Двигатель внутреннего сгорания

ИСПРАШИВАЕМЫЙ ПРИОРИТЕТ
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет индийской заявки №202041029646, поданной 13 июля 2020 года.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Некоторые прокладки в двигателе, например, как в документе US 4474147, обеспечивают функцию герметизации текучих сред и газообразных продуктов сгорания для уменьшения или предотвращения попадания охлаждающей жидкости в камеру сгорания и попадания газообразных продуктов сгорания в охлаждающую жидкость водяной рубашки. Однако прокладки в двигателе подвержены воздействию как относительно высокой температуры, так и механической нагрузки, обусловленной усилиями, возникающими в процессе сгорания, а также воздействию термического расширения и сжатия двигателя. Гильзы цилиндров двигателя испытывают аналогичную тепловую и механическую нагрузку во время эксплуатации двигателя. В результате воздействия нагрузки может произойти ухудшение эффективности прокладок, что в некоторых случаях приводит к нежелательным утечкам охлаждающей жидкости и/или газообразных продуктов сгорания. Кроме того, вследствие тепловых и механических нагрузок может произойти повреждение гильзы цилиндра, что вызовет абразивный износ поршня и утечку масла из камеры сгорания.
[0003] Желательно создать устройство и способ, которые отличаются от устройств и способов, используемых в настоящее время.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[0004] В качестве одного примера предложен двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит гильзу цилиндра, расположенную в картере и содержащую уплотнение, расположенное в канавке и находящееся в уплотняющем контакте с картером. Двигатель внутреннего сгорания также содержит прокладку для герметизации газообразных продуктов сгорания, расположенную между головкой цилиндра и картером, имеющую многоугольное поперечное сечение и окружающую по периферии цилиндр, причем указанная прокладка обеспечивает наличие пути передачи нагрузки и герметизацию газообразных продуктов сгорания в цилиндре. При этом, внутренняя сторона указанной прокладки расположена в осевом направлении над выточкой, выполненной в гильзе цилиндра и проходящей вниз относительно оси цилиндра, и когда прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания не нагружена, нижняя поверхность выточки расположена на расстоянии от радиальной стороны указанной прокладки.
[0005] В качестве другого примера предложен двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит прокладку для герметизации газообразных продуктов сгорания. Прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания расположена между головкой цилиндра и картером, имеет многоугольное поперечное сечение и окружает цилиндр по периферии. Указанная прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания обеспечивает наличие пути передачи нагрузки и герметизацию газообразных продуктов сгорания в цилиндре. В указанном двигателе внутреннего сгорания внутренняя сторона прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания расположена в осевом направлении над выточкой, проходящей вниз относительно оси цилиндра. Когда прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания не нагружена, нижняя поверхность выточки расположена на расстоянии от радиальной стороны указанной прокладки.
[0006] В качестве другого примера предложен двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит прокладку для герметизации текучей среды, расположенную между головкой цилиндра и картером. Прокладка для герметизации текучей среды имеет две верхние закраины, проходящие вверх от основания относительно оси цилиндра. Кроме того, прокладка для герметизации текучей среды содержит две нижние закраины, проходящие вниз от основания относительно оси цилиндра. Более того, двигатель внутреннего сгорания содержит гильзу цилиндра, расположенную в отверстии картера и имеющую отверстие цилиндра. Прокладка для герметизации текучей среды проходит вокруг части канала в водяной рубашке, в осевом направлении через картер.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии системы двигателя с картером и шпильками цилиндра.
[0008] Фиг. 2 изображает картер, представленный на фиг. 1, без шпилек цилиндра.
[0009] Фиг. 3 изображает другой вид в аксонометрии картера, представленного на фиг. 1.
[0010] Фиг. 4 изображает увеличенный вид окна водяной рубашки в картере, представленном на фиг. 3.
[0011] Фиг. 3 изображает другой вид в аксонометрии картера, представленного на фиг. 1.
[0012] Фиг. 6 изображает увеличенный вид окна водяной рубашки в картере, представленном на фиг. 6.
[0013] Фиг. 7 изображает систему двигателя с головкой цилиндра, соединенной с картером, представленным на фиг. 1.
[0014] Фиг. 8 изображает вид в разрезе системы двигателя, представленной на фиг. 7.
[0015] Фиг. 9 изображает увеличенный вид гильзы цилиндра, головки цилиндра и картера в системе двигателя, представленной на фиг. 8.
[0016] Фиг. 10 изображает увеличенный вид вариантов выполнения выточки в картере, представленном на фиг. 9.
[0017] Фиг. 11-14 изображают увеличенные виды гильзы цилиндра в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0018] Фиг. 15 изображает вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0019] Фиг. 16 и 17 изображают виды головки цилиндра в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0020] Фиг. 18 изображает вид в разрезе маслосъемного кольца в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0021] Фиг. 19 изображает вид прокладки для герметизации текучей среды в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0022] Фиг. 20 изображает вид в разрезе прокладки для герметизации текучей среды, представленной на фиг. 15.
[0023] Фиг. 21 изображает вид в аксонометрии гильзы цилиндра и головки цилиндра в системе двигателя, представленной на фиг. 9.
[0024] Фиг. 22, 23 и 24 изображают виды в разрезе прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, расположенной между головкой цилиндра и гильзой цилиндра, представленными на фиг. 21.
[0025] Фиг. 25 изображает другой вид в разрезе прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, расположенной между головкой цилиндра и гильзой цилиндра, представленными на фиг. 21.
