Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением Российский патент 2024 года по МПК F02F1/36 F01M5/00 F01P3/04 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям головок блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) с жидкостным охлаждением.

Известна головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая корпус головки блока цилиндров, корпус распределительных валов, установленный на корпусе головки блока цилиндров, а также крышку распределительных валов, установленную на корпус распределительных валов (см патент на изобретение RU 2430255, дата публикации 27.09.2011 МПК F02F1/24(2006/01).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится сложность конструкции и небольшая площадь поверхности, контактирующей с моторным маслом, которая отводит тепло в охлаждающую жидкость.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является головка блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, между которыми образована полость для охлаждающей жидкости, колодцы под болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров, отверстия под установку впускных и выпускных клапанов газораспределительного механизма (см патент на полезную модель RU 112949 дата публикации 27.01.2012, МПК F02F1/36(2006/01).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в данной конструкции площадь поверхности контакта нагретого моторного масла с площадью поверхности охлаждающей жидкости приблизительно одинакова и недостаточна для эффективного охлаждения моторного масла.

Сущность изобретения заключается в обеспечении оптимизации температуры моторного масла при работе двигателя и в особенности в полости привода газораспределительного механизма, для повышения ресурса и надежности головки блока цилиндров и двигателя в целом.

Технический результат — снижение температуры разогретого в деталях привода газораспределительного механизма моторного масла за счет увеличения площади контакта с охлажденной поверхностью головки цилиндров ДВС.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в головке блока цилиндров с жидкостным охлаждением, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, между которыми образована полость для охлаждающей жидкости и полость для привода газораспределительного механизма, при этом нижняя поверхность которой является верхней поверхностью верхней плиты головки цилиндров отличием является то, что на верхней поверхности верхней плиты головки цилиндров, которая является одновременно нижней поверхностью полости привода газораспределительного механизма и куда стекает разогретое деталями газораспределительного механизма моторное масло, для увеличения площади контакта разогретого моторного масла с поверхностью верхней плиты головки цилиндров, под которой расположены полости с охлаждающей жидкостью, на ней в литье выполнены конструктивные элементы - ребра охлаждения, увеличивающие площадь поверхности, высотой от поверхности более 1 мм.

Для пояснения изобретения приведены следующие иллюстрации:

На фиг. 1- представлен поперечный разрез головки цилиндров по полости охлаждающей жидкости и полости привода газораспределительного механизма.

На фиг. 2 - представлен общий вид головки цилиндров на полость привода газораспределительного механизма с выполненными в литье ребрами охлаждения(ребра охлаждения выделены красным цветом).

На фиг. 3 - представлен общий вид головки цилиндров на полость привода газораспределительного механизма с выполненными в литье ребрами охлаждения(ребра охлаждения выделены красным цветом).

На фиг.4 - представлены результаты замеров температуры моторного масла на головке цилиндров серийной и опытной.

Головка цилиндров 1 состоит из верхней плиты 2 и днища 3, соединенных боковыми стенками 4, 5. Головка цилиндров 1 содержит внутренние полости 6 с охлаждающей жидкостью, при этом верхняя поверхность верхней плиты 2 является нижней поверхностью полости привода газораспределительного механизма 7, на которой выполнены ребра охлаждения моторного масла 8.

Работа головки блока цилиндров с жидкостным охлаждением осуществляется следующим образом. В полости рубашки охлаждения головки цилиндров 6 циркулирует охлаждающая жидкость, температура которой поддерживается в оптимальном диапазоне системой охлаждения ДВС, независимо от температуры окружающей среды (в оговоренных документацией пределах). Охлаждающая жидкость отводит от верхней плиты 2 тепло, поддерживая ее температуру практически постоянной.

Для смазывания и охлаждения деталей газораспределительного механизма к ним подается моторное масло из картера двигателя масляным насосом по специальным сверлениям. Моторное масло смазывает и охлаждает подвижные и неподвижные детали привода газораспределительного механизма, забирая от них тепло и нагретым стекает в нижнюю часть полости, которая является верхней частью плиты 2 и охлаждена охлаждающей жидкостью. При контакте с поверхностью масло отдает в нее тепло и частично охлаждается. Теплоемкость масла в 2,45 раза меньше воды, коэффициент теплоотдачи в стенку меньше, и без дополнительных мероприятий теплоотвод от масла в стенку верхней плиты 2 соответственно меньше, чем его может снять и отвести охлаждающая жидкость, поэтому теплоотвод без ребер охлаждения масла 8 недостаточен.

Эффективность заявленного технического решения была подтверждена экспериментальным путем. Для чего экспериментальный автомобиль был оборудован датчиками температуры, расположенными в магистрали подачи моторного масла в головку блока цилиндров и на пути слива моторного масла, вытекающего из головки блока по верхней плите обратно в масляный картер двигателя. Сравнительные результаты заездов автомобиля с серийной головкой блока цилиндров и головкой блока, изготовленной с использованием указанного технического решения приведены на фиг. 4.

Желтая кривая - разница температур масла на входе и сливе из серийной головки блока цилиндров

Красная кривая - разница температур масла на входе и сливе из опытной головки блока цилиндров.

Экспериментальным путем подтверждено, что при прохождении масла через серийную головку блока цилиндров моторное масло охлаждается максимум на 4,86°С.

Техническое решение, описанное выше, позволяет увеличить эффективность охлаждения моторного масла более чем в 2 раза, результат, полученный опытным путем, составил 10,23°С.

Преимущество заявленного изобретения состоит в том, что увеличенная на 20 - 80 % площадь контакта нагретого масла с охлажденной поверхностью головки цилиндров позволяет увеличить теплоотвод и тем самым понизить температуру моторного масла в двигателе до оптимальной величины, не допуская его перегрева. Оптимальная температура моторного масла обеспечивает оптимальную работу деталей, узлов и механизмов двигателя, что положительно влияет на его ресурс, надежность, экономичность.

Изобретение может быть использовано в головках блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением. Головка (1) блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением содержит верхнюю плиту (2) и днище (3), соединенные боковыми стенками (4) и (5). Полость (6) для охлаждающей жидкости выполнена между нижней частью верхней плиты (2) и днищем (3). Верхняя поверхность верхней плиты (2) является нижней поверхностью полости для размещения газораспределительного механизма и масла для смазывания и охлаждения деталей газораспределительного механизма. На верхней поверхности верхней плиты (2) головки цилиндров выполнены конструктивные элементы – ребра (8) охлаждения высотой от поверхности более 1 мм. Ребра (8) предназначены для увеличения площади контакта моторного масла с поверхностью верхней плиты (2) головки цилиндров. Технический результат заключается в снижении температуры разогретого в деталях привода газораспределительного механизма моторного масла за счет увеличения площади контакта с охлажденной поверхностью головки цилиндров ДВС. 4 ил.

Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая верхнюю плиту и днище, соединенные боковыми стенками, полость для охлаждающей жидкости между нижней частью верхней плиты и днищем, при этом верхняя поверхность верхней плиты является нижней поверхностью полости для размещения газораспределительного механизма, отличающаяся тем, что на верхней поверхности верхней плиты, являющейся нижней поверхностью полости газораспределительного механизма, для увеличения площади контакта моторного масла с поверхностью верхней плиты головки цилиндров выполнены конструктивные элементы – ребра охлаждения высотой от поверхности более 1 мм.