Способ доработки и эксплуатации узла разделительной секции масляной камеры, зоны охлаждения и цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области машиностроения и позволяет повысить надежность и долговечность двигателя внутреннего сгорания. С этой целью для изготовления крышки цилиндров ДВС подготавливают металлические промодели, по которым изготавливают керамические литейные формы, производят обработку промодели с учетом износа инструментов, осуществляют изготовление крышки цилиндров и ее механическую обработку и электрохимическую доводку, устанавливают в крышке клапанную втулку с армированным уплотнительным элементом. При этом учитывается тепловой режим сборки и контролируются силовые ее параметры. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, строительной технике, механической части подъемных механизмов.

За прототип принята заявка DE 3115709, F 02 F 1/00, 1982.

К недостаткам известного способа следует отнести: изменение объема камер впрыска горючей смеси в связи с износом инструмента, обрабатывающего промодели крышки ДВС; образование накипи на подошве клапана со стороны поршня ДВС и на оппозитных ей поверхностях; недостаточно высокую гарантированность запирающего слоя узла разделительной секции.

Цель изобретения - устранение недостатков прототипа.

Это достигается тем, что способ доработки и эксплуатации узла разделительной секции масляной камеры, зоны охлаждения и цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, именуемый в дальнейшем СПОСОБ, заключающийся в том, что промодель крышки двигателя в части камеры впрыска и зоны охлаждения обрабатывают режущим инструментом, зенкеруют конические поверхности опорных площадок подошвы камеры впрыска горючей смеси, сверлят и доводят отверстия в крышке ДВС, предназначенные для установки переходной втулки разделительной секции, запрессовывают переходную втулку в упомянутом отверстии крышки ДВС, устанавливают на кольцевом выступе втулки армированный упругий элемент с возможностью изоляции масляной камеры крышки ДВС и разделения зоны охлаждения и камеры впрыска ДВС при кинематическом (циклическом) движении штока клапана, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что при выполнении металлообработки промодели учитывают компенсационный износ главной режущей кромки инструмента и осуществляют упреждающую осевую подачу в процессе обработки промодели, формирующей камеру впрыска горючей смеси, а литьевую форму дорабатывают в режиме электрохимической размерной обработки игольчатым инструментом, форму которого координируют по эталону с точностью до 0,001 - 0,01 мм³, причем выполняют обработку и разделительной камеры, замыкаемой подошвой клапана, а отверстие под втулку, разделяющую масляную камеру и зону впрыска горючей смеси выполняют прецизионным режущим инструментом с точностью отклонения обрабатываемой поверхности цилиндрической формы от 2 до 5 мкм по всей опорной цилиндрической поверхности отверстия, причем соединение переходной втулки осуществляют с корпусом с разностью температур, изменяющихся в пределах, как минимум, в 30 ... 50^oC, за счет подстуживания втулки, а упругий армированный элемент запрессовывают на цилиндрическом выступе переходной втулки при одинаковых температурных инградиентах окружающей среды за счет сжатия в осевом и радиальном направлениях волнообразных кольцевых успругих выступов внутреннего отверстия в упругом армированном элементе, после чего в его наружной кольцевой канавке тороидной формы устанавливают браслетную пружину, сжимающую контактную кольцевую зону и переводящую ее из линейного замкнутого спектра - проекции на кольцевую контактную зону, в профильной проекции, взаимодействия в кольцевую зону кинематического контакта, при этом в процессе образования накипи на подошве и с оппозитной ей стороны клапана осуществляют контроль за изменением электрического сопротивления верхней зоны подошвы клапана и крышки корпуса ДВС в пределах от 10 до 0 мA, а гарантированность разделения секций основывают на работоспособности упрочняющей пленки упругого армированного элемента, снижающей коэффициент трения от адгезионного состояния до 0,01 при площади контакта от 0,01 мм² и более, с возможностью радиального усилия запирающего слоя до 0,5 - 0,7 кГс на упомянутую площадь кинематического взаимодействия упругого армированного элемента и цилиндрической поверхности штока клапана ДВС, при этом допускают максимальный износ пленочного покрытия в пределах 85 ... 95%, оставляя работоспособный слой покрытия минимум в 4 . . . 5 мкм, предотвращающим образование необратимого процесса старения резиновой смеси.

Графические материалы: - изображение узла разделительной секции масляной камеры, зоны охлаждения и камеры впрыска горючей смеси цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания; - схема выполнения способа, см. соответственно на фиг. 1 и фиг. 2.

