива, содержащегося в выхлопных газах, увеличивается и используется скрытое тепло, затрачиваемое на его испарение, но увеличение количества топлива в выхлопных газах является нежелательным с точки зрения вредных выбросов, поскольку легко может увеличиться концентрация окиси углерода. Установка охлаждающегося адаптера с водяной системой охлаждения в выхлопной трубе также представляет собой обычную технологию, такую как технология для охлаждения выхлопного газа. В случае, когда используется такой охлаждающий адаптер, тепловая нагрузка на компоненты выхлопной системы может быть эффективно уменьшена, но поскольку выхлопной газ охлаждается, даже когда температура выхлопного газа относительно низка, например, во время "холодного" запуска двигателя внутреннего сгорания, трудно обеспечить быстрый нагрев каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов. В соответствии с этим была раскрыта технология, в соответствии с которой формируется бесконтактная область на участке фланца для уменьшения поверхности контакта между охлаждающим адаптером и коллектором выхлопного газа (см., например, Патентный документ 2).
Кроме того, формируют канал протекания охлаждающей жидкости для охлаждения двигателя внутреннего сгорания в головке цилиндра двигателя внешнего сгорания. Проблема, которая может быть связана с такой конфигурацией, состоит в том, что тепло от выхлопных газов также отбирается через выпускной канал охлаждающей жидкостью, протекающей в канале протекания, таким образом, уменьшая температуру выхлопных газах. Для решения этой проблемы в Патентном документе 3 раскрыта технология, относящаяся к конструкции для установки трубчатого выпускного коллектора с двумя стенками на стороне головки цилиндра, и предполагается использование конструкции установочного фланца, который предотвращает передачу тепла со стороны выпускного коллектора в головку цилиндров.
Патентные документы
Патентный документ 1: Публикация заявки на патент Японии № 2006-2604;
Патентный документ 2: Публикация заявки на патент Японии № 2011-169311;
Патентный документ 3: Публикация заявки на патент Японии № H9-242537;
Патентный документ 4: Публикация заявки на патент Японии № 2002-115601; и
Патентный документ 5: Публикация заявки на патент Японии № 2004-156547.
Сущность изобретения
В каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов, предусмотренном в канале выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания, температура каталитического нейтрализатора существенно изменяется, в зависимости от температуры выхлопного газа, протекающего в него. В двигателе внутреннего сгорания, в котором установлена описанная выше конфигурация для охлаждения выхлопного газа (например, охлаждающий адаптер; далее - "конфигурация охлаждения выхлопных газов"), поскольку выхлопной газ, охлаждаемый конфигурацией охлаждения выхлопного газа, протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, можно предотвратить слишком большой подъем температуры каталитического нейтрализатора. В то же время, когда состояние работы двигателя внутреннего сгорания относится к области низкой нагрузки, и температура выхлопных газов во время выпуска из двигателя внутреннего сгорания сравнительно низкая, температура выхлопных газов дополнительно уменьшается конфигурацией охлаждения выхлопных газов. Поэтому трудно поддерживать температуру каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов на уровне, соответствующем для очистки выхлопных газов, и этом может привести к ухудшению очистки выхлопных газов.
В случае, когда сдерживание уменьшения температуры выхлопного газа исследуют в рамках обычных технологий, недостаточно рассматривать саму способность охлаждения конфигурации охлаждения выхлопных газов, предусмотренную на стороне головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Выпускной канал проходит между конфигурацией охлаждения выхлопных газов и каталитическим нейтрализатором для очистки выхлопных газов, и прежде, чем выхлопные газы, выпущенные из двигателя внутреннего сгорания, достигнут каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, тепловая энергия отбирается из выхлопных газов, протекающих через выпускной канал, и на способность к охлаждению конфигурации охлаждения выхлопных газов существенно влияет эта передача тепла. В частности, степень излучения тепла из выпускного канала в окружающую атмосферу достаточно велика, и на нее сильно влияет способность охлаждения конфигурации охлаждения выхлопных газов. Поэтому, с точки зрения поддержания предпочтительной температуры каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, предусмотренного в выпускном канале, попытки сдерживания уменьшения температуры выхлопных газов, которые основаны на обычных технологиях, являются недостаточными.
Изобретение было создано с учетом описанных выше проблем, и задача изобретения представляет собой создание такой системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, имеющего конфигурацию охлаждения выхлопных газов, которая позволит реализовать предпочтительное сдерживание уменьшения температуры выхлопных газов, когда состояние работы двигателя внутреннего сгорания находится в области низкой нагрузки, и температура выхлопного газа во время выпуска из двигателя внутреннего сгорания сравнительно низка.
В изобретении, для решения описанных выше задач, внимание сфокусировано на передаче тепла в модуль охлаждения, в котором тепло выхлопных газов, протекающих в выпускном канале, передается через выпускной канал и уходит из выпускного канала в модуль охлаждения, и на излучение тепла из выхлопных газов в окружающую атмосферу, которое происходит через стенку изогнутой секции канала, где легко происходит передача тепла от выхлопных газов в выпускной канал, и температура быстро повышается, по сравнению с понижением температуры выхлопных газов, происходящим, когда температура выхлопных газов во время выпуска из двигателя внутреннего сгорания является относительно низкой. Авторы заявки определили, что поскольку эти типы передачи тепла взаимосвязаны и существенно влияют на снижение температуры выхлопных газов, необходимо соответственно регулировать два типа передачи тепла для предпочтительного сдерживания снижения температуры выхлопных газов.
В частности, изобретение направлено на систему охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в которой каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов установлен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, система охлаждения включает в себя: модуль охлаждения, выполненный с возможностью охлаждения выпускного канала перед каталитическим нейтрализатором для очистки выхлопных газов; препятствующий передаче тепла участок, выполненный таким образом, что сдерживается передача тепла из выпускного канала после места, охлаждаемого модулем охлаждения, в модуль охлаждения; и сдерживающий излучение тепла участок, который предусмотрен в изогнутой секции, расположенной в выпускном канале, от местоположения, где предусмотрен препятствующий передаче тепла участок в каталитический нейтрализатор очистки выхлопных газов, и который сдерживает излучение тепла, передаваемого из выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции, в атмосферу вокруг изогнутой секции через стенки изогнутой секции канала, формирующие изогнутую секцию.
Система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением, выполнена таким образом, что выхлопной газ, протекающий в выпускном канале, охлаждается модулем охлаждения, и охлажденный выхлопной газ протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов. В этом случае способность к охлаждению модулем охлаждения обеспечивает охлаждение местоположения, где расположен модуль охлаждения, и также обеспечивает передачу тепла между модулем охлаждения и окружающими его участками, но авторы настоящей заявки сфокусировали внимание на том факте, что способность к охлаждению представляет собой фактор, обеспечивающий передачу тепла других типов в выпускном канале. В выпускном канале стенки канала, формирующие выпускной канал (далее - "стенками выпускного канала"), получают тепло от выхлопных газов, и температура повышается, но тепловая энергия, накапливаемая в них, проявляет тенденцию легкой передачи скорее в модуль охлаждения, чем в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов, расположенный после них. Это связано со способностью к охлаждению модуля охлаждения, градиент температуры в стенке выпускного канала, соединенного с модулем охлаждения, увеличивается, тогда как в стенке выпускного канала, соединенного с каталитическим нейтрализатором для очистки выхлопных газов, градиент температуры становится сравнительно умеренным. В результате, модуль охлаждения может принимать не только конфигурацию, которая охлаждает компоновку в месте его размещения, но также и конфигурацию, которая влияет на передачу тепла во всем выпускном канале от его места размещения до каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов. Поэтому охлаждение выхлопных газов в выпускном канале улучшается благодаря модулю охлаждения, и охлажденный выхлопной газ протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов. Кроме того, в случае, когда рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания находится в области низкой нагрузки, и температура выхлопных газов во время выпуска из двигателя внутреннего сгорания относительно низка (далее - просто "в случае работы с низкой нагрузкой"), влияние охлаждения выхлопных газов модулем охлаждения является особенно сильным, и способность к очистке каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов может быть ухудшена.
В соответствии с этим в системе охлаждения, в соответствии с заявкой на изобретение, вначале, сдерживается уменьшение температуры выхлопных газов в случае работы с низкой нагрузкой благодаря тому, что предусмотрен препятствующий передаче тепла участок. Препятствующий передаче тепла участок выполнен так, что он сдерживает передачу тепла из выпускного канала дальше после места, охлаждаемого модулем охлаждения, в модуль охлаждения, и различные режимы такого сдерживания могут использоваться при условии, что передача от последующего выпускного канала до модуля охлаждения сдерживается, то есть замедляется, по сравнению со случаем, в котором не присутствует препятствующий передаче тепла участок. Например, теплоизолирующий элемент может использоваться, как препятствующий передаче тепла участок, и теплоизолирующий элемент может быть расположен между модулем охлаждения и расположенным после него выпускным каналом. Кроме того, форму или свойства материала части выпускного канала, соединенного с модулем охлаждения, можно регулировать таким образом, чтобы, например, препятствовать передаче тепла из последующего места. В результате такого конфигурирования препятствующего передаче тепла участка можно препятствовать передаче тепла, протекающего из выпускного канала после модуля охлаждения в модуль охлаждения. В результате, сдерживается уменьшение температуры расположенного после него выпускного канала.
