RU2117800C1

RU2117800C1 - Cylinder head of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2117800C1
Application number: RU96120670A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Захаров; Ю.Т. Панфилов; В.Л. Химич; В.П. Каликин; П.Л. Самылин; В.Ф. Чирканов; З.М. Камбаров
Original assignee: Научно-производственный центр "Мотор"; Акционерное общество открытого типа "Ульяновский автомобильный завод"
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: cylinder head has combustion chamber connected with intake and exhaust channels brought out to one side of head. Intake channel has inlet section and outlet section made in form of irregular screw. Intake channel on outlet section is turned through 90 degrees in vertical plane and through 180 degrees in horizontal plane around intake valve axis. Exhaust channel has outlet section and inlet section made in form of irregular screw. Inlet section of exhaust channel is turned through 90 degrees in vertical plane and through 180 degrees in horizontal plane around axis of exhaust valve. Outlet section of intake channel and inlet section of exhaust channel are smoothly inscribed into above-chamber spaces, each made in form of cylinder limited by hemisphere from top. Channels have constant hydraulic diameter along their length. Cross- sections of channels are of Cassinian oval shape. EFFECT: improved power and economy characteristics of engine. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах газообмена двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering and can be used in gas exchange systems of internal combustion engines.

Известна головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания по авторскому свидетельству СССР N 509728 от 21.04.72 г. F 02 F 1/42, содержащая впускные и выпускные каналы с седлами клапанов, гидравлические диаметры которых выполнены равными гидравлическому диаметру седла соответствующего клапана, а отношения высоты к ширине поперечных сечений каждого канала на расстояниях от седла, равных 0; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1,0 длины канала, составляют соответственно 1,0; 0,78-0,82; 0,95-1,05; 1,1-1,25; 1,4-1,6; 1,6-1,7. Known cylinder head of an internal combustion engine according to USSR author's certificate N 509728 dated 04/21/72 F 02 F 1/42, containing inlet and outlet channels with valve seats, the hydraulic diameters of which are equal to the hydraulic diameter of the corresponding valve seat, and the height to width ratio cross sections of each channel at distances from the saddle equal to 0; 0.1; 0.3; 0.5; 0.7; 1.0 channel lengths, respectively 1.0; 0.78-0.82; 0.95-1.05; 1.1-1.25; 1.4-1.6; 1.6-1.7.

Недостатком указанной формы каналов является отсутствие винтового движения газов в каналах, что снижает наполнение цилиндра, его очистку от выхлопных газов и соответственно мощностные и экономические показатели двигателя. The disadvantage of this form of channels is the lack of helical movement of gases in the channels, which reduces the filling of the cylinder, its purification from exhaust gases and, accordingly, power and economic indicators of the engine.

Кроме того, предложенная форма каналов не обеспечивает эффективного смесеобразования, что ухудшает детонационные показания двигателя. In addition, the proposed channel shape does not provide effective mixture formation, which affects the detonation readings of the engine.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является головка цилиндров по авторскому свидетельству СССР N 503033 от 12.06.74 г. F 02 F 1/42, содержащая камеру сгорания и впускной канал, связанный с камерой сгорания выходным участком, выполненным по спирали, в котором отношение площадей проходных сечений выходного участка, удаленных от начала спирального участка на углы 75-85^o, 150-170^o, 300-340^o, к площади сечения впускного канала перед выходным участком составляет соответственно 0,7-0,8; 0,45-0,55; 0,05-0,10.The closest technical solution (prototype) is a cylinder head according to the USSR author's certificate N 503033 dated 06/12/74 F 02 F 1/42, containing a combustion chamber and an inlet channel connected to the combustion chamber by an output section made in a spiral, in which the ratio the area of the passage sections of the output section, remote from the beginning of the spiral section at angles of 75-85 ^o , 150-170 ^o , 300-340 ^o , to the cross-sectional area of the inlet channel in front of the output section is 0.7-0.8, respectively; 0.45-0.55; 0.05-0.10.

Согласно графическим материалам впускной канал имеет также входной участок, сечение которого на входе круглое, а с начала спирального участка, выполненного в виде поворота на 90^o в вертикальной плоскости и на сопряженном с ним выходном участке поворота вокруг оси клапана в горизонтальной плоскости при одновременном движении канала по вертикали к седлу клапана площадь его сечения уменьшается за счет постепенного уменьшения его ширины в горизонтальной плоскости.According to graphic materials, the inlet channel also has an inlet section, the cross section of which is round at the inlet, and from the beginning of the spiral section, made in the form of a 90 ^° rotation in the vertical plane and in the associated exit section of rotation around the valve axis in the horizontal plane while the channel is moving vertically to the valve seat, its cross-sectional area decreases due to a gradual decrease in its width in the horizontal plane.