Описание способа.

На фиг. 1 приведены графические материалы иллюстрирующие детализацию способа в статике и депланационном развитии вопроса.

Согласно предлагаемому способу корпус 1 изготовляется точным литьем из порошковых мелкодисперсных марок чугуна, что предопределяет высокое качество прохождения жидкого металла в литьевой керамической форме, что одновременно решает вопрос качественного исполнения всех обработанных поверхностей промоделей, составляющих, наряду с разъемными частями, единое целое после отверждения металла в форме.

Литьевая керамическая форма намного точнее обычных земляных форм, где используют специальные виды песка и графитовую смазку с целью легкого извлечения промоделей при изготовлении литьевых форм.

Обработку режущим инструментом осуществляют по известному способу только в местах, относящихся к посадке переходной втулки и базовой опорной поверхности замыкаемого подошвой клапана пространства.

Такая обработка необходима, так как она способствует реализации способа.

Для точной посадки седловины клапана коническую поверхность зенкеруют с высокой точностью.

Осуществляют сверление и доводку отверстий в крышке ДВС, предназначенные для установки переходной втулки 2 во всех упомянутых отверстиях цилиндропоршневой группы ДВС.

Крышка ДВС разделяется в рассматриваемом примере на четыре зоны 3 - 6, имеющие раздельное значение и общность технологического замысла, где: 3 - камера впрыска бензиновой смеси (горючей смеси газового или дизельного топлива); 4 - камера герметизации замкнутого пространства; 5 - зона коаксиального узла, состоящая из комплекта втулок, пружины и подвижной штоковой поверхности движения, принимающей, в зависимости от такта двигателя определенные положения по оси отверстия в крышке двигателя; 6 - камера, заполненная маслом и служащая для нормальной подачи кулачками (не показаны) штока(ов) клапанов.

На кольцевом выступе переходной втулки устанавливают армированный упругий элемент, который изолирует масляную камеру от утечки масла.

Не упомянутой осталась зона 7, обеспечивающая отбор тепловой энергии.

Имея информацию по известному способу, следует заметить, что недостатки, упомянутые выше, неоднократно отмечались специалистами АВТОВАЗа с 1993 года и до сих пор остались неразрешенными.

Прежде чем описывать измененную форму технологического процесса, следует выделить новизну решаемой проблемы, содержащей следующие технологические аспекты: 1. Учитывается размерный износ главной режущей кромки инструмента(ов), которыми по программе ЭВМ выполняют обработку профиля камеры сгорания ДВС и/или компрессора.

2. В программу ЭВМ вносят корреляцию осевого смещения изнашиваемой во времени главной режущей кромки в пределах износа, соответствующего требуемой чистовой и размерной оценки обрабатываемой поверхности, например от 0,1 до 0,8 мм.

3. Выполняют обработку промоделей крышки ДВС по п. 2 аспектов.

4. В режиме электрохимической размерной обработки ведут доработку камеры впрыска литейной формы крышки ДВС.

5. ЭХО ДВС осуществляют игольчатым размерным инструментом (по п. 4 аспектов), причем его рабочий профиль и координацию в пространстве согласовывают с эталоном и координатным движением в пространстве по программе ЭВМ от базовой точки движения.

6. Обработку отверстия разделительной камеры выполняют прецизионным инструментом в бесприжоговом варианте формообразования поверхности(ей).

7. Температурный инградиент рассчитан из условий изменений размера металла в соотношении 1,6 мкм на 1^oC.

8. Напряженную посадку упругого армированного элемента осуществляют без изменения температурных полей сопрягаемых поверхностей.

9. Устанавливают браслетную пружину с изменяющимся силовым полем воздействия от 0,1 до 600 Гс.

10. Осуществляют контроль за образованием накипи в рабочем режиме ДВС.

11. Вводится понятие упрочняющая пленка на резиновой поверхности с низкими триботехническими характеристиками, допускающими максимальное снижение трения даже при отсутствии в течение 5,5 часов при температурах от -45 до +210^oC смазки, предотвращающей адгезионные явления.

12. Равенство объемов камер впрыска в крышке двигателя позволяет сбалансировать силовую характеристику коленчатого вала и повысить долговечность его работы.

13. Введение гарантированного слоя пленочного покрытия в упругом элементе с вертикальной усадкой волокон материала 1:6 и в радиальном направлении, не более 1:2.

