ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02F11/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к изготовлению двигателей.

Известен двигатель внутреннего сгорания, у которого для предохранения прокладки между головкой и блоком цилиндров от воздействия давления и температуры продуктов сгорания в головке цилиндров и гильзах выполнены круговые канавки, в которые установлены металлические предохранительные кольца (см. а.с. N 1151704, М.кл. F 02 F 11/00, F 16 J 15/06).

Недостатком конструкции является наличие усилий, передающихся при креплении головки через предохранительные кольца на гильзы цилиндров. В результате такого воздействия деформируются гильзы цилиндров. Кроме того, в каждом цилиндре с внутренней стороны остаются незаполненными объемы, образованные торцем гильзы цилиндра, металлическим предохранительным кольцом и днищем головки цилиндров. Наличие таких объемов, называемых "вредными", ухудшает топливную экономичность двигателей, так как воздух, находящийся в них, не участвует в рабочем процессе двигателя.

Известна конструкция форсированного двигателя фирмы "Mark Trucks", у которого в днище головки цилиндров в зоне каждого цилиндра выполнены кольцевые канавки. В каждую такую канавку устанавливают металлическое кольцо, которое предохраняет выполненную из материала с усадкой прокладку между головкой и блоком цилиндров. На гильзах цилиндров выполняют специальные острые кольцевые выступы, которые при креплении головки цилиндров врезаются в указанное металлическое кольцо (чертеж газовых стыков двигателей фирмы "Mack Trucks").

Недостатком этой конструкции является наличие незаполненных объемов, образованных днищем головки цилиндров, металлическим кольцом и торцем гильзы цилиндра, соединенных с рабочим объемом цилиндра двигателя. Этот объем ухудшает топливную экономичность двигателя. Кроме того, при разборках и сборках двигателей металлические кольца необходимо каждый раз менять. Возможен также прорыв продуктов сгорания через соединения головки с кольцом и последнего с гильзой цилиндра. При прорыве продуктов сгорания происходит разрушение прокладки между головкой и блоком цилиндров.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому двигателю является выбранная в качестве прототипа конструкция дизеля, содержащего блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, разделенные канавкой. В головке цилиндров выполнена кольцевая канавка, в которой размещено ступенчатое металлическое кольцо с зазором по внутреннему диаметру. Нижняя ступень кольца контактирует с плоским кольцевым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, а верхняя ступень указанного кольца размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндра. Газовые стыки: неразъемный (между головкой цилиндра и металлическим кольцом) и разъемный (между нижней ступенью ступенчатого металлического кольца и опорным буртом гильзы цилиндра) выполнены беспрокладочными (см. Автомобиль КАМАЗ типа 6 х 4, М.: Машиностроение, 1988, стр. 43, рис. 36).

К недостаткам данного устройства относится наличие значительного кольцевого "вредного объема", сложной формы в поперечном сечении. Этот объем находится между плоскостью головки цилиндра, нижними поверхностями ступеней металлического кольца, огневым буртом гильзы цилиндра и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы и включает объем зазора между внутренними диаметрами металлического кольца и канавки головки цилиндра.

Известно, что наличие относительно большого "вредного объема" ухудшает топливную экономичность двигателя, увеличивает дымность и токсичность последнего (см. Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов. М.: Машиностроение, 1984).

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что, если указанные "вредные объемы" полностью заполнены, то уменьшается удельный расход топлива на 2,5 - 5%, создаются условия снижения суммарных выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля.

Таким образом, заполнение "вредных объемов", герметизация соединений головки цилиндра со ступенчатым металлическим кольцом, а также соединение указанного кольца с буртом гильзы цилиндров обеспечивают повышение эффективности работы двигателя.

Однако в процессе сборки двигателя выполнять работу по заполнению "вредных объемов" и герметизации соединений металлического кольца с головкой цилиндра и буртом гильзы сложно и неудобно из-за сложной конфигурации поперечного сечения "вредного объема".

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении топливной экономичности и упрощении заполнения "вредного объема" при сборке двигателя.

