RU1839697C - Поршень - Google Patents

Description

поршн  со стенкой цилиндра значительно меньше, чем эта площадь в конструкци х с известной обработкой поверхности. Нижн   кольцева  часть 5 головки 2 поршн  также может иметь множество сужающихс  выступов 9, разделенных впадинами 10. Это объ сн етс  тем, что она также может взаимодействовать со стенкой цилиндра при возвратно-поступательном движении поршн . Выполн   сужающиес  выступы на нижней кольцевой части 5 головки поршн , снижают трение между поршнем 1 и стенкой цилиндра. Концева  поверхность 4 головки поршн  может также иметь сужащиес  выступы. Они и впадины между ними располагаютс  концентрически относительно центральной части концевой поверхности 4.

8 этой части финишна  обработка аналогична той. котора  примен етс  дл  боковой поверхности тела 3 поршн , Последнее имеет , кроме того, соединительную часть 11, котора  включает плоскую часть 12 и отверстие 13, предназначенное дл  приема соединительного стержн , креп щего поршень к штоку. Соединение поршн  1 с соединительным стержнем может быть выполнено одним из известных способов.

Дл  дальнейшего снижени  трени  между телом 3 поршн  и цилиндром тело поршн  покрывают фторуглеродным полимером . Покрытие 14 может быть нанесено на тело поршн  так, что оно повтор ет контур сужающихс  выступов 9 и впадин 10, при этом профиль выступов и впадин сохран етс  и после покрыти  (фиг. 2). Покрытие может быть нанесено любым известным способом. В качестве фторуглеродного полимера , примен емого дл  покрыти  сужающихс  -выступов 9 и впадин 10, предпочтительно использовать соединение Эмралон 334, выпускаемое фирмой Ачесон Коллоиде Компани. Покрытие 14 непосредственно взаимодействует со стенкой цилиндра и, име  низкий коэффициент трени , уменьшает трение между телом 3 поршн  и стенкой цилиндра.

На фиг. 3 показано тело 3 поршн  со следами износа в процессе эксплуатации. Можно видеть, что точки сужени  выступов

9 стерты, вместе с ними исчезло в результате истирани  находившеес  на них покрытие 14. В результате износа по вилась определенна  площадь не несущего покрытие алюмини  15, по кра м которой присутствует сохранившеес  покрытие 14, Обнаженна  алюминиева  поверхность 15 и несущие покрытие 14 кра  этой поверхности взаимодействуют со стенкой цилиндра при осуществлении поршнем 1 возвратно- поступательного движени . Как правило.

дл  дальнейшего снижени  трени  между поршнем 1 и стенкой цилиндра в цилиндр подают масло. При этом масло покрывает тело 3 поршн . Имеетс  теоретическое 5 предположение, что, когда тело поршн  подвергаетс  определенному износу (фиг, 3), масло собираетс  в, виде капелек на покрытии 14 в пространстве между самим покрытием и стенкой цилиндра. Это 10 обусловлено тем. что покрытие имеет не смачиваемую маслом поверхность, т.е. покрытие отталкивает масло. Когда масло собираетс  в виде капелек на покрытии 14 между телом поршн  и стенкой цилиндра. 5 оно образует некоторую подушку (масл ный клин), по которой и осуществл етс  возвратно-поступательное движение поршн  1, т.е. масло удерживает поверхность тела поршн  на рассто нии от стенки цилиндра во 0 врем  возвратно-поступательного движени  поршн  в цилиндре. Такое  вление особенно желательно после того, как некотора  часть покрыти  14-исчезает в результате износа . Поскольку покрытие по-прежнему со- 5 хран ет контакт с цилиндром, масло собираетс  на нем в виде капелек и удерживает обнаженную поверхность 15 на рассто нии от стенки цилиндра.

Благодар  использованию улучшенной 0 финишной обработки поверхности тела 3 поршн , в результате чего образуетс  множество сужающихс  выступов 9 при износе истиранием поршн , удаетс  достигнуть большее контактное отношение между по- 5 крытием 14 и алюминиевым телом 3 поршн , чем что удавалось в известных конструкци х. Другими словами при известной финишной обработке поверхности тела поршн , когда создаетс  волнообразна  по- 0 верхность, похожа  по профилю на функцию синуса, износ покрыти  (фиг. 4) приводит к образованию сравнительно больших поверхностей обнаженного алюмини , имеющих малые участки несущих по- 5 крытие краев, взаимодействующих со стенкой цилиндра.

Изобретение обеспечивает образование сравнительно малых участков обнаженного алюмини  15, имеющих значительные 0 участки контакта покрыти  14 со стенкой цилиндра (фиг. 3). Таким образом, использу  конфигурацию профил  зубцов пилы или сужающихс  выступов, контактное отношение покрыти  14 и обнаженного алюмини  15 5 удаетс  сделать существенно большим, чем в известных конструкци х. Это обеспечивает повышение эффективности двигател .

Было установлено, что имеетс  оптимальна  финишна  обработка поверхности тела поршн . Если финишна  обработка

слишком тонка , т.е. выступы 9 расположены слишком близко один к другому, поверхность оказываетс  как бы смазанной, т.е. отсутствуют зазоры дл  инородного материала (масла), в которых он мог бы сохран тьс . Если финишна  обработка слишком груба  или выступы отсто т далеко один от другого, концы выступов имеют тенденцию обламыватьс , в результате чего образуетс  слишком большой зазор между телом 3 поршн  и стенкой цилиндра. Было установлено, что оптимальные характеристики достигаютс  при финишной обработке поверхности с показателем шероховатости в пределах 100-189Ra, 500-800Rz и при шаге 0,01-0,04 дюйма, где Ra, Rz и шаг - это показатели шероховатости. Арифметическа  средн   высота каждого выступа (Ra) должна составл ть 100-189 микродюймов, средн   разность уровней между соседними выступами и впадинами (Rz) -500-800 микродюймов, а рассто ние между соседними выступами (шаг) - 0,01-0,014 дюйма. Шаг определ ют как рассто ние от точки на одном из выступов до такой же точки на соседнем выступе.

Были изготовлены поршни нескольких конфигураций. Они были установлены в двигатели , и двигатели испытаны по стандартной программе на показатель расхода топлива. Единственной отличительной особенностью при испытани х была финишна  обработка поверхностей тел поршней. Каждое испытание состо ло в наработке двигател  (имеющего поршень с определенным качеством обработки поверхности) в п ти различных режимах и сравнении результатов двигателей, имеющих поршни с различным качеством обработки поверхностей.

Перва  сери  испытаний была проведена на двигателе Шевролет V-8 объемом 5,7 л. Двигатели работали со скоростью 500 об./мин и развивали момент 5 фунтов на фут, имитиру  таким образом режим холостого хода. Второй режим был со скоростью 750 об./мин при моменте 1 фунт на фут и имитировал услови  замедлени  автомобил , Дл  имитации движени  с посто нной скоростью двигатели работали со скоростью 1000 об./мин и развивали момент 30 фунтов на фут или 1200 об./мин при значении момента 40 фунтов на фут. Последний режим имитировал ускорение автомобил  и соответствовал значени м скорости 1100 об./мин и момента 85 фунтов на фут.

В первом проведенном испытании сравнивались поршни с обычной обработкой поверхности в виде волны синусоидальной функции, но в одном случае без покрыти , а в другом с покрытием Змрало- ном. Результаты испытаний показали, что

поршни с покрытием поверхности тела обеспечивали снижение потреблени  топлива на 1,56% и, таким образом, покрытие поршн , имеющего обычную волнистую обработку поверхности, составом Эмралон приводит к повышению эффективности работы двигател .

Второе испытание было проведено дл  сравнени  работы поршн , имеющего обыч0 ную волнистую поверхность, и работы поршн  с поверхностью в виде зубцов пилы (Б соответствии с изобретением), причем оба поршн  имели поверхности, не несущие покрыти , т.е. чисто алюминиевые. Двигатель

5с поршнем, поверхность которого имела финишную обработку в виде зубцов пилы, показал снижение расхода топлива на 4,96%. В третьем испытании производилось сравнение работы двигател  с поршнем,

0 имеющим поверхность в виде зубцов пилы, с двигателем с таким же поршнем, но покрытым составом Эмралон. Можно было бы ожидать, что покрытие повысит эффективность работы двигател  на сравнимую вели5 чину по сравнению с результатами первого

испытани  (покрытие поршн , имеющего обыкновенную волнистую финишную обработку поверхности). Однако повышение эффективности работы оказалось значительно

0 большим, чем ожидалось. Нанесение состава Эмралон на поверхность поршн , имеющую финишную обработку с профилем в виде зубцов пилы, позволило снизить расход двигателем топлива на 3,7%.

