RU134246U1

RU134246U1 - HEAD OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER BLOCK WITH LIQUID COOLING

Info

Publication number: RU134246U1
Application number: RU2013113840/06U
Authority: RU
Inventors: Михаил Андреевич Миронычев; Сергей Ананьевич Орлов; Максим Геннадьевич Жданов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод"
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-11-10

Abstract

1. Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая два впускных и два выпускных клапана на каждую камеру сгорания, верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку двух впускных и двух выпускных клапанов, соединенных с впускными и выпускными каналами, отличающаяся тем, что головка блока содержит свечные колодцы под установку свечей зажигания, причем расстояние между осями свечных колодцев в продольном направлении составляет 106 мм; головка блока содержит внутреннюю полость для прохода охлаждающей жидкости, образованную соединением отверстий, расположенным в днище по периметру полости каждой камеры сгорания и прямоугольным отверстием в передней части на боковой стенке со стороны окон выпускных каналов, а также стенками выпускных каналов и боковой стенкой со стороны присоединительных фланцев под выпускной коллектор; кроме этого в верхней плите и днище выполнены отверстия для впускных и выпускных клапанов, которые соединены с впускными и выпускными каналами, при этом соотношение диаметров и длин впускных каналов составляет 1:2,8, причем площадь поперечного сечения впускных каналов выполнена в диапазоне от 800 ммдо 930 мм, а соотношение высоты и ширины выпускных отверстий составляет 1:1,9; кроме этого, по периметру газового стыка каждого цилиндра равномерно расположены крепежные отверстия в количестве 10 штук под болты крепления головки к блоку цилиндров, при этом пара отверстий под болты, расположенная между цилиндрами, является общей для этой пары цилиндров; кроме это�1. The cylinder head of a liquid-cooled internal combustion engine, comprising two inlet and two exhaust valves for each combustion chamber, an upper plate and a bottom connected by side walls, a coolant cavity, made in the upper plate and the bottom of the opening for installing two inlet and two exhaust valves connected to the inlet and outlet channels, characterized in that the head of the block contains spark plug wells for installing spark plugs, and the distance between the axes of the spark plug wells in flax direction is 106 mm; the head of the block contains an internal cavity for the passage of coolant, formed by the connection of holes located in the bottom along the perimeter of the cavity of each combustion chamber and a rectangular hole in the front on the side wall from the side of the windows of the exhaust channels, as well as the walls of the exhaust channels and the side wall from the side of the connecting flanges under the exhaust manifold; in addition, openings for inlet and outlet valves are made in the upper plate and bottom, which are connected to the inlet and outlet channels, while the ratio of the diameters and lengths of the inlet channels is 1: 2.8, and the cross-sectional area of the inlet channels is in the range from 800 mm to 930 mm, and the ratio of the height and width of the outlet openings is 1: 1.9; in addition, along the perimeter of the gas junction of each cylinder, mounting holes are evenly distributed in an amount of 10 pieces for bolts securing the head to the cylinder block, while a pair of bolt holes located between the cylinders is common to this pair of cylinders; other than this�

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям головок блока цилиндров с жидкостным охлаждением.The utility model relates to the field of engine building, namely, to the construction of liquid-cooled cylinder heads.

Известна головка блока цилиндров, содержащая корпус головки блока цилиндров, корпус распределительных валов, установленный на корпус головки блока цилиндров, а также крышку распределительных валов, установленную на корпусе распределительных валов (см. патент на изобретение RU 2430255, дата публикации от 27.09.2011 г., МПК F02F 1/24 (2006/01).A known cylinder head comprising a cylinder head housing, a camshaft housing mounted on a cylinder head housing, and a camshaft cover mounted on a camshaft housing (see patent for the invention RU 2430255, publication date of 09/27/2011 IPC F02F 1/24 (2006/01).

Монтаж компонентов головки цилиндров предусматривает раздельную установку клапанов в посадочные отверстия корпуса головки цилиндров и установку распределительных валов в опорные части корпуса распределительных валов с последующим креплением корпуса распределительных валов к корпусу головки цилиндров с помощью болтов.The installation of the components of the cylinder head provides for the separate installation of the valves in the bore holes of the cylinder head housing and the installation of the camshafts in the support parts of the camshaft housing, followed by fastening the camshaft housing to the cylinder head housing with bolts.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства является сложность конструкции и необходимость применения дополнительных болтов для крепления корпуса распределительных валов.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known device is the complexity of the design and the need for additional bolts to secure the camshaft housing.

