УПЛОТНЕНИЕ ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретнее к устройствам уплотнения в двигателях внутреннего сгорания.
Известно уплотнение стыка головки и гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее плоскую мягкую прокладку и уплотнительное кольцо, наружная часть которого выполнена в виде периферийного плоского элемента, зажатого между прокладкой и головкой, а внутренняя часть - в виде зига, расположенного кольцевой канавке на торце цилиндра и опирающегося на ее внутреннюю боковую поверхность (А.С. СССР по к.л. F 02 F 11/00 №482561 «Уплотнение стыка головки и гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания» авторов: Гордейчик И.И., Сидеренко А.И., Левенкова Б.Г. и Картинчик С.Н. опубликовано 30.08.1975. Бюл. №32).
Недостатком такого уплотнения является его низкая надежность и герметичность.
Известно уплотнение головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее плоскую мягкую прокладку и уплотнительное кольцо, наружная часть которого выполнена в виде периферийного плоского элемента, зажатого между прокладкой и головкой, а внутренняя часть - в виде зига, расположенного в кольцевой канавке на торце цилиндра, причем зиг размещен выпуклой стороной на дне кольцевой канавки, а его торцевая кромка расположена на ее внутренней боковой поверхности (А.С. СССР по к.л. F 02 F 11/00, F 16 J 15/06 №804848 «Уплотнение головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания» авторов: Курчер Б.М. и др. опуб. 15.02.1981. БИ №6).
Недостатком такого уплотнения является невысокая надежность и герметичность за счет периферийной части плоского элемента зига в рабочем положении, который воздействует только на прокладку и торцевую часть цилиндра, ослабляя при этом натяг между прокладкой и головкой цилиндра.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и герметичности уплотнения за счет реализации повышенных сжимающих усилий и сил трения между кольцевым упругим элементом и, одновременно, внешней стенкой кольцевой канавки на торце цилиндра и сопрягаемой с ней упорной частью головки цилиндра. Технический результат достигается тем, что уплотнение головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее плоскую мягкую прокладку и уплотнительное кольцо, наружная часть которого выполнена в виде периферийного плоского элемента, зажатого между прокладкой и головкой и расположенного в кольцевой канавке на торце цилиндра, причем в кольцевой канавке на торце цилиндра установлен кольцевой элемент из материала с памятью формы, запрограммированный на радиальную деформацию, взаимодействующий одной стороной с внутренней стенкой кольцевой канавки, другой стороной с кольцевым упругим элементом, который одновременно взаимодействует с внешней стенкой кольцевой канавки и с сопрягаемой с ней упорной частью головки цилиндра, кроме того усилие сжатия кольцевого упругого элемента одновременно совпадает с плоскостью прокладки и сжимающей перпендикулярно.
Предложенная конструкция позволяет существенно повысить надежность и герметичность уплотнения, исключить незапланированное перемещение головки относительно цилиндра. Сжимающие усилия и силы трения, создаваемые элементом с памятью формы и упругим элементом, могут изменяться в широком диапазоне и составлять от 200 до 3000 кг.
Плотное прилегание упругого элемента к разъему: головка-торец цилиндра создает дополнительное препятствие прорыву горючих газов, износу мягкой прокладки и выходу уплотнения из строя.
На фиг.1 изображено уплотнение в исходном положении, на фиг.2 в рабочем положении.
Уплотнение стыка между головкой и торцом цилиндра содержит кольцевой элемент из сплава с памятью формы 1, установленный в кольцевую канавку на торце цилиндра 2. Упругий элемент 3, взаимодействует с внешней стенкой кольцевой канавки 2 и с упорной частью головки цилиндра 4.
1
2
Уплотнение работает следующим образом. Горячие газы, проникая в зазор между головкой 4 и торцом цилиндра 2, нагревают кольцевой элемент 1 из сплава с памятью формы, который выполнен из материала ТН-1 (Никелид-титана с содержанием 55% Ni и 45% Ti по массе) и запрограммирован на радиальную деформацию. Радиальная деформация сплава ТН-1 может составлять 2-4% от диаметра кольцевого элемента, при этом развиваемые рабочие напряжения достигают 50-150 МПа. (Барвинок В.А., Богданович В.И., Феоктистов В.С. Физические основы моделирования и проектирования реверсивных силовых приводов из материала с эффектом памяти формы / Международный центр научной и технической информации, М., 1997, 72 с). При достижении температуры 95°С элемент 1 начинает деформироваться в радиальном направлении, изменяя ширину кольца, при этом он деформирует упругий кольцевой элемент 3, который создает одновременно усилие сжатия P и усилия трения Р (см. фиг.2). Деформация элементов 1 и 3 заканчивается при температуре 105-120°С и при ее дальнейшем повышении не изменяется.
При охлаждении до температуры 60°С элемент 1 начинает возвращаться в исходное положение, при этом упругий элемент 3 «помогает» ему точно вернуться в исходное положение, реализуя
реверсивную обратимую деформацию. Полное возвращение элементов 1 и 3 в исходное положение происходит при температуре 35°С (см. фиг.1), при этом рабочие напряжения уплотнения снимаются и поршневой блок легко разбирается.
Предложенная конструкция уплотнения головки цилиндра позволяет реализовать значительные по величине напряжения уплотнения, обеспечить гарантированную надежность положения головки относительно торца цилиндра, исключить попадание горючих газов на мягкую прокладку, полностью компенсировать и устранить неравномерные монтажные напряжения, возникающие при сборке поршневой группы, в целом существенно на 50-70% повысить надежность и герметичность уплотнения.