Однако было определено, что только при таком сдерживании снижения температуры в последующем выпускном канале сдерживания снижения температуры выхлопных газов недостаточно, в случае, когда рассматривается передача тепла во всем выпускном канале. Результаты всестороннего исследования, проведенного авторами изобретения на основе такой информации, продемонстрировали, что сдерживание передачи тепла препятствующим передачу тепла участком сильно коррелирует с передачей тепла в последующем выпускном канале, то есть с излучением тепла из выхлопных газов, протекающих в нем. В результате препятствования передаче тепла препятствующим передачу тепла участком тепловая энергия, отводимая от выхлопных газов, накапливается в стенках последующего выпускного канала, и температура стенок последующего выпускного канала легко повышается. В случае, когда температура стенок выпускного канала повышается, легко возникает разность температуры между стенками выпускного канала и окружающей атмосферой, и это усиливает излучение тепла в окружающую атмосферу. В результате, трудно в достаточной степени сдерживать уменьшение температуры выхлопных газов.
Кроме того, внимание было сфокусировано на изогнутой секции в последующем выпускном канале, то есть на область, где выпускной канал изогнут с заданной кривизной, как на местоположение, где происходит передача тепла из выхлопных газов в стенки последующего выпускного канала, и его температура легко повышается, когда двигатель внутреннего сгорания работает в режиме с низкой нагрузкой. В такой изогнутой секции направление потока выхлопных газов и направление протяженности канала зависят друг от друга, формируя, таким образом, компонент потока выхлопных газов, который направлен перпендикулярно стенке канала (далее - "перпендикулярным компонентом выхлопных газов"). Поэтому можно обнаружить быстрое увеличение количества передаваемого тепла из выхлопных газов в стенки выпускного канала по сравнению со случаем с малой кривизной выпускного канала или со случаем прямого выпускного канала. В частности, поскольку препятствуется передача тепла на препятствующем передаче тепла участке на его передней стороне, накопление тепла в изогнутой секции может стать существенным. Вследствие этого, невозможно игнорировать понижение температуры выхлопных газов, связанное с излучением тепла в нем.
Поэтому в системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с настоящим изобретением, предусмотрен сдерживающий излучение тепла участок с учетом излучения тепла в изогнутой секции как фактор, приводящий к понижению температуры выхлопных газов в отношении модуля охлаждения и препятствующего передаче тепла участка. При такой конфигурации сдерживается излучение тепла выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции в окружающую атмосферу через стенки выпускного канала в изогнутой секции. В результате, передача тепла в выпускном канале, предпочтительно, регулируется с учетом факторов, взаимно соответствующих понижению температуры выхлопных газов в выпускном канале от модуля охлаждения до каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, что, таким образом, позволяет предпочтительно подавить уменьшение температуры выхлопных газов.
В представленной выше системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания модуль охлаждения может представлять собой адаптер охлаждения, который охлаждает передний выпускной канал, который представляет собой часть выпускного канала, проходящего от головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания, и последующий выпускной канал, который представляет собой часть выпускного канала и имеет изогнутую секцию, может быть соединен с адаптером охлаждения. В этом случае препятствующий передаче тепла участок может быть сформирован, по меньшей мере, на любой оконечной поверхности адаптера охлаждения на стороне, с которой соединен последующий выпускной канал, с фланцем последующего выпускного канала на стороне, которая соединена с адаптером охлаждения, с прокладкой, расположенной между торцевой поверхностью адаптера охлаждения и фланцем, элементом крепления для поддержания соединенного состояния торцевой поверхности адаптера охлаждения и фланцем, и заданной областью из фланца в изогнутую секцию в последующем выпускном канале.
В случае, когда выпускной канал охлаждается таким образом адаптером охлаждения, модуль охлаждения расположен за пределами головки цилиндра. Поэтому, для предотвращения теплопроводности от выхлопных газов в выпускной канал и передачи тепла, которое выходит из него в модуль охлаждения, предпочтительно, чтобы сдерживающий излучение тепла участок был сформирован в упомянутых выше пяти местах положения. В случае, когда сдерживающий излучение тепла участок сформирован на фланце, прокладке и элементах крепления, прокладка фланца и элементы крепления могут быть полностью выполнены таким образом, чтобы они препятствовали передаче тепла. Кроме того, предпочтительная область, где сформирован препятствующий передаче тепла участок, может представлять собой весь последующий выпускной канал между изогнутой секцией и фланцем или его часть, таким образом, чтобы предпочтительно препятствовать передаче тепла из изогнутой секции, в которой, вероятно, повышается температура, в модуль охлаждения.
В качестве другой конфигурации, в описанной выше системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, модуль охлаждения может представлять собой устройство охлаждения, которое охлаждает канал выхлопных газов в головке, который сформирован в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, и выпускной канал, имеющий изогнутую секцию, может быть соединен с головкой цилиндра. При такой конфигурации модуль охлаждения расположен внутри головки цилиндра. В этом случае препятствующий передаче тепла участок может быть сформирован, по меньшей мере, в любой из области соединения головки цилиндра, с которой соединен выпускной канал, на фланце выпускного канала, на стороне, которая соединена с головкой цилиндра, на прокладке, расположенной между областью соединения и фланцем, и на элементе крепления, предназначенном для поддержания соединенного состояния головки цилиндра и фланца, и в заданной области от фланца до изогнутой секции в выпускном канале. При такой конфигурации может быть реализовано эффективное препятствование передаче тепла из выпускного канала в модуль охлаждения.
В описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован, по меньшей мере, в любой одной из поверхности внутренней стенки на стенке изогнутой секции канала и поверхности внешней стенки на стенке изогнутой секции канала. В случае, когда сдерживающий излучение тепла участок сформирован на поверхности внутренней стенки на стенке изогнутой секции канала, препятствуется передача тепла от выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции к стенке изогнутой секции канала. В результате, сдерживается повышение температуры стенки изогнутой секции канала и передача из нее тепла в окружающую атмосферу. Кроме того, в случае, когда сдерживающий излучение тепла участок сформирован на поверхности внешней стенки в стенке изогнутой секции канала, сдерживается передача тепла из стенки изогнутой секции канала в окружающую атмосферу, то есть излучение тепла.
Кроме того, в описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, изогнутая секция может быть определена так, чтобы она включала в себя внутреннюю изогнутую секцию с относительно малой кривизной и внешнюю изогнутую секцию с относительно большой кривизной в поперечном сечении, включая в себя центральную ось в продольном направлении выпускного канала; и сдерживающий излучение тепла участок может быть предусмотрен, по меньшей мере, во внутренней изогнутой секции в изогнутой секции. В изогнутой секции, определенной так, что она включает в себя внутреннюю изогнутую секцию и внешнюю изогнутую секцию, перпендикулярный компонент выхлопных газов падает на внутреннюю изогнутую секцию, когда двигатель внутреннего сгорания работает в режиме работы с малой нагрузкой, и поэтому количество тепла, передаваемого из выхлопных газов, проявляет тенденцию быть большим, чем в случае внешней изогнутой секции. Поэтому излучение тепла из выхлопных газов может эффективно сдерживаться в системе охлаждения выхлопных газов, в соответствии с изобретением, благодаря тому, что предусмотрен сдерживающий излучение тепла участок, по меньшей мере, во внутренней изогнутой секции в изогнутой секции. Таким образом, в случае, когда понижение температуры выхлопных газов может эффективно сдерживаться в результате предоставления, например, только сдерживающего излучение тепла участка во внутренней изогнутой секции, не всегда необходимо обеспечивать сдерживающий излучение тепла участок во внешней изогнутой секции. В результате, может быть легко реализовано формирование сдерживающего излучение тепла участка. Таким образом, не предполагается ограничивать формирование сдерживающего излучение тепла участка во внешней изогнутой секции.
Кроме того, в описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, в случае, когда сдерживающий излучение тепла участок предусмотрен на внутренней изогнутой секции и на внешней изогнутой секции, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован так, что способность сдерживания излучения тепла сдерживающего излучение тепла участка на внутренней изогнутой секции будет выше, чем способность сдерживания излучения тепла сдерживающего излучение тепла участка на внешней изогнутой секции. Как отмечено выше, поскольку внутренняя изогнутая секция в большей степени склонна к повышению температуры, чем внешняя изогнутая секция, благодаря тому, что способность к сдерживанию излучения тепла сдерживающего излучение тепла участка во внутренней изогнутой секции относительно высока, возможно, более эффективно предотвратить излучение тепла из выхлопных газов. Кроме того, способность сдерживания излучения тепла сдерживающего излучение тепла участка означает степень сдерживания излучения тепла из выхлопных газов, и в случае, когда используется специально реализованный сдерживающий излучение тепла участок, например, так называемый, теплоизолирующий элемент, его способность тепловой изоляции (способность предотвращения передачи тепла) соответствует возможностям сдерживания излучения тепла.
В качестве другого способа для конфигурирования сдерживающего излучение тепла участка, в описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем конфигурирования заданной области сдерживания излучения тепла, которая включает в себя изогнутую секцию в выпускном канале, в виде полой многостенной трубчатой конструкции, которая сформирована путем размещения внутренней трубы и внешней трубы, установленных на расстоянии друг от друга, и составляющих выпускной канал, расположенный перед заданной областью сдерживания излучения тепла, в виде одностенной трубчатой конструкции или многостенной трубчатой конструкции с множеством трубок меньшим, чем в заданной области сдерживания излучения тепла. Многостенная трубчатая конструкция включает в себя не только двустенную трубчатую конструкцию, составленную внутренней трубой и внешней трубой, но также и многостенную трубчатую конструкцию, составленную из трех или больше труб. В выпускном канале, имеющем такую многостенную трубчатую конструкцию, выхлопной газ протекает во внутренней трубе, но поскольку присутствует промежуток между внутренней трубой и внешней трубой, тепло, передаваемое из выхлопных газов на внутреннюю трубу, вряд ли будет передано на внешнюю трубу. Поэтому, путем увеличения количества труб в многостенной трубчатой конструкции в заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию, по сравнению с многостенной трубчатой конструкцией переднего выпускного канала, возможно эффективно сдерживать излучение тепла в окружающую атмосферу в заданной области сдерживания излучения тепла. Кроме того, свойство формирования сдерживающего излучение тепла участка в заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию, используется для обозначения, что авторы заявки не предполагали ограничить зону для формирования сдерживающего излучение тепла участка только изогнутой секцией. Заданная область сдерживания излучения тепла не соответствует всему выпускному каналу, включающему в себя изогнутую секцию. Такие соображения также относятся к описанным ниже техническим идеям.