Известна головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащая, по меньшей мере, два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр, камеру сгорания, свечу зажигания, топливную форсунку и рассекатель, установленный между впускными клапанами, в которой с целью снижения расхода топлива, впускные каналы выполнены сходящимися и соединены между собой полостью в виде усеченного конуса, большее основание которого обращено к входным клапанам, а в меньшем основании расположена топливная форсунка (см. патент на изобретение RU 1430574, дата публикации от 15.10.1988 г., МПК F02B 23/08, F02F 1/24).A known cylinder head of an internal combustion engine comprising at least two inlet and two exhaust valves for each cylinder, a combustion chamber, a spark plug, a fuel nozzle and a divider installed between the intake valves, in which the intake channels are made to reduce fuel consumption converging and interconnected by a cavity in the form of a truncated cone, the larger base of which faces the inlet valves, and the fuel nozzle is located in the smaller base (see patent for invention RU 1430574, date ublikatsii on 10/15/1988, IPC F02B 23/08, F02F 1/24).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, являются недостаточная жесткость конструкции, не позволяющая равномерно распределить давление по периметру газового стыка; недостаточная надежность и долговечность головки блока цилиндров из-за высокой температуры и низкой жаростойкости направляющих втулок клапанов и ненадежность заделки седел клапанов.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device are insufficient structural rigidity that does not allow evenly distributing the pressure along the perimeter of the gas joint; insufficient reliability and durability of the cylinder head due to the high temperature and low heat resistance of the valve guide bushings and the unreliability of sealing valve seats.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости на верхней плите и днище; колодцы под болты крепления головки к блоку цилиндров в количестве четырех штук равномерно расположены по всему периметру газового стыка каждого цилиндра блока; отверстия под установку двух впускных и отверстия для установки двух выпускных клапанов на каждый цилиндр, с расположением оси отверстий впускных клапанов и оси отверстий выпускных клапанов относительно продольной оси головки под углом 56° и 64°. (см. патент на полезную модель RU 112949, дата публикации от 27.01.2012 г., МПК F02F 1/36 (2006/01).The closest device of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is the cylinder head of an internal combustion engine, comprising a top plate and a bottom connected by side walls, a coolant cavity on the top plate and the bottom; wells under the bolts of the head to the cylinder block in the amount of four pieces are evenly spaced around the entire perimeter of the gas joint of each cylinder of the block; holes for installing two inlet and holes for installing two exhaust valves on each cylinder, with the location of the axis of the holes of the intake valves and the axis of the holes of the exhaust valves relative to the longitudinal axis of the head at an angle of 56 ° and 64 °. (see patent for utility model RU 112949, publication date 01/27/2012, IPC F02F 1/36 (2006/01).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства принятого за прототип, относится то, что в данной конструкции недостатком являются малоэффективные аэродинамические характеристики впускного и выпускного каналов, увеличенное сопротивление воздуха во впускных каналах, и более теплонапряженное состояние выпускных клапанов ближе расположенных к боковой стенке со стороны выпускного коллектора, омываемых дополнительным потоком раскаленных отработавших газов от соседних выпускных клапанов каждого цилиндра, кроме этого общее количество отверстий под болты крепления головки к блоку цилиндров составляет 16 штук, что значительно увеличивает количество крепежных элементов.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype, the disadvantage in this design is the ineffective aerodynamic characteristics of the inlet and outlet channels, increased air resistance in the inlet channels, and a more heat-stressed state of the exhaust valves closer to side wall on the side of the exhaust manifold, washed by an additional stream of hot exhaust from the suck days of exhaust valves of each cylinder, in addition, the total number of holes for bolts securing the head to the cylinder block is 16, which significantly increases the number of fasteners.

Сущность полезной модели заключается в обеспечении оптимизации рабочих процессов в двигателе и ресурса головки цилиндров, включая монтируемые в корпусе и на присоединительных фланцах головки цилиндров сопрягаемых деталей: распределительные валы, гидротолкатели, крышки передняя и задняя, впускная труба и выпускной коллектор, крышки клапанов, корпуса термостата, крышки гидронатяжителя на полный период эксплуатации двигателя за счет применения впускных и выпускных каналов определенной геометрии, равномерно расположенных по периметру газового стыка каждого цилиндра крепежных отверстий под болты крепления к блоку цилиндров, использования рубашки охлаждения без застойных зон, присоединительных фланцев необходимой конфигурации с резьбовыми отверстиями для крепления навесных элементов.The essence of the utility model is to optimize the working processes in the engine and the resource of the cylinder head, including cylinder heads of the mating parts mounted in the housing and on the connecting flanges: camshafts, hydraulic pushers, front and rear covers, intake pipe and exhaust manifold, valve covers, thermostat bodies , covers of a hydraulic tensioner for the full period of operation of the engine due to the use of inlet and outlet channels of a certain geometry, evenly spaced around the perimeter the gas joint of each cylinder of the mounting holes for bolts to the cylinder block, the use of a cooling jacket without stagnant zones, connecting flanges of the necessary configuration with threaded holes for mounting the mounted elements.

