RU155198U1

RU155198U1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER HEAD

Info

Publication number: RU155198U1
Application number: RU2015102861/06U
Authority: RU
Inventors: Тамара Владимировна Анненкова
Original assignee: Тамара Владимировна Анненкова
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2015-09-27

Abstract

Головка блока цилиндров предназначена для двигателя внутреннего сгорания, содержит верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище, отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, отверстия под болты крепления головки к блоку цилиндров, причем отверстия для крепления головки к блоку цилиндров расположены вокруг камеры сгорания каждого цилиндра неравномерно, при этом расстояние между осями отверстий, между которыми проходит выпускной канал, составляет 0.6-0.85 от расстояния между осями остальных отверстий для крепежных элементов головки к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой, что позволяет повысить надежность газового стыка при сохранении минимальных размеров головки блока цилиндров. The cylinder head is designed for an internal combustion engine, contains a top plate and a bottom connected by side walls, a coolant cavity made in the top plate and a bottom, holes for installing intake and exhaust valves connected to inlet and outlet channels, holes for mounting bolts heads to the cylinder block, and the holes for attaching the head to the cylinder block are located unevenly around the combustion chamber of each cylinder, while the distance between the axes of the holes between otorrhea passes outlet passage, is 0.6-0.85 of the distance between the axes of the other holes for fastening the head to the cylinder block elements that are adjacent to each other, which improves the reliability of gas joint while maintaining the minimum size of the cylinder head.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям головок блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) с жидкостным охлаждением.The utility model relates to the field of engine building, namely, to the design of cylinder heads of an internal combustion engine (hereinafter ICE) with liquid cooling.

Известна головка блока цилиндров ДВС, содержащая полость для охлаждающей жидкости, образованную боковыми наружными стенками, днищем и крышкой головки цилиндров. Через полость проходят впускные и выпускные газовые каналы, колодцы для топливных форсунок и свечей накаливания и колодцы под болты крепления головки к блоку, которые расположены по периметру камеры сгорания, примыкают к боковым наружным стенкам и имеют ребра, обращенные внутрь полости охлаждающей жидкости. В полости охлаждающей жидкости от днища к крышке предусмотрены дополнительные колонны с усиливающими ребрами, кроме того, в головке выполнены дополнительные ребра и дросселирующие выемки (см. патент РФ 2283438, МПК F02F 1/36, опубл. 10.09.2006).Known cylinder head of the engine, containing a cavity for coolant formed by the lateral outer walls, the bottom and the cylinder head cover. Inlet and outlet gas channels, wells for fuel injectors and glow plugs and wells for bolts securing the head to the block, which are located along the perimeter of the combustion chamber, are adjacent to the outer side walls and have ribs facing the inside of the coolant cavity through the cavity. Additional columns with reinforcing ribs are provided in the coolant cavity from the bottom to the cover; in addition, additional ribs and throttling recesses are made in the head (see RF patent 2283438, IPC F02F 1/36, published on 09/10/2006).

Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность конструкции из-за неравномерного охлаждения головки блока цилиндров в отдельных цилиндрах и возникающих внутренних температурных напряжений и деформаций.A disadvantage of the known technical solution is the lack of reliability of the design due to uneven cooling of the cylinder head in individual cylinders and the resulting internal temperature stresses and deformations.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, колодцы для топливных форсунок и колодцы под болты крепления головки к блоку цилиндров в количестве четырех штук расположенные равномерно по периметру газового стыка каждого цилиндра блока и отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости, выполненные соответственно в нижнем днище и боковых стенках. (См. патент РФ №112949 МПК F02F 1/36 опубл. 27.01.2012).The closest to the claimed technical solution for the combination of essential features is the cylinder head of the engine, containing the upper plate and bottom connected by side walls, a cavity for coolant, made in the upper plate and bottom of the hole for the installation of inlet and outlet valves, connected to the inlet and outlet channels, wells for fuel injectors and wells for bolts securing the head to the cylinder block in the amount of four pieces located uniformly around the perimeter of the gas joint each of the cylinder block and the openings for supplying and discharging the cooling fluid, made respectively in the bottom and lower sidewalls. (See RF patent No. 112949 IPC F02F 1/36 publ. 01/27/2012).