Недостатком указанной головки цилиндров является неодинаковые гидравлические диаметры сечений впускного канала по его длине, что уменьшает наполнение цилиндра и соответственно мощностные и экономические показатели двигателя. The disadvantage of this cylinder head is the uneven hydraulic diameters of the sections of the inlet channel along its length, which reduces the filling of the cylinder and, accordingly, power and economic performance of the engine.

Техническим результатом изобретения является улучшение смесеобразования, увеличение наполнения цилиндров и улучшение мощностных и экономических показателей двигателя. The technical result of the invention is to improve the mixture formation, increase the filling of the cylinders and improve the power and economic performance of the engine.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в головке цилиндров ДВС, имеющей для каждого цилиндра впускной и выпускной клапаны, втулки и седла клапанов, камеру сгорания, связанную с выпускным каналом и с выведенным на ту же сторону головки впускным каналом, состоящим из входного участка и выполненного в форме неправильного винта выходного участка поворота канала на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси впускного клапана, согласно изобретению выпускной канал состоит из выходного участка и выполненного в форме неправильного винта входного участка поворота канала на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси выпускного клапана, выходной участок впускного канала и входной участок выпускного канала плавно вписаны в надкамерные полости, каждая из которых выполнена в виде цилиндра, соосного седлу соответствующего клапана, диаметром, равным внутреннему диаметру соответствующего седла, и ограниченного сверху полусферой того же диаметра. Каналы имеют по всей длине постоянный гидравлический диаметр, равный гидравлическому диаметру соответствующего седла клапана, а поперечные сечения каналов имеют форму "Кассини-овалов".The specified technical result is achieved due to the fact that in the cylinder head of the internal combustion engine, having for each cylinder inlet and outlet valves, bushings and valve seats, a combustion chamber associated with the exhaust channel and with the inlet channel on the same side of the head consisting of an inlet section and made in the form of an incorrect screw, the outlet section of the channel turning 90 ^° in the vertical plane and 180 ^° in the horizontal plane around the axis of the inlet valve, according to the invention, the outlet channel consists of an output part of the inlet and in the form of an incorrect screw, the inlet section of the channel turns 90 ^° in the vertical plane and 180 ^° in the horizontal plane around the axis of the outlet valve, the outlet section of the inlet channel and the inlet section of the outlet channel are smoothly inscribed in the above-chamber cavities, each of which is made in the form of a cylinder , coaxial to the seat of the corresponding valve, with a diameter equal to the inner diameter of the corresponding seat, and bounded from above by a hemisphere of the same diameter. The channels have a constant hydraulic diameter over the entire length equal to the hydraulic diameter of the corresponding valve seat, and the cross sections of the channels are in the form of "Cassini ovals."

Эксцентриситет "Кассини-овалов" изменяется по длине каналов, и максимальное значение его для впускного канала равно 0,20-0,35 диаметра образующей окружности, для выпускного канала 0,45-0,65 диаметра образующей окружности, ширина "Кассини-овалов" в зоне сопряжения образующих окружностей изменяется по длине каналов от 0,75 до 1,0 диаметра образующей окружности. The eccentricity of the "Cassini ovals" varies along the length of the channels, and its maximum value for the inlet channel is 0.20-0.35 of the diameter of the circumference, for the exhaust channel 0.45-0.65 of the diameter of the circumference, the width of the Cassini ovals in the mating zone of the forming circles varies along the length of the channels from 0.75 to 1.0 of the diameter of the forming circle.

Большая ось "Кассини-овалов" поворачивается по длине каналов вокруг оси, при этом max эксцентриситет "Кассини-овалов" в вертикальной плоскости лежит в зоне входа (выхода) в головку цилиндров, min - в начале участка поворота каналов, а в горизонтальной плоскости max эксцентриситет "Кассини-овалов" лежит в начале участка поворота канала, min - в зоне входа (выхода) в головку цилиндров. The major axis of the Cassini ovals rotates along the length of the channels around the axis, while the max eccentricity of the Cassini ovals in the vertical plane lies in the entry (exit) zone of the cylinder head, min at the beginning of the channel rotation section, and in the horizontal plane, max the eccentricity of the "Cassini ovals" lies at the beginning of the channel turning section, min - in the zone of entry (exit) into the cylinder head.

Центры образующих окружностей нижней части впускного канала лежат на расположенной в вертикальной плоскости кривой, проекция которой в горизонтальной плоскости прямая, соединяющая центр входного окна головки с точкой пересечения указанной кривой с верхней плоскостью седла клапана, лежащей на поперечной оси седла клапана до продольной оси седел клапанов, а центры образующих окружностей "Кассини-овалов" верхней части впускного канала лежат на объемной кривой, проекция которой на горизонтальную плоскость соединяет центр впускного окна в головку цилиндров с точкой пересечения указанной объемной кривой с верхней плоскостью седла клапана, лежащей на поперечной оси седла клапана за продольной осью седел клапанов, при этом указанные прямая и кривая центров "Кассини-овалов" впускного канала обеспечивают каналу форму неправильного винта на участке его поворота и постоянные гидравлические диаметры поперечных сечений канала. The centers of the generatricles of the lower part of the inlet channel lie on a curve located in the vertical plane, the projection of which is in the horizontal plane a straight line connecting the center of the input window of the head with the intersection point of the specified curve with the upper plane of the valve seat lying on the transverse axis of the valve seat to the longitudinal axis of the valve seats, and the centers of the generating circles of the Cassini ovals of the upper part of the inlet channel lie on a volume curve, the projection of which onto a horizontal plane connects the center of the inlet window into the cylinder head with the intersection point of the indicated volume curve with the upper plane of the valve seat lying on the transverse axis of the valve seat behind the longitudinal axis of the valve seats, while the straight line and the center curve of the Cassini ovals of the inlet channel provide the channel with the shape of an incorrect screw in the area of its rotation and constant hydraulic diameters of the channel cross sections.

Центры образующих окружностей "Кассини-овалов" выпускного канала лежат на объемных кривых, которые и в горизонтальной проекции соединяют центр выпускного окна головки цилиндров с точкой пересечения этих кривых с верхней плоскостью седла клапана, лежащей на поперечной оси седла за продольной осью седел клапанов: при этом указанные объемные кривые центров "Кассини-овалов" выпускного канала обеспечивают каналу форму неправильного винта на участке поворота и постоянные гидравлические диаметры поперечных сечений канала. The centers of the generating circles of the Cassini-ovals of the exhaust channel lie on volumetric curves, which in horizontal projection connect the center of the exhaust window of the cylinder head with the intersection point of these curves with the upper plane of the valve seat lying on the transverse axis of the seat behind the longitudinal axis of the valve seats: these volumetric curves of the centers of the "Cassini-ovals" of the exhaust channel provide the channel with the shape of the wrong screw in the turning section and constant hydraulic diameters of the cross sections of the channel.

Равные гидравлические диаметры поперечных сечений каналов по их длине, начиная от седла клапана до входа (выхода) в головку цилиндров, означает, что в любом поперечном сечении величина 4S/P=const, где S - площадь поперечного сечения канала, P - смачиваемый периметр сечения, что достигается формой и расположением кривых центров образующих окружностей "Кассини-овалов", а также величиной эксцентриситета "Кассини-овалов", изменяющейся по длине каналов. Equal hydraulic diameters of the cross sections of the channels along their length, starting from the valve seat to the inlet (outlet) of the cylinder head, means that in any cross section 4S / P = const, where S is the channel cross-sectional area, P is the wetted section perimeter , which is achieved by the shape and location of the curve centers of the forming circles of the Cassini ovals, as well as the magnitude of the eccentricity of the Cassini ovals, which varies along the length of the channels.

Величина гидравлического диаметра впускного канала больше, чем величина гидравлического диаметра выпускного канала. The magnitude of the hydraulic diameter of the inlet channel is larger than the magnitude of the hydraulic diameter of the outlet channel.

Равные гидравлические диаметры сечений каналов обеспечивают min сопротивление потоку газов, увеличивая наполнение цилиндров. Кроме того, кривые центров "Кассини-овалов" на участках поворота каналов обеспечивают одновременный поворот потока газа в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что способствует улучшению смесеобразования, наполнения цилиндров и образованию направленного движения потоков газа в камере сгорания и цилиндре двигателя. Равные гидравлические диаметры выпускных каналов и винтовое движение отработавших газов на выпуске из камеры сгорания обеспечивают минимальное сопротивление выпуску отработавших газов, улучшая очистку камеры сгорания, что также положительно влияет на наполнение цилиндра. Выполнение надкамерной полости в виде цилиндра с диаметром, равным внутреннему диаметру седла, и сопряжение впускных и выпускных каналов с надкамерной полостью позволяет удачно обойти бобышку под втулку, втулку и стержень клапана в головке цилиндров и позволяет использовать весь объем над клапаном, что способствует выравниванию давления впуска и выпуска по всей плоскости впускного (выпускного) отверстия, т.е. щели между клапаном и седлом. Equal hydraulic diameters of the sections of the channels provide min resistance to the flow of gases, increasing the filling of the cylinders. In addition, the curves of the Cassini-ovals centers in the channel turning areas provide simultaneous rotation of the gas flow in the vertical and horizontal planes, which contributes to the improvement of mixture formation, filling of the cylinders and the formation of directional gas flows in the combustion chamber and engine cylinder. The equal hydraulic diameters of the exhaust channels and the helical movement of the exhaust gases at the exhaust from the combustion chamber provide minimal resistance to exhaust emissions, improving the cleaning of the combustion chamber, which also positively affects the filling of the cylinder. The implementation of the above-chamber cavity in the form of a cylinder with a diameter equal to the inner diameter of the seat, and the coupling of the inlet and outlet channels with the above-chamber cavity, allows you to successfully bypass the boss under the sleeve, sleeve and valve stem in the cylinder head and allows you to use the entire volume above the valve, which helps to equalize the intake pressure and exhaust over the entire plane of the inlet (outlet) hole, i.e. cracks between the valve and the seat.

