FI104112B - Polttomoottorin mäntä - Google Patents

Description

104112

Polttomoottorin mäntä

Keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen polttomoottorin mäntään.

5 Tällainen mäntä on tunnettu DE-patenttijulkaisusta 458 152. Siinä esi tetyssä männässä ruiskutetaan öljyä jäähdytystarkoituksessa kampikammion suunnassa avoimen männän pohjaa vasten. Tällä perusteella vielä nykyäänkin toteutetulla männänpään jäähdytyksellä ei ole itsessään haittoja, vaan se ei ole verraten vaadittuihin aina parempiin polttomoottorien suorituskykyihin enää riittä-10 vä.

US-patenttijulkaisusta 1 688 076 on tunnettu polttomoottorin mäntä, jota jäähdytetään siten, että sylinterin, jossa mäntä liikkuu, ulkopuolelta, johdetaan ilmaa vastaavan sylinterin seinässä olevan aukon kautta kampikammion suunnassa avonaisen männän sisälle ja että sitten männänpäätä pitkin johdettu ja siis ten lämmennyt ilma johdetaan ulos männän sisältä ja vastaavan kanavan kautta sylinterin palotilaan. Haitallista tämän tyyppisessä männänjäähdytyksessä on, että männänpään jäähdyttämiseksi käytetty ja siten öljyllä sekoittunut ilma johdetaan lopuksi sylinterin palotilaan ja saa siellä aikaan, että mäntä karstoittuu voimakkaammin ja että pakokaasut likaantuvat enemmän.

20 Keksinnön tehtävä on edellisestä johtuen, muodostaa polttomoottorin mäntä siten, että sopivalla jäähdytysilmansyötöllä parannetaan ja samanaikaisesti vältetään öljyyn sekoittuneen ilman joutuminen sylinterin palotilaan.

'·: Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti männällä, jolla on pa- I · : tenttivaatimuksessa 1 esitetyt tunnusmerkit.

0 : 25 Lisää keksinnön tunnusmerkkejä ja tarkoituksenmukaisuuksia seuraa : sovellutusesimerkin selityksestä kuvioiden avulla. Kuvioista nähdään: • · · · * ·:··: kuviosta 1 paljon yksinkertaistettu polttomoottorin männän pitkittäis- ; * j ‘; leikkaus keksinnön mukaisessa sovellutusmuodossa; m kuviosta 2 jäähdytyskierron virtauskaavio keksinnön mukaisesti tar-30 koitettujen ilmakammioiden puuttuessa; λ. kuviosta 3 jäähdytyskierron virtauskaavio keksinnön mukaisessa män- * nän muodossa.

:Y: Kuviossa 1 näkyy polttomoottorin mäntä keksinnön mukaisessa so- vellutusmuodossa. Männänrungosta 1 ja männänpäästä 2 kokoonpantu ja män- • ► · 35 nän pitkittäisakselin 3 omaava mäntä on nivelletty itsessään tunnetulla tavalla v \ kiertokankeen 4. Kiertokangessa 4 on jäähdytysöljykanava 5, joka on olennaisesti • · 2 104112 yhdensuuntainen männän pitkittäisakselin 3 kanssa ja jonka läpi johdetaan män-nänpään 2 jäähdyttämiseksi tarvittava jäähdytysöljy vasten männänsisustan puoleista männänpään 2 sisäjäähdytyspintaa 6. Tämä jäähdytysöljykanava 5 päätyy männänpään 2 puoleisessa kiertokangen 4 päässä aukkoon 7. Männänpään 2 5 vastaiseen osaan 8 männänrunkoa 1 on sijoitettu putken muotoinen kappale 9, joka sijaitsee olennaisesti männän pitkittäisakseliin 3 nähden keskeisesti ja joka on muodostettu kiertokangen 4 puoleisesta päädystään 10 kellon muotoiseksi ja siitä johtuen tunnetaan myös nimellä "suppilo". Kappale 9 ympäröi tällä kellon muotoisella päädyllään 10 aukon 7. Lisäksi kappale 9 on liukusovitteessa kierto-10 kangen 4 kanssa. Tällä tavalla putken muotoinen kappale 9 muodostaa toiminnallaan jäähdytysöljykanavan 5 pidennyksen, jonka läpi johdettu jäähdytysöljy pääsee joka tapauksessa putken muotoiseen kappaleeseen 9 riippumatta käytön vaatimasta männänrungon 1 suhteellisesta kiertoliikkeestä kiertokankeen 4 nähden ja sitten ruiskutetaan vasten männänpään 2 sisäjäähdytyspintaa 6. Jäähdy-15 tysöljyn paluuvirtaus tapahtuu itsessään tunnetulla tavalla männänpäähän 2 sijoitettuja kanavia 11-14 pitkin.

