DK155344B - Stempel til forbraendingsmotor - Google Patents

Description

t i

DK 155344 B

Deri foreliggende opfindelse angår stempler til maskiner eller motorer af den slags, som har en stempel top og en stempel pindsboring.

5 Det efterfølgende er en mere detaljeret beskrivelse af et kendt standardstempel givet under henvisning til fig. 1 i den medfølgende tegning, der viser et sidebillede af et kendt standardstempel.

Det kendte stempel 11 har et ringbånd 40, en stempeltop 15, et skørt 10 12 og en stempel pindsboring 13 gående gennem stemplet vinkelret i forhold til stemplets akse. Skørtet 12 er kontinuert og har sædvanligvis et let ovalt tværsnit. Stemplets skørt 12 udfører ingen gastætningsfunktion. Gas- og olietætning er tilvejebragt ved hjælp af stempel ringe, som er anbragt i riller, der strækker sig langs 15 omkredsen i stempel toppens bælte 40.

I brug er en plejlstang (ikke vist) drejeligt forbundet med stemplet II ved hjælp af en stempelpind (ikke vist), der strækker sig gennem boringen 13. Da piejlstangen almindeligvis ikke virker langs 20 stemplets akse, optræder der varierende radiale kræfter, der virker på stemplet 11, og som enten tvinger en største eller en mindste radial trykdel af skørtet mod den tilknyttede cylinder under ar-bejdscyklen. Disse radial trykdele befinder sig på modsatte sider af et plan, der indeholder aksen for stempel pindsboringen og stempel -25 aksen.

Således er hele skørtets udstrækning langs omkredsen ikke i kontakt med den tilknyttede cylinder eller foring under den frem- og tilbagegående bevægelse, men kun de radialtrykdele af skørtet, som cirka 30 ligger i skørtets skæring med et trykplan, der indeholder stempel -aksen, og som er vinkelret i forhold til aksen for stempel pindsbori ngen. Da de radiale kræfter varierer under den frem- og tilbagegående bevægelse, vil den del af disse radialtrykdele, som er i kontakt med cylinderen eller foringen, på et hvilket som helst 35 tidspunkt også variere med tiden. Imidlertid vil den del af et stempel, som er i øjeblikkelig kontakt med cylinderen eller foringen, være beliggende inden for et areal 14, der er almindeligt kendt som lejrings- eller kontaktarealet, som således er indhyl - lingsfladen for alle øjeblikkelige kontaktarealer. Dette (

DK 155344 B

2 lejringsareal kan være større på stemplets største radial trykdel, som er i kontakt med cylinderen eller foringen med den største kraft under ekspansionsslaget end på den modstillede mindste radial trykdel, som er i kontakt med cylinderen eller foringen med den største 5 kraft under kompressionsslaget.

Den præcise form for kontaktarealet vil variere fra stempel til stempel, selv om det generelt har vist sig, at kontaktarealet ikke strækker sig mere end 30° på hver side af trykplanets skæring med 10 skørtet.

Det har også vist sig, at et stempel med.en nominel diameter D og en skørtlængde på ir 2D/3 vil have et kontaktareal, som tilnærmelsesvis 2 er π D /9. Et sådant stempel vil herefter blive omtalt som et 15 "standardstempel", og et sådant kontaktareal som "et standardkon- taktareal GI idekontaktfladen mellem skørtet og cylinderen eller foringen smøres ved hjælp af en oliefilm. Friktionskraften (F) mellem 20 stemplet og cylinderen eller foringen som resultat af denne smurte kontakt er givet ved følgende relation: F - Æ«- (1) 25 Tykkelsen af den minimale oliefilm (hQ) udtrykkes med god tilnær melse ved relationen: . JmT (2) 0 “W 30 hvor: W = belastning η = smøremiddel viskositet U = gi idehastighed A = kontaktareal, over hvilket oliefilmen strækker sig, og B = kontaktarealets dimension i omkredsretningen.

s 3

DK 155344 B

Kontakten mellem skørtets radi al trykdele og den tilknyttede cylinder eller foring bevirker en høj grad af friktionstab, f.eks. 20% af de totale motorfriktionstab (svarende til ca. 8% af den mekaniske ydelse), hvilket på sin side forringer brændselsøkonomien. Således 5 vil en reduktion af friktionen mellem skørtet og cylinderen eller cylindervæggen på f.eks. 25% tilvejebringe en yderligere mekanisk ydelse på ca. 2% og derved ifølge dette eksempel reducere brændsel sbehovet for et givet arbejde på lidt under 2%.

10 Relationen (1) indebærer, at friktionskraften ved en given belastning, viskositet og hastighed kan reduceres ved at reducere kontaktarealet. Dette er klart ønskeligt, idet, som ovenfor nævnt, noget af motorkraften forbruges for at overvinde denne friktion.

