БЛОК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F02B77/13 F02F1/18 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в двигателестроении.

Известен блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, имеющие торцы (заявка Германии №19812831, кл. F 02 F 7/00, опубл. 1999).

Однако в известном изобретении не решена задача уменьшения износа, связанного с возникновением акустических колебаний в цилиндре двигателя.

Задачей изобретения является уменьшение износа, связанного с возникновением акустических колебаний в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также повышение ресурса работы блока цилиндров путем поглощения и/или рассеяния акустических колебаний, которые возникают в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в блоке цилиндров ДВС, содержащем цилиндры, имеющие торцы, по крайней мере один из торцов цилиндров выполнен со срезом наклонно к продольной оси цилиндра так, что высоту среза Н выбирают из условия L≤H≤20L, где L - длина полуволны акустического резонансного колебания в цилиндре, или в виде ломаной линии, или в виде плавной кривой глубиной по продольной оси цилиндра не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания, или в виде фаски длиной не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания.

Кроме того, на торце цилиндра может быть плотно закреплен элемент, материал которого поглощает акустические колебания.

Цилиндры могут быть выполнены из материала, поглощающего акустические колебания.

Стенки цилиндров могут быть выполнены из нескольких слоев, по крайней мере, один из которых поглощает акустические колебания.

На поверхности цилиндров могут быть выполнены проточины глубиной и/или наплывы высотой 0,1-10,0 длин волн акустического резонансного колебания.

Проточины могут быть заполнены материалом, поглощающим акустические колебания.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлена часть сечения внутренней поверхности цилиндра двигателя МеМЗ-969 автомобиля ЗАЗ-969, выполненная вдоль оси цилиндра. Пробег автомобиля ~70 тысяч километров. На фиг.1 видно, что поверхность имеет волнообразный характер со следующими параметрами: расстояние между максимумами составляет примерно 4 мм, перепад высот от максимума до минимума 10-15 мкм. Такой характер износа может осуществляться за счет возникновения в материале цилиндра стоячих ультразвуковых колебаний;

на фиг.2 - показан цилиндр, один из торцов которого выполнен со срезом наклонно к продольной оси цилиндра;

на фиг.3 - цилиндр, торец которого выполнен с конусообразной фаской;

на фиг.4 - цилиндр, торец которого имеет форму плавной кривой;

на фиг.5 - цилиндр, на торце которого плотно закреплен элемент из материала, поглощающего акустические колебания;

на фиг.6 - цилиндр, на поверхности которого выполнены проточины;

на фиг.7 - цилиндр с проточинами, которые заполнены материалом, поглощающим акустические колебания.

Для предотвращения преждевременного износа поверхностей цилиндров в блоке цилиндров, связанного с резонансными поверхностными колебаниями, в данном изобретении предлагается подавить или ослабить их за счет рассеяния или поглощения. Ослабление амплитуды стоячих волн достигается путем изменения угла плоскости сечения торца цилиндра по отношению к его продольной оси. В этом случае добротность резонатора, в качестве которого в данном случае является цилиндр (или поверхность цилиндра), резко падает. Отраженные от плоскости торца, не перпендикулярной к продольной оси цилиндра, акустические волны пойдут не строго в обратном направлении, а под углом и после многократного отражения будут постепенно затухать. При этом стоячая поверхностная волна не будет образовываться или будет существенно меньшей амплитуды, соответственно, не будет возникать дополнительных разрушающих сил. Предлагаемый блок имеет цилиндр (цилиндры) с плоскостью сечения хотя бы одного из торцов, не перпендикулярной к продольной оси цилиндра (см. фиг.2).

В этом случае в прямоугольном треугольнике катет D равен диаметру цилиндра, а катет Н лежит вдоль длины цилиндра и определяется длиной полуволны резонансного колебания, угол α - это угол между катетом Н и гипотенузой К образованного треугольника.

При выполнении торца со срезом наклонно к продольной оси цилиндра высоту среза Н выбирают из условия L≤H≤20L, где L - длина полуволны акустического резонансного колебания в цилиндре.

Возможно подавление акустических колебаний за счет выполнения фаски определенной формы, например, в виде усеченного конуса или другой фигуры вращения с условием, что длина Н вдоль продольной оси цилиндра составит не менее половины и не более десяти длин волн L акустического резонансного колебания (фиг.3).

Торцы цилиндров могут быть выполнены таким образом, что их сечение не будет лежать в одной плоскости, а будет иметь вид ломаной линии (например, зигзаг) или плавной кривой (например, волнистая линия, синусоида), позволяющие эффективно рассеивать акустическую волну (см. фиг.4). Параметры плавной кривой и ломаной линии также будут определяться длиной волны акустического колебания.

