ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02F11/00 F16J15/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к среднеоборотным двигателям внутреннего сгорания.

Известны конструкции двигателей, где уплотнение газового стыка камеры сгорания между втулкой цилиндра и крышкой цилиндра производится с использованием листовых металлических прокладок различного профиля (например, патент США 6,161,842). Недостатком таких уплотнений является то, что из-за малой толщины прокладок они не могут компенсировать возникающие при работе двигателя взаимные радиальные и угловые микроперемещения втулки цилиндра и крышки цилиндра. Это приводит к износу сопрягаемых поверхностей втулки цилиндра, крышки цилиндра и прокладок газового стыка и в результате к потере эффективности уплотнения.

Предлагаемая конструкция втулки цилиндра, крышки цилиндра, прокладки газового стыка за счет выбора формы и материала прокладки, конфигурации сопрягаемых поверхностей втулки цилиндра и крышки цилиндра позволяет компенсировать взаимные радиальные и угловые микроперемещения втулки цилиндра и крышки цилиндра за счет упругих деформаций прокладки, что исключает износ сопрягаемых поверхностей и обеспечивает эффективное уплотнение газового стыка в течение длительной работы двигателя.

Целью изобретения является существенное повышение эффективности уплотнения газового стыка камеры сгорания в сборочном узле втулка цилиндра - прокладка газового стыка - крышка цилиндра.

На фиг.1 показан двигатель, общий вид; на фиг.2 - узел А.

Чугунная втулка цилиндра 1, чугунная крышка цилиндра 2, стальная прокладка газового стыка 3 образуют цилиндровый комплект, который скрепляется с блоком цилиндров 4 при помощи силовых шпилек 5. Цилиндровый комплект совместно с поршнем 6 образуют камеру сгорания 7. На сопрягаемых поверхностях втулки цилиндра и крышки цилиндра выполнены выступающие зубчики треугольного сечения 8, располагающиеся в средней по ширине зоне прокладки газового стыка.

Уплотнение газового стыка осуществляется за счет обеспечения следующих условий:

- толщина и материал прокладки газового стыка подбираются таким образом, чтобы напряжения сжатия σ_сж в ней от усилий затяжки силовых шпилек были меньше предела текучести материала прокладки газового стыка и составляли

,

где:

σ_т - предел текучести материала прокладки газового стыка 3;

Р - общее усилие силовых шпилек 5;

d - средний диаметр прокладки газового стыка 3, определяющийся диаметром втулки цилиндра;

а - ширина прокладки газового стыка 3.

В результате прокладка газового стыка работает в упругой области, что обеспечивает стабильные условия для уплотнения газового стыка в течение длительного времени;

- твердость материала (например, низколегированная высокопластичная сталь 15ХМ по ГОСТ 4543-71 с твердостью ≤179 НВ, с временным сопротивлением σ_в=45 кгс/мм²) прокладки газового стыка должна быть на 10÷15% ниже уровня твердости материалов (например, ЧШГ (ВПЧ) с твердостью 180-265 НВ и с временным сопротивлением σ_в=45-70 кгс/мм² - Клочнев Н.И. «Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Свойства и применение». - М.: МАШГИЗ, 1963, с.53) втулки цилиндра и крышки цилиндра. За счет этого, а также учитывая, что на втулке цилиндра и крышке цилиндра выполнены зубчики треугольного сечения, шириной и высотой 2÷5% от ширины прокладки, при скреплении втулки цилиндра и крышки цилиндра силовыми шпильками происходит вдавливание зубчиков в тело прокладки газового стыка и обеспечивается таким образом уплотнение камеры сгорания;

- поперечное сечение прокладки газового стыка выполняется в виде прямоугольника, в котором толщина прокладки газового стыка позволяет за счет ее собственных упругих деформаций компенсировать взаимные радиальные и угловые микроперемещения сопрягаемых поверхностей втулки цилиндра и крышки цилиндра, возникающие при работе двигателя, без износа сопрягаемых поверхностей.

Предлагаемая конструкция прокладки газового стыка, втулки цилиндра и крышки цилиндра обеспечивает качественное и надежное уплотнение газового стыка камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания в течение длительного срока эксплуатации.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров, чугунную втулку (1) цилиндра, чугунную крышку (2) цилиндра, стальную прокладку (3) газового стыка между втулкой (1) и крышкой (2) цилиндра, скрепленные при помощи силовых шпилек крепления цилиндрового комплекта к блоку цилиндров. Прокладка (3) газового стыка выполнена прямоугольного сечения из материала, твердость которого ниже твердости сопрягаемых втулки цилиндра (1) и крышки (2) цилиндра на 10÷15%. Размеры обеспечивают напряжения сжатия в прокладке (3) от усилия затяжки силовых шпилек крепления цилиндрового комплекта ниже предела текучести материала прокладки на 15÷20%. На поверхностях газового стыка втулки (1) цилиндра и крышки (2) цилиндра выполнены выступающие зубчики (8) треугольного сечения, шириной и высотой составляющие 2÷5% от ширины прокладки (3) газового стыка и располагающиеся в средней по ширине зоне прокладки. Технический результат заключается в компенсации взаимных радиальных и угловых перемещений втулки цилиндра и крышки цилиндра за счет упругих деформаций прокладки. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, чугунную втулку цилиндра, чугунную крышку цилиндра, стальную прокладку газового стыка между втулкой и крышкой цилиндра, скрепленные при помощи силовых шпилек крепления цилиндрового комплекта к блоку цилиндров, отличающийся тем, что между втулкой цилиндра и крышкой цилиндра прокладка газового стыка выполнена прямоугольного сечения из материала, твердость которого ниже твердости сопрягаемых втулки цилиндра и крышки цилиндра на 10÷15%, и размерами, обеспечивающими напряжения сжатия в прокладке от усилия затяжки силовых шпилек крепления цилиндрового комплекта ниже предела текучести материала прокладки на 15÷20%, а на поверхностях газового стыка втулки цилиндра и крышки цилиндра выполнены выступающие зубчики треугольного сечения, шириной и высотой составляющие 2÷5% от ширины прокладки газового стыка и располагающиеся в средней по ширине зоне прокладки.