ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использована в конструкции головки блока цилиндров.
Известна конструкция головки блока цилиндров ДВС с распределительным валом, имеющая опорные шейки под распределительный вал диаметром Dш, составляющим 1/3 и более расстояния между опорами L, например в двигателе ВА3-2101, у которого L равно межцилиндровому расстоянию 95 мм (см. журнал «За рулем», октябрь 2002 года, стр.82), а диаметр опорных шеек 45 мм (См. Руководство по ремонту ВАЗ 2103, 2106, составители Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б., 1995 г., стр.25), и вычисленное соотношение .
Недостатком конструкции головки блока цилиндров ДВС с опорными шейками большого диаметра является повышенный момент трения в механизме, что ведет к необоснованному повышению расхода топлива и вредных выбросов в атмосферу, повышенному износу деталей привода, увеличению шума, веса и размеров сопрягаемых деталей.
Известны конструкции головок блока цилиндров ДВС с распределительными валами привода клапанов, имеющие относительные диаметры опорных шеек под распределительные валы, составляющие 1/5 и менее расстояния между опорами для уменьшения момента трения в механизме и его металлоемкости.
Наиболее близким прототипом к заявленной полезной модели является конструкция головки блока цилиндров ДВС с двумя распределительными валами двигателя ЗМЗ 40904 (№406.1003007-41 или 406.1003007-111) трехопорной конструкции с расстоянием между опорами L, равным двум межцилиндровым расстояниям (см. информационное письмо Конструктивные изменения головки блока цилиндров двигателей ЗМ3-406.10 от 27.02.2010, http://www.zmz.ru/consumer/warning/164) 106 мм, т.е. L=2*106=212 мм, диаметром опорных шеек Dш=35 мм (см. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту двигателя ЗМ3-40524.10, стр.90) и вычисленным соотношением . Межцилиндровое расстояние получено как сумма величин размеров диаметра цилиндра 95,5 мм (см. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту двигателя ЗМ3-40524.10 от 18.02.2008, стр.9) и межцилиндровой перемычки 10,5 мм (см. Журнал Рейс 2008/5, статья «За «Волгой» широкой»).
Недостатком конструкции головки блока цилиндров ДВС с опорными шейками распределительных валов небольшого относительного диаметра является повышенный износ опорных поверхностей в головке цилиндров, повышенный шум и вибрации, что снижает общую надежность привода клапанов, головки цилиндров и двигателя в целом.
Сущность полезной модели заключается в разработке такой конструкции головки блока цилиндров ДВС, которая позволит получить оптимальные соотношения диаметра опорных шеек распределительных валов к расстоянию между опорными шейками головки цилиндров по их оси.
Технический результат от применения предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении надежной работы механизма газораспределения и двигателя в целом при одновременном снижении момента трения для уменьшения расхода топлива и вредных выбросов двигателем и снижения шума от привода газораспределительного механизма.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что головка блока цилиндров ДВС с распределительными валами, имеющая опорные шейки под распределительные валы привода клапанов, в которой диаметр опорных шеек распределительных валов Dш должен составлять 0,32-0,34 L, где L - расстояние между центрами опор распределительных валов по их оси, для обеспечения уменьшения трения и габаритов механизма при оптимальной экономичности, экологичности, достаточной жесткости и надежности.
Выполнение головки блока цилиндров с опорными шейками распределительных валов привода клапанов газораспределительного механизма описанной выше конструкцией и использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволит получить оптимальную по надежности, долговечности, шуму, уменьшенному моменту трения конструкцию двигателя для выполнения экологических норм и экономичности.
Для пояснения настоящей полезной модели приведена следующая иллюстрация: головка блока цилиндров в сборе с распределительными валами, клапанами и гидротолкателями.
Головка блока цилиндров 1 с опорными шейками 3 распределительных валов 2 газораспределительного механизма, выполненная из алюминиевого сплава, в которой Dш опорных шеек распределительных валов должен составлять 0,32-0,34 L, где L - расстояние между центрами опорных шеек распределительных валов по их оси.
Головка блока цилиндров ДВС с опорными шейками распределительных валов газораспределительного механизма работает следующим образом. Распределительные валы своими кулачками воздействуют на клапаны газораспределительного механизма, в результате чего от сил инерции клапана, сил трения и упругости клапанных пружин на распределительный вал действует суммарная сила, нагружающая опоры распределительных валов в головке цилиндров.
От действия рабочих усилий и реакций опор распределительные валы прогибаются, и соответствующие опорные шейки распределительных валов начинают воздействовать на опорные шейки головки цилиндров с изменяющимся перекосом, приводящим к неравномерности зазора и пиковым удельным давлениям на опорную шейку, ухудшающими работу масляного клина и вызывающими работу в области пограничного трения, что и является причиной повышенного трения и износа. Для уменьшения этого вредного для работы двигателя явления необходимо увеличить жесткость системы опорные шейки - распределительный вал до величин, при которых нарушения масляного клина на опорных шейках не происходит.
Параметром жесткости системы, определяющим нагруженность масляного клина, является угол поворота оси распределительного вала внутри шейки, его динамический перекос.
Уравнение текущего угла поворота балки описывается известной формулой из курса сопротивления материалов (формула 10.64, стр.272, «Сопротивление материалов», Г.С. Писаренко и др., издательское объединение «Виша школа», Киев, 1973 г.).
где θ - угол поворота шеек распределительного вала в шейках головки цилиндров,
Р - суммарная сила от клапана,
а
, b - расстояние до кулачка от соответствующего центра шейки,
Е - модуль упругости материала распределительного вала,
l - момент инерции распределительного вала,
a
L - расстояние между шейками, +b=L,
x - текущая координата, для опоры x=L.
Для анализа подобных конструкций формула упростится до:
где K - некий числовой коэффициент, приблизительно одинаковый для подобных конструкций.
Из анализа этой формулы следует, что наиболее сильными инструментами влияния на динамический угол поворота θ является длина пролета между шейками и диаметр шейки под опоры распределительных валов.
Учитывая необходимые для осуществления деталей отклонения полей допусков, конструктивное оформление осевой длины опорной шейки и геометрический анализ наиболее удачных (бездефектных) действующих конструкций, предлагаемая в полезной модели формула и связывает эти два параметра в интервал, внутри которого обеспечивается необходимый технический результат.
Преимущество полезной модели состоит в том, что по сравнению с известными головками блока цилиндров ДВС с распределительными валами, предложенная конструкция головки цилиндров ДВС позволяет получить оптимальное соотношение момента трения в шейках, уменьшить шум привода газораспределительного механизма, минимальный износ и долговечность опорных шеек и других деталей привода.