МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02F1/16 F02F7/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а именно к конструкции блоков цилиндров ДВС, отлитых из легкого сплава и имеющих вставные гильзы цилиндров.

Известно, что для уменьшения удельного веса двигателя разработчики стремятся сократить межцентровые расстояния между осями цилиндров двигателя, не уменьшая диаметра гильз цилиндров, т. е. литража двигателя. Часто с этой целью применяют вставные гильзы со срезанными боковыми наружными поверхностями [1] причем срезы соседних гильз цилиндров обращены друг к другу. Это определяет однозначную установку гильз цилиндров в блок и усложняет как технологию изготовления самой гильзы, так и сборку двигателя.

Часто используется конструкция [2] где данная конструкция используется как общеизвестное техническое решение, не являясь предметом патентной защиты, в которой гильза цилиндров опирается по нижнему бурту, а верхний бурт гильзы используется для прижатия гильзы головкой цилиндров с целью обеспечения герметизации стыка между головкой цилиндров и гильзой и исключения раскачивания гильзы под действием боковой силы от поршня, которое ухудшает условия работы поршня и поршневых колец, увеличивает механические потери на трение и расход масла на угар. Для достижения герметизации стыка между головкой цилиндров и гильзой достаточно сравнительно небольшого усилия сжатия, но исключение раскачивания гильзы под действием боковой силы требует сильно предельного сжатия гильзы головкой цилиндров, что вызывает деформацию гильзы, увеличение трения и износов цилиндро-поршневой группы и увеличенный расход масла.

С этой же целью иногда увеличивают ширину верхнего бурта, что ведет к увеличению длины и массы двигателя и ухудшают его удельные весовые показатели. Снизить напряжение продольного сжатия гильзы можно посредством установки ее по верхнему бурту, как в отечественных двигателях ЗМЗ-402.10. ЗИЛ-130 и др. но это автоматически увеличивает расстояние между цилиндрами, а следовательно, габариты и вес двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение, примененное в двигателе ЗМЗ-4021 с блоком, литым под давлением, в котором гильзы опирается в блоке по нижнему бурту и центрируются по нижнему диаметру гильзы [3] диаметру верхнего и нижнего буртов гильзы примерно на 4% больше наружного диаметра самой гильзы; верхний бурт гильзы проходит в открытую полость водяной рубашки без касания боковых стенок блока, а герметичность соединения гильзы цилиндров с головкой цилиндров, а также исключение поперечного раскачивания гильзы обеспечиваются усилием прижатия головки цилиндров ДВС к торцу гильзы.

Целью изобретения является сокращение расстояния между цилиндрами ДВС или размещение в имеющемся блоке цилиндров гильзы большего диаметра для получения ДВС увеличенного рабочего объема и увеличенной мощности, а также снижение удельного веса двигателя.

Указанная цепь достигается за счет того, что в многоцилиндровом ДВС с блоком цилиндров из легкого сплава и вставными мокрыми гильзами цилиндров, центрирующимися в блоке цилиндров по нижнему диаметру, имеющими цилиндрические верхний и нижний бурты и опирающимися в блоке цилиндров по нижнему бурту, согласно изобретению гильзы устанавливаются в блоке цилиндров по верхнему бурту по подвижной посадке с зазорами в пределах 0,05 0,02 мм, а диаметры буртов гильзы превышают наружный диаметр самой гильзы не более, чем на 2%
Установка гильзы в блоке цилиндров на основе подвижной посадки верхнего бурта с зазорами 0,02 -0,05 мм позволяет избежать раскачивания гильзы от боковых сил, возникающих при движении поршня, за счет самой посадки, а осевое сжатие гильзы уменьшить до необходимого минимуме, обеспечивающего только герметизацию стыка между гильзой и головки цилиндров. Снижение осевого сжатия гильзы уменьшает ее деформацию и, следовательно, износы в цилиндро-поршневой группе, расход масла и потери на трение. В практике для обеспечения минимальных зазоров в соединении верхнего бурта гильзы с блоком цилиндров в пределах 0,02 0,05 мм применяется селективная разбивка по этому размеру гильз и блоков цилиндров на несколько групп, что снижает требования к точности выполнения этих размеров и упрощает технологию обработки гильзы и блока цилиндров.

Установка гильзы по верхнему поясу с подвижной посадкой обеспечивает перемещение гильзы по длине относительно блока цилиндров при неравномерном нагреве гильзы и блока цилиндров, а также компенсирует разницу в увеличении гильзы и блока из-за различий температурных коэффициентов линейного увеличения материалов, гильзы и блока.

