RU2164307C2

RU2164307C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2164307C2
Application number: RU99110280/06A
Authority: RU
Inventors: Д.Х.(RU) Валеев; Д.Х. Валеев; П.С.(RU) Макаревич; П.С. Макаревич; Виктор Михайлович Жарнов (BY); Виктор Михайлович Жарнов; Р.Ф.(RU) Галиев; Р.Ф. Галиев; Е.Р.(RU) Борисенков; Е.Р. Борисенков
Original assignee: Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2001-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: engine has cylinder block with cylinder liners, each provided with fire flange with upper plane and support flange, cylinder heads with ring grooves accommodating stepped metal rings. Lower step of ring is in contact with flat round projection of support flange of cylinder liner forming gasketless gas joint. Upper step is located at one level with plane of cylinder head. "Harmful" volume is formed by bottom of cylinder head, lower surfaces of stepped ring, fire flange and groove separating support and fire flanges of liner. Sealing ring in form of simplified shape blank made of plastic heat-resistant material is placed on surface of stepped metal ring and is formed to profile of "harmful" volume section in process of assembling. EFFECT: reduced fuel consumption, simplified filling-in of "harmful" volume in process of engine assembling. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к изготовлению двигателей. The invention relates to the field of engineering, in particular to the manufacture of engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, у которого для предохранения прокладки между головкой и блоком цилиндров от воздействия давления и температуры продуктов сгорания в головке цилиндров и гильзах выполнены круговые канавки, в которые установлены металлические предохранительные кольца (см. а.с. N 1151704, М.кл. F 02 F 11/00, F 16 J 15/06). A known internal combustion engine, in which to protect the gasket between the head and the cylinder block from the effects of pressure and temperature of the combustion products in the cylinder head and liners, circular grooves are made in which metal safety rings are installed (see A.S. N 1151704, M.cl F 02 F 11/00, F 16 J 15/06).

Недостатком конструкции является наличие усилий, передающихся при креплении головки через предохранительные кольца на гильзы цилиндров. В результате такого воздействия деформируются гильзы цилиндров. Кроме того, в каждом цилиндре с внутренней стороны остаются незаполненными объемы, образованные торцем гильзы цилиндра, металлическим предохранительным кольцом и днищем головки цилиндров. Наличие таких объемов, называемых "вредными", ухудшает топливную экономичность двигателей, так как воздух, находящийся в них, не участвует в рабочем процессе двигателя. The disadvantage of the design is the presence of forces transmitted during mounting of the head through the safety rings on the cylinder liners. As a result of this effect, cylinder liners are deformed. In addition, in each cylinder, the volumes formed by the end of the cylinder liner, the metal safety ring, and the bottom of the cylinder head remain unfilled from the inside. The presence of such volumes, called "harmful", impairs the fuel economy of the engines, since the air in them does not participate in the engine’s workflow.

Известна конструкция форсированного двигателя фирмы "Mark Trucks", у которого в днище головки цилиндров в зоне каждого цилиндра выполнены кольцевые канавки. В каждую такую канавку устанавливают металлическое кольцо, которое предохраняет выполненную из материала с усадкой прокладку между головкой и блоком цилиндров. На гильзах цилиндров выполняют специальные острые кольцевые выступы, которые при креплении головки цилиндров врезаются в указанное металлическое кольцо (чертеж газовых стыков двигателей фирмы "Mack Trucks"). A known design of a forced engine of the company "Mark Trucks", in which annular grooves are made in the bottom of the cylinder head in the area of each cylinder. A metal ring is installed in each such groove, which protects the gasket made of shrunk material between the head and the cylinder block. On the cylinder liners, special sharp annular protrusions are performed, which, when fastening the cylinder heads, cut into the indicated metal ring (drawing of the gas joints of the Mack Trucks engines).

Недостатком этой конструкции является наличие незаполненных объемов, образованных днищем головки цилиндров, металлическим кольцом и торцем гильзы цилиндра, соединенных с рабочим объемом цилиндра двигателя. Этот объем ухудшает топливную экономичность двигателя. Кроме того, при разборках и сборках двигателей металлические кольца необходимо каждый раз менять. Возможен также прорыв продуктов сгорания через соединения головки с кольцом и последнего с гильзой цилиндра. При прорыве продуктов сгорания происходит разрушение прокладки между головкой и блоком цилиндров. The disadvantage of this design is the presence of unfilled volumes formed by the bottom of the cylinder head, a metal ring and the end of the cylinder liner connected to the working volume of the engine cylinder. This volume impairs the fuel economy of the engine. In addition, when disassembling and assembling engines, metal rings must be changed every time. It is also possible breakthrough of combustion products through the connection of the head with the ring and the latter with the cylinder liner. When the combustion products break through, the gasket between the head and the cylinder block is destroyed.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому двигателю является выбранная в качестве прототипа конструкция дизеля, содержащего блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, разделенные канавкой. В головке цилиндров выполнена кольцевая канавка, в которой размещено ступенчатое металлическое кольцо с зазором по внутреннему диаметру. Нижняя ступень кольца контактирует с плоским кольцевым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, а верхняя ступень указанного кольца размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндра. Газовые стыки: неразъемный (между головкой цилиндра и металлическим кольцом) и разъемный (между нижней ступенью ступенчатого металлического кольца и опорным буртом гильзы цилиндра) выполнены беспрокладочными (см. Автомобиль КАМАЗ типа 6 х 4, М.: Машиностроение, 1988, стр. 43, рис. 36). Closest to the technical nature of the claimed engine is a diesel engine selected as a prototype, comprising a cylinder block with cylinder liners located in it, each of which has a fire shoulder with a top plane and a support shoulder separated by a groove. An annular groove is made in the cylinder head, in which a stepped metal ring is placed with a clearance along the inner diameter. The lower stage of the ring is in contact with the flat annular protrusion of the support collar of the cylinder liner, and the upper stage of this ring is placed at the same level with the plane of the cylinder head. Gas joints: one-piece (between the cylinder head and the metal ring) and detachable (between the lower step of the stepped metal ring and the supporting collar of the cylinder liner) are made without laying (see KAMAZ automobile type 6 x 4, M .: Mechanical Engineering, 1988, p. 43, fig. 36).

