NL7811523A

NL7811523A - IC engine piston seal protection system - uses thin layer of air introduced between piston and cylinder liner

Info

Publication number: NL7811523A
Application number: NL7811523A
Authority: NL
Original assignee: Townsend Engineering Co
Priority date: 1978-11-23
Filing date: 1978-11-23
Publication date: 1980-05-28
Also published as: NL174579C; NL174579B

Abstract

An i.c. engine piston seal is protected by introducing air into the annular space define between the piston and cylinder liner. This air cools both the cylinder liner and the elongated central part of the piston. This cooling can be assisted by reducing the conduction of heat between the upper and lower parts of the piston, cooling can also be increased by reducing the heat transfer between the cylinder head and cylinder liner.

Description

* X* X

VV

Aa

Townsend Enginepaftng Company, te Des Moines, Iowa, Verenigde Staten van AmerikaTownsend Enginepaftng Company, Des Moines, Iowa, United States of America

VerbrandingsmotorCombustion engine

De uitvinding heeft betrekking op een motor met inwendige verbranding en met name op een verbrandingsmotor welke is voorzien van middelen voor het beletten van de overdracht van warmte naar de cilinder-voering en de zuiger, waarbij de afdichtingsringen en smeerolie op een 5 betrekkelijk lage temperatuur worden gehouden terwijl de verbrandings- kamer en de zuigerkop betrekkelijk warm zijn.The invention relates to an internal combustion engine and in particular to an internal combustion engine which is provided with means for preventing the transfer of heat to the cylinder liner and the piston, the sealing rings and lubricating oil being heated to a relatively low temperature. while the combustion chamber and piston head are relatively warm.

Er treden in de praktijk koelproblemen op in motoren met inwendige verbrandng en met name in roterende verbrandingsmotoren. Zo is het bijvoorbeeld in dieselmotoren vooral wenselijk de verbrandings-10 kamer op een zeer hoge temperatuur te houden zodat een verbeterde ontsteking en vermogenskarakteristiek worden verkregen. Indien de ver-brandingskamer op voldoende hoge temperaturen wordt gehouden zodanig dat de gewenste ontsteking wordt verkregen heeft een warmte-overdracht plaats naarde cilinders en de zuigers zodat het zeer moeilijk is de 15 zuigerringen en de legeroppervlakken te smeren omdat de smeerkwaliteit van de olie onder dergelijke zeer hoge temperaturen afneemt.In practice, cooling problems occur in internal combustion engines and in particular in rotary combustion engines. For example, in diesel engines it is especially desirable to keep the combustion chamber at a very high temperature so that an improved ignition and power characteristic are obtained. If the combustion chamber is kept at sufficiently high temperatures such that the desired ignition is obtained, a heat transfer takes place to the cylinders and the pistons, so that it is very difficult to lubricate the piston rings and the bearing surfaces because the lubrication quality of the oil under such very high temperatures.

Volgens de uitvinding wordt een aandrijfas draaibaar aangebracht in een gestel van de verbrandingsmotor welke as zich daarvan uit buitenwaarts uitstrekt. Een rotorplaat is op de aandrijfas in het 20 gestel van de verbrandingsmotor aangebracht en draait daarmede en is voorzien van een daarop bevestigde nok. Een terugleidnok is eveneens aangebracht op de aandrijfas en daarmede draaibaar. Cilindervoeiingn hebben zuigers die daarop verschuifbaar zijn aangebracht. Elke zuiger heeft een paar daarop aangebrachte rollen die respectievelijk in aanraking 25 zijn met de nok en de terugleidnok zodat de zuiger tussen zijn uiterste standen verplaatsbaar is. Een cilinderkop is aangebracht op elk der cilindervoeringen en heeft een daarin aangebrachte koepelvormige ver-brandingskamer die de koepelvormige zuigerkop kan opnemen wanneer de 7311523 ·According to the invention, a drive shaft is rotatably mounted in a frame of the internal combustion engine, which shaft extends outwardly therefrom. A rotor plate is mounted on the drive shaft in the frame of the internal combustion engine and rotates therewith and is provided with a cam mounted thereon. A return cam is also mounted on the drive shaft and rotatable therewith. Cylinder liners have pistons slidably mounted thereon. Each piston has a pair of rollers mounted thereon which contact the cam and the return cam, respectively, so that the piston is movable between its extreme positions. A cylinder head is mounted on each of the cylinder liners and has a domed combustion chamber disposed therein which can receive the domed piston head when the 7311523 ·

