Поршень из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02F3/14 

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к конструкциям поршней для форсированных двигателей внутреннего сгорания.

Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с приваренной накладкой из жаростойкой стали, а с целью достижения антрифрикци- онных качеств боковая поверхность поршня покрывается пористым хромом.

Однако с его использованием не обеспечивается повышение надежности путем исключения задирообразования, так как применение хрома как материала с низкими теппопрородными свойствами создает отрицательный эффект дополнительного теплового расширения алюминиевого/юршня. Кроме того, хром обладает сравнительно низкими антифрикционными свойствами.

что наряду с его высокой твердостью приводит к повышенному износу гитьзы цилиндра.

Наиболее близким к изобретению является поршень из алюминиевопгсплава для двигателя внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, выполненную в головке, кольцедержатепь и жаропрочную накладку на днище.

Известная конструкция поршня позволяет повысить термостойкость кромки камеры сгорания. Однако при форсировании двигателя удары кромки камеры сгорания о крышку цилиндра ослабляют крепление жаропрочной накладки, причем не устраняются разрушение указанной кромки вследствие возникающей деформации и появление .задиров на боковой поверхности поршня.

XJ

XI

Ю

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения задиро- образования с одновременным повышением антифрикционных свойств боковой поверхности поршня, устранения ударов горловины камеры сгорания о головку цилиндров и кавитационного разрушения днища поршня.

Указанная цель достигается тем, что в поршне из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания на боковую поверхность головки, ограниченную днищем поршня и кольцедержателем, установлен кольцевой охлаждающий элемент перекрывающий боковую кромку жаропрочной накладки, причем горловина камеры сгорания плавно занижена в сторону от днища поршня.

Охлаждающий элемент выполнен из материала с высокими теплопроводными и антифрикционными свойствами, например из меди, а жаропрочная накладка выполнена в виде керметного покрытия из карбида вольфрама или хрома с кобальтовой или никелевой связкой.

Занижение горловины камеры сгорания обеспечиавается за счет выполнения фаски на кромке камеры сгорания, а толщина керметного покрытия - постоянная по всей площади днища поршня

Занижение горловины камеры сгорания обеспечивается за счет плавного уменьшения толщины керметного покрытия вокруг горловины камеры сгорания в сторону от днища поршня

За счет наличия на боковой поверхности головки поршня кольцевого охлаждающего элемента из материала с высокими теплопроводными и антифрикционными свойствами.-например из меди, обеспечивается устранение задирообразования путем повышения антифрикционных свойств боковой поверхности поршня и улучшения теплоотвода от головки и жаропрочной накладки в тело цилиндра.

Выполнение жаропрочной накладки в виде керметного покрытия из карбида вольфрама или хрома с кобальтовой или никелевой связкой предохраняет поверхность днища поршня от явления кавитации благодаря структуре детонационного покрытия, состоящего из крупных монолитных образований, значительно превосходящих размер исходных порошков, и остаточной пористости, не превышающей 1%.

Кроме того, занижение горловины камеры сгорания обеспечивается за счет выполнения фаски на кромке камеры сгорания при постоянной толщине керметного покрытия по всей площади днища поршня или

же за счет плавного уменьшения толщины керметного покрытия вокруг горловины камеры сгорания в сторону от днища поршня, Конструктивное занижение толщины жаропрочной накладки предохраняет от механического разрушения кромку камеры сгорания поршня о головку цилиндра,

На фиг. 1 изображен поршень с жаропрочной накладкой переменной толщины и

0 кольцевым охлаждающим элементом на его боковой поверхности, общий вид; на фиг. 2 - то же, с жаропрочной накладкой постоянной толщины, установленной на поверхности днища поршня, плавно понижающейся

5 вокруг горловины камеры сгорания к ее кромке,ч

Поршень 1 содержит камеру сгорания 2 и выполненные путем детонационного напыления по всей площади днища 3 поршня

0 жаропрочную накладку 4, выполненную в виде керметного покрытия из карбида вольфрама или хрома с кобальтовой или никелевой связкой, а на боковой поверхности головки 5 поршня 1, ограниченной днищем