К недостаткам данного устройства относится наличие значительного кольцевого "вредного объема", сложной формы в поперечном сечении. Этот объем находится между плоскостью головки цилиндра, нижними поверхностями ступеней металлического кольца, огневым буртом гильзы цилиндра и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы и включает объем зазора между внутренними диаметрами металлического кольца и канавки головки цилиндра. The disadvantages of this device include the presence of a significant annular "harmful volume" of complex shape in cross section. This volume is located between the plane of the cylinder head, the lower surfaces of the steps of the metal ring, the barrel of the cylinder liner and the groove separating the support and the barrel of the liner and includes the gap between the inner diameters of the metal ring and the groove of the cylinder head.

Известно, что наличие относительно большого "вредного объема" ухудшает топливную экономичность двигателя, увеличивает дымность и токсичность последнего (см. Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов. М.: Машиностроение, 1984). It is known that the presence of a relatively large "harmful volume" affects the fuel efficiency of the engine, increases the smokiness and toxicity of the latter (see Orlin AS, Internal Combustion Engines. Theory of Worker Processes. Moscow: Mashinostroenie, 1984).

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что, если указанные "вредные объемы" полностью заполнены, то уменьшается удельный расход топлива на 2,5 - 5%, создаются условия снижения суммарных выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля. The test results indicate that if the indicated "harmful volumes" are completely filled, then the specific fuel consumption is reduced by 2.5 - 5%, and conditions are created for reducing the total emissions of harmful substances with diesel exhaust gases.

Таким образом, заполнение "вредных объемов", герметизация соединений головки цилиндра со ступенчатым металлическим кольцом, а также соединение указанного кольца с буртом гильзы цилиндров обеспечивают повышение эффективности работы двигателя. Thus, filling the "harmful volumes", sealing the cylinder head connections with a stepped metal ring, as well as connecting the specified ring to the cylinder liner collar, increase engine efficiency.

Однако в процессе сборки двигателя выполнять работу по заполнению "вредных объемов" и герметизации соединений металлического кольца с головкой цилиндра и буртом гильзы сложно и неудобно из-за сложной конфигурации поперечного сечения "вредного объема". However, in the process of assembling the engine, it is difficult and inconvenient to carry out work on filling “harmful volumes” and sealing the joints of the metal ring with the cylinder head and the shoulder of the liner due to the complex cross-sectional configuration of the “harmful volume”.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении топливной экономичности и упрощении заполнения "вредного объема" при сборке двигателя. The problem solved by the invention is to increase fuel efficiency and simplify the filling of the "harmful volume" when assembling the engine.

Решение задачи достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, головки цилиндра с выполненными кольцевыми канавками, в которых размещены ступенчатые металлические кольца, нижняя ступень которых контактирует с плоским круговым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык, а верхняя ступень размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндров, при этом "вредный объем" образован днищем головки цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца, огневым буртом и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы, уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки. The solution to the problem is achieved in that in an internal combustion engine containing a cylinder block with cylinder liners located in it, each of which has a fire shoulder with a top plane and a supporting shoulder, cylinder heads with annular grooves in which stepped metal rings are placed, the lower stage which are in contact with a flat circular protrusion of the support collar of the cylinder liner, forming a gasket-free gas joint, and the upper stage is placed at the same level with the plane of the cylinder head, while "bulk volume" is formed by the bottom of the cylinder head, the lower surfaces of the stepped ring, a fire collar and a groove separating the support and fire collars of the liner, a sealing ring in the form of a blank of a simplified shape made of heat-resistant plastic material is placed on the surface of the stepped metal ring and molded along the section profile "harmful volume" at the time of assembly.

Новым в устройстве является то, что уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из материала с пластичными и теплостойкими свойствами, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца или на огневом бурте и в момент сборки двигателя, за счет пластической деформации, заготовка уплотнительного кольца заполняет "вредный объем", представляющий сложное поперечное сечение. Тем самым снижается трудоемкость и удешевляется сборка двигателя. New in the device is that the o-ring in the form of a blank of a simplified form made of a material with plastic and heat-resistant properties is placed on the surface of a stepped metal ring or on a fire collar and at the time of engine assembly, due to plastic deformation, the blank of the o-ring fills " harmful volume "representing a complex cross section. This reduces the complexity and reduces the cost of engine assembly.

