RU165036U1 - Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves - Google Patents
Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves Download PDFInfo
- Publication number
- RU165036U1 RU165036U1 RU2015138549/06U RU2015138549U RU165036U1 RU 165036 U1 RU165036 U1 RU 165036U1 RU 2015138549/06 U RU2015138549/06 U RU 2015138549/06U RU 2015138549 U RU2015138549 U RU 2015138549U RU 165036 U1 RU165036 U1 RU 165036U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- internal combustion
- combustion engine
- catalytically active
- thermal barrier
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, содержащим в своем составе оксид алюминия, оксид церия, отличающийся тем, что дополнительно покрытие нанесено в зоне поршневых колец.A piston of an internal combustion engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating containing alumina, cerium oxide, characterized in that the coating is additionally applied in the area of the piston rings.
Description
Поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием на поверхности днища, юбки поршня и канавок поршневых колец.A piston of an internal combustion engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves.
Полезная модель относится к двигателестроению, а в частности к поршням двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием.The utility model relates to engine building, and in particular to pistons of an internal combustion engine (ICE) with a catalytically active thermal barrier ceramic coating.
Известен патент (US4245611 (A) ― 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.Known patent (US4245611 (A) - 1981-01-20 F02B23 / 06), ceramic insulation of the piston in the engine. It proposes to insulate the central part of the piston bottom with a ceramic plate, which is made in the form of an inverted cone. In this case, the excess voltage acting on the ceramic liner is absorbed by the layer of fibrous metal located between the liner and the piston.
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.Also known patent application (JP47-168729, F 02F 3/10, 1982) a method of manufacturing a piston with ceramic insulation. A layer of a composite of inorganic metal fibers and a light alloy is glued on the piston bottom. Then, a layer of heat-resistant alloy is applied to the composite layer, and a layer of ceramic material is applied to it.
Существует патент (US4735128 (A) ― 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.There is a patent (US4735128 (A) - 1988-04-05 F 02F 3/06). It offers thermal insulation of the piston bottom, carried out by mechanical connection between the ceramic liner and the piston. The mechanical connection is carried out by filling the pores present in the ceramic part with the piston material that occurs during molding with prepress.
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.The methods of thermal insulation proposed by the authors using an intermediate layer between metal and ceramics, as well as mechanical bonding, are carried out by filling metal into the pores of the ceramic material. In the above examples, differences in the linear expansion coefficients of the two materials, aluminum and ceramic, lead to the inevitable destruction of the ceramic lining upon heating and cooling. In addition, these methods are quite laborious.
Известен 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.A patent is known for a utility model (RU 56483 F02B77 / 02.09.09.2006) the piston of an internal combustion engine. Made of a light alloy containing aluminum, it is made of an alloy with a working temperature of at least 300 ° C and is provided on the outer surface with a heat-protective, wear-resistant coating made in an electrolyte in the microplasma oxidation mode. The coating is made of corundum.
Недостатком 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.The disadvantage is that the piston coating is made of alumina without the addition of cerium oxide, in contrast to the inventive piston, in addition to alumina, cerium oxide is added to the coating composition, which is an effective catalyst accelerating the process and completeness of fuel combustion, which is necessary during the operation of ICE .
Ближайшим аналогом является патент (RU 155143 F02B77/02) поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием. На поршне ДВС формируют каталитически-активное керамическое термобарьерное покрытие, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.The closest analogue is the patent (RU 155143 F02B77 / 02) for the piston of an internal combustion engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating. A catalytically active ceramic thermal barrier coating based on alumina and cerium oxide is formed on the internal combustion engine piston by the method of microarc (plasma electrolytic) oxidation.
К его недостаткам можно отнести то, что каталитически-активное керамическое термобарьерное покрытие нанесено только на днище и на юбку поршня, в отличие от заявляемого поршня, на который дополнительно нанесено керамическое термобарьерное покрытие в зоне канавок поршневых колец.Its disadvantages include the fact that a catalytically active ceramic thermal barrier coating is applied only to the bottom and to the piston skirt, in contrast to the inventive piston, which is additionally coated with a ceramic thermal barrier coating in the area of the piston ring grooves.
Благодаря покрытию, нанесенному в зоне канавок поршневых колец, обеспечивается многократное повышение ресурса канавки и кольца, правильная работа поршневого кольца совместно с гильзой цилиндра, препятствуя выкашиванию кольца в износившейся канавке и резанию поверхности цилиндра выкошенным кольцом. В результате ресурс цилиндропоршневой группы может быть увеличен в несколько раз.Thanks to the coating applied in the area of the grooves of the piston rings, a multiple increase in the resource of the groove and the ring, the correct operation of the piston ring together with the cylinder liner is provided, preventing the ring from caving in the worn groove and cutting the surface of the cylinder with a worn ring. As a result, the resource of the cylinder-piston group can be increased several times.
Оксидные слои, получаемые методом микродугового оксидирования, характеризуются высокой адгезией, стойкостью к термоударам и термоциклированию. Такое покрытие также характеризуются уникальной высокой твердостью (до 2000-2500 кг/мм2) и износостойкостью при работе в паре с аналогичной керамикой, сталью или чугуном.The oxide layers obtained by the microarc oxidation method are characterized by high adhesion, resistance to thermal shock, and thermal cycling. Such a coating is also characterized by unique high hardness (up to 2000-2500 kg / mm2) and wear resistance when paired with similar ceramics, steel or cast iron.