XX

2 zuiger zich in zijn bovenste stand bevindt. Er is een orgaan aangebracht voor het inbrengen van vloeibare brandstof in de binnenzijde van de ver-brandingskamer. De cilindervoeringen en koppen worden gescheiden door een warmteisolerende pakking zodat de warmte van de verbranding niet 5 gemakkelijk vanaf de cilinderkop naar de cilindervoeringen wordt over gebracht. Het ontwerp van de kamer en de zuigerkop is zodanig dat een kleine "luchtruimte" daartussen wordt verschaft die de absorptie van warmte in de zuigerkop en de cilinderkopwand vertraagt. Er wordt koellucht toegevoerd aan de cilindervoering en rondom de koepelvormige 10 zuigerkop gericht teneinde deze te koelen. De zuigerringen van de zuiger glijden op afdichtingsoppervlakken die van de cilinderkop zijn gescheiden.2 piston is in its top position. A means for introducing liquid fuel into the interior of the combustion chamber is provided. The cylinder liners and heads are separated by a heat insulating gasket so that the heat of combustion is not easily transferred from the cylinder head to the cylinder liners. The design of the chamber and the piston head is such that a small "air space" is provided therebetween which retards the absorption of heat in the piston head and the cylinder head wall. Cooling air is supplied to the cylinder liner and directed around the domed piston head to cool it. The piston piston rings slide on sealing surfaces separated from the cylinder head.

In een gewijzigde uitvoeringsvorm van de zuigerkop wordt een paar tegenovergelegen luchtafbuigvimen gebruikt die er voor zorgen 15 dat de koellucht over het uiteinde van de zuiger stroomt in plaats van rondom de zuigerkop. Een andere uitvoeringsvorm van de zuigerkop gebruikt een gefreesd oppervlak bij het uitlaateinde daarvan teneinde behulpzaam te zijn bij de afvoer van koel- en uitlaatgassen uit de binnenzijde van de cilinder. Nog een andere gewijzigde uitvoeringsvorm van de zuiger-20 hop heeft centrale zijdelen die de vorm hebben van een cilinder.In a modified embodiment of the piston head, a pair of opposed air deflecting vims are used to cause the cooling air to flow over the end of the piston rather than around the piston head. Another embodiment of the piston head uses a milled surface at its outlet end to assist in the evacuation of cooling and exhaust gases from the interior of the cylinder. Yet another modified embodiment of the piston-20 hop has central side parts that are in the shape of a cylinder.

De uitvinding beoogt een motor met inwendige verbranding te verschaffen die werkzaam kan zijn bij hogere temperaturen in de ver-brandingskamer terwijl tegelijkertijd de oppervlakken, waarop de ringen een afdichtende aanraking verschaffen, een aanzienlijk lagere temperatuur 25 verkrijgen.The object of the invention is to provide an internal combustion engine which can operate at higher temperatures in the combustion chamber while at the same time the surfaces on which the rings provide a sealing contact obtain a considerably lower temperature.

De uitvinding verschaft eveneens een verbrandingsmotor waarvan de cilinderkoppen en de cilindervoeringen gescheiden zijn door warmteisolerende pakkingen.The invention also provides a combustion engine, the cylinder heads and cylinder liners of which are separated by heat insulating gaskets.

