Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к поршневым ДВС, а именно к конструкции цилиндропоршневой группы ДВС с жидкостным охлаждением . Цель изобретения - повышение надежности путем стабилизации геометрической формы цилиндров при воздействии термических и механических нагрузок. Двигатель имеет блок цилиндров, состоящий из тонкостенных цилиндров 1,выполненных заодно с верхней плитой 4 рубашки охлаждения 2 и верхней плитой 5 картера 3. По наружной поверхности цилиндров 1 выполнены продольные усилительные элементы 6, расположенные в зонах соединения ребер поршневых бобышек с юбкой поршня 7. 2 ил.

(19) (1!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! д (21) 4827578/06 (22) 12.03.90 (46) 15.04.92. Бюл. hh 14 (71) Заволжский моторный завод им. 50-летия СССР (72) М.А. Миронычев (53) 621.443 (088.8) (56) Патент ФРГ М 2438762, кл. F 02 F 1/10, опублик. 1976. (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к поршневым

ДВС, а именно к конструкции цилиндропоршневой группы ДВС с жидкостным охлаждением. Цель изобретения — повышение надежности путем стабилизации геометрической формы цилиндров при воздействии термических и механических нагрузок. Двигатель имеет блок цилиндров, состоящий из тонкостенных цилиндров 1, выполненных заодно с верхней плитой 4 рубашки охлаждения 2 и верхней плитой 5 картера 3. По наружной поверхности цилиндров 1 выполнены продольные усилительные элементы 6, расположенные в зонах соединения ребер поршневых бобышек с юбкой поршня 7.

2 ил.

1726825

40

55

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением, а именно к конструкции цилиндропоршневой группы ДВС.

Известны ДВС, в которых применяются блоки цилиндров, изготовленные заодно с картерной частью двигателя, так называемые моноблоки.

Во всех известных конструкциях моноблоков цилиндры выполняются в виде тонкостенного цилиндрического стакана с равной толщиной стенок по окружности цилиндра. Такая конструкция цилиндров хорошо работает на восприятие нагрузок от давления газов и на восприятие термических нагрузок, имеющих место при работе

ДВС. Однако в период работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом при движении поршня появляется боковая сила, вызванная наклоном шатуна. Эта сила создает изгибающую нагрузку на цилиндр. От этой нагрузки цилиндр искривляется, что ведет к увеличению трения между цилиндром и поршнем, цилиндром и поршневыми кольцами, повышенному износу этих пар трения и ухудшению показателей работы

ДВС: снижению мощности из-за увеличения трения в цилиндропоршневой группе, увеличению расхода масла и токсичности выхлопных газов в связи с большим прорывом масла в камеру сгорания из-за увеличения износа пары цилиндр — поршневые кольца и в связи с большим прорывом газов в картер ДВС и, следовательно, большим уносом масла с системой вентиляции картера. Кроме того, в двигателях с жидкостным охлаждением на наружной поверхности цилиндров (или гильз цилиндров), находящейся в контакте с охлаждающей жидкостью, часто возникает коррозия, одной из причин которой является кавитация, вызываемая колебаниями стенок цилиндров (или гильз цилиндров). Чтобы уменьшить колебания и деформацию стенок цилиндров, увеличивают их толщину, что действительно повышает жесткость цилиндров и сопротивление колебаниям и деформации от боковых сил, но в то же время увеличивает расход металла, но главное — ухудшает теплообмен через стенку цилиндра, что приводит к ухудшению теплового режима работы цилиндропоршневой группы и в результате опять же к повышенным износам деталей и ухудшению показателей работы ДВС.

Частично проблема увеличения жесткости цилиндров от боковых сил решается в устройстве, в котором предлагается придать стенке цилиндра осесимметрично возрастающую толщину с наибольшей толщиной в плоскости качания шатуна, т. е. в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя.

Однако при нагреве такой цилиндр имеет в отличие от цилиндра с равной толщиной стенок ухудшение теплопередачи в зонах утолщения стенок, значительные неравномерйые термические деформации и, как следствие, отклонение рабочей части цилиндра от правильной геометрической формы. Это также ведет к увеличению трения в цилиндропоршневой группе ДВС, большим износам деталей и ухудшению показателей работы ДВС.

Современные автомобильные поршни из алюминиевого сплава и тонкостенные цилиндры не являются жесткой конструкцией. Под действием бокового усилия, создаваемого наклоном шатуна при движении поршня вдоль цилиндра, происходитдеформация направляющей части поршня и цилиндра, что приводит к задирам поршня и цилиндра, Чтобы избежать этих задиров, направляющую поршня изготавливают со специальным профилем в виде эллиптической бочки с меньшей осью эллипса вдоль поршневого пальца. При совместной деформации цилиндра и такой направляющей поршня обеспечивается снижение удельных нагрузок в паре трения поршень — цилиндр и соответственно уменьшается опасность задиров, Однако искривление цилиндра неблагоприятно отражается на работу поршневых колец, повышает механические потери и увеличивает расход масла.