[0026] Фиг. 26 изображает вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, представленной на фиг. 25, при ее изгибе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0027] Приведенное далее описание относится к двигателю внутреннего сгорания, спроектированному с обеспечением возможности улучшенной герметизации газообразных продуктов сгорания и текучей среды, а также с повышенным рабочим ресурсом. Для достижения указанных возможностей, прокладки для герметизации текучей среды и газообразных продуктов сгорания могут быть не связаны друг с другом для обеспечения соответствия прокладок конкретным требованиям уплотнения вблизи камеры сгорания и каналов для текучей среды, таких как каналы для охлаждающей жидкости и масла. В двигателе могут быть скомпенсированы и согласованы функциональные возможности уплотнения и показателями предела усталости для таких компонентов, как гильза цилиндра и картер. В результате может быть снижена вероятность повреждения компонентов и утечки газа или текучей среды.
[0028] На фиг. 1 и 2 показан вид в аксонометрии картера с водяной рубашкой, обеспечивающей заданное охлаждение вокруг гильз цилиндров. На фиг. 3-6 показаны другие виды в аксонометрии картера с изображением окон в водяной рубашке цилиндра, обеспечивающих циркуляцию охлаждающей жидкости вокруг гильз цилиндров. На фиг. 7 изображена система двигателя с головкой цилиндра, прикрепленной к картеру с помощью шпилек цилиндра, имеющих увеличенный размер для обеспечения большей степени сжатия прокладки. На фиг. 8 показан вид в разрезе системы двигателя с каналами водяной рубашки, проходящими через картер и головку цилиндра для увеличения степени охлаждения двигателя. На фиг. 9 изображен увеличенный вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, прокладки для герметизации текучей среды, и выточки, выполненных с повышенным ресурсом эксплуатации, а также с возможностью герметизации текучей среды и газообразных продуктов сгорания. На фиг. 10 представлен детальный вид вариантов выполнения выточки в картере, прилегающем к гильзе цилиндра посредством уплотнения. На фиг. 11-14 изображены виды гильзы цилиндра, выполненной с канавкой под уплотнение, обеспечивающей повышенную степень уплотнения. На фиг. 15 изображен увеличенный вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, выполненной с возможностью упругой деформации и уменьшения вероятности пластической деформации прокладки. На фиг. 16 и 17 показаны виды головки цилиндра со ступенчатой пограничной поверхностью, контур которой обеспечивает вмещение прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания и упрощение сборки двигателя. На фиг. 18 изображен вид маслосъемного кольца, выполненного с возможностью сопряжения с гильзой цилиндра и имеющего форму, которая снижает вероятность неправильной установки. На фиг. 19 и 20 изображены виды прокладки для герметизации текучей среды, не связанной с прокладкой для герметизации газообразных продуктов сгорания и обеспечивающей надежное уплотнение каналов для охлаждающей жидкости и масла, проходящих между картером и головкой цилиндра. На фиг. 21, 22, 23 и 24 представлены виды системы двигателя, прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания и выточки в картере, обеспечивающей упругую деформацию прокладки для создания силы реакции, противодействующей радиально направленным внешним силам, и снижающей вероятность возникновения остаточной деформации и растрескивания прокладки. На фиг. 25 и 26 изображены увеличенные виды прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, демонстрирующие упругое изгибание указанной прокладки под нагрузкой.
[0029] На фиг. 1 и 2 показан пример системы 100 двигателя внутреннего сгорания, имеющей картер 102. Система двигателя может иметь разные конфигурации, обеспечивающие размещение на различных платформах. Соответствующие платформы могут включать стационарные платформы и мобильные платформы. Соответствующие мобильные платформы могут включать транспортное средство. Соответствующие транспортные средства могут включать железнодорожное транспортное средство, морское судно, дорожное транспортное средство, внедорожную транспортную технику, горнодобывающее и промышленное оборудование и тому подобное. Соответствующие стационарные платформы могут включать стационарный электрогенератор и тому подобное. Двигатель может быть выполнен с возможностью воспламенения от сжатия и, следовательно, может включать систему подачи топлива, систему впуска и систему выпуска. В одном варианте выполнения система подачи топлива в процессе эксплуатации двигателя может обеспечивать подачу дизельного топлива в цилиндры с использованием обычных компонентов, таких как топливные баки, насосы, клапаны и тому подобное. Функция воспламенения от сжатия в данном двигателе может повышать эффективность использования топлива для данного двигателя по сравнению с двигателями аналогичного размера, предусматривающими искровое зажигание. Однако в двигателях с искровым зажиганием может быть использована инновационная технология. Другие подходящие виды топлива могут включать биодизельное топливо, природный газ, спирт, керосин, водород и т.п., а также комбинации двух или более вышеперечисленных видов топлива.
[0030] Система 100 двигателя, изображенная на фиг. 1, содержит шпильки 104 цилиндра, соединенные с указанной системой, в то время как на фиг. 2 шпильки не показаны, чтобы были видны конструктивные особенности, закрытые шпильками. После сборки двигателя шпильки цилиндров могут обеспечивать прикрепление головки цилиндра к картеру и сжатие уплотнений, расположенных между головкой цилиндра и картером.
