RU2235216C1 - Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания - Google Patents
Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235216C1 RU2235216C1 RU2002132093/06A RU2002132093A RU2235216C1 RU 2235216 C1 RU2235216 C1 RU 2235216C1 RU 2002132093/06 A RU2002132093/06 A RU 2002132093/06A RU 2002132093 A RU2002132093 A RU 2002132093A RU 2235216 C1 RU2235216 C1 RU 2235216C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- skirt
- coating
- crown
- antifriction coating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Композитный поршень с антифрикционным покрытием для ДВС содержит головку с антифрикционным покрытием и канавками под компрессионные и маслосъемные кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, причем поршень снабжен вставкой из волокнистого материала, соответствующей размеру головки поршня и состоящей из двух частей, одна из которых расположена в днище поршня и имеет волокна материала ее изготовления ориентированные перпендикулярно днищу поршня, а вторая выполнена не более размера канавок под компрессионные кольца и имеет волокна ориентированные параллельно днищу поршня. Приведены геометрические параметры головки и юбки. Антифрикционное покрытие может быть выполнено на жаровом поясе в виде высокотемпературного кремнеорганического покрытия, а на юбке поршня - в виде эпоксифенольного покрытия. Изобретение позволяет повысить прочностные свойства поршня. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в авиации, автомобилестроении, энергостроении и других областях техники.
Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания, описанный в патенте РФ №2007602, кл. F 02 F 3/00, 15.02.1994. “Поршень для двигателя внутреннего сгорания”. Данный поршень содержит головку с жаровым поясом и канавками под компрессионные и маслосъемные кольца и юбку, спрофилированную таким образом, что отношения диаметральных отклонений от номинального диаметра поршня соответственно в верхней кромке жарового пояса (Δ1), в нижней кромке первой межколечной перемычки (Δ2), в верхней зоне юбки (Δ3), в нижнее кромке юбки (Δ4) к диаметру цилиндра Dц при заданной величине расстояния от днища поршня до минимального диаметра Н0 приводит к оптимизации профиля боковой поверхности поршня, учитывающей в достаточной мере сложность динамических и тепловых процессов, происходящих в двигателе при движении поршня в цилиндре.
Геометрические параметры головки и юбки поршня выполнены в соответствии с соотношениями
Δ1/Dц=(2,36-4,8)·10-3,
Δ2/Dц=(0,95-3,25)·10-3,
Δ3/Dц=(0,74-1,84)·10-3,
Δ4/Dц=(0,08-0,04)·10-3,
Н0/Dц=0,6-0,9.
Недостатком данной конструкции является невысокие прочностные свойства поршня из-за отсутствия в поршне композитных материалов и антифрикционных покрытий, повышающих прочность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному жидкоштампованному поршню с антифрикционным покрытием является поршень, содержащий головку, армированную кварцевыми волокнами с антифрикционным высокотемпературным покрытием и канавками под компрессионные и маслосъемные кольца, юбку с профилированной овально-бочкообразной поверхностью. Геометрические параметры головки и юбки поршня выполнены в соответствии с соотношениями
Δ1/Dц=(2,4-2,59)·10-3,
Δ2/Dц=(0,88-0,94)·10-3,
Δ3/Dц=(0,65-0,73)·10-3,
Δ4/Dц=(0,06-0,075)·10-3,
Н0/Dц=0,55-0,59.
Недостатком данной конструкции является то, что, несмотря на попытки оптимизировать профиль рабочей поверхности поршня путем задания ее геометрических параметров, армирование головки кварцевыми волокнами и выполнение ее с антифрикционным высокотемпературным покрытием, в достаточной мере не удалось повысить прочностные свойства поршня из-за произвольной ориентации композитных материалов и отсутствия усиления ими мест наибольших нагрузок, приходящихся на поршень при его работе.
Целью настоящего изобретения является повышение прочностных свойств поршня за счет выполнения в местах наибольших напряжений вставок с ориентированными определенным образом композитными волокнами и оптимизации профиля рабочей поверхности поршня путем задания ее геометрических параметров. Выполнение предложенных антифрикционных покрытий на жаровом поясе и юбке позволяет снизить коэффициент трения, что способствует улучшению приработки цилиндропоршневой группы и служит повышению прочностных свойств поршня.
