ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к головкам цилиндров двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.
Известна головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая полость для охлаждающей жидкости, образованную наружными стенками, днищем и верхней полкой головки блока цилиндров, через которую проходят впускные и выпускные газовые каналы, колодцы для топливных форсунок, свечей накаливания и болтов крепления головки к блоку, которая имеет продольный канал, разделенный при помощи поперечных стенок. На внутренней продольной стенке, над впускными каналами и под ними, имеются сквозные отверстия: нижнее отверстие для подачи охлаждающей жидкости в зону седел клапанов, верхнее - в зону клапанных направляющих и отверстия для перепуска охлаждающей жидкости (см. патент DE 19802060 от 21.01.98 г., МПК F02F 1/36).
Недостатком указанной конструкции является то, что для создания эффективной циркуляции охлаждающей жидкости требуется дополнительный коллектор для сбора и отвода жидкости от сегментов головки, что усложняет конструкцию.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая полость для охлаждающей жидкости, образованную наружными боковыми стенками, огневым днищем, наружной торцевой стенкой и верхней полкой, впускной газовый канал, боковые стенки которого плоские, без закруглений и выпускной газовый канал, колодец для топливной форсунки и бобышки со сквозными отверстиями под болты крепления головки к блоку, ребра жесткости, соединяющие крепежные бобышки, седла клапанов, запрессованные в огневое днище, направляющую втулку впускного клапана и направляющую втулку выпускного клапана частично расположенную в бобышке выпускного канала с зазором и с выступающим в канал нижним поясом (см. «Автомобили КамАЗ, Руководство по эксплуатации» Москва, «Машиностроение» 1987, рис.43, 49).
К недостаткам известного технического решения следует отнести малоэффективные аэродинамические характеристики впускного и выпускного каналов, недостаточную жесткость конструкции, не позволяющую равномерно распределить давление на кольцо газового стыка, а также недостаточную долговечность из-за высокой температуры направляющих втулок выпускного клапана и ненадежной заделки седел клапанов.
Была поставлена задача, создать конструкцию головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания повышенной жесткости, с улучшенными аэродинамическими характеристиками впускного и выпускного каналов, а также повысить долговечность и надежность конструкции.
Поставленная задача решается за счет того, что по варианту 1 в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащей полость для охлаждающей жидкости, образованную наружными боковыми стенками, огневым днищем, наружной торцевой стенкой и верхней полкой, впускные и выпускные газовые каналы, колодец для топливной форсунки, направляющую втулку впускного клапана, направляющую втулку выпускного клапана, частично расположенную в бобышке выпускного канала с зазором и с выступающим в канал нижним поясом, огневое днище с седлами впускных и выпускных клапанов, бобышки со сквозными отверстиями под болты крепления головки к блоку, ребра жесткости, соединяющие крепежные бобышки, масляный канал, боковая стенка впускного канала перед седлом клапана имеет закругленный участок, а выпускной канал имеет диффузорно - конфузорный участок, седла впускных и выпускных клапанов выполнены со ступенькой, имеющей фиксирующую острую кромку и запрессованы в огневое днище с высоким натягом, кроме того, введены дополнительные ребра от крепежных бобышек, поддерживающие огневое днище.
По варианту 2 дополнительно наружная торцевая стенка полости для охлаждающей жидкости выполнена с радиусным обводом.
По варианту 3 в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащей полость для охлаждающей жидкости, образованную наружными боковыми стенками, огневым днищем, наружной торцевой стенкой и верхней полкой, впускные и выпускные газовые каналы, колодец для топливной форсунки, направляющую втулку впускного клапана, направляющую втулку выпускного клапана, входящую в бобышку выпускного канала, огневое днище с седлами впускных и выпускных клапанов, бобышки со сквозными отверстиями под болты крепления головки к блоку, ребра жесткости, соединяющие крепежные бобышки, масляный канал, боковая стенка впускного канала перед седлом клапана имеет закругленный участок, а выпускной канал имеет диффузорно - конфузорный участок, бобышка выпускного канала выполнена удлиненной, полностью закрывающей нижний пояс направляющей втулки выпускного клапана, седла впускных и выпускных клапанов выполнены со ступенькой, имеющей фиксирующую острую кромку и запрессованы в огневое днище с высоким натягом, кроме того, введены дополнительные ребра от крепежных бобышек, поддерживающие огневое днище.
По варианту 4 дополнительно наружная торцевая стенка полости для охлаждающей жидкости выполнена с радиусным обводом.
По всем вариантам 1-4 диффузорно - конфузорный участок выпускного канала выполнен с минимальным сечением 1100 кв. мм, толщина ребер жесткости, соединяющих крепежные бобышки, составляет 10 мм, а закругленный участок впускного канала имеет радиус R=40 мм.