Новым способом усматривается изменение технологического процесса обработки крышки ДВС и осуществление других операций, связанных с контролем накипи на подошве и седловине клапана, а также с решением вопросов долговечности и надежности работы ДВС.

Технология реализации нового способа заключается в дополнительных необходимых операциях, прямо и косвенно относящихся к механической, электрохимической, размерной обработке поверхностей, надлежащему контролю за работой описываемого узла и прочим вопросам, имеющим важное значение на этапе подготовки, контроля, хранения и сборки описываемых деталей.

1. Учет размерного износа главной режущей кромки режущего инструмента задается в пределах размерного износа, соответствующего не только фактическому износу, но и допустимой соразмерной величине допускаемого изменения объема камеры впрыска, где лучшей корреляцией размерного износа является нулевое изменение поверхностного объема формы промодели(ей) крышки ДВС.

2. Согласно программе ЭВМ осевое смещение изнашиваемой режущей кромки должно фиксироваться только при установленной экспериментом рабочей температуре процесса обработки, например при 550^oC при работе с запланированным подогревом режущей кромки лезвийного инструмента, что и делает осевую корреляцию наиболее точной и безупречной с точки зрения высокого качества обработки.

3. Допускаемое отклонение точностных параметров, учитывающих размерную корреляцию изнашиваемой режущей кромки, могут составлять не более 3 - 5 мкм, после температурного изменения высоты режущей кромки из твердого сплава до 13 мкм, а из быстрорежущей стали до 9 мкм.

4. Выбирают форму и размеры игольчатого сборного формообразующего инструмента, используемого при ЭХО литьевой формы крышки ДВС, например, состоящего из медных электродов с диаметром в 0,3 мм, с вытянутой и спиральной структурой материала, позволяющей использовать более рационально малые диаметры электродов на краевых зонах обрабатываемой формы камеры впрыска.

Режимы обработки предусматривают наличие выпрямителя (типа ВАКГ 12/650), ЛАТР-1/12B и среду обработки - технический керосин с обязательным отсосом паров в процессе ЭХО и циркуляционным процессом керосина, позволяющим его более безопасное использование.

В процессе формообразования рабочей поверхности игольчатого инструмента-электрода используются эталон-формы камеры впрыска, идентичной обрабатываемой поверхности. Условия для инструмента могут носить двойной технологический фактор: режим постоянной правки формы относительно эталонной поверхности и/или кооррдинации игл с последующей их фиксацией относительно формы эталона.

5. Режимы ЭХО выбираются сообразно материалу обрабатываемого изделия и материалу электродов, с учетом чистоты керосина при обязательной его фильтрации в режиме прокачки рабочего объема.

6. Программу ЭВМ координируют относительно базовой точки отсчета в трехмерном пространстве измерений, с обязательным учетом температурных полей подогреваемого или охлаждаемого инструмента.

7. Варианты бесприжогового исполнения размерных поверхностей: размерная электрохимическая обработка шлифовальным инструментом с синтетическим или алмазным порошком на металлической связке. Можно равноценно использовать и инструменты с алмазным зерном естественного или искусственного формообразования, заключенным в металлическую связку, например, марки М-01 и др.

8. Прецизионным инструментом может являться и лезвийный инструмент в виде прошивки, обеспечивающей отклонение диаметрального размера до 2 - 5 мкм, равно как и протяжной инструмент, используемый с учетом снимаемого чистового припуска на скоростях от 3 до 15 м/мин.

9. Учет усадки металла в 2% (для чугуна) позволил установить усредненное значение изменения размеров зоны обработки в пределах 1,6 мкм при изменении температуры на 1^oC, что помогает оператору ЭВМ программировать поведение изнашиваемой во времени режущей кромки инструмента.

10. Посадка упругого армированного элемента на кольцевой выступ переходной втулки основана на трехмерном сжатии волнообразных в сечении кольцевых рифлений относительно армировки упругого элемента и радиально-осевого поджима упругой массы ступенчатой поверхностью цилиндрической формы, выполненной из металла.

11. Посадку армированного элемента по п. 10 осуществляют без изменения температурных полей взаимосвязываемых поверхностей изделий.

12. Используют для силового обжима браслетную пружину, имеющую специальную замковую форму, фиксирующую ее для одного диаметра обжатия с различными силовыми нагружениями, изменяющимися от 0,1 до 600 г.

13. Контроль накипи осуществляют за счет измерения силы тока в зоне контакта седловины клапана контактом разветвленного и упругого строения, соединенного с массой корпуса через изолятор, причем показания наличия тока в милиамперах выводятся на приборную доску или память компьютера автомобиля или иной техники.