Поставленная цель достигается тем, что композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с антифрикционным покрытием, канавки под компрессионные и маслосъемные кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, снабжен вставкой из волокнистого материала, соответствующей размеру головки поршня и состоящей из двух частей, одна из которых расположена в днище поршня и имеет волокна материала ее изготовления, ориентированные перпендикулярно днищу поршня, а вторая выполнена не более размера канавок под компрессионные кольца и имеет волокна, ориентированные параллельно днищу поршня, при этом геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями
Δ1/Dц=(2,35-2,39)·10-3,
Δ2/Dц=(0,81-0,87)·10-3,
Δ3/Dц=(0,61-0,65)·10-3,
Δ4/Dц=(0,05-0,055)·10-3,
Н0/Dц=0,51-0,54,
где Δ1 - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ2 - диаметральное отклонение в нижней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ3 - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Δ4 - диаметральное отклонение в нижней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Н0 - расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра, мм;
Dц- диаметр цилиндра, мм.
Поршень отличается тем, что антифрикционное покрытие выполнено на жаровом поясе в виде высокотемпературного кремнеорганического покрытия, а на юбке в виде эпоксифенольного покрытия.
На фиг. 1 изображен композитный поршень с армированной волокнами головкой объемного наполнения.
Композитный поршень содержит головку 1 с жаровым поясом 2 и канавками 3 под компрессионные и маслосъемное кольца, юбку 4, спрофилированную определенным образом, и бобышки 5 под поршневой палец с выполненными в них отверстиями 6. Вставка, например, из керамических волокон имеет сложную форму: в верхней части 7 вставки волокна имеют направление, перпендикулярное днищу поршня, а в нижней части 8 волокна ориентированы параллельно днищу поршня. На поршень нанесено антифрикционное покрытие, причем на жаровой пояс 2 нанесено жаростойкое кремнеорганическое покрытие, а на юбке 4 находится эпоксифенольное покрытие.
Композитный материал верхней части поршня с волокнами, направленными перпендикулярно действию нагрузки, позволяет значительно повысить прочность и жаростойкость днища поршня, в то время как композитный материал, находящийся ниже, с волокнами, ориентированными параллельно днищу, увеличивает износостойкость боковой части головки поршня, включающей жаровой пояс.
При движении поршня в цилиндре происходят сложные гидравлические и тепловые процессы между цилиндром и боковой поверхностью поршня, приводящие к необходимости профилирования поршня и выбора положения поршневых колец. Отношение диаметральных отклонений от номинального диаметра поршня соответственно в верхней кромке жарового пояса (Δ1), в нижней кромке первой межколечной перемычки (Δ2), в верхней зоне юбки (Δ3), в нижней кромке юбки (Δ4), к диаметру цилиндра Dц при заданной величине расстояния от днища поршня до номинального диаметра Н0 приводит к оптимизации профиля боковой поверхности поршня, учитывающей в достаточной мере сложность динамических и тепловых процессов, происходящих в двигателе при движении поршня в цилиндре.
Δ1/Dц=(2,35-2,39)·10-3,
Δ2/Dц=(0,81-0,87)·10-3,
Δ3/Dц=(0,61-0,65)·10-3,
Δ4/Dц=(0,05-0,055)·10-3,
Н0/Dц=0,51-0,54.
Антифрикционное покрытие, наносимое на боковые поверхности поршня, позволяет значительно снизить коэффициент трения поршня о стенки цилиндра. Кроме этого покрытие ускоряет процесс приработки поршня.
При возникновении вспышки в цилиндре рабочее тело, имеющее высокую температуру, воздействует на днище поршня. В днище поршня возникают сильные механические и тепловые напряжения, композитный материал верхней части препятствует появлению деформаций от этих напряжений, что, в свою очередь, повышает запасы прочности поршня в целом. Тепловой поток, направленный от днища поршня к жаровому поясу и канавкам, вызывает диаметральное увеличение головки поршня. Нижняя часть композитного материала позволяет уменьшить тепловые деформации, а за счет этого минимизировать диаметральные зазоры в жаровом поясе.
Предлагаемое устройство позволяет повысить прочностные свойства, что позволяет оптимизировать диаметральные зазоры в цилиндропоршневой группе. При этом снижаются массовые характеристики двигателя и уменьшаются нагрузки на основные детали двигателя.
Claims (2)
1. Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с антифрикционным покрытием, канавки под компрессионные и маслосъемные кольца и юбку с профилированной овально-бочкообразной рабочей поверхностью, отличающийся тем, что поршень снабжен вставкой из волокнистого материала, соответствующей размеру головки поршня и состоящей из двух частей, одна из которых расположена в днище поршня и имеет волокна материала ее изготовления, ориентированные перпендикулярно днищу поршня, а вторая выполнена не более размера канавок под компрессионные кольца и имеет волокна, ориентированные параллельно днищу поршня, при этом геометрические параметры головки и юбки выполнены в соответствии с соотношениями
Δ1/Dц=(2,35-2,39)·10-3
Δ2/Dц=(0,81-0,87)·10-3
Δ3/Dц=(0,61-0,65)·10-3
Δ4/Dц=(0,05-0,055)·10-3
Н0/Dц=0,51-0,54,
где Δ1 - диаметральное отклонение в верхней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ2 - диаметральное отклонение в нижней кромке жарового пояса от номинального диаметра поршня, мм;
Δ3 - диаметральное отклонение в верхней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Δ4 - диаметральное отклонение в нижней зоне юбки от номинального диаметра поршня, мм;
Dц - диаметр цилиндра, мм;
Н0 - расстояние от днища поршня до зоны номинального диаметра.
