RU219267U1 - Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением - Google Patents

Abstract

Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненную в верхней плите и днище, отверстия под установку двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый цилиндр, соединенные с впускными и выпускными каналами, с расположенными по периметру газового стыка каждого цилиндра равномерно крепежными отверстиями в количестве 10 штук под болты крепления головки цилиндров к блоку цилиндров, при этом пара отверстий под болты, расположенная между цилиндрами, является общей для этой пары цилиндров, в которой для оптимизации работы газового стыка по всей линии уплотнения в поперечном направлении расстояние между осями крепежных отверстий по плоскости прилегания к блоку цилиндров не превышает 0,81 от ширины головки цилиндров, что гарантирует герметичность газового стыка на всех режимах работы двигателя на весь период его эксплуатации.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям головок блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) с жидкостным охлаждением.

Известна головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая по крайней 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, МПК F02B23/08, F02F1/24).

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.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости на верхней плите и днище, 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; 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 поперечной оси головки под углом 17° и 18° (см. патент на полезную модель RU 134246, дата публикации от 10.11.2013г., МПК F02F 1/36 (2006/01), F02F 1/24 (2006/01).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в данной конструкции недостатком является неоптимальное размещение крепежных отверстий для болтов крепления головки к блоку цилиндров, что снижает надежность уплотнения газового стыка вследствие неравномерной деформации головки в поперечном сечении под действием газовых сил.

Сущность полезной модели заключается в обеспечении лучшего уплотнения газового стыка на всех рабочих режимах и соответствующего повышения надежности и долговечности двигателя за счет оптимизации и не только в продольном, но и поперечном направлении деформации головки цилиндров с помощью распределения ширины головки цилиндров в необходимом соотношении с расположением равномерно размещенных по периметру газового стыка каждого цилиндра крепежных отверстий под болты крепления головки к блоку цилиндров.

Технический результат - оптимальное распределение давления на прокладку газового стыка, что гарантирует герметичность газового стыка на всех режимах работы двигателя на весь период его эксплуатации.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в головке блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащей верхнюю плиту и днище, соединенную боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненную в верхней плите и днище, отверстия под установку двух впускных и двух выпускных клапанов на каждую камеру сгорания, соединенных с впускными и выпускными каналами, с расположенными по периметру газового стыка каждого цилиндра равномерно крепежными отверстиями в количестве 10 штук под болты крепления головки цилиндров к блоку цилиндров, при этом пара отверстий под болты, расположенные между цилиндрами, является общей для этой пары цилиндров, особенностью является то, что в поперечном направлении расстояние между осями крепежных отверстий по плоскости прилегания к блоку цилиндров, не превышает 0,81 от ширины головки цилиндров.

Заявляемое техническое решение подтверждается чертежами:

На фиг. 1 представлен общий вид головки блока цилиндров ДВС.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе А-А по фиг. 1.

Головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением 10 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. В головке блока цилиндров 10 выполнены крепежные отверстия 7 под болты для крепления головки 10 к блоку цилиндров 11. Крепежные отверстия 7 расположены равномерно по периметру газового стыка каждого цилиндра, их общее количество - 10 штук, при этом пара отверстий под болты, расположенная между цилиндрами является общей для этой пары цилиндров.

Причем в поперечном направлении расстояние между осями крепежных отверстий Б по плоскости прилегания к блоку цилиндров не превышает 0,81 от ширины головки цилиндров В.

Работа головки блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением осуществляется следующим образом. Головка блока цилиндров 10 обеспечивает формирование и герметизацию рабочего объема четырех цилиндров бензинового 16-ти клапанного двигателя внутреннего сгорания. С помощью болтов 8, устанавливаемых в отверстия 7, головка цилиндров 10 крепится к блоку 11 и уплотняется прокладкой 9.

При осуществлении рабочего такта давление газов в цилиндре повышается, и под воздействием давления головка цилиндров деформируется. Для обеспечения герметичности уплотнения газового стыка необходимо, чтобы рабочие деформации головки не превышали допустимую упругую деформацию прокладки головки цилиндров, были минимальны по величине и равномерными по линии уплотнения.

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).

$$f=\frac{\text{5}}{\text{384}}\ast \frac{q{l}^4}{EI}$$

,

где $$f$$

- величина прогиба

$$q$$

- распределенная нагрузка на пролет между осями крепежных отверстий

$$I$$

- момент инерции сечения детали

$$E$$

- модуль упругости материала, в данном случае алюминиевого сплава.

l - расстояние между опорами, в нашем случае - расстояние между осями

крепежных отверстий в поперечном направлении.

Наиважнейший параметр l уменьшается за счет равномерного расположения осей крепежных отверстий максимально близко к зеркалу цилиндра и возможности его уменьшения исчерпаны. Модуль упругости алюминиевых сплавов также постоянен. Рабочее давление q имеет тенденцию к росту. Момент инерции зависит от третьей степени высоты головки, но она определяется конструкцией привода клапанов и также имеет тенденцию к уменьшению. Остается заделка, т.е. защемление концов балки за пределами опор, т.е. увеличение ширины головки и блока.

Аналитически, данная задача решения не имеет в силу особенностей конструкции, но с помощью конечноэлементного компьютерного моделирования и последующей экспериментальной проверки установлено, что расстояние между осями крепежных отверстий не должно превышать 0,81 от ширины головки цилиндров, это соотношение обеспечивает необходимую равномерность деформации и соответственно - надежное уплотнение стыка на весь период эксплуатации двигателя.

Преимущество полезной модели состоит в том, что по сравнению с известными головками цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, предложенная конструкция головки блока цилиндров позволяет получить оптимальную ширину головки блока цилиндров и обеспечить необходимую жесткость поверхности, формирующей газовый стык и надежное его уплотнение прокладкой головки цилиндров при существующих и перспективных рабочих давлениях в цилиндре, а также обеспечить оптимальный вес и габариты конструкции.

Claims (1)

1. Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненную в верхней плите и днище, отверстия под установку двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый цилиндр, соединенные с впускными и выпускными каналами, с расположенными по периметру газового стыка каждого цилиндра равномерно крепежными отверстиями в количестве 10 штук под болты крепления головки цилиндров к блоку цилиндров, при этом пара отверстий под болты, расположенная между цилиндрами, является общей для этой пары цилиндров, отличающаяся тем, что в поперечном направлении расстояние между осями крепежных отверстий по плоскости прилегания к блоку цилиндров не превышает 0,81 от ширины головки цилиндров.

Images