В качестве еще одного другого способа для конфигурирования сдерживающего излучение тепла участка, в описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем конфигурирования выпускного канала в виде полой многостенной трубчатой конструкции, сформированной путем размещения внутренней трубы и внешней трубы на расстоянии друг от друга, и устанавливая толщину полого слоя многостенной трубы в заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию, большую, чем толщина полого слоя многостенной трубы перед заданной областью сдерживания излучения тепла. При использовании такой конфигурации также можно эффективно сдерживать излучение тепла в окружающую атмосферу в заданной области сдерживания излучения тепла.
В качестве еще одного другого способа для конфигурирования сдерживающего излучение тепла участка, в описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем установки толщины стенки канала заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию в выпускном канале, большей, чем толщина стенки канала для выпускного канала перед заданной областью сдерживания излучения тепла. В случае, когда толщина стенки канала заданной области сдерживания излучения тепла увеличена таким образом, тепловая емкость заданной области сдерживания излучения тепла увеличивается. Поэтому увеличение температуры этой области может быть замедлено, и разность температур с окружающей атмосферой может быть уменьшена. В результате, излучение тепла в окружающую атмосферу в заданной области сдерживания излучения тепла может быть эффективно уменьшено.
Описанная выше система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания может быть сконфигурирована таким образом, что способность сдерживания излучения тепла, проявляемая сдерживающим излучение тепла участком, увеличивается, как способность сдерживания передачи тепла, проявляемая препятствующим передаче тепла участком, или когда угол изгиба изогнутой секции становится больше. Способность сдерживания передачи тепла, проявляемая препятствующим передаче тепла участком, означает степень, в которой передача тепла из последующего выпускного канала в модуль охлаждения может быть сдержана, из-за присутствия препятствующего передаче тепла участка, и в случае, когда, в частности, реализованный предотвращающий передачу тепла участок представляет собой, например, так называемый, теплоизолирующий элемент, теплоизолирующее свойство которого (способность препятствовать передаче тепла) соответствует способности препятствования. Температура изогнутой секции быстро повышается в случае, когда способность препятствовать передаче тепла, проявляемая предотвращающим передачу тепла участком, высокая, и прямой компонент выхлопных газов, попадающий на стенку выпускного канала, больше для большого угла кривой изогнутой секции. Поэтому это способствует повышению температуры изогнутой секции. В соответствии с этим, путем использования упомянутой выше конфигурации, излучение тепла от выхлопных газов в изогнутую секцию может эффективно сдерживаться.
В описанной выше системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания сдерживающий излучение тепла участок в изогнутой секции может быть сформирован путем покрытия жидким теплоизолирующим материалом. В случае, когда, таким образом, используется наносимый в виде покрытия теплоизолирующий материал, облегчается формирование сдерживающего излучение тепла участка.
Другой аспект системы охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением по настоящей заявке, будет описан далее. Таким образом, изобретение, в соответствии с приложением, направлено на систему охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, в которой каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов установлен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, система охлаждения, включающая в себя: модуль охлаждения, выполненный с возможностью охлаждения выпускного канала перед каталитическим нейтрализатором для очистки выхлопных газов; и сдерживающий излучение тепла участок, который предусмотрен, по меньшей мере, во внутренней изогнутой секции в изогнутой секции, которая определена так, что она включает в себя внутреннюю изогнутую секцию с относительно малой кривизной, и внешнюю изогнутую секцию с относительно большой кривизной в поперечном разрезе, включающем в себя центральную ось, расположенную в продольном направлении выпускного канала, и которая расположена в выпускном канале от местоположения, соединенного с модулем охлаждения, до каталитического нейтрализатора для очистки выхлопных газов, сдерживающий излучение тепла участок также выполнен с возможностью сдерживания излучения тепла, передаваемого из выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции, в атмосферу вокруг изогнутой секции через стенки изогнутой секции канала, формирующие изогнутую секцию.
Как упомянуто выше, изогнутая секция в последующем выпускном канале представляет собой местоположение, куда тепло передают от выхлопных газов в стенки последующего выпускного канала, и ее температура легко поднимается, когда двигатель внутреннего сгорания работает в режиме низкой нагрузки, и температура особенно быстро поднимается во внутренней изогнутой секции. Поэтому обычно происходит существенное накопление тепла, по меньшей мере, во внутренней изогнутой секции. По этой причине невозможно игнорировать температуру выхлопных газов, связанную с излучением тепла из них. В соответствии с этим, в соответствии с изобретением, путем предоставления сдерживающего излучения тепла участка, по меньшей мере, во внутренней изогнутой секции в изогнутой секции, как описано выше, возможно предотвращать излучение тепла из выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции, в окружающую атмосферу через стенки изогнутой секции выпускного канала.
Технические идеи, в соответствии с изобретением, которое было описано выше, могут применяться для упомянутой выше системы охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, при условии, что, таким образом не возникает технический конфликт. Таким образом, в системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован на, по меньшей мере, одной из поверхности внутренней стенки на стенке изогнутой секции канала и поверхности внешней стенки на стенке изогнутой секции канала. Кроме того, в системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть предусмотрен на внутренней изогнутой секции и на внешней изогнутой секции и может быть сформирован таким образом, что способность сдерживания излучения тепла на сдерживающем излучение тепла участке внутренней изогнутой секции будет больше, чем способность сдерживания излучения тепла на сдерживающем излучение тепла участке внешней изогнутой секции. Кроме того, система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания может быть сконфигурирована таким образом, что способность сдерживания излучения тепла, проявляемая сдерживающим излучение тепла участком, повышается по мере того, как угол изгиба изогнутой секции становится больше.
В качестве другой конфигурации описанного выше сдерживающего излучение тепла участка, в системе охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем конфигурирования заданной области сдерживания излучения тепла, которая включает в себя изогнутую секцию в выпускном канале в виде полой многостенной трубчатой конструкции, которая сформирована путем размещения внутренней трубы и внешней трубы на расстоянии друг от друга, и путем конфигурирования выпускного канала перед заданной областью сдерживания излучения тепла в виде одностенной трубчатой конструкции или многостенной трубчатой конструкции с множеством труб, которое меньше, чем в заданной области сдерживания излучения тепла. В качестве альтернативы, сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем конфигурирования выпускного канала в качестве полой многостенной трубчатой конструкции, сформированной путем размещения внутренней трубы и внешней трубы на расстоянии друг от друга, и благодаря тому, что выбирают толщину полого слоя многостенной трубы в заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию, большей, чем толщина полого слоя многостенной трубы перед заданной областью сдерживания излучения тепла. В другой возможной конфигурации сдерживающий излучение тепла участок может быть сформирован путем выбора толщины стенки канала заданной области сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию в выпускном канале, большей, чем толщина стенки канала выпускного канала перед заданной областью сдерживания излучения тепла.
В системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, имеющей конфигурацию охлаждения выхлопных газов, может быть реализовано предпочтительное сдерживание снижения температуры выхлопных газов, когда состояние работы двигателя внутреннего сгорания находится в области низкой нагрузки, и температура выхлопных газов во время выпуска из двигателя внутреннего сгорания является относительно низкой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан первый чертеж, иллюстрирующий схематичную конфигурацию системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением.
На фиг. 2 схематично иллюстрируется передача тепла в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 3 иллюстрируется корреляция между возможностью теплоизоляции теплоизолирующей прокладки, предусмотренной в выпускном канале, и температурой выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор, а также температурой поверхности стенки выпускного канала.
На фиг. 4 иллюстрируется корреляция между возможностью теплоизоляции теплоизолирующей прокладки, предусмотренной в выпускном канале, и температурой выхлопных газов, а также запас на излучение тепла в выпускном канале.
На фиг. 5A иллюстрируется поток выхлопных газов в выпускном канале, когда угол изгиба выпускного канала составляет 30 градусов.
На фиг. 5B иллюстрируется поток выхлопных газов в выпускном канале, когда угол изгиба выпускного канала составляет 45 градусов.
На фиг. 5C иллюстрируется поток выхлопных газов в выпускном канале, когда угол изгиба выпускного канала составляет 60 градусов.
На фиг. 5D иллюстрируется поток выхлопных газов в выпускном канале, когда угол изгиба выпускного канала составляет 75 градусов.
На фиг. 5E иллюстрируется поток выхлопных газов в выпускном канале, когда угол изгиба выпускного канала составляет 90 градусов.
На фиг. 6A иллюстрируется распределение температуры в стенке выпускного канала, когда угол изгиба выпускного канала составляет 30 градусов.
На фиг. 6B иллюстрируется распределение температуры в стенке выпускного канала, когда угол изгиба выпускного канала составляет 90 градусов.
На фиг. 7 иллюстрируется корреляция между содержанием тепла в выхлопных газах, протекающих в выпускном канале, и температурой стенки выпускного канала, когда угол изгиба выпускного канала составляет 90 градусов.
