RU2041373C1 - Head of cylinders for diesel with liquid cooling - Google Patents
Head of cylinders for diesel with liquid cooling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2041373C1 RU2041373C1 SU5025384A RU2041373C1 RU 2041373 C1 RU2041373 C1 RU 2041373C1 SU 5025384 A SU5025384 A SU 5025384A RU 2041373 C1 RU2041373 C1 RU 2041373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- diameter
- washer
- tide
- head
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, а именно к конструкциям головки дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива. The invention relates to mechanical engineering and repair of machines, namely to the designs of the heads of diesel engines with direct fuel injection.
Известна головка цилиндров, содержащая корпус, в котором размещены газовые патрубки с установленными в них клапанами, форсуночный стакан и форсунку. Known cylinder head containing a housing in which there are gas pipes with valves installed in them, nozzle cup and nozzle.
Недостаток такой конструкции состоит в том, что при монтаже форсуночного стакана и форсунки возникают большие механические напряжения в зоне перемычки между форсуночным отверстием и отверстием под клапаны. The disadvantage of this design is that when mounting the nozzle cup and nozzle, large mechanical stresses arise in the jumper zone between the nozzle orifice and the orifice for the valves.
Прототипом предлагаемой конструкции является головка цилиндров дизеля с жидкостным охлаждением. The prototype of the proposed design is a liquid-cooled diesel cylinder head.
Данная головка цилиндров содержит корпус, в котором размещены газовые каналы с клапанными отверстиями и гнездами с установленными в них клапанами, отверстиями под распылитель топливной форсунки, форсуночный латунный стакан, топливную форсунку. Форсуночный стакан установлен в приливе корпуса головки цилиндров. Между носком форсуночного стакана и опорной поверхностью прилива под форсуночный стакан установлена медная уплотнительная шайба. Между форсункой и внутренней поверхностью стакана установлена медная гофрированная уплотнительная шайба. Форсуночный стакан поджимается гайкой. This cylinder head contains a housing in which there are gas channels with valve openings and sockets with valves installed therein, openings for a fuel injector atomizer, a brass nozzle nozzle, and a fuel injector. The nozzle cup is installed in the tide of the cylinder head housing. A copper sealing washer is installed between the tip of the nozzle cup and the supporting surface of the tide under the nozzle cup. A copper corrugated sealing washer is installed between the nozzle and the inner surface of the glass. The nozzle cup is tightened with a nut.
Недостатком данной конструкции является наличие больших механических растягивающих напряжений, которые возникают вследствие поджатия форсуночного стакана и форсунки. Механические напряжения растяжения особенно значительны в зонах перемычек между отверстием под распылитель форсунки и клапанными отверстиями, где, как известно, находится зона максимальных температур корпуса головки цилиндров при работе дизельного двигателя. Следствием воздействия высоких температур является возникновение высоких термических напряжений. The disadvantage of this design is the presence of large mechanical tensile stresses that arise as a result of preloading the nozzle cup and nozzle. Mechanical tensile stresses are especially significant in the zones of the jumpers between the hole for the nozzle nozzle and valve openings, where, as you know, there is a zone of maximum temperatures of the cylinder head housing during operation of the diesel engine. The effect of high temperatures is the occurrence of high thermal stresses.
Совместное действие механических растягивающих напряжений, возникающих после монтажа форсуночного стакана и форсунки и термических напряжений в зонах перемычки между отверстием под распылитель форсунки и клапанными отверстиями, приводит к появлению термоусталостных трещин в этих перемычках, тем самым уменьшая ресурс работы головки цилиндров. The combined action of mechanical tensile stresses arising after the installation of the nozzle nozzle and nozzle and thermal stresses in the jumper zones between the nozzle nozzle opening and valve openings leads to the appearance of heat-resistant cracks in these jumpers, thereby reducing the life of the cylinder head.
Цель изобретения снижение механических растягивающих напряжений в зонах перемычек между отверстием под распылитель форсунки и клапанными отверстиями, которые значительно ускоряют появление и развитие термоусталостных трещин. The purpose of the invention is the reduction of mechanical tensile stresses in the zones of the bridges between the hole for the nozzle nozzle and valve openings, which significantly accelerate the appearance and development of thermally fatigue cracks.
