RU2147340C1

RU2147340C1 - Cylinder block liquid cooling jacket of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2147340C1
Application number: RU98118216A
Authority: RU
Inventors: М.Н. Кухарев; В.Д. Бурдыкин; А.В. Грибанов
Original assignee: Воронежский государственный аграрный университет им.К.Д.Глинки
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; carburetor and diesel engines; liquid cooling systems. SUBSTANCE: proposed cylinder block liquid cooling jacket has sleeve, inlet and outlet branch pipes, upper and lower cooling belts with housing arranged on upper belt. This housing divides space into external and internal compartments. Housing is provided with slots arranged tangentially relative to inner surface of housing. Projections are found of external surface of upper belt cylinder sleeve. Inlet and outlet branch pipes are made in cylinder block jacket housing. Upper inlet branch pipe is connected through channel with external compartment of upper cooling space, and outlet branch pipe is connected through channel with lower cooling space. Novelty is that slots in housing of upper belt are made tangentially to inner surface of housing, and projections are arranged on external surface of upper belt cylinder sleeve. EFFECT: enhanced reliability and increased service life of engine owing to provision of optimum temperature condition of cylinder sleeve wall with engine operating under various loads. 2 dwg

Description

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания и может быть использована в карбюраторных и дизельных двигателях. The invention relates to liquid cooling systems of internal combustion engines and can be used in carburetor and diesel engines.

Известна рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, в которой гильза цилиндра содержит теплостойкую вставку, расположенную на ее наружной поверхности в средней и нижней частях гильзы и контактирующую с охлаждающей жидкостью, в результате чего повышается надежность и долговечность путем выравнивания температурного уровня внутренней поверхности гильзы /1/. A known liquid-cooled jacket for a cylinder block of an internal combustion engine, in which the cylinder liner comprises a heat-resistant insert located on its outer surface in the middle and lower parts of the liner and in contact with the coolant, thereby increasing reliability and durability by aligning the temperature level of the inner surface of the liner / 1/.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, так как несмотря на некоторое повышение температурного уровня внутренней поверхности гильзы в нижней части, неравномерность распределения температур на стенках гильзы в осевом и радиальном направлениях остается весьма значительной. A disadvantage of the known technical solution is low efficiency, since despite a slight increase in the temperature level of the inner surface of the sleeve in the lower part, the uneven temperature distribution on the walls of the sleeve in the axial and radial directions remains very significant.

Известна рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, состоящая из пакета плит, контактирующих с гильзой цилиндра, в которых выполнены несообщающиеся друг с другом кольцевые полости охлаждения, через которые прокачивается различное количество охлаждающей жидкости /2/. Known liquid-cooling shirt of the cylinder block of the internal combustion engine, consisting of a package of plates in contact with the cylinder liner, which are made annular cooling cavity, not communicating with each other, through which a different amount of coolant is pumped / 2 /.

Недостатком известного технического решения являются сложность коммутации потоков охлаждающей жидкости через кольцевые полости плит, сложность регулирования потоков жидкости, малая площадь теплоотдачи от стенок к жидкости, ухудшение условия для теплопроводности в сопряжении "стенка гильзы - плита", технологические и конструктивные трудности осуществления при проектировании и изготовлении двигателя. A disadvantage of the known technical solution is the difficulty of switching coolant flows through the annular cavities of the plates, the difficulty of regulating the fluid flows, the small heat transfer area from the walls to the liquid, the deterioration of the condition for thermal conductivity in the sleeve-plate interface, the technological and structural difficulties in the design and manufacture engine.

Известна система охлаждения многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, в которой циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается подачей ее насосом из радиатора в полости охлаждения головки цилиндров, откуда через соответствующие отверстия жидкость перетекает в полости блока цилиндров, по выходе из которых через другие отверстия возвращается в головку цилиндров, затем вновь опускается в блок цилиндров, после чего направляется в радиатор /3/. A known cooling system for a multi-cylinder internal combustion engine, in which the coolant is circulated by pumping it from the radiator to the cooling cavity of the cylinder head, from where through the corresponding openings the fluid flows into the cavities of the cylinder block, upon leaving which it returns through the other openings to the cylinder head, then again lowered into the cylinder block, and then sent to the radiator / 3 /.

Недостатком известной системы охлаждения являются низкая эффективность в связи с тем, что наиболее нагретая при работе двигателя верхняя часть стенки гильзы цилиндра охлаждается жидкостью, уже нагретой в головке цилиндров и неизбежная при такой схеме неравномерность охлаждения отдельных цилиндров многоцилиндрового двигателя. A disadvantage of the known cooling system is its low efficiency due to the fact that the upper part of the cylinder liner wall, which is the most heated during engine operation, is cooled by a liquid already heated in the cylinder head and the uneven cooling of individual cylinders of a multi-cylinder engine is inevitable with such a scheme.