На фиг. 8 показан первый чертеж, иллюстрирующий формирование участка теплоизолирующего покрытия в изогнутой секции выпускного канала.
На фиг. 9 показан второй чертеж, иллюстрирующий формирование участка теплоизолирующего покрытия в изогнутой секции выпускного канала.
На фиг. 10 показан второй чертеж, иллюстрирующий схематичную конфигурацию системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 11 показан первый чертеж, иллюстрирующий пример варианта последующего выпускного канала в системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 12 показан второй чертеж, иллюстрирующий пример варианта последующего выпускного канала в системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 13 показан третий чертеж, иллюстрирующий пример варианта последующего выпускного канала в системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 14 иллюстрируется конфигурация соединения последующего выпускного канала и адаптера охлаждения в системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 15 показан четвертый чертеж, иллюстрирующий пример варианта последующего выпускного канала в системе охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
На фиг. 16 показан третий чертеж, иллюстрирующий схематичную конфигурацию системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением.
Способы осуществления изобретения
Определенные варианты осуществления изобретения поясняются далее со ссылкой на приложенные чертежи. Размеры, материалы, формы и взаимная компоновка составляющих компонентов, описанных в вариантах осуществления, не предназначены для ограничения технического объема изобретения, если только не будет, в частности, обозначено другое.
Примерный вариант 1 осуществления изобретения
Примерный вариант осуществления системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с изобретением, поясняется со ссылкой на чертежи, приложенные к описанию заявки. На фиг. 1 представлена схематичная конфигурация системы охлаждения выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с примерным вариантом осуществления, и схематическая конфигурация двигателя внутреннего сгорания, оборудованного этой системой. Двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой двигатель (бензиновый двигатель), который имеет искровую систему зажигания и имеет множество цилиндров. На фиг. 1 представлен только один цилиндр из множества цилиндров двигателя 1 внутреннего сгорания. Свеча 3 зажигания установлена в каждом цилиндре 2 двигателя 1 внутреннего сгорания. В двигателе 1 внутреннего сгорания предусмотрен впускной патрубок 4 и выпускной патрубок 5. Впускной патрубок 4 представляет собой канал для подачи воздуха и топлива в цилиндр 2 двигателя 1 внутреннего сгорания. Впускной патрубок открывается и закрывается с помощью впускного клапана 6. Выпускной патрубок 5 представляет собой канал для выпуска газа (сгоревшего газа), который сгорел внутри цилиндра 2, из цилиндра 2. Выпускной патрубок открывается и закрывается выпускным клапаном 7.
Впускной патрубок 4 соединен с впускным канал (не показан на чертеже), и через него отбирают новый газ (воздух) из атмосферы. Клапан 8 впуска топлива установлен на впускном патрубке 4 для впуска в него топлива. Выпускной патрубок 5 соединен с выпускным каналом 9. Выпускной канал 9 направляет выхлопной газ, который выпускают из цилиндра 2 в выпускной патрубок 5, в выхлопную трубу (не показана на чертеже). Например, выпускной коллектор или выпускная труба, расположенная после него в двигателе 1 внутреннего сгорания, соответствуют выпускному каналу 9. Каталитический нейтрализатор 20 очистки выхлопных газов для очистки выхлопных газов предусмотрен в выпускном канале 9. Примеры каталитического нейтрализатора 20 очистки выхлопных газов включают в себя окислительный каталитический нейтрализатор, трехступенчатый каталитический нейтрализатор, каталитический нейтрализатор уменьшения окклюзии NOx и каталитический нейтрализатор избирательного восстановления NOx.
В двигателе 1 внутреннего сгорания, представленном на фиг. 1, предусмотрен охлаждающий адаптер 10 для охлаждения выхлопных газов, протекающих в выпускном канале 9. В частности, охлаждающий адаптер 10 имеет канал 10a охлаждающей воды, внутри которого циркулирует охлаждающая вода, и охлаждающая поверхность охлаждающего адаптера 10 расположена таким образом, что она покрывает внешнюю окружность выпускного канала 9a непосредственно после выпускного патрубка 5. Канал 10a охлаждающей воды охлаждающего адаптера 10 может быть выполнен таким образом, что он соединен с каналом охлаждающей воды (не представлен на чертеже) двигателя 1 внутреннего сгорания таким образом, что охлаждающая вода циркулирует с помощью общего циркуляционного насоса, или он может быть сконфигурирован таким образом, что охлаждающая вода циркулирует независимо от канала охлаждающей воды двигателя 1 внутреннего сгорания. Выпускной канал 9a, который представляет собой местоположение, непосредственно охлаждаемое охлаждающим адаптером 10, иногда называется ниже "передним выпускным каналом".
Кроме того, последующий выпускной канал 9b, образующий выпускной канал для каталитического нейтрализатора 20 для очистки выхлопных газов, предусмотрен после переднего выпускного канала 9a. Соединительный фланец 9c предусмотрен в последующем выпускном канале 9b на его стороне, соединенной с передним выпускным каналом 9a, и последующий выпускной канал 9b и передний выпускной канал 9a соединены в состоянии, в котором теплоизолирующая прокладка 11 расположена между соединительным фланцем 9c и передним выпускным каналом 9a. В такой конфигурации последующий выпускной канал 9b сформирован так, что он включает в себя изогнутую секцию таким образом, что направление потока выхлопных газов изменятся, как представлено на фиг. 1, и выхлопной газ, который прошел через изогнутые секции, протекает в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов. Участки 12a, 13a теплоизолирующего покрытия, сформированные в результате покрытия теплоизолирующим материалом, предусмотрены в изогнутой секции. Теплоизолирующая прокладка 11 соответствует препятствующему передаче тепла участку, в соответствии с изобретением, и участки 12a, 13a теплоизолирующего покрытия соответствуют сдерживающему излучению тепла участку, в соответствии с изобретением; подробное описание которого представлено здесь ниже.
В двигателе 1 внутреннего сгорания, в котором предусмотрен адаптер 10 охлаждения, который охлаждает выхлопной газ, протекающий в передний выпускной канал 9a, тепловая нагрузка, прикладываемая к компонентам, расположенным в выхлопной системе, может быть уменьшена, и срок службы компонентов может быть продлен в результате уменьшения температуры выхлопных газов, выпускаемых из двигателя 1 внутреннего сгорания. В частности, количество драгоценных металлов, которые могут содержаться в каталитическом нейтрализаторе для очистки выхлопных газов, может быть уменьшено путем сдерживания уменьшения температуры выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов. В качестве альтернативной технологии, также можно увеличить количество топлива, содержащегося в выхлопном газе, и уменьшить температуру выхлопных газов, используя скрытое тепло испарения топлива, но в таком случае эффективность потребления топлива может быстро ухудшиться, или может быстро возникнуть деградация эмиссии (например, увеличение концентрации окиси углерода), связанная с увеличением количества топлива. Поэтому охлаждение выхлопных газов с помощью адаптера 10 охлаждения также эффективно с точки зрения повышения характеристики степени очистки выхлопных газов двигателя 1 внутреннего сгорания.
В то же время, в случае, когда выхлопной газ охлаждается адаптером 10 охлаждения, когда температура выхлопных газов, выпускаемых из двигателя 1 внутреннего сгорания, относительно низкая, то есть когда двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме с малой нагрузкой (например, когда теплосодержание выхлопных газов составляет меньше чем 10 кВт - 20 кВт), температура выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов, становится чрезмерно низкой. В результате, эффективность очистки выхлопных газов каталитическим нейтрализатором 20 для очистки выхлопных газов может быть значительно снижена. В соответствии с этим в изобретении, в соответствии с данной заявкой, система охлаждения выхлопных газов для сдерживания снижения температуры выхлопных газов в режиме работы с малой нагрузкой двигателя 1 внутреннего сгорания построена с учетом передачи тепла во всем выпускном канале, включая в себя последующий выпускной канал 9b, который соединен с передним выпускным каналом 9a, непосредственно охлаждаемым адаптером 10 охлаждения, и в котором протекает выхлопной газ, поступающий в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов.
Верхняя секция (a) на фиг. 2 схематично представляет передачу тепла между стенкой выпускного канала на стороне головки 1a цилиндров, имеющей выпускной патрубок 5 и стенки выпускного канала на стороне выпускного канала 9 в конфигурации, в которой не предусмотрен адаптер 10 охлаждения. В этом случае в головке 1a цилиндров тепло, сгенерированное в результате сгорания внутри цилиндра 2, передается, как излучение тепла Q1, и тепло головки 1a цилиндров передается, как излучение Q3 тепла в атмосферу (окружающую атмосферу). Кроме того, в выпускном канале 9 тепло выхлопных газов, протекающих в выпускном канале 9, передается, как излучение Q2 тепла от выхлопных газов в выпускной канал 9, и тепло выпускного канала 9 передается, как излучение Q4 тепла, в атмосферу. Когда двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме с малой нагрузкой, увеличение двигателя температуры в двигателе 1 внутреннего сгорания недостаточно, но поскольку выпускной канал 9 подвергается воздействию выхлопных газов после сгорания, температура выпускного канала 9 проявляет тенденцию быть выше, чем температура головки 1a цилиндров. Поэтому тепло передается, как передача Q5 тепла из выпускного канала 9 в головку 1a цилиндров.