[0031] Картер может содержать несколько цилиндров 106. В проиллюстрированном примере цилиндры могут быть расположены в блоках 108, 110 с V-образной компоновкой. В частности, первая группа цилиндров может быть расположена в первом блоке 108 на первой боковой стороне 112 картера, а вторая группа цилиндров может быть расположена во втором блоке 110 на второй боковой стороне 114 картера. В данном примере блоки 108, 110 цилиндров могут быть расположены под углом, составляющем менее 180°. Таким образом, плоскости, проходящие через центральные оси 111 каждого цилиндра, пересекаются друг с другом. Центральные оси цилиндров также могут называться осями цилиндров (например, продольными осями цилиндров). В каждом блоке цилиндры могут быть расположены последовательно, проходя от первой продольной стороны 116 двигателя ко второй продольной стороне 118 двигателя. В других примерах может быть использовано другое расположение цилиндров в двигателе, например, расположение цилиндров в ряд, горизонтально-противолежащее расположение цилиндров и т.д. Однако двигатель V-образного типа может отличаться более эффективным использованием пространства и создавать меньшую вибрацию по сравнению с двигателями, имеющими вышеупомянутые конфигурации цилиндров.
[0032] Картер может содержать водяную рубашку 119, имеющую каналы 120, во время эксплуатации заполненные охлаждающей жидкостью и сообщающиеся с системой охлаждения. Таким образом, охлаждающая жидкость может циркулировать через картер и через головку цилиндра в процессе сгорания, выполняемом в двигателе. Чтобы обеспечить функциональные возможности для циркуляции охлаждающей жидкости, система охлаждения может содержать обычные компоненты, такие как насосы, радиаторы, клапаны и т.д. Для наглядности, на фиг. 1-2 и фиг. 3-20 может быть представлена система 150 координат, имеющая ось z, ось у и ось х. В одном варианте выполнения ось z может быть параллельна оси гравитационного поля, ось у может являться продольной осью, а ось х может являться поперечной осью. Однако в других вариантах выполнения оси могут иметь другую ориентацию.
[0033] На фиг. 3 показана система двигателя с картером, имеющим окна 300 водяной рубашки. Каждое из окон водяной рубашки может быть расположено на первой боковой стороне 302 (например, наружной стороне) соответствующего цилиндра 106. Указанные окна могут являться входными отверстиями и обеспечивать направление охлаждающей жидкости в каналы, расположенные вокруг гильзы цилиндра.
[0034] На фиг. 4 изображен увеличенный вид одного из окон водяной рубашки, показывающий изменение профиля окна. Изменение профиля окна обозначено номером 304 позиции. Как изображено на чертеже, осевая высота 306 окна, измеренная от центральной оси 350 соответствующего цилиндра, показанной на фиг. З, может быть уменьшена по сравнению с предыдущими вариантами. Радиальное направление может представлять любое направление, перпендикулярное центральной оси 350 цилиндра, а осевая высота может измеряться вдоль центральных осей цилиндров. Как описано в данном документе, осевое направление, ориентированное кверху, может являться направлением, проходящим вдоль или параллельно центральной оси цилиндра и направленным к верхней стороне 352 системы двигателя. И наоборот, осевое направление, ориентированное книзу, может являться направлением, проходящим вдоль или параллельно центральной оси цилиндра и направленным к нижней стороне 354 системы 100 двигателя.
[0035] Окно, изображенное на фиг. 4, может иметь уменьшенную высоту, что позволяет увеличить толщину стенки картера. В результате может быть повышена конструктивная целостность картера. Увеличение толщины стенки картера позволяет изменять профиль выточки. Изменения профиля выточки позволяют повысить эффективность уплотнения на границе между гильзой цилиндра и картером. Точнее, увеличение толщины стенки картера может обеспечить возможность формирования канавки под уплотнение (например, уплотнительное кольцо) в гильзе цилиндра, расположенной в картере. Уплотнение повышает степень герметизации системы.
[0036] На фиг. 5 изображен картер с окнами 400 водяной рубашки. Каждое из окон 400 водяной рубашки может быть расположено на второй боковой стороне 402 (например, наружной стороне) цилиндров. Увеличенный вид одного из окон водяной рубашки, показывающий изменение профиля окна, можно увидеть на фиг. 6. Изменение профиля окна обозначено номером 404 позиции. Как изображено на чертеже, осевая высота 406 окна 400, измеренная от центральной оси 350, изображенной на фиг. 5, может быть уменьшена по сравнению с предыдущими вариантами. И в этом случае, уменьшение высоты окна водяной рубашки позволяет уменьшить толщину стенки картера, что повышает конструктивную целостность картера, и в некоторых вариантах выполнения позволяет сформировать в гильзе цилиндра канавку под уплотнение (например, уплотнительное кольцо).
[0037] Кроме того, осевая высота 406 окна 400, изображенного на фиг. 6, может быть меньше высоты 306 окна 300, изображенного на фиг. 4, для достижения заданного расхода потока охлаждающей жидкости вокруг гильзы цилиндра. В некоторых вариантах выполнения проектирование окон с такой конфигурацией обеспечивает создание заданного профиля охлаждения цилиндра. Схема течения охлаждающей жидкости может быть выбрана таким образом, чтобы уменьшить вероятность нежелательной деформации картера, например, по причине несбалансированной тепловой нагрузки.
[0038] На фиг. 7 изображена головка 500 цилиндра в системе 100 двигателя. Головка 500 цилиндра может быть соединена с картером посредством шпилек 104. В одном примере шпильки могут иметь диаметр 502 в диапазоне, превышающем приблизительно 25 миллиметров (мм). Например, шпилька может иметь диаметр, примерно равный 27 мм. Диаметр шпилек может быть выбран на основании таких факторов, как заданный показатель сжатия прокладки, количество шпилек в двигателе и схема расположения шпилек. Точнее, диаметр шпилек может быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать заданную величину полезной нагрузки и контактных давлений на прокладках для герметизации текучей среды и газообразных продуктов сгорания.