15 Imidlertid vil en reduktion af kontaktarealet også reducere tykkelsen af oliefilmen mellem skørtet og cylinderen eller foringen, således som det fremgår af relationen (2). Der kan kun tillades en begrænset reduktion i denne tykkelse, fordi der vil optræde en metal-mod-metalkontakt og hurtigt stigende friktionskræfter, hvis 20 tykkelsen af oliefilmen bliver mindre end ruhedshøjden på overfladen af skørtet og cylinderen eller foringen, og sådanne hurtigt stigende friktionskræfter vil hurtigt give anledning til beskadigelser og slutteligt havari af motoren.

25 I betragtning af de potentielt alvorlige konsekvenser i tilfælde af, at oliefilmen bryder ned, er det essentielt, at der opretholdes en sådan oliefilm mellem skørtet og den tilhørende cylinder eller foring under hele stemplets arbejdscyklus. Af denne grund har tidligere forslag, hvad angår smøringen af stempel skørter, beskæf- 30 tiget sig med maksimering af hQ (i stedet for en minimering af F).

Denne maksimering af hQ er blevet opnået ved tilvejebringelse af en oliefilm over hele stemplets kontaktareal for på denne måde at maksimere A og B, jfr. relationen (2) for derved at sikre en oliefilm med passende tykkelse.

35 F.eks. i GB-A-1504019 er der identificeret kravet for en hydrodynamisk smørefilm overalt på skørtets omkreds. For at opnå en sådan kontinuerlig film er oliemedslæbningsriller forsynet med et ad elektrisk vej afsat lag, der danner den krævede oliefilm på 4

DK 155344 B

stempel skørtets overflade. Andre forslag, som virker efter det samme princip, er vist i US-A-3721163, DE-A-2446870 og FR-E-15585. Arrangementerne ifølge disse beskrivelser maksimerer således hQ i relationen (2) ved maksimering af A og B og forhindrer på denne måde 5 blandet smøring eller grænsesmøring. En sådan kontinuerlig oliefilm maksimerer imidlertid også F i relationen (1).

Da den lære, der kan uddrages f.eks. fra GB-A-1504019, er, at en hydrodynamisk smørefilm skal være tilvejebragt på hele skørtets 10 overflade, har forsøg på at formindske friktionskræfterne mellem stemplet og den tilhørende cylinder været rettet mod anvendelsen af materialer, der har en lille gi idefriktionskoefficient, når de har berørende kontakt med den tilhørende cylinder eller foring. Et eksempel herpå er vist i FR-A-724226, hvor korkindsatser er anbragt 15 på skørtets overflade og berører cylinderen eller foringen. Et andet eksempel er vist i US-A-3505934, hvor indsatserne består af temperaturmodstandsdygtigt plastmateriale med lille friktion, som f.eks.

Teflon (varemærke). Sådanne indsatser tilvejebringer friktionsformindskelsen ved direkte og ikke smurt kontakt mellem indsatserne og 20 den tilhørende cylinder eller foring for at nyde godt af materialerne med lille friktionskoefficient. Skønt der på denne måde opnås en reduktion, hvad angår friktionskræfterne, indebærer den direkte kontakt nødvendigvis, at indsatserne kun har en begrænset levetid og derfor finder sådanne stempler i stort omfang anvendelse i motorer 25 til væddeløbskøretøjer, hvor kun en begrænset levetid for stemplerne kan accepteres.

Det er således et formål med den foreliggende opfindelse at formindske de viskose tab, der forårsages af et stempel under drift 30 under opretholdelse af en passende oliefilm.

Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt et stempel til en forbrændingsmotor og af den art, der har en stempel top, en stempel pindsboring, et ringbånd, der forløber omkring stempel toppen, 35 og hvori der indgår kompressions- og olieringe og to skørtdele, som befinder sig ved modstående sider af et plan, der indeholder stemplets akse og aksen for stempel pindsbori ngen, hvilket stempel er kendetegnet ved, at hver skørtdel er udformet med mindst en lejeflade, der har afstand radialt udefter i forhold til, og som er

DK 155344 B

5 omgivet af den tilhørende skørtdel på en sådan måde, at glidende berøring mellem skørtet og den tilhørende cylinder er afgrænset til den nævnte mindst ene lejeflade, hvorhos der findes hydrodynamiske ramper, som fører til og fra den nævnte mindst ene lejeflade for 5 opretholdelse af en trykoliefilm mellem den nævnte mindst ene lejeflade og den tilhørende cylinder.

På denne måde er de viskose tab, der giver anledning til friktionskræfter, begrænset til den mindst ene lejeflade, og da der ikke 10 findes nogen oliefilm mellem det omgivende skørt og den tilhørende cylinder eller foring, fremkommer der ikke noget tab i dette område. Friktionskræfterne formindskes således væsentligt. Imidlertid sikrer tilvejebringelsen af ramperne, at den mindst ene lejeflade kontinuerligt forsynes med smøremiddel for at sikre hydrodynamisk smøring 15 under stemplets frem- og tilbagegående bevægelse, således at det forøgede tryk, som forårsages af det formindskede kontaktareal, ikke spreder oliefilmen.

