CS248679B1

CS248679B1 - Internal combustion engine piston with thermal barrier

Info

Publication number: CS248679B1
Application number: CS781484A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Zezula
Original assignee: Jaroslav Zezula
Priority date: 1984-10-15
Filing date: 1984-10-15
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Účelem řešení je píst spalovacího motoru s tepelnou zabranou s komůrkou v pistu pro přímý vstřik paliva. Podstata řešeni spočívá v tom, že kovový plášf chrání tepelně izolační vrstvu, snižuje její tepelné, mechanické a chemické namáháni tím, že není v přímém styku a plameny a plyny spalovacího prostoru. To umožňuje provedeni silnější izolační vrstvy a tím zvýšeni účinnosti tepelné zábrany.The purpose of the solution is a piston of an internal combustion engine with a thermal barrier with a chamber in the piston for direct fuel injection. The essence of the solution lies in the fact that the metal shell protects the thermal insulation layer, reduces its thermal, mechanical and chemical stress by not being in direct contact with the flames and gases of the combustion chamber. This allows for a thicker insulation layer and thus increases the efficiency of the thermal barrier.

Description

(54) Píst spalovacího motoru s tepelnou zábranou(54) Internal combustion engine piston with thermal barrier

Účelem řešení je píst spalovacího motoru s tepelnou zabranou s komůrkou v pistu pro přímý vstřik paliva.The purpose of the solution is a piston of an internal combustion engine with a thermal engagement with a chamber in the piston for direct fuel injection.

Podstata řešeni spočívá v tom, že kovový plášf chrání tepelně izolační vrstvu, snižuje její tepelné, mechanické a chemické namáháni tím, že není v přímém styku a plameny a plyny spalovacího prostoru.The principle of the solution is that the metal sheath protects the thermal insulation layer, reduces its thermal, mechanical and chemical stresses by not being in direct contact with the flames and gases of the combustion chamber.

To umožňuje provedeni silnější izolační vrstvy a tím zvýšeni účinnosti tepelné zábrany.This makes it possible to provide a thicker insulation layer and thereby increase the efficiency of the thermal barrier.

248 679248 679

248 879248 879

Vynález se týká pístu spalovacího motoru s tepelnou zábranou s komůrkou v pístu pro přímý vstřik paliva.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a piston of an internal combustion engine having a thermal barrier with a chamber in the piston for direct fuel injection.

Teplo, které vzniká spálením paliva ve spalovacím prostoru zážehového motoru, zčásti se mění v mechanickou práci, zčásti jako ztrátové teplo odchází výfukovými plyny, zčásti je odváděno stěnami hlavy a válců do chladicího media a vnitřními stěnami pístu do motorového oleje. Teplo odváděné do chladícího media a do motorového oleje představuje teplo ztrátové, nevyužité k přeměně v mechanickou práci. Vynález *se týká omezení přestupu tepla do dna pístu a jeho dalšího odvodu pístními kroužky do válce motoru a vnitřními stěnami pístu do motorového oleje. Pro omezení přestupu tepla do dna pístu jsou známy následující tepelné žábra ny. Celé dno pístu je vyrobeno z 'keramického materiálu s nízkou tepelnou vodivostí a je přišroubováno k tělesu pístu nebo je do něj zalito při odlévání pístu. Technologie výroby dna pístu keramického materiálu je. složité a drahá, dále klade mimořádně vysoké požadavky na jakost keramického materiálu. V dalším známém provedení na dno pístu je plazmaticky nanesena slabá vrstava keramického materiálu, obvykle kysličníku zirkoničitého asi o síle 0,5 mm. U silnější vrstvy klesá její pevnost, takže při tepelném a mechanickém zatížení dochází k jejímu popraskání,případně ohlupování. ^slabá vrstva však nedává dostatečnou tepelnou zábranu.The heat generated by the combustion of fuel in the combustion chamber of the petrol engine is partly transformed into mechanical work, partly as heat loss by exhaust gases, partly by the head and cylinder walls to the coolant and the internal walls of the piston to the engine oil. The heat dissipated into the coolant and the engine oil is heat loss, which is not used to convert it to mechanical work. The invention relates to limiting heat transfer to the bottom of the piston and its further removal by piston rings to the engine cylinder and the internal walls of the piston to the engine oil. To reduce the heat transfer to the bottom of the piston, the following heat fins are known. The entire bottom of the piston is made of ceramic material with low thermal conductivity and is screwed to or embedded in the piston body during casting of the piston. The technology of production of the bottom of the piston of ceramic material is. complicated and expensive, it also places extremely high demands on the quality of the ceramic material. In another known embodiment, a thin layer of ceramic material, typically zirconia of about 0.5 mm, is plasma-deposited on the bottom of the piston. In the case of a thicker layer, its strength decreases, so that under thermal and mechanical stress, it is cracked or flaked. ^LABA layer but does not give sufficient thermal barrier.

V jiném známém řešení je proveden píst dvoudílný, přičemž mezi jeho horní díl a spodní dí! je upravena tepelně izolační vrstva. V tomto provedení je nutné podstatně zvětšit rozměr mezi osou pístního čepu a dnem pístu, což má za následek zvýšení celé· ho motoru a jeho hmotnosti. Zvětšený objem spáry mezi horním dílem pístu a válcem motoru má negativní vliv na termodinamickou účinnost..In another known solution, the piston is made in two parts, wherein between its upper part and the lower part! a heat insulating layer is provided. In this embodiment, it is necessary to substantially increase the dimension between the axis of the piston pin and the bottom of the piston, resulting in an increase in the total engine and its weight. The increased gap between the upper part of the piston and the cylinder of the engine has a negative effect on the thermodynamic efficiency.

248 878248 878

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny pístem spalovacího motoru s tepelnou zábranou podle vynálezu. Dno pístu sestává z tenkého kovového pláště, na který je z vnitřní strany nanesena izolační vrstva, např. plazmaticky vrstva keramická. Takto vyrobená součást je připevněna k tělesu pístu, nejlépe zalitím při odlévání pístu. Pro snížení součinitele přestupu tepla za spalovacího prostoru je výhodné nanést na plochy pláště komůrky a pláště koruny pístu na straně spalovacího prostoru velmi slabou vrstvu snižující součinitel přestupu tepla.The above disadvantages are overcome by the piston of the internal combustion engine of the invention. The bottom of the piston consists of a thin metal shell on which an insulating layer, for example a ceramic layer, is applied from the inside. The part so produced is attached to the piston body, preferably by casting the piston. To reduce the heat transfer coefficient downstream of the combustion chamber, it is advantageous to apply a very thin layer reducing the heat transfer coefficient to the surfaces of the chamber shell and the piston crown shell on the combustion chamber side.

Výhoda pístu spalovacího motoru s tepelnou zábranou podle vynálezu spočívá v tom, že kovový plášť chrání tepelně izolační vrstvu, snižuje její tepelné, mechanické a chemické namáhání tím, že není v přímém styku s plameny a plyny spalovacího prostoru.The advantage of the inventive thermal barrier piston of the invention is that the metal sheath protects the thermal insulation layer, reducing its thermal, mechanical and chemical stresses by not in direct contact with the flames and gases of the combustion chamber.

To umožňuje provedeni silnější izolační vrstvy, a tím zvýšení účinnosti tepelné zábrany.This allows a thicker insulation layer to be provided, thereby increasing the efficiency of the thermal barrier.

Na obr. 1 je znázorněna horní část pístu vznětového motoru s přímým vstřikem a. vyosenou komůrkou se dnem pístu z kovového materiálu. Na obr. 2 je půdorys obr. 1. Na obr. 3 je uvedeno podobné provedení jako na obr. 1 s osou komůrky totožnou s osou pístu. Na abr. 4 je půdorys obr. 3·FIG. 1 shows the upper part of the piston of a direct injection diesel engine and an axial chamber with a piston base made of metallic material. Fig. 2 is a plan view of Fig. 1. Fig. 3 shows a similar embodiment to Fig. 1 with the chamber axis identical to the piston axis. Na abr. 4 is a plan view of FIG. 3;

U vyosené komůrky 2, kde osa £ pístu 1 není totožná s osou £ komůrky 2, kovový plášť pístu 1 sestává z technologických důvodů ze dvou dílů; z pláště £ komůrky 2 a z pláště 6 koruny 2 pístu 1. Plášť 6, koruny 2 na vnějším průměru pístu J. je zakončen nosičem 8 prvního pístního kroužku, část povrchu pláště £ mezi vnějším průměrem pístu a pláštěm £ komůrky 2 je dno 11 pístu 1. Spojení pláště £ komůrky 2 a pláště 6 koruny 2 j^e provedeno sváremnebo nalisovénim. Na vnitřní stranu plochy pláště £ komůrky 2 a na část plochy vnitřní strany pláště 6 koruny 2 naproti dnu 11 pístu 1 je nanesena tepelně izolační vrstva 10, např. známou metodou plazmat i ckého nanášení.In the offset chamber 2, where the axis £ of the piston 1 is not identical to the axis £ of the chamber 2, the metal casing of the piston 1 consists of two parts for technological reasons; the housing 6 of the chamber 2 and the housing 6 of the crown 2 of the piston 1. The housing 6, the crown 2 at the outer diameter of the piston 1 is terminated by the first piston ring carrier 8; . £ linking the shell chamber 2 and the jacket 6 of the crown 2 ^e j sváremnebo nalisovénim performed. A heat insulating layer 10 is applied to the inner side of the shell 2 of the chamber 2 and to a portion of the inner side of the shell 6 of the crown 2 opposite the bottom 11 of the piston 1, for example by a known plasma deposition method.

J · ·J · ·

U centrální komůrky 2, kde osa J pístu 1 je totožná s osou £ komůrky 2, je výhodné provedení kovového pláště pístu 1 z jednoho ku3u bez dělení. Plášť 6 koruny 2 pístu 1 je zachycen v odlitku pístu 1 nosičem 8 prvního pístního kroužku. Zesílení uchycení je provedeno čepem 12, který je spojen s pláštěm £ komůrky 2.In the central chamber 2, where the axis J of the piston 1 is identical to the axis 6 of the chamber 2, it is preferable to design the metal casing of the piston 1 from one piece without separation. The housing 6 of the crown 2 of the piston 1 is retained in the casting of the piston 1 by the carrier 8 of the first piston ring. The reinforcement of the gripping is effected by means of a pin 12 which is connected to the housing 6 of the chamber 2.

248 879248 879

Po vstřiknutí paliva před horní úvrati pístu do komůrky 2 dojde k jeho vznícení a hoření. Tepelně izolační vrstva podstatně omezí ztráty přestupem tepla do pístu 1 povrchem pláště komůrky 2 a dnem 11 pístu 1. Tím se zvýší výkon a sníží spotřeba paliva. Sníží se teplota oblasti pístních kroužků, což se projeví příznivě jejich odolností oproti zapečení a zvýší se mez výkonového vytížení motoru. Vyšší teplota povrchu pláště % komůrky 2 zkvalitňuje spalovací proces. Kovový plást pístu 1 snižuje tepelně mechanické a chemické namáhání tepelně izolační vrstvy.When the fuel is injected prior to the top dead center of the piston into chamber 2, it will ignite and burn. The thermal insulation layer substantially reduces losses by heat transfer to the piston 1 through the surface of the housing 2 of the chamber 2 and the bottom 11 of the piston 1. This increases performance and reduces fuel consumption. The temperature of the piston rings area will be lowered, which will have a favorable resistance to caking and will increase the engine load capacity limit. A higher surface temperature of the shell% of chamber 2 improves the combustion process. The metal casing of the piston 1 reduces the thermal mechanical and chemical stresses of the thermal insulation layer.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A piston of an internal combustion engine having a thermal barrier and a chamber formed in a direct fuel injection piston, characterized in that the piston (1) is provided with a metal housing consisting of a housing (5) of the chamber (5).

2) and from the housing (6) of the crown (7) of the piston (1), which on the outer diameter of the piston (1) is terminated by the carrier (8) of the first piston ring, a surface of the inner side of the casing (6) of the crown (7) opposite the bottom (11) of the piston (1) is provided with a thermal insulation layer (10) which is located between the metal casing of the piston (1) and the piston casting (1).

Piston of a combustion engine with a thermal barrier and a chamber formed in the direct injection fuel piston according to claim 1, characterized in that the housing (5) of the chamber (2) with the housing (6) of the crown (7) of the piston (1) is formed. as a whole.

3. A piston of an internal combustion engine having a thermal barrier and a chamber formed in the direct injection fuel piston according to designs 1 and 2, characterized in that the housing (5) of the chamber (2) is provided with a pin embedded in the piston (1).