Уплотнение камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания (варианты)

 

Металлическая уплотнительная прокладка из жаропрочной стали с повышенной относительно контактируемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя твердостью выполнена в форме кольца двутаврового, S, или С-образного видов, либо близкого к полому полутору, ориентированному выпуклой стороной к оси цилиндра. Кольца всех видов имеют посадочные поверхности, которыми они прилегают в проточке втулки и крышке цилиндра. Кольцо двутаврового вида имеет утолщенную стенку, плавно сопряженную с верхней и нижней полками, каждая из которых вогнута, а суммарная величина их вогнутости равна допускаемой упругой деформации. Кольцо С-образное имеет уменьшающееся к оконечностям сечение и профиль выпуклой боковой стороны, образованный пересекающимися прямыми. Кольцо S-образное имеет плавно и симметрично закругленные и встречно друг другу поправленные посадочные поверхности. Кольцо полуторового вида имеет внутри опорное кольцо, отстоящее от его внутренней стороны у оконечности на величину допускаемой упругой деформации, а профиль боковой стороны - аналогичный ее профилю С-образного кольца. Перед работой при установке колец контролируют щупом монтажный зазор между поверхностями, который должен быть равен упругой деформации колец С и S-образного вида и превышать ее в 1,5 раза для колец двутаврового и полуторового видов. Технический результат - сохранение плотности уплотняемого стыка на неограниченный срок работы двигателя, не приводя к обрывам затягивающих шпилек. 8 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, и может быть применено в устройствах с камерами, находящимися под переменным давлением, где необходимо сохранение плотности стыка уплотнения крышек или лючков.

Как известно, в настоящий период наблюдается тенденция форсирования двигателей внутреннего сгорания по мощности.

Форсирование двигателей внутреннего сгорания по мощности ведет, как известно, к повышению механической напряженности деталей остовов и их деформаций. Это вызывает ряд проблем, связанных с появлением усталостных повреждений в деталях остова, повышенных износов сопрягаемых поверхностей и прорывов газов через уплотнения между крышкой и втулкой цилиндра двигателя. Предпринимаемое в последнем случае повышение затяжки шпилек крепления крышки цилиндра к втулке приводит к появлению значительных повреждений: трещин в блоках цилиндров (например, на дизелях типа 8NVD48A-2U фирмы SKL) или обрывам шпилек крепления крышек (дизели типа 8М601 фирмы МАК). Попытки предотвращения этого путем предложения известных конструкций уплотнения данного узла камеры сгорания двигателей с известной уплотнительной прокладкой успеха не имели.

Так, например, известна конструкция уплотнения между втулкой и крышкой цилиндра камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с уплотнительной прокладкой в уплотняемом стыке прямоугольного сечения из мягкой стали (Инструкция для главных двигателей типа 50-98МС. Издание 8С. Часть 1. Дания, Копенгаген. Дизели фирмы MAN & BW Diesel A/S типа S60MC). Плотность уплотняемого стыка при этом достигается при обжатии деталей стыка за счет пластического деформирования материала прокладки при уровне контактных давлений, превышающих напряжения смятия. Известная уплотнительная прокладка используется лишь для одной сборки цилиндра двигателя и по рекомендации фирмы заменяется новой каждый раз после вскрытия цилиндра для осмотра или ремонта.

Известна конструкция уплотнения камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания фирмы SKL для дизелей типа 8NVD48A-2U, где используются аналогичные прямоугольного сечения конструкции уплотнительных прокладок, установленных в уплотняемом стыке, но из медного сплава, которые фирма рекомендует отжигать для повторного применения с целью снижения напряжений смятия материала прокладки. Однако после некоторого использования известные прокладки также приходиться заменять новыми.