Технический результат - равномерное распределение давления на прокладку газового стыка, обеспечение герметичности газового стыка на всех режимах работы двигателя, высокоэффективных аэродинамических характеристик впускных и выпускных каналов, эффективное охлаждение днища, камер сгорания, седел клапанов и направляющих втулок клапанов, стенок выпускных каналов, простота изготовления, надежность и ремонтопригодность в эксплуатации.EFFECT: uniform distribution of pressure on a gas joint gasket, ensuring gas tightness at all engine operating modes, highly efficient aerodynamic characteristics of intake and exhaust channels, efficient cooling of the bottom, combustion chambers, valve seats and valve guides, walls of exhaust channels, ease of manufacture, reliability and maintainability in operation.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащей два впускных и два выпускных клапана на каждую камеру сгорания, верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку двух впускных и двух выпускных клапанов, соединенных с впускными и выпускными каналами, особенностью является то, что головка блока цилиндров содержит свечные колодцы под установку свечей зажигания, причем для обеспечения оптимального расположения свечи зажигания в камере сгорания расстояние между осями свечных колодцев в продольном направлении составляет 106 мм; верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, что позволило сформировать внутреннюю полость для охлаждающей жидкости без застойных зон, в совокупности с расположенными в днище по периметру камер сгорания отверстиями для подачи охлаждающей жидкости в головку блока и прямоугольного отверстия в передней части на боковой стенке со стороны окон выпускных каналов для отвода охлаждающей жидкости из головки блока позволило обеспечить оптимальный теплообмен между нагретыми стенками головки блока цилиндров и циркулирующей охлаждающей жидкостью, снизить термические напряжения в зоне камер сгорания, где максимальная температура, увеличить теплоотдачу от поверхности выпускных каналов и боковой стенки со стороны присоединительных фланцев под выпускной коллектор. Выполнение вышеперечисленных конструктивных признаков в иных размерных пределах и соотношениях ведет к короблению поверхности днища и прогару прокладки головки блока цилиндров, а также нарушению газового стыка между выпускным коллектором и присоединительными фланцами головки блока.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the cylinder head of a liquid-cooled internal combustion engine containing two inlet and two exhaust valves for each combustion chamber, an upper plate and a bottom connected by side walls, a cavity for coolant, made in the upper plate and the bottom of the hole for the installation of two inlet and two exhaust valves connected to the inlet and outlet channels, the feature is that the cylinder head soda INH spark plug wells for the installation of the spark plug, and is 106 mm to provide an optimum arrangement of the spark plug in the combustion chamber of the distance between the axes of spark plug wells in the longitudinal direction; the top plate and the bottom, connected by side walls, which allowed the formation of an internal cavity for coolant without stagnant zones, in conjunction with openings located on the bottom of the combustion chamber perimeter for supplying coolant to the head of the block and a rectangular hole in the front on the side wall from the side the windows of the exhaust channels for draining the coolant from the block head made it possible to ensure optimal heat transfer between the heated walls of the cylinder head and the circulating cooling fluid, reduce thermal stresses in the area of the combustion chambers, where the maximum temperature, increase heat transfer from the surface of the exhaust channels and side wall from the connecting flanges under the exhaust manifold. The implementation of the above design features in different dimensional limits and ratios leads to warping of the bottom surface and burnout of the cylinder head gasket, as well as a violation of the gas interface between the exhaust manifold and the connecting flanges of the head of the block.

- Выполненные в верхней плите и днище отверстия для впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, соотношение диаметров и длин впускных каналов, составляющее 1:2,8, площадь поперечного сечения впускных каналов в диапазоне от 800 мм² до 930 мм², а также соотношение высоты и ширины выпускных отверстий, составляющее 1:1,9, позволяют уменьшить сопротивление воздушному заряду и отработавшим газам и улучшить газообмен, при выходе за указанные интервалы соотношений «диаметров и длин» впускных каналов произойдет недостаточное наполнение цилиндров топливовоздушной смесью при впуске, и соответственно, снижение мощностных показателей двигателя, а выполнение интервалов соотношений «высоты и ширины» выпускных отверстий за указанные пределы приведет к плохой очистке камеры сгорания от отработавших газов и увеличения их токсичности. Указанные геометрические параметры впускных каналов и их соотношение определены расчетным путем и подтверждены экспериментально, за счет чего обеспечивается необходимый крутящий момент и мощность, снижается расход топлива двигателя. Геометрические параметры площади поперечного сечения выпускных каналов указанного диапазона улучшают очистку цилиндров и камеры сгорания от отработавших газов, способствуя снижению токсичных отработавших газов.- Openings in the top plate and bottom for the inlet and outlet valves connected to the inlet and outlet channels, the ratio of the diameters and lengths of the inlet channels is 1: 2.8, the cross-sectional area of the inlet channels is in the range from 800 mm ² to 930 mm ² , as well as the ratio of the height and width of the outlet openings, which is 1: 1.9, can reduce the resistance to air charge and exhaust gases and improve gas exchange, when the ratio of “diameters and lengths” of the inlet channels goes beyond the indicated intervals current fuel mixture filling the cylinders at the inlet and, respectively, decrease in engine performance cardinality and performance ratios of intervals "width and height" outlets of the specified range will result in a poor cleaning of the combustion chamber from the exhaust gases and an increase in their toxicity. The indicated geometric parameters of the intake channels and their ratio are determined by calculation and confirmed experimentally, due to which the necessary torque and power are provided, and engine fuel consumption is reduced. The geometric parameters of the cross-sectional area of the exhaust channels of the specified range improve the cleaning of the cylinders and the combustion chamber from exhaust gases, helping to reduce toxic exhaust gases.

Равномерно расположенные по периметру газового стыка каждого цилиндра крепежные отверстия, в количестве 10 штук под болты крепления головки к блоку цилиндров, обеспечивают необходимое усилие прижатия головки блока к прокладке блока и гарантированное уплотнение газового стыка, при этом пара крепежных отверстий под болты, расположенная между цилиндрами, является общей для крепления и герметизации газового стыка этой пары цилиндров, что позволяет минимизировать количество крепежных элементов. При выполнении большего количества крепежных отверстий под болты, а, следовательно, расположение их между цилиндрами, приведет к увеличению металлоемкости, трудоемкости сборки и себестоимости двигателя. Уменьшение количества крепежных отверстий под болты приведет к негерметичности газового стыка между головкой и блоком цилиндров и разрушению (прогару) прокладки головки блока цилиндров.Mounting holes evenly spaced around the perimeter of the gas joint of each cylinder, in the amount of 10 pieces, for the bolts securing the head to the cylinder block, provide the necessary force to press the head of the block to the gasket of the block and guaranteed sealing of the gas joint, while a pair of mounting holes for bolts located between the cylinders is common for fastening and sealing the gas joint of this pair of cylinders, which minimizes the number of fasteners. When performing a larger number of mounting holes for the bolts, and, consequently, their location between the cylinders, will increase the metal consumption, the complexity of the assembly and the cost of the engine. Reducing the number of mounting holes for the bolts will lead to leaks in the gas joint between the head and the cylinder block and destruction (burnout) of the cylinder head gasket.