Männänpään 2 sisäjäähdytyspinta 6 ja männänpään 2 puoleinen männänrungon 1 yläpinta 15 on muodostettu siten, että ne käsittävät kokoonpannussa männässä ensimmäisen ilmakammion 16. Lisäksi jäähdytysöljyn paluuvirtauksek-20 si tarkoitetut kanavat 13 ja 14 on mitoitettu siten, että ne muodostavat yhdessä toisen ilmakammion 17. Kumpikin ilmakammio 16 ja 17 on yhdistetty toisiinsa i ; jäähdytysöljyn paluuvirtauskanavilla 11 ja 12.

j * Käsillä olevassa sovellutusmuodossa toisen ulkojäähdytyspinnan 40 omaava toinen ilmakammio 17 sijaitsee toroidimaisesti ensimmäisen ilmakammi-]·' ' 25 on 16 ympärillä. Toisen ilmakammion 17 sijasta voidaan käyttää useita yksittäisiä : ilmakammioita, jotka kukin on yhdistetty ensimmäiseen ilmakammioon 16 vastaa- valla kanavalla. Ajateltavissa on myös ensimmäisen ilmakammion yhdistäminen sarjaan toisen ja kolmannen ilmakammion kanssa tai useita ensimmäisen ilma-kammion 16 sarjaliitäntöjä kahden tai useamman ilmakammion kanssa tai mikä ;··; 30 tahansa yksittäistapauksessa tarkoituksenmukainen ensimmäisen ilmakammion 16 ja usean muun ilmakammion yhdistäminen. Mutta männässä voi olla myös vain yksi ainoa jäähdytyspinta.

Männänrungon 1 osassa 8 on männänakselin 3 kanssa yhdensuuntai-•\.siä ja ensimmäiseen ilmakammioon 16 yhtyviä jäähdytysilman sisäänvirtauskana-35 via 18 ja 19, joiden sivusuuntainen etäisyys putken muotoiseen kappaleeseen 9 ... : valitaan mahdollisimman pieneksi, jotta toisaalta ilmakammioon 16 johdettava il- 3 104112 ma voidaan ottaa pienimmän poikkileikkauksen kohdasta tai mahdollisimman läheltä sitä kohtaa ja siten toisaalta kappaleesta 9 ulos virtaava jäähdytysöljy joutuu niin aikaisin kuin mahdollista jäähdytysilman sisäänvirtauskanavista 18 ja 19 vir-taavan ilman vaikutuksen alaiseksi ja painetaan sisäjäähdytyspinnalle 6.

5 Männänrungon 1 rajoittama sisäkammio on muodostettu siten, että on olemassa männänosaan 8 rajoittuva ensimmäinen osasisäkammio 20, joka on olennaisesti myös männän holviksi kutsuttu osa männänrungon 1 sisäkammiota, ja siihen liittyvä toinen osasisäkammio 21. Tällöin toisen osasisäkammion 21 lieriömäisen osan halkaisija on suurempi kuin männän holvin suurin halkaisija 10 (kuviossa 1: suurempi kuin ensimmäisen osasisäkammion 20 lieriömäisen osan halkaisija), siten että ylimenokohdassa kummankin osasisäkammion 20 ja 21 välissä on noin poikittain männän pitkittäisakseliin 3 nähden oleva ylimenopinta 22.

Männänrunkoon 1 on tehty männän pitkittäisakselin 3 kanssa olennaisesti yhdensuuntaisia paluuvirtauskanavia 23 ja 24. Nämä kanavat 23 ja 24 yhty-15 vät kullakin toisella päällään toiseen ilmakammioon 17 ja kullakin toisella päällään ylimenopintaan 22 ja yhdistävät siten toisen ilmakammion 17 toisen osasisäkammion 21 kanssa. Keksinnön mukaisen männän tapauksessa vain yhdellä ainoalla ilmakammiolla paluuvirtauskanavat 23 ja 24 yhtyvät kullakin toisella päällään suoraan tähän yhteen ilmakammioon.