Это достигается тем, что в головке цилиндров дизеля с жидкостным охлаждением, содержащей газообменные каналы с гнездами клапанов, ступенчатое отверстие, выполненное в приливе корпуса головки для установки стакана форсунки и распылителя форсунки, причем между поверхностью стакана и опорной поверхностью прилива корпуса размещена шайба, опорная поверхность прилива вокруг отверстия под распылитель форсунки на диаметре, равном диаметру форсуночного стакана выполнена конической, диаметр шайбы равен диаметру форсуночного стакана, а ее высота hш определена в соответствии с зависимостью
hш≥ при этом угол α наклона образующей конуса к опорной поверхности прилива определен в соответствии с зависимостью
α arctg + (1°-3°) где kσ- коэффициент максимальных напряжений;
dф диаметр носка форсунки;
g равномерно распределенная нагрузка от сил давления форсуночного стакана и форсунки.This is achieved by the fact that in the cylinder head of a liquid-cooled diesel engine containing gas exchange channels with valve seats, a stepped hole made in the tide of the head housing for installing the nozzle cup and nozzle atomizer, and a washer, a bearing surface is placed between the surface of the nozzle and the supporting surface of the body tide. the tide around the hole for the nozzle nozzle is conical at a diameter equal to the diameter of the nozzle nozzle, the diameter of the washer is equal to the diameter of the nozzle nozzle, and its height that hsh determined according to the relation
h w ≥ wherein the angle α of inclination of the generatrix of the cone to the supporting surface of the tide is determined in accordance with the dependence
α arctg + (1 ° -3 ° ) where k σ is the coefficient of maximum stresses;
d f nozzle nose diameter;
g uniformly distributed load from the pressure forces of the nozzle nozzle and nozzle.
[σ] допускаемый предел прочности при растяжении материала шайбы;
kω- коэффициент максимального прогиба;
E модуль упругости материала шайбы.[σ] permissible tensile strength of the washer material;
k ω is the coefficient of maximum deflection;
E modulus of elasticity of the material of the washer.
Предлагаемый вариант конструкции головки цилиндров отличается от прототипа наличием опорной шайбы и фаски вокруг отверстия под распылитель форсунки. Применение опорной шайбы с большей поверхностью контакта с опорной поверхностью в приливе корпуса головки под форсуночный стакан дает значительное снижение удельного давления от затяжек гаек крепления форсунки и форсуночного стакана. The proposed design of the cylinder head differs from the prototype in the presence of a support washer and chamfer around the hole for the nozzle nozzle. The use of a supporting washer with a larger contact surface with the supporting surface in the tide of the head housing under the nozzle cup gives a significant reduction in the specific pressure from the puffs on the nuts of the nozzle and nozzle nozzle.
Наличие фаски под опорной шайбой по диаметру носка форсунки исключает контакт опорной шайбы с опорной поверхностью прилива корпуса головки цилиндров в зоне давления носка форсунки, тем самым уменьшая механические напряжения на кромках отверстия под распылитель. Благодаря этому происходит снижение механических растягивающих напряжений, возникающих в зонах перемычек между отверстием под распылитель и клапанными отверстиями при монтаже форсунки и форсуночного стакана в среднем на 40-60%
На фиг. 1 изображена головка цилиндров, вертикальный разрез; на фиг. 2 показана зависимость сопротивления термоусталостной прочности (количество термоциклов нагружения до появления трещин) от величины механической нагрузки в перемычках между клапанными отверстиями и отверстием под распылитель головки цилиндров; на фиг. 3 зависимость динамики развития термоусталостных трещин от механической нагрузки в перемычках между клапанными отверстиями и отверстием под распылитель головки цилиндров; на фиг. 4 зависимость величины механических растягивающих напряжений, возникающих при монтаже форсунки и форсуночного стакана и затяжки силовых шпилек крепления головки цилиндра.The presence of a chamfer under the support washer along the diameter of the nozzle nose eliminates the contact of the support washer with the abutment surface of the tide of the cylinder head body in the pressure zone of the nozzle nose, thereby reducing mechanical stresses at the edges of the nozzle opening. Due to this, there is a decrease in mechanical tensile stresses arising in the zones of the jumpers between the hole for the spray gun and valve holes during installation of the nozzle and nozzle nozzle by an average of 40-60%
In FIG. 1 shows a cylinder head, a vertical section; in FIG. Figure 2 shows the dependence of the resistance to thermal fatigue strength (the number of loading thermal cycles before cracks) on the value of the mechanical load in the bridges between the valve openings and the opening for the cylinder head atomizer; in FIG. 3 the dependence of the dynamics of the development of thermal fatigue cracks on the mechanical load in the bridges between the valve holes and the hole for the cylinder head atomizer; in FIG. 4 the dependence of the magnitude of the mechanical tensile stresses arising during the installation of the nozzle and nozzle nozzle and the tightening of the power studs of the cylinder head.