Заполнение "вредного" объема улучшает экономичность двигателя и одновременно повышает надежность герметизации газового стыка, так как перекрывает возможное проникновение горячих газов через сопряжения гильзы со ступенчатым кольцом и верхней плоскости ступенчатого кольца с головкой. Filling the "harmful" volume improves the efficiency of the engine and at the same time increases the reliability of sealing the gas joint, since it blocks the possible penetration of hot gases through the interface of the sleeve with the stepped ring and the upper plane of the stepped ring with the head.

В результате сопоставления аналогов и предлагаемого технического решения можно признать заявленное изобретение соответствующим критериям "новизна" и "изобретательский уровень". As a result of the comparison of analogues and the proposed technical solution, the claimed invention can be recognized to meet the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 показан газовый стык заявленного двигателя внутреннего сгорания;
на фиг. 2 изображен газовый стык двигателя внутреннего сгорания прототипа.In FIG. 1 shows the gas interface of the claimed internal combustion engine;
in FIG. 2 shows the gas interface of the internal combustion engine of the prototype.

В блоке 1 цилиндров установлена гильза 2 цилиндра. С опорным буртом 3 гильзы 2 контактирует нижняя ступень ступенчатого металлического кольца 4, размещенного в кольцевой канавке головки 5 цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык. In the cylinder block 1, a cylinder liner 2 is installed. With the supporting collar 3 of the sleeve 2 is in contact with the lower stage of the stepped metal ring 4, located in the annular groove of the cylinder head 5, forming a gasket without a gas joint.

"Вредный объем" образован днищем головки 5 цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца 4, огневым буртом 6 и канавкой 7, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы цилиндра. The "harmful volume" is formed by the bottom of the cylinder head 5, the lower surfaces of the stepped ring 4, the fire shoulder 6 and the groove 7 separating the support and fire collar of the cylinder liner.

Уплотнительное кольцо 8 в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца 4 или на огневом бурте 6 и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки. O-ring 8 in the form of a preform of a simplified form made of heat-resistant plastic material is placed on the surface of a stepped metal ring 4 or on a fire collar 6 and is molded along the “harmful volume” section profile at the time of assembly.

Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания предлагаемой конструкции аналогичен процессам известных двигателей. Заявляемая конструкция содержит уплотнительное кольцо, заполняющее "вредный" объем в газовом стыке. Заготовка уплотнительного кольца 8 размещается на поверхности ступенчатого кольца 4 или на огневом бурте 6 перед установкой и закреплением головки 5 цилиндра. Объем заготовки несколько больше "вредного объема". Во время затяжки болтов крепления головки цилиндра происходит пластическая деформация заготовки уплотнительного кольца 8 и заполнение "вредного объема", представляющего сложное сечение. The working process of the internal combustion engine of the proposed design is similar to the processes of known engines. The inventive design contains a sealing ring that fills the "harmful" volume in the gas joint. The workpiece of the sealing ring 8 is placed on the surface of the stepped ring 4 or on the fire collar 6 before installing and securing the cylinder head 5. The volume of the workpiece is slightly larger than the "harmful volume". During the tightening of the cylinder head mounting bolts, plastic deformation of the o-ring blank 8 occurs and the “harmful volume” is filled, representing a complex cross-section.

Предложенное решение обеспечивает сокращение удельного и эксплуатационного расходов топлива двигателем и снижение затрат на изготовление уплотнительного кольца, заполняющего "вредный объем", упрощает сборку двигателя. The proposed solution reduces the specific and operational fuel consumption of the engine and reduces the cost of manufacturing a sealing ring that fills the "harmful volume", simplifies engine assembly.

Важным фактором для ДВС с беспрокладочным газовым стыком является повышение надежности герметизации газового стыка, так как уплотнение перекрывает возможное проникновение горячих газов через сопряжения гильзы со ступенчатым кольцом и верхней плоскости ступенчатого кольца с головкой цилиндра. An important factor for ICE with a gas-free joint is to increase the reliability of sealing the gas joint, since the seal blocks the possible penetration of hot gases through the interface of the sleeve with the stepped ring and the upper plane of the stepped ring with the cylinder head.

Claims

An internal combustion engine comprising a cylinder block with cylinder liners located in it, each of which has a fire shoulder with a top plane and a support shoulder, cylinder heads with annular grooves in which stepped metal rings are placed, the lower stage of the ring contacts a flat circular protrusion of the support the collar of the cylinder liner, forming a gasket-free gas joint, and the upper stage is placed at the same level with the plane of the cylinder head, while the "harmful volume" is formed by the bottom of the head cylinder, the lower surfaces of the stepped ring, a fire collar and a groove separating the support and fire collar of the liner, characterized in that the sealing ring in the form of a blank of a simplified shape made of heat-resistant plastic material is placed on the surface of the stepped metal ring and molded along the section profile volume "at the time of assembly.