БЛОК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к конструкции блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известна конструкция блока цилиндров ДВС, содержащая водяную рубашку, ограниченную верхней и нижней плитами блока, связывающими цилиндры, стенками цилиндров и боковыми стенками блока, расположенными между верхней и нижней плитами блока. Боковая стенка блока между соседними цилиндрами имеет в сечении горизонтальной плоскостью форму U-образного профиля, выполняющую роль ребра жесткости, при этом внешняя поверхность U-образного профиля является продолжением стенки колодца под болт крепления головки цилиндров и далее продолжением U-образного ребра, переходящего в стенку колодца под болт крепления крышки коренного подшипника (смотри патент ФРГ DE 42 31 284 А1, дата публикации - 24.03.1994 г.).
Недостатками этой конструкции являются высокая податливость боковой стенки блока в направлении вдоль оси коленчатого вала, появление в боковой стенке блока изгибающих напряжений и деформаций от затяжки болтов крепления головки цилиндров из-за отсутствия дополнительных конструктивных элементов (ребер жесткости), уравновешивающих U-образное сечение при воздействии растягивающего усилия (следствие смещения оси колодца под болт крепления головки цилиндров относительно U-образного профиля). В этом случае деформация от боковой стенки блока через верхнюю плиту блока передается стенкам цилиндров, искажая их форму, из-за чего нарушается герметичность камеры сгорания и ухудшаются показатели двигателя.
Наиболее близкой конструкцией того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является блок цилиндров ДВС, содержащий в верхней части водяную рубашку, ограниченную верхней и нижней плитами блока, связывающими цилиндры, стенками цилиндров и боковыми стенками блока, расположенными между верхней и нижней плитами блока, при этом середина толщины боковых стенок блока совпадает с осями колодцев под болты крепления головки цилиндров, расположенными между соседними цилиндрами; колодцы под болты крепления головки цилиндров, примыкающие к боковым стенкам блока и верхней плите блока; на внешних поверхностях боковых стенок блока вертикальные ребра жесткости, связывающие верхнюю и нижнюю плиты блока и примыкающие к колодцам под болты крепления головки цилиндров (по одному ребру жесткости на каждый колодец под болт крепления головки цилиндров); в нижней части опоры коренных подшипников коленчатого вала с колодцами под болты крепления крышек коренных подшипников, связанные с нижней плитой блока и боковыми стенками картера тонкими поперечными стенками, проходящими через оси колодцев под болты крепления крышек коренных подшипников, расположенные между соседними цилиндрами в плоскостях, перпендикулярных оси коленчатого вала, и укрепленные дополнительными ребрами жесткости (по одному ребру жесткости на каждый колодец под болт крепления крышки коренного подшипника) (см. рис.2.10 на стр.67 книги «Двигатели заволжского моторного завода», дата публикации - 1998 г.; рис.7 на стр.13 книги «Двигатели ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ и УАЗ», дата публикации - 2000 г.).
Недостатком данной конструкции блока цилиндров, является появление в боковой стенке блока изгибающих напряжений и деформаций от затяжки болтов крепления головки цилиндров из-за смещения осей усилий растягивающих боковую стенку блока относительно геометрических центров профилей сечений боковой стенки блока, расположенных ниже колодцев под болты крепления головки цилиндров, и относительно осей усилий от затяжки болтов крепления крышек коренных подшипников. В верхней части блока деформация от боковой стенки блока через верхнюю плиту блока передается стенкам цилиндров, искажая их форму, из-за чего нарушается герметичность камеры сгорания и ухудшаются показатели двигателя. Другим недостатком является низкая жесткость узлов коренных подшипников, образованных участками боковых стенок картера блока и нижней плиты, опорой коренного подшипника коленчатого вала с колодцами под болты крепления крышек коренных подшипников, поперечной стенкой и ребрами жесткости. Это приводит к деформации коренного подшипника, снижает усталостную прочность блока, ресурс ДВС, препятствует повышению энергетических показателей ДВС.
Сущность полезной модели заключается в разработке конструкции блока цилиндров, обладающего большей жесткостью и прочностью в направлениях действия сил инерции и давления газов и их моментов, изгибающих моментов, возникающих от затяжки болтов головки цилиндров.
Технический результат - повышение жесткости блока цилиндров и, как следствие, надежности и ресурса блока цилиндров и ДВС в целом, понижения расхода масла на угар, обеспечение возможности повышения энергетических показателей ДВС.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в блоке цилиндров ДВС, содержащем в верхней части водяную рубашку, ограниченную верхней и нижней плитами блока, связывающими цилиндры; стенками цилиндров и боковой стенкой блока, расположенными между верхней и нижней плитами блока; колодцы под болты крепления головки цилиндров, примыкающие к боковым стенкам блока и верхней плите блока; в нижней части опоры коренных подшипников коленчатого вала с колодцами под болты крепления крышек коренных подшипников, связанные с нижней плитой блока и боковыми стенками картера поперечными стенками, проходящими через оси колодцев под болты крепления крышек коренных подшипников, расположенные между соседними цилиндрами в плоскостях, перпендикулярных оси коленчатого вала, особенностью является то, что в нем для повышения жесткости блока в направлениях действия сил инерции и давления газов и их моментов при работе ДВС созданы дополнительные связи нижней плиты блока с верхней плитой блока и опорами коренных подшипников, за счет того, что колодцы под болты крепления крышек коренных подшипников продлены до нижней плиты блока, а между соседними цилиндрами на внешней поверхности боковой стенки блока расположены два вертикальных ребра жесткости, связывающих верхнюю и нижнюю плиты блока и примыкающих к колодцу под болт крепления головки цилиндров, и на внутренней поверхности боковой стенки блока расположено как минимум одно вертикальное ребро жесткости, соединяющее нижнюю плиту блока с колодцем под болт крепления головки цилиндров, при этом его основание, примыкающее к нижней плите блока, перекрывает площадь основания колодца под болт крепления крышки коренного подшипника, примыкающего к нижней плите блока с противоположной стороны; кроме того между соседними цилиндрами на внешней поверхности боковой стенки блока применено как минимум одно горизонтальное ребро жесткости, повышающее жесткость стенки в продольном направлении.