I det følgende vil der blive givet en mere detaljeret beskrivelse af 20 nogle udførelsesformer for opfindelsen i form af eksempler, idet der henvises til de ledsagende tegninger, hvor fig. 2 et sidebi 1Ίede af en første udførelsesform for stemplet til en forbrændingsmaskine eller motor, 25 fig. 3 et skematisk snit gennem en lejeflade til det i fig. 2 viste stempel liggende i et plan, der indeholder stempel aksen, fig. 4 et snit, der svarer til fig. 3, men til belysning af en 30 første alternativ udførelsesform for lejefladen, fig. 5 et snit, der svarer til fig. 4, men til belysning af en anden alternativ udførelsesform for lejefladen, 35 fig. 6 en grafisk fremstilling af henholdsvis kraftydelsens og det specifikke brændselsforbrugs variation med motorhastigheden for en motor, der er forsynet med stempler, således som vist i fig. 2 (brudte linier), og som vist i fig. 7 (stiplede linier), i sammenligning med et standardstempel (fuldt optrukne linier),

DK 155344 B

C

fig. 7 et sidebillede af en anden udførelsesform for stemplet til en forbrændingsmaskine eller motor, fig. 8 et sidebillede af en tredie udførelsesform for stemplet til en forbrændingsmaskine eller motor, og 5 fig. 9 et sidebillede af en fjerde udførelsesform for stemplet til en forbrændingsmaskine eller motor.

I de udførelsesformer for opfindelsen, der nu vil blive beskrevet, 10 har dele, der er fælles for fig. 1 og 2, 3, 4, 5, 7, 8 og 9 fået samme referencetal og vil ikke blive beskrevet i yderligere detaljer.

Idet der først henvises til fig. 2, ses at det første stempel har 15 seks adskilte hævede lejeflader på et skørt 15 til glidekontakt med en tilknyttet cylinder eller foring. Lejefladerne er placeret i identiske grupper på tre på begge sider af et plan, der indeholder stempel aksen og aksen for stempel pinden. Fig. 2 viser en gruppe af lejeflader 2, 3 og 4, og det er underforstået, at den anden gruppe 20 er placeret på lignende måde. De to lejeflader 2 og 4 er langs omkredsen liniestillede med hinanden og er nærmere stempeltoppen 5 og er anbragt med en ækvidistant afstand på modsatte sider af skørtet 15's skæring med et plan, der indeholder stempelaksen, og som er vinkelret i forhold til aksen for en stempel pindsboring 13.

25 Den anden lejeflade 3 er nærmere stempel skørtets nedre ende og er placeret symmetrisk omkring nævnte skæring, således at denne nedre flade 3 ligger på den anden side af mellemrummet mellem stempeltoppen og lejefladerne 2 og 4. Hver lejeflade 2, 3 og 4 har samme rektangulære form med to langs omkredsen gående kanter og to aksi alt 30 gående kanter. De ydre aksi ale kanter af de to lejeflader 2, 4 nærmest stempel toppen er hver anbragt under en vinkel på 30° i forhold til nævnte skæring, således at de ligger indenfor kontaktarealet for et standardstempel med tilsvarende dimensioner. Den nedre lejeflade strækker sig 5° til begge sider for skæringen og 35 ligger således også indenfor kontaktarealet.

Som det er vist i fig. 2, er der ramper 16, som hver strækker sig over 5° af skørtets omkreds, og som fører op til de aks i alt gående 7

DK 1S5344B

kanter af hver lejeflade 2, 3 og 4, og længere ramper 17, der leder op til de i omkredsretningen gående kanter af hver lejeflade 2, 3 og 4. Længden af ramperne 17 kan være 8 mm for at give en hældning i forhold til en imaginær cylindrisk flade, der er koaksial med 5 stempelaksen på mellem 0,2° og 1°. Således vil hver lejeflade inklusive ramperne have et stort set trapezformet tværsnit. Overfladen af hver lejeflade er krum og anbragt med en afstand på 25 mi kron radialt udad i forhold til resten af skørtets radial trykdele 14, selvom denne afstand kan være mindre eller f.eks. op til 125 10 mi kron.

I den i fig. 2 viste udførelsesform er der tilsammen i de to radial trykdele 14 et totalt antal på fire lejeflader mod stemplet 11's topende og to lejeflader mod skørtets nedre ende. Kontaktarealet af 15 lejefladerne 2, 3 og 4 på hver skørts radial trykdel er 8% af kontaktarealet på et standardstempel med tilsvarende dimensioner. Lejefladerne kan være udformet bueformede men er det ikke nødvendigvis, og delvist ellipseformede flader kan være passende. Hvis lejefladerne er bueformede, behøver de ikke at have samme centrum 20 som stemplet, idet det antages, at stemplet er cylindrisk. Skæringslinierne for lejefladerne og planerne, der indeholder stempel-aksen, kan være rette eller krumme.

Der kan, således som beskrevet ovenfor, være et identisk antal 25 lejeflader tildannet på begge stemplets radial trykdele, eller lejefladerne kan være tilvejebragt således, at der er flere eller et større lejefladeareal på én radial trykdel end på den anden. F.eks. kan der være flere lejeflader eller et større lejefladeareal på skørtets største radial trykdel end på skørtets mindste radialtryk-30 del.

I brug er stemplet 11 monteret på en plejlstang i en maskines cylinder eller foring og udfører en frem- og tilbagegående bevægelse. Lejefladerne er i kontakt med cylinderen eller foringen for at 35 overføre radialtryk fra piejlstangen til motorblokken og for at styre stemplet under dets frem- og tilbagegående bevægelse. Lejefladerne 2, 3 og 4 befinder sig indenfor kontaktarealet af et standardstempel med tilsvarende dimensioner og derfor reagerer de overfor radial trykket på stemplet. Da de to lejeflader 2, 4 mod

DK 155344 B

8 topenden er placeret med afstand langs omkredsen snarere end ved centrum af skørtets radial trykdel, vil de reducere skørtets tendens til forvridning under indflydelse af radi al trykkræfterne. Den nedre lejeflade 3 har et mindre areal end det kombinerede areal af leje-5 fladerne 2, 4 mod topenden, da kræfterne, som virker på den nedre del af skørtet, er mindre end kræfterne, der virker på skørtets topende. Således bliver radial trykkræfterne overført på en tilfredsstillende måde.

10 Desuden fremmes en passende hydrodynamisk smøring af lejefladerne 2, 3 og 4 ved hjælp af ramperne og skørtdannelserne, der er tilvejebragt omkring lejefladerne, således som det bedst ses i fig. 3, hvori retningen af stemplets frem- og tilbagegående bevægelse er indikeret ved hjælp af en pil A. Ramperne fører mod lejefladernes i 15 omkredsretningen gående kanter for at opretholde en tilfredsstillende oliefilm på lejefladerne 2, 3 og 4 på trods af det reducerede kontaktareals tendens til at reducere oliefilmens tykkelse til en størrelse, der er mindre end et brugbart minimum. Rampernes svage hældning, der ikke overskrider 1°, danner sammen med den tilknyttede 20 cylinder eller foring en gradvis indsnævring af passagen til olie, som på en dynamisk måde ledes ind på lejefladerne 2, 3 og 4. Olien strømmer over lejefladerne før den vender tilbage til mellemrummet mellem cylinderen eller foringen og den resterende del af skørtdelen, som omgiver lejefladerne.

25

Lejefladernes radiale afstand fra skørtets radi altrykdele (fortrinsvis mellem 125 og 25 mikron) er tilstrækkeligt lille til at gøre det muligt at tilbageholde olie i disse områder under stemplets frem og tilbagegående bevægelse og til at give et momentant olietryk 30 under virkning af stemplets hældning, hvilket antages at kunne tilvejebringe en tvungen smøring af lejefladerne. Desuden gør spalterne mellem lejefladerne 2, 4 mod topenden det muligt for olie at nå de nedre lejeflade 3 under et kompressionsslag, således at den nedre lejeflade 3 modtager en passende oliemængde under dette slag.

35 En modsat effekt optræder under ekspansionsslaget, når olie ikke forhindres i at nå fladerne 2, 4 mod topenden.

Således er der opnået en reduktion i kontaktarealet med en tilsvarende reduktion i friktionskræfterne uden en skadelig reduktion af

DK 155344 B

9 tykkelsen af den smørende film.

Når et stempel er monteret i en maskine eller motor, er det forbundet til en piejlstang ved hjælp af en stempel pind. Da stemplet 5 ikke er anbragt præcist i den tilknyttede cylinder eller foring, kan det dreje omkring stempel pinden og således ændre orienteringen af ramperne og lejefladerne i forhold til cylinderen eller foringen. Desuden vil stemplet og den tilknyttede cylinder eller foring også udvide sig fra maskinens eller motorens start, indtil den når 10 driftstemperatur. Dette vil også ændre orienteringen af ramperne og lejefladerne i forhold til den tilknyttede cylinder eller foring.

Sådanne ændringer vil ændre dimensionerne af passagen, der er dannet mellem ramperne og cylinderen eller foringen og kan påvirke smørin-15 gen af den tilknyttede lejeflade skadeligt. I et forsøg på at overvinde sådanne mulige problemer kan lejefladernes tværsnit ændres til den form, der er vist i fig. 4 eller 5.