Известна конструкция уплотнения камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания фирмы МАК для дизеля 8М601 с уплотнительной прокладкой в виде кольца из стали сплошного сечения размерами 16×18 мм, поверхности которой покрыты медью толщиной до 17 мкм, которая является наиболее близким техническим решением к заявляемому (см. МАК. Надежность дизеля типа М601. Документ OW/4-12.83. Издание Машиностроительной фирмы Крупп и МаК. Адрес: 2300, Киль, 17 [МАК. The reliable engine M601. OW/4-12.83. Krupp MaK Maschinenbau, GmbH. 2300, Kiel, 17]). Данное уплотнительное кольцо установлено в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя внутреннего сгорания и имеет прямоугольное поперечное сечение. На внутренней боковой поверхности уплотнительного кольца в верхней части выполнена фаска, которая выполняет роль направляющей поверхности при установке крышки цилиндра. Верхняя и нижняя поверхности уплотнительного кольца образуют его посадочные поверхности. Наружная боковая (цилиндрическая) поверхность кольца и внутренняя поверхность образуют фиксирующие поверхности уплотнительного кольца, предназначенные для соответствующей фиксации элементов уплотнения при установке крышки цилиндра и обжатия ее посредством крышечных шпилек. Однако при рекомендуемом уровне контактных давлений (определяемых по усилию затягивания шпилек, которое строго регламентируется) сталь известной прокладки не испытывает пластических деформаций, а слой меди недостаточен для устранения неплотности стыка, что приводит к частым в эксплуатации случаям пропусков газов из цилиндров. Вынужденное же повышение усилий затягивания шпилек для устранения образовавшегося пропуска газов приводит к их обрывам.

Как известно, при работе двигателя внутреннего сгорания имеют место деформации остова от действия давления сгорания в цилиндре и неуравновешенных моментов от сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс. Общим недостатком известных технических решений является то, что эти деформации остова, приводящие к депланации контактирующих поверхностей крышки и втулки цилиндра и, следовательно, создающие переменные контактные давления (что свойственно всем двигателям) на известную уплотняющую прокладку (материал которой обладает хорошими пластическими свойствами), вызывают ее пластические деформации и уменьшение по толщине, что и является причиной образования зазора и пропуска газов из камеры сгорания.

Техническая задача заявляемого изобретения - устранение указанных недостатков, а именно создание такого уплотнения данного узла, которое предотвращает нарушение плотности стыка между крышкой и втулкой цилиндра при динамических нагрузках и при депланации уплотняемых поверхностей от действия неуравновешенных сил или моментов, не приводя к обрывам шпилек крепления крышек в течение всего срока службы двигателя внутреннего сгорания.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном техническом решении уплотнения камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащем металлическую уплотнительную прокладку, установленную в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя, выполненную в виде стального уплотнительного кольца, содержащего посадочную, направляющую и фиксирующие поверхности, в отличие от него в заявляемом уплотнительное кольцо изготовлено из жаропрочной стали с твердостью выше твердости контактирующих уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя. При этом само кольцо имеет профиль, близкий к профилю двутавра с утолщенной стенкой, у которого в сечении стенка выглядит плавно сопряженной по окружности с верхней и нижней полками двутавра. Каждая из полок имеет вогнутой наружную (посадочную) поверхность и плавно закругленную ее (поверхности) оконечность с внутренней боковой стороны уплотнительного кольца. Высота стенки двутавра находится в пределах величины ширины его полок в данном сечении. Суммарная величина вогнутости обеих полок двутавра определяется из соотношения:

b=h-а, мм,

где b - суммарная величина вогнутости обеих полок двутавра или допускаемая величина упругой деформации кольца при сжатии, мм;

h - высота двутаврового сечения кольца, мм;

а - высота стенки двутавра в данном сечении, мм.

Функцию фиксирующих поверхностей для данного вида сечения кольца выполняют боковые наружные и внутренние поверхности полок этого двутаврового профиля.

Либо кольцо имеет С-образную в сечении фигуру, характеризующуюся симметрично уменьшающимся к оконечностям фигуры поперечным сечением и имеющую у своей выпуклой боковой стороны профиль в районе центральной части и симметрично прилегающих к ней участков, образованный последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, средняя из которых вертикальная, а у каждой из оконечности имеющую боковой профиль, образованный вертикальной линией.