5 Последним проведенным испытанием было пр мое сравнение работы двигател  со стандартным непокрытым поршнем, имеющим волнистую финишную обработку поверхности , и с поршнем, имеющим

0 финишную обработку в виде зубцов пилы и несущим покрытием. Ожидаемым было сложение эффектов от изменени  вида обработки поверхности (второе испытание) и от нанесени  состава Эмралон на обработан5 ную в виде зубцов пилы поверхность поршн  (третье испытание). Результаты испытаний подтвердили эти ожидани . Покрыта  Эмралоном поверхность поршн , имевша  стандартную волнистую обработку

0 (обработку с профилем в виде графика функции синуса), обеспечила снижение расхода двигателем топлива на 8,34 % по сравнению со стандартным непокрытым поршнем, поверхность которого имеет волнистую фи5 ниш ную обработку.

Аналогичные испытани  были проведены с использованием двигател  V-б объемом 3,8 л, а также четырехцилиндрового двигател  объемом 2,5 л. В этих испытани х скорости двигателей несколько отличались.

что позвол ло имитировать услови  их работы в автомобил х в режимах холостого хода, замедлени , движени  с посто нной скоростью и ускорени . Проведенные испытани  позволили сравнить работу двигателей с установленными в них поршн ми, имеющими финишную обработку в виде зубцов пилы, в одном случае с покрытием, а в другом случке без покрыти , т.е. определить эффект нанесени  покрыти  на поверхность поршн , имеющую финишную обработку в соответствии с изобретением. Двигатель V-б показал снижение расхода топлива на 4,37% относительно непокрытого поршн . Аналогично в четырехцилиндровом двигателе покрытие , нанесенное на поверхность, выполненную с финишной обработкой в виде зубцов пилы, позволило сократить расход топлива на 5,13% относительно расхода дл  непокрытого поршн . Очевидно, что при уменьшении числа цилиндров эффективность нанесени  состава Эмралон на поверхность поршн , имеющую финишную

0

5

0

обработку в виде зубцов пилы, увеличиваетс . Конкретные причины, обуславливающие Этот эффект не известны, однако результаты во всех случа х показывают значительное снижение расхода топлива.

Результаты испытаний  сно показывают , что изменение финишной обработки по- верхности поршней с обыкновенной волнистой на предлагаемую, имеющую профиль а виде зубцов пилы, повышает эффективность работы двигателей внутреннего сгорани . Нанесение состава Эмралон на поверхность поршн , прошедшую финишную обработку и имеющую профиль в виде зубцов пилы, существенно повышает эффективность работы двигател  и, следовательно , пробег автомобил  при расходе заданного количества топлива.

Возможны различные модификации и изменени .

(56) Патент ФРГ № 2438548. кл. F 16 Л/02, 1976.

Claims (5)

1. ПОРШЕНЬ двигател  внутреннего сгорани , установленный в цилиндре двигател  с возможностью возвратно-поступательного перемещени  и содержащий выполненные за одно целое головку и юбку , причем поверхность юбки, контактирующа  с цилиндром, выполнена шероховатой за счет множества сужающихс  выступов и впадин, отличающийс  тем, что, с- целью снижени  износа, выступы выполнены со средней высотой Ra 100 - 180 микродюймов, средней шириной RZ - 500 - 800 микродюймов, а среднее рассто ние между соседними выступами составл ет 0,01 - 0.014 дюйма.

30

35

2. Поршень по п. 1, отличающийс  тем, что поверхность юбки снабжена фторугле- родным полимерным покрытием.

3. Поршень по пп. 1 и 2. отличающийс  тем, что контур покрыти  повтор ет профиль выступов и впадин, причем профиль выступов выполнен сохран ющимс  после нанесени  покрыти .

4. Поршень по п.1, отличающийс  тем, что юбка поршн  выполнена цилиндриче- i ской, а выступы выполнены по всей ее по- верхности и направлены в сторону 40i цилиндра.

|

5. Поршень по пп. 1-4, отличающийс  1 |тём, что головка и юбка поршн  выполнены из алюминиевого сплава.

pt/&Z

риг.4