I fig. 4 er den rampe, som fører op til én i omkredsretningen gående 20 kant af hver lejeflade, dannet af to indbyrdes skrånende sektioner eller plandele 17a, 17b. Den første sektion 17a tilvejebringer en passage for hydrodynamisk smøring for én orientering af rampen i forhold til cylinderen eller foringen, medens den anden sektion 17b tilvejebringer en sådan passage, når der er en alternativ oriente-25 ring.

I fig. 5 er antallet af ændringspunkter uendeligt, idet rampen 17 er konvekst krummet. Dette gør det muligt at opnå en hydrodynamisk smøring under alle tilstande. I denne udførelsesform er lejefladen 30 også krum. Da en lejeflade af den i fig. 3 viste slags eventuelt vil blive slidt til en form, som den flade, der er vist i fig. 5, vil den i fig. 5 viste form foregribe dette slid.

Tilvejebringelsen af selve lejefladerne i fig. 2, deres indbyrdes 35 forhold og deres forhold overfor det omgivende skørts radial trykdel kan tilvejebringe forbedringer i motorydelsen. F.eks. har fire stempler 11, som er anbragt i en motor på 1275 cm givet følgende forbedringer i sammenligning med brugen af standardstempler med samme dimensioner:

DK 155344 B

10

Kraft - Ingen væsentlig forbedring.

Brændselsforbrug - En reduktion på op til 3,5% forbedring ved fuld belastning.

5

Friktion - Reduktion på ca. 1% ved 2500 omdr/min, ved vejbelastning.

10 Disse resultater er vist grafisk i fig. 6 med resultaterne for standardstemplet vist med fuldt optrukne linier og resultaterne for stemplet ifølge fig. 2 vist med brudte linier.

Idet der herefter henvises til fig. 7, ses et andet stempel 20, som 15 stort set svarer til stemplet 11, der er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1. I stemplet, der er vist i fig. 7, er der to lejeflader 6, 7 mod stemplets topende på hver skørtdel, hvilke flader er anbragt med identisk afstand på modsatte sider af skørtets skæring med et plan, der indeholder stempelaksen, og som er vinkel-20 ret i forhold til aksen for stempel pindsboringen 13. Yderligere er der tre nedre lejeflader 8, 9 og 10 på hver radialtrykdel af skørtet med den centrale flade 9 symmetrisk omkring nævnte skæring og de andre flader 8, 10 anbragt med identisk afstand på modsatte sider af nævnte skæring. Lejefladerne har alle en rektangulær form med deres 25 længste udstrækning placeret i omkredsretningen. De ydre aksi ale kanter af det øverste par lejeflader 6 og 7 er hver anbragt under en vinkel på 40° i forhold til skæringen, således at de stort set ligger indenfor kontaktarealet for et standardstempel med tilsvarende dimensioner. Der er to ramper 21 og 24, som hver strækker sig 30 over 5° af skørtets omkreds, og som fører op til de ydre aksi alt gående kanter af lejefladerne 6 og 7 samt to ramper 22 og 23, der hver strækker sig over 10° af skørtets omkreds, og som fører op til de indre aksialt gående kanter af lejefladerne 6 og 7. Lejefladerne 6, 7 har hver en buelængde på 25°.

35

De nedre lejeflader har symmetriske ramper 25, som strækker sig på begge sider af lejefladerne over 5° af skørtets omkreds. Den centrale lejeflade 9 har en større buelængde end de andre to 8 og 10, således at den i omkredsretningen strækker sig over det meste af DK 155344 B n spalten mellem lejefladerne 6 og 7 mod topenden. De ydre aksi ale kanter af lejefladerne 8 og 10 er hver anbragt under en vinkel på 40° fra nævnte skæring. De nederste hjørner af de to yderste nedre lejeflader 8, 10 er fjernet på grund af skørtets form i den viste 5 udførelsesform, men vil ikke være fjernet i de andre udførelsesformer.

Den periferiske udstrækning af det øverste sæt lejeflader behøver imidlertid ikke at være den samme som den periferiske udstrækning af 10 det nedre sæt lejeflader. Som det var tilfældet med stemplet i fig.

2 kan antallet, arrangementet eller arealet af lejefladerne på skørtets største radial trykdel være forskellig fra disse for lejefladerne på skørtets mindste radial trykdel. Generelt vil størstedelen af lejefladernes udstrækning imidlertid ligge indenfor kontakt-15 arealet for et standardstempel med tilsvarende dimensioner.

Som det ses i fig. 7, fører ramperne 26 op til de i omkredsretningen gående kanter af hver lejeflade 6, 7, 8, 9 og 10. Den aksiale længde af ramperne 26 kan tilnærmelsesvis være 5 mm for at give en hældning 20 i forhold til den resterende del af skørtet mellem på 0,3 og 1,5°.