[0039] На фиг. 7 показано расстояние (например, продольный и поперечный шаг) 504 между центрами двух шпилек. Расстояние 504 может составлять от 195 мм до 205 мм. При таком расстоянии между шпильками двигатель может обеспечивать заданную степень сжатия прокладки. В одном варианте выполнения расстояние 504 может составлять примерно 198 мм. Однако в двигателях с разным ожидаемым давлением в цилиндрах могут быть использованы шпильки, расположенные с переменным шагом. На фиг. 7 показана секущая плоскость (линия 6-6), определяющая вид в разрезе, изображенный на фиг. 8.
[0040] На фиг. 8 изображен вид в разрезе системы 100 двигателя с головкой 500 цилиндра, соединенной с картером. Кроме того, один из цилиндров показан вместе с водяной рубашкой 119 и каналами 120. Для наглядности показана центральная ось 350 цилиндра. Один из каналов направляет охлаждающую жидкость вокруг гильзы 600 цилиндра, что позволяет отводить от цилиндра большее количество тепла. Гильза цилиндра может быть установлена в картере, при этом указанная гильза обеспечивает наличие уплотнитель ной поверхности для колец поршня. Гильза цилиндра может иметь отверстие 601, образующее часть границы цилиндра. На фиг. 8 видны отверстия 602 клапанов головки цилиндра и соответствующие каналы 604. Данные отверстия и каналы позволяют вводить в цилиндр приточный воздух и удалять из цилиндра выхлопные газы в процессе горения. Таким образом, отверстия и каналы могут быть включены во впускную и выпускную системы двигателя.
[0041] На внутреннем уступе 608 гильзы цилиндра может быть расположено маслосъемное кольцо 606. Маслосъемное кольцо предназначено для удаления масла или другой соответствующей смазки из поршня в процессе горения. Маслосъемное кольцо 606 может иметь скошенные поверхности 607, расположенные на противоположных осевых сторонах кольца. Вероятность неправильной установки маслосъемного кольца может быть уменьшена, если указанное кольцо имеет не одну, а две скошенные поверхности. Таким образом, процедура установки маслосъемного кольца может быть упрощена, если кольцо имеет двойной скошенный контур.
[0042] На фиг. 8 изображено уплотнение 610 (например, уплотнительное кольцо), расположенное в канавке 612 гильзы цилиндра. Уплотнение 610 позволяет сформировать более эффективное уплотнение на границе раздела гильзы 600 цилиндра и картера. Следовательно, может быть уменьшена вероятность утечки текучей среды из водяной рубашки 119. Однако в альтернативных вариантах выполнения такое уплотнение в системе может отсутствовать.
[0043] На фиг. 9 изображен увеличенный вид системы 100 двигателя, содержащей головку 500 цилиндра, картер, цилиндр 106, гильзу 600 цилиндра, маслосъемное кольцо 606 и каналы 120 водяной рубашки. Один из каналов 120 водяной рубашки может проходить под нижней поверхностью 614 картера и вертикально вверх вдоль боковой поверхности 616 картера. Проходящий кверху канал для охлаждающей жидкости, расположенный в картере, проходит далее в головку 500 цилиндра. Прокладка 618 для герметизации текучей среды, расположенная между головкой 500 цилиндра и картером, обеспечивает уплотнение проходящих в головку каналов для охлаждающей жидкости.
[0044] В одном варианте выполнения система двигателя может содержать прокладку 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания, сдавливаемую головкой 500 цилиндра и картером. В проиллюстрированном варианте выполнения указанная прокладка 620 может быть расположена на расстоянии от прокладки 618 для герметизации текучей среды и отделена от нее. Точнее, прокладка 618 для герметизации текучей среды может иметь основание (например, металлическое основание), не совпадающее с прокладкой 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания. Разделение прокладок для герметизации газообразных продуктов сгорания и текучей среды позволяет по отдельности подбирать свойства прокладок, чтобы уменьшить вероятность смешивания газообразных продуктов сгорания и охлаждающей жидкости, а также загрязнения охлаждающей жидкости или камеры сгорания. Например, прокладка 618 для герметизации текучей среды может иметь одну или более эластомерных закраин 621. Указанные закраины могут обеспечивать уплотнение вокруг каналов водяной рубашки. Наличие расстояния между закраинами прокладки для герметизации текучей среды и камерой сгорания может обеспечивать уменьшение или исключение вероятности растрескивания закраин и остаточной деформации прокладки. Прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания может быть выполнена таким образом, чтобы выдерживать повышенную тепловую нагрузку по сравнению с прокладкой для герметизации текучей среды, возникающую по причине близости к камере сгорания. Например, прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания может быть изготовлена из металла. Подходящие металлы могут включать сталь, медь, олово, никель и свинец, а также сплавы вышеуказанных металлов. Металл может иметь несколько слоев. Некоторые металлические прокладки могут обеспечивать более эффективную герметизацию газообразных продуктов сгорания, но могут иметь относительно более высокую стоимость.
[0045] На фиг. 9 изображено уплотнение 610, расположенное в канавке 612 гильзы 600 цилиндра. Уплотнение 610 уплотняет границу 623 раздела между гильзой 600 цилиндра и картером. Таким образом, уплотнение 610 может быть выполнено с возможностью сдавливания при сборке двигателя и может быть изготовлено из эластомерного материала. На фиг. 9 видна выточка 622, расположенная ниже уплотнения 610. Выточка 622 может иметь криволинейную поверхность 624, при этом профиль указанной выточки может обеспечивать возможность встраивания уплотнения в гильзу 600 цилиндра. На фиг. 9 показана посадочная поверхность 626 для гильзы 600 цилиндра. Указанная посадочная поверхность 626 может обеспечивать более равномерное распределение напряжений между гильзой 600 цилиндра и картером.