5 3 и кольцедержателем б кольцевой охлаждающий элемент 7, перекрывающий боковую кромку 8жаропрочной накладки 4. Толщина жаропрочной накладки 4 вокруг горловины 9 камеры сгорания 2 плавно занижена в

0 сторону от днища 3 поршня на величину hi. Жаропрочная накладка 4 может быть выполнена по всей площади днища 3 постоянной толщины, а занижение горловины 9 на величину ha обеспечивается за счет выполнения

5 фаски 10 на кромке 11 камеры сгорания 2. Плавное занижение hi толщины жаропрочной накладки 4 или h2 днища 3 вокруг горловины 9 определяются, исходя из условия обеспечения возможно большего прибли0 жения нагретой кромки 11 к горизонтальной поверхности жаропрочной накладки 4.

В процессе работы двигателя на форсированном режиме под воздействием высокотемпературного газового потока

5 поршень 1 нагревается и, расширяясь, уменьшает радиальный зазор между поршнем и цилиндром. Кольцевой охлаждающий элемент 7 снижает температуру поршня, отводя тепло от него в тело ци0 линдра, и препятствует проникновению газов к кольцам (на чертежах не показано), устанавливаемым на кольцедержа- теле 6, обеспечивая прирабатываемость пар трения без заклинивания и образова5 ния задиров. Жаропрочная накладка 4 уменьшает количество тепла, передаваемого днищу 3, и тем самым также снижает температуру поршня 1. Кроме того, при нагреве поршня 1 кромка 11 камеры сгорания 2 выпучивается, а предусмотренное конструктивное занижение кромки 11 исключает влияние ее выпучивания на работу двигателя. В процессе работы двигателя в условиях многотопливности (например, бензина), когда поверхность днища 3 подвергается микроударному воздействию кавитации, жаропрочная накладка 4 на днище 3 защищает его поверхность от кави- тационного разрушения,

Ф о рмул а и з о б рете н и я

1. Поршень из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, выполненную в головке, кольцедержатель и жаропрочную накладку на днище, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения задирообразования с одновременным повышением антифрикционных свойств боковой поверхности поршня, устранения ударов горловины камеры его- рания о головку цилиндров и кавитационно- го разрушения днища поршня, на боковую поверхность головки поршня, ограниченную днищем поршня и кольцедержателем, установлен кольцевой охлаждающий эле- мент, перекрывающий боковую кромку жаропрочной накладки, причем горловина камеры сгорания плавно занижена в сторону от днища поршня.

2.Поршень по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающий элемент выполнен из материала с высокими теплопроводными и антифрикционными свойствами.

3.Поршень по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что охлаждающий элемент выполнен из меди.

4.Поршень по пп. 1-3. отличающийся тем, что накладка выполнена в виде керметного покрытия из карбида вольфрама или хрома с кобальтовой или никелевой связкой.

5.Поршень по пп. 1-4, отличающийся тем, что занижение горловины камеры сгорания обеспечивается за счет выполнения фаски на кромке камеры сгорания, а толщина керметного покрытия постоянна по всей площади днища поршня.

6.Поршень по пп. 1-4, отличающийся тем, что занижение горловины камеры сгорания обеспечивается за счет плавного уменьшения толщины керметного покрытия вокруг горловины камеры сгорания.

Использование: область двигателестро- ения, а именно конструкции поршней для форсированных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: поршень 1 содержит камеру сгорания 2, днище 3, жаропрочную накладку 4 и кольцевой охлаждающий элемент 7. Последние выполнены путем детонационного напыления, причем охлаждающий элемент 7 выполнен из материала с высокими теплопроводными и антифрикционными свойствами, например из медиг а жаропрочная накладка 4 - в виде керметного покрытия из карбида вольфрама или храма с кобальтовой или никелевой связкой. Толщина керметного покрытия вокруг горловины 9 камеры сгорания 2 плавно занижена в сторону днища 3 поршня 1. Кроме того, занижение горловины 9 камеры сгорания 2 может быть обеспечено за счет выполнения фаски 10 на кромке 11 камеры сгорания 2, а толщина керметного покрытия при этом постоянна по всей длине площади днища 3 поршня 1. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 1

фиг. 2