Как правило, эффективно подавить возникновение резонансных колебаний приведенными параметрами удается при параметрах, описанных выше, которые находятся в пределах не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания, при Н менее 0,1 длины волны акустические колебания поглощаются и рассеиваются очень слабо, а при Н более 10 длин волн эта величина становится соизмеримой с размерами цилиндра и технически неудобной в исполнении и работе двигателя.

Достаточно хорошо можно подавлять акустические колебания, если к торцу цилиндра плотно прикрепить материал, эффективно поглощающий акустические колебания (см. фиг.5). В качестве материала, эффективно поглощающего акустические колебания, используют, например, чугун, пенометалл.

На внутренней и/или внешней поверхности цилиндра могут быть выполнены проточины глубиной 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний (фиг.6) и/или наплывы с высотой 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний.

Вышеуказанные проточины могут быть заполнены материалом, поглощающим акустические колебания (фиг.7). В качестве материалов, поглощающих акустические колебания, используют, например, чугун, пенометалл.

Проточины также могут быть заполнены материалом, который сам может слабо поглощать колебания, но из-за эффекта многократного отражения и преломления эффективно рассеивать колебания.

Хорошие условия для рассеяния поверхностных волн создают проточины, расположенные как перпендикулярно продольной оси цилиндра, так и под углом к продольной оси. Наиболее оптимально, когда проточины расположены не строго перпендикулярно оси. Также, в случае выполнения проточин под углом, движение колец поршня по поверхности цилиндра будет более плавным.

Проточины могут иметь форму, отличную от прямоугольной, например, выполненные в виде полумесяца.

Проточины не обязательно должны быть по всей огибающей цилиндра. Они эффективно рассеивают поверхностные волны и в том случае, когда они короткие, но в сумме перекрывают всю или большую часть проекции цилиндра на плоскость, перпендикулярную его оси.

Предлагаемый блок цилиндров на поверхности скольжения может содержать чередующиеся участки, имеющие различные скорости распространения поверхностных акустических колебаний, например, переплавление, отожженные или закаленные участки, с характерным размером участков 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний. Характерный размер от 0,1 до 10 длин волн определяется тем, что через более короткие участки акустическая волна проходит практически без потери энергии, а при участках более 10 размеров длины волны уменьшается количество переходов между участками на протяжении одного цилиндра и эффективность гашения акустических колебаний падает.

Для изготовления предлагаемого цилиндра может быть использован материал, который сам эффективно поглощает акустические колебания, например, чугун или крупнозернистая сталь с зерном или сверхструктурой (конгломератом зерен) 0,1-10,0 длин волн акустических резонансных колебаний, пенометалл.

Возможно подавление резонансных колебаний за счет выполнения стенки цилиндров из нескольких слоев, по крайней мере, один из которых хорошо поглощает акустические колебания. В этом случае представляется перспективным использование пенометаллов, обладающих одновременно хорошей теплопроводностью и большим коэффициентом затухания для акустических волн.

Блок цилиндров содержит цилиндры, имеющие торцы, причем по крайней мере один из торцов цилиндров выполнен со срезом наклонно к продольной оси цилиндра так, что высоту среза Н выбирают из условия L≤Н≤20L, где L - длина полуволны акустического резонансного колебания в цилиндре, или в виде ломаной линии, или в виде плавной кривой глубиной по продольной оси цилиндра не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания, или в виде фаски длиной не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания. Изобретение позволяет уменьшить износ, а также повысить ресурс работы блока цилиндров. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, имеющие торцы, отличающийся тем, что по крайней мере один из торцов цилиндров выполнен со срезом наклонно к продольной оси цилиндра так, что высоту среза Н выбирают из условия L≤H≤20 L, где L - длина полуволны акустического резонансного колебания в цилиндре, или в виде ломаной линии, или в виде плавной кривой, глубиной по продольной оси цилиндра не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания, или в виде фаски, длиной не менее половины и не более десяти длин волн акустического резонансного колебания.2. Блок цилиндров по п.1, отличающийся тем, что на торце цилиндра плотно закреплен элемент, материал которого поглощает акустические колебания.3. Блок цилиндров по п.1, отличающийся тем, что цилиндры выполнены из материала, поглощающего акустические колебания.4. Блок цилиндров по п.1, отличающийся тем, что стенки цилиндров выполнены из нескольких слоев, по крайней мере один из которых поглощает акустические колебания.5. Блок цилиндров по п.1, отличающийся тем, что на поверхности цилиндров выполнены проточины глубиной и/или наплывы высотой 0,1-10,0 длин волн акустического резонансного колебания.6. Блок цилиндров по п.5, отличающийся тем, что проточины заполнены материалом, поглощающим акустические колебания.