Либо кольцо имеет S-образную в сечении фигуру с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направленными оконечностями соответственно верхней и нижней посадочных поверхностей кольца, характеризующуюся тем, что боковой профиль каждой ее оконечности образован вертикальной линией.

Причем высоты колец С- и S-образных фигур в сечении определены из соотношения:

h=а+b, мм,

где h - высота кольца соответственно С- и S-образной фигуры сечения, мм; а - сумма глубин проточек во втулке и крышке цилиндра, мм; b - допускаемая упругая деформация кольца или осевой монтажный зазор между контактирующими поверхностями крышки и втулки цилиндра, мм.

Функцию фиксирующих поверхностей для данных видов сечений колец выполняют боковые наружные и внутренние цилиндрические поверхности этих колец. Роль направляющей поверхности у колец С-образной формы при установке крышки цилиндра выполняет участок перехода от посадочной (опорной) к боковой (фиксирующей) поверхности этих колец прямолинейной формы. У колец S-образной формы - участок закругления посадочной поверхности с внутренней стороны кольца

Указанная техническая задача в равной степени достигается и тем, что в том же самом известном техническом решении уплотнения камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащем металлическую уплотнительную прокладку, установленную в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра, выполненную в виде стального уплотнительного кольца, содержащего посадочную, направляющую и фиксирующую поверхности, в отличие от него в данном заявляемом варианте изобретения уплотнительное кольцо, также изготовленное из жаропрочной стали с твердостью выше твердости контактирующих уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя, может иметь и форму, близкую к полому полутору, ориентированному выпуклой стороной к центру уплотняемой поверхности камеры сгорания. Внутри его полости с отстоянием своей верхней поверхности размещено опорное кольцо в форме сплошного полутора в сечении, ориентированного аналогично, ограничивающее деформацию уплотнительного кольца при сжатии.

Профиль полого полутора в сечении у верхней и нижней посадочных поверхностей соответственно имеет вид кривых овальной формы с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направленными оконечностями.

У выпуклой боковой стороны профиль полого полутора в районе ее центральной части и симметрично прилегающих к ней участков образован последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями. Причем упомянутое отстояние верхней поверхности опорного кольца от внутренней стороны верхней оконечности полого полуторового кольца определено из соотношения:

b=h-а, мм

где b - отстояние верхней посадочной поверхности опорного кольца от внутренней стороны верхней оконечности полуторового уплотнительного кольца или допускаемая упругая деформация уплотнительного кольца, мм; h - высота внутренней полости уплотнительного кольца, мм; а - высота опорного кольца, мм, а само опорное кольцо при этом выполнено разрезным в двух диаметрально противоположных сечениях для удобства сборки.

Функцию фиксирующих поверхностей данного сечения кольца выполняют боковые наружная и внутренняя цилиндрические поверхности кольца. Роль направляющей поверхности выполняет прямолинейный участок перехода от верхней посадочной (опорной) к внутренней боковой (цилиндрической) поверхности.

Ограничительные и отличительные, в том числе и альтернативные, признаки заявленного технического решения в каждом из вариантов обеспечивают ему достижение поставленной технической задачи - сохранение плотности стыка между крышкой и втулкой цилиндра в течение всего срока службы двигателя внутреннего сгорания, не приводя к обрывам шпилек крепления крышки цилиндра двигателя.