Kontaktarealet af lejefladerne 6, 7, 8, 9 og 10 på hver skørtdel 14 er 25% af kontaktarealet for et standardstempel med tilsvarende dimensioner. Lejefladernes radiale afstand udad fra den tilknyttede 25 skørtdel 14 er 25 mi kron, selvom den kan være mindre eller f.eks. op til 125 mi kron.

Stemplet, der er vist i fig. 7, virker generelt på samme måde som stemplet, der er vist i fig. 2, med samme belastningsoverførsel og 30 samme hydrodynamiske smøreegenskaber tilvejebragt ved hjælp af dannelserne omkring lejefladerne.

Det faktum, at lejefladerne 6, 7, 8, 9 og 10 har en større udstrækning i omkredsretningen end aksialt, virker forbedrende på 35 smøringen, idet det meste af olien tvinges op mod en i omkredsretningen gående kant af en lejeflade fra en rampe 26, og idet den spredes over fladen vil den forsøge at forlade fladen over den følgende i omkredsretningen gående kant. I de tilfælde hvor den aksiale dimension af fladen er længere end dimensionen i

DK 155344 B

12 omkredsretningen, har meget af olien forladt fladen i omkredsretningen, før den når den følgende kant, og således kan dele af fladen blive smurt på en utilstrækkelig måde. I stemplet, der er vist i fig. 2, er den aksiale længde imidlertid tilstrækkelig kort til at 5 sikre, at kun en relativ lille del af olien forlader fladen ved siderne, således at tilstrækkelig olie når de følgende kanter af fladerne. Desuden vil placeringen af den centrale nedre lejeflade på stemplet i fig. 7 mellem lejefladerne mod topenden sikre, at der er tilvejebragt kontakt med cylinderen eller foringen over hele den i 10 omkredsretningen gående længde af skørtets radialtrykdel 14.

Dette stempel vil således også bevirke en reduktion i kontaktarealet med den deraf følgende reduktion af friktionskræfterne, medens der opretholdes en passende smøring af kontaktfladerne.

15

Dette arrangement af selve lejefladerne, deres indbyrdes forhold og deres forhold til den omgivende radialtrykdel af skørtet, kan give forbedringer i en motors præstation. F.eks. blev fire stempler af den i fig. 7 viste slags anbragt i en maskine på 1275 cm , hvilket 20 gav følgende forbedringer i sammenligning med brugen af standardstempler med samme dimensioner:

Kraft - op til 3,6% forbedring,

Brændselsforbrug - op til 5% forbedring ved fuld belastning, 25 Friktion - en reduktion på ca. 3% ved 2500 omdr/min, ved vejbelastning.

Disse resultater er vist grafisk i fig. 6 (med stiplede linier) i sammenligning med et standardstempel (med fuldt optrukne linier).

30

Idet der herefter henvises til fig. 8, ses et tredie stempel 30, som stort set svarer til stemplet i fig. 1. Der er tilvejebragt tre lejeflader 31, 32 og 33 på hver side af stemplet, hvoraf de to lejeflader 31, 32 er nærmest skørtets topende, og én nederste 35 lejeflade 33 er nærmest skørtets nedre ende. De to lejeflader 31 og 32 mod topenden er rektangulære med deres største dimension forløbende i omkredsretningen. Hver af disse lejeflader har en periferisk længde på 20° og har en udstrækning på 35° i forhold til skørtets skæring med et plan, der indeholder stempel aksen og som er vinkelret

DK 155344 B

13 i forhold til aksen for stempelpindsboringen 13. Ramper 34, der fører op til de aksiale kanter, har en peri feri længde på 10°. Der er også tilvejebragt ramper 35, der fører op til periferi kanterne, og som har en aksi al længde på 4 mm for at give en hældning på mellem 5 0,4 og 1,5° i forhold til den resterende del af skørtet.

Den nedre lejeflade 33 er også rektangulær med sin største dimension forløbende i omkredsretningen. Denne flade er placeret, således at dens periferiske længde svarer til den periferiske spalte mellem 10 lejefladerne 31 og 32 mod topenden. Arealet af fladen 33 er større end arealet af en hvilken som helst af fladerne 31 og 32 mod topenden, men er mindre end deres samlede areal. F.eks. kan lejefladen 33 udgøre 75% af det kombinerede areal af lejefladerne mod topenden.

Denne nedre lejeflade 33 er forsynet ramper 36, der fører op til 15 dens aksiale kanter, og som har en periferisk udstrækning på 10°, og ’ ramper 37, der fører op til dens periferiske kanter. Den øverste rampe 37's aksiale længde kan være 4 mm for at give en hældning mellem 0,4 og 1,5° i forhold til den resterende del af skørtet. Den nedre rampe 37 kan strække sig til skørtets nedre kant med en 20 hældning, der er mindre end den for den øverste rampe 37.