De verbrandingsmotor volgens de uitvinding is voorzien van 33 middelen voor het vertragen van de absorptie van warmte naar de cilinder koppen, voeringen en zuigers.The internal combustion engine according to the invention is provided with 33 means for delaying the absorption of heat to the cylinder heads, liners and pistons.

Er wordt een kleine "luchtruimte" tussen een zuigerkop en een verbrandingskamer gebruikt voor het vertragen van de absorptie van warmte in een groot deel van de zuigerkop en de wanden van de verbrandings-35 kamer.A small "air space" between a piston head and a combustion chamber is used to delay the absorption of heat in much of the piston head and the walls of the combustion chamber.

7 Q 1 1 % *7 Q 1 1% *

ƒ ö i i *J \Jƒ ö i i * J \ J

3 t3 t

De onderhavige verbrandingsmotor gebruikt een kleine "lucht-ruimte" tussen een koepelvormige zuigerkop en de binnenwand van de cilindervoering zodat de koellucht in de vorm van een breed luchtgordijn wordt uitgespreid ter verkrijging van een meer doelmatige koeling.The present internal combustion engine uses a small "air space" between a domed piston head and the inner wall of the cylinder liner so that the cooling air is spread in the form of a wide air curtain to provide more efficient cooling.

5 In de onderhavige verbrandingsmotor zijn de zuigerringen in aanzienlijke mate gescheiden van de verbrandingskamer en eveneens zijn de verbrandingskamer en de ringafdichtingsoppervlakken gescheiden.In the present combustion engine, the piston rings are substantially separated from the combustion chamber, and the combustion chamber and the ring sealing surfaces are also separated.

De onderhavige verbrandingsmotor is economisch te vervaardigen, heeft een lange levensduur en heeft een fraai uiterlijk.The present combustion engine is economical to manufacture, has a long service life and has an attractive appearance.

10 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.The invention will now be further elucidated with reference to the drawing.

Fig, 1 toont een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding.Fig. 1 shows a partial perspective view of the internal combustion engine according to the invention.

Fig, 2 toont een gedeeltelijke doorsnede, gezien volgens de 15 pijlen 2-2 van fig. 1.Fig. 2 shows a partial cross-section, seen according to the arrows 2-2 of Fig. 1.

Fig. 3 toont een eindaanzicht, gezien volgens de pijlen 3-3 van fig. 2.Fig. 3 shows an end view, seen according to arrows 3-3 of FIG. 2.

Fig. k toont een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van een zuiger in zijn laagste stand.Fig. k shows a partial perspective view of a piston in its lowest position.

20 Fig. 5 toont op grote schaal een doorsnede, gezien volgens de pijlen 5-5 van fig. 3.FIG. 5 is a large-scale sectional view taken according to arrows 5-5 of FIG. 3.

Fig. 6 toont op grote schaal een doorsnede, gezien volgens de pijlen 6-6 van fig. 3.Fig. 6 is a large-scale sectional view taken according to arrows 6-6 of FIG. 3.

Fig. T toont op grote schaal een doorsnede, gezien volgens 25 de pijlen 7-7 van fig. 3.Fig. T shows on a large scale a cross-section, seen according to arrows 7-7 of fig. 3.

Fig. 8 toont een aanzicht van de cilindervoering volgens de uitvinding.Fig. 8 shows a view of the cylinder liner according to the invention.

Fig. 9 toont op grote schaal een doorsnede, gezien volgens de pijlen 9-9 van fig. 8.Fig. 9 is a large-scale sectional view taken according to arrows 9-9 of FIG. 8.

30 Fig. 10 toont een perspectivisch aanzicht van de nok van de verbrandingsmotor.FIG. 10 shows a perspective view of the cam of the combustion engine.

Fig. 11 toont een zijaanzicht van de nok van fig. 10.Fig. 11 shows a side view of the cam of FIG. 10.

Fig. 12 toont een perspectivisch aanzicht van de terugleid-nok van de verbrandingsmotor.Fig. 12 shows a perspective view of the return cam of the internal combustion engine.

