двигатель внутреннего сгорания с деталями, имеющими поверхностное покрытие, и установка для получения покрытия

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндропоршневую группу, изготовленную из алюминиевого сплава, и головку цилиндра с внутренней поверхностью под камеру сгорания, причем на рабочей поверхности цилиндра и на днище поршня выполнено композиционное покрытие, полученное микродуговым оксидированием и содержащее оксиды алюминия и кремния, отличающийся тем, что наружный слой покрытия на деталях удален механической обработкой, в результате которой покрытие на рабочей поверхности цилиндра имеет меньшую толщину, чем покрытие на днище поршня.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что упомянутое покрытие выполнено также на внутренней поверхности головки цилиндра.

3. Двигатель по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что покрытие выполнено также в канавке под первое компрессионное поршневое кольцо и на боковой поверхности нижнего края юбки поршня.

4. Двигатель по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что алюминиевый сплав, из которого изготовлены детали с композиционным покрытием, содержит не менее двенадцати процентов кремния.

5. Установка для получения поверхностного покрытия на детали из алюминиевого сплава, преимущественно детали двигателя внутреннего сгорания, путем ее микродугового оксидирования в ванне с щелочным электролитом, содержащая тиристоры для подачи на деталь чередующихся импульсов напряжения противоположной полярности, блок управления тиристорами, конденсатор, включенный последовательно с первым тиристором для формирования импульсов положительного (анодного) тока, и выпрямительный элемент для перезарядки конденсатора, отличающаяся тем, что последовательно включенные конденсатор и выпрямительный элемент образуют цепь формирования основных импульсов отрицательного (катодного) тока, а второй тиристор включен параллельно упомянутой цепи для формирования дополнительных импульсов катодного тока.

Описание изобретения к патенту

Настоящая группа изобретений относится к области двигателестроения и может быть использована для повышения эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, поверхность камеры сгорания которого методом плазменного напыления покрыта слоем молибдена и слоем алюмосиликата, содержащего 60-90% окиси алюминия (см. заявку Великобритании N 1288326, 1972 г.). Плазменное напыление не обеспечивает достаточную степень адгезии покрытия и его износостойкость. Такое покрытие может отслаиваться под действием высокой температуры и давления и не может быть применено для защиты трущихся поверхностей цилиндропоршневой группы.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий гильзу цилиндра и поршень из алюминиевого сплава, на участках поверхностей которых микродуговым оксидированием сформировано композиционное покрытие, содержащее оксид алюминия и соединения муллита (см. Патент РФ N 2056515, 1996 г.). Это обеспечивает высокую устойчивость поршня при его движении вдоль рабочей поверхности гильзы, снижение трения, уменьшение износа деталей цилиндропоршневой группы и улучшение теплового режима работы двигателя. К недостаткам двигателя относится то, что упомянутое покрытие не нанесено на стенки камеры сгорания, что является причиной тепловых потерь в двигателе и уменьшения его ресурса. Покрытие, сформированное методом микродугового оксидирования, имеет внутренний плотный и наружный пористый слои. Твердость и износостойкость наружного слоя недостаточна для обеспечения длительной эффективной работы цилиндро-поршневой группы.

Задача изобретения - повышение эксплуатационных показателей двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается путем того, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндропоршневую группу, изготовленную из алюминиевого сплава, и головку цилиндра с внутренней поверхностью под камеру сгорания, на рабочей поверхности цилиндра и днище поршня выполнено композиционное покрытие, полученное микродуговым оксидированием и содержащее оксиды алюминия и кремния, причем наружный слой покрытия на деталях удален механической обработкой, в результате которой покрытие на рабочей поверхности цилиндра имеет меньшую толщину, чем покрытие на днище поршня.

Покрытие целесообразно выполнять также на внутренней поверхности головки цилиндра.

Покрытие на рабочей поверхности цилиндра после механической обработки имеет толщину 50-100 мкм и микротвердость - не менее 15 ГПа. Такое покрытие является оптимальным с точки зрения обеспечения эффективной работы цилиндропоршневой группы двигателя и ее износостойкости. Оно позволяет снизить трение между поршнем и цилиндром, хорошо работает в условиях высокой температуры и давления и не препятствует рассеиванию тепловых потоков от сопрягаемых поверхностей.

Покрытие на стенках камеры сгорания и на днище поршня имеет большую толщину и соответственно меньшую микротвердость. Это позволяет уменьшить тепловые потери в двигателе и повысить его КПД. В то же время данные поверхности не являются трущимися и требования к твердости покрытия на них менее жесткие.