Известна также рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащая гильзу, подводящий патрубок, нижний и верхний пояса охлаждения, нижний и верхний кожухи, разделяющие полости на внешний и внутренний отсеки и имеющие ряды отверстий с увеличивающимися радиальными сечениями в направлении от входа к выходу охлаждающей жидкости, с увеличивающимися сечениями от низа к верху, за счет чего обеспечивается увеличение прокачки охлаждающей жидкости от входа к выходу и от низа гильзы к верху и происходит некоторое выравнивание температуры внутренней поверхности гильзы в радиальном и осевом направлениях, а также повышение надежности и долговечности двигателя /4/. Also known is a liquid cooling jacket for an internal combustion engine cylinder block, comprising a sleeve, an inlet pipe, lower and upper cooling belts, lower and upper casings dividing the cavities into the external and internal compartments and having rows of holes with increasing radial sections in the direction from the entrance to the exit of the cooling liquids with increasing sections from bottom to top, due to which an increase in the flow of coolant from inlet to outlet and from the bottom of the sleeve to the top is ensured and some a second equalization of the temperature of the inner surface of the liner in the radial and axial directions, as well as improving the reliability and durability of the engine / 4 /.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, связанная с тем, что поступающая в нижний пояс рубашки охлаждения охлаждающая жидкость из радиатора имеет наиболее низкую температуру, за счет чего эффективно охлаждается нижняя стенка гильзы цилиндра, которая имеет и без того пониженный температурный уровень. A disadvantage of the known technical solution is the low efficiency associated with the fact that the coolant from the radiator entering the lower zone of the cooling jacket has the lowest temperature, thereby effectively cooling the lower wall of the cylinder liner, which already has a lower temperature level.

Из известных наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащая гильзу, подводящие и отводящие патрубки, верхний и нижний пояса охлаждения с размещенными в них нижним и верхним кожухами, разделяющими полости на внешний и внутренний отсеки и снабженными рядами отверстий с увеличивающимися радиальными сечениями в направлении от входа к выходу, причем в верхнем кожухе ряды отверстий выполнены с увеличением радиальных сечений от низа к верху, а в верхнем поясе охлаждения выполнены отводящие каналы в головку блока цилиндров. Of the known closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a liquid cooling jacket for the cylinder block of the internal combustion engine, containing a sleeve, inlet and outlet pipes, upper and lower cooling belts with lower and upper casings placed in them, separating the cavities into external and internal compartments and equipped with rows of holes with increasing radial sections in the direction from the entrance to the exit, and in the upper casing, the rows of holes are made with increasing radius nyh sections from bottom to top, and in the upper zone of the cooling discharge channels formed in the cylinder head.

Подводящие и отводящие патрубки выполнены в корпусе рубашки блока цилиндров, верхний и нижний подводящие патрубки соединены каналами с внешними отсеками соответственно верхней и нижней охлаждающих полостей, отводящий патрубок соединен каналом с внешним отсеком нижней охлаждающей полости, а ряды отверстий в нижнем кожухе выполнены с увеличением радиальных сечений в направлении от верха к низу. The inlet and outlet pipes are made in the cylinder block jacket body, the upper and lower inlet pipes are connected by channels to the external compartments of the upper and lower cooling cavities, the outlet pipe is connected by a channel to the external compartment of the lower cooling cavity, and the rows of holes in the lower casing are made with increasing radial sections in the direction from top to bottom.

Недостатком известного технического решения является недостаточная эффективность, связанная с тем, что только за счет размеров, количества и расположением отверстий в верхнем кожухе трудно получить равномерное распределение температуры стенки гильзы цилиндра. A disadvantage of the known technical solution is the lack of efficiency, due to the fact that only due to the size, quantity and location of the holes in the upper casing it is difficult to obtain a uniform temperature distribution of the cylinder liner wall.

Техническая задача изобретения - повышение надежности и долговечности двигателя путем обеспечения оптимального температурного состояния стенки гильзы цилиндра при работе двигателя на различных режимах. The technical task of the invention is to increase the reliability and durability of the engine by ensuring the optimal temperature state of the cylinder liner wall during engine operation in various modes.