20 Edellä kuvatusti muodostetun polttomoottorin männän männänpäässä saavutettava jäähdytysvaikutus syntyy seuraavasti. Männän liikkuessa yläkuolo-; kohdasta aiakuolokohtaan, seuraavassa kutsutaan lyhyesti "alaspäinliikkeeksi", • I · ’ syntyy männän ja sylinteriputken suhteellisesta liikkeestä johtuen osasisäkam- :.,mion 20 yläpäässä, siis männän holvin osassa, johon putken muotoisen kappa-25 leen 9 kellon muotoinen pää 10 työntyy, syntyy padotuspaine. Tämän alueen ul-:·: : kopuolella, siis myös osasisäkammiossa 21, vallitsee sama paine kuin (ei kuva- 'r‘: tussa) polttomoottorin kampikammiossa. Padotuspaine on keskinopeasti toimivilla : moottoreilla noin 0,5 baaria ja johtaa siihen, että padottunut ilma virtaa männän holvista ilman sisäänvirtauskanavien 18 ja 19 läpi ensimmäiseen ilmakammioon , ;·*: 30 16. Sieltä ilma virtaa sitten kanavien 11 ja 12 läpi toiseen ilmakammioon 17 ja lo- * puksi paluuvirtauskanavien 23 ja 24 läpi toiseen osasisäkammioon 21 ja siten takaisin kampikammioon.

Männän holviin padottuneen ilman virtauksesta johtuen kasvaa ilman-: paine ensimmäisessä ilmakammiossa 16 ja sitten toisessa ilmakammiossa 17 niin : ;; 35 pitkään, kun se - yleensä jo muutamien moottorin kierrosten jälkeen - vakautuu il- • · ... : manpainearvoihin, jotka ovat suuremmat kuin kampikammiossa vallitseva ilman- 4 104112 paine ja lähes riippumattomat männän liikesuunnasta. Saman aikaisesti virtaa jatkuvasti ja riippumatta männän liikesuunnasta paluuvirtauskanavista 23 ja 24 keskimääräisen nopeuden tienoilla tykyttäen ilmaa (laki astian pakkotäyttymisestä ja vapaasta tyhjenemisestä). Tämä männänliikkeiden ylläpitämä ilmavirtaus vaikut-5 taa monelta kannalta edullisesti: ensiksi se tukee männän jäähdytystä lämmön pois johtamisella; sillä kumpaankin ilmakammioon 16 ja 17 virrannut ilmamassa lämpenee siellä ja luovuttaa taas ottamansa lämmön paluuvirtausten jälkeen toiseen osasisäkammioon 21. Toiseksi ensimmäiseen ilmakammioon 16 ja sitten toiseen ilmakammioon 17 virrannut ilmamassa kiihdyttää kumpaankin ilmakammi- 10 oon 16 ja 17 tulevaa öljyä ja estää siten muuten ylikuumenemisen aiheuttaman öljyn karstoittumisen sisäjäähdytyspinnalle 6 ja ulkojäähdytyspinnalle 40. Ja lopulta saavutetaan ilma-öljyseoksen kiihdyttämisellä ja siihen liittyvällä pyörteellä parannettu männänpään sisäjäähdytyspinnan 6 ja ulkojäähdytyspinnan 40 puhdistus, ja erityisesti öljykarstakerrostumien poishuuhtoutuminen.

15 Tämä jatkuva poishuuhtoutuminen vaikuttaa, pitkällä ajanjaksolla nähtynä, estävästi männänpään lämmönjohtamiskyvyn tai lämmönsäteilykyvyn huonontumiseen.

Edellä kuvatun ilmankierron toimintaperiaatteen, joka johtuen ensimmäiseen ilmakammioon 16 ja sitten toiseen ilmakammioon 17 vihaavasta ilma- 20 massasta on johtanut käsillä olevan keksinnön nimitykseen "jet-männän-jäähdytys", takaamiseksi, on keksinnön mukaisen männän muodostamisessa : otettava huomioon vähintään kaksi sääntöä: Ensimmäiseksi keksinnön mukainen ' ilman kierto voi syntyä vain silloin, kun ensimmäisellä ja toisella ilmakammiolla 16 ja 17 on kummallakin riittävän suuri tilavuus. Ja toiseksi ilmakammioiden 16 ja 17 • · · 25 tilavuuksien ja jäähdytysilman sisäänvirtauskanavien 18 ja 19, kanavien 11 ja 12 *· ja paluuvirtauskanavien 23 ja 24 poikkileikkausten pitää olla tietyssä suhteessa toisiinsa.