Выполнение поперечных сечений каналов в виде "Кассини-овалов", сжатых по бокам, способствует образованию в канале двух потоков смеси, которые скручиваются между собой, благодаря повороту большой оси "Кассини-овалов" вокруг продольной оси каналов. Скрученные потоки смеси с меньшим гидравлическим сопротивлением входит в поворот на 90^o и увлекаются в винтовое движение с увеличенной скоростью, что увеличивает наполнение цилиндров, а в выпускных каналах увеличивается скорость движения выхлопных газов, и в результате улучшается очистка камеры сгорания от них. Выполнение участков поворота каналов в виде винта удлиняет путь смеси, создавая эффект инерционного резонансного наддува.The cross sections of the channels in the form of "Cassini ovals", compressed on the sides, contributes to the formation of two flows of the mixture in the channel, which are twisted together, due to the rotation of the major axis of the "Cassini ovals" around the longitudinal axis of the channels. Twisted mixture flows with lower hydraulic resistance enter the rotation by 90 ^° and are carried away in a helical motion with an increased speed, which increases the filling of the cylinders, and the exhaust gas velocity increases in the exhaust channels, and as a result, the cleaning of the combustion chamber from them improves. The implementation of the sections of the rotation of the channels in the form of a screw lengthens the path of the mixture, creating the effect of inertial resonant boost.

На фиг. 1 изображен разрез головки цилиндров вертикальной плоскостью по впускному каналу; на фиг. 2 - проекция впускного канала на горизонтальную плоскость; на фиг. 3 - разрез головки цилиндров вертикальной плоскостью по выпускному каналу; на фиг. 4 - проекция выпускного канала на горизонтальную плоскость; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 7 - поперечное сечение каналов на входе (выходе) из головки. In FIG. 1 shows a section of the cylinder head in a vertical plane along the inlet channel; in FIG. 2 - projection of the inlet channel on a horizontal plane; in FIG. 3 - section of the cylinder head in a vertical plane along the exhaust channel; in FIG. 4 - projection of the exhaust channel on a horizontal plane; in FIG. 5 is a section AA in FIG. one; in FIG. 6 is a section BB in FIG. 3; in FIG. 7 is a cross section of channels at the inlet (outlet) of the head.

Головка цилиндров 1 имеет впускные клапаны 2 и выпускные клапаны 3, седла клапанов 4, 5, а также камеру сгорания 6, связанную с впускным каналом 7 и выпускным каналом 8. Впускной канал имеет входной участок 7 и выходной участок 9 плавного поворота на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси 10 впускного клапана 2, сопряженный с надкамерной полостью 11, выполненной в виде цилиндра, соосного седлу 4 впускного клапана 2. Диаметр D цилиндра надкамерной полости 11 равен внутреннему диаметру седла 4 впускного клапана 2. Сверху надкамерная полость 11 выполнена полусферой 12 радиусом R, равным D/2. Стенка впускного канала 7 плавно сопрягается со стенкой надкамерной полости 11, так что канал 7 вписывается в надкамерную полость 11.The cylinder head 1 has inlet valves 2 and exhaust valves 3, valve seats 4, 5, as well as a combustion chamber 6 connected to the inlet channel 7 and the exhaust channel 8. The inlet channel has an input section 7 and an output section 9 of a smooth rotation of 90 ^o in vertical plane and 180 ^o in the horizontal plane about the axis 10 of the intake valve 2, conjugated with the chamber chamber 11, made in the form of a cylinder, coaxial to the seat 4 of the intake valve 2. The diameter D of the cylinder of the chamber 11 is equal to the inner diameter of the seat 4 of the intake valve 2. Top on the chamber cavity 11 is made by a hemisphere 12 of radius R equal to D / 2. The wall of the inlet channel 7 smoothly mates with the wall of the chamber chamber 11, so that the channel 7 fits into the chamber chamber 11.

Максимальный эксцентриситет в "Кассини-овалов", образующих впускной канал 7, равен 0,20-0,35 диаметра D2 образующих окружностей "Кассини-овалов". Образующие окружности "Кассини-овалов" сопряжены в зонах пересечения дугами так, что ширина C "Кассини-овалов" в зоне их пересечения равна 0,75-1,0 диаметра D2. The maximum eccentricity in the “Cassini ovals” forming the inlet channel 7 is 0.20-0.35 of the diameter D2 of the forming circles of the “Cassini ovals”. The generatricles of the Cassini ovals are conjugated in the zones of intersection by arcs so that the width C of the Cassini ovals in the zone of intersection is 0.75-1.0 of diameter D2.

