Литейный стержень рубашки охлаждения головки цилиндров дизельного двигателя с жидкостным охлаждением

Изобретение относится к литейному производству. Литейный стержень состоит из двух половин, соединенных между собой без зазора. Поверхность разъема стержней делит рубашку охлаждения на равные части по высоте от нижней плиты головки цилиндров до ее верхней стенки. Благодаря оптимальной форме рубашки охлаждения обеспечивается эффективное охлаждение головки цилиндров, снижение металлоемкости головки и себестоимости производства отливок. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям литейных стержней рубашки охлаждения головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен литейный стержень для изготовления рубашки охлаждения головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением (см. патент Японии №2000034950 от 02.02.2000 г., МПК F02F 1/24), содержащий рубашку охлаждения с каналами для подвода охлаждающей жидкости к стенкам камер сгорания, седлам клапанов, распылителям топливных форсунок и направляющих втулок, состоящий из двух стержней, соединенных между собой посредством трубок, которые в последствии остаются в отливке и образуют колодцы для размещения свечей зажигания или топливных форсунок (в зависимости от назначения головки). Кроме этого трубки используются для фиксирования стержней в литейной форме и направленного охлаждения отливки с целью получения более плотной структуры литья в зонах стенок камер сгорания. Стержни расположены таким образом, что после их удаления из отливки водяная рубашка оказывается разделенной на две полости, которые делят поток охлаждающей жидкости, поступающей в головку, на два направления: одно к стенкам камер сгорания, седлам клапанов, свечам зажигания (распылителям топливных форсунок), другое к направляющим клапанов и другим нагретым поверхностям.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве недостатком является наличие большого количества компонентов в литейной оснастке, повышающих стоимость отливок и требующих применения сложного литейного оборудования. При этом существует вероятность возникновения в литье неспая между трубками и основным металлом головки, что в последствии может привести к разгерметизации камер сгорания, рубашки охлаждения и отказам двигателя.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является литейный стержень рубашки охлаждения головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением (см. патент ЕПВ №1143135, МПК F02F 1/36, 10.10.2001) с каналами для подвода охлаждающей жидкости к стенкам камер сгорания, седлам клапанов, распылителям топливных форсунок и направляющих втулок клапанов, состоящий из двух стержней, имеет два продольно расположенных параллельных канала (один со стороны впуска, другой со стороны выпуска) и центральный канал, разделенный на верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть центрального канала сообщается с каналом со стороны выпуска, а нижняя часть центрального канала сообщается с каналом со стороны впуска.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что при его реализации в рубашке охлаждения головки цилиндров протекает несколько отдельных (изолированных друг от друга) потоков охлаждающей жидкости, что при экстремальных температурных нагрузках из-за ограниченной пропускной способности отдельных каналов создает дефицит охлаждающей жидкости в зонах с высокой температурой, может вызвать локальные перегревы в головке цилиндров и привести к структурным изменениям материала головки, ее разрушению и отказам двигателя, кроме того, наличие локальных перегревов в материале головки (полей с различным уровнем температур) приводит к возникновению температурных напряжений в узлах силовых элементов головки и деформациям рабочих поверхностей, что также снижает ресурс и надежность двигателя. Кроме того, наличие формовочных уклонов по всей высоте рубашки охлаждения и многочисленных перегородок, уменьшающих проходные сечения каналов, увеличивает массу головки и усложняет литейную оснастку в том числе за счет необходимости подведения к массивным узлам отливки дополнительных питателей.

Сущность изобретения заключается в разработке литейных стержней для образования каналов рубашки охлаждения головки цилиндров с целью обеспечения эффективного охлаждения высоко нагретых элементов головки цилиндров, получения отливки наиболее экономичным способом и уменьшения металлоемкости детали.

Технический результат - применение данной конструкции литейного стержня позволяет получить оптимальную форму рубашки охлаждения головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания для обеспечения эффективного охлаждения стенок камер сгорания, седел, распылителей топливных форсунок и направляющих втулок клапанов головки цилиндров; снижения металлоемкости головки и себестоимости производства отливок.

Указанный технический результат достигается тем, что в литейном стержне рубашки охлаждения головки цилиндров дизельного двигателя с жидкостным охлаждением, содержащем каналы для подвода охлаждающей жидкости к стенкам камер сгорания, к седлам клапанов, к распылителям топливных форсунок и направляющим втулок клапанов, состоящем из двух стержней, особенностью является то, что стержни в процессе сборки литейной формы соединяются между собой без зазора и образуют в литье единую, не разделенную сплошными перегородками на отдельные каналы полость рубашки охлаждения и поверхность их разъема делит рубашку охлаждения от нижней плиты головки цилиндров до её верхней стенки на равные части по высоте, уменьшая протяженность формовочных уклонов, а формовочные уклоны на литейных стержнях имеют минимально возможную протяженность или совпадают с естественными уклонами конструктивных элементов головки цилиндров, что минимизирует массу технологических заливов от формовочных уклонов и позволяет получить в литье рубашку охлаждения с максимально свободным доступом охлаждающей жидкости к охлаждаемым поверхностям. Кроме того, как минимум один из установочных элементов литейного стержня имеет поверхность, образующую при литье поверхность или часть поверхности наружной стенки головки цилиндров, что позволяет сократить количество стержней в литейной форме и повысить точность отливки.