Недостатком предлагаемого технического решения является равномерность расположения колодцев под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, что приводит к необходимости увеличения высоты головки блока цилиндров для обеспечения ее необходимой жесткости, а также выполнение дополнительных ребер внутри полости жидкостного охлаждения в наиболее теплонапряженном месте - вокруг выпускного канала. Все это приводит к увеличению веса, габаритов и стоимости головки, что является ее недостатком.The disadvantage of the proposed technical solution is the uniformity of the wells under the bolts of the cylinder head to the cylinder block, which leads to the need to increase the height of the cylinder head to ensure its necessary rigidity, as well as additional ribs inside the liquid cooling cavity in the most heat-stressed place - around the exhaust channel . All this leads to an increase in weight, dimensions and cost of the head, which is its disadvantage.

Сущность полезной модели заключается в рациональном распределении колодцев под болты крепления головки блока цилиндров ДВС к блоку и обеспечения при этом минимальных высоты головки, ее веса и простоты изготовления.The essence of the utility model consists in the rational distribution of wells under the bolts of the cylinder head of the engine to the block and at the same time ensuring the minimum height of the head, its weight and ease of manufacture.

Технический результат от применения указанной полезной модели заключается в повышении надежности газового стыка и уплотнения технологических жидкостей при сохранении минимальных размеров головки блока цилиндров по высоте.The technical result from the application of this utility model is to increase the reliability of the gas interface and the sealing of process fluids while maintaining the minimum height of the cylinder head.

Указанный технический результат достигается тем, головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище, отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, отверстия под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, отличающаяся тем, что отверстия для крепления головки блока цилиндров, расположены вокруг камеры сгорания каждого цилиндра неравномерно, при этом расстояние между осями крепежных элементов, между которыми проходит выпускной канал, составляет 0.6-0.85 от расстояния между осями остальных отверстий для крепежных элементов головки к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой.The specified technical result is achieved by the fact that the cylinder head of the internal combustion engine, containing the upper plate and the bottom, connected by side walls, a coolant cavity made in the upper plate and the bottom, openings for installing intake and exhaust valves, connected to the inlet and outlet channels, openings for bolts for fastening the cylinder head to the cylinder block, characterized in that the holes for fastening the cylinder head are arranged unevenly around the combustion chamber of each cylinder, while The distance between the axes of the fasteners between which the exhaust channel passes is 0.6-0.85 from the distance between the axes of the remaining holes for the fasteners of the head to the cylinder block, which are adjacent to each other.

Выполнение головки блока цилиндров ДВС описанной выше конструкции с использованием всех предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить оптимальную по массогабаритным показателям, простую и надежную конструкцию двигателей внутреннего сгорания.The implementation of the cylinder head of the internal combustion engine of the design described above using all the proposed set of essential features allows you to get the optimal weight and size, simple and reliable design of internal combustion engines.

Заявляемое техническое решение подтверждается чертежами.The claimed technical solution is confirmed by the drawings.

На фиг. 1 - вид головки цилиндров сверхуIn FIG. 1 is a top view of the cylinder head

На фиг. 2 - вид головки цилиндров снизуIn FIG. 2 - bottom view of the cylinder head

Головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту 2 и днище 3, соединенные боковыми стенками 4, полость для охлаждающей жидкости 5, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными 6 и выпускными каналами 7, отверстия 1 под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, которые расположены вокруг камеры сгорания каждого цилиндра газового стыка неравномерно, при этом расстояние L между осями крепежных элементов между которыми проходит выпускной канал 7, составляет 0.6-0.85 от расстояния между осями остальных отверстий для крепежных элементов головки 1 к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой.The cylinder head of the ICE, containing the upper plate 2 and the bottom 3, connected by the side walls 4, a cavity for coolant 5, made in the upper plate and the bottom of the hole for the installation of inlet and outlet valves, connected to the inlet 6 and outlet channels 7, openings 1 under bolts for fastening the cylinder head to the cylinder block, which are located unevenly around the combustion chamber of each cylinder of the gas joint, while the distance L between the axes of the fastening elements between which the exhaust channel 7 passes is it is 0.6-0.85 from the distance between the axes of the remaining holes for the mounting elements of the head 1 to the cylinder block, which are adjacent to each other.