Выполнение боковой стенки впускного канала перед седлом клапана с закругленным участком, обеспечивающим закрутку и вращательное движение воздуха в цилиндре, а выпускного канала - с диффузорно-конфузорным участком, обеспечивающим эффект разряжения, улучшающий продувку цилиндра, позволило улучшить аэродинамические характеристики указанных каналов.
Выполнение седел впускных и выпускных клапанов со ступенькой, имеющей фиксирующую острую кромку и запрессовка седел клапанов в огневое днище с высоким натягом обеспечили фиксацию седел от выпадения и надежность их посадки.
Дополнительные ребра от крепежных бобышек поддерживают огневое днище, обеспечивая требуемую жесткость конструкции, позволяющую равномерно распределить давление на кольцо газового стыка.
По вариантам 3 и 4 выполнение бобышки удлиненной, полностью закрывающей нижний пояс направляющей втулки выпускного клапана, позволило полностью изолировать направляющую втулку выпускного клапана в зоне обтекания отработавшими газами.
По вариантам 2 и 4 выполнение наружной торцевой стенки полости для охлаждающей жидкости с радиусным обводом, позволило организовать отраженный поток охлаждающей жидкости из канала для подвода охлаждающей жидкости на колодец для топливной форсунки и повысить эффективность его охлаждения.
Такая совокупность существенных признаков, позволила создать конструкцию головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания повышенной жесткости, с улучшенными аэродинамическими характеристиками впускного и выпускного каналов, а также повысить долговечность и надежность конструкции.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где изображены:
фиг.1 - головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания, общий вид сверху на внутреннюю полость головки цилиндра;
фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.3 - выноска Г на фиг.2;
фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1, варианты 3 и 4;
фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1, варианты 1 и 2;
фиг.6 - вид по стрелке В на фиг.4, варианты 1 и 3;
фиг.7 - вид по стрелке В на фиг.4, варианты 2 и 4.
Головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания содержит полость 1 для охлаждающей жидкости, образованную наружными боковыми стенками 2, огневым днищем 3, верхней полкой 4 и наружной торцевой стенкой 5, впускной газовый канал 6 и выпускной газовый канал 7, колодец 8 для топливной форсунки, бобышки 9, имеющие сквозные отверстия для болтов крепления головки цилиндра к блоку, масляный канал 10.
Боковая стенка впускного канала 6 перед седлом клапана имеет участок 11, закругленный радиусом R=40 мм, а выпускной канал 7 имеет диффузорно-конфузорный участок 12 с минимальным сечением равным 1100 кв. мм. Выпускной канал 7 выполнен с направленной внутрь канала бобышкой 13.
В огневом днище 3 запрессованы с высоким натягом седла 14 и 15 соответственно впускных и выпускных клапанов. Седла 14 и 15 выполнены со ступенькой, имеющей острую кромку 16 в конце цилиндрической посадочной поверхности, обеспечивающую фиксацию седел 14 и 15 от выпадения.
В головке цилиндра запрессованы направляющие втулки 17 и 18 впускных и выпускных клапанов соответственно. По первому и второму вариантам направляющая втулка 18 частично расположена в бобышке 13 выпускного канала 7 с зазором и ее нижний пояс выступает в канал 7. По третьему и четвертому вариантам направляющая втулка 18 входит в бобышку 13 выпускного канала 7, которая выполнена удлиненной и полностью закрывает нижний пояс направляющей втулки, при этом обеспечивается полная изоляция втулки 18 от температурного воздействия отработавших газов.
Крепежные бобышки 9 соединены ребрами жесткости 19, толщина которых составляет 10 мм, кроме того, введены дополнительные ребра 20 от крепежных бобышек 9, обеспечивающие дополнительную жесткость огневого днища 3.
На огневом днище 3 выполнены отверстия 21 и 22 для подвода и канал 23 для отвода охлаждающей жидкости.
По второму и четвертому вариантам торцевая наружная стенка 5 полости 1 для охлаждающей жидкости выполнена с радиусным обводом 24.
Работа головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
Воздух, подаваемый через впускной канал 6, получает дополнительную закрутку, проходя через закругленный участок 11 и вращательное движение в цилиндре, а отработавшие газы, проходя через выпускной канал 7, обтекают направляющую втулку 18, изолированную от отработавших газов бобышкой 13, при этом диффузорно - конфузорный участок 12 обеспечивает эффект разрежения, что улучшает продувку цилиндра.
Охлаждающая жидкость подается в полость 1 через отверстия подвода 21 и 22 и, пройдя через головку цилиндра, сливается через канал 23 отвода охлаждающей жидкости, что обеспечивает эффективное охлаждение огневого днища 3, седел 14 и 15, направляющих втулок 17 и 18 и колодца 8 для топливной форсунки.
Заявляемое техническое решение имеет долговечную и надежную конструкцию повышенной жесткости и с улучшенными аэродинамическими характеристиками впускного и выпускного каналов
Заявляемое техническое решение соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением ранее освоенных технологий.