На входе в головку цилиндров 1 ширина C "Кассини-овалов" впускного канала 7 равна D2 и постепенно на длине канала в 10 мм она уменьшается до min значений. На участке 9 поворота канала 7 в вертикальной и горизонтальной плоскостях ширина C "Кассини-овалов" равна D2. At the entrance to the cylinder head 1, the width C of the Cassini ovals of the inlet channel 7 is equal to D2 and gradually decreases to min values over a channel length of 10 mm. In section 9 of the rotation of the channel 7 in the vertical and horizontal planes, the width C of the Cassini ovals is equal to D2.

Центры образующих окружностей "Кассини-овалов" верхней половины впускного канала 7 составляют объемную кривую 13, которая в горизонтальной проекции соединяет центр 14 впускного окна в головку цилиндров с точкой 15 пересечения указанной объемной кривой с верхней плоскостью седла 4 клапана 2, лежащей на поперечной оси 16 седла 4 впускного клапана 2 за продольной осью 17 седел клапанов. The centers of the Cassini ovals forming circles of the upper half of the inlet channel 7 form a volume curve 13, which in horizontal projection connects the center 14 of the inlet window to the cylinder head with the point 15 of intersection of the volume curve with the upper plane of the seat 4 of valve 2 lying on the transverse axis 16 seats 4 of the intake valve 2 behind the longitudinal axis 17 of the valve seats.

Центры образующих окружностей "Кассини-овалов" нижней половины впускного канала 7 составляют лежащую в вертикальной плоскости кривую 18, которая в горизонтальной проекции прямая, соединяющая центр 14 впускного окна в головку цилиндров 1 с точкой 19 пересечения кривой 18 с верхней плоскостью седла 4 впускного клапана 2, лежащей на поперечной оси 16 седла 4 впускного клапана 2 до продольной оси 17 седел клапанов. The centers of the Cassini oval circumferential circles of the lower half of the inlet channel 7 form a vertical curve 18 lying in a horizontal plane, which is a straight line in horizontal projection connecting the center of the inlet window 14 to the cylinder head 1 with the intersection point 19 of the curve 18 with the upper plane of the inlet valve seat 4 lying on the transverse axis 16 of the seat 4 of the intake valve 2 to the longitudinal axis 17 of the valve seats.

Большая ось 20 "Кассини-овалов", образующих впускной канал 7 поворачивается вокруг оси канала 7 по его длине так, что в вертикальной плоскости максимальный эксцентриситет B "Кассини-валов" находится в зоне входа в головку цилиндров 1, минимальный эксцентриситет F - в начале участка 9 поворота канала, а в горизонтальной плоскости наоборот; максимальный эксцентриситет B лежит в начале участка 9 поворота канала, а минимальный F1, равный нулю, в зоне входа в головку цилиндра 1. The major axis 20 of the "Cassini ovals" forming the inlet channel 7 rotates around the axis of the channel 7 along its length so that in the vertical plane the maximum eccentricity B of the Cassini-ovals is in the zone of entry into the cylinder head 1, the minimum eccentricity F is at the beginning plot 9 of the channel rotation, and in the horizontal plane, on the contrary; the maximum eccentricity B lies at the beginning of the channel turning section 9, and the minimum F1, equal to zero, in the zone of entry into the cylinder head 1.

