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 блоков 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. 2010г. МПК F02F 1/24 (2006.01).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в данной конструкции имеются малоэффективные аэродинамические и термодинамические характеристики выпускных и впускных каналов, уменьшающие 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, при этом ось центров площадей данных впускных и выпускных отверстий равноудалены от плоскости прилегания головки цилиндров к блоку на 0.45-0.47 диаметра цилиндра (см. чертеж 21-1003015-6 лист 24, 25 Альбома чертежей «Двигатель автомобиля «Волга» (модели ЗМЗ-21А), ГОСИНТИ, Москва 1964).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата является расположение осей площадей впускных и выпускных каналов в одной плоскости, что ведет к снижению прочности привалочной плоскости головки цилиндров, а также увеличению её термодинамических деформаций. Нагрев близко расположенных впускных труб от впускного коллектора ведет к подогреву рабочей смеси на впуске и уменьшению качества рабочего процесса.
Сущность полезной модели заключается в обеспечении оптимизации рабочего процесса и повышении надежности уплотнений за счет оптимального взаимного расположения впускных и выпускных каналов, а также уменьшении тепловых деформаций привалочной плоскости.
Технический результат - высокоэффективный газообмен, обусловленный оптимальным соотношением наполнения и очистки цилиндров, рационального сочетания подогрева впускной системы и теплоотдачи выпускной системы, обеспечивающей 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 по привалочной плоскости ось центров площадей выпускных каналов отстоит от плоскости прилегания головки цилиндров к блоку цилиндров на 0.36 - 0.50 диаметра цилиндра, а ось центров площадей впускных каналов удалена от оси центров площадей выпускных каналов на 0.11 - 0.17 диаметра цилиндра в том же направлении.
Заявляемое техническое решение подтверждается чертежами:
на фиг. 1 - вид головки цилиндров сзади;
на фиг. 2 - вид головки цилиндров слева с выполненным разрезом по впускному и выпускному клапану и каналам;
на фиг. 3 - вид головки цилиндров справа на привалочную плоскость со стороны бобышек с резьбовыми отверстиями для крепления впускного/выпускного коллектора.
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 6 и нижней 7 плитами; направляющие втулки 8 и седла впускных 9 и выпускных клапанов 10, впускные 11 и выпускные 12 каналы, соединяющие седла впускных 9 и выпускных 10 клапанов с общей для впускных 11 и выпускных 12 каналов привалочной плоскостью 13, на которую выходят отверстия впускных и выпускных каналов, особенностью является то, что по привалочной плоскости 13 ось центров площадей выпускных каналов 15 стоит от плоскости прилегания головки цилиндров к блоку цилиндров на 0.36 - 0.50 диаметра цилиндра, а ось центров площадей впускных каналов 14 удалена от оси центров площадей выпускных каналов 15 на 0.11 - 0.17 диаметра цилиндра в том же направлении.
Работа головки цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением осуществляется следующим образом. На такте впуска воздух засасывается в цилиндр поршнем через отверстие впускного канала, где смешивается с подаваемым форсункой топливом и поступает цилиндр. После осуществления сжатия и рабочего хода горячие отработавшие газы выходят с большой скоростью через отверстие выпускного канала 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 деформации деталей впускной системы и привалочной плоскости необходимо разместить наиболее нагреваемые участки - впускные каналы ближе к блоку цилиндров, к которому головка блока цилиндров надежно и жестко прикреплена и деформируется совместно с блоком цилиндров. При этом ось впускных каналов для увеличения перемычек между впускными и выпускными каналами желательно сместить дальше от блока цилиндров - это увеличивает и общую жесткость системы, и уменьшает термоциклические колебания размеров плоскости прилегания, и уменьшает нагрев впускной системы и находящегося внутри неё свежего всасываемого в цилиндр заряда рабочей смеси. Но увеличение перемычек смещением оси впускных каналов ведёт и увеличение габаритов, массы двигателя, что нежелательно.
Расчетным и экспериментальным путем установлен указанный в полезной модели оптимум взаимного расположения осей впускных и выпускных отверстий, который обеспечивает достаточную на весь период эксплуатации двигателя надежность уплотнений стыков впускных и выпускных труб по привалочной плоскости, отсутствие термоциклических трещин на головке цилиндров и присоединённых к ней деталей, а также высокоэффективный рабочий процесс.
Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что конструкция головки блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением с рекомендованным расположением площадей впускных и выпускных каналов, где ось центров площадей выпускных каналов отстоит от плоскости прилегания головки цилиндров к блоку цилиндров на 0.36 - 0.50 диаметра цилиндра, а ось центров площадей впускных каналов удалена от оси центров площадей выпускных каналов на 0.11 - 0.17 диаметра цилиндра в том же направлении, 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.