Это достигается за счет эквивалентных признаков формы, присущих каждому из заявляемых вариантов уплотнительной прокладки в виде стального кольца двутаврового сечения С-, S-образной формы или полутора, установленного в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра, что сводится к следующему:

- первое - наличие сходной криволинейной формы: выпуклой формы посадочных (опорных) поверхностей уплотнительных кольцевых прокладок, выполненных в сечении в виде полутора, фигур С- и S-образного вида, а также и вогнутой формы кольцевых прокладок двутаврового сечения. Это дает возможность создавать на них контактные давления по узкой кольцевой поверхности (теоретически равные бесконечности в зоне идеального контакта между плоской и выпуклой (вогнутой) поверхностями, так как в этом случае зона контакта - линия), значения которых превышают напряжения смятия материала крышки или втулки цилиндра. Этому способствует то, что уплотнительное кольцо изготовлено из жаропрочной стали с твердостью выше твердости контактирующих уплотняемых поверхностей крышки и втулки цилиндра. При этом появление пластической деформации именно этих поверхностей (в отличие от прототипа) на контактирующих поверхностях уплотнительного кольца устраняет неплотность стыка. Ширина кольцевой контактной зоны здесь будет прямо пропорциональна суммарной силе от затягивания шпилек крепления крышки цилиндра, среднему диаметру контактной зоны и напряжению смятия.

Учитывая, что средний диаметр контактной зоны и напряжения смятия (последние зависят от предела текучести материала контактирующей поверхности) постоянны, очевидно, что ширина зоны контакта будет зависеть только от суммарной силы затягивания шпилек крепления крышек цилиндра, которая сама по себе в силу высоких упругих свойств уплотнительных колец незначительна, что и исключает обрыв шпилек крепления.

- Второе - наличие этой высокой, значительной упругой деформации при сжатии колец такой формы обусловлено за счет появления здесь изгибных деформаций элементов сечений (как показали результаты исследования).

Упругая деформация уплотнительной прокладки сплошного сечения (прототип) составляет всего несколько сотых миллиметра и представляется слабонаклонной линией, характеризующей чистое без изгиба сжатие под действием номинальной суммарной силы, которая (линия) проходит под большим - около 90° - углом. Для уплотнительных прокладок заявляемого сечения упругие деформации более чем на порядок больше по сравнению со сплошным (известным) сечением. Как показали исследования, это линии деформаций, характеризующие сжатие с изгибом элементов сечений, представляющие круто наклоненные прямые под острыми углами. Это гарантирует за счет появления их высокой упругости сохранность плотности стыка даже при незначительной силе затягивания шпилек и при незначительных имеющихся деформациях контактирующих поверхностей (депланации) от действия давлений сгорания топлива в цилиндре и изгиба остова двигателя внутреннего сгорания от неуравновешенных моментов. Так, для колец полуторового и двутаврового вида сечений, как показали исследования, наклонные линии деформирования имеют точку излома, после которой они круто идут вверх, что вызвано в ходе упругой деформации полным исчезновением отстояния "b" опорного кольца от уплотнительного кольца в первом из видов сечений и окончанием изгибной деформации "b" во втором - двутаврового уплотнительного кольца. В случае дальнейшего увеличения нагрузки на эти уплотнительные кольца (в чем нет необходимости) появляется только деформация сжатия (зазор выбран). После излома их слабо наклоненные линии деформирования практически параллельны слабо наклоненной линии деформирования прототипа, т.е. деформации кольца сплошного сечения. Аналогично происходит деформирование колец с С- и S-образными фигурами сечений (их линии деформации также имеет излом). При этом, происходит полное исчезновение зазора между крышкой и втулкой цилиндра в процессе затягивания шпилек крепления крышки (осевого монтажного зазора), характеризующего для С- и S-образных колец соотношением:

h=а+b, мм,

где h - высота кольца, мм, а - сумма глубин проточек во втулке и крышке цилиндра, мм, b - допускаемая упругая деформация кольца или осевой монтажный зазор между контактирующими поверхностями крышки и втулки цилиндра, мм. Это (исчезновение зазора) приводит к тому, что уплотнительное кольцо далее не будет испытывать сжатия (деформация сжатия крышки и втулки цилиндра практически не происходит из-за больших размеров их сечений). Для любой же из заявленных фигур величина данного монтажного зазора обусловлена допускаемой упругой деформацией выбираемой используемой фигуры сечения уплотнительного кольца.