Передача тепла в конфигурации, включающей в себя адаптер 10 охлаждения, поясняется ниже со ссылкой на нижнюю секцию (b) на фиг. 2. На фиг. 2, которая представлена схематичной конфигурацией, передний выпускной канал 9a, который непосредственно охлаждается адаптером 10 охлаждения, можно рассматривать как единое целое с адаптером 10 охлаждения. Поэтому на фиг. 2 (b), на которой иллюстрируется передача тепла, стенка выпускного канала на стороне последующего выпускного канала 9b расположена рядом со стенкой выпускного канала на стороне адаптера 10 охлаждения. Передача тепла в головку 1a цилиндров происходит так же, как пояснялось со ссылкой на фиг. 2 (a), излучение тепла Q11, представленное на фиг. 2 (b), соответствует излучению тепла Q1 на фиг. 2 (a), и излучение тепла Q13 на фиг. 2 (b) соответствует излучению тепла Q3 на фиг. 2 (a). Здесь, в адаптере 10 охлаждения, тепло также передается, как излучение Q16 тепла из выхлопных газов, протекающих в переднем выпускном канале 9a. Такая передача тепла представляет прямое охлаждение выхлопных газов, выполняемое адаптером 10 охлаждения.
Аналогично, в последующем выпускном канале 9b, тепло выхлопных газов, протекающих в последующем выпускном канале 9b, передается, как излучение Q12 тепла из выхлопных газов в последующий выпускной канал 9b, и тепло последующего выпускного канала 9b передается, как излучение Q14 тепла в атмосферу. В случае, когда присутствует адаптер 10 охлаждения, тепло передается, как передача Q15 тепла из последующего выпускного канала 9b в адаптер 10 охлаждения, в соответствии с его охлаждающей способностью. Поскольку адаптер 10 охлаждения включен в систему водяного охлаждения, его способность охлаждения сравнительно велика. Поэтому, градиент температуры в стенке выпускного канала от адаптера 10 охлаждения до последующего выпускного канала 9b увеличивается. В результате, количество передачи Q15 тепла становится намного больше, чем количество передаваемого Q5 тепла, представленное на фиг. 2 (a). Как следствие, излучение тепла в последующем выпускном канале 9b улучшается, и количество излучаемого Q12 и Q14 тепла становится больше, чем излучение Q2 и Q4 тепла, представленное на фиг. 2 (a). Из представленного выше следует, что в случае, когда присутствует адаптер 10 охлаждения, излучение тепла из выхлопных газов, протекающих в последующем выпускном канале 9b, улучшается, выхлопной газ с уменьшенной температурой легко протекает в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов и эффект снижения температуры выхлопных газов может быть в заметной степени продемонстрирован, когда двигатель 1 внутреннего сгорания работает с малой нагрузкой.
Таким образом, благодаря предоставлению адаптера 10 охлаждения, возможно продлить срок службы компонентов выхлопной системы и улучшить характеристику очистки выхлопных газов двигателя 1 внутреннего сгорания, но температура выхлопных газов в режиме работы с малой нагрузкой двигателя 1 внутреннего сгорания может быть уменьшена. В соответствии с этим, в изобретении, снижение температуры выхлопных газов эффективно сдерживается, в результате всестороннего анализа передачи тепла, индуцированного адаптером 10 охлаждения, который представлен на фиг. 2 (b), то есть путем учета взаимосвязи между передачей Q15 тепла и излучением Q12 и Q14 тепла (эта взаимосвязь между количеством передаваемого тепла ниже называется "корреляцией передачи тепла"). В частности, как представлено на фиг. 1, теплоизолирующая прокладка 11, которая функционирует как прокладка и сформирована из материала (например, керамики), который обладает исключительной способностью теплоизоляции, по сравнению с SUS (нержавеющей сталью), которая представляет собой материал переднего выпускного канала 9a и последующего выпускного канала 9b, то есть из материала с малой общей теплопроводностью, предусмотрена между соединительным фланцем 9c последующего выпускного канала 8b и передним выпускным каналом 9a, чтобы препятствовать передаче Q15 тепла.
Эффект, получаемый в результате использования теплоизолирующей прокладки 11 на корреляцию передачи тепла, подробно поясняется ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4. На фиг. 3 представлена корреляция между общей теплопроводностью теплоизолирующей прокладки 11 и температурой выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов (входная температура газа каталитического нейтрализатора) (корреляция обозначена линией L1), и корреляция между общей теплопроводностью теплоизолирующей прокладки 11 и температурой поверхности стенки последующего выпускного канала 9b (корреляция, обозначенная линией L2) для случая, когда теплоизолирующая прокладка 11 расположена между передним выпускным каналом 9a и последующим выпускным каналом 9b в двигателе 1 внутреннего сгорания, представленном на фиг. 1. Кроме того, на фиг. 4 представлена корреляция между общей теплопроводностью теплоизолирующей прокладки 11 и входной температурой газа последующего выпускного канала 9b (входная температура газа в канале) (корреляция, обозначенная линией L3) и корреляция между общей теплопроводностью теплоизолирующей прокладки 11 и запасом излучения тепла последующего выпускного канала 9b (корреляция, обозначенная линией L4) также для случая, когда теплоизолирующая прокладка 11 расположена между передним выпускным каналом 9a и последующим выпускным каналом 9b в двигателе 1 внутреннего сгорания, представленном на фиг. 1. Общая теплопроводность рассчитывается в соответствии со следующим выражением (1) из значений теплового сопротивления (R1, Rn) каждого материала (одного материала или множества материалов), составляющих теплоизолирующую прокладку 11, каждое значение теплового сопротивления получается путем деления теплопроводности материала на его толщину. Это означает, что чем ниже значение общей теплопроводности, тем выше способность теплоизоляции.
Общая теплопроводность=1/Σ(R1+…+Rn)… (Выражение 1)
В случае, когда способность теплоизоляции теплоизолирующей прокладки 11 повышается, температура поверхности стенки последующего выпускного канала 9b повышается, как обозначено линией L2. Это означает, что поскольку передача тепла (теплопроводность Q15) от стенки последующего выпускного канала 9b к стенке переднего выпускного канала 9a сдерживается теплоизолирующей прокладкой 11, большое количество тепла содержится в стенках последующего выпускного канала 9b. В результате, как обозначено линией L3, входная температура газа последующего выпускного канала 9b также повышается, следуя за повышением теплоизолирующей способности теплоизолирующей прокладки 11. Однако входная температура газа каталитического нейтрализатора не проявляет существенных изменений, независимо от теплоизолирующей способности теплоизолирующей прокладки 11, как обозначено линией L1. Это очевидно связано с тем, что запас излучения тепла последующего выпускного канала 9b повышается, то есть излучение тепла Q12 и Q14 в последующем выпускном канале 9b повышается, в соответствии с увеличением способности к изоляции тепла теплоизолирующей прокладки 11, как обозначено линией L4. Таким образом, присутствует корреляция между передачей Q15 тепла и излучением Q12 и Q14 тепла, и такая корреляция представляет собой упомянутую выше корреляцию передачи тепла. В результате увеличения способности к изоляции тепла теплоизолирующей прокладки 11 только на основе этой корреляции передачи тепла трудно в достаточной степени предотвратить снижение температуры выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор 20 для очистки выхлопных газов.
В соответствии с этим, в изобретении используется свойство предотвращения передачи Q15 тепла с помощью теплоизолирующей прокладки 11 и сдерживания излучения Q12 и Q14 тепла в последующем выпускном канале 9b. В частности, было определено, что, когда последующий выпускной канал 9b изогнут от места, где последующий выпускной канал соединен с передним выпускным каналом 9a до каталитического нейтрализатора 20 для очистки выхлопных газов, температура стенки канала повышается в изогнутой секции и излучение тепла выхлопных газов становится существенным через стенку канала, которая имеет повышенную температуру, то есть излучение Q12 и Q14 тепла в изогнутой секции увеличивается. Излучение тепла в изогнутой секции последующего выпускного канала 9b поясняется ниже со ссылкой на фиг. 5A-5E и на фиг. 6A и 6B. Изогнутая секция, как представлено в изобретении, представляет собой весь выпускной канал или его часть, которая определена так, что она включает в себя внутреннюю изогнутую секцию с относительно малой кривизной и внешнюю изогнутую секцию с относительно большей кривизной в поперечном сечении, включающем в себя центральную ось в продольном направлении (направление протекания выхлопных газов) выпускного канала. Отклонение между продольным направлением канала и входным отверстием, и выходным отверстием изогнутой секции, определено как угол изгиба изогнутой секции.
На фиг. 5A-5E представлены последующие выхлопные каналы 9b, которые имеют изогнутые секции 9d, имеющие угол изгиба 30 градусов, 45 градусов, 60 градусов, 75 градусов и 90 градусов соответственно, и одинаковую площадь поперечного сечения в отношении потока выхлопных газов. На чертежах также представлены конструкции скорости потока выхлопных газов в соответствии со случаем, в котором выхлопной газ с заданным теплосодержанием протекает в режиме работы с малой нагрузкой двигателя 1 внутреннего сгорания, в последующих выхлопных каналах 9b на каждом чертеже. В частности, в изогнутой секции 9d на каждом чертеже левая сторона на чертеже представляет собой внутреннюю изогнутую секцию малой кривизны, и правая сторона на чертеже представляет собой внешнюю изогнутую секцию большой кривизны. В изогнутой секции 9d скорость потока выхлопных газов представлена, используя переменную плотность, и плотность отображения увеличивается по мере повышения скорости потока выхлопных газов.
Как можно видеть на фиг. 5A-5E, область, в которой скорость потока выхлопных газов относительно высокая, сформирована рядом с внутренней изогнутой секцией, и эта область увеличивается в размере, по мере увеличения угла кривой. В результате, область R1 с относительно низкой скоростью потока выхлопных газов и область R2 с относительно высокой скоростью потока выхлопных газов сформированы в выпускном канале после изогнутой секции 9d, то есть в выпускном канале с прямым потоком. Кроме того, область R1 с относительно низкой скоростью потока выхлопных газов увеличивается по мере увеличения угла кривой изогнутой секции 9d, и в случае, когда угол изгиба превышает 75 градусов, поток выхлопных газов расслаивается, и возникает обратный поток в области R1, показанной заштрихованной на фиг. 5D и 5E.