Уменьшение диаметра буртов гильзы позволяет уменьшить межцентровое расстояние между цилиндрами в двигателе или при том же межцентровом расстоянии использовать гильзы цилиндров большего диаметра, что позволяет увеличить рабочий объем и мощность двигателя, а также уменьшить его удельный вес. Уменьшение верхнего бурта гильзы позволяет иметь блок цилиндров с верхней плитой, обеспечивающей повышенную жесткость блока цилиндров. Относительно небольшая толщина гильзы и практически отсутствие выступающих буртов, обеспечивают равномерные термические напряжения в гильзы цилиндров, что опять же способствует сохранению цилиндричности внутренней рабочей поверхности гильзы и вместе с этим хорошие условия работы поршня и поршневых колец, снижение механических потерь на трение и уменьшение расхода масла на угар.

На чертеже показано соединение гильзы с блоком цилиндров.

Гильза 1 центрируется в блоке цилиндров 2 по нижнему диаметру Д и опирается торцом 3 нижнего бурта 4 на уступ 5 в отверстии блока цилиндров 2. Верхний бурт 6 гильзы 1 входят в отверстие блока цилиндров 2 по подвижной с зазором 0,05 0,02 мм.

Диаметры D₁ верхнего бурта 6 и D₂ нижнего бурта 4 гильзы 1 больше наружного диаметра D₃ гильзы 1 не более, чем на 2%
Уменьшение диаметров D₁ и D₂ буртов гильзы 1 сокращает необходимое межцентровое расстояние, а между цилиндрами в блоке цилиндров 2. Благодаря уменьшению диаметра D₁ верхнего бурта 6 блок цилиндров 2 имеет верхнюю плиту 7, обеспечивающую повышенную жесткость блока цилиндров 2.

При работе ДВС боковые силы, возникающие от движения поршня в гильзе 1 блока цилиндров 2, вызывают поперечное раскачивание гильзы 1. Установка гильзы 1 в блоке 2 по верхнему бурту 6 с зазором 0,05 0,02 мм препятствует этому раскачиванию и в то же время сохраняет продольную подвижность гильзы 1 относительно блока 2. При работе двигателя блока цилиндров 2 и гильза цилиндров 1 нагреваются неодинаково, кроме того они выполнены из материалов, имеющих разные коэффициенты линейного расширения.

Продольная подвижность соединения гильзы 1 и блока цилиндров 2 обеспечивает перемещение гильзы 1 относительно блока цилиндров 2 при их неравномерном нагреве и расширении.

В целом предлагаемая конструкция позволяет создать ДВС с малым межцентровым расстоянием между осями цилиндров и надежной установкой технологичных в изготовлении вставных гильз цилиндров.

В предлагаемой конструкции двигателя улучшаются условия работы цилиндро-поршневой группы, уменьшается износы деталей этой группы, расход масла на угар, расход мощности на трение и масса двигателя, приходящаяся на единицу мощности или рабочего объема двигателя.

Использование: изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкции блоков цилиндров ДВС, отлитых из легкого сплава и имеющих вставные гильзы цилиндров. Сущность изобретения: многоцилиндровый ДВС имеет блок цилиндров 2 из легкого сплава и вставные мокрые гильзы 1, центрирующиеся в блоке 2 по нижнему диаметру D, имеющие цилиндрические верхний 6 и нижний 4 бурты и опирающиеся в блоке цилиндров 2 по нижнему бурту 4. Гильзы 1 устанавливаются в блоке цилиндров 2 по верхнему бурту 6 по подвижной посадке с зазорами в пределах 0,05 - 0,02 мм, а диаметры буртов 4 и 6 гильзы 1 больше наружного диаметра самой гильзы 1 не более, чем на 2%. Изобретение позволяет сократить расстояние между цилиндрами ДВС или разместить в имеющемся блоке цилиндров гильзы большего диаметра для получения ДВС увеличенного рабочего объема и увеличенной мощности, а также снизить удельный вес двигателя. В конечном счете улучшаются условия работы цилиндро-поршневой группы, уменьшается износы ее деталей, расход масла на угар и расход мощности на трение. 1 ил.

Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с блоком цилиндров из легкого сплава и вставными мокрыми гильзами цилиндров, центрирующимися в блоке по нижнему диаметру, имеющими цилиндрические верхний и нижний бурты и опирающимися в блоке цилиндров по нижнему бурту, отличающийся тем, что гильзы устанавливаются в блоке цилиндров по верхнему бурту по подвижной посадке с зазорами 0,05 0,02 мм, а диаметры буртов гильзы превышают наружный диаметр самой гильзы не более чем на 2%