Наличие у боковых сторон колец С-образной и полуторовой формы соответственно заявляемого профиля их оконечностей, а также центральной части и прилегающих к ней участков, образованного последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, облегчает установку и монтаж таких колец при сборке данного уплотнительного узла, т.к. прямолинейный и вертикальной боковой профиль оконечностей и выпуклые боковые стороны с таким профилем являются направляющими и фиксирующими соответственно. Близкую к этому роль направляющей выполняет и наличие плавно и симметрично закругленных и встречно друг другу направленных оконечностей посадочных поверхностей кольца S-образной формы.

Наличие плавного округления оконечностей наружных (посадочных) поверхностей полок кольца двутаврового профиля, выполняющего роль направляющей поверхности, также облегчает работу по сборке такого уплотнительного узла (установку крышки цилиндра).

Варианты заявляемого изобретения с их альтернативными признаками поясняются следующими иллюстрациями примера конкретного исполнения.

На фиг.1 приведен общий вид уплотнения камеры сгорания двигателя с прокладкой S-образного сечения до обжатия узла уплотнения.

На фиг.2 представлено сечение уплотнительной прокладки S-образной формы.

На фиг.3 - то же С-образной формы.

На фиг.4 - то же двутаврового профиля.

На фиг.5 приведен общий вид уплотнения камеры сгорания двигателя по варианту прокладки полуторовой формы до обжатия узла уплотнения.

На фиг.6 показано сечение уплотнительной прокладки варианта полуторовой формы.

На фиг.7 показан профиль уплотнительной прокладки варианта полуторовой формы.

На фиг.8 приведен график деформаций всех вариантов сечений прокладок при сжатии на расчетную нагрузку.

Заявляемые варианты уплотнения камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания поясняются на примере уплотнения крышки и втулки цилиндра дизеля 8М601 фирмы МАК, установленного в качестве главного двигателя на контейнеровозе "Капитан Куров" Дальневосточного морского пароходства.

Уплотнение камеры сгорания (не показана) двигателя внутреннего сгорания (типа 8М601 фирмы МАК) (не показан) содержит установленную в проточки 1 (фиг.1) неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей 2 втулки 3 и крышки 4 цилиндра (не показан) двигателя уплотнительную прокладку, например, в форме кольца S-образного сечения - поз.5 (фиг.2), либо С-образного вида - поз.6 (фиг.3), либо профиля, близкого к двутавру, - поз.7 (фиг.4).

Одним из вариантов уплотнительного кольца может быть и такой, когда кольцо имеет форму, близкую к полому полутору - поз.8 (фиг.5, 6), ориентированному выпуклой боковой стороной 9 к центру уплотняемой поверхности 2 камеры сгорания. Внутри данного уплотнительного кольца 8 в форме полого полутора размещено опорное кольцо 10 в форме сплошного полутора, ориентированного аналогично. Все варианты уплотнительных колец изготовлены из жаропрочной стали марки 40Х10С2М, имеющей твердость выше твердости уплотняемых поверхностей 2 втулки 3 и крышки 4 цилиндра, что вызывает их пластическую деформацию при обжатии узла уплотнения. Все варианты уплотнительных колец имеют посадочные поверхности 11 (верхние и нижние), которыми они прилегают в проточки 1 втулки 3 (нижние) и крышки 4 (верхние) цилиндра двигателя.

При этом, уплотнительное кольцо S-образной в сечении фигуры - поз.5 (фиг.2) имеет верхнюю и нижнюю посадочные поверхности 11 с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направленными их оконечностями 12. Это, выполняя направляющую роль, облегчает установку и монтаж этих колец при сборке данного уплотнения. Боковой профиль 13 каждой ее оконечности образован вертикальной линией, необходимой для фиксации положения кольца в проточке 1.