Над верхней плитой попарно выполнены 10 опорных отверстий под установку распределительных валов, причем соотношение диаметра малых опорных отверстий под установку распределительных валов к межцентровому расстоянию между свечными колодцами составляет 1:3, причем диаметр малых опорных отверстий равен 35 мм, кроме двух передних опорных отверстий, диаметр которых равен 42 мм. Выполнение указанного числа парных опорных отверстий является оптимальным для заявляемой конструкции головки цилиндров. Выполнение меньшего числа опорных отверстий приведет к циклической деформации распределительных валов под действием усилий от клапанных пружин и усталостному разрушению распределительного вала. Выполнение большего числа пар опорных отверстий приведет к увеличению и росту механических потерь на трение в опорах распределительного вала и ухудшению топливной экономичности.10 support holes for installing camshafts are made in pairs above the top plate, and the ratio of the diameter of small support holes for installing camshafts to the center-to-center distance between spark plug wells is 1: 3, and the diameter of small support holes is 35 mm, except for two front support holes, the diameter which is equal to 42 mm. The performance of the specified number of paired support holes is optimal for the claimed design of the cylinder head. The implementation of a smaller number of support holes will lead to cyclic deformation of the camshafts under the action of forces from valve springs and fatigue failure of the camshaft. The implementation of a larger number of pairs of support holes will lead to an increase and increase in mechanical friction losses in the camshaft bearings and a deterioration in fuel economy.

Выполнение двух передних опорных отверстий диаметром 42 мм, отличным от диаметра малых опорных отверстий, предусматривается для увеличения несущей способности первой опорной шейки распределительного вала, дополнительно нагруженных от цепи привода распределительных валов. При этом сами опорные отверстия образованы посредством монтажа на привалочных плоскостях головки блока цилиндров крышек крепления распределительного вала с помощью болтов, при этом образуя сборочную опору «опорная площадка - крышка - крепежные болты». Указанная конструкция образует оптимальную сборочную единицу: подшипниковый узел (подшипник скольжения) и служит опорой распределительного вала. При исключении любого входящего в опору элемента произойдет увеличение механических потерь на трение в приводе распределительного вала, возможная деформация и вибрация распределительного вала при работе двигателя. Кроме этого окончательная (финишная) обработка малых и передних опорных отверстий для обеспечения круглости и равномерного зазора с опорными шейками распределительных валов осуществляется в сборе головки блока цилиндров с крышками распределительных валов с предварительным нанесением порядкового номера на каждую крышку. Для различных вариантов компоновки головки блока цилиндров предусматривается два варианта исполнения сборочных опор: первый вариант - в количестве шести сборочных опор, по три опоры на каждый распределительный вал и второй вариант - в количестве десяти сборочных опор, по пять опор на каждый распределительный вал. Оба варианта конструкции являются взаимозаменяемые и могут использоваться как для комплектации двигателей на сборочной конвейере, так и для поставок в запасные части. При этом вариант исполнения с тремя опорами на каждый распределительный вал, обладающий меньшими потерями на трение, конструктивно более предпочтителен для двигателей с повышенными требованиями по металлоемкости (меньшей массой) и с меньшей высотой подъема клапанов. При этом второй вариант исполнения с пятью опорами на каждый распределительный вал, обладающий более высокой жесткостью опор распределительного вала, предпочтителен для двигателей с большей высотой подъема клапана и повышенными требованиями по шуму и вибрации.The implementation of two front support holes with a diameter of 42 mm, different from the diameter of the small support holes, is provided to increase the bearing capacity of the first support neck of the camshaft, additionally loaded from the camshaft drive chain. In this case, the support holes themselves are formed by mounting on the mounting planes of the cylinder head the camshaft mounting caps with bolts, while forming the assembly support "bearing pad - cover - mounting bolts". The specified design forms an optimal assembly unit: a bearing assembly (plain bearing) and serves as a support for the camshaft. If any element included in the support is excluded, there will be an increase in mechanical friction losses in the camshaft drive, possible deformation and vibration of the camshaft during engine operation. In addition, the final (finish) processing of small and front support holes to ensure roundness and uniform clearance with the support journals of the camshafts is carried out in the assembly of the cylinder head with camshaft covers with preliminary application of a serial number on each cover. For various cylinder head layout options, there are two options for assembling bearings: the first option - in the amount of six assembly bearings, three supports for each camshaft and the second option - in the amount of ten assembly bearings, five supports for each camshaft. Both design options are interchangeable and can be used both for assembling engines on the assembly line and for deliveries to spare parts. Moreover, an embodiment with three bearings on each camshaft, which has lower friction losses, is structurally preferable for engines with increased requirements for metal consumption (lower weight) and with lower valve lift heights. At the same time, the second version with five bearings for each camshaft, which has a higher rigidity of the camshaft bearings, is preferable for engines with a higher valve lift and higher noise and vibration requirements.