По мере увеличения угла изгиба изогнутой секции 9d перпендикулярный компонент выхлопных газов, падающий на поверхность внутренней стенки внутренней изогнутой секции, увеличивается, и также поток выхлопных газов с высокой скоростью формируется рядом с поверхностью внутренней стенки во внутренней изогнутой секции, как представлено на фиг. 5A-5E. Поэтому температура внутренней изогнутой секции быстро повышается. Кроме того, также можно определить, что в случае, когда угол изгиба увеличивается, и происходит расслоение потока выхлопных газов, как упомянуто выше, поток выхлопных газов на выходе внутренней изогнутой секции нарушается, что также становится фактором, приводящим к повышению температуры внутренней изогнутой секции на ее передней стороне. На фиг. 6A и 6B представлено распределение тепла в стенке изогнутой секции выпускного канала 9d с углом изгиба 30 градусов, как показано на фиг. 5A, и распределение тепла в стенке изогнутой секции 9d выпускного канала с углом изгиба 90 градусов, как представлено на фиг. 5E, соответственно. При распределении тепла на обоих чертежах плотность повышается с ростом температуры. Как можно видеть на фиг. 6A и 6B, когда угол изгиба изогнутой секции 9d мал, разница температуры на поверхности стенки канала между внутренней изогнутой секцией и внешней изогнутой секцией не настолько велика, но в случае, когда угол изгиба изогнутой секции 9d увеличивается, температура поверхности стенки канала внутренней изогнутой секции проявляет тенденцию увеличения, по сравнению с температурой поверхности стенки канала внешней изогнутой секции. На фиг. 7 представлена корреляция между теплосодержанием выхлопных газов, протекающих через изогнутую секцию 9d, и температурой поверхности стенки канала в центральной точке P1 внутренней изогнутой секции (корреляция, обозначенная линией L5) и корреляция между теплосодержанием выхлопных газов и температурой на поверхности стенки канала в центральной точке P2 внешней изогнутой секции (корреляция, обозначенная линией L6). Как можно видеть на фиг. 7, можно определить, что температура поверхности стенки канала внутренней изогнутой секции проявляет тенденцию быть относительно высокой, даже когда двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме с малой нагрузкой (то есть когда содержание тепла в выхлопных газах ниже чем от 10 кВт до 20 кВт). Центральные точки на изогнутой секции 9d (центральные точки P1 и P2) расположены в центрах входного и выходного отверстия изогнутой секции.
Таким образом, в случае, когда угол изгиба изогнутой секции 9d последующего выпускного канала 9b увеличивается (в случае, когда угол изгиба превышает 75 градусов, как показано на фиг. 7-7E), увеличение температуры поверхности стенки внутренней изогнутой секции становится существенным. Поскольку температура поверхности стенки канала, формирующей последующий выпускной канал 9b, повышается, разница температуры между последующим выпускным каналом 9b и атмосферой (окружающей атмосферой) увеличивается и поэтому передача тепла от последующего выпускного канала 9b в атмосферу, то есть излучение Q14 тепла, становится существенной. В это же время улучшается излучение Q12 тепла из выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции 9d, так что происходит снижение температуры выхлопных газов.
Учитывая, что такая тенденция излучения тепла в изогнутой секции 9d последующего выпускного канала 9b, другими словами, учитывая корреляцию передачи тепла, в изобретении используется свойство размещения участков 12a, 13a теплоизолирующего покрытия на внутренней изогнутой секции последующего выпускного канала 9b, как представлено на фиг. 8, для предотвращения излучения Q12 и Q14 тепла, происходящего через изогнутую секцию 9d. Участок 12a теплоизолирующего покрытия представляет собой слой покрытия, сформированный путем покрытия теплоизолирующего материала (например, из глинозема или стекла) на внешней поверхности стенки канала внутренней изогнутой секции, и при этом проявляется тенденция сдерживания излучения Q14 тепла благодаря теплоизолирующей способности такого участка покрытия. Участок 13a теплоизолирующего покрытия представляет собой слой покрытия, сформированный путем нанесения покрытия из теплоизолирующего материала (например, глинозема или стекла) на внутренней поверхности стенки канала внутренней изогнутой секции, и при этом проявляется тенденция сдерживания излучения Q12 тепла из-за теплоизолирующей способности такого участка покрытия. На фиг. 8 показан вид в поперечном сечении, и поэтому участки теплоизолирующего покрытия представлены как полосы, имеющие заданную толщину, но они фактически сформированы как заданные области, имеющие заданное распределение в направлении вдоль внешней окружности изогнутой секции 9d (последующего выпускного канала 9b) и окружающие внутреннюю изогнутую секцию (то же относится также к участкам 12b и 13b теплоизолирующего покрытия, описанным ниже).
Выбор теплоизолирующего материала для использования на каждом участке теплоизолирующего покрытия будет описан ниже. В соответствии с характеристикой, представленной на фиг. 3, в случае, когда материал и форма теплоизолирующей прокладки 11 установлены таким образом, что общая теплопередача составляет приблизительно 4, температура поверхности стенки последующего выпускного канала 9b повышается от приблизительно 170 градусов, в то время, когда общая теплопроводность составляет от приблизительно 10 до приблизительно 300 градусов. В этом случае разница в температуре между внешним воздухом и стенками выпускного канала увеличивается на 90%, и теплопроводность от выхлопных газов во внешний воздух через выпускной канал увеличивается на 17%. Кроме того, в случае, если принять теплопроводность последующего выпускного канала 9b равной 16 (Вт/м/K), и его толщину принять как равную 5 мм, и материал участка 12a теплоизолирующего покрытия нанесен с толщиной 0,5 мм, теплопроводность такого материала может составлять 0,78 (Вт/м/K) или меньше. В этом случае можно использовать агент покрытия из стекла с теплопроводностью в пределах диапазона приблизительно от 0,2 (Вт/м/K) до 0,5 (Вт/м/K).
Для эффективного сдерживания снижения температуры выхлопных газов предпочтительно, чтобы как участок 12a теплоизолирующего покрытия, так и участок 13a теплоизолирующего покрытия были сформированы на внутренней изогнутой секции, но когда понижение выхлопной температуры может существенно сдерживаться путем сдерживания только одного из излучения Q12 тепла и излучения Q14 тепла, только участок 12a теплоизолирующего покрытия и участок 13a теплоизолирующего покрытия могут быть сформированы на внутренней изогнутой секции. Участки 12a, 13a теплоизолирующего покрытия, показанные на фиг. 8, проходят за пределы области изогнутой секции 9d до стенок выпускного канала участков прямого протекания перед и после изогнутой секции, но это не представляет собой проблему, поскольку, в этих местах изогнутой секции 9d, возможно наблюдать эффект сдерживания излучения тепла. Участки 12a, 13a теплоизолирующего покрытия могут быть сформированы так, что они будут покрывать только часть изогнутой секции 9d, а не всю изогнутую секцию, при условии, что эффект сдерживания излучения тепла будет достаточным.
Пример 1 варианта
Как указано выше, в изогнутой секции 9d последующего выпускного канала 9b, участок 12a теплоизолирующего покрытия и участок 13a теплоизолирующего покрытия сформированы с учетом того факта, что температура внутренней изогнутой секции особенно быстро повышается, но в случае, когда рассматривают всю изогнутую секцию 9d, температура внешней изогнутой секции также проявляет тенденцию повышаться под влиянием внутренней изогнутой секции. В соответствии с этим участок 12b теплоизолирующего покрытия может быть сформирован путем нанесения покрытия из теплоизолирующего материала (например, глинозема или стекла) на внешней поверхности стенки на стенке канала внешней изогнутой секции, и участок 13b теплоизолирующего покрытия может быть сформирован путем нанесения покрытия из теплоизолирующего материала (например, глинозема или стекла) на поверхности внутренней стенки на стенке канала внешней изогнутой секции, в дополнение к участкам 12a, 13a теплоизолирующего покрытия, как показано на фиг. 9. В результате, излучение тепла от выхлопных газов через изогнутую секцию 9d может быть эффективно предотвращено.
В случае, когда участки теплоизолирующего покрытия предусмотрены, таким образом, на внешней изогнутой секции, для эффективного предотвращения снижения температуры выхлопных газов, также предпочтительно, чтобы оба участка 12b теплоизолирующего покрытия и участка 13b теплоизолирующего покрытия были сформированы на внешней изогнутой секции. Однако, в случае, когда уменьшение температуры выхлопных газов может эффективно сдерживаться путем предотвращения только любого одного из излучения Q12 тепла и излучения Q14 тепла, только любой один из участка 12b теплоизолирующего покрытия и участка 13b теплоизолирующего покрытия может быть сформирован на внешней изогнутой секции.
Область участка 12b теплоизолирующего покрытия может быть соединена с или может быть выполнена отдельно от участка 12a теплоизолирующего покрытия, при условии, что она представляет собой заданную область, окружающую поверхность внешней стенки внешней изогнутой секции. Кроме того, оба участка 12a и 12b теплоизолирующего покрытия могут определять области по всей окружности поверхности внешней стенки изогнутой секции 9d (последующего выпускного канала 9b) или могут определять только часть окружности. Аналогично, область участка 13b теплоизолирующего покрытия может быть соединена с или может быть выполнена отдельной от участка 13a теплоизолирующего покрытия, при условии, что она представляет собой заданную область, окружающую поверхность внутренней стенки внешней изогнутой секции. Кроме того, оба участка 13a и 13b теплоизолирующего покрытия могут определять области по всей окружности поверхности внутренней стенки изогнутой секции 9d (последующий выпускной канал 9b) или могут определять только часть окружности.