Кроме того, как показали испытания и анализ задиров поршней и цилиндров ДВС, эти задиры чаще всего бывают не в зоне качания шатуна (т. е. не в зоне наименьшего диаметра эллипса поршня), а зонах соединения ребер, бобышек поршневого пальца с юбкой поршня. Под действием боковых сил, передающихся через поршневой палец, поршни приобретают неправильную форму с выпуклостями в зонах бобышек поршневого пальца, где и происходит контакт юбки поршня с цилиндром, т. е, передача боковых сил на цилиндры.

Цель изобретения — стабилизация геометрической формы цилиндров ДВС при воздействии механических и термических нагрузок, Для этой цели в ДВС с жидкостным охлаждением, имеющем блок цилиндров с тонкостенными цилиндрами, выполненными заодно с верхней плитой рубашки охлаждения блока и верхней плитой картерной части блока, а также поршня с поршневыми бобышками, соединенными ребрами с юбкой поршня, на наружной части тонкостенных цилиндров выполнены продольные

1726825 усилительные элементы, расположенные в сечении, перпендикулярном оси цилиндров, в зоне соединения ребер бобышек поршневого пальца с юбкой поршня.

Цилиндры ДВС выполнены заодно с верхней плитой рубашки охлаждения и верхней плитой картера, т. е. без вставных гильз. Конструкция моноблока, выполненного заодно с цилиндрами и картером ДВС, делает его жестким и хорошо работающим против разрыва цилиндров от газовых сил и сил, возникающих при затяжке головки блока.

На фиг. 1 показан разрез моноблока плоскостью, перпендикулярной продольной оси ДВС; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг, 1.

Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением имеет блок цилиндров (фиг. 1), состоящий из тонкостенных цилиндров 1, рубашки 2 охлаждения и картера 3, выполненных как одна отливка. Цилиндры 1 в верхней части выполнены заодно с верхней плитой 4 рубашки 2 охлаждения, а в нижней части заодно с верхней частью 5 картера 3 ДВС. По наружной поверхности цилиндров 1 выполнены продол ьн ы е усил ител ьн ые эл ементы 6. В цилиндре 1 движется поршень 7, имеющий поршневые бобышки 8, B поршневых бобышках 8 закреплен поршневой палец 9, связанный с верхней головкой шатуна 10.

Поршневые бобышки 8 связаны ребрами 11 с юбкой поршня 7. Ребра 6 жесткости цилиндра 1 выполнены в зонах соединения ребер 11 поршневых бобышек 8 с юбкой поршня 7.

Двигатель работает следующим образом.

Поршень 7, связанный поршневым пальцем 9 с шатуном 10, перемещается вдоль цилиндра 1. Наклон шатуна 10 создает боковое усилие, передающееся через поршневой палец 9 и ребра 11 бобышек поршневого пальца на юбку поршня 7. Это боковое усилие деформирует юбку поршня

7, которая принимает неправильную форму с выпуклостями в зонах ребер бобышек поршневого пальца 9. В этих зонах происходит

5 контакт юбки поршня 7 с тонкостенным цилиндром 1. Цилиндр 1 в. этой зоне имеет наружные продольные усилительные элементы 6, которые воспринимают боковые силы и способствуют минимальной дефор10 мации цилиндра 1.

Благодаря сохранению геометрии цилиндров 1 и улучшению теплового режима работы цилиндропоршневой группы ДВС уменьшается трение в цилиндропоршневой

15 группе и соответственно износ деталей этой группы.

В результате увеличивается ресурс ци.линдропоршневой группы на 8-10, снижается расход масла на 0,5, связанный с

20 уносом его через систему вентиляции картера, в связи с лучшей уплотненностью подвижного соединения цилиндр — поршень и меньшим прорывом газов из цилиндра в картер.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащий блок цилиндров с тонкостенными цилиндрами, 30 выполненными за одно целое с верхней плитой рубашки охлаждения блока и верхней плитой картерной части блока и снабженными продольными усилительными элементами, а также поршни с бобышками, соединенными с

35 юбкой поршня при помощи ребер, и размещенными в бобышках поршней поршневыми пальцами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем стабилизации геометрической формы цилинд40 ров при воздействии механических и термических нагрузок, продольные усилительные элементы цилиндров блока в сечении, перпендикулярном оси цилиндров, размещены в зоне соединения ребер бобы45 шек поршневого пальца с юбкой поршня.