[0046] На фиг. 10 представлен увеличенный вид двух вариантов выполнения выточки 622, показанной на фиг. 9, расположенной в картере двигателя. Если говорить более конкретно, первый вариант выполнения выточки обозначен номером 700 позиции, а второй вариант выполнения выточки обозначен номером 702 позиции. Первый вариант 700 выполнения выточки соответствует профилю выточки 622, показанной на фиг. 9. В каждом из вариантов выполнения, изображенных на фиг. 10, размеры выточки могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивать баланс между герметизирующей способностью прокладки и показателями предела усталости, которая может возникать в гильзе и картере. Таким образом, выточки, имеющие один или более описанных далее конструктивных признаков, могут заданным образом обеспечить баланс между указанными конкурирующими характеристиками.
[0047] Первый вариант выточки 700 может иметь криволинейную поверхность 704, которая может быть симметрична относительно горизонтальной оси 706. В отличие от первого варианта, второй вариант выполнения выточки 702 имеет криволинейную поверхность 708, которая может быть асимметрична относительно горизонтальной оси 710. Радиус 712 кривизны для первого варианта выполнения выточки 700 может составлять приблизительно 2,5 мм. В одном практическом примере, радиус 714 кривизны выточки 702 второго варианта выполнения может составлять приблизительно 7 мм. В другом варианте применения на практике криволинейная поверхность в выточке может быть согласована с тепловым расширением и сжатием гильзы цилиндра, изображенной на фиг. 9, в процессе эксплуатации двигателя.
[0048] Второй вариант выполнения выточки 702, показанной на фиг. 10, может иметь осевую высоту 716, которая может быть меньше или равна 8 мм. Кроме того, радиальная длина 718 посадочной поверхности 626 может находиться в диапазоне от 110 мм до 120 мм. В частности, в одном примере радиальная длина 718 может составлять примерно 116 мм. Во втором варианте выполнения выточка 702 может иметь касательную поверхность 720, расположенную под углом 722. В одном примере угол 722 может составлять приблизительно 163°. Кроме того, на фиг. 10 показана вертикальная поверхность 724 картера, которая может быть смещена относительно радиуса кривизны выточки. Номером 726 позиции обозначена длина смещения. В одном конкретном варианте применения длина 726 смещения может составлять приблизительно 0,5 мм.
[0049] На фиг. 11 показан вид гильзы 600 цилиндра, при этом часть гильзы изображена в разрезе. На фиг. 11 показана канавка 612 под уплотнение 610, изображенное на фиг. 9. На фиг. 11 указан наружный диаметр 800 гильзы 600 цилиндра. В одном практическом варианте применения наружный диаметр 800 может составлять приблизительно 233 мм. На фиг. 11 показан внутренний диаметр 802 канавки 612. В одном варианте выполнения внутренний диаметр 802 может составлять приблизительно 224 мм. Профилирование гильзы цилиндра, выполненное таким образом, позволяет установить уплотнение в гильзе, а также обеспечить более равномерное распределение контактного давления в гильзе. Однако могут быть выполнены профили гильзы, в которых канавка под уплотнение может отсутствовать.
[0050] На фиг. 12 также изображена гильза 600 цилиндра, выполненная с канавкой 612. Поверхность 900 гильзы может быть расположена под углом 902, измеряемым от горизонтальной оси 904. Угол 902, изображенный на фиг. 12, показан в увеличенном виде, чтобы его можно было различить на чертеже. Таким образом, поверхность 900 отклонена от посадочной поверхности 626 картера, изображенного на фиг. 10. Угол 902 может составлять от 6 до 14 минут. В одном конкретном примере угол может составлять примерно 10 минут. Поверхность 900, имеющая указанный профиль, обеспечивает более равномерное распределение напряжения, повышая надежность и срок службы гильзы. На фиг. 12 изображена осевая высота 906 фланца 908 гильзы 600 цилиндра. В некоторых примерах осевая высота 906 может составлять более 20 мм (например, приблизительно 22 мм). Благодаря выполнению фланца гильзы высотой более 20 мм упрощается выполнение уплотнительной канавки 612 внутри гильзы.
[0051] На фиг. 13 показан еще один вид гильзы 600 цилиндра. Гильза 600 цилиндра может иметь выточку 1000, поверхность которой может быть подвержена дробеструйной обработке для увеличения сопротивления гильзы усталостным нагрузкам с увеличением, таким образом, надежности и срока службы гильзы. Дробеструйная обработка может представлять собой процесс обработки материала для получения слоя с остаточным напряжением, тем самым, изменяющего механические свойства материала. Например, в процессе дробеструйной обработки дробь может ударять по поверхности и создавать на поверхности вмятины.
[0052] Выточка 1000 может иметь нижнюю поверхность 1002, которая в проиллюстрированном варианте выполнения может быть изогнутой. Однако в других вариантах выполнения указанная поверхность может иметь плоский профиль. В некоторых случаях радиус 1004 кривизны поверхности 1002 может составлять приблизительно 5,5 мм, что может обеспечивать необходимый баланс между конструктивной целостностью гильзы и расположением каналов водяной рубашки. Однако в альтернативных вариантах выполнения могут быть использованы другие размеры выточки гильзы, которые могут обеспечивать другие заданные показатели конструктивной целостности гильзы и охлаждения посредством каналов водяной рубашки.
