Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02F7/00 

фиг А

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостным охлаждением, а именно к конструкции цилиндропоршневой группы ДВС.

Известны ДВС, в которых применяются блоки цилиндров, изготовленные заодно с картерной частью двигателя, так называемые моноблоки.

Во всех известных конструкциях моноблоков цилиндры выполняются в виде тонкостенного цилиндрического стакана с равной толщиной стенок по окружности цилиндра. Такая конструкция цилиндров хорошо работает на восприятие нагрузок от давления газов и на восприятие термических нагрузок, имеющих место при работе ДВС. Однако в период работы ДВС с криво- шипно-шатунным механизмом при движении поршня появляется боковая сила, вызванная наклоном шатуна. Эта сила создает изгибающую нагрузку на цилиндр. От этой нагрузки цилиндр искривляется, что ведет к увеличению трения между цилиндром и поршнем, цилиндром и поршневыми кольцами, повышенному износу этих пар трения и ухудшению показателей работы ДВС: снижению мощности из-за увеличения трения в цилиндропоршневой группе, увеличению расхода масла и токсичности выхлопных газов в связи с большим прорывом масла в камеру сгорания из-за увеличения износа пары цилиндр - поршневые кольца и в связи с большим прорывом газов в картер ДВС и, следовательно, большим уносом масла с системой вентиляции картера. Кроме того, в двигателях с жидкостным охлаждением на наружной поверхности цилиндров (или гильз цилиндров), находящейся в контакте с охлаждающей жидкостью, часто возникает коррозия, одной из причин которой является кавитация, вызываемая колебаниями стенок цилиндров (или гильз цилиндров). Чтобы уменьшить колебания и деформацию стенок дилиндров, увеличивают их толщину, что действительно повышает жесткость цилиндров и сопротивление колебаниям и деформации от боковых сил, но в то же время увеличивает расход металла, но главное - ухудшает теплообмен через стенку цилиндра, что приводит к ухудшению теплового режима работы цилиндропоршневой группы и в результате опять же к повышенным йзносам деталей и ухудшению показателей работы ДВС.

Частично проблема увеличения жесткости цилиндров от боковых сил решается в устройстве, в котором предлагается придать стенке цилиндра осесимметрично возрастающую толщину с наибольшей толщиной в плоскости качания шатуна, т. е.

в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя.

Однако при нагреве такой цилиндр имеет в отличие от цилиндра с равной толщиной

стенок ухудшение теплопередачи в зонах утолщения стенок, значительные неравномерные термические деформации и, как следствие, отклонение рабочей части цилиндра от правильной геометрической фор0 мы. Это также ведет к увеличению трения в цилиндропоршневой группе ДВС, большим йзносам деталей и ухудшению показателей работы ДВС.

Современные автомобильные поршни

5 из алюминиевого сплава и тонкостенные цилиндры не являются жесткой конструкцией. Под действием бокового усилия, создаваемого наклоном шатуна при движении поршня вдоль цилиндра, происходитдефор0 мация направляющей части поршня и цилиндра, что приводит к задирам поршня и цилиндра. Чтобы избежать этих задиров, направляющую поршня изготавливают со специальным профилем в виде эллиптиче5 ской бочки с меньшей осью эллипса вдоль поршневого пальца. При совместной деформации цилиндра и такой направляющей поршня обеспечивается снижение удельных нагрузок в паре трения поршень - цилиндр и

0 соответственно уменьшается опасность задиров. Однако искривление цилиндра неблагоприятно отражается на работу поршневых колец, повышает механические потери и увеличивает расход масла.

5 Кроме того, как показали испытания и анализ задиров поршней и цилиндров ДВС, эти задиры чаще всего бывают не в зоне качания шатуна (т. е. не в зоне наименьшего диаметра эллипса поршня), а зонах соеди0 нения ребер, бобышек поршневого пальца с юбкой поршня. Под действием боковых сил, передающихся через поршневой палец, поршни приобретают неправильную форму с выпуклостями в зонах бобышек

5 поршневого пальца, где и происходит контакт юбки поршня с цилиндром, т. е, передача боковых сил на цилиндры.

Цель изобретения - стабилизация геометрической формы цилиндров ДВС при

0 воздействии механических и термических нагрузок.