Пример 2 варианта
Как описано здесь выше, поскольку температура внутренней изогнутой секции поднимается быстрее, чем температура внешней изогнутой секции, излучение тепла выхлопных газов через внутреннюю изогнутую секцию увеличивается в большей степени. В соответствии с этим, в случае, когда участки теплоизолирующего покрытия сформированы на внутренней изогнутой секции и на внешней изогнутой секции, как в Примере 1 варианта, предпочтительно, чтобы участки теплоизолирующего покрытия были сформированы таким образом, чтобы способность теплоизоляции (то есть способность сдерживать излучение тепла, поступающего из выхлопных газов) участка теплоизолирующего покрытия, сформированного на внутренней изогнутой секции, была больше, чем способность теплоизоляции участка теплоизолирующего покрытия, сформированного на внешней изогнутой секции. Установка способности теплоизоляции участков теплоизолирующего покрытия будет описана здесь ниже в качестве примера в отношении варианта осуществления, в котором участок 13a теплоизолирующего покрытия сформирован на поверхности внутренней стенки внутренней изогнутой секции, и участок 13b теплоизолирующего покрытия сформирован на поверхности внутренней стенки внешней изогнутой секции, как представлено на фиг. 10.
В частности, в случае, когда для участков теплоизолирующего покрытия используется одинаковый теплоизолирующий материал, толщину слоя покрытия участка 13a теплоизолирующего покрытия устанавливают большей, чем толщина участка 13b теплоизолирующего покрытия, таким образом, что способность теплоизоляции участка 13a теплоизолирующего покрытия, сформированного на внутренней изогнутой секции, будет большей, чем способность теплоизоляции участка 13b теплоизолирующего покрытия, сформированного на внешней изогнутой секции. Кроме того, толщина слоя покрытия участка 13a теплоизолирующего покрытия может быть установлена большей, чем толщина участка 13b теплоизолирующего покрытия по всей области покрытия, или может быть установлена большей, чем толщина участка 13b теплоизолирующего покрытия только в части его области покрытия. В этом случае предпочтительно, чтобы толщина участка 13a теплоизолирующего покрытия в непосредственной близости к центральной точке P1, где температура повышается особенно сильно, среди областей поверхности внутренней стенки во внутренней изогнутой секции, была установлена большей, чем толщина участка 13b теплоизолирующего покрытия в непосредственной близости к центральной точке P2, где температура повышается особенно быстро, среди областей поверхности внутренней стенки внешней изогнутой секции, как представлено на фиг. 6B.
На фиг. 10 иллюстрируется участок 13a теплоизолирующего покрытия, сформированный на поверхности внутренней стенки внутренней изогнутой секции, и участок 13b теплоизолирующего покрытия, сформированный на поверхности внутренней стенки внешней изогнутой секции, но толщина слоя покрытия участка 12a теплоизолирующего покрытия аналогично может быть установлена большей, чем толщина участка 12b теплоизолирующего покрытия, таким образом, что способность теплоизоляции участка 12a теплоизолирующего покрытия, сформированного на поверхности внешней стенки внутренней изогнутой секции, будет больше, чем способность теплоизоляции участка 12b теплоизолирующего покрытия, сформированного на поверхности внешней стенки внешней изогнутой секции. Кроме того, вместо регулирования толщины слоев покрытия, можно выбирать теплоизолирующие материалы для нанесения покрытия, соответствующим образом, для регулировки способности теплоизоляции участков теплоизолирующего покрытия.
Пример 3 варианта
Как представлено здесь выше, увеличение температуры внутренней изогнутой секции становится существенным и излучение тепла выхлопных газов улучшается по мере увеличения угла изгиба изогнутой секции 9d. В соответствии с этим, при реализации предотвращения излучения тепла в изогнутой секции 9d последующего выпускного канала 9b, толщина слоя покрытия каждой секции теплоизолирующего покрытия и материал, используемый для нанесения покрытия, можно выбрать соответствующим образом, таким образом, чтобы способность теплоизоляции участков 12a, 12b, 13a, 13b теплоизолирующего покрытия, сформированных на изогнутой секции 9d, увеличивалась при увеличении угла изгиба изогнутой секции 9d.
Кроме того, аналогично, повышение температуры внутренней изогнутой секции становится существенным, и излучение тепла от выхлопных газов усиливается при увеличении способности теплоизоляции теплоизолирующей прокладки 11, другими словами, по мере снижения общей теплопередачи теплоизолирующей прокладки 11. В соответствии с этим, в этом случае, толщину слоя покрытия каждой секции теплоизолирующего покрытия и материал, используемый для ее покрытия, можно выбрать соответствующим образом, так, чтобы способность теплоизоляции участков 12a, 12b, 13 a, 13b теплоизолирующего покрытия, сформированных на изогнутой секции 9d, увеличивалась при увеличении способности теплоизоляции теплоизолирующей прокладки 11.
Пример 4 варианта
В представленных выше примерных вариантах осуществления излучение тепла в изогнутой секции 9d сдерживается участками теплоизолирующего покрытия. В качестве альтернативы, сдерживание излучения тепла в изогнутой секции 9d также может быть реализовано, используя многостенную трубчатую конструкцию (например, двухстенную трубчатую конструкцию) в заданной зоне сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию 9d в последующем выпускном канале 9b. Например, в случае, когда изогнутая секция 9d сформирована как двухстенная трубчатая конструкция, выхлопной газ протекает по внутренней трубе, и внешняя труба расположена таким образом, что она окружает внутреннюю трубу. Заданное пространство сформировано между внутренней трубой и внешней трубой. Во внутренней трубе, в которой непосредственно протекает выхлопной газ, хотя тепло передается от выхлопных газов, и температура быстро повышается из-за присутствия угла изгиба, поскольку пространство между внутренней трубой и внешней трубой проявляет теплоизолирующее действие, передача тепла из внутренней трубы на внешнюю трубу сдерживается. В результате, сдерживается передача тепла в атмосферу вокруг внешней трубы.
Например, как представлено на фиг. 11, последующий выпускной канал 9b сформирован первым выпускным каналом 91, вторым выпускным каналом 92 и третьим выпускным каналом 93, в порядке описания, от передней стороны вдоль потока выхлопных газов. Первый выпускной канал 91 соединен с соединительным фланцем 9c и сформирован в виде одностенной трубчатой конструкции. Аналогично, третий выпускной канал 93 также сформирован одностенной трубчатой конструкцией, и такой канал 93 соединен с каталитическим нейтрализатором 20 для очистки выхлопных газов. Второй выпускной канал 92, сформированный между первым выпускным каналом 91 и третьим выпускным каналом 93, сформирован в виде двустенной конструкции, имеющей внутреннюю трубу 92a и внешнюю трубу 92b, и также сформирован таким образом, что он включает в себя изогнутую секцию 9d. Поэтому полый слой 92c, расположенный между внутренней трубой 92a и внешней трубой 92b, сформирован в изогнутой секции 9d, и такой полый слой 92c сдерживает передачу тепла от внутренней трубы 92a на внешнюю трубу 92b, предотвращая, таким образом, излучение тепла в атмосферу вокруг внешней трубы 92b. Двустенная трубчатая конструкция второго выпускного канала 92 сформирована, используя закрепление сваркой внешней трубы 92b на внутренней трубе 92a.
Кроме того, что касается заданной зоны сдерживания излучения тепла, сформированной как двустенная трубчатая конструкция, она может быть сформирована, например, только как область изогнутой секции 9d, представленной на фиг. 8, или как двустенная трубчатая конструкция, которая проходит за пределы области изогнутой секции 9d к стенке выпускного канала на участках прямого потока перед и после изогнутой секции. В любом случае учитывается, что эффект сдерживания излучения тепла может быть достигнут, поскольку местоположение двустенной конструкции в последующем выпускном канале 9b включает в себя изогнутую секцию 9d, и другие местоположения (канал выхлопных газов, сформированный стенками канала выхлопных газов с участками прямого потока) имеют одностенную трубчатую конструкцию. Местоположение с двустенной конструкцией необязательно включает в себя всю изогнутую секцию 9d и может быть ограничено ее частью, при условии, что достигается достаточный эффект сдерживания излучения тепла.
Кроме того, вместо конфигурации, представленной на фиг. 11, возможно сконфигурировать второй выпускной канал 92 в виде трехстенной трубчатой конструкции, которая включает в себя большее количество труб, для повышения эффекта сдерживания излучения тепла в изогнутой секции 9d, когда первый выпускной канал 91 и третий выпускной канал 93 сформированы в виде двустенных конструкций. Таким образом, описанный выше эффект сдерживания излучения тепла в изогнутой секции 9d может быть обеспечен путем увеличения количества труб во втором выпускном канале 92 по сравнению с количеством труб в первом выпускном канале 91 и в третьем выпускном канале 93.
Кроме того, в качестве альтернативы конфигурации для последующего выпускного канала 9b, демонстрирующей эффект сдерживания излучения тепла, как представлено на фиг. 12, последующий выпускной канал 9b сформирован в виде двустенной трубчатой конструкции, имеющей внутреннюю трубу 92a и внешнюю трубу 92b, и последующий выпускной канал 9b сформирован таким образом, что толщина X2 слоя полого участка 92c 1 в заданной зоне сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию 9d, больше, чем толщина X1 слоя полой секции 92c2 в выпускном канале 9e, расположенном перед заданной зоной сдерживания излучения тепла. При такой конфигурации сдерживание излучения тепла в заданной зоне сдерживания излучения тепла, которая имеет более толстый слой полого участка, может быть эффективно реализовано в последующем выпускном канале 9b.
