Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ БЛОК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Высоцкий Михаил Степанович Маньшин Геральд Григорьевич Дробышевский Чеслав Брониславович Стародетко Константин Евгеньевич Будкевич Галина Григорьевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус и расположенные внутри него в ряд цилиндры с каналами для охлаждающей жидкости, причем верхняя часть блока снабжена плоскостью разъема с головкой цилиндров, а между наружными поверхностями рядом расположенных цилиндров выполнены плоские каналы, отличающийся тем, что корпус и ряд цилиндров выполнены в виде одной монолитной конструкции, полученной литьем и механически обработанными затем цилиндрами, причем протяженность плоских каналов для протока охлаждающей жидкости составляет величину от 0,5 до 1,35 , где- внутренний диаметр цилиндра, а ширина составляет 0,040,06 . 2. Блок цилиндров по п. 1, отличающийся тем, что каждый цилиндр снабжен сухой гильзой. 3. Блок цилиндров по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по высоте цилиндра выполнены несколько плоских каналов с перемычками, протяженность каждого из которых составляет величину от 0,25 до 0,5 , причем верхний из каналов расположен на расстоянии 0,06-0,12 от плоскости разъема. 4. Блок цилиндров по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что плоские каналы выполнены сверлением, а их диаметр при этом составляет величину от 0,06 до 0,08 .(56) 1. Двигатели внутреннего сгорания Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - . Машиностроение, 1980. - С. 83. 2. А.с. СССР 1837112, МПК 01 3/02, 1990. 3. А.с. СССР 1749505, МПК 01 3/10, 1990 (прототип). Предлагаемое техническое решение относится к двигателестроению, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания, и может найти применение не только при создании новых двигателей, но и при их модернизации. Известно, что с целью снижения габаритов и массы двигателя межцилиндровое расстояние делают минимально возможным. Это расстояние для определенного диаметра цилиндра зависит, главным образом, от типа гильз цилиндров - вставные сменные мокрые или монолитные в виде блока с сухими гильзами или без них 1. Применение вставных сменных мокрых гильз обуславливает большее расстояние между осями цилиндров. Выполнение блока заодно с цилиндрами позволяет по сравнению со вставными мокрыми гильзами уменьшить расстояние между осями цилиндров. Это расстояние при заданном диаметре цилиндра определяется толщиной стенок рубашки цилиндра, толщиной стенки сухой гильзы, если она применена, и проходным сечением для охлаждающей жидкости. Известные системы жидкостного охлаждения имеют характерную конструкцию блока цилиндров, в которой вокруг цилиндров образована рубашка для охлаждающей жидкости. В рубашку охлаждения жидкость попадает от радиатора системы охлаждения через распределительные каналы. Жидкость омывает цилиндры в поперечном направлении, затем поступает на охлаждение головки блока цилиндров и отводится в радиатор. Такая система обеспечивает необходимую интенсивность охлаждения горячих деталей двигателя и обеспечивает гибкость управления ее работой. Однако известные конструкции блоков цилиндров имеют ограничения по диаметру цилиндров при заданных габаритах в силу необходимости обеспечивать заданные толщины стенок и проходного сечения для жидкости. Кроме того, часть стенок рядом расположенных цилиндров оказывается в неблагоприятных условиях по охлаждению, а именно тепловыделения от рядом расположенных цилиндров накладываются, а отвод тепла остается примерно таким же, как и для остальной части стенки по периметру цилиндра, что вызывает дополнительные температурные напряжения и снижает надежность работы двигателя. Известны также система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, в которой по высоте цилиндра рубашка охлаждения разделена на две изолированные уплотнением полости. Нижняя полость охлаждается маловязкой охлаждающей жидкостью - вода, антифриз, а верхняя - моторным маслом, что позволяет обеспечить повышенную эффективность охлаждения верхней, наиболее нагретой зоны цилиндра 2. Недостатками этой конструкции является сложность системы смазки и конструкции блока цилиндров, что значительно повышает стоимость изготовления, особенно для серийно выпускаемых двигателей. Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототип) является система охлаждения цилиндров двигателя внутреннего сгорания, представляющая собой блок цилиндров, содержащий корпус и расположенные внутри него в ряд цилиндры с мокрыми гильзами, а также каналы для охлаждающей жидкости, причем верхняя часть блока снабжена плоскостью разъема с головкой цилиндров, а стенки цилиндров в верхней зоне выполнены с образованием плоских каналов между наружными поверхностями стенок рядом расположенных цилиндров 3. Недостатком прототипа является то, что его блок цилиндров выполнен с отдельными мокрыми гильзами, это приводит к недостаточной жесткости конструкции и увеличению 2 1754 толщины стенок гильз, что значительно снижает процесс теплообмена, а следовательно,приводит к увеличению габаритов, снижению надежности работы и невозможности увеличения диаметров цилиндров при их дальнейшей модернизации. Задачей предлагаемого технического решения является повышение мощности двигателя за счет создания блока цилиндров с максимальным рабочим объемом цилиндров двигателя, путем увеличения их внутренних диаметров, а также повышение надежности работы двигателя и их долговечности за счет оптимизации теплообмена между поверхностями смежных цилиндров и охлаждающей жидкостью. Задача решается следующим образом. В известном блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания содержится корпус, ряд цилиндров, расположенных внутри него с каналами для охлаждающей жидкости, причем верхняя часть блока снабжена плоскостью разъема с головкой цилиндров, а между наружными поверхностями рядом расположенных цилиндров выполнены плоские каналы. Согласно предлагаемому техническому решению, корпус и ряд цилиндров выполнен в виде одной монолитной конструкции,полученной литьем и механически обработанными затем цилиндрами, причем протяженность плоских каналов для протока охлаждающей жидкости составляет величину от 0,5 до 1,35 , где- внутренний диаметр цилиндра, а ширина их составляет от 0,04 до 0,06 . Кроме того, каждый цилиндр блока может быть снабжен сухой гильзой. По высоте цилиндра могут быть выполнены несколько плоских каналов с перемычками, протяженность каждого из них составляет от 0,25 до 0,5 , причем верхний из каналов расположен на расстоянии 0,06-0,12 от плоскости разъема с головкой цилиндров. При выполнении сверленых каналов их диаметр составляет величину от 0,06 до 0,08 . Таким образом, заявленное техническое решение позволяет получить максимальный рабочий объем цилиндров при заданном расстоянии между осями цилиндров двигателя,что повышает его мощность. Выполнение блока цилиндров в виде одной монолитной детали при снабжении каждого цилиндра сухой гильзой упрощает конструкцию, снижает стоимость изготовления блока. Кроме того, использование сухой гильзы, воспринимающей механические и температурные нагрузки, позволяет уменьшить толщину стенки цилиндра, а предлагаемые величины ширины плоских каналов и величины их общей протяженности позволяют оптимизировать теплообмен между поверхностями смежных цилиндров и охлаждающей жидкостью, что повышает надежность работы двигателя и их долговечность. На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого блока цилиндров в разрезе. На фиг. 2 - разрез по -, где показано расположение каналов для охлаждающей жидкости. На фиг. 3 - общий вид блока цилиндров с несколькими плоскими каналами и перемычками между ними. Блок цилиндров (фиг. 1) содержит корпус 1 блока, отлитый за одно целое с механически обработанными цилиндрами 2 (на чертеже показан блок из двух цилиндров), каждый цилиндр может быть снабжен сухой гильзой 3 и содержит каналы 4 для охлаждающей жидкости. Верхняя часть блока цилиндров снабжена плоскостью разъема 5 с головкой цилиндров (на чертеже не показана). Наружные стенки 6 цилиндров 2 в межцилиндровых перемычках выполнены плоскими и образуют между собой проходное сечение для охлаждающей жидкости в виде плоских каналов 7. При выполнении по высоте цилиндров 2 нескольких плоских каналов 7 с перемычками 8 (фиг. 3) между ними верхний, плоский канал выполнен на расстоянии 0,06-0,12 от плоскости разъема 5 блока цилиндров. Заявляемый блок цилиндров работает следующим образом. При работе двигателя охлаждающая жидкость по каналам 4 и 7 поступает к наружным поверхностям цилиндров 2. В известном решении скорость охлаждающей жидкости увеличивается при обтекании смежных цилиндров и достигает максимального значения в диаметральной плоскости ци 3 1754 линдров, а затем снова резко падает, поэтому оптимизировать ее с точки зрения наиболее эффективного охлаждения цилиндров в зоне между цилиндрами невозможно. Выполнение плоского проходного канала 7 с практически постоянным сечением по всей его длине(фиг. 2) позволяет оптимизировать теплообмен в зоне наибольшей отдачи тепла от двух смежных поверхностей цилиндров. Пройдя по каналам 4 и 7 блока цилиндров 2, жидкость поступает в головку цилиндров (на чертеже не показана) и отводится затем в радиатор системы охлаждения. При выполнении по высоте цилиндров 2 нескольких плоских каналов 7 с перемычками 8 (фиг. 3) жидкость проходит через несколько плоских каналов 7. При этом в верхнем канале, расположенном на расстоянии 0,06-0,12 от плоскости разъема 5 блока цилиндров, тепло отводится от наиболее нагретой части цилиндров 2. В связи с тем, что перемычки 8 выполнены на сравнительно малой по высоте протяженности, они не вызывают заметного искажения температурного поля в цилиндрах 2 и сухих гильзах 3. В то же время перемычки 8 увеличивают прочность и жесткость конструкции корпуса 1, в котором выполнены цилиндры 2, что повышает надежность работы двигателя. Как показали расчеты, при выполнении плоских каналов протяженностью менее 0,25 уменьшается расход охлаждающей жидкости ниже критического значения, и цилиндры будут перегреваться, при этом сохраняется неравномерность распределения температуры по периметру стенки цилиндра 2, вызванная влиянием теплового потока от рядом расположенного цилиндра. При выполнении плоских каналов протяженностью более 0,5 эффект увеличения коэффициента теплоотдачи от стенки цилиндра 2 к охлаждающей жидкости, протекающей в плоском канале, становится несущественным для выравнивания поля температур. Другими словами, эффективность охлаждения не повышается, а расход охлаждающей жидкости увеличивается. Это ведет к необходимости увеличения производительности насосов для охлаждающей жидкости и увеличения затрат мощности. Необходимость же увеличения при этом толщины стенки цилиндра приводит к неоправданному увеличению габаритов блока цилиндров. Выполнение ширины плоских каналов 7 меньше величины 0,04 ухудшает технологические характеристики блока цилиндров, в котором формируются цилиндры 2 и который получают литьем. Кроме того, недопустимо снижаются характеристики расхода охлаждаемой жидкости. При выполнении ширины плоских каналов выше 0,06 недопустимо снижаются характеристики прочности стенок цилиндров 2, а эффективность их охлаждения уже не возрастает. При выполнении верхнего, плоского канала 7 с перемычкой 8,расположенного на расстоянии 0,6-0,12 от плоскости разъема 5, протяженностью менее 0,25 , ощутимо снижается эффективность отвода тепла от верхней, наиболее нагретой зоны цилиндра 2, в особенности при разделении потока охлаждающей жидкости на поток,охлаждающий верхнюю зону цилиндра 2, и на поток, охлаждающий нижнюю зону. Выполнение же этого канала свыше 0,5 технически нецелесообразно, так как на этом расстоянии горячая зона цилиндров 2 уже заканчивается, а эффект повышения прочности и жесткости корпуса 1 за счет наличия в нем перемычек 8 снижается. При выполнении нескольких плоских каналов с перемычками между ними в верхнем канале, расположенном на расстоянии 0,6-0,12 от плоскости разъема 5 блока цилиндров, тепло отводится от наиболее нагретой части цилиндров 2. Перемычки 8, выполненные на сравнительно малой по высоте протяженности, не вызывают заметного искажения температурного поля в цилиндрах 2 и сухих гильзах 3, но в то же время увеличивают прочность и жесткость самого блока цилиндров. Например, как показали расчеты, если двигатель внутреннего сгорания имеет диаметр цилиндров равный 110 мм, а расстояние между цилиндрами - 37 мм, то при выполнении блока цилиндров в виде монолитной конструкции, отлитой заодно с механически обработанными цилиндрами, можно, как минимум, диаметры цилиндров увеличить до 115 мм. При этом ширина плоских каналов для охлаждающей жидкости составит 8 мм, а минимальная толщина стенок цилиндров в зоне прохода жидкости составит 7 мм. 4 1754 Таким образом, заявляемый блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания позволяет получить максимальный рабочий объем в заданных межцилиндровых размерах, а следовательно, повысить мощность при модернизации двигателей со сменными мокрыми гильзами цилиндров путем перехода на сухие. А также за счет оптимизации теплообмена между поверхностями смежных цилиндров и охлаждающей жидкостью и увеличения жесткости конструкции перемычек повысить надежность работы двигателей внутреннего сгорания и их долговечность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.