Головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением
Использование: в двигателестроении, в головках блока цилиндров ДВС с жидкостным охлаждением. Головка цилиндра (ГЦ) содержит полость охлаждения вокруг стакана форсунки, образованную нижним и верхним днищами, соединенными наружными стенками, гнездами клапанов газораспределения и стаканом форсунки, разделительную перегородку полости с каналами для прохода жидкости вокруг стакана форсунки. ГЦ имеет промежуточную опорную стенку и ребра с образованием мини-полостей напротив каналов. В периферийной зоне нижнего днища выполнена кольцевая полость охлаждения, которая связана с полостью охлаждения вокруг стакана форсунки каналами в разделительной перегородке. Наличие ребер стабилизирует течение жидкости, препятствует образованию вихревых и застойных зон и повышает жесткость ГЦ в целом. 3 илл.
Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания.
Известна головка цилиндра (ГЦ) форсированного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) фирмы «Deutz», которая имеет верхнее и нижнее (огневое) днища, между которыми выполнена коническая перегородка, соединенная с наружной стенкой. Охлаждение нижнего днища осуществляется двумя потоками жидкости, один из которых омывает периферийную часть днища снаружи перегородки, а другой через изогнутую трубку направлен к центральной части днища и отводится через отверстие в конической перегородке (патент Германии №2514044, м. кл. F 02 F 1/36, 1983).
Недостаток данной конструкции - наличие застойных зон в водяной полости в местах соединения перегородки, днища и боковых стенок, что при форсировании двигателя по среднему эффективному давлению ведет к появлению значительных градиентов температур в
днище и высоких термических напряжений. Кроме того, указанная конструкция разработана для двухклапанной ГЦ и неприменима к ГЦ с четырьмя клапанами газораспределения.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является ГЦ ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая полость охлаждения вокруг стакана форсунки, образованную нижним и верхним днищами, соединенными наружными стенками, гнездами клапанов газораспределения и стаканом форсунки, разделительную перегородку полости, выполненную заодно с наружными стенками, в виде усеченного конуса, соединенную со стенками впускных и выпускных каналов и наружными стенками ГЦ. В периферийной зоне нижнего днища имеется кольцевая полость охлаждения, связанная каналами в разделительной перегородке с полостью охлаждения вокруг стакана форсунки (патент РФ №2039881, м. кл. F 02 F 1/36, 1992).
Однако, эта конструкция не может быть использована в дизелях с максимальными давлениями сгорания Pz>22 МПа и моторесурсом 10000 ч, так как разделительная перегородка и стакан форсунки не обеспечивают требуемой жесткости днища. Кроме того, в связи с недостаточным теплосъемом вокруг стакана форсунки и резкими переходами сечений водяной полости вдоль линии тока охлаждающей жидкости происходит срыв потока с образованием застойных зон,
ухудшающих теплообмен и приводящих при форсировании двигателя к перегреву днища и трещинам в межклапанных перемычках.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение жесткости конструкции, снижение прогиба нижнего днища путем дополнительного соединения нижнего и верхнего днищ, а также уменьшение температуры нижнего днища путем устранения застойных зон в водяной полости центральной части ГЦ и плавного отвода жидкости из полости охлаждения.
Поставленная задача решается тем, что известная ГЦ ДВС с жидкостным охлаждением, содержащая полость охлаждения вокруг стакана форсунки, образованную нижним и верхним днищами, соединенными наружными стенками, гнездами клапанов газораспределения и стаканом форсунки, разделительную перегородку полости, выполненную заодно с наружными стенками, и полость охлаждения в периферийной зоне нижнего днища, связанную каналами в перегородке с полостью охлаждения вокруг стакана форсунки, согласно полезной модели, последняя снабжена ребрами, параллельными образующей стакана форсунки и расположенными радиально вокруг стакана с образованием мини-полостей напротив каналов для направления охлаждающей жидкости вдоль стакана форсунки снизу вверх ламинарным потоком.
На фиг.1 изображен продольный разрез ГЦ по ее оси между впускными и выпускными каналами; на фиг.2 показано горизонтальное сечение ГЦ (А-А на фиг.1) по четырем каналам подвода охлаждающей жидкости из кольцевого объема на периферии огневого днища к полости охлаждения вокруг стакана форсунки; на фиг.3 показаны потоки охлаждающей жидкости в продольном разрезе ГЦ, на фиг.1.
ГЦ ДВС с жидкостным охлаждением содержит полость 1 охлаждения, образованную нижним 2 и верхним 3 днищами, соединенными наружными стенками 4, гнездами клапанов 5 и стаканом 6 форсунки (полость охлаждения вокруг стакана форсунки), а также разделительную перегородку 7 полости с четырьмя каналами 8 для прохода жидкости в полость 1 вокруг стакана 6 форсунки. Перегородка 7 выполнена заодно с наружными стенками 4. Кроме того, ГЦ имеет колодцы 9 для элементов крепления головки к блоку, промежуточную опорную стенку 10, шесть ребер 11, расположенных параллельно образующей стакана 6 форсунки и радиально вокруг стакана 6 форсунки с образованием мини-полостей 12 напротив каналов 7 для направления охлаждающей жидкости вдоль стакана 6 форсунки снизу вверх ламинарным потоком. В периферийной зоне нижнего днища 2 выполнена кольцевая полость 13 охлаждения, которая связана с полостью 1 каналами 8. Охлаждающая жидкость подводится к головке
через отверстия 14 в днище 2 ГЦ. Отвод охлаждающей жидкости из головки выполнен через отверстие 15 в стенке 4.
ГЦ работает следующим образом. При установке на гильзу ГЦ прижимается к ней элементами крепления (на фиг. не показано), проходящими через колодцы 9. Давление газов, возникающее при работе двигателя, воздействует на огневое днище 2 и воспринимается опорной стенкой 10, ребрами 11, наружными стенками 4 ГЦ и передается на элементы крепления через верхнее днище 3. Охлаждающая жидкость поступает в ГЦ через четыре отверстия 14 в кольцевую полость 13, откуда через каналы 8 в перегородке 7 поступает в мини-полости 12 между ребрами 11 и опорной стенкой 10. При движении вверх ламинарным потоком вдоль ребер 11 жидкость отнимает у них тепло, и уходит в отверстие 15 в стенке 4. Наличие ребер 11 стабилизирует течение жидкости и препятствует образованию вихревых и застойных зон.
Таким образом, выполнение силовой схемы и организация потоков охлаждающей жидкости с равномерным ее распределением по периметру ГЦ позволяет существенно уменьшить механические и термические напряжения в центральной части огневого днища, разгрузить от усилий верхнее днище и повысить жесткость ГЦ в целом.
Головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая полость охлаждения вокруг стакана форсунки, образованную нижним и верхним днищами, соединенными наружными стенками, гнездами клапанов газораспределения и стаканом форсунки, разделительную перегородку полости, выполненную заодно с наружными стенками, и кольцевую полость охлаждения в периферийной зоне нижнего днища, связанную каналами в перегородке с полостью охлаждения вокруг стакана форсунки, отличающаяся тем, что полость охлаждения вокруг стакана форсунки снабжена ребрами, параллельными образующей стакана форсунки и расположенными радиально вокруг стакана с образованием мини-полостей напротив каналов.