Конфигурация и площадь присоединительных фланцев, расположение и количество резьбовых отверстий для крепления впускной трубы, выпускного коллектора, корпуса термостата, передней и задней крышек головки блока цилиндров, крышки гидронатяжителя, датчика фазы обеспечивают уменьшение деформаций от монтажных усилий, газовых сил и инерционных нагрузок от навесных агрегатов.The configuration and area of the connecting flanges, the location and number of threaded holes for mounting the inlet pipe, exhaust manifold, thermostat housing, front and rear covers of the cylinder head, cover of the hydraulic tensioner, phase sensor provide a reduction in deformation from mounting forces, gas forces and inertial loads from mounted units .

Для обеспечения требуемой жесткости конструкции головки блока цилиндров оси отверстий впускных клапанов и оси отверстий выпускных клапанов расположены относительно поперечной оси головки блока цилиндров соответственно под углами 17°±10' и 18°±10'; диаметры отверстий, выполненных в каналах, под впускные клапаны составляют 36 мм, под выпускные - 30,5 мм; расстояние между осями под распределительные валы в поперечном направлении составляет 120 мм. Указанные геометрические параметры способствуют оптимальному расположению осей клапанов относительно осей впускных/выпускных каналов, способствуя улучшению газообмена при впуске и выпуске, а также позволяет компактно расположить распределительные валы и звездочки привода, уменьшив тем самым габариты головки блока цилиндров и металлоемкость.To ensure the required rigidity of the cylinder head design, the axes of the inlet valve openings and the axis of the exhaust valve openings are located relative to the transverse axis of the cylinder head at angles of 17 ° ± 10 'and 18 ° ± 10'; the diameters of the holes made in the channels for the inlet valves are 36 mm, for the outlet valves - 30.5 mm; the distance between the axles under the camshafts in the transverse direction is 120 mm. These geometric parameters contribute to the optimal location of the valve axes relative to the axes of the inlet / outlet channels, helping to improve gas exchange at the inlet and outlet, and also allows you to compactly position the camshafts and drive sprockets, thereby reducing the dimensions of the cylinder head and metal consumption.

В передней части головки блока цилиндров на боковой стенке выполнен фланец с отверстием под установку гидронатяжителя и двумя резьбовыми отверстиями под болты крепления крышки гидронатяжителя; при этом под отверстием для установки гидронатяжителя расположены три бобышки с резьбовыми отверстиями для крепления кронштейна навесных агрегатов.In the front of the cylinder head on the side wall there is a flange with a hole for installing the hydraulic tensioner and two threaded holes for the bolts of the hydraulic tensioner cover; while under the hole for installing the hydraulic tensioner there are three bosses with threaded holes for mounting the bracket of mounted units.

Между впускными каналами каждого цилиндра расположены отверстия для подачи дополнительного воздуха во впускные каналы.Between the inlet channels of each cylinder are openings for supplying additional air to the inlet channels.

Для обеспечения жесткости боковых стенок головка блока цилиндров имеет четыре одинаковых поперечных конструктивных элемента, расположенных последовательно один за другим вдоль головки блока цилиндров, и состоящим из свечного колодца, опорных площадок под распределительные валы, привалочной плоскости под крышки распределительных валов, а также корпуса колодцев под гидротолкатели, попарно размещенных с внутренней стороны боковых стенок.To ensure the rigidity of the side walls, the cylinder head has four identical transverse structural elements located sequentially one after the other along the cylinder head, and consisting of a spark plug well, bearing pads for camshafts, a mounting plane for camshaft covers, and also well bodies for hydraulic pushers placed in pairs on the inside of the side walls.

Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:The following illustrations are provided to illustrate this utility model:

На фиг. 1 представлен общий вид головки блока цилиндров со стороны выпускного коллектора;In FIG. 1 shows a general view of the cylinder head from the exhaust manifold;

На фиг. 2 представлен общий вид головки блока цилиндров со стороны впускной трубы;In FIG. 2 shows a general view of the cylinder head from the intake pipe side;

На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе А-А по фиг. 2;In FIG. 3 is a cross-sectional view AA of FIG. 2;

На фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе Б-Б по фиг. 2.In FIG. 4 is a cross-sectional view BB of FIG. 2.

На фиг. 5 представлен вид головки блока цилиндров со стороны камер сгорания.In FIG. 5 is a view of the cylinder head from the side of the combustion chambers.

Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением состоит из верхней плиты 1 и днища 2, ограниченными боковыми стенками 3 и 4, при этом в наружной поверхности днища 2 выполнена камера сгорания 5, головка содержит внутреннюю полость 6 для прохода охлаждающей жидкости, образованную соединением отверстий 31, расположенным в днище 2 по периметру полости каждой камеры сгорания и прямоугольным отверстием 32 в передней части на боковой стенке 4 со стороны окон выпускных каналов, а также стенками выпускных каналов 14 и боковой стенкой 4 со стороны присоединительных фланцев под выпускной коллектор. На верхней плите 1 и в днище 2 выполнены попарно отверстия 7 и 8 для установки впускных клапанов и отверстия 9 и 10 для установки выпускных клапанов. Диаметр выполненных в камере сгорания 5 отверстий 8 впускных клапанов составляет 36 мм, а отверстий 10 выпускных клапанов - 30,5 мм. Оси отверстий 7 и 8 впускных клапанов и оси отверстий 9 и 10 выпускных клапанов расположены относительно поперечной оси головки соответственно под углами 17°±10' и 18°±10'. Для установки впускных и выпускных клапанов в отверстия 8 и 10, выполненных в днище 2, вмонтированы седла 11, а в отверстия верхней плиты 1 вмонтированы направляющие втулки 12, которые изготовлены из специальных износостойких и жаростойких материалов. Отверстия 8 и 10 соединены соответственно с впускными 13 и выпускными 14 каналами, выполненными во внутренней полости головки блока цилиндров, при этом окна 15 впускных каналов расположены на боковых стенках 3, а окна 16 выпускных каналов на боковых стенках 4. В головке блока цилиндров выполнены свечные колодцы 17 для установки свечей зажигания, расстояние между осями которых составляет 106 мм и крепежные отверстия 18 под болты для крепления головки к блоку цилиндров. Крепежные отверстия 18 расположены равномерно по периметру газового стыка каждого цилиндра, общее количество колодцев под болты для крепления головки блока цилиндров - 10 шт. Параллельно днищу 2 между каждым свечным колодцем 17 и боковыми стенками 3 и 4 попарно располагаются привалочные плоскости 19 с резьбовыми отверстиями, предназначенными для крепления болтами 20 крышек распределительных валов 21.The cylinder head of a liquid-cooled internal combustion engine consists of an upper plate 1 and a bottom 2 limited by side walls 3 and 4, while a combustion chamber 5 is made on the outer surface of the bottom 2, the head contains an internal cavity 6 for passage of coolant formed by connecting holes 31, located in the bottom 2 along the perimeter of the cavity of each combustion chamber and a rectangular hole 32 in front on the side wall 4 from the side of the windows of the exhaust channels, as well as the walls of the exhaust channels 14 and side howl wall 4 by connection flanges under the exhaust manifold. On the top plate 1 and in the bottom 2, holes 7 and 8 are made in pairs for installing the intake valves and holes 9 and 10 for installing the exhaust valves. The diameter of the 5 openings 8 of the intake valves made in the combustion chamber is 36 mm, and the openings of 10 exhaust valves are 30.5 mm. The axis of the inlet valve openings 7 and 8 and the axis of the exhaust valve openings 9 and 10 are located relative to the transverse axis of the head at angles of 17 ° ± 10 'and 18 ° ± 10', respectively. To install the intake and exhaust valves in the openings 8 and 10, made in the bottom 2, saddles 11 are mounted, and guide bushings 12, which are made of special wear-resistant and heat-resistant materials, are mounted in the holes of the upper plate 1. The holes 8 and 10 are connected respectively to the inlet 13 and outlet 14 channels made in the inner cavity of the cylinder head, while the windows 15 of the inlet channels are located on the side walls 3, and the windows 16 of the outlet channels on the side walls 4. In the cylinder head wells 17 for installing spark plugs, the distance between the axles of which is 106 mm and mounting holes 18 for bolts for fastening the head to the cylinder block. Fixing holes 18 are located evenly around the perimeter of the gas joint of each cylinder, the total number of wells for bolts for mounting the cylinder head is 10 pcs. Parallel to the bottom 2, between each candle well 17 and the side walls 3 and 4, there are pairwise mounting planes 19 with threaded holes for bolting 20 of the camshaft covers 21.

Крышки распределительных валов 21 в количестве восьми штук попарно устанавливаются с каждой стороны, по четыре на каждый распределительный вал. При этом передняя крышка 22 распределительных валов выполнена в виде единой цельной конструкции, состоящей из двух крышек и предназначенная для крепления одновременно впускного и выпускного распределительных валов. Кроме этого, над верхней плитой 1 на продолжении боковых стенок 3 и 4 с внутренней стороны по оси отверстий для клапанов 7 и 9 выполнены колодцы 23 диаметром 35 мм под установку гидротолкателей.The camshaft covers 21 in an amount of eight pieces are installed in pairs on each side, four for each camshaft. In this case, the front cover 22 of the camshafts is made in the form of a single integral structure consisting of two covers and designed to fasten simultaneously the intake and exhaust camshafts. In addition, above the top plate 1 on the extension of the side walls 3 and 4 on the inner side along the axis of the holes for valves 7 and 9, wells 23 with a diameter of 35 mm are made for the installation of hydraulic pushers.

