Система выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении. Система выпуска отработавших газов содержит головку цилиндров, коллектор, крепежные детали, посредством которых коллектор прикреплен к головке цилиндров, и как минимум два силовых элемента, выполненных перпендикулярно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров и воспринимающих нагрузку от термических деформаций коллектора, направленную параллельно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров. Дополнительные силовые элементы могут быть выполнены как в головке цилиндров, так и в коллекторе. Система выпуска отработавших газов позволяет, имея простые по конструкции и в изготовлении силовые элементы, ограничить деформацию коллектора, исключив тем самым нарушение герметичности соединения коллектора и головки цилиндров, а также разгрузить детали крепления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении.

Известно, что температура отработавших газов в системе выпуска двигателей внутреннего сгорания достигает 980°С. В случае изготовления выпускного коллектора из чугуна (обычно он изготавливается из серых чугунов с пластинчатым графитом, которые не относятся к жаростойким) наблюдается следующее. Деталям из чугуна, работающим при высоких температурах, присуще необратимое увеличение размеров (объема). У отливок с толщиной стенок меньше 12 мм выдержка 1...2 часа при 980°С вызывает рост размеров до 1%, при толщине стенок свыше 12 мм - до 0,5%. Рост необратим и является следствием изменения микроструктуры чугуна (Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Т.4. Чугун. Колл. авторов под ред. Жукова А.А. и Шермана А.Д. М.: Машиностроение. 1969. Стр.123, 202, 205, 215).

Связанные с высокой температурой деформации коллектора (далее по тексту - деформация коллектора) приводят к короблению плоскости коллектора, по которой он соединяется с головкой цилиндров. Кроме того, при деформации коллектора увеличиваются нагрузки на детали крепления, что способствует ослаблению затяжки, а нередко и разрушению деталей крепления.

Деформация коллектора и ослабление затяжки приводит к нарушению герметичности соединения коллектора и головки цилиндров. Воздух, поступающий в выпускную систему двигателя из-за негерметичности соединения, является причиной неустойчивой работы двигателя на режиме холостого хода и нерасчетного режима работы датчика кислорода, используемого для управления двигателем.

Известна система выпуска отработавших газов, в которой выпускной коллектор отлит из чугуна и через четыре стальные прокладки восемью шпильками крепится к головке цилиндров (Автомобиль ГАЗ-3110 "Волга". Устройство, особенности эксплуатации и руководство по ремонту двигателей ЗМЗ 4062.10, 402.10, 4021.10. М.: ООО "Атласы автомобилей", 2000. Стр.21).

Известна также система выпуска отработавших газов, в которой впускные и выпускные трубопроводы изготавливают из чугуна в виде одной общей или двух отдельных отливок. У ряда двигателей (например, ЗИЛ-130, ГАЗ-53) впускные трубопроводы отлиты из алюминиевого сплава. Фланцами патрубков выпускные трубопроводы на металлоасбестовой прокладке, а впускные - на паронитовой присоединены к блок-картеру или головке цилиндров при помощи шпилек и гаек. (Гуревач А.М., Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1979. Стр.120.).

Указанные системы выпуска отработавших газов имеют следующие недостатки.

Деформацию коллектора сдерживают только детали крепления. На детали крепления при этом действует нагрузка, направленная перпендикулярно плоскости соединения и параллельно ей. Дополнительная нагрузка на детали крепления от деформации коллектора приводит к ослаблению затяжки, вследствие чего нарушается герметичность соединения.

Кроме того, деформация коллектора приводит к уменьшению зазора между шпильками крепления и отверстиями коллектора. Отсутствие зазора увеличивает нагрузки на шпильки и гайки крепления, что способствует их разрушению.

В случае совместного закрепления коллектора и впускной трубы силовое воздействие на впускную трубу от деформации коллектора является причиной, приводящей к появлению негерметичности в соединении головка цилиндров - впускная труба.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение негерметичности соединения и снижение нагрузок на детали крепления, возникающих от деформации коллектора.

Достигается это тем, что система выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая головку цилиндров, коллектор, крепежные детали, посредством которых коллектор прикреплен к головке цилиндров, дополнительно содержит как минимум два силовых элемента, воспринимающих нагрузку от деформации коллектора, направленную параллельно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров, причем силовые элементы выполнены перпендикулярно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров.

Силовые элементы могут быть размещены как на головке цилиндров, так и на выпускном коллекторе.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена система выпуска отработавших газов с силовыми элементами, выполненными на головке цилиндров.

На фиг.2 изображена система выпуска отработавших газов с силовыми элементами, выполненными на коллекторе.

Система выпуска отработавших газов содержит головку цилиндров 1, коллектор 2, крепежные детали 3, в качестве которых могут быть использованы болты или шпильки с гайками, прокладку 4, через которую коллектор 2 крепится к головке цилиндров 1, а также силовые элементы 5. Посредством крепежных деталей коллектор 2 прикреплен к головке цилиндров 1.

Система выпуска отработавших газов работает следующим образом.

Коллектор 2, как правило, имеет различную толщину стенок, а также при работе нагревается неравномерно. Поэтому изменение размеров (объема) вследствие изменения микроструктуры чугуна под действием высоких температур приводит к необратимой деформации коллектора 2. Кроме того, закрепленный на головке цилиндров 1 коллектор 2 деформируется от расширения при нагревании до рабочей температуры.

Силовые элементы 5, выполненные в головке цилиндров 1 или в коллекторе 2 перпендикулярно плоскости соединения коллектора 2 и головки цилиндров 1, ограничивают деформацию коллектора 2 и воспринимают нагрузку, направленную параллельно плоскости соединения. Крепежные детали 3 при этом воспринимают только нагрузку, направленную перпендикулярно плоскости соединения коллектора 2 и головки цилиндров 1. Таким образом достигается сохранение плоскости коллектора 2, по которой он соединяется с головкой цилиндров 1, а также разгружаются детали крепления от нагрузок, направленных параллельно плоскости соединения коллектора 2 и головки цилиндров 1.

Предлагаемая система выпуска отработавших газов позволяет, имея простые по конструкции и в изготовлении силовые элементы, ограничить деформацию коллектора, исключив тем самым нарушение герметичности соединения коллектора и головки цилиндров, а также разгрузить детали крепления.

1. Система выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая головку цилиндров, коллектор, крепежные детали, посредством которых коллектор прикреплен к головке цилиндров, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит как минимум два силовых элемента, воспринимающих нагрузку от термических деформаций коллектора, направленную параллельно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров, причем силовые элементы выполнены перпендикулярно плоскости соединения коллектора и головки цилиндров.

2. Система выпуска отработавших газов по п.1, отличающаяся тем, что силовые элементы выполнены на головке цилиндров.

3. Система выпуска отработавших газов по п.1, отличающаяся тем, что силовые элементы выполнены на коллекторе.