Решение задачи достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, головки цилиндра с выполненными кольцевыми канавками, в которых размещены ступенчатые металлические кольца, нижняя ступень которых контактирует с плоским круговым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык, а верхняя ступень размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндров, при этом "вредный объем" образован днищем головки цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца, огневым буртом и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы, уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки.

Новым в устройстве является то, что уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из материала с пластичными и теплостойкими свойствами, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца или на огневом бурте и в момент сборки двигателя, за счет пластической деформации, заготовка уплотнительного кольца заполняет "вредный объем", представляющий сложное поперечное сечение. Тем самым снижается трудоемкость и удешевляется сборка двигателя.

Заполнение "вредного" объема улучшает экономичность двигателя и одновременно повышает надежность герметизации газового стыка, так как перекрывает возможное проникновение горячих газов через сопряжения гильзы со ступенчатым кольцом и верхней плоскости ступенчатого кольца с головкой.

В результате сопоставления аналогов и предлагаемого технического решения можно признать заявленное изобретение соответствующим критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан газовый стык заявленного двигателя внутреннего сгорания;
на фиг. 2 изображен газовый стык двигателя внутреннего сгорания прототипа.

В блоке 1 цилиндров установлена гильза 2 цилиндра. С опорным буртом 3 гильзы 2 контактирует нижняя ступень ступенчатого металлического кольца 4, размещенного в кольцевой канавке головки 5 цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык.

"Вредный объем" образован днищем головки 5 цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца 4, огневым буртом 6 и канавкой 7, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы цилиндра.

Уплотнительное кольцо 8 в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца 4 или на огневом бурте 6 и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки.

Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания предлагаемой конструкции аналогичен процессам известных двигателей. Заявляемая конструкция содержит уплотнительное кольцо, заполняющее "вредный" объем в газовом стыке. Заготовка уплотнительного кольца 8 размещается на поверхности ступенчатого кольца 4 или на огневом бурте 6 перед установкой и закреплением головки 5 цилиндра. Объем заготовки несколько больше "вредного объема". Во время затяжки болтов крепления головки цилиндра происходит пластическая деформация заготовки уплотнительного кольца 8 и заполнение "вредного объема", представляющего сложное сечение.

Предложенное решение обеспечивает сокращение удельного и эксплуатационного расходов топлива двигателем и снижение затрат на изготовление уплотнительного кольца, заполняющего "вредный объем", упрощает сборку двигателя.

Важным фактором для ДВС с беспрокладочным газовым стыком является повышение надежности герметизации газового стыка, так как уплотнение перекрывает возможное проникновение горячих газов через сопряжения гильзы со ступенчатым кольцом и верхней плоскости ступенчатого кольца с головкой цилиндра.

Технический результат: повышение топливной экономичности и упрощение заполнения "вредного объема" при сборке двигателя. В ДВС, содержащем блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, головки цилиндра с выполненными кольцевыми канавками, в которых размещены ступенчатые металлические кольца, нижняя ступень кольца контактирует с плоским круговым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык, а верхняя ступень размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндров, при этом "вредный объем" образован днищем головки цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца, огневым буртом и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы, уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с размещенными в нем гильзами цилиндров, каждая из которых имеет огневой бурт с верхней плоскостью и опорный бурт, головки цилиндра с выполненными кольцевыми канавками, в которых размещены ступенчатые металлические кольца, нижняя ступень кольца контактирует с плоским круговым выступом опорного бурта гильзы цилиндра, образуя беспрокладочный газовый стык, а верхняя ступень размещена на одном уровне с плоскостью головки цилиндров, при этом "вредный объем" образован днищем головки цилиндра, нижними поверхностями ступенчатого кольца, огневым буртом и канавкой, разделяющей опорный и огневой бурты гильзы, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо в виде заготовки упрощенной формы, выполненной из пластичного теплостойкого материала, размещено на поверхности ступенчатого металлического кольца и отформовано по профилю сечения "вредного объема" в момент сборки.