[0053] Кроме того, на фиг. 13 показан внутренний уступ 608 гильзы 600 цилиндра, профиль которого обеспечивает размещение маслосъемного кольца 606, изображенного на фиг. 9. Таким образом, высота внутреннего уступа 608 может быть больше или равна высоте маслосъемного кольца. При этом маслосъемное кольцо 606 может быть сопряжено с внутренним уступом 608 гильзы 600 цилиндра.
[0054] На фиг. 13 изображен верхний уступ 1008, выполненный в гильзе 600, при этом к указанному уступу примыкает выточка 1010. Прокладка 620, представленная на фиг. 9, может быть установлена на верхнем уступе 1008 при сборке двигателя. Таким образом, верхний уступ 1008 выполняет функцию удержания прокладки в радиальном направлении и может упрощать установку прокладки, обеспечивая визуальную отметку места ее установки. Выточка 1010, выполненная в гильзе, обеспечивает возможность упругого изгибания прокладки под нагрузкой. Следовательно, вероятность пластической деформации прокладки может быть уменьшена. Взаимодействие между прокладкой, верхним уступом и выточкой более подробно может быть описано в данном документе со ссылкой на фиг. 22-26.
[0055] На фиг. 14 показана гильза 600 цилиндра, имеющая скошенную поверхность 1100. В одном варианте применения на практике угол 1102 скошенной поверхности может составлять от 35° до 36°. Однако можно предусмотреть и другие углы скошенной поверхности, а также варианты выполнения, в которых в гильзе 600 цилиндра отсутствует скошенная поверхность 1100. Скошенная поверхность 1100 может быть согласована с тепловым расширением и сжатием гильзы во время работы двигателя и обеспечивать плавное сопряжение гильзы с картером в процессе установки.
[0056] Осевая ширина 1104 канавки 612 может быть проиллюстрирована на фиг. 14. В одном примере осевая ширина 1104 может составлять от 6 мм до 7 мм. Например, в одном варианте применения на практике осевая ширина 1104 может составлять приблизительно 6,5 мм. Диаметр уплотнения (например, уплотнительного кольца) 610, показанного на фиг. 9, может иметь подобный размер, обеспечивающий сжатие уплотнения, когда гильзу устанавливают в картере. Соответствие размеров канавки и уплотнения вышеуказанному диапазону позволяет с помощью указанного уплотнения обеспечивать заданную степень герметизации без чрезмерного ухудшения конструктивной целостности фланца гильзы.
[0057] На фиг. 15 изображена прокладка 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания. В частности, показаны внутренний диаметр 1200 и наружный диаметр 1202 прокладки 620. В одном примере внутренний диаметр 1200 может составлять от 194 мм до 198 мм, а наружный диаметр может составлять от 208 мм до 212 мм. В одном конкретном варианте применения на практике внутренний диаметр 1200 может составлять приблизительно 196,1 мм, а наружный диаметр может составлять приблизительно 210 мм. Кроме того, на фиг. 15 показана осевая толщина 1204 прокладки 620. В одном примере вертикальная толщина может составлять приблизительно 1,9 мм. Прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания, имеющая такой профиль, может обеспечивать заданный путь передачи нагрузки и функцию герметизации газообразных продуктов сгорания. Однако прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания может иметь альтернативный профиль в двигателях с альтернативным путем передачи нагрузки и другими заданными показателями уплотнения, которые могут быть выбраны с учетом ожидаемого давления в цилиндре, ожидаемых диапазонов рабочей температуры в головке цилиндра и картере, профиля головки цилиндра и картера и т.д.
[0058] На фиг. 16 изображена головка 500 цилиндра, имеющая выступ 1300. Выступ 1300 может представлять собой ступенчатую поверхность с наружной стенкой 1302, показанную на фиг. 17, проходящую между двумя поверхностями (например, поверхностями, выровненными в радиальном направлении) 1305, показанными на фиг. 17. Выступ помогает удерживать прокладку 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания, изображенную на фиг. 9, и когда прокладка расширяется, выступ может поддерживать прокладку по ее наружному диаметру. Таким образом, в одном примере осевая высота 1314 выступа, показанная на фиг. 17, может быть равна или немного меньше осевой высоты прокладки 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания, изображенной на фиг. 9, чтобы обеспечивать сжатие прокладки. Указанный выступ снижает вероятность повреждения (например, абразивного износа) огневой поверхности 1303 при изготовлении и транспортировке головки цилиндра. Например, выступ головки 500 цилиндра облегчает манипулирование головкой и снижает вероятность нежелательного контакта между огневой поверхностью 1303 и другими компонентами во время транспортировки и сборки двигателя.
[0059] Более того, на фиг. 16 показан диаметр 1304 наружной стенки 1302. На фиг. 16 показан диаметр 1306 поверхности 1308, ограничивающей внутреннюю сторону прокладки 618 для герметизации текучей среды, изображенной на фиг. 9. Диаметр 1304 может составлять приблизительно 212,5 мм, что позволяет позиционировать прокладку для герметизации газообразных продуктов сгорания по выступу, в местоположении, которое обеспечивает возможность расширения прокладки. Однако в альтернативных примерах выступ может иметь другой диаметр, выбираемый на основании таких факторов, как диаметр цилиндра, размер прокладки, ожидаемое давление в цилиндре и т.д. Диаметр 1306 может составлять приблизительно 233 мм, что может обеспечить желаемое расстояние между прокладками для герметизации газообразных продуктов сгорания и текучей среды. В альтернативных вариантах диаметр может иметь другое значение, выбираемое на основании вышеупомянутых факторов.