Техническая задача решается за счет того, что в рубашке жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащей гильзу, подводящие и отводящие патрубки, верхний и нижний пояса охлаждения с размещенным в верхнем поясе кожухом с рядом отверстий, разделяющим верхнюю полость на внешний и внутренний отсеки и снабженным щелями, расположенными параллельно оси гильзы, причем выполнены они по касательной к внутренней поверхности кожуха, а на внешней поверхности верхнего пояса охлаждения гильзы выполнены по всей поверхности выступа и в верхнем поясе охлаждения выполнены отводящие каналы в головку блока цилиндров, в соответствии с заявляемым изобретением подводящие и отводящий патрубки выполнены в корпусе рубашки блока цилиндров, верхний подводящий патрубок соединен каналом с внешним отсеком верхней охлаждающей полости, нижний подводящий патрубок соединен с нижней охлаждающей полостью, которая в свою очередь каналом соединена в отводящим патрубком. The technical problem is solved due to the fact that in the liquid cooling jacket of the cylinder block of an internal combustion engine containing a sleeve, inlet and outlet pipes, upper and lower cooling belts with a casing located in the upper belt with a series of holes separating the upper cavity into the external and internal compartments and equipped with slots located parallel to the axis of the liner, and they are made tangential to the inner surface of the casing, and on the outer surface of the upper cooling belt liners are made throughout The protrusions and the upper cooling belt are provided with outlet channels to the cylinder head, in accordance with the claimed invention, the inlet and outlet pipes are made in the jacket of the cylinder block, the upper inlet pipe is connected by a channel to the external compartment of the upper cooling cavity, the lower inlet pipe is connected to the lower cooling cavity, which in turn is connected by a channel in the outlet pipe.

Техническая сущность изобретения поясняется графическими материалами, где
фиг. 1 - заявляемая рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, продольный разрез;
- фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1.The technical essence of the invention is illustrated by graphic materials, where
FIG. 1 - the inventive liquid cooling shirt of the cylinder block of an internal combustion engine, a longitudinal section;
- FIG. 2 is a section along AA of FIG. 1.

Заявляемая рубашка жидкостного охлаждения блока 1 цилиндров двигателя внутреннего сгорания содержит гильзу 2, подводящие 3, 4 и отводящий 5 патрубки, верхний "а" и нижний "б" пояса охлаждения с размещенным в верхнем поясе кожухом 6, разделяющем полость на внешний и внутренний отсеки соответственно 7 и 8. В кожухе 6 выполнены щели 9, расположенные параллельно оси гильзы и прорезанные в направлении, касательном к внутренней поверхности кожуха 6. На внешней поверхности гильзы 2 в верхнем поясе "а" выполнены по всей поверхности выступы 10 прямоугольной или трапециидальной формы в поперечном сечении. В верхнем поясе "а" расположены отводящие каналы 11 в головку блока 1 цилиндров. Полость 12 пояса "б" сообщается с отводящим патрубком 5 каналом 13. Подводящие 3, 4 и отводящий 5 патрубки выполнены в блоке 1, причем верхний 3 подводящий патрубок соединен каналом 14 с внешним отсеком 7 верхней охлаждающей полости, а нижний 4 подводящий патрубок соединен каналом 15 с нижней охлаждающей полостью 12. The inventive liquid cooling jacket of the cylinder block 1 of the internal combustion engine contains a sleeve 2, inlet 3, 4 and outlet 5 pipes, the upper "a" and lower "b" of the cooling belt with a casing 6 located in the upper belt, dividing the cavity into external and internal compartments, respectively 7 and 8. In the casing 6, slots 9 are made, which are parallel to the axis of the sleeve and cut in the direction tangent to the inner surface of the casing 6. On the outer surface of the sleeve 2 in the upper zone "a" protrusions 10 are made over the entire surface or trapezoidal cross-sectional shape. In the upper zone "a" are the discharge channels 11 to the cylinder head 1 of the cylinder. The cavity 12 of the belt "b" is in communication with the outlet pipe 5 of the channel 13. The inlet 3, 4 and outlet 5 of the pipe are made in block 1, and the upper 3 inlet pipe is connected by a channel 14 to the external compartment 7 of the upper cooling cavity, and the lower 4 inlet pipe is connected by a channel 15 with a lower cooling cavity 12.

Заявляемая рубашка жидкостного охлаждения блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. The inventive liquid cooling jacket of a cylinder block of an internal combustion engine operates as follows.

