ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

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.
2
3
Теплозащитное, износостойкое покрытие, например АlО (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.