35 Fig. 13 toont een zijaanzicht van de nok van fig. 12.FIG. 13 shows a side view of the cam of FIG. 12.

7811523 f b7811523 f b

Fig. 1U toont een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van een gewijzigde uitvoeringsvorm van de zuigerkop.Fig. 1U shows a partial perspective view of a modified embodiment of the piston head.

Fig. 15 toont een aanzicht, gelijk aan dat van fig. 6, behalve dat de zuiger van fig, 1U is gebruikt.Fig. 15 shows a view similar to that of FIG. 6, except that the piston of FIG. 1U is used.

5 Fig. 16 toont een aanzicht, gelijk aan dat van fig. 7, behalve dat de gewijzigde zuiger volgens fig. 1U is gebruikt.FIG. 16 is a view similar to that of FIG. 7 except that the modified piston of FIG. 1U has been used.

Fig. 17 toont op grote schaal een doorsnede volgens een vlak loodrecht op dat van fig. 7.Fig. 17 is a large-scale sectional view taken at right angles to that of FIG. 7.

Fig. 18 toont een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van 10 een gewijzigde uitvoeringsvorm van de zuiger, getoond in zijn expansie- stand,Fig. 18 shows a partial perspective view of a modified embodiment of the piston, shown in its expansion position,

Fig. 19 toont een doorsnede, gelijk aan die van fig. 17» waarin echter de gewijzigde zuiger van fig. 18 in zijn compressiestand is vertoond.Fig. 19 shows a section similar to that of FIG. 17 showing the modified piston of FIG. 18 in its compression position.

15 .. De verbrandingsmotor volgens de uitvinding is met 10 aangegeven en bevat een gestel of blok 12 met eindgestellen 1U en 16 met een cilindrisch gestel 18 dat daarop is vastgezet en -zich daartussen uitstrekt. Een aandrijfas 20 is draaibaar aangebracht in de verbrandingsmotor, zoals het best in fig. 2 is aangegeven. Een einde van de as 20 is 20 aangebracht in een leger 22 dat in het eindgestel 16 is bevestigd. De as 20 is eveneens draaibaar aangebracht in een leger 2b dat is aangebracht in een verlengstuk 26 dat is vastgelast op het buitenoppervlak van het eindgestel It. Een afdichting 28 is om de as 20 aangebracht, zoals getoond in fig. 2.15. The internal combustion engine according to the invention is indicated by 10 and comprises a frame or block 12 with end frames 1U and 16 with a cylindrical frame 18 fixed thereon and extending therebetween. A drive shaft 20 is rotatably mounted in the combustion engine, as best shown in Figure 2. One end of the shaft 20 is mounted in a bearing 22 mounted in the end frame 16. The shaft 20 is also rotatably mounted in a bearing 2b mounted in an extension 26 welded to the outer surface of the end frame It. A seal 28 is fitted about the shaft 20, as shown in Fig. 2.

25 Een rotor 30 is op de as 20 vastgezet en draait daarmede.A rotor 30 is fixed on the shaft 20 and rotates therewith.

Een nok 32 is op de rotor 30 bevestigd met behulp van tapbouten 35.A cam 32 is mounted on the rotor 30 using cap screws 35.

Zoals getoond in de fig. 10 en 11 is de>hok 32 ringvormig en voorzien van een nokoppervlak 3^ dat daarop is aangebracht. Een terugleidnok 36 is op de as 20 aangebracht en daarop vastgezet teneinde daarmede te roteren, 30 en bevat een nokoppervlak 38 dat daarop is aangebracht.As shown in FIGS. 10 and 11, the loft 32 is annular and has a cam surface 3 ^ mounted thereon. A return cam 36 is mounted on shaft 20 and secured thereon to rotate therewith, 30 and includes a cam surface 38 mounted thereon.