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.Cerium oxide, as well as its binary and ternary oxides (including with aluminum) are effective catalysts for the conversion of hydrocarbons and carbon monoxide (CO) at sufficiently low temperatures (about 500 ° C, which corresponds to the conditions of the chamber of an internal combustion engine), accelerating the process and completeness of fuel combustion.
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.The objective of the authors is to increase the reliability and efficiency of the internal combustion engine pistons, increase the internal combustion engine's efficiency (Efficiency), and reduce the level of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbon emissions into the environment.
Поставленная задача решается благодаря формированию на поршне ДВС, в частности на поверхности днища, юбки поршня и канавок поршневых колец,The problem is solved thanks to the formation of the internal combustion engine on the piston, in particular on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves,
каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.catalytically active ceramic thermal barrier coating, based on aluminum oxide and cerium oxide, by the method of microarc (plasma electrolytic) oxidation.
Сущностью полезной модели является возможность многократного повышение ресурса канавки и кольца, правильная работа поршневого кольца совместно с гильзой цилиндра, увеличение 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 ДВСThe essence of the utility model is the possibility of a multiple increase in the resource of the groove and ring, the correct operation of the piston ring together with the cylinder liner, and the increase in the completeness of fuel combustion, which leads to a decrease in the level of emissions of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbons into the environment and how the consequence is an increase in the efficiency of the internal combustion engine due to the formation of the internal combustion engine on the piston
каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.catalytically active ceramic thermal barrier coating, based on aluminum oxide and cerium oxide, by the method of microarc (plasma electrolytic) oxidation.
На фигуре изображен поршень ДВС 1 с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием 2.The figure shows the piston of the
Реализация полезной модели:Utility Model Implementation:
На поверхности днища, юбки поршня и канавок поршневых колец 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.On the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves of the
Техническим эффектом от использования поршня двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, является:The technical effect of using the piston of an internal combustion engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating is:
- повышения температуры в камере сгорания;- increase the temperature in the combustion chamber;
- увеличение полноты сгорания топлива;- increase the completeness of fuel combustion;
- снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду;- reduction of emissions of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbons in the environment;
- уменьшение тепловой нагрузки на систему охлаждения и другие детали двигателя;- reduction of thermal load on the cooling system and other engine parts;
- увеличение КПД ДВС.- increase the efficiency of the internal combustion engine.
- обеспечивается многократное повышение ресурса канавки и кольца, правильная работа поршневого кольца совместно с гильзой цилиндра- provides a multiple increase in the resource of the grooves and rings, the correct operation of the piston ring together with the cylinder liner
Таким образом задача стоящая перед авторами по повышению надежности и эффективности в работе поршней ДВС, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, ресурса ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду, выполнена.Thus, the task facing the authors to increase the reliability and efficiency of the internal combustion engine pistons, increase the internal combustion engine's efficiency coefficient (Efficiency), internal combustion engine resource, and reduce the level of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbon emissions into the environment, has been achieved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015138549/06U RU165036U1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015138549/06U RU165036U1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU165036U1 true RU165036U1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015138549/06U RU165036U1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU165036U1 (en) |
-
2015
- 2015-09-10 RU RU2015138549/06U patent/RU165036U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102557856B1 (en) | Thermally insulated steel piston crown and its manufacturing method using ceramic coating | |
| US10995661B2 (en) | Thermally insulated engine components using a ceramic coating | |
| US10443537B2 (en) | Piston including a composite layer applied to a metal substrate | |
| Garud et al. | Performance and CombustionCharacteristics of thermal barrier coated (YSZ) low heat rejection diesel engine | |
| RU2425906C1 (en) | Procedure for application of heat protecting wear resistant coating on items of iron and steel | |
| JPS6018621B2 (en) | engine parts | |
| JP2019505729A (en) | Thermal insulation layer on a steel piston without cavities | |
| US10428760B2 (en) | Piston with thermally insulating insert and method of construction thereof | |
| JP2016125082A (en) | Method for forming thermal barrier film and internal combustion engine | |
| US20160319767A1 (en) | Cylinder liner of an internal combustion engine | |
| Gautam et al. | Thermal barrier coatings for internal combustion engines: A review | |
| KR102035364B1 (en) | Piston with enhanced cooling gallery | |
| RU155143U1 (en) | PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CATALYTIC-ACTIVE THERMAL BARRIER CERAMIC COATING. | |
| RU165036U1 (en) | Piston for internal combustion engine with catalytically active thermal barrier ceramic coating on the surface of the bottom, piston skirt and piston ring grooves | |
| US10634090B2 (en) | Piston for an internal combustion engine | |
| RU2581329C1 (en) | Catalytically active thermal barrier ceramic coating on surface of chamber of internal combustion engine | |
| WO2016056941A1 (en) | Internal combustion engine piston | |
| JPS5815742A (en) | Engine parts with contact surfaces | |
| CN109763911A (en) | Bimetal piston head including heat insulating coat | |
| CN106715880B (en) | Piston, piston machine with piston and automobile with piston machine | |
| CN202883145U (en) | Anti-abrasion piston ring of internal combustion engine | |
| RU198607U1 (en) | Forged internal combustion engine piston | |
| RU153474U1 (en) | SPHERE OF THE HEAD OF THE CYLINDER OF THE COMBUSTION CHAMBER OF ICE WITH CATALYTIC-ACTIVE THERMOBARRIER CERAMIC COATING | |
| CN203515829U (en) | Air cylinder sleeve of diesel engine | |
| WO2016056942A1 (en) | Internal combustion engine cylinder head sphere with ceramic coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170911 |