2.1.5. Уплотнение газового стыка

Верхнюю плоскость БЦ и нижнюю плоскость головки блока тщательно обрабатывают для получения плотного соединения. Целью уплотнения является предотвращение прорыва газов наружу, а также проникновение жидкости и масла в цилиндры двигателя.

Условие работы:  высокие температуры,  переменные нагрузки, возможность появления остаточных деформаций.

Требования

1. Работа в условиях длительного действия высоких температур.

2. Достаточная упругость для заполнения на сопрягаемых плоскостях неровностей до 0,05 мм, остающихся после механической обработки, и неровностей 0,2-0,3 мм, возникающих при затяжке шпилек на опорной поверхности блока (если резьба не уплотнена).

3. Сохранение надежности газового стыка в условиях максимальных давлений.

4. Места сопряжений должны иметь большую жёсткость, обеспечивающие минимальное искажение форм.

Конструкция

В настоящее время применяют прокладки следующих типов.

1. Цельнометаллические из алюминия и меди, имеющие твердость, значительно меньшую, чем твердость материала головки блока. Применяются в двигателях с жесткими блоками и головками цилиндров, в том числе и индивидуальными головками при большой силе затяжки шпилек и высокой чистоте обработки поверхностей.

2. Металлические, состоящие из набора тонких листов с окантовкой краев и вырезов. Уплотнение отверстий для прохода воды и масла обеспечиваются вставными резиновыми кольцами. Применяются в дизелях с жесткими блоками и головками при большой силе затяжки шпилек.

3. Прокладки с основой в виде сетки или перфорированного листа из стали или алюминия с наполнителем из листов графитизированного термостойкого картона. Для стойкости картон пропитывается резиной или другими жаростойкими связующими материалами.

4. Сталеасбестовые прокладки применялись в прошлом в большинстве в АТД. Представляют собой два листа графитизированного асбеста, наложенного на стальную сетку или стальной перфорированный лист. Это увеличивает прочность прокладки и дает возможность ее повторного применения. Прокладка пропитывается жаростойкими связующими материалами. Толщина прокладки в рабочем состоянии ни более 1,5 мм. В настоящее время их применение запрещено по экологическим соображениям.

Для повышения упругих свойств и надежности края отверстий под КС окантовывают тонким сравнительно мягким стальным листом.

Это увеличивает удельное давление по контуру стыка и защищает прокладку от действия газов. Чтобы предохранить прокладку от прогорания, ее окантованную кромку отводят от контура внутренних стенок КС на 1-2 мм. В конструкциях мокрыми гильзами с этой же целью опорный фланец гильзы снабжают специальным буртом, защищающим прокладку от действия открытого пламени и прогорания.

Для уменьшения прилипания прокладок к привалочным поверхностям головки или блока и возможного разрыва при разборке двигателя поверхности прокладок покрывают графитом.

В двигателях КамАЗ-740 сопряжение алюминиевой головки с БЦ обеспечивается двумя прокладками. На нижней плоскости головки проточена канавка, в которую запрессовано опорное кольцо. При установки головки на БЦ опорное кольцо деформирует стальную прокладку и создает надежный газовый стык. Отверстие для прохода масла и воды из БЦ в головку уплотнены специальной резиновой прокладкой.

Надежность уплотнения зависит от правильной затяжки силовых шпилек. Затяжка производится равномерно на холодном двигателе в последовательности, указанной в инструкции с применением динамометрического ключа. Момент затяжки на ключе (М_кл) оставляет 70-120 Нм в ДсИЗ и до 200 Нм в дизелях. На алюминиевых головках обязательно применение стальных шайб. Уплотнение зависит не только от силы предварительной затяжки, но и от температурных напряжений, возникающих при прогреве двигателя.

Во время затяжки происходит растяжение шпильки и блока и сжатие головки и прокладки. Во время работы двигателя газовая сила дополнительно растягивает шпильку и сжимает головку блока. Но, с другой стороны, эта же сила разгружает прокладку и блок, то есть их деформация уменьшается. Соответственно уменьшается сила давления на шпильку и головку со стороны прокладки и блока Короткие жесткие шпильки лучше обеспечивают надежность газового стыка. Однако в этом случае имеют место максимальные динамические нагрузки. При высокой податливости шпилек имеет место их меньшее нагружение динамическими усилиями, вызываемыми переменными нагрузками от газовой силы. Но в этом случае увеличивается вероятность раскрытия газового стыка, что требует большей предварительной затяжки.

Резьба силовых шпилек обычно удалена от плоскости стыка стягиваемых деталей; тогда усилие от первых ниток резьбы передается большей массе металла, что исключает концентрацию напряжений у стыковых поверхностей.

Для более равномерного уплотнения стыка необходимо увеличить число шпилек, приходящихся на один цилиндр, до 6-8.

Силовые шпильки кроме головки и блока не должны стягивать другие детали.

Движение дизельного автомобиля следует начинать после прогрева двигателя особенно в холодное время. На холодном двигателе отсутствует дополнительная термическая сила Р_t , вызванная разностью коэффициентов линейного расширения алюминия и стали, а также на этих режимах значительно выше величина давления в процессе сгорания (р_z).

Материалы силовых шпилек

Должны обладать высоким пределом упругости, чтобы избежать остаточных деформаций . Для бензиновых двигателей в качестве материалов силовых шпилек используются углеродистые стали (Сталь 40 ), для дизелей - легированные : 40Х , 38ХА , 18Х2Н4ВА , 40ХНМА.