RU2602325C1 - Internal combustion engine combustion chamber seal - Google Patents
Internal combustion engine combustion chamber seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602325C1 RU2602325C1 RU2015117690/06A RU2015117690A RU2602325C1 RU 2602325 C1 RU2602325 C1 RU 2602325C1 RU 2015117690/06 A RU2015117690/06 A RU 2015117690/06A RU 2015117690 A RU2015117690 A RU 2015117690A RU 2602325 C1 RU2602325 C1 RU 2602325C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasket
- cylinder
- bushing
- combustion chamber
- cylinder cover
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F11/00—Arrangements of sealings in combustion engines
- F02F11/002—Arrangements of sealings in combustion engines involving cylinder heads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
- F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
- F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, и может быть применено для уплотнения газового стыка между втулкой и крышкой цилиндра со стороны камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and can be used to seal the gas joint between the sleeve and the cylinder cover on the side of the combustion chamber of an internal combustion engine.
Известна конструкция уплотнения газового стыка между втулкой и крышкой цилиндра двигателя внутреннего сгорания с применением уплотнительной прокладки из мягкой стали прямоугольного сечения в уплотняемом стыке (Инструкция для главных двигателей типа 50-98МС. Издание 8С. Часть 1. Дания. Копенгаген. Дизели фирмы MAN & BW Diesel А/S типа S 60 МС). Плотность стыка в данной конструкции достигается за счет возникновения пластических деформаций материала прокладки при затяжке шпилек. Недостатком такого решения является то, что прокладка используется лишь только один раз и заменяется после каждого вскрытия цилиндра.A known design of the gas joint seal between the bushing and the cylinder cover of an internal combustion engine using a gasket of mild steel of rectangular cross section in a sealing joint (Instruction for main engines of type 50-98MS. Edition 8C.
Аналогичную конструкцию уплотнения камеры сгорания применяет фирма МАК. Для достижения пластических деформаций в прокладке используется гальваническое покрытие стальной прокладки прямоугольного сечения слоем меди (МАК. The reliable engine М 601. OW/4-12.83. Krupp MaK Maschinenbau, GmbH. 2300, Kiel, 17). В этом случае при рекомендуемом (строго регламентируемом) уровне затяжки шпилек толщина слоя меди оказывается недостаточной для обеспечения герметичности стыка, а повышение уровня затяжки приводит к трещинам в крышке цилиндра или к обрыву силовых шпилек.A similar design of the seal of the combustion chamber is used by MAK. To achieve plastic deformation in the gasket, a galvanic coating of a steel gasket of rectangular cross section with a layer of copper is used (MAK. The reliable engine M 601. OW / 4-12.83. Krupp MaK Maschinenbau, GmbH. 2300, Kiel, 17). In this case, at the recommended (strictly regulated) level of tightening of the studs, the thickness of the copper layer is insufficient to ensure a tight joint, and an increase in the level of tightening leads to cracks in the cylinder cover or to breakage of the power studs.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является уплотнение камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ №2232280, опубл. 10.07.2004. Уплотнение указанной конструкции содержит установленную в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя металлическую уплотнительную прокладку из жаропрочной стали с повышенной относительно контактирующих поверхностей втулки и крышки цилиндра двигателя твердостью, которая выполнена в виде кольца двутаврового, S- или С-образного, либо близкого к полому полутору сечения.The closest in technical essence to the proposed technical solution is the sealing of the combustion chamber of an internal combustion engine according to the patent of the Russian Federation No. 2232280, publ. 07/10/2004. The seal of this design contains a metal sealing gasket made of heat-resistant steel with grooves increased in relation to the contacting surfaces of the sleeve and the cylinder cover of the engine, which is made in the form of an I-ring, S- or C-shaped or close to a hollow half section.