Целесообразно использовать для изготовления деталей, на которых формируется поверхностное композиционное покрытие, алюминиевый сплав, содержащий не менее 12% кремния. Это объясняется тем, что при этом большая часть кремния для покрытия во время микродугового оксидирования извлекается непосредственно из самой детали, а не из электролита. Покрытие в этом случае формируется более прочным и износостойким.

Композиционное покрытие может быть выполнено в канавке под первое компрессионное поршневое кольцо и на боковой поверхности нижнего края юбки поршня, то есть на поверхностях, наиболее подверженных износу.

Для получения поверхностного покрытия на детали из алюминиевого сплава может быть использована установка, содержащая ванну с щелочным электролитом, источник питания, встречно-параллельно включенные тиристоры для подачи на деталь чередующихся импульсов напряжения противоположной полярности, блок управления тиристорами, конденсаторы, включенные последовательно с тиристорами, и цепи перезаряда конденсаторов для увеличения амплитуды подаваемого на деталь напряжения (см. патент РФ N 1759041, 1994 г.). Недостатком такой установки является ее низкий КПД, что объясняется тем, что перезаряд конденсаторов осуществляется непосредственно от сети. Это нагружает сеть током, не протекающим через электролитическую ванну.

Задачей изобретения является повышение КПД установки.

Предлагаемая установка для получения поверхностного покрытия на детали из алюминиевого сплава, преимущественно детали двигателя внутреннего сгорания, путем ее микродугового оксидирования в ванне с щелочным электролитом, содержащая тиристоры для подачи на деталь чередующихся импульсов напряжения противоположной полярности, блок управления тиристорами, конденсатор, включенный последовательно с первым тиристором для формирования импульсов положительного (анодного) тока, и выпрямительный элемент для перезаряда конденсатора, отличается тем, что последовательно включенные конденсатор и выпрямительный элемент образуют цепь формирования основных импульсов отрицательного (катодного) тока, а второй тиристор включен параллельно упомянутой цепи для формирования дополнительных импульсов катодного тока.

Указанное включение выпрямительного элемента позволяет уменьшить энергоемкость процесса микродугового оксидирования, а наличие второго тиристора дает возможность регулировать величину катодного тока.

На фиг. 1 показан цилиндр двигателя с изображением деталей, на которых выполнено композиционное покрытие.

На фиг. 2 - электрическая схема установки для получения покрытия.

На фиг. 3 - график изменения тока через электролитическую ванну.

Двигатель содержит цилиндр 1, поршень 2 с днищем 3 и поршневыми кольцами 4, головку цилиндра 5. Покрытие, содержащее оксиды алюминия и кремния и имеющие толщину 50-100 мкм и микротвердость не менее 15 ГПа, выполнено на рабочей поверхности 6 цилиндра. На днище 3 поршня и на внутренней поверхности 7 головки цилиндра имеются слои покрытия, толщина которых больше толщины покрытия на поверхности 6. Композиционное покрытие может быть выполнено в канавке 8 под первое компрессионное поршневое кольцо и на боковой поверхности нижнего края 9 юбки поршня.

При работе двигателя покрытие на поверхностях 6 и 9 обеспечивает снижение трения между цилиндром и поршнем и уменьшение износа трущихся поверхностей. Покрытие на поверхностях 3 и 7 защищает поршень и головку цилиндра от воздействия горячих газов и препятствует рассеиванию тепла из камеры сгорания.

Установка для получения покрытия на детали 10 из алюминиевого сплава содержит рабочую емкость 11 с электролитом, тиристоры 12 и 13, блок 14 управления тиристорами, конденсатор 15, включенный последовательно с первым тиристором, и диод 16 для перезарядки конденсатора. Деталь 10 и емкость 11 являются электродами установки.

Установка работает следующим образом.

При положительной полуволне напряжения в сети, когда его мгновенное значение достигает заданной величины, тиристор 12 открывается и на электродах формируется импульс анодного напряжения. Тиристор 13 при этом закрыт, а через электролит протекает анодный ток Ia.

При отрицательной полуволне напряжения тиристор 12 закрывается, а через диод 16 и конденсатор 15 протекает ток Iк.осн. (основной импульс катодного тока). Конденсатор 14 при этом перезаряжается. Затем открывается тиристор 13 и формируется дополнительный импульс катодного тока Iк.доп. При последующем отпирании тиристора 12 напряжение конденсатора 14 суммируется с напряжением сети. Это позволяет увеличить амплитуду и соответственно скорость нарастания анодного тока.

Дополнительные импульсы необходимы для того, чтобы установить среднее значение катодного тока большим среднего значения анодного тока на 20-40%. При таком соотношении токов процесс микродугового оксидирования протекает эффективнее и уменьшается пористость полученного покрытия.