Впускной и выпускной распределительные валы устанавливаются продольно головке блока цилиндров в малые опорные отверстия 24 диаметром 35 мм и передние опорные отверстия 38, диаметром 42 мм под установку распределительных валов образованы посредством монтажа на привалочных плоскостях 19 головки блока цилиндров, выполненные между колодцами 23 под установку гидротолкателей, кроме этого для уменьшения удельных нагрузок на распределительные валы, действующих со стороны цепи привода газораспределительного механизма, передние опорные отверстия 38, образованные передней сдвоенной крышкой 22 и опорными площадками 25, имеют увеличенный диаметр 42 мм. Расстояние между осями малых и передних опорных отверстий 24 (38) под распределительные валы составляет 120 мм. В боковых стенках 3 и 4 располагаются продольные каналы 26 диаметром 10 мм и поперечные каналы 27 диаметром в пределах от 5 до 7 мм для подачи масла к колодцам 23 под гидротолкатели. На передний и задний торец головки цилиндров с помощью болтов крепятся передняя 28 и задняя 29 крышки головки блока цилиндров. С помощью болтов 30, устанавливаемых в крепежных отверстиях 18, головка цилиндров крепится к блоку. Через отверстия 31 в днище 2 подается охлаждающая жидкость, которая в дальнейшем отводится через отверстие 32 прямоугольной формы в боковой стенке 4 головки блока цилиндров. В задней части головки блока цилиндров на боковой стенке 4 выполнено отверстие 33 под установку датчика положения распределительных валов (не показан), формирующего сигнал для микропроцессорной системы управления двигателем. В передней части головки блока цилиндров на боковой стенке 3 выполнен фланец с отверстием 34 под установку гидронатяжителя для натяжения цепи привода газораспределительного механизма (не показан) и двумя резьбовыми отверстиями 35 под болты крепления крышки гидронатяжителя (не показана). Под отверстием 34 для установки гидронатяжителя расположены три бобышки 36 с резьбовыми отверстиями для крепления кронштейна навесных агрегатов (не показан). Между впускными каналами каждого цилиндра выполнены отверстия 37 для подачи дополнительного воздуха во впускные каналы для обеспечения работы двигателя на режимах холостого хода.The inlet and outlet camshafts are installed longitudinally to the cylinder head into small support holes 24 with a diameter of 35 mm and front support holes 38, with a diameter of 42 mm for installing camshafts formed by mounting on the attachment planes 19 of the cylinder head, made between the wells 23 for installing hydraulic pushers, in addition, to reduce the specific loads on the camshafts acting on the side of the timing chain, the front support holes 38, formed by the front double cover 22 and the support pads 25, have an increased diameter of 42 mm. The distance between the axes of the small and front support holes 24 (38) for the camshafts is 120 mm. In the side walls 3 and 4 are longitudinal channels 26 with a diameter of 10 mm and transverse channels 27 with a diameter ranging from 5 to 7 mm for oil supply to the wells 23 under the hydraulic pushers. The front 28 and rear 29 cylinder head covers are fastened to the front and rear ends of the cylinder heads with bolts. Using the bolts 30 installed in the mounting holes 18, the cylinder head is attached to the block. Through holes 31 in the bottom 2, coolant is supplied, which is subsequently discharged through a rectangular hole 32 in the side wall 4 of the cylinder head. In the rear of the cylinder head on the side wall 4, a hole 33 is made for installing a camshaft position sensor (not shown), which generates a signal for a microprocessor engine control system. In the front part of the cylinder head on the side wall 3, a flange is made with an opening 34 for installing the hydraulic tensioner for tensioning the timing chain (not shown) and two threaded holes 35 for the bolts of the hydraulic tensioner cover (not shown). Under the hole 34 for installing the hydraulic tensioner are three bosses 36 with threaded holes for mounting the bracket mounted units (not shown). Between the inlet channels of each cylinder, holes 37 are made for supplying additional air to the inlet channels to ensure the engine is idling.

Работа головки блока цилиндров осуществляется следующим образом. Головка блока цилиндров обеспечивает формирование и герметизацию рабочего объема четырех цилиндров бензинового 16-ти клапанного двигателя внутреннего сгорания. С помощью болтов 30, устанавливаемых в крепежные отверстия 18, головка цилиндров крепится к блоку. Через окна 15 впускных каналов 13 в цилиндры поступает заряд топливовоздушной смеси, а через выпускные каналы 14 и выпускные окна 16 отводятся отработавшие газы. Управление газораспределением осуществляется путем открытия впускных и выпускных клапанов, устанавливаемых в отверстия 7 и 9, с приводом от распределительных валов, размещенных в малых и передних опорных отверстиях 24 и 38 через гидротолкатели, устанавливаемые в колодцах 23. Воспламенение рабочей смеси осуществляется свечами зажигания, установленными в колодцы 17. Управление открытием и закрытием клапанов выполняется под воздействием кулачков впускного и выпускного распределительных валов, расположенных определенным образом, а управление воспламенением рабочей смеси - свечами зажигания от микропроцессорной системы управления двигателем и сигнала, сформированного датчиком фазы, установленного в отверстии 33. Под воздействием высоких температур при сгорании рабочей смеси и отводе отработавших газов днище камеры сгорания 5 и стенки выпускных каналов 14 нагреваются. Для охлаждения нагретых стенок головки цилиндров в полость 6 через отверстия 31 в днище подается охлаждающая жидкость, которая в дальнейшем отводится через отверстие 32 прямоугольной формы в боковой стенке 4 головки блока цилиндров. Масло к опорным отверстиям 24 и 38 под распределительные валы подается через поперечные вертикальные каналы 33 из продольных каналов 26.The operation of the cylinder head is as follows. The cylinder head provides the formation and sealing of the working volume of the four cylinders of a gasoline 16 valve internal combustion engine. With the help of bolts 30 installed in the mounting holes 18, the cylinder head is attached to the block. Through the windows 15 of the inlet channels 13, the charge of the air-fuel mixture enters the cylinders, and exhaust gases are discharged through the exhaust channels 14 and the exhaust windows 16. The gas distribution is controlled by opening the intake and exhaust valves installed in the openings 7 and 9, driven by camshafts located in the small and front support holes 24 and 38 through the hydraulic pushers installed in the wells 23. The ignition of the working mixture is carried out by spark plugs installed in wells 17. The control of opening and closing of valves is performed under the influence of cams of the intake and exhaust camshafts located in a certain way, and is controlled e combustible mixture ignition - spark plugs by the engine control microprocessor system and the signal generated by the phase sensor mounted in the hole 33. Under the influence of high temperatures during the combustion of combustible mixture and the exhaust of the combustion chamber 5 and the bottom wall of the outlet channel 14 are heated. To cool the heated walls of the cylinder head into the cavity 6 through the holes 31 in the bottom is supplied coolant, which is then discharged through the hole 32 of a rectangular shape in the side wall 4 of the cylinder head. Oil to the support holes 24 and 38 under the camshafts is fed through transverse vertical channels 33 from the longitudinal channels 26.

Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что по сравнению с принятыми за аналог устройствами, конструкция головки блока цилиндров с жидкостным охлаждением обеспечивает достаточно жесткий каркас для равномерного распределения давления на прокладку головки цилиндров по периметрам газовых стыков, за счет применения оптимально расположенных крепежных отверстий под болты крепления к блоку цилиндров, впускных и выпускных каналов определенной геометрии, что позволяет организовать поток охлаждающей жидкости таким образом, чтобы обеспечить эффективное охлаждение днища головки цилиндров, седел и направляющих втулок клапанов в зоне камер сгорания и выполнить присоединительные фланцы необходимой конфигурации с резьбовыми отверстиями для крепления навесных элементов и высокую технологичность головки цилиндров для получения отливки с равномерными минимальными литейными толщинами стенок.The advantage of the claimed utility model is that, in comparison with the devices adopted for the analogue, the liquid-cooled cylinder head design provides a sufficiently rigid frame for uniform pressure distribution on the cylinder head gasket along the perimeters of gas joints, due to the use of optimally positioned mounting holes for bolts fastenings to the block of cylinders, inlet and outlet channels of a certain geometry, which allows you to organize the flow of coolant in this way, h Oba provide effective cooling of the cylinder head bottom, seats and valve guides in the combustion chamber area and perform necessary configuration connecting flanges with screw holes for mounting hinged elements and the high adaptability of the cylinder head to produce a casting with uniform minimum wall thickness casting.

Claims

1. The cylinder head of a liquid-cooled internal combustion engine, comprising two inlet and two exhaust valves for each combustion chamber, an upper plate and a bottom connected by side walls, a coolant cavity, made in the upper plate and the bottom of the opening for installing two inlet and two exhaust valves connected to the inlet and outlet channels, characterized in that the head of the block contains spark plug wells for installing spark plugs, and the distance between the axes of the spark plug wells in flax direction is 106 mm; the head of the block contains an internal cavity for the passage of coolant, formed by the connection of holes located in the bottom along the perimeter of the cavity of each combustion chamber and a rectangular hole in the front on the side wall from the side of the windows of the exhaust channels, as well as the walls of the exhaust channels and the side wall from the side of the connecting flanges under the exhaust manifold; in addition, openings for inlet and outlet valves are made in the upper plate and bottom, which are connected to the inlet and outlet channels, while the ratio of the diameters and lengths of the inlet channels is 1: 2.8, and the cross-sectional area of the inlet channels is in the range from 800 mm ² to 930 mm ² , and the ratio of the height and width of the outlet openings is 1: 1.9; in addition, along the perimeter of the gas junction of each cylinder, mounting holes are evenly distributed in an amount of 10 pieces for bolts securing the head to the cylinder block, while a pair of bolt holes located between the cylinders is common to this pair of cylinders; in addition, support holes for installing camshafts are made in pairs above the top plate; moreover, the diameter of the small support holes is 35 mm, while the diameter of the two front support holes is 42 mm; in addition, the axis of the inlet valve openings and the axis of the outlet valve openings are located relative to the transverse axis of the cylinder head at angles of 17 ° ± 10 'and 18 ° ± 10'; moreover, the holes made in the combustion chamber under the inlet valves have a diameter of 36 mm, under the outlet - 30.5 mm; the distance between the axles under the camshafts in the transverse direction is 120 mm; in addition, in the front of the cylinder head on the side wall there is a flange with a hole for installing the hydraulic tensioner and two threaded holes for the bolts of the hydraulic tensioner cover; while under the hole for installing the hydraulic tensioner there are three bosses with threaded holes for attaching the bracket to the mounted units.

2. The cylinder head according to claim 1, characterized in that the small and front support holes for installing the camshafts are formed by mounting on the attachment planes of the cylinder head cylinder heads of the camshaft mounts using bolts, thus forming the assembly supports "bearing pad - cover - fixing bolts. "

3. The cylinder head according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the small support holes for installing the camshafts to the center-to-center distance between the candle wells is 1: 3.

4. The cylinder head according to claim 2, characterized in that the assembly bearings "bearing pad - cover - mounting bolts" are made in the amount of six, three bearings for each camshaft.

5. The cylinder head according to claim 2, characterized in that the assembly bearings "bearing pad - cover - mounting bolts" are made in the amount of ten, five bearings for each camshaft.

6. The cylinder head according to claim 1, characterized in that between the inlet channels of each cylinder there are openings for supplying air to the inlet channels.