Головка цилиндров дизельного двигателя содержит корпус 1, в котором имеется прилив 2 с опорной поверхностью 3 для установки форсуночного стакана 4. The cylinder head of the diesel engine contains a
В прилив 2 на опорную поверхность 3 установлена опорная шайба 5, выполненная из закаленной конструкционной стали на медной подложке 6, с диаметром, равным диаметру форсуночного стакана 4, а ее высота определяется из выражения
hш≥ где hш высота опорной шайбы;
kσ- коэффициент максимальных напряжений;
dф диаметр носка форсунки;
g распределенная нагрузка от силы давления форсунки и форсуночного стакана;
[σ] допускаемый предел прочности при растяжении материала шайбы.In
h w ≥ where h w the height of the support washer;
k σ is the coefficient of maximum stresses;
d f nozzle nose diameter;
g distributed load from the pressure force of the nozzle and nozzle nozzle;
[σ] permissible tensile strength of the washer material.
На опорную шайбу 5 через медную подложку 7 установлен форсуночный стакан 4, который поджат гайкой 8. В форсуночном стакане установлена на медной шайбе 9 форсунка 10 с распылителем 11, который помещен в отверстие 12. В корпусе 1 головки цилиндров имеются газообменные каналы 13 с клапанными отверстиями 14 и клапанными гнездами 15. Вокруг верхней кромки отверстие 12 под распылитель 11 на опорной поверхности 3 выполнена фаска 16 коническая поверхность с наибольшим диаметром, равным диаметру носка форсунки 10. A nozzle cup 4 is mounted on the support washer 5 through a copper substrate 7, which is pressed by a
Угол наклона образующей фаски определяется из выражения:
α arctg + (1°-3°) где α- угол наклона образующей фаски к опорной поверхности;
kω- коэффициент максимального прогиба;
g распределенная нагрузка от силы давления форсунки и форсуночного стакана;
dф диаметр носка форсунки;
E модуль упругости материала опорной шайбы;
hш высота опорной шайбы.The angle of inclination of the forming chamfer is determined from the expression:
α arctg + (1 ° -3 ° ) where α is the angle of inclination of the generatrix of the chamfer to the supporting surface;
k ω is the coefficient of maximum deflection;
g distributed load from the pressure force of the nozzle and nozzle nozzle;
d f nozzle nose diameter;
E the elastic modulus of the material of the support washer;
h w support washer height.
Головка цилиндров имеет днище 17, Опорная поверхность 3 в приливе 2 корпуса 1 головки цилиндров под установку форсуночного стакана 4 выполнена с диаметром равным диаметру форсуночного стакана 4. Вокруг отверстия 12 под распылитель 11 в верхней части выполнена фаска 16. При сборке головки цилиндров на подготовленную таким образом опорную поверхность 3 установлена опорная шайба 5 на медной подложке 6. На опорную шайбу 5 через медную подложку 7 установлен форсуночный стакан 4. В форсуночный стакан 4 установлена форсунка 10 с медной шайбой 9. The cylinder head has a bottom 17, the supporting
При работе двигателя происходят впрыск топлива через форсунку 10, подача воздуха через клапанные отверстия 14. Герметичность обеспечивается наличием медных уплотняющих шайб и подложек 6, 7, 9 и поджатием гайки крепления 8 форсуночного стакана 4. When the engine is running, fuel is injected through the
Процесс впрыска топлива и завихрения рабочей смеси остается неизменным благодаря тому, что выступание носка распылителя 11 относительно днища 17 головки цилиндров осталось прежним за счет уменьшения толщины стенки носка форсуночного стакана и уменьшения толщины днища 17 корпуса 1 головки цилиндров. The process of fuel injection and swirling of the working mixture remains unchanged due to the fact that the protrusion of the tip of the atomizer 11 relative to the bottom 17 of the cylinder head remains the same by reducing the thickness of the wall of the tip of the nozzle nozzle and reducing the thickness of the bottom 17 of the
Проведенные исследования выявили влияние величины механических напряжений от силы давления форсунки и форсуночного стакана в перемычках между отверстием под распылитель и клапанными гнездами на сопротивление термоусталостных этих перемычек (количество циклов термического нагружения до появления трещин). Нагрев производился до 550оС (фиг. 2).The studies revealed the effect of the magnitude of mechanical stresses on the pressure of the nozzle and nozzle nozzle in the bridges between the nozzle bore and the valve seats on the resistance of these thermal bridges (the number of thermal loading cycles before cracks appear). Heating was carried out to 550 ° C (Fig. 2).