Выпускной канал 8 имеет выходной участок 8 и входной участок 21 плавного поворота на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси 22 выпускного клапана 3, сопряженный с надкамерной полостью 23, выполненной в виде цилиндра, соосного с седлом 5 выпускного клапана 3. Диаметр D3 цилиндра надкамерной полости 23 равен внутреннему диаметру седла 5 выпускного клапана 3. Сверху надкамерная полость 23 выполнена полусферой 24 радиусом R1, равным D 3/2. На участке 21 поворота выпускного канала 8 стенка его сопрягается со стенкой цилиндра надкамерной полости 23 так, что канал 8 плавно вписывается в надкамерную полость 23. Максимальный эксцентриситет B1 "Кассини-овалов", образующих выпускной канал 8, равен 0,45-0,65 диаметра D4 образующих окружностей "Кассини-овалов". Образующие окружности "Кассини-валов" сопрягаются дугами в зонах их пересечения так, что ширина C1 "Кассини-овалов" в зоне пересечения равна 0,75-1,0 диаметра D4 образующих окружностей. На выходе из головки цилиндров 1 ширина C1 "Кассини-овалов" выпускного канала равна D4 и постепенно на длине канала 10 мм уменьшается до минимальных значений. На участке 21 поворота выпускного канала 8 в вертикальной и горизонтальной плоскостях ширина C1 "Кассини-овалов" равна D4. Центры образующих окружностей "Кассини-овалов" выпускного канала лежат на объемных кривых 25 и 26, которые в горизонтальной проекции соединяют центр 27 выпускного окна головки 1 с точкой 28 пересечения этих кривых с верхней плоскостью седла 5 выпускного клапана 3, которая лежит на поперечной оси 29 седла 5 выпускного клапана 3 за продольной осью 17 седел клапанов.The outlet channel 8 has an outlet portion 8 and an inlet portion 21 of smooth rotation by 90 ^° in the vertical plane and 180 ^° in the horizontal plane around the axis 22 of the exhaust valve 3, conjugated with a chamber chamber 23 made in the form of a cylinder coaxial with the seat 5 of the exhaust valve 3 The diameter D3 of the cylinder of the chamber chamber 23 is equal to the inner diameter of the seat 5 of the exhaust valve 3. On top of the chamber chamber 23 is made a hemisphere 24 of radius R1 equal to D 3/2. In the section 21 of the rotation of the outlet channel 8, its wall is mated to the cylinder wall of the chamber chamber 23 so that the channel 8 smoothly fits into the chamber chamber 23. The maximum eccentricity B1 of the “Cassini ovals” forming the outlet channel 8 is 0.45-0.65 diameter D4 of the circumference of the Cassini Ovals. The generating circles of the Cassini-shafts are joined by arcs in the zones of their intersection so that the width C1 of the Cassini-ovals in the crossing zone is 0.75-1.0 of the diameter D4 of the forming circles. At the exit from the cylinder head 1, the width C1 of the "Cassini ovals" of the exhaust channel is equal to D4 and gradually decreases to the minimum values at a channel length of 10 mm. In the section 21 of the rotation of the exhaust channel 8 in the vertical and horizontal planes, the width C1 of the Cassini ovals is D4. The centers of the generating circles of the “Cassini ovals” of the outlet channel lie on volumetric curves 25 and 26, which in horizontal projection connect the center 27 of the outlet window of the head 1 with the point 28 of intersection of these curves with the upper plane of the seat 5 of the exhaust valve 3, which lies on the transverse axis 29 seats 5 of the exhaust valve 3 behind the longitudinal axis 17 of the valve seats.

Большая ось 30 "Кассини-овалов" выпускного канала поворачивается вокруг оси канала 8 по его длине так, что в вертикальной плоскости максимальный эксцентриситет B1 "Кассини-овалов" находится в зоне выхода из головки 1, минимальный эксцентриситет G, равный нулю - в начале участка 21 поворота канала 8, а в горизонтальной плоскости наоборот; максимальный эксцентриситет B1 лежит на участке 21 поворота канала 8, а минимальный, равный нулю, - в зоне выхода из головки цилиндров 1. The major axis 30 of the “Cassini ovals” of the exhaust channel rotates around the axis of the channel 8 along its length so that in the vertical plane the maximum eccentricity B1 of the Cassini ovals is in the exit zone from the head 1, the minimum eccentricity G equal to zero at the beginning of the section 21 turning channel 8, and in the horizontal plane, vice versa; the maximum eccentricity B1 lies in the section 21 of the channel 8 rotation, and the minimum, equal to zero, lies in the exit zone from the cylinder head 1.

Таким образом тело впускного канала 7 получается при движении сферы диаметром D2 по кривой 13 и кривой 18, которые построены с учетом сохранения общего направления канала, его поворота на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси 10 впускного клапана 2 и обеспечения равных гидравлических диаметров поперечных сечений канала 7. Проектирование канала произведено на компьютере по специальной программе.Thus, the body of the inlet channel 7 is obtained by moving a sphere with a diameter of D2 along curve 13 and curve 18, which are constructed taking into account the conservation of the general direction of the channel, its rotation by 90 ^° in the vertical plane and 180 ^° in the horizontal plane around the axis 10 of the intake valve 2 and providing equal hydraulic diameters of the cross sections of the channel 7. The design of the channel is made on a computer according to a special program.

Тело выпускного канала 8 получается при движении сферы диаметром D4 по кривым 25 и 26, которые построены с учетом общего направления канала, его поворота на 90^o в вертикальной плоскости и 180^o в горизонтальной плоскости вокруг оси 22 выпускного клапана 3 и обеспечения равных гидравлических диаметров поперечных сечений канала 8. Проектирование канала произведено на компьютере по специальной программе. Выполнение надкамерных полостей 11 и 23 в виде цилиндров с диаметрами D и D3, равными внутренним диаметрам соответствующих седел клапанов, в сочетании с винтовым выполнением участка 9 впускного канала и участка 21 выпускного канала и плавным сопряжением этих участков со стенками надкамерных полостей 11 и 23 соответственно позволяет обойти бобышки 31 и 32 втулок клапанов, втулки 33 и 34 клапанов и стержни клапанов 2 и 3 и использовать полноценно зоны 35 и 36 надклапанных полостей 11 и 23, находящиеся за бобышками 31 и 32 и втулками 33 и 34 клапанов, в процессе наполнения цилиндра свежей смесью или в процессе очистки цилиндра от отработавших газов по всему диаметру щелей 37 и 38 между клапанами 2 и 3 и их седлами 4, 5, благодаря выравниванию давления во всех зонах надклапанных полостей 11 и 23.The body of the exhaust channel 8 is obtained by moving a sphere with a diameter of D4 along curves 25 and 26, which are constructed taking into account the general direction of the channel, its rotation by 90 ^o in the vertical plane and 180 ^o in the horizontal plane around the axis 22 of the exhaust valve 3 and ensuring equal hydraulic diameters of the transverse sections of the channel 8. The design of the channel is made on a computer according to a special program. The execution of the above-chamber cavities 11 and 23 in the form of cylinders with diameters D and D3 equal to the internal diameters of the corresponding valve seats, in combination with the screw design of the inlet duct section 9 and the exhaust duct section 21 and smooth conjugation of these sections with the walls of the above-chamber cavities 11 and 23, respectively, allows bypass the bosses 31 and 32 of the valve sleeves, the valve sleeves 33 and 34 and the valve stems 2 and 3 and fully use the zones 35 and 36 of the supravalve cavities 11 and 23 located behind the bosses 31 and 32 and the valve sleeves 33 and 34, in the process of olneniya cylinder fresh mixture or during cleaning of the cylinder from the exhaust gases across the entire diameter of slits 37 and 38 between the valves 2 and 3 and their seats 4, 5, due to the equalization of pressure in all zones supravalvular cavities 11 and 23.