При работе двигателя охлаждающая жидкость из радиатора (на чертеже не показан) через подводящий патрубок 3 рубашки поступает в отсек 7 верхнего пояса "а" и, обтекая кожух 6, через щели 9 поступает в отсек 8, а затем, обтекая верхнюю часть гильзы 2, выходит через отводящие канал 11 в головку (на чертеже не показана) блока 1. Пройдя головку блока 1, охлаждающая жидкость по обводному каналу (на чертежах не показан) направляется в подводящий патрубок 4, откуда через соединительный канал 15 поступает в полость 12 нижнего пояса "б", обтекая нижнюю часть гильзы 2, и выходит через канал 13 в отводящий патрубок 5. When the engine is running, the coolant from the radiator (not shown) through the inlet pipe 3 of the shirt enters the compartment 7 of the upper belt "a" and, flowing around the casing 6, through the slots 9 enters the compartment 8, and then flowing around the upper part of the sleeve 2, goes through the outlet channel 11 into the head (not shown in the drawing) of block 1. Having passed the head of block 1, the coolant through the bypass channel (not shown in the drawings) is sent to the inlet pipe 4, from where it enters the cavity 12 of the lower belt through the connecting channel 15 " b ", flowing around the lower part of the sleeve 2, and exits through channel 13 into the outlet pipe 5.

При этом, в связи с тем, что охлаждающая жидкость во внутренний отсек 8 проходит через щели 9, направленные по касательной к внутренней поверхности кожуха 6, во внутреннем отсеке 8 между кожухом 6 и внешней поверхностью гильзы 2 в поясе "а" она приобретает интенсивное вращательное турбулентное движение, благодаря чему выравнивается температура гильзы 2 цилиндра как в радиальном, так и в осевом направлениях. Помимо интенсивного вращательного движения охлаждающей жидкости в поясе "а" теплоотдача от гильзы 2 цилиндра усиливается благодаря турбулизации охлаждающей жидкости за счет оребрения внешней поверхности гильзы 2 цилиндра в поясе "а" размещенными на ней выступами 10, а также за счет увеличения площади теплоотдачи, благодаря этим выступам. Moreover, due to the fact that the coolant flows into the inner compartment 8 through slots 9 directed tangentially to the inner surface of the casing 6, in the inner compartment 8 between the casing 6 and the outer surface of the sleeve 2 in the belt “a”, it acquires an intensive rotational turbulent movement, due to which the temperature of the cylinder liner 2 is aligned in both radial and axial directions. In addition to the intensive rotational movement of the coolant in the belt “a”, the heat transfer from the cylinder liner 2 is enhanced by turbulization of the coolant due to the ribbing of the outer surface of the cylinder liner 2 in the belt “a” by the protrusions 10 located on it, and also due to the increase in the heat transfer area, due to this protrusions.

Выравнивание температуры гильзы 2 в радиальном направлении приводит к снижению овализации гильзы 2, что непосредственно связано с увеличением моторесурса двигателя. Помимо выравнивания температур наличие тангенциальных щелей в кожухе 6 и выступов 10 из внешней поверхности гильзы 2 цилиндра способствует турбулизации потока охлаждающей жидкости в поясе "а", что прямо связано с повышением теплоотдачи от стенки к жидкости и приводит к снижению температуры стенки гильзы в этом поясе. Некоторое выравнивание температуры стенки гильзы 2 цилиндра в осевом направлении позволяет снизить износ цилиндропоршневой группы двигателя, уменьшить вероятность возникновения на границе между отработанными газами и стенкой гильзы ситуаций, при которых температура стенки гильзы ниже температуры насыщенного водяного пара, входящего в отработанные газы, конденсация которого на стенке гильзы приводит к ее коррозионному износу особенно в процессе пуска, прогрева и работы двигателя на пониженных температурных режимах. The equalization of the temperature of the sleeve 2 in the radial direction leads to a decrease in the ovalization of the sleeve 2, which is directly related to the increase in engine life. In addition to temperature equalization, the presence of tangential slots in the casing 6 and protrusions 10 from the outer surface of the cylinder liner 2 contributes to the turbulization of the coolant flow in the belt "a", which is directly related to the increase in heat transfer from the wall to the liquid and leads to a decrease in the temperature of the wall of the liner in this belt. A certain alignment of the temperature of the wall of the cylinder liner 2 in the axial direction reduces the wear of the cylinder-piston group of the engine, reduces the likelihood of situations at the boundary between the exhaust gases and the wall of the liner in which the temperature of the liner wall is lower than the temperature of saturated water vapor entering the exhaust gas, the condensation of which on the wall the liner leads to its corrosive wear, especially during start-up, warming up and engine operation at low temperature conditions.