В качестве другой альтернативы конфигурации для последующего выпускного канала 9b, демонстрирующей эффект сдерживания излучения тепла, как представлено на фиг. 13, когда последующий выпускной канал 9b сформирован в виде одностенной трубчатой конструкции, последующий выпускной канал 9b сформирован таким образом, что толщина Y2 стенки выпускного канала в заданной зоне сдерживания излучения тепла, включающей в себя изогнутую секцию 9d, больше, чем толщина Y1 стенки канала выпускного канала 9f перед заданной зоной сдерживания излучения тепла. Такое увеличение толщины стенки выпускного канала в заданной зоне сдерживания излучения тепла увеличивает ее теплоемкость, что, таким образом, позволяет ослабить повышение температуры в заданной зоне сдерживания излучения тепла и, таким образом, предотвратить излучение тепла из нее.
Пример 5 варианта
В представленных выше примерных вариантах осуществления теплоизолирующая прокладка 11 используется как участок предотвращения излучения тепла, но следующая конфигурация также может использоваться в качестве другого варианта осуществления. Первоначально, торцевая поверхность 10b адаптера 10 охлаждения, которая должна быть соединена с соединительным фланцем 9c последующего выпускного канала 9b, может быть сформирована таким образом, чтобы получить способность теплоизоляции, аналогичную теплоизолирующей прокладке 11. В частности, общая теплопередача в отношении притока тепла из последующего выпускного канала 9b уменьшается путем формирования торцевой поверхности 10b из заданного теплоизолирующего элемента или в результате уменьшения площади поверхности контакта с соединительным фланцем 9c. Аналогично, соединительный фланец 9c, который должен быть соединен с адаптером 10 охлаждения, может быть сформирован таким образом, чтобы получить способность теплоизоляции, аналогичную теплоизолирующей прокладке 11. Кроме того, как представлено на фиг. 14, адаптер 10 охлаждения и соединительный фланец 9c соединены вместе путем вставки резьбовых шпилек 14, которые выступают со стороны адаптера 10 охлаждения в сквозные отверстия 16, предусмотренные в соединительном фланце 9c, и фиксации их с помощью гаек 15. Резьбовые шпильки 14 и гайки 15, которые представляют собой элементы крепления для соединения вместе адаптера 10 охлаждения и соединительного фланца 9c, также могут быть сформированы таким образом, чтобы получить способность теплоизоляции, аналогичную теплоизолирующей прокладке 11. В частности, поскольку резьбовые шпильки 14 проходят насквозь внутри адаптера 10 охлаждения и соединительного фланца 9c, они легко передают тепло. Поэтому, передача тепла из последующего выпускного канала 9b в адаптер 10 охлаждения может быть эффективно предотвращена путем увеличения теплоизолирующей способности резьбовых шпилек 14, и также гаек 15 и прокладок (не показаны на чертеже), используемых вместе с ними.
Дополнительно, передача тепла из последующего выпускного канала 9b в адаптер 10 охлаждения может быть также предотвращена в результате увеличения способности к теплоизоляции заданной области стенки выпускного канала между соединительным фланцем 9c и изогнутой секцией 9d в последующем выпускном канале 9b. В частности, в случае, когда толщина T1 стенки выпускного канала, соответствующего заданной области 9h выпускного канала перед изогнутой секцией 9d, будет выполнена меньшей, чем толщина T2 стенки изогнутой секции 9d выпускного канала, и площадь поперечного сечения стенки выпускного канала заданной области 9h будет выполнена меньшей, чем теплоизолирующая область стенки изогнутой секции 9d канала, как представлено на фиг. 15, общая теплопередача заданной области 9h может быть установлена как значение, пригодное для препятствующего передаче тепла участка. Заданная область 9h может быть установлена, соответственно, в последующем выпускном канале 9b с учетом конфигурации фактического двигателя 1 внутреннего сгорания, и размера, и формы последующего выпускного канала 9b.
Техническая идея, представленная на фиг. 15, состоит в том, что передача тепла на сторону соединительного фланца 9c сдерживается благодаря тому, что толщину стенки канала в заданной области 9h установили меньшей, чем толщина стенки изогнутой секции 9d канала. В то же время описанная выше техническая идея, представленная на фиг. 13, состоит в том, что излучение тепла в изогнутой секции 9d сдерживается в результате увеличения толщины стенки канала в изогнутой секции 9d по сравнению с толщиной стенки канала выпускного канала, расположенного перед изогнутой секцией 9d. Поэтому следует отметить, что на фиг. 15 и на фиг. 13 иллюстрируются разные технические идеи.
Конкретная форма участка сдерживания передачи тепла, описанная здесь, необязательно всегда ограничена одной формой, и множество форм можно использовать одновременно.
Пример 6 варианта
В представленном выше примерном варианте осуществления модуль 10 охлаждения (адаптер охлаждения) установлен на внешней части головки 1a цилиндров, но, вместо этого, может использоваться форма, в которой модуль охлаждения встроен в головку 1a цилиндра. В таком случае охлаждение выхлопных газов, протекающих внутри выпускного патрубка 5, который представляет собой выпускной канал, выполняется с использованием встроенного модуля охлаждения. Кроме того, теплоизолирующая прокладка расположена между выпускным патрубком и выпускным каналом за пределами головки 1a цилиндра, который должен быть соединен с выпускным патрубком, и описанный выше участок теплоизолирующего покрытия сформирован на изогнутой секции выпускного канала. В такой конфигурации выпускной патрубок 5 соответствует выпускному каналу внутри головки, в изобретении, в соответствии с заявкой. В результате, уменьшение температуры выхлопных газов может эффективно сдерживаться. Кроме того, в некоторых случаях, выпускной коллектор, соединенный с цилиндрами двигателя 1 внутреннего сгорания, сформирован внутри головки 1a цилиндра. В таких случаях выхлопной газ также охлаждается с помощью модуля охлаждения, встроенного в головку 1a цилиндра, и выпускной коллектор соответствует выпускному каналу внутри головки. При такой конфигурации уменьшение температуры выхлопных газов также может быть эффективно предотвращено путем размещения теплоизолирующей прокладки и путем формирования участков теплоизолирующего покрытия таким образом, как описано выше.
Излучение тепла в изогнутой секции 9d также может быть предотвращено при использовании описанной выше многостенной трубчатой конструкции, когда модуль охлаждения сконфигурирован таким образом для охлаждения выпускного канала внутри головки. Кроме того, вместо использования теплоизолирующей прокладки, также возможно, используя такую техническую идею, как и в Примере 5 варианта, представленном выше, сформировать, по меньшей мере, одну из торцевой поверхности на стороне головки 1a цилиндра, которая должна быть соединена с выпускным каналом, соединительного фланца на стороне выпускного канала 9, который должен быть соединен с головкой 1a цилиндра, элементов крепления для соединения головки 1a цилиндра и соединительного фланца, и заданной области стенки выпускного канала между соединительным фланцем и изогнутой секцией 9d, таким образом, чтобы получить способность теплоизоляции, аналогичную теплоизолирующей прокладке 11.
Примерный вариант 2 осуществления изобретения
Как подробно описано в Примерном варианте 1 осуществления и в примерах вариантов, полезно сформировать участок теплоизолирующего покрытия, в частности, на внутренней изогнутой секции на изогнутой секции 9d, как средство для предотвращения передачи тепла от выхлопных газов через изогнутую секцию 9d последующего выпускного канала 9b, когда двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме малой нагрузки. В Примерном варианте 1 осуществления внимание направлено на тот факт, что излучение тепла через изогнутую секцию 9d улучшается путем предоставления теплоизолирующей прокладки 11 между передним выпускным каналом 9a, который непосредственно охлаждается с помощью адаптера 10 охлаждения, и последующим выпускным каналом 9b. Однако, в примерном варианте осуществления, внимание сфокусировано на излучение тепла через саму изогнутую секцию 9d, и система охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания, представленная на фиг. 11, представлена в качестве примера как конфигурация, которая непосредственно предотвращает излучение тепла.
В системе охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания, представленной на фиг. 11, и в системе охлаждения, представленной на фиг. 1, одинаковые компоненты обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, и подробное их описание здесь исключено. Разница между ними состоит в том, что в системе охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания, представленной на фиг. 11, передний выпускной канал 9a и последующий выпускной канал 9b соединены без использования теплоизолирующей прокладки 11. При использовании такой конфигурации может быть также предотвращено излучение тепла из выхлопных газов, протекающих в изогнутой секции 9d, в атмосферу через стенку изогнутой секции 9d выпускного канала, и понижение температуры выхлопных газов, таким образом, можно предотвратить путем предоставления участков 12a, 13a теплоизолирующего покрытия на, по меньшей мере, внутренней изогнутой секции в изогнутой секции 9d.
Технические идеи, описанные в Примерном варианте 1 осуществления, и различные примеры также можно использовать в примерном варианте осуществления, при условии, что, таким образом, не возникает технический конфликт.
Перечень ссылочных позиций
1 - двигатель внутреннего сгорания
2 - цилиндр
3 - свеча зажигания
4 - впускной патрубок
5 - выпускной патрубок
8 - клапан впрыска топлива
9 - выпускной канал
9a - передний выпускной канал
9b - последующий выпускной канал
9d - изогнутая секция
10 - адаптер охлаждения
11 - теплоизолирующая прокладка
12a, 12b, 13a, 13b - участки теплоизолирующего покрытия
20 - каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов