Поршень для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК F02F3/12 

1

(21)4342926/06

(22)15.12.87

(46) 15.02.91. Вюло У 6

(71)Харьковский политехнический институт им„ ВоИ. Ленина

(72)А„Ф. Шеховцов, Ф.И. Абрамчук, АоМ. Левтеров и В0А. Пылев

(53)621,432(088.8)

(56)Заявка РГ С9 3404284,

|кл. F 02 F 3/12, опублик„ 1985.

(54)ПОРИЕНЪ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57)Изобретение относится к двигате- лестроению. Цель изобретения - повышение долговечности поршня путем

уменьшения амплитуды высокочастотных термических напряжений в районе кромки камеры сгорания. Поршень 1 для двигателя внутреннего сгорания содержит поверхностное покрытие 2 кромки 3 камеры 4 сгорания, выполненное из высокотеплопроводного материала таким образом, что ось 5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 кромки 3 совпадает с биссектрисой угла oL, , образованного верхним торцом 6 поршня 1 и КОНУСНОЙ поверхностью 7 камеры 4 сгорания. При этом поверхностное покрытие 2 сопряжено с телом поршня по радиусу R. 1 ЗоП„ф-лы, 1 ил.

(Л С.

J /

7

оэ

ГчЭ J

4

4

Изобретение относится к двигателе- строению, в частности к поршням с камерой сгорания в них и острой кромкой, образованной горловиной камеры

Цель изобретения - увеличение долговечности поршня путем уменьшения амплитуды высокочастотных термических напряжений в районе кромки камеры сгорания.

На чертеже представлен поршень, содержащий камеру сгорания, острая кромка которой выполнена в виде поверхностного слоя из высокотеплопроводного материала, общий вид„

Поршень 1 для двигателя внутреннего сгорания содержит поверхностное покрытие 2 кромки 3 камеры 4 сгорания, выполненное из высокотеплопро- водного материала таким образом, что ось 5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 кромки 3 совпадает с биссектрисой угла of , образованного верхним торцом 6 поршня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания с При этом поверхностное покрытие 2 сопряжено с телом поршня 1 по радиусу R, выполненного в соответствии с соотношением

г +

0,3,

1

Ю500 - 13- 103D

1

(1)

sin

- 1

где г - радиус кромки камеры сгора

Т) - диаметр поршня, м{ 0 - угол, образованный верхним торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания тепловой поток от рабо- чего тела воспринимается верхним торцом 6 поршня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания. В результате этого кромка 3 поршня 1 испытывает нагрузку от высокочастотной составляющей температуры, вызывающей чциклические термонагружения, и низк- частотной, вызывающей окружные термические напряжения Вследствие того, что кромка 3 выполнена из высокотеплопроводного материала, амплитуда высокочастотной составляющей колебания температуры на поверхности кромки 3 уменьшается по сравнению с амплиту

дои колебания температуры на кромке 3 в случае ее выполнения из основного материала поршня 1 в соответствии с соотношением

iij-bi t Ч Ак1

Cn-У,

Ск Г.

0

5

0

5

0

где „; п„, , ък,

«

п к

УК соответственно

теплопроводность, теплоемкость и плотность основного материала поршня 1 и материала поверхностного покрытия 2 кромки 3.

При этом вследствие того, что ось 5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 совпадает с биссектрисой угла об образованного верхним торцом 6 поршня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания, прогрев поверхностного слоя является равномернымс При этом окружные термические напряжения, возникающие в поверхностном покрытии 2, будут минимальными, чему способствует и высокая теплопроводность материала этого слоя.

5

0

5

0

5

Вследствие того, что сопряжение поверхностного покрытия 2 с основным материалом поршня 1 выполнено по радиусу R, на большем протяжении наиболее нагруженной части поршня 1 происходит воздействие теплового потока от рабочего тела двигателя с уменьшенной амплитудой колебания температуры, что повышает долговечность поршня. Так как поверхность теплоотвода поверхностного покрытия 2 значительно превышает поверхность его теплоподвода, то наибольшая тепловая нагрузка, воспринимаемая поршнем 1, направлена вдоль биссектрисы углаой. Однако, вследствие того, что радиус сопряжения R поверхностного слоя и основного материала поршня 1 определен из соотношения (1), размер X поверхностного слоя вдоль биссектрисы достаточен для уменьшения величины амплитуды колебания температуры, воспринимаемой поршнем в этом направлении, в 10-30 раз, что практически исключает ее влияние на процесс разрушения,,

При использовании в качестве материала поверхностного покрытия 2, например меДи, амплитуда высокочастотной составляющей температуры на поверхности кромки 3 уменьшается в 1,67 раза, а снижение величины амплитуды колебания температуры в 10-30 раз для большинства двигателей лежит в пределах колебания размера X « 3-3,5 мм. Радиус сопряжения R кромки 3 с основным материалом поршня 1 при этом равен 2,5-4,5 мм„ Изготовление кромки 3 таких размеров конструктивно выполнимо при достаточной надежности сцепления меди с алюминиевым сплавом тела поршня 1 методом плазменного напыления.

Формула изобретения 20 R г +

5

что, с целью увеличения долговечности путем уменьшения амплитуды высокочастотных термических напряжений в районе кромки камеры сгорания, поверхностное покрытие выполнено так, что ось симметрии его поперечного сечения совпадает с биссектрисой угла, образованного верхним торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания, а с телом поршня сопря- (Жение поверхностного слоя выполнено по радиусу.

0,3

Г

7(3500 - 13 10SD)

1

- 1

м:

где г - радиус кромки камеры сгорания, м; диаметр поршня, м;

I) оЈ - угол, образованный верхним торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания„