Поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння

Реферат: Поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння містить сформоване на його денці і на канавках компресійних і маслознімних кілець теплозахисне і зносостійке покриття у вигляді оксидованого корундового шару визначеної глибини. Корундовий шар додатково сформований на циліндричній поверхні поршня. При цьому даний шар на зазначеній поверхні і на канавках кілець виконаний глибиною в межах 50-200 мкм, а на денці глибина шару становить в межах 180-200 мкм. UA 101805 U (54) ПОРШЕНЬ ІЗ АЛЮМІНІЄВОГО СПЛАВУ ДЛЯ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ UA 101805 U UA 101805 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі двигунобудування й стосується поршнів двигунів внутрішнього згоряння із засобами для теплоізоляції. Поршні із алюмінієвих сплавів для двигунів внутрішнього згоряння за останній час знайшли широке використання. Відносно чавунних поршнів алюмінієві поршні мають значно меншу вагу, що позитивно позначається на величині динамічних навантажень кінематичної схеми двигуна, а отже і його моторесурсі. Однак, теплові навантаження, які зазнають такі поршні, особливо в умовах підвищених силових навантажень, змушують дані поршні виготовляти з теплозахисним і зносостійким покриттям, що проникає вглиб матеріалу. Найбільш перспективним таким покриттям на даний час є корундовий шар, сформований на визначених ділянках поршня певної глибини і виконаний в електроліті в режимі мікродугового або гальваноплазмового оксидування. Такий теплозахисний шар має коефіцієнт теплопровідності в сотні разів менший, ніж аналогічний коефіцієнт алюмінію і його сплавів, а зносостійкість - значно вищою за зносостійкість основного матеріалу поршня. Це підвищує термічний опір і дозволяє знизити температуру тіла поршня, що позитивно впливає на надійність і довговічність роботи його в двигуні. Відомий поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння, що містить сформоване на зовнішніх ділянках його, що підлягають інтенсивному зносу, зміцнююче покриття у вигляді окремих плям або смуг, що чергуються між собою (пат. RU № 2224127, С2, F02F 3/10, 2004). Недоліком даного поршня є складність отримання єдиної формоутворюючої поверхні після механічної обробки матеріалів з різною твердістю, що не сприяє зниженню зносу поршня. Відомий поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння, що містить сформоване на його зовнішній поверхні теплозахисне і зносостійке покриття, що проникає вглиб матеріалу поршня у вигляді оксидованого корундового шару визначеної глибини (пат. RU № 56483, F02F 3/00, 2006). В місцях розташування кільцевих канавок для поршневих кілець в даному поршні виконані приливи-виступи, що замінюють зазначені кільця, на яких також сформований корундовий шар. Недоліком даного поршня є значне зниження відводу тепла від тіла поршня, так як відсутність канавок для поршневих кілець взагалі не передбачає відвід тепла від даної ділянки. Найбільш близьким по суті і досягнутому результату до запропонованого технічного рішення є поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння, що містить сформоване на його денці і на канавках компресійних і маслознімних кілець теплозахисне і зносостійке покриття у вигляді оксидованого корундового шару визначеної глибини (пат. RU № 130003, F02F 3/10, 2013). Глибина проникнення даного корундового шару вглиб матеріалу поршня складає в межах 25-30 мкм Однак експериментально встановлено, що така глибина корундового шару призводить до зниження температури тіла поршня тільки на 2-3 °C, що не є ефективною (Шпаковский В.В., Линьков О.Ю., Пылёв В.В. Оценка влияния толщины теплоизоляции на температурное состояние поршня с корундовым слоем на огневой поверхности. // Вестник НТУ "ХПИ". Сб. научн. Трудов. Тем Вып. "Транспортное машиностроение". - Харьков, 2008. - вып 46, - С. 169173). Враховуючи те, що при роботі двигуна температура газів складає 1200-1300 °C, така мала глибина теплоізолюючого шару не забезпечує ефективної теплоізоляції головки поршня, не сприяє суттєвому зниженню його температури і не впливає також суттєво на зниження шкідливих викидів продуктів згоряння двигуна в атмосферу. Крім того, в процесі роботи двигуна різні зони поршня піддаються різним тепловим та силовим навантаженням. Так в зоні розташування циліндричній поверхні, що віддалена від осі поршневого отвору, зазначені навантаження набагато більші, ніж в зонах, що прилягають до цього отвору. Тому найбільший знос поршня відбувається в зоні дії максимальних навантажень, а відсутність будь якого захисного покриття в цій зоні циліндричної поверхні призводить до інтенсивного її зносу, а, отже, до зниження ресурсу роботи поршня. Крім того, поршневі кільця (компресійні і маслознімні) переміщуються по радіальних поверхнях канавок, що викликає значний знос цих поверхонь і кілець, а висока температура нагрівання поршня і мала глибина теплоізолюючого шару призводить до зниження твердості та зносостійкості алюмінію і зминанню перемичок між кільцевими