[0060] На фиг. 17 представлен детальный вид выступа, выполненного в головке 500 цилиндра. Кроме того, головка 500 цилиндра может иметь ступеньку 1310. Ступенька 1310 уменьшает мертвый объем в цилиндре. Результатом уменьшения мертвого объема цилиндра может быть увеличение КПД двигателя и сокращение вредных выбросов. Кроме того, для обеспечения желаемого уменьшения мертвого объема в цилиндре осевая высота 1312 ступеньки 1310 может составлять приблизительно 0,1 мм, хотя возможны и другие значения указанной высоты. Осевая высота 1314 выступа 1300 показана на фиг. 17. В одном примере для достижения вышеупомянутых характеристик манипулирования головкой цилиндра высота 1314 может составлять приблизительно 1,4 мм. Однако высота может варьироваться в зависимости от толщины прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, профиля картера, ожидаемого давления продуктов сгорания и т.д.
[0061] На фиг. 18 изображено маслосъемное кольцо 606, выполненное со скошенными поверхностями 607, расположенными на противоположных сторонах кольца. Выполнение маслосъемного кольца с двусторонним скошенным профилем снижает вероятность неправильной установки прокладки. Например, установка кольца в «перевернутом» положении может быть исключена благодаря симметричности прокладки относительно фасок. Осевая высота 1400 скошенных поверхностей 607 показана на фиг. 18. Осевая высота может составлять приблизительно 1,6 мм, а угол 1401 скошенных поверхностей может составлять примерно 45 градусов, чтобы обеспечивать сопряжение кольца в гильзе цилиндра и стыковку с головкой цилиндра. Однако высоту и угол скошенной поверхности можно регулировать в зависимости от геометрии гильзы цилиндра, геометрии головки цилиндра, ожидаемой нагрузки на маслосъемное кольцо и т.д. Осевая высота 1402 маслосъемного кольца 606 изображена на фиг. 18. Для достижения заданных параметров удаления масла, осевая высота 1402 может составлять приблизительно 24,3 мм. Однако высоту маслосъемного кольца можно регулировать в зависимости от таких факторов, как профиль гильзы цилиндра, ожидаемое давление в цилиндре, профиль головки цилиндра и т.д.
[0062] На фиг. 19 изображена прокладка 618 для герметизации текучей среды. Прокладка 618 может иметь отверстия 1500 для охлаждающей жидкости и отверстия 1502 для смазки. В одном примере прокладка 618 может дополнительно иметь отверстие 1503 для воздуха и аэрированной смазки. Проходящие по периферии отверстия 1500, 1502, 1503 для охлаждающей жидкости, смазки и/или воздуха и аэрированной смазки могут представлять собой одну или несколько эластомерных закраин 621, соединенных с основанием 1504. Основание 1504 может проходить по окружности вокруг отверстия 1505 цилиндра. Эластомерные закраины могут быть изготовлены из соответствующего материала и выбраны на основании параметров для конкретной области применения. Соответствующие материалы могут включать термореактивные или термопластичные полимеры. Соответствующие термопластичные материалы могут включать фторуглеродный полимер (FKM). Соответствующие термореактивные материалы могут включать вулканизированные материалы. Эластомерная закраина может быть незаполненной или заполненной. В случае заполнения закраины соответствующие наполнители могут включать стеклянные шарики или гранулы, металлические частицы или керамические частицы. Соответствующие металлы могут включать металлы, которые являются относительно мягкими и могут иметь коэффициент теплового расширения (СТЕ), соответствующий или дополняющий СТЕ герметизируемых компонентов двигателя.
[0063] На фиг. 20 изображена прокладка 618 для герметизации текучей среды в разрезе. Кроме того, на фиг. 20 показаны эластомерные закраины, отходящие от основания 1504. Если говорить более конкретно, эластомерные закраины включают две верхние закраины 1600, проходящие вертикально вверх от основания 1504, и две нижние закраины 1602, проходящие вертикально вниз от основания. В проиллюстрированном примере верхние и нижние закраины могут быть асимметричны относительно осей 1604, параллельных центральной оси цилиндра. При сборке такого профиля верхняя и нижняя закраины сжимаются и деформируются, создавая эффективное уплотнение для герметизации охлаждающей жидкости и смазки. Однако в других примерах по меньшей мере часть закраин может иметь симметричные профили. В некоторых примерах верхняя и нижняя закраины могут проходить по внутреннему краю 1606 основания 1504, обеспечивая более эффективное уплотнение.
[0064] На фиг. 21 изображен вид в аксонометрии головки 500 цилиндра и гильзы 600 цилиндра. На чертеже показаны клапаны 1700, проходящие через головку 500 цилиндра. На фиг. 21 изображена выемка 1702, окружающая гильзу 600 цилиндра по периферии. После сборки двигателя и в процессе его эксплуатации выемка 1702 служит границей канала для охлаждающей жидкости, обеспечивающего направление указанной жидкости вокруг цилиндра. На фиг. 21 показана плоскость разреза (линия 18-18) для видов, представленных на фиг. 22-26.
[0065] На фиг. 22 изображен вид в разрезе прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, расположенной между головкой цилиндра и гильзой цилиндра, а также отверстие цилиндра. На фиг. 23 изображает увеличенный вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания. Прокладка для герметизации газообразных продуктов сгорания имеет многоугольное поперечное сечение. В одном варианте выполнения прокладка может иметь прямоугольный профиль поперечного сечения, обеспечивая под нагрузкой возможность упругого отклонения прокладки в выточку.
