Поршень двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршень двигателя внутреннего сгорания, выполненный из легкого сплава, содержащего алюминий, выполнен из сплава с рабочей температурой не менее 300 С и снабжен по наружной поверхности теплозащитным, износостойким покрытием, выполненным в электролите в режиме микроплазменного оксидирования. При этом покрытие выполнено из корунда. Отличие предлагаемого поршня заключается так же в том /как вариант/, что на наружной его поверхности, в местах расположения канавок под поршневые кольца, выполнены замещающие их приливы - выступы. Использование изобретения позволяет удешевить двигатель, повысить рабочий ресурс поршней, упростить их производство.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.
Известен поршень двигателя внутреннего сгорания, выполненный из сплава А К 21 М 2,5 Н 2,5, содержащего 20-22% Si, 2,2-3% Сu, 2,2-2,8% Ni, 0,1-0,3% Ti, 0,2-0,4% Cr, 0,2-0,5% Mg, 0,2-0,4% Mn (ГОСТ 2685-75). Жаропрочность сплава до 300-320°С (Цветное литье. Справочник. Москва. «Машиностроение», 1989 г, стр.185). К недостаткам известного поршня следует отнести:
- недостаточный рабочий ресурс (выход из строя по износу «юбки», разбивания канавок в местах расположения поршневых колец);
- высокие рабочие температуры не обеспечивают достаточной надежности при использовании известных поршней в дизельных двигателях;
- сложность поршневого сплава и необходимость использования при его выплавке специальных лигатур Al-Si, Al-Ti, Al-Cr, Al-Ni, что удорожает производство двигателей;
- поршни известной конструкции неремонтноспособны.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:
- повышение рабочего ресурса поршней;
- повышение надежности поршней в дизельных двигателях внутреннего сгорания;
- снижение расходов на материал поршня, удешевление его и двигателя;
- восстановление размеров поршней после определенного времени эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что поршень двигателя внутреннего сгорания, выполненного из сплава, содержащего алюминий, выполнен из легкого сплава с рабочей температурой не менее 300°С и снабжен по наружной поверхности теплозащитным износостойким покрытием, выполненным в режиме микроплазменного оксидирования.
Теплозащитное, износостойкое покрытие, например Аl2О 3 (корунд) имеет коэффициент теплопроводности в сотни раз более меньший, чем коэффициент теплопроводности алюминия и его сплавов, а износостойкость - значительно выше износостойкости хрома, является термическим сопротивлением и позволяет снизить температуру нагрева поршня при работе не менее, чем на 100°С, и тем самым повысить рабочий ресурс
поршней, повысить надежность их работы в дизельных двигателях, расширить номенклатуру используемых для изготовления поршней сплавов, таких как: алюминиевые сплавы АЛ32, АЛ33, АЛ19, АЛ28, АЛ1, АЛ25; магниевые сплавы МЛ11, МЛ19; титановые сплавы. Например, сплав АЛ32 содержит Si 7,8-8,5% вместо 20-22%, как в известном поршневом сплаве, и не содержит Ni, Cr, Ti, что удешевляет изделие, а использование магниевых сплавов позволяет снизить вес поршней, улучшить рабочие характеристики двигателя.
Толщина теплозащитного износостойкого покрытия, составляющая 150-200 микрон, позволяет в несколько раз повысить рабочий ресурс поршня за счет устранения износа «юбки» и разбивания канавок в местах расположения поршневых колец. При износе покрытия поршни подвергаются повторному микроплазменному оксидированию для восстановления первоначальной толщины покрытия и размеров (заданная толщина покрытия обеспечивается процессом по всей поверхности автоматически), что позволяет сократить расходы на ремонт двигателя.
Следующее отличие поршня заключается в том (как вариант), что на наружной его поверхности, в местах расположения канавок под поршневые кольца, выполнены замещающие их приливы - выступы.
Износостойкое покрытие из корунда, выполненное на приливах - выступах, замещающих поршневые кольца, позволяет в несколько раз повысить рабочий ресурс установленных в двигатель поршней, при снижении не менее, чем в два раза, трудоемкости их изготовления.
На фиг.1 изображен поршень двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 - поршень с приливами - выступами, замещающими поршневые кольца.
Поршень из сплава АЛ32 выполнен в виде корпуса 1 с канавками 2 под поршневые кольца и износостойкого теплозащитного покрытия 3 из корунда толщиной 150 микрон, образованного в электролите в режиме микроплазменного оксидирования. Приливы -- выступы 4(фиг.2, как вариант), имеющие корундовое покрытие 3, замещают обычные канавки и чугунные поршневые кольца.
Рабочая температура сплава АЛ32-400 С (выше, чем у известных применяемых поршневых сплавов, теплозащитное покрытие позволяет поднять ее еще не менее, чем на 100 С).
Химический состав сплава АЛ32: Сu 1-1,5%, Si 7,8-8,5%, Mg 0,3-0,5%, Mn 0,1-0,3%, Al - остальное.
Приготовление такого сплава значительно проще, чем известного поршневого, а стоимость ниже.
Поршень работает следующим образом.
При сгорании топлива в блоке цилиндров образующиеся «горячие» газы контактируют с теплозащитным покрытием 3, которое замедляет передачу тепла от них к корпусу 1 и при существующей системе отвода тепла, позволяет снизить нагрев корпуса 1 и устранить разбивание канавок под поршневыми кольцами.
Одновременно покрытие, обладая высокой износостойкостью, практически устраняет износ «юбки» поршня при движении его в гильзе цилиндра и позволяет повысить рабочий ресурс установленных в двигатель поршней.
Использование изобретения позволяет удешевить двигатель, повысить рабочий ресурс поршней, упростить их производство.
1. Поршень двигателя внутреннего сгорания, выполненный из легкого сплава, содержащего алюминий, отличающийся тем, что он выполнен из сплава с рабочей температурой не менее 300°С и снабжен по наружной поверхности теплозащитным, износостойким покрытием, выполненным в электролите в режиме микроплазменного оксидирования.
2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что покрытие выполнено из корунда.
3. Поршень по пп.1 и 2 отличающийся тем, что на наружной его поверхности, в местах расположения канавок под поршневые кольца, выполнены замещающие их приливы - выступы.