Для этой цели в ДВС с жидкостным охлаждением, имеющем блок цилиндров с тонкостенными цилиндрами, выполненны5 ми заодно с верхней плитой рубашки охлаждения блока и верхней плитой картерной части блока, а также поршня с поршневыми бобышками, соединенными ребрами с юбкой поршня, на наружной части тонкостенных цилиндров выполнены продольные

усилительные элементы, расположенные в сечении, перпендикулярном оси цилиндров, в зоне соединения ребер бобышек поршневого пальца с юбкой поршня.

Цилиндры ДВС выполнены заодно с верхней плитой рубашки охлаждения и верхней плитой картера, т. е. без вставных гильз. Конструкция моноблока, выполненного заодно с цилиндрами и картером ДВС, делает его жестким и хорошо работающим против разрыва цилиндров от газовых сил и сил, возникающих при затяжке головки блока.

На фиг. 1 показан разрез моноблока плоскостью, перпендикулярной продоль- ной оси ДВС; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением имеет блок цилиндров (фиг. 1), состоящий из тонкостенных цилиндров 1, рубашки 2 охлаждения и картера 3, выполненных как одна отливка. Цилиндры 1 в верхней части выполнены заодно с верхней плитой 4 рубашки 2 охлаждения, а в нижней части заодно с верхней частью 5 картера 3 ДВС. По наружной поверхности цилиндров 1 выполнены продольные усилительные элементы 6. В цилиндре 1 движется поршень 7, имеющий поршневые бобышки 8. В поршневых бо- бышках 8 закреплен поршневой палец 9, связанный с верхней головкой шатуна 10. Поршневые бобышки 8 связаны ребрами 11 с юбкой поршня 7. Ребра 6 жесткости цилиндра 1 выполнены в зонах соединения ребер 11 поршневых бобышек 8 с юбкой поршня 7.

Двигатель работает следующим образом.

Поршень 7, связанный поршневым пальцем 9 с шатуном 10, перемещается вдоль цилиндра 1. Наклон шатуна 10 создает боковое усилие, передающееся через поршневой палец 9 и ребра 11 бобышек поршневого пальца на юбку поршня 7. Это

боковое усилие деформирует юбку поршня 7, которая принимает неправильную форму с выпуклостями в зонах ребер бобышек поршневого пальца 9. В этих зонах происходит контакт юбки поршня 7 с тонкостенным цилиндром 1. Цилиндр 1 в этой зоне имеет наружные продольные усилительные элементы 6, которые воспринимают боковые силы и способствуют минимальной деформации цилиндра 1.

Благодаря сохранению геометрии цилиндров 1 и улучшению теплового режима работы цилиндропоршневой группы ДВС уменьшается трение в цилиндропоршневой группе и соответственно износ деталей этой группы.

В результате увеличивается ресурс цилиндропоршневой группы на 8-10%, снижается расход масла на 0,5%, связанный с уносом его через систему вентиляции картера, в связи с лучшей уплотненностью подвижного соединения цилиндр - поршень и меньшим прорывом газов из цилиндра в картер.

Формула изобретения Двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащий блок цилиндров с тонкостенными цилиндрами, выполненными за одно целое с верхней плитой рубашки охлаждения блока и верхней плитой картерной части блока и снабженными продольными усилительными элементами, а также поршни с бобышками, соединенными с юбкой поршня при помощи ребер, и размещенными в бобышках поршней поршневыми пальцами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем стабилизации геометрической формы цилиндров при воздействии механических и термических нагрузок, продольные усилительные элементы цилиндров блока в сечении, перпендикулярном оси цилиндров, размещены в зоне соединения ребер бобышек поршневого пальца с юбкой поршня.

Изобретение относится к поршневым ДВС, а именно к конструкции цилиндропоршневой группы ДВС с жидкостным охлаждением. Цель изобретения - повышение надежности путем стабилизации геометрической формы цилиндров при воздействии термических и механических нагрузок. Двигатель имеет блок цилиндров, состоящий из тонкостенных цилиндров 1,выполненных заодно с верхней плитой 4 рубашки охлаждения 2 и верхней плитой 5 картера 3. По наружной поверхности цилиндров 1 выполнены продольные усилительные элементы 6, расположенные в зонах соединения ребер поршневых бобышек с юбкой поршня 7. 2 ил.