На такте впуска при открытом впускном клапане 2 топливовоздушная смесь движется с большой скоростью по входному участку 7 впускного канала, образуя благодаря сечению "Кассини-овалов", пережатому в середине, два параллельных потока, которые скручиваются вследствие поворота большой оси 20 "Кассини-овалов". Разделение смеси на два потока увеличивает скорость движения смеси за счет того, что каждый поток имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем сечение канала в целом. Скручивание потоков удлиняет их путь и облегчает вход потоков в вертикальный поворот на 90^o на участке 9 канала 7.At the inlet stroke with the inlet valve 2 open, the air-fuel mixture moves at high speed along the inlet duct inlet section 7, forming, thanks to the Cassini-ovals section, pinched in the middle, two parallel flows that are twisted due to the rotation of the major Cassini-ovals axis 20 . The separation of the mixture into two streams increases the speed of the mixture due to the fact that each stream has a smaller cross-sectional area than the cross section of the channel as a whole. Twisting the streams lengthens their path and facilitates the entry of streams into a vertical rotation of 90 ^o in the area 9 of channel 7.

Винтовое движение смеси на участке 9 поворота канала 7 создает закручивание смеси вокруг оси 10 впускного клапана 2, причем поворот канала 7 одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях дает потоку газов момент винтового движения вглубь камеры сгорания 6 и далее внутрь цилиндра, эффективно турбулизируя смесь и увеличивая наполнение двигателя, при этом путь потоков газов удлиняется, что дает в целом эффект инерционного наддува. Аэродинамическая форма канала 7 обеспечивает движение газов по всему периметру щелей 37, что также увеличивает наполнение цилиндров. The screw movement of the mixture in the rotation section 9 of the channel 7 creates a twisting of the mixture around the axis 10 of the intake valve 2, and the rotation of the channel 7 simultaneously in horizontal and vertical planes gives the gas flow a moment of screw movement deep into the combustion chamber 6 and further into the cylinder, effectively turbulizing the mixture and increasing the filling engine, while the path of gas flows is lengthened, which gives a generally inertial boost effect. The aerodynamic shape of the channel 7 provides the movement of gases along the entire perimeter of the slots 37, which also increases the filling of the cylinders.

Форма канала 7 способствует улучшению смесеобразования и антидетонационных качеств двигателя. Равные гидравлические диаметры поперечных сечений канала 7 в сочетании с плавным сопряжением стенок канала 7 со стенками надклапанной полости 11 создают минимальное сопротивление потоку газов, что также увеличивает наполнение двигателя. The shape of the channel 7 contributes to the improvement of mixture formation and antiknock qualities of the engine. Equal hydraulic diameters of the cross sections of the channel 7 in combination with the smooth mating of the walls of the channel 7 with the walls of the supravalve cavity 11 create minimal resistance to gas flow, which also increases the filling of the engine.

На такте выпуска при открытом выпускном клапане 3 отработавшие газы по всему периметру щели 38 между выпускным клапаном 3 и его седлом 5 попадают в надклапанную полость 23, а затем в выпускной канал 8 с минимальным сопротивлением благодаря плавному сопряжению стенок канала 8 со стенками накладной камеры 23 и плавному сопряжению стенок надклапанной камеры 23 со стенками седла 5 клапана. At the exhaust stroke with the exhaust valve 3 open, the exhaust gases along the entire perimeter of the gap 38 between the exhaust valve 3 and its seat 5 fall into the supravalve cavity 23, and then into the exhaust channel 8 with minimal resistance due to the smooth coupling of the walls of the channel 8 with the walls of the invoice chamber 23 and smooth pairing of the walls of the valve chamber 23 with the walls of the valve seat 5.

На участке 21 поворота выпускного канала 8 поток отработавших газов закручивается по винтовой линии, что облегчает поворот на 90^o в вертикальной плоскости и переход в выходной участок 8 выпускного канала, где скорость движения выхлопных газов еще увеличивается благодаря выполнению сечений канала 8 в виде "Кассини-овалов", пережатых в середине, и скручивания двух частей потока за счет поворота большой оси 30 "Кассини-овалов" вокруг оси канала 8, что в целом улучшает очистку цилиндра и камеры сгорания от выхлопных газов.In the section 21 of the rotation of the exhaust channel 8, the exhaust gas stream is twisted along a helical line, which facilitates a 90 ^° rotation in the vertical plane and transition to the output section 8 of the exhaust channel, where the speed of the exhaust gases is further increased due to the cross-section of channel 8 in the form of "Cassini- ovals ", squeezed in the middle, and twisting of two parts of the flow due to the rotation of the major axis 30" Cassini ovals "around the axis of the channel 8, which generally improves the cleaning of the cylinder and the combustion chamber from exhaust gases.

Улучшение очистки камеры сгорания от выхлопных газов также увеличивает наполнение двигателя. Improving the cleaning of the combustion chamber from exhaust gases also increases the filling of the engine.

Испытания показали, что головка цилиндров с предложенной формой впускных и выпускных каналов дает увеличение наполнения двигателя на 15-18% за счет впускных каналов и на 3-4% за счет выпускных каналов. Tests have shown that the cylinder head with the proposed shape of the intake and exhaust channels gives an increase in engine filling by 15-18% due to the intake channels and by 3-4% due to the exhaust channels.

Соответственно увеличивается мощность нетто на 15-18% за счет формы впускных каналов и на 3-4% за счет формы выпускных каналов. Accordingly, the net power increases by 15-18% due to the shape of the inlet channels and by 3-4% due to the shape of the outlet channels.

Claims

1. The cylinder head of the internal combustion engine, having for each cylinder inlet and outlet valves, bushings and valve seats, a combustion chamber associated with the exhaust channel and with the intake channel brought out on the same side of the head, consisting of an inlet section and made in the form of an incorrect screw output channel section 90 ^o rotation in a vertical plane and 180 ^o in a horizontal plane about the axis of the intake valve, wherein the outlet channel includes the outlet portion and formed in the shape of the incorrect th screw inlet portion Channel rotated 90 ^o in the vertical plane and 180 ^o in a horizontal plane around the discharge channel axis, the output of the inlet portion and the upstream portion of the discharge passage smoothly entered in the waist-level cavities, each of which is formed as a cylinder coaxially seat corresponding valve , with a diameter equal to the inner diameter of the corresponding saddle, and bounded above by a hemisphere of the same diameter, the channels have a constant hydraulic diameter along the entire length equal to the hydraulic diameter at the corresponding valve seat, and the cross-sections of the channels are in the form of "Cassini ovals".

2. The head according to claim 1, characterized in that the eccentricity of the "Cassini ovals" varies along the length of the channels and its maximum value for the inlet channel is 0.20 - 0.35 of the diameter of the circumference, for the outlet channel - 0.45 - 0 , 65 of the diameter of the forming circle, and the width of the Cassini ovals in the interface zone of the forming circles varies along the length of the channels from 0.75 to 1.0 of the diameter of the forming circle.

3. The head according to claims 1 and 2, characterized in that the major axis of the "Cassini ovals" is made to rotate in length around the axis of the channel, while the maximum eccentricity of the "Cassini ovals" in a vertical plane lies in the zone of entry (exit) into the head cylinders, the minimum is at the beginning of the channel turning section, and in the horizontal plane the maximum eccentricity of the “Cassini-ovals” lies at the beginning of the channel turning section, the minimum is in the zone of entry (exit) to the cylinder head.

4. The head according to claims 1 to 3, characterized in that the centers of the generatricles of the lower part of the inlet channel lie on a curve located in the vertical plane, the projection of which is in the horizontal plane a straight line connecting the center of the input window of the cylinder head with the point of intersection of the specified curve with the upper plane the inlet valve seats lying on the transverse axis of the valve seat to the longitudinal axis of the valve seats, and the centers of the Cassini ovals forming circles of the upper part of the inlet channel lie on a volume curve, the projection of which to the horizontal plane connecting the center of the inlet port in the cylinder head with the point of intersection of said channel seat plane with the upper curve of the intake valve seats lying on a transverse axis in the longitudinal axis of the valve seat.

5. The head according to claims 1 to 4, characterized in that the centers of the generating circles of the “Cassini-ovals” of the outlet channel lie on volumetric curves, which in horizontal projection connect the center of the outlet window of the head with the intersection point of these curves with the upper plane of the outlet valve seat, lying on the transverse axis of the valve seat behind the longitudinal axis of the valve seats.