14. Свойства пленок, образуемых на резиновых поверхностях, имеют природу, неадекватную напылению. Они обладают более высокими прочностными свойствами, нежели основной состав резиновой смеси и являются компенсатором незначительных напряжений сжатия, исходящих от основного слоя резины и армировки. Толщина пленок колеблется в пределах от 50 до 320 мкм, а их глянцевая поверхность обладает уникальными низкими триботехническими характеристиками, имеющими право на "НОУ-ХАУ".

15. Долговечность работы коленчатого вала определяется не только операцией "БАЛАНСИР" коленчатого вала, но и объемами камер впрыска горючей смеси, что как самый болезненный признак плохой работы в двигателе отмечают специалисты АВТОВАЗа на протяжении последних 5 лет.

Например, уменьшение разности объемов камер впрыска до значений 0,001 мм³ позволит увеличить ресурс циклических нагружений с 10⁷ до 10¹¹ раз, что дополнительно подчеркивает значимость нового способа.

Промышленная полезность предлагаемого способа заключается не только в упомянутых преимуществах по долговечности двигателя внутреннего сгорания или компрессорной техники, но и экологической безопасности при более рациональной эксплуатации резиновых изделий, задерживающих выбросы сгорающего масла в атмосферу.

Новизна способа описана в п. 1 - 13. Экономическая значимость способа будет рациональна и для условий мелкосерийного производства.

Формула изобретения

Способ доработки и эксплуатации узла разделительной секции масляной камеры, зоны охлаждения и цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что промодель крышки двигателя в части камеры впрыска и зоны охлаждения обрабатывают режущим инструментом, зенкеруют конические поверхности опорных площадок подошвы клапана камеры впрыска горючей смеси, сверлят и доводят отверстия в крышке ДВС, предназначенные для установки переходной втулки разделительной секции, запрессовывают переходную втулку в упомянутом отверстии крышки ДВС, устанавливают на кольцевом выступе втулки армированный упругий элемент с возможностью изоляции масляной камеры крышки ДВС и разделения зоны охлаждения и камеры впрыска ДВС при кинематическом (циклическом) движении штока клапана, отличающийся тем, что при выполнении обработки промодели учитывают компенсационный износ главной режущей кромки инструмента и осуществляют упреждающую осевую подачу в процессе обработки промодели, формирующей камеру впрыска горючей смеси, а литьевую форму дорабатывают в режиме электрохимической размерной обработки игольчатым инструментом, форму которого координируют по эталону с точностью до 0,001 - 0,01 мм³, причем выполняют обработку и разделительной камеры, замыкаемой подошвой клапана, а отверстие под втулку, разделяющую масляную камеру и зону впрыска горючей смеси, выполняют прецизионным режущим инструментом с точностью отклонения цилиндрической формы 2 - 5 мкм по всей опорной цилиндрической поверхности отверстия, причем соединение переходной втулки осуществляют с корпусом с разностью температур, изменяющихся в пределах как минимум в 30 - 50^oС, за счет подстуживания втулки, а упругий армированный элемент запрессовывают на цилиндрическом выступе переходной втулки при одинаковых температурных ингредиентах окружающей среды за счет сжатия в осевом и радиальном направлениях волнообразных кольцевых упругих выступов внутреннего отверстия в упругом армированном элементе, после чего в его наружной кольцевой канавке тороидной формы устанавливают браслетную пружину, сжимающую контактную кольцевую зону и переводящую ее из линейного замкнутого спектра взаимодействия в кольцевую зону кинематического контакта, при этом в процессе образования накипи на подошве и с оппозитной ей стороне клапана осуществляют контроль за изменением электрического сопротивления верхней зоны подошвы клапана и крышки корпуса ДВС в пределах от 10 до 0 мА, а гарантированность разделения секций основывают на работоспособности упрочняющей пленки упругого армированного элемента, снижающей коэффициент трения от адгезионного состояния до 0,01 при площади контакта от 0,01 и более мм², с возможностью радиального усилия запирающего слоя до 0,5 - 0,7 кГс на упомянутую площадь кинематического взаимодействия упругого армированного элемента и цилиндрической поверхности штока клапана ДВС, при этом допускают максимальный износ пленочного покрытия в пределах 85 - 95%, оставляя работоспособный слой покрытия минимум в 4 - 5 мкм, предотвращающий образование необратимого процесса старения резиновой смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3