v ·* Jos ei ole ilmakammioita tai ne on mitoitettu liian pieniksi, niin ilma viriä taa männänpään läpi vain männän alaspäinliikkeen aikana. Tämä näkyy kuviossa 30 2 vahvasti kaavamaisena ja ympyrämäisiin poikkileikkauksiin vnttaavana esityk- senä: Männän alaspäinliikkuessa syntyy ylimenokohdassa ensimmäisen osasisä- ’·, kammion 20 ja toisen osasisäkammion 21 välissä, jossa männänrungon 1 sisä- • · · kammiolla on halkaisija Di, paine pr Lisäksi ilma puristetaan männän nopeudella W-| männänpään läpäisevään kanavaan 31, jolla on sisäänvirtausaukko 32 ja i ;y; 35 ulosvirtausaukko 33. Johtuen kanavan 31 sisäänvirtausaukon 32 olennaisesti ... : pienemmästä halkaisijasta de ilman nopeus kasvaa arvon we verran, joka on olen- 5 104112 naisesti suurempi kuin arvo Wi. Koska kanavan 31 ulosvirtausaukon 33 halkaisija da on sama kuin kanavan 31 sisäänvirtausaukon 32 halkaisija de ja koska kanavalla 31 koko pituudellaan vakio poikkileikkaus - ja koska käsillä olevaa tarkastelua varten voidaan olettaa kanavassa 31 olevan kitkaton virtaus - on ulosvirtaus-5 nopeus wa sama kuin sisäänvirtausnopeus we, ja ilma virtaa ulosvirtausaukosta 33 osasisäkammioon 21. Seuraavassa männän ylöspäinliikkeessä paine ennen si-säänvirtausaukkoa 32 ja ennen ulosvirtausaukkoa 33 on olennaisesti sama kuin osasisäkammiossa 21 vallitseva ilmanpaine p siten, että männän ylöspäinliikkeen aikana ilmaa ei virtaa sisäänvirtausaukosta 32 eikä ulosvirtausaukosta 33 kana-10 vaan 31.

Mikäli ilmakammiot ovat olemassa, mutta ne eivät ole riittävän kokoiset, niin syntyy kyllä ilmanliikettä; silti sen tarkka kulku riippuu hetkellisistä paine-olosuhteista.

Keksinnön mukaisesti muodostetun männän tapauksessa asettuvat 15 kuviossa 3 vahvasti kaaviomaistetusti ja käyttämällä samoja merkintöjä kuin kuviossa 2 esitetyt olosuhteet. Riippumatta ilmakammioiden 16 ja 17 ilmatilavuuden koosta on huomattava, että ilmakammiot täyttyvät johtuen hetkellisistä paineolo-suhteista periaatteessa vain kanavien 18 ja 19 tai 11 ja 12 kautta. Tyhjentyminen seuraa kuitenkin johtuen silloin toisista hetkellisistä paineolosuhteista samanai-20 kalsesti sisäänvirtauskanavien 18 ja 19 tai 11 ja 12 ja paluuvirtauskanavien 23 ja 24 kautta. Jotta nyt huomioonottaen nämä fysikaaliset tosiasiat voitaisiin toteuttaa . . keksinnön mukainen toimintaperiaate, käytetään toista fysikaalista tosiasiaa, että : täyttymistä koskevat toiset fysikaaliset lait kuin tyhjentymistä. Valitsemalla sopi- : " vasti toisaalta ilmakammion 16 tilavuuden olosuhteet sisäänvirtauskanavien 18 ja : 25 19 ja kanavien 11 ja 12 poikkileikkauksiin ja toisaalta ilmakammion 17 tilavuuden · : olosuhteet kanavien 11 ja 12 ja paluuvirtauskanavien 23 ja 24 poikkileikkauksiin '·**; varmistetaan, että toiminnallisesti keksinnön mukaisesti kustakin hetkellisestä männän liikesuunnasta riippumaton ja vain yhteen suuntaan tapahtuva ilmankierto alkaa toimia männästä johtuen. Että ilmavirta tulee tällöin ulos kanavista 23 30 ja 24 tykyttävänä ilmavirtana, siis vaihtelevalla nopeudella, on käsillä olevalla . ·:·. keksinnöllä saavutettavalle toiminnalle merkityksetön.

• * ·

Ilmakammioiden tai ainoan ilmakammion muoto ja koko riippuvat yk-

t I

:.v sittäistapauksessa huomioon otettavista männän vaatimuksista. Männänpään 2 sisäjäähdytyspinta 6 ja ulkojäähdytyspinta 40 muodostetaan edullisesti siten, että .·!·. 35 ruiskutetun jäähdytysöljyn pyörteily tuodun jäähdytys!Iman kanssa on optimaali- nen, siten että mahdollistetaan sekä mahdollisimman suuri jäähdytysöljyn läm- 6 104112 mönsiirtyminen jäähdytysilmaan että saavutetaan paras mahdollinen sisäjäähdy-tyspinnan 6 ja ulkojäähdytyspinnan 40 puhdistuminen öljykarstakerrostumista, ja että kasvaneen rajapintaturbulenssin ansiosta jäähdytyspinnoilla 6 ja 40 voidaan saavuttaa suurempi lämmönsiirtoluku.

