ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и в частности к конструкции цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известна цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания. содержащая цилиндр или гильзу цилиндра и поршень, при этом рабочая поверхность гильзы выполнена пористой, а поры заполнены маслом, содержащим антифрикционный материал, (авт. свидетельство СССР №1731968, F 02 F 1/00). Такое выполнение гильзы цилиндра способствует уменьшению трения между поверхностями поршня и гильзы.
Заполнение пор поверхности цилиндра маслом совместно с антифрикционными добавками снижает потери на трение, уменьшает вероятность схватывания трущихся поверхностей. В то же время токсичность выхлопных газов существенно не уменьшается.
Целью полезной модели является уменьшение токсичности выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем каталитического воздействия на процесс горения топлива в камере сжигания.
Цель достигается тем, что в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания, содержащей цилиндр или гильзу цилиндра и поршень с поршневыми кольцами, имеющие микрорельеф рабочей поверхности в виде совокупности выступов и впадин, впадины микрорельефа, по меньшей мере, цилиндра или гильзы цилиндра заполнены материалом, содержащим, по меньшей мере, каталитические присадки, воздействующие на процесс горения топлива в рабочей камере двигателя внутреннего сгорания, и связующее, удерживающее каталитические присадки во впадинах микрорельефа.
Каталитические присадки выбраны из группы металлов: Cr, Co, Fe, Сu, Mn, Ni, Zn и окислов этих металлов.
Связующее, удерживающее каталитические присадки во впадинах микрорельефа, выбрано из группы: медь, олово, никель и их сплавы.
На фиг 1 условно показан фрагмент цилиндропоршневой группы, где цифрой 1 показан фрагмент цилиндра, цифрой 2 - фрагмент поршня с поршневым кольцом.
Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр или цилиндр с гильзой 1, поршень 2 с поршневыми кольцами 3, установленный внутри цилиндра с возможностью его перемещения. Трущиеся поверхности цилиндра (гильзы) и поршня с поршневыми кольцами, имеют рельеф в виде выступов 4 и впадин 5. Впадины 5, например, цилиндра, заполнены материалом 6, содержащим каталитические присадки, воздействующие на процесс горения топлива в рабочей камере двигателя внутреннего сгорания и связующее. удерживающее эти присадки во впадинах.
Микрорельеф - это шероховатость поверхности, полученная, в основном, в результате механической обработки цилиндра (гильзы), поршня и поршневых колец. После механической обработки поверхность представляет собой совокупность выступов и впадин, размеры которых, в зависимости от вида механической обработки могут быть различными. На рабочих поверхностях цилиндропоршневой группы микрорельеф, в основном, образуется при хонинговании этих поверхностей, в зависимости от того, какая операция предусмотрена технологией изготовления детали. Однако, микрорельеф может дополнительно создаваться на поверхности любым известным способом, например, расточкой, накаткой суперфинишированием и др.
В качестве каталитических присадок могут быть использованы металлы и окислы металлов, проявляющие поливалентные свойства и сохраняющие достаточную химическую стойкость в атмосфере камеры сгорания ДВС при температуре до ~1000°С. Металлы, проявляющие поливалентные свойства содержаться в следующих группах периодической таблицы элементов: IБ, VБ, VIБ, VIIБ, VIIIБ и входят в 4, 5 и 6 периоды. Больше всего таким требованиям. когда каталитические присадки находятся в неровностях рабочих поверхностей цилиндропоршневой группы, отвечают металлы, выбранные из группы: Сr, Со, Fe, Сu, Mn, Ni, Zn и их окислы.
2
3
2
Эти металлы или их окислы могут быть использованы по отдельности, но могут быть использованы в различных сочетаниях, например, при совместном использовании окислов FеО и СuО усиливается каталитическое воздействие каждой составляющей. Кроме того, указанные металлы и их окислы оказывают направленное каталитическое воздействие. Так СuО способствует окислению СО до СО, соединения Ni, Cr и др. способствуют окислению углерода С. Таким образом, используя сочетания различных катализаторов становится возможным их многофакторное и более интенсивное воздействие на процессы горения углеводородного топлива в камере сгорания ДВС.