2

Kontaktarealet af de tre lejeflader kan være D /11,5, hvor D betegner stemplets nominelle diameter. Således er kontaktarealet kun 25% af kontaktarealet for et standardstempel med tilsvarende dimen-25 sioner. Desuden er lejefladerne adskilt radialt udad i forhold til skørtets radial trykdel med en afstand, der ikke mere end 125 mi kron og ikke mindre end 25 mi kron. Skørtet kan have en yderligere reduceret diameter på den anden side af de aksiale kanter af lejefladerne 31 og 32 mod topenden for at forhindre stemplets sidekontakt 30 med cylinderen eller foringen uanset af hvilken grund, inklusive stemplets hældning.

Stemplet, der er vist i fig. 8, virker stort set på samme måde som stemplerne, der er vist i fig. 2 og 4 med tilsvarende belastnings-35 overførsel og hydrodynamiske smøreegenskaber. Den periferisk langstrakte form af lejefladerne og formen af ramperne sikrer en tilfredsstillende smøring, og overlappet mellem den nedre lejeflade 33 og lejefladerne mod topenden sikrer, at kontakten med cylinderen eller foringen optræder over hele den periferiske udstrækning af 14

DK 155344 B

skørtets radial trykdel 14.

Dette stempel frembringer således også en reduktion af kontaktarealet med den deraf følgende reduktion af friktionskræfterne, medens 5 der opretholdes en passende smøring af kontaktfladerne.

Dette arrangement af selve lejefladerne, deres indbyrdes forhold og deres forhold til det omgivende skørts radial trykdel kan tilvejebringe forbedringer i motorydelse, som svarer til dem, der blev 10 frembragt ved hjælp af stemplet i fig. 7.

Idet der herefter henvises til fig. 9, ses et fjerde stempel 41, som kun har to lejeflader 42, 43 på hver side af stemplet. De to lejeflader 42, 43 er anbragt med aksi al afstand og er begge placeret 15 symmetrisk omkring skørtets skæringslinie med et plan, der indeholder stempel aksen og som er vinkelret i forhold til aksen for stempelpindsboringen 13. Begge lejefladerne 42 og 43 er rektangulære med deres længste kanter forløbende langs omkredsen. Lejefladen 42 mod topenden har et mindre areal end den nedre lejeflade 43 og har en 20 periferisk udstrækning på 20° sammenlignet med en periferisk udstrækning på 40° for den nedre lejeflade 43. Disse flader ligger således indenfor kontaktarealet af et standardstempel med tilsvarende dimensioner.

25 Begge lejefladere 42 og 43 er forsynet med ramper 44, der fører op til deres aksiale kanter, og som har en vinkelmæssig udstrækning på 10°. Der er også tilvejebragt ramper 45, der fører op til de periferiske kanter af lejefladen 42 mod topenden og den øverste periferiske kant af den nederste lejeflade 43, hvis hældning er mellem 0,4 30 og 1,5° i forhold til den resterende del af skørtet. En rampe 45, der fører op til den nederste periferiske kant af den nederste lejeflade 43 kan strække sig til skørtets nederste kant med en hældning, der er mindre end den for de andre ramper 45.

35 Lejefladerne 42 og 43 er adskilt radialt udad i forhold til det omgivende skørt 15 med en afstand, der er ikke er større end 125 mi kron, og som ikke er mindre end 25 mi kron. Kontaktarealet af lejefladerne 42 og 43 er ca. 18% af kontaktarealet for et standardstempel med tilsvarende dimensioner.

15

DK 155344 B

Stemplet i fig. 9 virker stort set på samme måde som stemplerne i fig. 2, 4 og 5 med tilsvarende belastningsoverførsel og hydrodynami ske smøreegenskaber. Dybden af lejefladerne 42, 43's adskillelse fra det omgivende skørt 15, den periferisk langstrakte 5 form af lejefladerne og rampernes flade vinkel sikrer, at lejefladerne smøres på en tilfredsstillende måde. Det reducerede areal af lejefladerne 42, 43 reducerer stemplets friktionskræfter og gør det således muligt at forøge kraftydelsen og formindske brændselsforbruget.

10

Det vil på baggrund af de ovenfor eksemplificerede udførelsesformer med henvisning til tegningen indses, at lejefladerne kan være arrangeret på skørtets radi altrykdele på en hvilken som helst passende måde. Et stort antal mindre lejeflader kan anvendes i 15 stedet for et lille antal større lejeflader. Antallet og/eller arrangementet og/eller arealet af lejefladerne kan være forskellig på skørtets største og mindste radial trykdele. Desuden kan hver lejeflades overflade have en hvilken som helst passende form, enten krum eller en anden form. Arealet af lejefladerne kan variere mellem 20 0,05 og 0,95 · n D /9, hvor D er stemplets nominelle diameter.

F.eks. kan der være et mindre antal lejeflader ved topenden og et større antal ved den nederste ende. Desuden kan der være tilvejebragt en eller flere lejeflader i området ved ringbæltet 40.

