ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в качестве основной корпусной детали двигателя внутреннего сгорания, а именно, в качестве блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением с цилиндровыми втулками, продольный разрез А-А в вертикальной плоскости по оси коленчатого вала; на фиг.2 - блок цилиндров, продольный разрез Б-Б в горизонтальной плоскости, цилиндровые втулки не показаны; на фиг.3 - блок цилиндров, поперечный разрез В-В в вертикальной плоскости по оси цилиндровой полости, цилиндровые втулки не показаны; на фиг.4 - блок цилиндров, продольный разрез в вертикальной плоскости, вид Г на стенку цилиндровой полости, ориентированную параллельно оси коленчатого вала, цилиндровые втулки не показаны; на фиг.5 - блок цилиндров, вид сверху на опорные поверхности кольцевых выступов с компенсирующими выемками, цилиндровые втулки не показаны; на фиг.6 - блок цилиндров, поперечный разрез В-В в вертикальной плоскости по оси цилиндровой полости, показаны цилиндровые втулки;

Блок цилиндров 1 двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением (фиг.1) содержит образующие цилиндровые полости 2 стенки (фиг.2), выполненные в виде пластинчатых элементов, объединенные в верхней части кольцевыми выступами 3 (фиг.3), имеющими опорные 4 и центрирующие 5 поверхности под установку цилиндровых втулок 6 (фиг.1). В кольцевых выступах 3 (фиг.3) со стороны опорных поверхностей 4 выполнены компенсирующие выемки 7 с глубиной h, равной 1,0-1,5 мм (фиг.3) и шириной, равной ширине опорной поверхности 4 (фиг.5). Ориентация и протяженность компенсирующей выемки 7 в блоке цилиндров определяются параллельной оси коленчатого вала хордой l дуги окружности с радиусом r, равным радиусу центрирующей поверхности 5 кольцевого выступа 3, и центральным углом , связанными зависимостью (1) (фиг.4, 5).

Глубина h компенсирующей выемки 7 определяется из заданного условия отсутствия контакта между буртом 8 цилиндровой втулки 6 и поверхностью этой выемки, при этом оптимальная величина h составляет 1,0-1,5 мм, исходя из обеспечения минимальной трудоемкости изготовления блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Оптимальная величина центрального угла , равная 35°-45°, характеризующего протяженность компенсирующей выемки 7, определяется из условия, что вектор затяга силовых шпилек должен оставаться параллельным своему первоначальному направлению. Радиус r ₁ определяется размерами режущего инструмента при выполнении компенсирующей выемки 7.

В соответствии с внешним проявлением овальности цилиндровых втулок 6 в процессе сборки двигателей решается задача построения физической картины поведения полей деформации стенок цилиндровых полостей 2 блока 1 и втулок 6.

Условия работы цилиндропоршневой группы, как и двигателя в целом, во многом определяются конструктивным исполнением блока цилиндров 1 в сборе с цилиндровыми втулками 6, оцениваются величиной овальности 0,02...0,09 мм, возникающей в цилиндровых втулках 6 при затяге силовых шпилек в блоке 1 в процессе сборки двигателя.

Для снижения овальности цилиндровых втулок 6 учитывается поведение сил в процессе деформирования системы блок цилиндров - цилиндровая втулка. Несмотря на малость смещений (0,02-0,09 мм), форму блока 1, а также форму цилиндровой втулки 6 при нагружении в процессе сборки двигателя следует отнести к категории меняющихся существенным образом. При этом новая форма цилиндровой втулки 6 остается неизвестной, пока в ней не определены внутренние силовые факторы, зависящие в свою очередь от новой геометрической формы блока 1. Поэтому внутренние силовые факторы в цилиндровой втулке 6 определяются только с учетом возникающей деформации блока 1.

Затяг силовых шпилек нагружает опорный бурт 8 цилиндровой втулки 6 и совершает работу против сил упругости, возникающих в пластинчатых элементах блока (фиг.1; фиг.6). Бурт 8 цилиндровой втулки 6 рассматривается как кольцо, опорами которого являются пластинчатые элементы, образующие в блоке 1 отдельную цилиндровую полость 2 (фиг.2). В этой механической системе закон нагрузки, передающейся на кольцо, зависит от соотношения податливостей пластинчатых элементов, служащих опорами кольца. Следовательно, изгибающие и крутящие моменты, а значит и напряженное состояние кольца определяются не непосредственно силами затяга шпилек, а теми деформациями, которые возникают в пластинчатых элементах блока 1. В связи с этим вводится определенность, касающаяся соотношений податливостей (или жесткостей, что то же) пластинчатых элементов в блоке 1. Жесткость представляется здесь как отношение силового фактора к соответствующему перемещению, а податливость характеризуется величиной, обратной жесткости. В известных аналогах конструкций блоков цилиндров жесткость пластинчатых элементов, ориентированных параллельно оси коленчатого вала, примерно в два раза больше, а нагруженность - в два раза меньше, чем, соответственно, жесткость и нагруженность пластинчатых элементов, ориентированных перпендикулярно к названной оси. При этом величина соотношений податливостей пластинчатых элементов в блоке 1 в каждом конкретном случае может быть строго установлена экспериментально.

За точку отсчета принимается тот факт, что в цилиндровой полости 2 блока 1, как в отдельной замкнутой статически неопределимой системе происходит частичное ослабление работы пластинчатого элемента, ориентированного перпендикулярно к оси коленчатого вала. Следовательно имеет место взаимовлияние внешней нагрузки и перемещений: не только перемещения зависят от нагрузки, но и сама нагрузка меняется в зависимости от перемещений и следовательно, закон нагрузки, которая передается на кольцо, определяется функцией q=q( ), где - центральный угол, отсчитываемый от оси o ₂-О ₂, ориентированной перпендикулярно к оси коленчатого вала. Таким образом, учитывается различная степень жесткости стенок блока, которую нельзя разделить только посредством измерения их статической податливости. В соответствии с этим на расчетной схеме пластинчатые элементы блока 1, ориентированные параллельно оси коленчатого вала, как обладающие повышенной жесткостью, представлены моделью стержня, работающего по схеме консольной балки, где - длина консоли.

Таким образом, повышение износостойкости деталей цилиндропоршневой группы двигателей и снижение в них удельного расхода топлива и смазочного масла на угар достигается за счет изменения деформативных свойств системы блок цилиндров - цилиндровая втулка путем введения в блоке компенсирующих выемок.

Доступность осуществления предлагаемого изобретения позволяет получить значительный экономический эффект и достичь удовлетворения автотранспортом современных экологических требований.