Een paar cilindervoeringen ^0 en UO' is aangebracht in openingen k2 en k2' in het eindgestel 16 en wordt daarin vastgehouden met behulp van bouten kk zoals hierna zal worden beschreven. Aangezien elk der cilindervoeringen gelijk is zal alleen de cilindervoering ko 35 en de daarop betrekking hebbende structuur in bijzonderheden worden be- 7 8 1 1 Ά 9 t ♦*· i 5 schreven, waarbij met een een identieke cilindervoering ho'en de daarop betrekkende structuur is aangegeven.A pair of cylinder liners 00 and U0 'is provided in openings k2 and k2' in the end frame 16 and is held therein by bolts kk as will be described below. Since each of the cylinder liners is the same, only the cylinder liner ko 35 and the related structure will be described in detail. 7 8 1 1 Ά 9 t ♦ * · i 5, whereby with an identical cylinder liner the corresponding structure is indicated.

Zoals getoond in fig. 8 is de voering bo voorzien van een deel b6 met kleine middellijn dat een schouder 1*8 vormt welke tegen de 5 schouders 50 in het eindgestel 16 is opgenomen. De voering *+0 is op een zijde voorzien van een aantal inlaatopeningen 52 en grotere uitlaatope-ningen 5¼ die op de andere zijde z&i aangebracht. De voer/ing^O heeft een cilindrische kamer 56 die begrensd wordt door het wandoppervlak 58. De cilinderkop 60 is vastgezet op het buiteneinde van de cilindervoering k0 10 en op het eindgestel 16 en wel door middel van de bouten ^ (fig. 6)^ en is voorzien van een koepelvormige verbrandingskamer 62. De verbrandings-kamer 62 zal worden beschreven als zijnde gevormd door een zijwand 6b en een bovenwand 66. Het verwijzingscijfer 68 heeft betrekking op een brand-stofinspuitorgaan dat in verbinding staat met de verbrandingskamer 62, 15 zoals getoond in fig. 15, zodanig dat vloeibare brandstof op het juiste tijdstip daarheen wordt gevoerd. Een warmte isolerende pakking 70 is aangebracht tussen de cilinderkop 60 en de cilindervoering b0 teneinde de overdracht van warmte van de zeer warme cilinderkop 60 naar de cilindervoering U0 te vertragen.As shown in Fig. 8, the liner bo is provided with a small diameter portion b6 that forms a shoulder 1 * 8 which is received against the shoulders 50 in the end frame 16. The liner * + 0 is provided on one side with a number of inlet openings 52 and larger outlet openings 5¼ which are arranged on the other side. The feed has a cylindrical chamber 56 which is bounded by the wall surface 58. The cylinder head 60 is fixed on the outer end of the cylinder liner K0 10 and on the end frame 16 by means of the bolts ^ (Fig. 6). and includes a domed combustion chamber 62. The combustion chamber 62 will be described as being formed by a side wall 6b and a top wall 66. Reference 68 refers to a fuel injector communicating with the combustion chamber 62, 15 as shown in Fig. 15, such that liquid fuel is fed there at the appropriate time. A heat insulating gasket 70 is provided between the cylinder head 60 and the cylinder liner b0 to delay the transfer of heat from the very hot cylinder head 60 to the cylinder liner U0.