>

• · I

• · • · · • · · • · « · * » II» · · · !

• M

• · f • · · * · 1 I · · · I · · · i 1 I , I « « w I 1 1 1 · « f f t t

Claims (7)

1. 7 104112
2. 1. Polttomoottorin mäntä, jossa on kiertokankeen (4) nivelletty män-nänrunko (1), kiertokangesta (4) poispäin olevalle männänrungon (1) otsapinnalle 5 järjestetty männänpää (2) ja jäähdytysöljynsyöttö (5, 9), jonka kautta jäähdytysöljy virtaa ja tulee ruiskutetuksi jäähdytyspintana (6) toimivan männänpään (2) sisäpintaa (6) vasten, jolloin männänpäähän (2) on syötettävissä ilmaa, tunnettu siitä, että männänpäässä (2) on ensimmäinen ja toinen ilmakammio (16, 10 17), joiden yksi seinäpinta on männänpään (2) jäähdytyspinta (6,40), että männänrungossa (1) on ensimmäinen (20) ja toinen (21) osasisä-kammio, jolloin männänrungon (1) avoimen puolen suunnassa olevalla toisella osasisäkammiolla (21) on suurempi toimintahalkaisija kuin ensimmäisellä osasi-säkammiolla (20), ja 15 että ensimmäinen ilmakammio (16) on yhdistetty ensimmäiseen osasi- säkammioon (20) vähintään yhdellä ilman sisäänvirtauskanavalla (18, 19) ja toinen ilmakammio (17) on yhdistetty toiseen osasisäkammioon (21) vähintään yhdellä paluuvirtauskanavalla (23, 24).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttomoottorin mäntä, t u n- 20. e 11 u siitä, että toinen ilmakammio (17) muodostuu yhdestä osasta ja on sijoitettu toroidimaisesti ensimmäisen ilmakammion (16) ympärille. . . 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen polttomoottorin mäntä, .; : tunnettu siitä, että ensimmäinen ilmakammio (16) ja toinen ilmakammio (17) • · \ on yhdistetty kanavalla (11,12) toisiinsa.
4. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen polttomoottorin mäntä, • · : tunnettu siitä, että jäähdytysöljynsyötössä (5, 9) on putken muotoinen kap- "**· pale (9), joka on sijoitettu männänpään (2) vastaiseen osaan (8) männänrunkoa :T: (1) sen pitkittäisakseliin (3) nähden olennaisesti keskeisesti, ja että vähintään yksi ilman sisäänvirtauskanava (18, 19) on sijoitettu männän pitkittäisakselin (3) kans- _ 30 sa olennaisesti yhdensuuntaisesti ja mahdollisimman pienellä sivusuuntaisella . ·: etäisyydellä putken muotoisesta kappaleesta (9). • · ·
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen polttomoottorin mäntä, tunnettu siitä, että vähintään yksi ilman sisäänvirtauskanava (18, 19) on yh- :: distetty osasisäkammioon (20) alueella (30), jossa on suurin ilmanpaine. «
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen polttomoottorin mäntä, tunnettu siitä, männänrungon(1) kummankinosasisäkammion (20, 21) välis- # · 8 104112 sä oleva ylimenokohta on muodostettu yhdeksi jokseenkin poikittain männän pit-kittäisakseliin (3) nähden sijaitsevaksi ylimenopinnaksi (22).
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen polttomoottorin mäntä, tunnettu siitä, männänrunkoon (1) sijoitettu vähintään yksi paluuvirtauskana-5 va (23, 24) on sijoitettu männän pitkittäisakselin (3) kanssa olennaisesti yhdensuuntaisesti ja että tämä vähintään yksi paluuvirtauskanava (23, 24) yhtyy toisella päällään toiseen ilmakammioon (17) tai ainoaan ilmakammioon (16) ja toisella päällään ylimenopintaan (22). • · • ψ • · · • · • · · • · · • · • · · • · · • · · ··· • · 1 • · 9 m • · ♦ • · ♦ « · · · · · • 1 » • i t « « I · · • · i · 9 104112