WO2016056941A1

WO2016056941A1 - Поршень двигателя внутреннего сгорания

Info

Publication number: WO2016056941A1
Application number: PCT/RU2014/000800
Authority: WO
Inventors: Дмитрий Александрович ЛЕБЕДЕВ; Максим Борисович ИВАНОВ
Original assignee: Дмитрий Александрович ЛЕБЕДЕВ; Иннтаргет Ллс
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-04-14

Abstract

Техническое решение относится к двигателестроению, а в частности к поршням двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с керамическими покрытиями. На поверхности днища и юбки поршня ДВС, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, формируется двуслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие, толщиной 15-150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол. %) и контактирует непосредственно с металлом из которого изготовлен поршень и головка сферы камеры ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50%. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.

Description

ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Техническое решение относится к двигателестроению, а в частности к поршням двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием.

Известен патент (US4245611 (А) — 1981-01-20 F02B23/06), керамическая изоляция поршня в двигателе. В нем предлагается термоизолировать центральную часть днища поршня керамической накладкой, которая изготовлена в виде перевернутого конуса. При этом избыточное напряжение, действующие на керамический вкладыш поглощается слоем волокнистого металла, находящегося между вкладышем и поршнем.

Известна также заявка на патент (JP47-168729, F 02F 3/10, 1982) способ изготовления поршня с керамической изоляцией. На днище поршня наклеивается слой композита из неорганических металлических волокон и легкого сплава. Затем на слой композита наносится слой термостойкого сплава, а на него слой керамического материала.

Существует патент (US4735128 (А) — 1988-04-05 F 02F 3/06). В нем предлагают теплоизоляцию днища поршня, осуществлять методом механического соединения между керамическим вкладышем и поршнем. Механическое соединение осуществляется заполнением пор, имеющихся в керамической части, материалом поршня, происходящим в процессе формовки с подпрессовкой.

Предлагаемые авторами способы теплоизоляции с применением промежуточного слоя между металлом и керамикой, а также механического соединения осуществляется за счет заполнения металлом в поры керамического материала. В приведенных примерах, различия коэффициентов линейного расширения двух материалов, алюминия и керамики, приводит при нагреве и охлаждении к неизбежному разрушению керамической накладки. Кроме того, эти способы довольно трудоемки.

Ближайшим аналогом является патент на полезную модель (RU 56483 F02B77/02 10.09.2006) поршень двигателя внутреннего сгорания. Выполненный из легкого сплава, содержащего алюминий, выполнен из сплава с рабочей температурой не менее 300°С и снабжен по наружной поверхности теплозащитным, износостойким покрытием, выполненным в электролите в режиме микроплазменного оксидирования. При этом покрытие выполнено из корунда.

Недостатком ближайшего аналога является то, что покрытие поршня выполнено из оксида алюминия, без добавления оксида церия, в отличие от заявляемого поршня, в состав покрытия которого помимо оксида алюминия добавлен оксид церия, который является эффективным катализатором ускоряющим процесс и полноту сгорания топлива, что необходимо при работе ДВС.

Оксидные слои, получаемые методом микродугового оксидирования, характеризуются высокой адгезией, стойкостью к термоударам и термоциклированию.

Оксид церия, а также его бинарные и тройные оксиды (в том числе с алюминием) являются эффективными катализаторами конверсии углеводородов и угарного газа (СО) при достаточно низких температурах (порядка 500°С, что соответствует условиям камеры двигателя внутреннего сгорания), ускоряющими процесс и полноту горения топлива.

Задачей стоящей перед авторами является повышение надежности и эффективности в работе поршней ДВС, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду.

Поставленная задача решается благодаря формированию на поршне ДВС каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.

Сущностью технического решения является возможность увеличеняе полноты сгорания топлива, что приводит к снижению уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду и как следствие увеличение КПД ДВС, благодаря формированию на поршне ДВС каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.

На фиг. 1 изображен поршень ДВС 1 с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием 2.

Реализация технического решения:

На поверхности днища и юбки поршня ДВС 1 , методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, формируется двуслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие 2, толщиной 15- 150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол. %) и контактирует непосредственно с металлом из которого изготовлен поршень и головка сферы камеры ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50 %. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.

Техническим эффектом от использования поршня двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, является:

- повышения температуры в камере сгорания;

- увеличение полноты сгорания топлива;

- снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду;

- уменьшение тепловой нагрузки на систему охлаждения и другие детали двигателя;

- увеличение КПД ДВС.

Таким образом задача стоящая перед авторами по повышению надежности и эффективности в работе поршней ДВС, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду, выполнена. з

Claims

ФОРМУЛА

Поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, содержащим в своем составе оксид алюминия, отличающийся тем, что в состав покрытия дополнительно входит оксид церия.