Технические преимущества заявляемого устройства состоят в том, что конструктивные особенности его позволили изменить схему циркуляции охлаждающей жидкости и обеспечить режим, при котором прокачка охлаждающей жидкости в верхнем поясе через щелевые отверстия кожуха создает организованное вращательное движение между кожухом и поверхностью гильзы при эффективной теплоотдаче. Охлаждающая жидкость из радиатора при наиболее низкой температуре направляется сначала только во внешний отсек верхнего пояса рубашки, проходит через щели кожуха во внутренний отсек, охлаждая верхнюю часть стенки гильзы цилиндра и через отводящие каналы поступает в головку блока, что обеспечивает повышение температуры нижней части гильзы цилиндра и максимально возможное снижение температуры ее верхней части. Нагретая до более высокой температуры охлаждающая жидкость из головки блока по обводному каналу направляется в нижнюю полость пояса "б", нагревая нижнюю часть стенки гильзы цилиндра, откуда охлаждающая жидкость через отводящий патрубок направляется в радиатор для охлаждения. The technical advantages of the claimed device consist in the fact that its design features made it possible to change the coolant circulation scheme and provide a mode in which pumping the coolant in the upper zone through the slotted openings of the casing creates an organized rotational movement between the casing and the surface of the sleeve with effective heat transfer. The coolant from the radiator at the lowest temperature is first directed only to the outer compartment of the upper waistband of the shirt, passes through the slots of the casing into the inner compartment, cools the upper part of the cylinder liner wall and enters the cylinder head through the outlet channels, which increases the temperature of the lower part of the cylinder liner and the maximum possible decrease in temperature of its upper part. Heated to a higher temperature coolant from the head of the block through the bypass channel is sent to the lower cavity of the belt "b", heating the lower part of the cylinder liner wall, from where the coolant is directed through the outlet pipe to the radiator for cooling.

Техническое преимущество заявляемого устройства состоит также в том, что выравнивание температуры стенки гильзы цилиндра в осевом направлении позволяет использовать в системе смазки двигателя менее вязкое масло, что приводит к снижению механических потерь, повышает эффективность и экономичность двигателя. При этом улучшаются также и эксплуатационные свойства двигателя, так как снижение вязкости масла всегда связано с улучшением его низкотемпературных свойств. The technical advantage of the claimed device also lies in the fact that the alignment of the temperature of the cylinder liner wall in the axial direction allows the use of a less viscous oil in the engine lubrication system, which leads to a reduction in mechanical losses, increases the efficiency and economy of the engine. At the same time, the operational properties of the engine are also improved, since a decrease in the viscosity of the oil is always associated with an improvement in its low-temperature properties.

Источник информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1605007, F 02 F 1/00, 24.02.89, публ. БИ N 41, 1990.Sourse of information:
1. USSR author's certificate N 1605007, F 02 F 1/00, 02.24.89, publ. BI N 41, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 1638340, F 02 F 1/16, F 01 P 3/02, 17.06.88, публ. БИ N 12, 1991. 2. USSR author's certificate N 1638340, F 02 F 1/16, F 01 P 3/02, 06/17/88, publ. BI N 12, 1991.

3. Заявка Франции 2637941, F 01 P 3/02, F 02 F 1/26, 18.10.88, публ. 1990. 3. Application of France 2637941, F 01 P 3/02, F 02 F 1/26, 10/18/08, publ. 1990.

4. Авторское свидетельство СССР N 1657706, F 02 F 1/10, 05.06.89, публ. БИ N 23, 1991. 4. Copyright certificate of the USSR N 1657706, F 02 F 1/10, 05.06.89, publ. BI N 23, 1991.

5. Заявка РФ 93015381/06, 6 F 02 F 1/10, F 01 P 3/02, 23.03.93., публ. БИ N 18, 1995 - прототип. 5. RF application 93015381/06, 6 F 02 F 1/10, F 01 P 3/02, 03/23/93, publ. BI N 18, 1995 - prototype.

Claims

A liquid cooling jacket for the cylinder block of an internal combustion engine, including a sleeve, inlet and outlet pipes, an upper and lower cooling belt with a casing located in the upper zone with a series of holes separating the upper cavity into the external and internal compartments, in the upper cooling zone there are exhaust channels to the head cylinder block, while the inlet and outlet pipes are made in the jacket of the cylinder block, the upper inlet pipe is connected by a channel to the external compartment of the upper cooling cavity and, the lower inlet pipe is connected to the lower cooling cavity, which, in turn, is connected to the outlet pipe by a channel, characterized in that the series of holes in the casing of the upper belt is made in the form of slots placed tangentially to the inner surface of the casing, and on the outer surface cylinder liners of the upper belt placed protrusions.