Установлена зависимость динамики развития термоусталостных трещин от уровня механической нагрузки в перемычках. Нагрев перемычек производился до 550оС (фиг. 3).The dependence of the dynamics of the development of thermal fatigue cracks on the level of mechanical load in the jumpers is established. The jumpers were heated up to 550 о С (Fig. 3).
1 нагрузка 90 МПа (форсуночный стакан + форсунка);
2 нагрузка 49 МПа (форсуночный стакан);
3 нагрузка 44 МПа (форсуночный стакан + форсунка) предлагаемый вариант);
4 нагрузка отсутствовала.1
2 load 49 MPa (nozzle cup);
3 load 44 MPa (nozzle cup + nozzle) proposed option);
4 no load.
Измерение глубины трещин производилось прибором ЭПД-6. The depth of the cracks was measured with an EPD-6 device.
Проведенное тензометрирование перемычек между отверстием под распылитель и клапанными отверстиями головки цилиндров показало снижение механических растягивающих напряжений в среднем на 40-50% (фиг. 4). Conducted strain gauging of the jumpers between the hole for the spray gun and valve holes of the cylinder head showed a decrease in mechanical tensile stresses by an average of 40-50% (Fig. 4).
М1 момент затяжки гайки крепления форсуночного стакана;
М2 момент затяжки силовых шпилек крепления головок цилиндров к блоку;
М3 момент затяжки гайки крепления форсунки;
1 исходный вариант (прототип);
2 предлагаемый вариант.M1 tightening torque of the nozzle nozzle mounting nut;
M2 tightening torque of power studs securing the cylinder heads to the block;
M3 the moment of an inhaling of a nut of fastening of a nozzle;
1 initial version (prototype);
2 proposed option.
Применение опорной шайбы большего диаметра позволяет значительно уменьшить механические растягивающие напряжения от силы давления форсуночного стакана и форсунки в зонах перемычек между отверстием под распылитель и клапанными отверстиями за счет большей площади, на которую передается нагрузка через опорную шайбу. The use of a support washer of a larger diameter can significantly reduce mechanical tensile stresses from the pressure of the nozzle nozzle and nozzle in the zones of the jumpers between the nozzle opening and valve openings due to the larger area to which the load is transmitted through the support washer.
Наличие фаски под опорной шайбой, выполненной по диаметру носка форсунки, обеспечивает уменьшение механических растягивающих напряжений на кромках отверстия под распылитель форсунки со стороны камеры сгорания. Это происходит за счет наличия минимального зазора между опорной шайбой и кромками отверстия под распылитель форсунки со стороны носка форсуночного стакана. The presence of a chamfer under the support washer, made according to the diameter of the nozzle nose, reduces mechanical tensile stresses at the edges of the nozzle nozzle opening from the side of the combustion chamber. This is due to the presence of a minimum clearance between the support washer and the edges of the nozzle nozzle opening on the nozzle nozzle nose side.
На кромках форсуночного отверстия под распылитель со стороны камеры сгорания находится зона максимальных температур, которые обуславливают максимальные температурные напряжения. Воздействие температурных и механических напряжений на кромках отверстия под распылитель значительно ускоряет появление и развитие термоусталостных трещин. Уменьшив механические растягивающие напряжения от монтажа форсунки и форсуночного стакана в зонах перемычек между отверстием под распылитель и клапанными отверстиями, увеличится ресурс работы головки цилиндров за счет уменьшения количества и динамики развития трещин в этих зонах в процессе эксплуатации дизельного двигателя. Долговечность головки увеличится в 1,2 1,5 раза. On the edges of the nozzle hole for the sprayer on the side of the combustion chamber there is a zone of maximum temperatures, which determine the maximum temperature stresses. The influence of temperature and mechanical stresses on the edges of the nozzle opening significantly accelerates the appearance and development of heat-resistant cracks. Reducing the mechanical tensile stresses from the installation of the nozzle and nozzle nozzle in the jumper zones between the nozzle opening and valve openings, the cylinder head's service life will increase due to a decrease in the number and dynamics of crack development in these zones during the operation of the diesel engine. The durability of the head will increase 1.2 1.5 times.