2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что антифрикционное покрытие выполнено на жаровом поясе в виде высокотемпературного кремнийорганического покрытия, а на юбке - в виде эпоксифенольного покрытия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002132093/06A RU2235216C1 (ru) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002132093/06A RU2235216C1 (ru) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002132093A RU2002132093A (ru) | 2004-05-20 |
RU2235216C1 true RU2235216C1 (ru) | 2004-08-27 |
Family
ID=33413397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002132093/06A RU2235216C1 (ru) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2235216C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015017830A1 (en) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Chart Inc. | Cryocooler with magnetic reciprocating piston |
RU2668296C2 (ru) * | 2012-11-12 | 2018-09-28 | ДжиИ ОЙЛ ЭНД ГЭС КОМПРЭШН СИСТЕМС, ЭлЭлСи | Облегченный композиционный поршень |
-
2002
- 2002-11-29 RU RU2002132093/06A patent/RU2235216C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2668296C2 (ru) * | 2012-11-12 | 2018-09-28 | ДжиИ ОЙЛ ЭНД ГЭС КОМПРЭШН СИСТЕМС, ЭлЭлСи | Облегченный композиционный поршень |
US10352443B2 (en) | 2012-11-12 | 2019-07-16 | Ge Oil & Gas Compression Systems, Llc | Light composite piston |
WO2015017830A1 (en) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Chart Inc. | Cryocooler with magnetic reciprocating piston |
CN105556813A (zh) * | 2013-08-02 | 2016-05-04 | 查特股份有限公司 | 具有磁性往复运动活塞的低温制冷机 |
GB2533240A (en) * | 2013-08-02 | 2016-06-15 | Chart Inc | Cryocooler with magnetic reciprocating piston |
US10527320B2 (en) | 2013-08-02 | 2020-01-07 | Chart Inc. | Cryocooler with magnetic reciprocating piston |
GB2533240B (en) * | 2013-08-02 | 2020-03-11 | Chart Inc | Cryocooler with magnetic reciprocating piston |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11850773B2 (en) | Piston including a composite layer applied to metal substrate | |
KR102068372B1 (ko) | 엔진 피스톤 | |
EP0209006B2 (en) | Pistons | |
US20160186620A1 (en) | Multi-material valve guide system and method | |
US5816211A (en) | Fiber reinforced ceramic matrix composite piston and cylinder/sleeve for an internal combustion engine | |
KR102035364B1 (ko) | 기능이 증진된 냉각 갤러리를 지닌 피스톤 | |
WO2014117177A1 (en) | Thermally stratified regenerative combustion chamber and method for modifying a combustion chamber in an internal combustion engine and resulting engine | |
CN105705758A (zh) | 全裙式双面焊钢活塞 | |
RU2235216C1 (ru) | Композитный поршень с антифрикционным покрытием для двигателя внутреннего сгорания | |
JP6389865B2 (ja) | 内燃機関用ピストン | |
KR102077376B1 (ko) | 4행정 내연 엔진 및 4행정 내연 엔진용 피스톤 | |
US4841927A (en) | Ceramic cylinders | |
RU2725297C1 (ru) | Цилиндро-поршневая группа поршневых двигателей | |
WO2019203358A1 (ja) | ピストンリング | |
US10316790B2 (en) | Piston ring-belt structural reinforcement via additive machining | |
RU2194871C2 (ru) | Жидкоштампованный композитный поршень с приработочным и антифрикционным покрытиями для автомобильного двигателя | |
RU159516U1 (ru) | Поршень среднеоборотного дизельного двигателя внутреннего сгорания | |
WO2011048864A1 (ja) | ピストン及びエンジン | |
RU80511U1 (ru) | Цилиндропоршневая группа | |
US20160245222A1 (en) | Piston with a piston ring groove, in particular a compression groove | |
RU184035U1 (ru) | Поршень дизельного двигателя внутреннего сгорания | |
Gots et al. | Causes of cracks on the edges of the combustion chamber of the diesel engine piston | |
RU186524U1 (ru) | Поршень для двигателя внутреннего сгорания | |
RU2116487C1 (ru) | Поршень двигателя внутреннего сгорания | |
Sandeep et al. | Thermal Analysis on Al-Si Piston Using Different Heat Barrier Coatings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101130 |