ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям головок блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) с жидкостным охлаждением.
Известна головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая полость для охлаждения жидкости образованную наружными боковыми стенками, наружными торцевыми стенками, верхней и нижней плитами; направляющие втулки и седла впускных и выпускных клапанов, впускные и выпускные каналы, соединяющие седла впускных и выпускных клапанов. (см. патент на полезную модель RU №100561, дата публикации от 20.12. 2010 г. МПК F02F 1/24 (2006.01).
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность конструкции из-за малоэффективных аэродинамических и термодинамических характеристик выпускных и впускных каналов, уменьшающих наполнение цилиндров и вызывающие повышенное коробление привалочной плоскости.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая полость для охлаждающей жидкости, образованную наружными боковыми стенками, наружными торцевыми стенками, верхней и нижней плитами; направляющие втулки и седла впускных и выпускных клапанов, впускные и выпускные каналы, соединяющие седла впускных и выпускных клапанов с общей для впускных и выпускных каналов привалочной плоскостью, на которую выходят отверстия впускных и выпускных каналов, причем разница площадей выпускных каналов и впускных каналов составляет 7%. (см. чертеж 21-1003015-6 лист 24, 25 Альбома чертежей «Двигатель автомобиля «Волга» (модели ЗМ3-21А), ГОСИНТИ, Москва 1964).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, является недостаточное поперечное сечение впускных каналов и недостаточное уменьшение площади выпускных каналов по отношению к впускным, что ведет к повышенному подогреву свежей смеси на впуске и неэффективному газообмену.
Сущность полезной модели заключается в обеспечении оптимизации рабочего процесса и повышении надежности уплотнений за счет оптимального сечения впускных и выпускных каналов и соотношения их площадей, а также уменьшении тепловых деформаций привалочной плоскости.
Технический результат от применения указанной полезной модели заключается в получении высокоэффективного газообмена, обусловленного оптимальным соотношением наполнения и очистки цилиндров, рациональным сочетанием подогрева впускной системы и теплоотдачи выпускной системы, обеспечивающим допустимые термодинамические деформации привалочной плоскости головки цилиндров для надежного сохранения герметичности уплотнений впускной и выпускной систем.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в головке блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащей полость для охлаждения жидкости, образованную наружными боковыми стенками, наружными торцевыми стенками, верхней и нижней плитами; направляющие втулки и седла впускных и выпускных клапанов, впускные и выпускные каналы, соединяющие седла впускных и выпускных клапанов с общей для впускных и выпускных каналов привалочной плоскостью, на которую выходят отверстия впускных и выпускных каналов, особенностью является то, что для эффективного газообмена, включающего наполнение и очистку цилиндров, площадь поперечного сечения впускных каналов по плоскости прилегания должна составлять 0,16-0,22, а выпускных каналов 0,12-0,19 от площади поперечного сечения цилиндра, при этом площадь выпускных каналов должна быть меньше площади впускных каналов на 18-37%.
Выполнение головки блока цилиндров ДВС описанной выше конструкции с использованием всех предложенных существенных признаков позволяет получить оптимальную и надежную конструкцию двигателей внутреннего сгорания.
Заявляемое техническое решение подтверждается чертежами.
На фиг.1 - вид головки цилиндров сзади;
На фиг.2 - вид головки цилиндров слева;
На фиг.3 - вид головки цилиндров справа на привалочную плоскость.
Головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая полость (1) для охлаждения жидкости, образованную наружными боковыми стенками (2 и 3), наружными торцевыми стенками (4 и 5), верхней и нижней плитами(6 и 7); направляющие втулки (8) и седла впускных (9) и выпускных клапанов (10), впускные (11) и выпускные каналы (12), соединяющие седла впускных и выпускных клапанов с общей для впускных и выпускных каналов привалочной плоскостью (13), на которую выходят отверстия впускных (14) и выпускных каналов (15), особенностью является то, что для эффективного газообмена, включающего наполнение и очистку цилиндров, площадь поперечного сечения впускных каналов (14) по плоскости прилегания должна составлять 0,16 – 0,22, а выпускных каналов (15) 0,12 – 0,19 от площади поперечного сечения цилиндра, при этом площадь выпускных каналов (15) должна быть меньше площади впускных каналов (14) на 18-37%.
Головка блока цилиндров ДВС работает следующим образом. На такте впуска воздух засасывается в цилиндр поршнем через отверстие впускного канала, где смешивается с подаваемым форсункой топливом и поступает в цилиндр. После осуществления сжатия и рабочего хода горячие отработавшие газы выходят с большой скоростью через отверстие выпускного клапана и далее в выпускной коллектор. Нагревая при этом стенки выпускного коллектора и привалочную плоскость. Нагрев привалочной плоскости вызывает ее термодинамические деформации, а нагрев выпускной трубы приводит к нагреву свежего воздуха внутри впускной трубы, уменьшению его плотности при нагреве и уменьшению наполнения цилиндра свежей рабочей смесью, что уменьшает мощность, ухудшает сгорание смеси и в конечном итоге приводит к потере мощности и росту токсичности отработанных газов, что нежелательно.
Для уменьшения нагрева деталей впускной системы и привалочной плоскости необходимо уменьшить относительную площадь высоконагретых поверхностей, для чего плоскость выпускного отверстия следует делать, как показывают расчеты и подтверждено практикой, меньше на 18-37% площади впускного отверстия, при этом для оптимального газообмена площадь впускных отверстий по привалочной плоскости должна составлять 0,16-0,22 от площади поперечного сечения цилиндра, а выпускных – 0,12-0,19 от площади поперечного сечения цилиндра.
Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что конструкция головки блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением с рекомендованными размерами площадей впускных и выпускных каналов обеспечивает оптимальные газодинамические и термодинамические характеристики ДВС с сохранением надежного уплотнения стыков по привалочной плоскости на всех режимах работы в течение установленного ресурса с обеспечением современных экологических и экономических характеристик.