20 Zuigers 72 en 72' zijn verschuifbaar aangebracht in voeringen U0 en 1+01. De zuiger 72 bevat een mantel 7^ en een koepel vormige zuiger-kop 76. De te beschrijven zuigerkop 76 bevat een taps wandoppervlak 78 en een uiteinde 80. In de hieronder staande beschrijving zal worden verwezen naar de volgende delen van de zuigerkop 76: het uiteinde 80; 25 het centrale zijdeel. 78 en het bodemdeel 82A. De de voorkeur verdienende configuratie van het wandoppervlak 78 bestaat uit een taps toelopende koepel, zoals getoond in de tekening. Echter kan een cilindrisch wandoppervlak worden gebruikt. Een aantal afdichtingsringen of zuigerringen 82 is in groeven in de zuiger 72 tussen de kop 76 en de mantel 7** aan-30 gebracht, de afdichtingsringen zijn afdichtend in aanraking met het wandoppervlak 58 van de voering k0. De vorm van de zuigerkop 76 past bij de verbrandingskamer 62, ofschoon de kop iets kleiner is, zoals het best in fig. 7 is getoond. Fig. 5, 6 en 7 tonen een paar tegenovergelegen luchtafbuigvinnen 8k en 86, die zich vanuit de overstaande zijden van de 35 zuigerkop 76 uitstrekken voor een doel dat hierna in meer bijzonderheden 78 1 1 5 2 3 ί 6 zal worden beschreven. Een rol 88 is draaibaar aangebracht op de zuiger 72 en kan op het nokoppervlak van de nok 32 rollen. De rol 88 bevat een as 90 die zich daarvanuit uitstrekt en die een rol 92 heeft die draaibaar op het andere einde daarvan is bevestigd. De rol 92 kan op 5 het nokoppervlak 68 van de terugleidnok 36 rollen. Aldus drukt de nok 32 de zuiger 72 naar zijn ’’boven"stand terwijl de terugleidnok 36 de zuiger 72 naar zijn "onder"stand drukt.Pistons 72 and 72 'are slidably mounted in liners U0 and 1 + 01. The piston 72 includes a jacket 7 and a dome-shaped piston head 76. The piston head 76 to be described includes a tapered wall surface 78 and an end 80. In the description below, reference will be made to the following parts of the piston head 76: tip 80; 25 the central side part. 78 and the bottom part 82A. The preferred configuration of the wall surface 78 consists of a tapered dome, as shown in the drawing. However, a cylindrical wall surface can be used. A number of sealing rings or piston rings 82 are grooved in the piston 72 between the head 76 and the jacket 7 **, the sealing rings sealingly contact the wall surface 58 of the liner K0. The shape of the piston head 76 matches the combustion chamber 62, although the head is slightly smaller, as best shown in Fig. 7. Fig. 5, 6 and 7 show a pair of opposed air deflection fins 8k and 86 extending from the opposite sides of the piston head 76 for a purpose which will be described in more detail below. A roller 88 is rotatably mounted on the piston 72 and can roll on the cam surface of the cam 32. The roller 88 includes a shaft 90 extending therefrom and having a roller 92 rotatably mounted on the other end thereof. The roller 92 can roll on the cam surface 68 of the return cam 36. Thus, the cam 32 pushes the piston 72 to its "up" position while the return cam 36 pushes the piston 72 to its "down" position.

Met 9^ is een luchtinlaatleiding aangegeven die op het eind-gestel 16 is vastgezet met behulp van bouten 96 en die in verbinding 10 staat met een luchtinlaatopening 98. De luchtinlaatopening 98 staat in verbinding met een zich in dwarsrichting uitstrekkende luchtdoorgang 100 in het eindgestel 16, die in verbinding staat met de luchtinlaat-openingen 52 en 52' van respectievelijk de voeringen bo en Uo'. Het eindgestel 16 is eveneens voorzien van een zich in dwarsrichting uit-15 strekkende luchtdoorgang 102 die in verbinding staat met de openingen 5I4 en 5^' in respectievelijk de sleuven Uo en ^0'. Een uitlaatopening 1OU staat in verbinding met de luchtdoorgang 102. Met 106 is een uitlaat-leiding aangegeven die op het eindgestel 16 met behulp van bouten 108 is vastgezet. Lucht wordt in de openingen 9b en de luchtdoorgang 100 20 gedreven door een waaier of een aanjager (niet getoond). De uitlaat- openingen 5^ zijn bij voorkeur in geringe mate verzet ten opzichte van de luchtinlaatopeningen 52 zodat de uitlaatopeningen eerder zullen sluiten dan de inlaatopeningen, waardoor de aanjaagdruk binnen de voeringen kan worden gehandhaafd. Dit zou tot stand gebracht kunnen worden door een 25 lagere plaatsing van de uitlaatopening 5b ten opzichte van de inlaat- opening 52, zoals getoond in fig. b.9 ^ denotes an air inlet conduit secured to the end frame 16 by bolts 96 and communicating 10 with an air inlet opening 98. The air inlet opening 98 communicates with a transversely extending air passage 100 in the end frame 16 communicating with the air inlet openings 52 and 52 'of the linings bo and Uo', respectively. The end frame 16 is also provided with a transversely extending air passageway 102 which communicates with openings 514 and 5 'in slots U0 and 0', respectively. An outlet opening 10U communicates with air passage 102. 106 denotes an outlet line secured to end frame 16 by bolts 108. Air is forced into the openings 9b and the air passage 100 by a fan or a blower (not shown). The exhaust vents 5 are preferably offset slightly from the air intake vents 52 so that the exhaust vents will close earlier than the intake vents, thereby allowing the boost pressure within the liners to be maintained. This could be accomplished by lowering the outlet opening 5b relative to the inlet opening 52, as shown in Fig. B.

