ЦИЛИНДРОВАЯ ГРУППА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и, в частности, к конструкции цилиндровой группы, включающей мокрую гильзу цилиндра. Цилиндровая группа может быть использована в двигателях внутреннего сгорания после окончательной обработки отверстия гильзы.
Известна цилиндровая группа двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая блок цилиндров и гильзы мокрые, имеющие на наружной поверхности направляющие пояски с наружной цилиндрической поверхностью и опорными торцами (П.Н.Котов, Б.Я.Прудин, «Ремонт автомобиля УАЗ-469», М. «Транспорт", 1980 г. с.17, 30). Мокрая гильза установлена в цилиндре с небольшим зазором (от 0 до 100 мкм и более) между цилиндрической поверхностью направляющего пояска и отверстием цилиндра и с базированием опорного торца пояска гильзы по опорному торцу соответствующего посадочного места цилиндра. Отверстие мокрой гильзы обычно обработано (чаще всего хонингованием) в окончательный размер до установки ее в цилиндр.
Однако двигатели внутреннего сгорания, собранные с соблюдением всех требований чертежа и техпроцесса, при испытаниях на стендах и в эксплуатации показывают существенный разброс технических показателей. Одной из основных причин этого явления служат неконтролируемые монтажные деформации гильзы цилиндров, в частности, появление овальности, возникающие при затяжке шпилек крепления головки блока к блоку цилиндров при сборке, несмотря на нормируемые усилия затяжки. Причиной деформаций служат погрешности опорных торцев поясков гильзы и опорных торцев посадочных мест цилиндров,
воспринимающих усилие затяжки резьбовых соединений, даже если эти погрешности находятся в пределах допуска. Монтажные деформации мокрой гильзы, возникающие при креплении головки блока через прокладку путем затяжки резьбовых соединений, приводит к увеличению расхода масла на угар, увеличению вредных выбросов в отходящих газах, снижению общего ресурса работы двигателя.
Кроме того, величина овальности мокрой гильзы является непредсказуемой (вероятностной), т.к. определяется случайными сочетаниями указанных погрешностей при различных положениях собираемых деталей, что не дает возможности уверенно гарантировать качество двигателя.
Целью полезной модели является уменьшение расхода масла на угар, уменьшение содержания вредных веществ в отходящих газах, увеличение ресурса шатунно-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, повышение качества двигателя.
Техническое решение полезной модели достигается тем, что в цилиндровой группе ДВС, содержащей цилиндр и установленную в отверстии цилиндра гильзу мокрую, снабженную на наружной поверхности, по меньшей мере, одним направляющим пояском, имеющим наружную цилиндрическую поверхность, отверстие гильзы выполнено с припуском под окончательную его обработку, при этом гильза установлена в цилиндре с базированием цилиндрической поверхности пояска по отверстию цилиндра и с натягом, этих поверхностей, выбранным из условия равенства усилия сдвига гильзы в цилиндре, по меньшей мере, двум значениям максимального усилия при окончательной ее обработке.
Для удовлетворения поставленного условия натяг между цилиндрическими поверхностями пояска и отверстия цилиндра с учетом реальных размеров гильз рекомендуется выполнять равным 0,02-0,06 мм.
Установка мокрой гильзы в цилиндр с базированием по цилиндрическим поверхностям с указанным гарантированным натягом, вместо обычной свободной (с зазором) установки по цилиндрическим поверхностям с базированием по опорным торцам, позволяет существенно уменьшить деформацию гильзы при креплении головки путем ее затяжки резьбовым соединением.
Выполнение отверстия гильзы с припуском под окончательную обработку после запрессовки гильзы в цилиндр позволяет гарантировать качество двигателя, т.к. возможно возникшие небольшие монтажные деформации исключатся при окончательной обработке отверстия запрессованной гильзы мокрой.
Величина натяга выбрана из условия равенства усилия сдвига гильзы в цилиндре, по меньшей мере, двум значениям максимального усилия при окончательной ее обработке. Это необходимо для обеспечения неподвижности мокрой гильзы после ее запрессовки в цилиндр при последующей чистовой обработке. Учитывая реальные размеры гильз мокрых по ГОСТ 24681-81 «Гильзы цилиндров мокрые для тракторных и комбайновых дизелей» и усилия чистовой обработки таких гильз, равные 200-300 кг (хонингование отверстия гильзы), гарантированный натяг, обеспечивающий неподвижность гильзы, должен быть в пределах 0,02-0,06 мм. Уменьшение величины натяга может привести к сдвигу гильзы в цилиндре при окончательном ее хонинговании, а увеличение натяга - к повреждению сопрягаемых деталей.
Заявленное техническое решение также относится к двигателям внутреннего сгорания, которые содержат блок цилиндров, и каждый цилиндр снабжен гильзой.
Полезная модель поясняется рисунком, где показана цилиндровая группа.
Цилиндровая группа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр или блок цилиндров 1, в котором установлена (установлены) мокрая гильза 2, имеющая направляющий поясок 3 с цилиндрической базирующей поверхностью 4. Количество поясков и соответственно цилиндрических базирующих поверхностей зависит от конструкции гильзы. Гильза установлена в цилиндре с натягом между отверстием цилиндра 5 (условно показано тонкой штриховой линией) и цилиндрической базирующей поверхностью 4 пояска 3. Отверстие гильзы цилиндра имеет припуск 6 под окончательную его обработку после запрессовки гильзы в цилиндр. Величина припуска зависит от последующей окончательной обработки отверстия гильзы, которая должна обеспечить качество обработки в соответствии с требованиями чертежа. Обычно окончательная обработка осуществляется либо традиционным, либо плосковершинным хонингованием.
Гильзу мокрую 2, у которой внутреннее отверстие обработано с припуском 6 под окончательную обработку и с направляющим пояском 3, у которого цилиндрическая базирующая поверхность обработана с допуском, обеспечивающим гарантированный натяг в пределах 0,02-0,06 мм, при установке в цилиндр запрессовывают в отверстие 5 цилиндра, базируя цилиндрической поверхностью 4 пояска по отверстию 5 цилиндра.
После этого в полученной цилиндровой группе перед сборкой двигателя внутреннего сгорания отверстие гильзы цилиндра должно быть обработано в окончательный размер в соответствии с требованиями чертежа.
Проверка на величину монтажных деформаций зеркала цилиндра мокрой гильзы показала, что геометрическая точность гильзы цилиндров после затяжки резьбовых соединений крепления головки блока через прокладку к блоку цилиндров практически не меняется.
-0,02
Испытания проводились на гильзах цилиндров двигателя АМУР 555-40 Новоуральского завода «Автомоторы Урала». Серийные гильзы цилиндров устанавливали в блок цилиндров и зажимали головкой блока через стандартную прокладку затяжкой резьбовых соединений с усилием ≈1700 кГс на каждую гильзу. Замеры овальности зеркала цилиндров двигателя показали, что овальность составила от 0,030 до 0,080 мм (при исходной овальности гильзы в свободном состоянии 0,010-0,020 мм) При изготовлении цилиндровой группы по полезной модели брали гильзу с наружным диаметром посадочных поясков, обеспечивающим гарантированный натяг (0,03-0,04 мм) и с внутренним диаметром Д=109,96 мм, запрессовывали гильзу в соответствующие гнезда штатного блока цилиндров с аналогичным усилием. Овальность зеркала запрессованных гильз цилиндров составила от 0,030 до 0,060 мм. После запрессовки отверстие гильзы обработали алмазными хонбрусками АС32 80/63, 100, М2-01 до достижения размера Д=110,01-110,03 мм с овальностью 0,010-0,015 мм и антифрикционными брусками М5-15 с каталитическими присадками. Геометрическая точность зеркала цилиндров после контрольной установки и
затяжки прокладки и головки блока по овальности составила 0,010-0,025 мм (без установки коленвала с шатунами и поршнями).
Двигатель с поршневой группой, по полезной модели проходил квалификационные испытания в течение 1000 часов по ускоренной методике испытаний с коэффициентом ускорения 240% в экспериментальной лаборатории завода.
В результате стендовых испытаний получено, что расход масла на угар составил 0,18% от расхода топлива, что в 1,3 раза меньше расхода масла для обычно используемых гильз цилиндров. Прорыв картерных газов в 3,0 раза меньше обычных значений. Снижение расхода топлива составило 3,2%
Таким образом, использование цилиндровой группы предложенной конструкции позволяет за счет уменьшения овальности гильзы цилиндров снизить расход масла на угар, тем самым существенно уменьшить содержание вредных выбросов в отходящих газах, уменьшить прорыв картерных газов и снизить расход топлива, а также за счет исключения случайных погрешностей повысить качество двигателя.