ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкции поршня двигателей внутреннего сгорания.
Известны двигатели, в которых поршни изготовлены из высококремнистых сплавов алюминия, с целью снижения их массы и инерционных нагрузок на кривошипно-шатунный механизм.
В связи с возрастающими тепловыми и механическими нагрузками в форсированных двигателях, происходит оплавление таких поршней и их разрушение. По причинам недостаточной надежности поршней из алюминиевых сплавов, в высоконагруженных двигателях применяются составные поршни, корпуса которых изготавливаются из алюминиевых сплавов, а жаровой пояс с днищем выполнены из чугуна, стали или жаропрочных высоколегированных сталей.
Составной поршень собирается в виде разъемного соединения корпуса и днища, с использованием механических способов крепления. Это обеспечивает необходимую термостойкость и прочность поршней, но существенно увеличивает их массу и инерционные нагрузки.
Для снижения сил инерции составных поршней возникает необходимость в ограничении частоты вращения коленчатого вала двигателя, что приводит к снижению его мощности.
Известны различные конструктивные исполнения составных поршней, применяемых на тепловозных дизелях [Н.М. Глаголев и др. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины. Изд. 3-е, перераб. и доп.М., «Транспорт» 1973 - с. 164,165], а так же варианты исполнения поршней форсированных двигателей [Д.Н. Вырубов, СИ. Ефимов, Н.А. Иващенко и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1984. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. С. 127, 128, 132]
Прототипом предлагаемой конструкции поршня, являются поршни со вставками из жаропрочной стали, рассматриваемые в учебнике для втузов [К.Г. Попык. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. Изд. 2-е, переработ, и доп.Учебник для втузов. М., «Высшая школа», 1973. С. 140,141].
Такие поршни имеют значительно меньшую массу по сравнению с составными, но их применение ограничено, в связи с ненадежным креплением вставок, тепловыми перегрузками незащищенных участков огневой поверхности днища и повышенными тепловыми потерями.
Техническим результатом, предлагаемой полезной модели, является повышение работоспособности поршня двигателей внутреннего сгорания при высоких тепловых и механических нагрузках, снижение тепловых потерь двигателя через огневую поверхность днища поршня, минимальное увеличение массы поршня и инерционных нагрузок на кривошипно-шатунный механизм, в сравнении с составными поршнями.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что поршень двигателя внутреннего сгорания состоит из корпуса, изготовленного из алюминиевого сплава, и пластины, выполненной из сплава титана или жаропрочной аустенитной стали, соединенной с днищем поршня по всей его наружной поверхности методом пайки.
На фигуре изображен поршень, состоящий из корпуса 1 с днищем 2 выполненный из алюминиевого сплава и пластины 3, изготовленной из титанового сплава или жаропрочной аустенитной стали с коэффициентом теплопроводности менее 25 Вт/(м.К.), соединенных методом пайки.
Толщина пластины выбирается в зависимости от конструкции поршня и степени форсирования двигателя.
Такая конструкция днища поршня обеспечивает его работоспособность при предельных параметрах рабочих газов, достигнутых в современных двигателях внутреннего сгорания.
Спай (переходной слой на границе алюминиевого сплава и жаропрочной пластины) можно получить как с применением припоев, так и без них.
Пластина может иметь как плоскую, так и пространственную форму (выпуклую, вогнутую тороидальную и т.д.)
Технологические процессы пайки позволяют получить надежное соединение пластины с алюминиевыми сплавами днища, что обеспечивает минимальное увеличение массы поршня.
Положительный технический эффект предлагаемой конструкции поршня заключается в том, что жаропрочная пластина с низким коэффициентом теплопроводности предохраняет алюминиевый сплав по всей огневой поверхности днища поршня от расплавления, обеспечивает его высокую механическую прочность и снижает тепловые потери двигателя.