Закрепление каталитических присадок во впадинах микрорельефа рабочих поверхностей цилиндра (гильзы) и/или поршня и поршневых колец осуществляют натиркой этих поверхностей брусками, в состав которых входят, по меньшей мере, каталитические присадки и связующее, удерживающее присадки во впадинах.
Обработку натиркой брусками, проводят путем хонингования поверхности на операции окончательного хонингования или как дополнительная операция после окончательного хонингования рабочей поверхности цилиндра (гильзы) и поршня (поршневых колец).
При более глубоком микрорельефе на рабочих поверхностях цилиндра (гильзы) или поршня с поршневыми кольцами каталитические присадки можно вводить во впадины только одной рабочей поверхности, например, во впадины микрорельефа поверхности цилиндра. При более мелком микрорельефе для увеличения количества каталитических присадок последние можно дополнительно вводить во впадины микрорельефа поверхности поршня и поршневых колец.
В качестве связующего, удерживающего каталитические присадки во впадинах поверхности, используют мягкие металлы - медь, олово, никель, или их сплавы. Связующее должно достаточно легко входят во впадины микрорельефа обработанной поверхности, надежно там удерживаться, удерживая каталитические присадки, и не оказывать отрицательного действия на работу ДВС и не препятствовать каталитическим присадкам проявлять каталитическое действие. Однако, это могут быть и другие материалы, отвечающие указанным требованиям.
При работе двигателя внутреннего сгорания поршень 2 совершает в цилиндре 1 возвратно-поступательное перемещение. Вследствие трения между цилиндром и поршнем с поршневыми кольцами частицы каталитических присадок, нанесенные на рабочую поверхность цилиндра (гильзы) и/или поршня (колец) благодаря постоянному деформирующему воздействию трущихся пар, находятся в активном деструктурированном состоянии т.е. работают в достаточно благоприятных условиях; кроме того поверхность частиц катализатора постоянно очищается, что способствует эффективному уменьшению токсичности выхлопных газов ДВС.
Кроме того, нахождение катализатора на стенках постоянно охлаждаемых цилиндров позволяет ускорить протекание реакции горения топлива в рабочей камере двигателя внутреннего сгорания и благодаря специфической направленности их действия благоприятно влиять на их протекание.
Вместе с каталитическими присадками во впадины микрорельефа могут быть введены и другие функциональные добавки, например, антифрикционные и т.п.
Для проверки действия каталитических присадок, последние вводили во впадины микрорельефа гильзы блока цилиндров бензинового двигателя УЗАМ-331.
После пробега автомобиля с обработанным двигателем в режиме обкатки около 500 км, контролировали давление компрессии в цилиндрах, которое не должно было отличаться более, чем на 10% от средней принятой величины. После этого на холостом ходу проводили замеры параметров отработанных газов. Замеры проводили газоанализатором ГАЗТЕСТ-Авеста 4.01 с определением содержания окиси углерода СО и углеводородов СхНу.
Результаты испытаний показали, что относительное содержание СО в выхлопных газах снижалось на 20-40%, а СхНх - на 30-50% по сравнению с традиционными гильзами цилиндров двигателя.
Помимо модельных испытаний, проводились также производственные испытания на двигателях Д10 UTS-180E 1 автобусов «Икарус». Четыре автобуса с двигателями серийной сборки и четыре автобуса с двигателями, у которых
впадины на рабочих поверхностях гильз содержали каталитические присадки. эксплуатировались как на городских, так и междугородних маршрутах.
Испытания автобусов проводились в течение года. Ежемесячно снимались показатели пройденного пути, расход масла и топлива. За этот период автобусы прошли в среднем более 100000 км пути каждый.
Расход топлива и масла на двигателях внутреннего сгорания снизился по сравнению с серийными двигателями соответственно: по топливу на 4,8%, по маслу - 42,0%, что обеспечивает снижение вредных выбросов.
Снижение расхода топлива произошло за счет более полного сгорания топлива под каталитическим воздействием нанесенных на стенки цилиндров каталитических присадок. Более полное сгорание топлива позволило снизить токсичность выхлопных газов.