Het verwijzingscijfer 110 heeft betrekking op een koperen band die zich rondom elke cilindervoering uitstrekt teneinde behulpzaam te zijn bij het verschaffen van een gelijkmatige verdeling van de tempe-30 ratuur rondom de cilindervoering. Met andere woorden de cilindervoering is het warmst vlak bij de uitlaatopeningen 5b. De koperen band 110 geleidt de warmte rondom de voering teneinde een nagenoeg gelijkmatige temperatuur rondom de voering tot stand te brengen.Reference numeral 110 refers to a copper band that extends around each cylinder liner to assist in providing an even distribution of temperature around the cylinder liner. In other words, the cylinder liner is hottest near the outlet openings 5b. The copper strip 110 conducts heat around the liner to create a substantially uniform temperature around the liner.

Indien gewenst kan een koperen plaat 112 (niet getoond) 35 in de zuigerkop 76 zijn aangebracht teneinde op dezelfde manier een meer 7 -¾ 1 ;j ^ ^ / IV i I v "« % l τ gelijkmatige temperatuur tussen de uitlaat- en inlaatzijden daarvan te verschaffen.(Zie de fig, 6 en 7). Bij voorkeur bevattende cilinderkoppen, de cilindervoeringen en de zuigers een materiaal met een geringe warmte-geleiding, zoals roestvrij staal of dergelijke. Roeshrij staal is 5 een legering op ijzerbasis en bevat nikkel en chroom, waarbij meer dan 12$ chroom aanwezig is voor het verschaffen van een kalmte, maar minder dan 30$. Roestvrij staal is gewenst omdat dit een veel lagere warmte-geleiding heeft dan gietijzer. Zo heeft bijvoorbeeld bij kamertemperatuur gietijzer een warmtegeleidingscoëfficient van 0,112, in tegenstelling 10 tot roestvrij staal (AISI type 30¼) dat een warmtegeleidingscoëfficient van 0,036 heeft, Het type 30¼ verdient de voorkeur en bevat 18$- 20$ chroom en 8-12 delen nikkel. De 300 series (AISI types) van roestvrij staal verdienen de voorkeur boven andere series.If desired, a copper plate 112 (not shown) 35 may be disposed in the piston head 76 in the same manner to provide a more uniform temperature between the outlet and inlet sides in the same manner. (See FIGS. 6 and 7) Preferably cylinder heads, cylinder liners and pistons contain low heat conductivity material such as stainless steel or the like. Rushed steel is an iron-based alloy and contains nickel and chromium, with more than $ 12 chromium present to provide calmness, but less than $ 30. Stainless steel is desirable because it has much lower heat conductivity than cast iron, for example, cast iron has a heat conduction coefficient of 0.112 at room temperature , unlike 10 to stainless steel (AISI type 30¼) which has a heat conduction coefficient of 0.036, The type 30¼ is preferred and contains 18 $ - 20 $ chromium and 8-12 parts nickel The 300 series (AISI types) of stainless steel are preferred over other series.