Головка блока цилиндров ДВС работает следующим образом. При рабочем такте давление в цилиндрах повышается, достигая 50-60 бар. Давление газов действует на поверхность головки цилиндров, ограниченную уплотнительным периметром прокладки (она немного превышает диаметр цилиндра для исключения контакта с поршнем), и деформирует головку цилиндров. Деформация головки цилиндров ограничена сжимаемостью и восстанавливаемостью материала прокладки и определяет надежность работы газового стыка и всего ДВС, это один из наиболее ответственных узлов двигателя.The cylinder head of the engine works as follows. With a working stroke, the pressure in the cylinders rises, reaching 50-60 bar. The gas pressure acts on the surface of the cylinder head, limited by the sealing perimeter of the gasket (it slightly exceeds the diameter of the cylinder to prevent contact with the piston), and deforms the cylinder head. The deformation of the cylinder head is limited by the compressibility and recoverability of the gasket material and determines the reliability of the gas joint and the entire internal combustion engine, this is one of the most critical engine components.

Деформация зависит от трех факторов - пролета балки (расстояние между точками крепежами), строительной высоты балки (общая высота головки между точками крепления) и модулем упругости материала. И определяется формулой (формула 10.63 стр. 271 Сопротивление материалов, авторы Г.С. Писаренко, В.А. Агаров, А.Л. Квитка, В.Г. Попков, Э.С. Усманский. Издательское объединение «Вища школа», Головное издательство, Киев, 1973).The deformation depends on three factors - beam span (distance between fastener points), beam construction height (total head height between fastening points) and elastic modulus of the material. And it is determined by the formula (formula 10.63 p. 271 Resistance of materials, authors G. S. Pisarenko, V. A. Agarov, A. L. Kvitka, V. G. Popkov, E. S. Usmansky. Publishing Association “Vishka Shkola”, Head publishing house, Kiev, 1973).

,

где f - величина прогибаwhere f is the amount of deflection

q - распределенная нагрузка на пролет между осями крепежных отверстийq - distributed load on the span between the axes of the mounting holes

I - момент инерции сечения деталиI - moment of inertia of the section of the part

Е - модуль упругости материала, в данном случае алюминиевого сплава.E is the modulus of elasticity of the material, in this case, an aluminum alloy.

А так как в месте прохода выпускного канала и головка цилиндров, и блок цилиндров, и прокладка - нагреваются сильнее, то при прочих равных условиях это место будет испытывать большие деформации, т.к. материал при нагревании снижает модуль упругости Е.And since both the cylinder head, and the cylinder block, and the gasket — are heated more strongly in the place of the passage of the exhaust channel, then ceteris paribus this place will experience great deformations, because material when heated reduces the elastic modulus E.

Для алюминиевых сплавов это снижение может достигать 10-20% в зависимости от состава и литейного качества сплава. Кроме того, более нагретая часть детали испытывает местные расширения, что ведет к короблению конструкции. И в довершении всего - к этому же месту крепится массивный чугунный выпускной коллектор с навешенной на него выпускной системой, что дополнительно деформирует стык.For aluminum alloys, this reduction can reach 10-20%, depending on the composition and casting quality of the alloy. In addition, the warmer part of the part experiences local expansion, which leads to warpage of the structure. And to top it all off - a massive cast-iron exhaust manifold with an exhaust system mounted on it is attached to the same place, which additionally deforms the joint.

В результате, на основе расчетов и практики было установлено, что уменьшение размера между осями отверстий крепления головки блока цилиндров к блоку до 0.6-0.85 от расстояния между остальными отверстиями крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой, позволяет выполнить газовый стык оптимальным без увеличения высоты головки блока цилиндров и обеспечить его надежность на весь ресурс двигателя.As a result, based on calculations and practice, it was found that reducing the size between the axes of the mounting holes of the cylinder head to the block to 0.6-0.85 from the distance between the remaining holes of the mounting of the cylinder head to the cylinder block, which are adjacent to each other, allows a gas joint optimal without increasing the height of the cylinder head and ensure its reliability over the entire life of the engine.

Claims

ICE cylinder head containing an upper plate and a bottom connected by side walls, a coolant cavity, made in the upper plate and a bottom of a hole for installing intake and exhaust valves, connected to inlet and outlet channels, holes for bolts securing the head to the cylinder block, characterized the fact that the holes for attaching the head to the cylinder block are located around the combustion chamber of each cylinder unevenly, while the distance between the axes of the holes between which the exhaust channel passes, 0.6-0.85 stavlyaet the distance between the axes of the other holes for fastening the head to the cylinder block elements that are adjacent to each other.