ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям головок блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) с жидкостным охлаждением.
Известна головка блока цилиндров ДВС, содержащая полость для охлаждающей жидкости, образованную боковыми наружными стенками, днищем и крышкой головки цилиндров. Через полость проходят впускные и выпускные газовые каналы, колодцы для топливных форсунок и свечей накаливания и колодцы под болты крепления головки к блоку, которые расположены по периметру камеры сгорания, примыкают к боковым наружным стенкам и имеют ребра, обращенные внутрь полости охлаждающей жидкости. В полости охлаждающей жидкости от днища к крышке предусмотрены дополнительные колонны с усиливающими ребрами, кроме того, в головке выполнены дополнительные ребра и дросселирующие выемки (см. патент РФ 2283438, МПК F02F 1/36, опубл. 10.09.2006).
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность конструкции из-за неравномерного охлаждения головки блока цилиндров в отдельных цилиндрах и возникающих внутренних температурных напряжений и деформаций.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, колодцы для топливных форсунок и колодцы под болты крепления головки к блоку цилиндров в количестве четырех штук расположенные равномерно по периметру газового стыка каждого цилиндра блока и отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости, выполненные соответственно в нижнем днище и боковых стенках. (См. патент РФ №112949 МПК F02F 1/36 опубл. 27.01.2012).
Недостатком предлагаемого технического решения является равномерность расположения колодцев под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, что приводит к необходимости увеличения высоты головки блока цилиндров для обеспечения ее необходимой жесткости, а также выполнение дополнительных ребер внутри полости жидкостного охлаждения в наиболее теплонапряженном месте - вокруг выпускного канала. Все это приводит к увеличению веса, габаритов и стоимости головки, что является ее недостатком.
Сущность полезной модели заключается в рациональном распределении колодцев под болты крепления головки блока цилиндров ДВС к блоку и обеспечения при этом минимальных высоты головки, ее веса и простоты изготовления.
Технический результат от применения указанной полезной модели заключается в повышении надежности газового стыка и уплотнения технологических жидкостей при сохранении минимальных размеров головки блока цилиндров по высоте.
Указанный технический результат достигается тем, головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости, выполненные в верхней плите и днище, отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными и выпускными каналами, отверстия под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, отличающаяся тем, что отверстия для крепления головки блока цилиндров, расположены вокруг камеры сгорания каждого цилиндра неравномерно, при этом расстояние между осями крепежных элементов, между которыми проходит выпускной канал, составляет 0.6-0.85 от расстояния между осями остальных отверстий для крепежных элементов головки к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой.
Выполнение головки блока цилиндров ДВС описанной выше конструкции с использованием всех предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить оптимальную по массогабаритным показателям, простую и надежную конструкцию двигателей внутреннего сгорания.
Заявляемое техническое решение подтверждается чертежами.
На фиг. 1 - вид головки цилиндров сверху
На фиг. 2 - вид головки цилиндров снизу
Головка блока цилиндров ДВС, содержащая верхнюю плиту 2 и днище 3, соединенные боковыми стенками 4, полость для охлаждающей жидкости 5, выполненные в верхней плите и днище отверстия под установку впускных и выпускных клапанов, соединенные с впускными 6 и выпускными каналами 7, отверстия 1 под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, которые расположены вокруг камеры сгорания каждого цилиндра газового стыка неравномерно, при этом расстояние L между осями крепежных элементов между которыми проходит выпускной канал 7, составляет 0.6-0.85 от расстояния между осями остальных отверстий для крепежных элементов головки 1 к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой.
Головка блока цилиндров ДВС работает следующим образом. При рабочем такте давление в цилиндрах повышается, достигая 50-60 бар. Давление газов действует на поверхность головки цилиндров, ограниченную уплотнительным периметром прокладки (она немного превышает диаметр цилиндра для исключения контакта с поршнем), и деформирует головку цилиндров. Деформация головки цилиндров ограничена сжимаемостью и восстанавливаемостью материала прокладки и определяет надежность работы газового стыка и всего ДВС, это один из наиболее ответственных узлов двигателя.
Деформация зависит от трех факторов - пролета балки (расстояние между точками крепежами), строительной высоты балки (общая высота головки между точками крепления) и модулем упругости материала. И определяется формулой (формула 10.63 стр. 271 Сопротивление материалов, авторы Г.С. Писаренко, В.А. Агаров, А.Л. Квитка, В.Г. Попков, Э.С. Усманский. Издательское объединение «Вища школа», Головное издательство, Киев, 1973).
,
где f - величина прогиба
q - распределенная нагрузка на пролет между осями крепежных отверстий
I - момент инерции сечения детали
Е - модуль упругости материала, в данном случае алюминиевого сплава.
А так как в месте прохода выпускного канала и головка цилиндров, и блок цилиндров, и прокладка - нагреваются сильнее, то при прочих равных условиях это место будет испытывать большие деформации, т.к. материал при нагревании снижает модуль упругости Е.
Для алюминиевых сплавов это снижение может достигать 10-20% в зависимости от состава и литейного качества сплава. Кроме того, более нагретая часть детали испытывает местные расширения, что ведет к короблению конструкции. И в довершении всего - к этому же месту крепится массивный чугунный выпускной коллектор с навешенной на него выпускной системой, что дополнительно деформирует стык.
В результате, на основе расчетов и практики было установлено, что уменьшение размера между осями отверстий крепления головки блока цилиндров к блоку до 0.6-0.85 от расстояния между остальными отверстиями крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, которые являются соседними между собой, позволяет выполнить газовый стык оптимальным без увеличения высоты головки блока цилиндров и обеспечить его надежность на весь ресурс двигателя.