[0066] На фиг. 24 представлен еще один увеличенный вид прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания. В системе двигателя может быть сформирован зазор 1800, расположенный между наружной радиальной стороной 1802 прокладки 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания и наружной стенкой выступа. Указанный зазор может обеспечивать расширение прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания в процессе эксплуатации двигателя. По меньшей мере частично, расширение может быть вызвано нагревом и может зависеть от СТЕ материала прокладки. СТЕ может быть задан путем выбора материала прокладки, материала наполнителя (при его наличии) и концентрации наполнителя (при его наличии).
[0067] На фиг. 25 изображена прокладка 620 для герметизации газообразных продуктов сгорания в ненагруженном состоянии, в то время как на фиг. 26 эта прокладка показана с упругим изгибом под действием нагрузки. При изгибании внутренняя радиальная сторона 2000 прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания перемещается книзу в осевом направлении, в выточку 1010. Данное изгибание прокладки позволяет уменьшить местное контактное давление в головке цилиндра около изгибаемого участка, с сохранением при этом заданного давления по всей радиальной ширине 2001 прокладки. Таким образом, во время изгибания прокладки участки верхней и нижней поверхностей 2004, 2006 остаются в контакте по общей поверхности с головкой цилиндра и картером, соответственно. Данное распределение сил показано стрелками 2002. Таким образом, изгибание книзу прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания сглаживает краевой эффект от контактного давления. Отклонение прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, возникающее под воздействием тепловой и механической нагрузки, может уменьшать или исключать вероятность пластической деформации и растрескивания указанной прокладки в результате пластической деформации. Один или более указанных эффектов могут зависеть от выбора материала прокладки. Деформированная форма прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания, показанная на фиг. 26, может обеспечивать точку противодействия внешней радиальной силе и, следовательно, уменьшать смещения прокладки в направлении радиально наружу. Таким образом, может быть ограничено перемещение наружной радиальной стороны 1802 по направлению к выступу. Следовательно, может быть увеличена надежность и долговечность прокладки для герметизации газообразных продуктов сгорания.
[0068] На фиг. 1-26 показаны типовые конфигурации взаимного расположения различных компонентов. По крайней мере в одном примере если элементы изображены в непосредственном контакте или непосредственной связи друг с другом, и такие элементы можно назвать, соответственно, непосредственно контактирующими или непосредственно связанными. Аналогичным образом, элементы, изображенные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть названы, соответственно, смежными или прилегающими друг к другу, по меньшей мере в одном примере. В качестве примера, компоненты, расположенные в контакте друг с другом по общей поверхности, могут называться контактирующими по общей поверхности. В качестве другого примера, элементы, расположенные на отдалении друг от друга, и между которыми имеется только промежуток и нет других компонентов, могут быть названы таковыми, по меньшей мере в одном примере. В качестве еще одного примера, элементы, изображенные выше/ниже друг относительно друга, по разные стороны друг от друга или слева/справа друг от друга, могут называться таковыми относительно друг друга. Более того, как изображено на чертежах, самый верхний элемент или его точка могут называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или его точка могут называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. Используемые в данном описании выражения «верх/низ, выше/ниже, над/под» могут относиться к вертикальной оси чертежей и использоваться для описания позиционирования элементов, изображенных на чертежах, относительно друг друга. Таким образом, в одном примере, элементы, показанные выше других элементов, расположены по вертикали над другими элементами. В качестве еще одного примера, элементы, имеющие формы, изображенные на чертежах, могут быть обозначены по названию указанных форм (например, как круглые, прямолинейные, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, угловые или тому подобные). Более того, элементы, изображенные пересекающимися друг с другом, могут быть названы пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, в одном примере, элемент, показанный внутри другого элемента или вне другого элемента, может быть назван таковым. Фиг. 1-26 изображены в приблизительном масштабе, хотя могут быть использованы и другие размеры или взаимные соотношения размеров. Однако, как было указано выше, угол 902, изображенный на фиг. 12, не соответствует масштабу. Используемое в данном описании выражение «приблизительно» подразумевает ±2%, если не указано иное.
[0069] В данном описании указание на единственное число элемента или этапа следует рассматривать как не исключающее использования множества указанных элементов или этапов, если данное исключение не указано конкретно. Более того, ссылки на выражение «один вариант выполнения» настоящей полезной модели не следует толковать как исключающие существования дополнительных вариантов выполнения, которые также содержат перечисленные признаки. Кроме того, если явно не указано иное, варианты выполнения, «содержащие», «включающие» или «имеющие» элемент или множество элементов, обладающих определенным свойством, могут содержать дополнительные элементы, не обладающие данным свойством. Выражения «включающий» и «в котором» используются в качестве простой замены соответствующих терминов «содержащий» и «где». Более того, выражения «первый», «второй», «третий» и т.д. используются исключительно в качестве отличия и не накладывают на относящиеся к ним объекты условий нумерации или конкретной позиционной очередности.
[0070] Для раскрытия полезной модели в настоящем описании приведены примеры, включающие наиболее предпочтительный вариант и позволяющие специалисту в данной области техники реализовать полезную модель на практике, включая изготовление и использование любых устройств или систем. Патентоспособный объем полезной модели определен формулой полезной модели и может включать другие примеры, которые возникнут у специалистов в данной области техники. Предполагается, что эти другие примеры не выходят за рамки объема формулы полезной модели, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от точной формулировки формулы полезной модели, или если они содержат эквивалентные конструктивные элементы, имеющие несущественные отличия от точных формулировок формулы полезной модели.