Уплотнительное кольцо С-образной в сечении фигуры - поз.6 (фиг.3) выполнено с симметрично уменьшающимся к оконечностям 14 фигуры поперечным сечением. Это обеспечивает его высокие деформационные свойства. У центральной части 15 выпуклой боковой стороны кольца 6 и прилегающих к ней участков 16 в этом сечении профиль образован последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, средняя из которых вертикальная, а у каждой из оконечностей 14 боковой профиль 17 образован вертикальной линией. Это облегчает установку и монтаж этого вида колец при сборке данного уплотнения, т.к. поверхности 16 и 15 совместно с 17 такого профиля являются в этом случае направляющими и фиксирующими соответственно (при установке крышки цилиндра). При этом, размер по высоте колец S-образной и С-образной фигур установлен исходя из требований:

h=а+b, мм,

где h - высота S- или С-образного кольца, равная 16,30 мм; а - суммарная глубина проточек 1 втулки 3 и крышки 4 цилиндра данного дизеля, равная 16,0 мм; b - допускаемая упругая деформация кольца или осевой монтажный зазор 18 между поверхностями 2 втулки 3 и крышки 4 цилиндра данного дизеля, равная 0,30 мм.

Уплотнительное кольцо, имеющее профиль, близкий к профилю двутавра поз.7 (фиг.4), выполнено с утолщенной стенкой 19 двутавра, плавно сопряженной по окружности с обеими его полками 20. Каждая из полок 20 выполнена вогнутой вовнутрь. Высота стенки 19 составляет 16,00 мм и соизмерима с шириной его полок 20, т.е. фигура в сечении является практически квадратной. Общая вогнутость обеих полок 20 (их суммарная величина) отвечает требованиям:

b=h-а, мм,

где b - суммарная вогнутость полок 20 или допускаемая упругая деформация кольца 7 при сжатии, равная 0,14 мм; h - высота двутаврового сечения, равная 16,14 мм; а - высота стенки 19, равная 16,0 мм.

При этом, каждая из полок 20 имеет плавно закругленную поверхность 21 только с внутренней стороны кольца 7, выполняющую роль направляющей при сборке. Боковые стороны 22 каждой из полок 20 кольца имеют профиль, образованный вертикальной линией. Это облегчает фиксацию положения кольца в проточке 1 крышки 4 и втулки 3 цилиндра двигателя.

Вариант уплотнительного кольца в форме, близкой к полому полутору - поз.8 (фиг.5, 6), имеет следующее устройство. Внутри данного уплотнительного кольца 8 с таким же ориентированием размещено опорное кольцо 10 в форме сплошного полутора. При этом, верхняя поверхность опорного кольца 10 отстоит от внутренней стороны 23 верхней оконечности 24 уплотнительного кольца 8.

Профиль уплотнительного кольца 8 в сечении у верхней и нижней посадочных поверхностей 11 (фиг.7) соответственно имеет вид кривых овальной формы 25 с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направленными их оконечностями 26.

Профиль этого кольца в сечении у его выпуклой боковой стороны (фиг.6, 7) в районе ее центральной части 27 и прилегающих к ней участков 28 образован последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, средняя из которых вертикальная. Профиль полуторового кольца в сечении у плоской боковой его стороны - районе оконечностей 24 - образован, как у тела вращения, вертикальными линиями 29. Это облегчает установку и монтаж этого вида уплотнительных колец при сборке данного уплотнения, т.к. поверхности 28 и 27 совместно с 29 такого профиля являются в этом случае направляющими и фиксирующими соответственно.

Отстояние верхней поверхности опорного кольца 10 от внутренней стороны 23 верхней оконечности 24 уплотнительного кольца 8 отвечает требованиям:

b=h-а, мм,

где b - отстояние верхней поверхности опорного кольца 10 от внутренней стороны 23 верхней оконечности 24 уплотнительного кольца 8 на величину допускаемой упругой деформации последнего, равное 0,24 мм; h - высота внутренней полости уплотнительного кольца 8, равная 8,24 мм; а - высота опорного кольца 10, равная 8,0 мм.