В данном случае устранение неплотности стыка и обеспечение его герметичности достигается в результате возникновения пластических деформаций на контактирующих уплотняемых поверхностях за счет создания (с помощью соответствующей формы прокладки) по узкой кольцевой поверхности прокладки контактных давлений, значения которых превышают напряжения смятия материала крышки и втулки цилиндра, а также за счет того, что твердость материала прокладки выше твердости материала уплотняемых поверхностей крышки и втулки цилиндра.In this case, elimination of the joint leak and ensuring its tightness is achieved as a result of plastic deformations on the contacting sealing surfaces by creating (using the appropriate form of the gasket) contact pressure along the narrow annular surface of the gasket, the values of which exceed the shear stress of the material of the cylinder head and cylinder bushing, and also due to the fact that the hardness of the gasket material is higher than the hardness of the material of the sealing surfaces of the cover and the sleeve of the cylinder.
Общим недостатком рассмотренных известных уплотнений является то, что все они обеспечивают герметичность газового стыка за счет возникновения пластических деформаций, или материала прокладки, или уплотняемых поверхностей крышки и втулки цилиндра при затяжке.A common disadvantage of the known seals considered is that they all ensure the tightness of the gas joint due to the occurrence of plastic deformations, or gasket material, or the sealing surfaces of the cap and cylinder bushing during tightening.
Однако возникновение пластических деформаций является нежелательным как для материала прокладки, так и для материалов втулки и крышки. В первом случае прокладка является одноразовой и подлежит замене после каждого вскрытия цилиндра. Во втором случае после каждого вскрытия цилиндра материал уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра упрочняется, его предел текучести увеличивается, в результате повторная затяжка соединения должна происходить при усилии, большем первоначального. Таким образом, при каждой последующей затяжке усилие затяжки возрастает, что может приводить к разрушению крышки цилиндра или к обрыву силовых шпилек. Кроме того, иногда в качестве материала крышки цилиндра и втулки цилиндра двигателей внутреннего сгорания применяется серый чугун - материал хрупкий, для которого пластические деформации недопустимы и могут привести к разрушению конструкции.However, the occurrence of plastic deformations is undesirable both for the gasket material and for the materials of the sleeve and cover. In the first case, the gasket is disposable and must be replaced after each opening of the cylinder. In the second case, after each opening of the cylinder, the material of the sealing surfaces of the sleeve and the cylinder cover is hardened, its yield strength increases, as a result, the joint must be tightened again with a force greater than the initial one. Thus, with each subsequent tightening, the tightening force increases, which can lead to the destruction of the cylinder cover or to the breakage of the power studs. In addition, sometimes gray cast iron is used as the material for the cylinder cover and cylinder liner of internal combustion engines - a brittle material for which plastic deformations are unacceptable and can lead to structural damage.
Возникновение пластических деформаций в рассмотренных конструкциях уплотнений обусловлено неравномерностью распределения контактных напряжений по ширине прокладки за счет изгибных напряжений, возникающих в прокладке при затяжке соединения и концентрации напряжений (краевого эффекта) на границах контакта прокладки с крышкой и втулкой цилиндра. Для обеспечения герметичности стыка необходимо, чтобы напряжения от усилий затяжки (контактные давления), замыкающие стык, во всех точках стыка по абсолютной величине превышали напряжения от рабочих нагрузок (действия давления сгорания топлива в цилиндре), раскрывающие стык. В известных конструкциях на наружном диаметре прокладки это условие выполняется с большим запасом, в то время как на внутреннем диаметре для его выполнения требуется повышение усилий затяжки.The occurrence of plastic deformations in the considered seal designs is due to the uneven distribution of contact stresses over the width of the gasket due to the bending stresses arising in the gasket when the connection is tightened and stress concentration (edge effect) at the interface between the gasket and the cap and cylinder bushing. To ensure the tightness of the joint, it is necessary that the stresses from the tightening forces (contact pressures), closing the joint, at all points of the joint in absolute value exceed the stresses from the working loads (the pressure of the fuel combustion in the cylinder), opening the joint. In known constructions on the outer diameter of the gasket, this condition is met with a large margin, while on the inner diameter to increase it requires an increase in tightening forces.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик уплотнения газового стыка между втулкой и крышкой цилиндра со стороны камеры сгорания двигателя путем обеспечения герметичности за счет одних только упругих деформаций материала прокладки и уплотняемых поверхностей крышки и втулки цилиндра без возникновения пластических деформаций, что позволит обеспечить герметичность стыка при высоких давлениях сгорания без замены прокладки и увеличения усилия затяжки шпилек после вскрытия цилиндра.The objective of the invention is to increase the operational characteristics of the gas joint seal between the sleeve and the cylinder cover on the side of the engine combustion chamber by ensuring tightness due to elastic deformation of the gasket material and the sealing surfaces of the cylinder cover and sleeve without plastic deformation, which will ensure joint tightness at high pressures combustion without changing the gasket and increasing the torque of the studs after opening the cylinder.
Для решения этой задачи в изобретении используется уплотнение камеры сгорания двигателя, содержащее кольцевую уплотнительную прокладку, установленную в проточки неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки и крышки цилиндра, выполненную в виде стального кольца прямоугольного поперечного сечения из жаростойкой стали. Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является то, что на наружной боковой поверхности кольцевой уплотнительной прокладки выполнена разгрузочная канавка эллиптической формы с соотношением полуосей эллипса большая ось которого направлена перпендикулярно к оси цилиндра. Канавка расположена симметрично по высоте относительно верхней и нижней поверхностей уплотнительной прокладки, а каждая из этих поверхностей прокладки имеет плавные закругления на переходах к ее внутренней и наружной боковым поверхностям.To solve this problem, the invention uses a combustion chamber seal containing an annular gasket installed in the grooves of the sealing surfaces of the sleeve and the cylinder cover that are stationary relative to each other and made in the form of a steel ring of rectangular cross section made of heat-resistant steel. A distinctive feature of the proposed design is that on the outer side surface of the annular sealing gasket an unloading groove of an elliptical shape with a ratio of the semiaxes of the ellipse is made whose major axis is directed perpendicular to the axis of the cylinder. The groove is located symmetrically in height relative to the upper and lower surfaces of the gasket, and each of these gasket surfaces has smooth curves at the transitions to its inner and outer side surfaces.
Достигаемый технический результат - уменьшение концентрации напряжений и устранение пластических деформаций на границах контакта прокладки с крышкой и втулкой цилиндра, обеспечение более равномерного распределения контактного давления по ширине прокладки, обеспечение герметичности стыка за счет только упругих деформаций.The technical result achieved is a decrease in the stress concentration and elimination of plastic deformations at the interface between the gasket and the cap and cylinder bushing, ensuring a more uniform distribution of contact pressure across the width of the gasket, and ensuring the joint tightness due to only elastic deformations.
Конструкция уплотнения камеры сгорания двигателя показана на фиг. 1.The seal design of the engine combustion chamber is shown in FIG. one.
На фиг. 2 показан поперечный разрез уплотняемого стыка.In FIG. 2 shows a cross section through a sealing joint.
Уплотнение камеры сгорания двигателя содержит кольцевую уплотнительную прокладку газового стыка 3, установленную в проточки 6 неподвижных относительно друг друга уплотняемых поверхностей втулки цилиндра 1 и крышки цилиндра 2, которые скрепляются с блоком цилиндров 4 с помощью силовых шпилек 5.The seal of the combustion chamber of the engine contains an annular gasket of the
Уплотнение газового стыка осуществляется за счет обеспечения следующих условий:The gas joint is sealed by ensuring the following conditions:
- для обеспечения более равномерного распределения напряжений (контактного давления) по ширине «с» прокладки на ее наружной боковой поверхности выполнена разгрузочная канавка эллиптической формы с соотношением полуосей эллипса большая ось которого направлена перпендикулярно к оси цилиндра. Выполненные на ОАО «Коломенский завод» эксперименты показали, что эллиптическая форма канавки является наилучшей с точки зрения возможности обеспечения оптимальной податливости (в вертикальном направлении) наружной поверхности прокладки, что способствует уменьшению краевого эффекта на границе контакта прокладки с втулкой цилиндра и крышкой. С этой же целью большая ось эллипса направлена перпендикулярно к оси цилиндра, в противном случае податливость канавки уменьшается, что отрицательно сказывается на обеспечении равномерного распределения контактных давлений по ширине прокладки.- to ensure a more uniform distribution of stresses (contact pressure) across the width "s" of the gasket on its outer lateral surface, an elliptical discharge groove is made with the ratio of the axes of the ellipse whose major axis is directed perpendicular to the axis of the cylinder. The experiments performed at Kolomensky Zavod OJSC showed that the elliptical shape of the groove is the best in terms of the possibility of ensuring optimal compliance (in the vertical direction) of the outer surface of the gasket, which helps to reduce the edge effect at the interface between the gasket and the cylinder bushing and the cover. For the same purpose, the large axis of the ellipse is directed perpendicular to the axis of the cylinder, otherwise the ductility of the groove is reduced, which negatively affects the uniform distribution of contact pressure across the width of the strip.
Соотношение полуосей эллипса выбрано из условия обеспечения прочности самой прокладки при затяжке шпилек. В этом случае на контуре канавки со стороны большой полуоси эллипса возникают локальные сжимающие напряжения с теоретическим коэффициентом концентрации При выбранном соотношении полуосей коэффициент концентрации будет минимальным и прочность прокладки будет обеспечена. С целью усиления эффекта равномерного распределения напряжений (контактного давления) по ширине прокладки введены плавные закругления верхней и нижней поверхностей уплотнительной прокладки на переходах к ее боковым поверхностям.The ratio of the semi-axes of the ellipse selected from the conditions for ensuring the strength of the strip itself when tightening the studs. In this case, local compressive stresses with a theoretical concentration coefficient arise on the groove contour from the side of the semi-major axis of the ellipse With the selected ratio of the semiaxes, the concentration coefficient will be minimal and the strength of the gasket will be ensured. In order to enhance the effect of a uniform distribution of stresses (contact pressure) across the strip width, smooth rounding of the upper and lower surfaces of the gasket at transitions to its side surfaces is introduced.
На фиг. 3 показан характер распределения контактных давлений р по ширине прокладки без разгрузочной канавки (фиг. 3 слева) и прокладки предлагаемой конструкции (фиг. 3 справа);In FIG. 3 shows the nature of the distribution of contact pressures p across the width of the gasket without an unloading groove (Fig. 3 on the left) and gaskets of the proposed design (Fig. 3 on the right);
Распределение контактного давления по ширине прокладки без разгрузочной канавки неравномерное, на границах контакта прокладки с крышкой и втулкой цилиндра возникает концентрация напряжений (краевой эффект). В середине прокладки напряжения значительно ниже, чем по краям. В наибольшей степени краевой эффект проявляется на наружном диаметре прокладки. Введение разгрузочной канавки для прокладки предлагаемой конструкции позволяет значительно уменьшить краевой эффект и сделать распределение давления по ширине прокладки близким к равномерному распределению. Этой же цели способствует и введение закруглений на переходах между поверхностями прокладки.The distribution of contact pressure across the width of the gasket without an unloading groove is uneven; stress concentration (edge effect) occurs at the boundaries of the contact of the gasket with the cap and cylinder bushing. In the middle of the gasket, the voltage is much lower than at the edges. To the greatest extent, the edge effect is manifested on the outer diameter of the gasket. The introduction of an unloading groove for laying the proposed design can significantly reduce the edge effect and make the pressure distribution across the width of the strip close to a uniform distribution. The introduction of curves at the transitions between the surfaces of the gasket contributes to the same goal.
- канавка расположена симметрично по высоте относительно верхней и нижней поверхностей уплотнительной прокладки. Этим достигается одинаковое уменьшение краевого эффекта и более равномерное распределение напряжений (контактного давления) по ширине «с» прокладки как на границах контакта прокладки с втулкой цилиндра, так и на границе контакта прокладки с крышкой цилиндра.- the groove is located symmetrically in height relative to the upper and lower surfaces of the gasket. This achieves the same reduction in the edge effect and a more uniform distribution of stresses (contact pressure) along the width “c” of the gasket both at the borders of the gasket’s contact with the cylinder bore and at the interface between the gasket and the cylinder cover.
- средний диаметр прокладки газового стыка 3 и ее ширина «с» определяются наружным и внутренним диаметрами верхнего пояса втулки цилиндра 1. Большая полуось эллиптической разгрузочной канавки а связана с шириной прокладки соотношением Выполненные на ОАО «Коломенский завод» эксперименты показали, что при указанном соотношении достигается максимальное уменьшение краевого эффекта и обеспечивается прочность самой прокладки.- the average gasket diameter of the
- в качестве материала прокладки 3 используется жаростойкая сталь с тем, чтобы избежать релаксации напряжений в условиях относительно высоких температур в районе газового стыка и связанного с этим падения уровня затяжки соединения при работе двигателя.- heat-resistant steel is used as the
В результате газовый стык работает в упругой области, что обеспечивает стабильные условия для его уплотнения в течение длительного времени, а также возможность многоразового использования прокладки при ремонте.As a result, the gas joint operates in the elastic region, which provides stable conditions for its sealing for a long time, as well as the possibility of reusable gaskets for repairs.
Выполненные на ОАО «Коломенский завод» расчетно-экспериментальные исследования предлагаемой прокладки показали хорошие результаты по герметизации газового стыка без возникновения пластических деформаций материала прокладки и уплотняемых поверхностей крышки и втулки цилиндра.Calculation and experimental studies of the proposed gasket performed at Kolomensky Zavod OJSC showed good results in sealing the gas joint without plastic deformation of the gasket material and the sealing surfaces of the cylinder head and bushing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117690/06A RU2602325C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Internal combustion engine combustion chamber seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117690/06A RU2602325C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Internal combustion engine combustion chamber seal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602325C1 true RU2602325C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57759924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117690/06A RU2602325C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Internal combustion engine combustion chamber seal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2602325C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5265563A (en) * | 1991-12-19 | 1993-11-30 | Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft | Cylinder head sealing arrangement for reciprocating piston engines |
RU2164307C2 (en) * | 1999-05-07 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ" | Internal combustion engine |
RU2232280C1 (en) * | 2002-10-14 | 2004-07-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение "Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского" | Combustion chamber sealing (versions) |
RU2513048C2 (en) * | 2012-07-17 | 2014-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Internal combustion engine |
-
2015
- 2015-05-13 RU RU2015117690/06A patent/RU2602325C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5265563A (en) * | 1991-12-19 | 1993-11-30 | Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft | Cylinder head sealing arrangement for reciprocating piston engines |
RU2164307C2 (en) * | 1999-05-07 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ" | Internal combustion engine |
RU2232280C1 (en) * | 2002-10-14 | 2004-07-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение "Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского" | Combustion chamber sealing (versions) |
RU2513048C2 (en) * | 2012-07-17 | 2014-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0528698B2 (en) | Metallic gasket and method of manufacturing the same | |
US4791891A (en) | Reciprocating piston engine | |
US20040164497A1 (en) | Metal gasket | |
US9482178B2 (en) | Cylinder liner with an undercut seal trap | |
US2553222A (en) | Sealing means for internalcombustion motors | |
JPH0552268A (en) | Metal gasket | |
KR20100120676A (en) | Metallic flat gasket | |
WO2016159970A1 (en) | Internal combustion engine cylinder liner flange with non-circular profile | |
US9939066B2 (en) | Elastic sealing member radially inwardly of primary sealing bead | |
US20120112418A1 (en) | Oil control ring with ferrous body less than 2.0 millimeters high for internal combustion engines | |
JP4901806B2 (en) | piston ring | |
US20150377177A1 (en) | Cylinder liner having roll-burnished recess | |
RU2602325C1 (en) | Internal combustion engine combustion chamber seal | |
JPS6056905B2 (en) | Bottom locking liner and engine assembly | |
CN110506173B (en) | Piston and piston ring for internal combustion engine | |
DK179020B1 (en) | A cylinder liner for a two-stroke crosshead engine | |
RU2513048C2 (en) | Internal combustion engine | |
KR101465373B1 (en) | Cooling structure for internal combustion engine | |
US9334959B2 (en) | Radially notched piston rings | |
EP0486255A2 (en) | Metallic gasket | |
JP4914792B2 (en) | Metal gasket | |
JP2017026054A (en) | piston ring | |
RU104655U1 (en) | SEALING GASKET | |
RU2624782C2 (en) | Gas-tight joint seal between cylinder liner and cover of internal combustion engine | |
RU2232280C1 (en) | Combustion chamber sealing (versions) |