На фиг. 1 изображен вид головки цилиндров сверху; на фиг.2 - сечение Е-Е головки цилиндров; на фиг.3 - сечение Д-Д головки цилиндров; на фиг.4 - комплект литейной оснастки (литейная форма), вид сверху; на фиг.5 -сечение А-А литейной формы; на фиг.6 - общий вид стержня рубашки охлаждения головки цилиндров в сборе; на фиг.7 - общий вид нижней части стержня рубашки охлаждения головки цилиндров; на фиг.8 - стержень рубашки охлаждения головки цилиндров, вид сверху; на фиг.9 - сечение С-С стержня рубашки охлаждения головки цилиндров; на фиг.10 - сечение В-В стержня рубашки охлаждения головки цилиндров.

Литейный стержень, образующий в литье рубашку охлаждения 2 головки цилиндров 1 дизельного двигателя с жидкостным охлаждением, состоит из двух литейных стержней верхнего 3 и нижнего 4, соединенных между собой без зазора, и содержит поверхность разъема 5, установочные элементы 6, 7, 8, при этом элементы 6 и 8 вынесены за пределы рубашки охлаждения головки, а элементы 7 образуют в литье протоки для подвода охлаждающей жидкости в головку из блока цилиндров, поверхности 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, на которых формовочные уклоны совпадают с естественным наклоном конструктивных элементов, поверхности 16, на которых формовочные уклоны по высоте рубашки охлаждения 2 поверхностью разъема 5 уменьшены в два раза, участки поверхностей 17, образованные ломанной (Z-образной) поверхностью разъема стержневого (формовочного) ящика, поверхности 18 и 19 (на установочном элементе 8), образующие в литье внешнюю заднюю стенку головки цилиндров 1, поверхности 20 и 21, образующие в литье стенки газовых каналов, полости для установки стержней 22 впускных и 23 выпускных каналов, а также другие полости, выемки, выступы для образования в литье различных конструктивных элементов головки цилиндров 1 (бобышек под резьбовые отверстия, ребер жесткости, колодцев под топливные форсунки, под свечи накаливания и др.).

Работа осуществляется следующим образом. При сборке литейной формы стержни, образующие рубашку охлаждения 2, устанавливаются в следующей последовательности: первым устанавливается нижний стержень 4, образующий нижнюю часть рубашки охлаждения 2, далее поочередно устанавливаются стержни 22 впускных и 23 выпускных газовых каналов, после чего устанавливается верхний стержень 3, образующий верхнюю часть рубашки охлаждения 2. Во избежание образования заливов узких мест 24, 25, 26 в рубашке охлаждения 2 по поверхности 5 разъема (соединения) стержней, из-за неплотного соединения стержней в литейной форме верхний 3 и нижний 4 стержни в местах вероятных заливов соединяются при помощи клея. При заполнении жидким металлом литейной формы рубашка охлаждения головки цилиндров 1 образуется за счет вытеснения части металла телом стержня, при этом форма поверхности рубашки охлаждения 2 полностью повторяет форму стержня без учета поверхностей, образованных поверхностями 18 и 19 установочного элемента 8, который формирует наружную поверхность задней стенки головки цилиндров 1. На работающем двигателе с предложенной (не разделенной) полостью рубашки охлаждения 2 головки цилиндров 1 тепло от нагретых частей головки 1 отводится во весь объем охлаждающей жидкости, находящийся в рубашке охлаждения 2, при этом эффективность охлаждения повышается в том числе за счет интенсивного перемешивания большого объема охлаждающей жидкости конвективными потоками, образующимися над нагретыми поверхностями, что также способствует выравниванию температурных полей по всему объему головки 1, снижению температурных напряжений в узлах силовых элементов головки 1 и деформаций рабочих поверхностей.

Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с известными конструкциями литейных стержней рубашек охлаждения головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания предложенная форма и соединение стержней, образующих рубашку охлаждения, позволяют организовать поток охлаждающей жидкости таким образом, чтобы обеспечить эффективное охлаждение стенок камер сгорания, седел клапанов газораспределения, распылителей топливных форсунок и направляющих втулок клапанов, обеспечить высокую технологичность отливки головки цилиндров с минимально возможной массой, повысить надежность двигателя за счет уменьшения температурных напряжений и деформаций в головке.

1. Литейный стержень рубашки охлаждения головки цилиндров дизельного двигателя с жидкостным охлаждением с каналами для подвода охлаждающей жидкости к стенкам камер сгорания, седлам клапанов, распылителям топливных форсунок и направляющим втулок клапанов, состоящий из двух стержней, отличающийся тем, что для формирования при литье единой полости рубашки охлаждения стержни соединены между собой без зазора, а поверхность их разъема делит рубашку охлаждения от нижней плиты головки цилиндров до ее верхней стенки на равные части по высоте.

2. Литейный стержень по п.1, отличающийся тем, что формовочные уклоны на литейных стержнях выполнены минимально возможными или совпадают с естественными уклонами конструктивных элементов головки цилиндров.

3. Литейный стержень по п.1, отличающийся тем, что как минимум один из установочных элементов литейного стержня имеет поверхность, формирующую при литье поверхность или часть поверхности наружной стенки головки цилиндров.