Поршень для двигателя внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F О? F 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИ4Е ЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4342926/06 (22) 15. 12.87 (46) 15.02.91. Вюл. (71) Харьковский политехнический HHститут им. В.И. Ленина (72) A.Ô. Иеховцов, Ф,И. Абрамчук, A.М, Левтеров и В.А. Пылев (53) 621,432(088.8) (56) Заявка ФРГ Р 3404284, кл, F 02 F 3/12, опублик. 1985, I (54) ПОРИЕНЬ ДЛЯ ЛВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроению. Цель изобретения — повышение долговечности поршня путем

„„SU„„1627744 A 1 уменьшения амплитуды высокочастотных термических напряжений в районе кромки камеры сгорания. Поршень 1 для двигателя внутреннего сгорания содержит поверхностное покрытие 2 кромки 3 камеры 4 сгорания, выполненное из высокотеплопроводного материала таким образом, что ось 5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 кромки 3 совпадает с биссектрисой угла 0,, образованного верхним торцом 6 поршня 1 и KoHvcHoA поверхностью 7 камеры 4 сгорания, При этом поверхностное покрытие 2 сопряжено с телом поршня по радиусу R, 1 з.п„ф-лы, 1 ил.

1627744

6Q

R=r+

1

sin g/2

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршням.с камерой сгорания в них и острой кромкой, образованной горловиной камеры.

Цель изобретения — увеличение долговечности поршня путем уменьшения амплитуды высокочастотных термических напряжений в районе кромки ка- 10 меры сгорания.

На чертеже представлен поршень, содержащий камеру сгорания, острая кромка которой выполнена в виде поверхностного слоя из высокотеплопроводного материала, общий вид.

Поршень 1 для двигателя внутреннего сгорания содержит поверхностное покрытие 2 кромки 3 камеры 4 сгорания, выполненное из высокотеплопроводного материала таким образом, что ось 5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 кромки 3 совпадает с биссектрисой угла o( образованного верхним торцом 6 порш- 25 ня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания. При этом поверхностное покрытие ? сопряжено с телом поршня

1 по радиусу R, выполненного в соответствии с соотношением где r — радиус кромки камеры сгорания, и;

Л вЂ” диаметр поршня, м;

Π— угол, образованный верхним 4п торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания °

Во время работы двигателя внутреннего сгорания тепловой поток от рабо- 45 чего тела воспринимается верхним торцом 6 поршня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания. В результате этого кромка 3 поршня 1 испытывает нагрузку от высокочастотной

50 составляющей температуры, вызывающей

1циклические термонагружения, и низкчастотной, вызывающей окружные термические напряжения. Вследствие. того, что кромка 3 выполнена из высокотеп55 лопроводного материала, амплитуда высокочастотной составляющей колебания температуры на поверхности кромки

3 уменьшается по сравнению с амплитудой колебания температуры на кромке

3 в случае ее выполнения из основного материала поршня 1 в соответствии с соотношением

Ь к где 9„, Сп, п, С к, к — соответственно тенлопроводность, теплоемкость и плотность основного материала поршня 1 и материала поверхнос1ного покрытия 2 кромки 3.

При этом вследствие того, что ось

5 симметрии поперечного сечения поверхностного покрытия 2 совпадает с биссектрисой угла (6, образованно« го верхним торцом 6 поршня 1 и конусной поверхностью 7 камеры 4 сгорания, прогрев поверхностного слоя является равномерным. При этом окружные термические напряжения, возникающие в поверхностном покрытии 2, будут минимальньаки, чему способствует и высокая теплопроводность материала этого слоя.

Вследствие того, что сопряжение поверхностного покрытия 2 с основным материалом поршня 1 выполнено по радиусу R, на большем протяжении наиболее нагруженной части поршня 1 происходит воздействие теплового потока от рабочего тела двигателя с уменьшенной амплитудой колебания температуры, что повышает долговечность поршня. Так как поверхность теплоотвода поверхностного покрытия

2 значительно превышает поверхность его теплоподвода, то наибольшая тепловая нагрузка, воспринимаемая поршнем 1, направлена вдоль биссектрисы углао6 . Однако, вследствие того, что радиус сопряжения R поверхностного слоя и основного материала поршня 1 определен из соотношения (1), размер

Х поверхностного слоя вдоль биссектрисы достаточен для уменьшения величины амплитуды колебания температуры, воспринимаемой поршнем в этом направлении, в 10-30 раз, что практически исключает ее влияние на процесс разрушения„

Формула изобретения 20 R=r+

1 1

sing /2, м;

1. Поршень для двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава, содержащий камеру сгорания с конусной острой кромкой и раэмешенным на кромке поверхностным покрытием из высокотеплопроводного материала, нанесенного методом плазменного напыления, отличающийся тем, где r — радиус кромки камеры сгорания, м;

1) — диаметр поршня, м;

a(, — угол, образованный верхним торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания.

Составитель М. Бондарев

Редактор И. Касарда Техред И.Дидык Корректор М. Кучерявая

Заказ 326 Тирак 350 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн I KHT СССР

113035, Иосква, й-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ушгород, ул. Гагарина,101

5 16277

При использовании в качестве материала поверхностного покрытия 2, например меДи, амплитуда высокочастотной составляющей температуры на поверхности кромки 3 уменьшается в

1,67 раза, а снижение величины амплитуды колебания температуры в

10-30 раз для большинства двигателей лежит в пределах колебания размера

Х 3-3,5 мм. Радиус сопряшения R кромки 3 с основным материалом поршня 1 при этом равен 2,5-4 ° 5 мм. Изготовление кромки 3 таких размеров конструктивно выполнимО при достаточной надежности сцепления меди с алюминиевым сплавом тела поршня 1 методом плазменного напыления.

44 6 что, с целью увеличения долговечности путем уменьшения амплитуды высокочастотных термических напржкений в районе кромки камеры сгорания, поверхностное покрытие выполнено так, что ось симметрии его поперечного сечения совпадает с биссектрисой угла, образованного верхним торцом поршня и конусной поверхностью камеры сгорания, а с телом поршня сопря кение поверхностного слоя выполнено по радиусу.

2. Поршень по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что радиус R coI пржкения поверхностного покрытия с телом поршня определен иэ соотношения

0,3

«(3500 — 13 10 D)