ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к головкам цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением.
В высокофорсированных дизельных ДВС, характеризующихся высокой тепловой напряженностью деталей цилиндропоршневой группы используются различные конструктивные решения для равномерного и эффективного охлаждения головки цилиндра (ГЦ).
Известна ГЦ форсированного ДВС фирмы Deutz (Патент ФРГ №2514044, F01F 1/36, опубл. 1983 г.), которая имеет нижнее и верхнее днища, между которыми выполнена коническая перегородка, соединенная с наружной стенкой. Охлаждение нижнего днища осуществлено двумя потоками жидкости, один из которых омывает периферийную часть днища снаружи перегородки, а другой, через изогнутую трубку направлен к центральной части днища и отводится через отверстие в конической перегородке.
Наличие конической перегородки, а именно, резкие переходы сечения приводит к наличию застойных зон в водяной полости вокруг стакана форсунки, снижая эффективность охлаждения ГЦ.
Наиболее близкой по существенным признакам и взятой в качестве прототипа, является ГЦ дизеля ЧН28/29 с жидкостным охлаждением. (Стефановский Б.С. Теплонапряженность деталей быстроходных поршневых двигателей. Машиностроение, М., 1978 г. стр. 107 рис. 74), содержащая полость охлаждения, образованную нижним и верхним днищами соединенными наружными стенками, гнездами клапанов и стаканом форсунки, разделенная на верхнюю и нижнюю полости перегородкой, выполненной параллельно верхнему и нижнему днищам и соединенной со стенками впускных и выпускных каналов и наружными стенками ГЦ. В центральной части перегородки, вокруг стакана форсунки выполнен кольцевой бурт с отверстиями для прохода воды. Подвод воды к центральной части указанной ГЦ выполнен радиальными сверлениями между каналами впуска и выпуска.
Недостатками указанной конструкции является наличие кольцевого бурта с отверстиями в центральной части перегородки, который затрудняет проход охлаждающей жидкости из нижней полости ГЦ и разомкнутая конструкция корпуса стакана форсунки, не являющаяся элементом увеличивающим прочность нижнего днища. При работе высокофорсированного теплонапряженного ДВС такая конструкция допускает образование застойных зон в нижней водяной полости, что приводит к закипанию охлаждающей жидкости и к перегреву ГЦ, снижает надежность головки цилиндра и не обеспечивает высокого ресурса двигателя.
Целью полезной модели является повышение надежности головки цилиндра теплонапряженного дизеля путем ее оптимального охлаждения и увеличения прочности.
Указанная цель достигается тем, что в головке цилиндра теплонапряженного дизеля содержащей полость охлаждения, образованную нижним и верхним днищами, соединенными наружными стенками, гнездами клапанов газораспределения и стаканом форсунки, разделенную на две части горизонтальной перегородкой, выполненной параллельно нижнему и верхнему днищам и соединенную со стенками впускных и выпускных каналов и наружными стенками головки цилиндра, авторы предлагают: горизонтальную перегородку выполнить с плавным переходом водяной полости вдоль линии тока охлаждающей жидкости у поверхности нижнего днища, при этом отверстия для подвода охлаждающей жидкости выполнить в нижней части ГЦ, отверстие для отвода охлаждающей жидкости выполнить в наружной стенке верхней части ГЦ.
Авторы предлагают: корпус стакана форсунки выполнить с боковыми стенками цельной конструкции.
Техническое решение по выполнению ГЦ с горизонтальной перегородкой без кольцевого бурта и с отверстиями для подвода и отвода охлаждающей жидкости - обеспечивает оптимальное и эффективное охлаждение ГЦ, за счет беспрепятственного подведения охлаждающей жидкости в зону максимально высоких температур и ее отведения через отверстие в верхней полости ГЦ, без образования застойных зон, ухудшающих теплообмен и приводящих к перегреву ГЦ. Выполнение корпуса стакана форсунки с боковыми стенками цельной конструкции включает его в состав элементов силового каркаса ГЦ, увеличивает прочность нижнего днища и всей ГЦ
При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не было обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
Промышленная применимость видна из описания.
На фиг. 1 - показан разрез вдоль ГЦ теплонапряженного дизеля, а так же показано движение потока охлаждающей жидкости вдоль поверхности нижнего днища и верхнего днища.
На фиг. 2 - показан разрез по стакану форсунки поперек ГЦ.
На фиг. 3 - показаны входное и выходное отверстие ГЦ для организации потока охлаждающей жидкости.
Головка цилиндра теплонапряженного дизеля содержит полость охлаждения 1, образованную нижним 2 и верхним 3 днищами, соединенными наружными стенками 4, гнездами клапанов 5 газораспределения и стаканом форсунки 6, разделенной горизонтальной перегородкой 7 на нижнюю 8 и верхнюю 9 части. Охлаждающая жидкость подводится к головке через отверстия 10, выполненные со стороны нижней 8 части полости охлаждения ГЦ. Отвод охлаждающей жидкости происходит через отверстие 11 в верхней части ГЦ.
Работа ГЦ осуществляется следующим способом.
Охлаждающая жидкость поступает из водяной полости блок - картера двигателя (на фиг. не показан) через отверстие 10 в нижнюю часть 8 полости охлаждения 1 головки цилиндра и сначала охлаждает нижнее днище 2, подверженное максимальному воздействию термических нагрузок, возникающих в процессе сгорания топливной смеси в цилиндре, затем - зону гнезд клапанов 5 и зону стакана форсунки 6, после чего, между перегородкой 7 и наружной стенкой 4, переходит в верхнюю 9, менее нагретую часть полости охлаждения 1 головки цилиндра и выходит из ГЦ через отверстие 11.
Одновременно, давление газов в цилиндрах двигателя (на фиг. не показан) воспринимается нижним днищем 2 и через корпус стакана форсунки 6, имеющий боковые стенки цельной конструкции, разделительную горизонтальную перегородку 7 и соединительные наружные стенки 4 головки, стенки каналов впускных и выпускных клапанов 5, через верхнее днище 3 передается на элементы крепления ГЦ (на фиг. не показаны).
Организация потоков охлаждающей жидкости с равномерным распределением по периметру головки цилиндра и выполнение силовой схемы предложенным образом, позволяет существенно уменьшить термические и механические напряжения в центральной части нижнего днища, более равномерно распределить нагрузку между элементами силового каркаса и значительно повысить надежность всей головки цилиндра.