Выполнение блока цилиндров ДВС описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволяет повысить жесткость детали в направлениях передачи усилий от коленчатого вала к коренным подшипникам, действия сил давления газов на головку цилиндров и опоры коренного подшипника и их реакций, действия на боковые стенки блока изгибающих моментов от затяжки болтов крепления головки цилиндров.
Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:
на рис.1 - представлен вид сбоку блока цилиндров;
на рис.2 - представлено сечение блока цилиндров по линии В-В в рис.1;
на рис.3 - представлен разрез блока цилиндров по линии Г-Г в рис.1.
Блок цилиндров ДВС содержит в верхней части (зона А) водяную рубашку 1, ограниченную верхней плитой блока 2, нижней плитой блока 3, боковыми стенками блока 4 и стенками цилиндров 5; колодцы под болты крепления головки цилиндров 6, примыкающие к боковым стенкам блока 4 и верхней плите блока 2; на внешних поверхностях боковых стенок 4 два вертикальных ребра жесткости 8, связывающих в вертикальном направлении верхнюю 2 и нижнюю 3 плиты блока и примыкающие к колодцам под болты крепления головки 6; на внутренних поверхностях боковых стенок 4 как минимум одно вертикальное ребро жесткости 9, связывающее нижнюю плиту блока 3 с колодцами под болты крепления головки цилиндров 6; как минимум одно горизонтальное ребро жесткости 10, стягивающие внешние поверхности боковых стенок блока 4; в нижней части (зона Б) боковые стенки картера блока 13, примыкающие к нижней плите блока 3; опоры коренных подшипников коленчатого вала 11, связанные с нижней плитой блока 3 колодцами под болты крепления крышки коренного подшипника 7 и поперечными стенками 12, проходящими через оси колодцев под болты крепления крышки коренного подшипника, расположенные в плоскости перпендикулярной оси коленчатого вала.
Блок цилиндров ДВС работает следующим образом. При работе ДВС на коренные подшипники (не показаны) через коленчатый вал (не показан) воздействуют усилия, вызывающие в зоне коренных подшипников, состоящей из опоры коренного подшипника коленчатого вала 11, колодцев под болты крепления крышек коренных подшипников 7, поперечной стенки 12, деформации изгиба и растяжения, кроме этого на коренные подшипники через кривошипно-шатунный механизм (не показан) и головку цилиндров (не показана) воздействуют в противоположных направлениях силы давления газов, вызывающие деформации растяжения и изгиба в блоке цилиндров. Выполнение колодцев под болты крепления крышек коренных подшипников 7 продленными до нижней плиты блока 3 образует жесткую связь опоры коренного подшипника 11 с нижней плитой блока 3, которая уменьшает деформацию коренных подшипников от усилий, передающихся коленчатым валом, за счет большого объема металла и большей площади сечения колодцев под болты крепления крышек коренных подшипников 7. Вертикальные ребра жесткости 8, 9, примыкающие к боковым стенкам блока между соседними цилиндрами, обеспечивают жесткую связь верхней плиты блока 2 с нижней плитой блока 3, которая в совокупности со связью опоры коренного подшипника 11 с нижней плитой блока 3 образует жесткий узел, через который силы давления газов, действующие на болты крепления головки цилиндров через головку цилиндров, передаются непосредственно болтам крепления крышки коренного подшипника (не показаны). В этом случае силы давления газов, направленные в разные стороны, уравновешиваются без возникновения в блоке цилиндров дополнительных изгибающих моментов, которые приводят к появлению опасных напряжений. Кроме того при сборке ДВС от затяжки болтов крепления головки цилиндров (не показаны) в боковых стенках блока 4 также возникают изгибающие напряжения и деформации. Горизонтальные ребра жесткости 10, стягивающие внешние поверхности боковых стенок блока 4 между соседними цилиндрами, противодействует воздействию растягивающего усилия и тем самым уменьшает деформацию боковых стенок блока 4.
Преимущество полезной модели состоит в том, что по сравнению с известными конструкциями блоков цилиндров ДВС, предложенная конструкция обладает большей жесткостью и прочностью в направлениях передачи усилий от коленчатого вала к коренным подшипникам и действия сил давления газов на головку цилиндров и опоры коренного подшипника при работе ДВС, действия на боковые стенки блока изгибающих моментов от затяжки болтов крепления головки цилиндров во время сборки ДВС, исключает (сводит к минимуму) деформацию коренных подшипников, боковых стенок блока и стенок цилиндров.