канавками поршня. Це також призводить до руйнування поршневих кілець, що негативно позначається на ресурсі роботи поршня. Задача корисної моделі полягає у створенні поршня із алюмінієвого сплаву з теплостійким покриттям для двигуна внутрішнього згоряння, який забезпечує більш ефективний тепловий захист його, що дозволяє зменшити температуру тіла поршня та інтенсивність зносу його в 1 UA 101805 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 зонах дії максимальних теплових ι силових навантажень, збільшити, таким чином, ресурс його роботи в двигуні, та зменшити викиди шкідливих продуктів згоряння в атмосферу. Поставлена задача вирішується тим, що в поршні із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння, що містить сформоване не його денці і на канавках компресійних і масло знімних кілець теплозахисне і зносостійке покриття у вигляді оксидованого корундового шару визначеної глибини, згідно з корисною моделлю, корундовий шар додатково сформований на циліндричній поверхні поршня, при цьому даний шар на зазначеній поверхні ι на канавках кілець виконаний глибиною в межах 50-200 мкм. Корундовий шар на циліндричній поверхні поршня і на канавках кілець виконаний змінної глибини таким чином, що максимальна глибина шару перебуває в вертикальній площині, перпендикулярній осі пальцевого отвору і поступово зменшується до мінімальної її величини по мірі наближення по кільцевому параметру поршня до цього отвору. Додаткове формування корундового шару на циліндричній поверхні поршня, а також виконання на зазначеній поверхні, і на канавках кілець цього шару глибиною в межах 50-200 мкм, а на денці - в межах 180-200 мкм, сприяє створенню більш ефективного теплового і зносостійкого захисту цих поверхонь, зниженню їх робочих температур, що дозволяє збільшити ресурс його роботи більш ніж в 2 рази. Виконання корундового шару на циліндричній поверхні і на канавках кілець змінної глибини таким чином, що максимальна глибина шару перебуває на циліндричній поверхні, віддаленій від осі пальцевого отвору і поступово зменшується до мінімальної її величини по мірі наближення до цього отвору, сприяє створенню більш раціонального і ефективного теплового захисту цих поверхонь поршня в зонах дії максимальних теплових і силових навантажень, що позитивно впливає на зниження загальної температури тіла поршня і інтенсивності його зносу. Аналогічних технічних рішень зі схожими ознаками при проведенні патентно-інформаційного пошуку не виявлено. Це свідчить про те, що запропоноване технічне рішення є новим і промислово придатним. Корисна модель пояснюється рисунками, де на фіг. 1 зображений поршень з корундовим шаром, на фіг. 2 - поперечний переріз поршня в зоні розташування пальцевого отвору. Поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння містить сформоване на його денці 1 теплозахисне і зносостійке покриття у вигляді оксидованого корундового шару глибиною 180-200 мкм, величина якої визначається рівнем теплового і силового навантаження. Корундовий шар сформований на канавках 2 компресійних і маслознімних кілець і на циліндричній поверхні 3 поршня глибиною в межах 50-200 мкм, також сприяє ефективному зниженню робочої температури поршня в цілому. Глибина корундового шару 4 на цих поверхнях пропорційна величині силового навантаження. В зонах поверхні поршня, де більше силове навантаження, там більша глибина корундового шару 4. Крім того, така глибина корундового шару на радіальних поверхнях канавок, особливо в зоні дії максимальних силових навантажень сприяє значному зниженню температури нагріву цих поверхонь, що попереджає зниженню твердості їх і зминання перемичок поршня між кільцевими канавками. Це також сприяє підвищенню ресурсу роботи поршня. Мінімальна глибина а корундового шару поблизу пальцевого отвору (біля 50 мкм) незначно знижує відвід тепла від поршня в гільзу двигуна і практично не впливає на охолодження поршня в цілому. Формування корундового шару на різних ділянках поршня може бути виконане методом гальваноплазмової обробки φ виключає потребу в додатковій механічній обробці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння, що містить сформоване на його денці і на канавках компресійних і маслознімних кілець теплозахисне і зносостійке покриття у вигляді оксидованого корундового шару визначеної глибини, який відрізняється тим, що корундовий шар додатково сформований на циліндричній поверхні поршня, при цьому даний шар на зазначеній поверхні і на канавках кілець виконаний глибиною в межах 50-200 мкм, а на денці глибина шару становить в межах 180-200 мкм. 2. Поршень із алюмінієвого сплаву для двигуна внутрішнього згоряння згідно з п. 1, який відрізняється тим, що корундовий шар на циліндричній поверхні поршня і на канавках кілець виконаний змінної глибини таким чином, що максимальна глибина шару перебуває на циліндричній поверхні, віддаленій від осі пальцевого отвору і поступово зменшується до мінімальної її величини у міру наближення до цього отвору. 2 UA 101805 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3