Claims (1)
при этом угол α наклона образующей конуса к опорной поверхности прилива определен в соответствии с зависимостью
где dф диаметр носка форсунки;
q распределительная нагрузка от силы давления форсуночного стакана и форсунки;
[σ] допускаемый предел прочности при растяжении материала шайбы;
Kω коэффициент максимального прогиба;
E модуль упругости материала шайбы;
Kσ коэффициент максимальных напряжений.HEAD OF LIQUID COOLED DIESEL CYLINDERS, containing gas exchange channels with valve seats, a stepped hole made in the tide of the head body for installing the nozzle nozzle and nozzle nozzle, and a washer is placed between the nozzle surface and the supporting surface of the nozzle tide, characterized in that the bearing surface is surrounded by the holes for the nozzle nozzle at a diameter equal to the diameter of the nozzle nose are conical, the diameter of the washer is equal to the diameter of the nozzle nozzle, and its height h w divided according to dependency
wherein the angle α of inclination of the generatrix of the cone to the supporting surface of the tide is determined in accordance with the dependence
where d f the diameter of the nozzle sock;
q distribution load from the pressure force of the nozzle nozzle and nozzle;
[σ] permissible tensile strength of the washer material;
K ω is the coefficient of maximum deflection;
E is the elastic modulus of the washer material;
K σ maximum stress coefficient.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5025384 RU2041373C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Head of cylinders for diesel with liquid cooling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5025384 RU2041373C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Head of cylinders for diesel with liquid cooling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2041373C1 true RU2041373C1 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=21595933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5025384 RU2041373C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Head of cylinders for diesel with liquid cooling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2041373C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567523C2 (en) * | 2010-09-14 | 2015-11-10 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Skewed damper for fuel injector |
RU211386U1 (en) * | 2022-01-26 | 2022-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛИТМЕТ" | Liquid-cooled internal combustion engine cylinder head |
-
1992
- 1992-02-03 RU SU5025384 patent/RU2041373C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 918476, кл. F 02F 1/36, опублик.1982. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567523C2 (en) * | 2010-09-14 | 2015-11-10 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Skewed damper for fuel injector |
RU211386U1 (en) * | 2022-01-26 | 2022-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛИТМЕТ" | Liquid-cooled internal combustion engine cylinder head |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101510913B1 (en) | Prechamber arrangement of a combustion engine | |
FI125706B (en) | THE COMBUSTION ENGINE OF THE COMBUSTION ENGINE | |
CN1076080C (en) | Cylinder cap device for internal combustion engine | |
CA1221886A (en) | Seal for an internal combustion engine | |
CA1210036A (en) | Bulkhead-fluid-line connector | |
US7484499B2 (en) | Combustion seal | |
US9382887B2 (en) | Engine component seal assembly and method of sealing a coolant passage from an engine component | |
US7418947B2 (en) | Direct injection valve in a cylinder head | |
WO1996004476A1 (en) | Combustion gas seal assembly adapted for a fuel injector | |
RU2041373C1 (en) | Head of cylinders for diesel with liquid cooling | |
JPH08312503A (en) | Installation structure of fixed object, especially, of injector for cylinder injection type internal combustion engine | |
JP3134531B2 (en) | Fuel injector mounting device | |
JP3872704B2 (en) | Fuel injection valve cooling structure | |
JPH10252610A (en) | Cylinder injection cylinder | |
GB2073335A (en) | Internal combustion engine gasket | |
RU2317437C2 (en) | Nozzle for internal combustion engine | |
EP0780554B1 (en) | Piston structure with heat insulated combustion chamber | |
CN113153599B (en) | Engine oil nozzle structure and assembly method thereof | |
EP0939215A3 (en) | Cylinder head structure | |
CN210370985U (en) | Air-cooled diesel engine fuel injector mounting structure | |
RU2129223C1 (en) | Thermal tester for diesel engine nozzle spray tips | |
JPS61116055A (en) | Assembled piston for engine | |
KR20060068724A (en) | Structure for injector and silinder head diesel engine | |
PL159231B3 (en) | High compression engine head with primary chamber | |
RU5025384A (en) | HEAD OF CYLINDER DIESEL WITH LIQUID COOLING |