Причем само опорное кольцо 10 выполнено разъемным (не показано) в двух диаметрально противоположных сечениях. Это облегчает его установку в уплотнительное кольцо 8 при его изготовлении.

Устройство используют следующим образом. Устанавливают уплотнительные кольца, например, С- или S-образного сечения в проточку 1 втулки 3 цилиндра, закрывают цилиндр крышкой 4 (фиг.1). При этом каждое уплотнительное кольцо оказывается размещенным соосно с втулкой цилиндра и зафиксировано в проточке 1 по поверхностям 15, 17 и 13 (фиг.3, 2) соответственно от радиальных смещений. Крышка цилиндра при монтаже поверхностью 30 своей внутренней выступающей цилиндрической части центрируется по их направляющей поверхности 16 и округленной поверхности 12 верхней оконечности. За счет этого выполняются условия соосности втулки 3 и крышки 4 (фиг.1) цилиндра. Щупом контролируют монтажный зазор 18 между контактирующими поверхностями 2, который должен быть равен допускаемой упругой деформации этих колец - 0,30 мм (фиг.8). В случае применения колец двутаврового или полуторового сечения (фиг.4, 7) каждое уплотнительное кольцо зафиксировано в проточке 1 аналогично по поверхностям 22, 27 и 29 соответственно, а центрирование крышки при ее установке осуществляется поверхностью 30 по направляющим поверхностям этих колец - округленной поверхности 21 и прямолинейной 28 соответственно - т.е. производится также аналогично. Монтажный зазор 18 (фиг.5) также контролируют щупом после установки крышки цилиндра. Он должен превышать в 1,5 раза величину для колец: полуторовой формы отстояния "b" верхней поверхности опорного кольца 10 от внутренней стороны 23 верхней оконечности 24 уплотнительного кольца 8, равную его допускаемой упругой деформации - 0,24 мм, а для кольца двутаврового сечения - 0,14 мм (суммарная вогнутость его полок, равная допускаемой упругой деформации, фиг.8).

Допускаемая упругая деформация любого вообще заявляемого сечения уплотнительного кольца (и данных, в частности) установлена с учетом уровня рабочей температуры и запаса его прочности по пластическим деформациям. Ее величина, т.е. монтажный зазор 18, зависит от вида уплотнительного кольца и упругой его деформации.

Шпильки крепления крышки (не показаны) обжимают на суммарное усилие, которое создает напряжения значительно ниже допускаемых в материале шпилек, гарантируя в тоже время плотность стыка в уплотнении путем учета коэффициента запаса по плотности стыка. При обжатии крышечных шпилек уплотнительное кольцо сжимается, монтажный зазор полностью выбирается, образуется контактная зона шириной до 5 мм (не показана). Появление в след за этим пластической деформации на поверхностях контактной зоны гарантирует плотность стыка.

Для сравнения, у известного решения (фирма МАК), являющегося прототипом, значительное усилие затягивания шпилек вызывает высокий уровень напряжений растяжения, равные 620 МПа, что нередко ведет к их обрыву при подтягивании.

В случае же применения прокладок заявляемого сечения при значительных их деформациях (более чем на порядок превышающих деформацию сплошного сечения, см. фиг.8) величина коэффициента запаса по плотности стыка, также определяющего величину усилия затягивания, установлена со значениями, гарантирующими плотность стыка, в несколько раз меньше, чем использует и рекомендует фирма МАК.

Наличие значительной упругой деформации уплотнительных колец заявляемых сечений компенсирует деформации растяжения шпилек от действия максимального давления сгорания и депланацию плоскости стыка при действии внутреннего неуравновешенного момента, что гарантирует сохранность плотности стыка при работе дизеля практически на неограниченный срок его работы. Причем, ширина контактной поверхности между втулкой, уплотнительным кольцом и крышкой составляет не более 5 мм, т.е. достаточно мала (установлена: коэффициент плотности стыка равен 1,0 и напряжения смятия для материала втулки и крышки цилиндра - 300 МПа).

Заявляемое уплотнительное кольцо достаточно просто по конструкции, может быть изготовлено на стандартном отечественном промышленном оборудовании и не вызывает затруднений при его установке на предназначенное ему место в уплотнительном соединении.

Формула изобретения

1. Уплотнение камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее металлическую уплотнительную прокладку, установленную в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя, выполненную в виде стального уплотнительного кольца, содержащего посадочную, направляющую и фиксирующую поверхности, отличающеея тем, что уплотняющее кольцо изготовлено из жаропрочной стали с твердостью выше твердости контактирующих уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя, при этом само кольцо имеет профиль, близкий к профилю двутавра с утолщенной стенкой, у которого в сечении стенка выглядит плавно сопряженной по окружности с верхней и нижней полками двутавра, а каждая из полок имеет вогнутой наружную поверхность и плавно закругленную ее оконечность с внутренней боковой стороны уплотнительного кольца, высота стенки находится в пределах величины ширины его полок в данном сечении, а суммарная величина вогнутости обеих полок определяется соотношением

b=h-a, мм,

где b - суммарная вогнутость полок двутавра, или допускаемая упругая деформация кольца при сжатии, мм;

h - высота двутаврового сечения, мм;

а - высота стенки двутавра в данном сечении, мм,

либо С-образную в сечении фигуру, характеризующуюся симметрично уменьшающимся к оконечностям фигуры поперечным сечением и имеющую у выпуклой боковой стороны профиль в районе центральной части и симметрично прилегающих к ней участков, образованный последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, средняя из которых вертикальная, а у каждой из оконечностей имеющую боковой профиль, образованный вертикальной линией; либо S-образную в сечении фигуру с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направлениями оконечностями соответственно верхней и нижней посадочных поверхностей кольца, характеризующуюся тем, что боковой профиль каждой ее оконечности образован вертикальной линией, причем высоты колец С-образной и S-образной фигур определены из соотношения

h=a+b, мм;

где h - высота кольца соответственно С или S-образной фигуры сечения, мм;

а - сумма глубин проточек втулки и крышки цилиндра, мм;

b - допускаемая упругая деформация кольца или осевой монтажный зазор между контактируемыми поверхностями втулки и крышки цилиндра, мм.

2. Уплотнение камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее металлическую уплотнительную прокладку, установленную в проточки неподвижных друг относительно друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра, выполненную в виде стального уплотнительного кольца, содержащего посадочную, направляющую и фиксирующую поверхности, отличающееся тем, что уплотнительное кольцо изготовлено из жаропрочной стали твердостью выше твердости контактирующих уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя, при этом само кольцо имеет форму, близкую к полому полутору, ориентированному выпуклой боковой стороной к центру уплотняемой поверхности камеры сгорания, внутри полости которого с отстоянием своей верхней поверхности размещено опорное кольцо в форме сплошного полутора в сечении, ориентированного аналогично, профиль полого полутора в сечении у верхней и нижней посадочных поверхностей соответственно имеет вид кривых овальной формы с плавно и симметрично закругленными и встречно друг другу направленными оконечностями, а у выпуклой боковой стороны его профиль в районе центральной части и симметрично прилегающих к ней участков образован последовательно пересекающимися между собой под тупым углом прямыми линиями, причем упомянутое отстояние верхней поверхности опорного кольца от внутренней стороны верхней оконечности уплотнительного кольца определено из соотношения

b=h-а, мм,

где b - отстояние верхней поверхности опорного кольца от внутренней стороны верхней оконечности уплотнительного кольца на величину допускаемой упругой деформации уплотнительного кольца, мм;

h - высота внутренней полости уплотнительного кольца, мм;

а - высота опорного кольца, мм,

а само опорное кольцо выполнено разрезным в двух диаметрально противоположных сечениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8