25

Det vil indses, at ramperne med flad vinkel og en adskillelse af lejefladerne fra det omgivende skørt med en afstand der er mindre end 125 mi kron kan anvendes i forbindelse med en hvilken som helst særskilt lejeflade, der er anbragt radialt udad i forhold til et 30 omgivende skørt for at sikre hydrodynamisk smøring af lejefladen.

Det vil også indses, at de dele af det omgivende skørt, som er fjernt fra lejefladerne, kan fjernes for at reducere stemplets vægt.

35

Claims (15)

1. Stempel til en forbrændingsmotor og af den art, der har en 5 stempel top (15), en stempel pindsboring (13), et ringbånd (40), der forløber omkring stempel toppen, og hvori der indgår kompressions- og dieringe, og to skørtdele (12), som befinder sig ved modstående sider af et plan, der indeholder stemplets akse og aksen for stempelpindsboringen, kendetegnet ved, at hver skørtdel (12) 10 er udformet med mindst én lejeflade (2,3,4, fig. 2; 6,7,8,9,10, fig. 7; 31,32,33, fig. 8; 42,43, fig. 9), der har afstand radialt udefter i forhold til, og som er omgivet af den tilhørende skørtdel (12) på en sådan måde, at glidende berøring mellem skørtet og den tilhørende cylinder er afgrænset til den nævnte, mindst ene lejeflade, hvorhos 15 der findes hydrodynamiske ramper (17, fig. 1; 26, fig. 7; 35,37, fig. 8; 45, fig. 9), som fører til og fra den nævnte mindst ene lejeflade for opretholdelse af en trykoliefilm mellem den nævnte, mindst ene lejeflade og den tilhørende cylinder.

2. Stempel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver rampes vinkel er mindre end 1,5*.

3. Stempel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at hver rampe i stemplets (11) bevægelsesretning har en flade med to 25 plandele (17a,17b, fig. 4), der hælder i forhold til hinanden.

4. Stempel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at hver rampeoverflade er krum (fig. 5) i stemplets (11) bevægelsesretning. 30

5. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den ene ende af hver rampe (7; 35; 45), som vender bort fra den tilhørende lejeflade (2,3,4; 6,7,8,9,10; 31,32,33; 42,43) har en radial afstand fra lejefladen, som er mindre 35 end 125 mi kron.

6. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den ene ende af hver rampe (7; 35; 45), der vender bort fra den tilhørende lejeflade (2,3,4; 6,7,8,9,10; DK 155344 B 31,32,33; 42,43), har en afstand i radial retning fra den tilhørende lejeflade, som er større end 25 mi kron.

7. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kende- 5 tegnet ved, at den nævnte, mindst ene lejeflade (2,3,4; 6,7,8,9,10; 31,32,33; 42,43) har stort set rektangulær form.

8. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-7, kendetegnet ved, at længden af den nævnte mindst ene lejeflade 10 (6,7,9; 33; 42; 43) i en aksial retning er mindre end bredden af den nævnte mindst ene lejeflade i en omkredsretning.

9. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, kendetegnet ved, at der på hver skørtdel (12) findes mindst tre 15 lejeflader (2,3,4; 6,7,8,9,10; 31,32,33), hvoraf to (2,4; 6,7; 31,32) af de nævnte mindst tre lejeflader er anbragt i nærheden af stempel toppen (40), medens den eller de resterende lejeflader 3; 8,9,10;33) er anbragt i nærheden af den nederste kant af skørtet (12). 20

10. Stempel ifølge krav 9, kendetegnet ved, at de nærmest stempel toppen værende lejeflader har et større areal end den resterende lejeflade eller de resterende lejeflader.

11. Stempel ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at afstanden i omkredsretningen mellem de to i nærheden af stempel toppen værende lejeflader er anbragt mindst lige så stor som længden i omkredsretningen af den resterende lejeflade, og at en enkelt resterende lejeflade er tilvejebragt og er anbragt mellem den nævnte 30 stempel top og de nævnte ende!ejeflader.

12. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-10, kendetegnet ved, at den nævnte mindst ene lejeflade har rektangulær form, og ved at ramperne (16;21-25;34,36,44) forløber fra 35 aksi alt forløbende omkredskanter af den nævnte mindst ene lejeflade og til den tilhørende skørtdel.

13. Stempel ifølge krav 12, kendetegnet ved, at hver rampe har en udstrækning i omkredsretningen svarende til en vinkel DK 155344 B på 10*.

14. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-13. kendetegnet ved, at den nævnte mindst ene lejeflade ligger i en 5 zone, der ikke strækker sig mere end 30e til hver side for et plan, hvori stemplets akse og normalen til stempel pindsbori ngens akse ligger.

15. Stempel ifølge et hvilket som helst af kravene 1-14, k e n -10 d e t e g n e t ved, at den nævnte mindst ene lejeflade er krum i planer, hvori stemplets akse ligger. 15 20 25 30 35