De fig. 1^16 tonen een gewijzigde uitvoeringsvorm van de 15 zuigerkop. De zuigerkop J8 is voorzien van een uitgesneden of gefreesd gebied 11¼ dat op een zijde daarvan is aangebracht teneinde de doorgang van uitlaatgassen en koellucht naar de uitlaatopeningen 5¼ te vergemakkelijken. De cilinderkop 60 is voorzien van een inzetstuk 116 in de kamer 62 teneinde een compensatie te verschaffen voor het uitgefreesde ge-20 bied 11¼ van de zuigerkop 78 wanneer de zuiger zich in zijn bovenstand bevindt, zoals getoond in fig. 16.Figures 1 ^ 16 show a modified embodiment of the piston head. The piston head J8 has a cut or milled 11¼ area mounted on one side thereof to facilitate the passage of exhaust gases and cooling air to the exhaust openings 5¼. The cylinder head 60 is provided with an insert 116 in the chamber 62 to provide compensation for the milled area 11¼ of the piston head 78 when the piston is in its upper position, as shown in Fig. 16.

Tijdens bedrijf wordt vloeibare brandstof aan de ver-brandingskamers 62 en 62' toegevoerd door de brandstofinspuitorganen respectievelijk 68 en 68'. Luchtonder druk wordt toegevoerd aan de 25 opening 98 zodat lucht in de binnenzijden van de cilindervoeringen ^ en to* wordt toegevoerd wanneer de zuigers zich in hun onderstanden bevinden, zoals getoond in fig. 5. Wanneer de zuigers zich in hun boenstand bevinden zijn de afd/ichtingsringen 82 geplaatst boven de ope-ningen 52 en 5¼ teneinde de luchtstroom naar de binnenzijde van de 30 cilinders en de afvoer van lucht daaruit naar buiten te vermijden.During operation, liquid fuel is supplied to the combustion chambers 62 and 62 'by the fuel injectors 68 and 68', respectively. Pressurized air is supplied to the opening 98 so that air is fed into the inner sides of the cylinder liners ^ and to * when the pistons are in their bottom positions, as shown in Fig. 5. When the pistons are in their scrubbing position, the Grommets 82 placed above openings 52 and 5¼ to avoid airflow to the inside of the cylinders and exhaust of air therefrom.

Aangenomen dat de zuiger J2 zich in de bovenstand van fig. 7 bevindt en dat brandstof wordt toegevoerd aan de verbrandingskamer en de compressie heeft plaats gehad, zal de ontsteking van de brandstof gepaard gaan met de ontwikkeling van warmte en druk in de verbrandings-85 kamer. Tijdens de verbranding zijn de binnenzijden van de cilinderkop 78 1 1 3 2 3 ƒ 8 en de zuigerkop, die het grootste deel van de verbrandingskamer vormen, aan zeer hoge temperaturen als gevolg van de verbranding blootgesteld, waarbij echter het gebied tussen de tapse zijwanden van de zuiger en de tapse zijwanden 6*+ van de cilinderkop 60 werkzaam zijn als een dode ruim-5 te of een luchtruimte waarin de gassen worden opgevangen en waarbij een zeer geringe turbulentie of reiniging van het oppervlak mogelijk is. De luchtspleet is met 118 aangegeven. Bijvoorkeur bedraagt de grootte van -de luchtspleet 118 een paar honderdsten van millimeters wanneer de zuiger zich in de congressiestand van fig. 7 bevindt. De breedte van de lucht-10 spleet 118 bedraagt bij voorkeur 1,59 mm wanneer de zuiger zich in zijn expansiestand bevindt, getoond in fig. 6. In de "bovenste" stand van fig. 7 onttrekken de zuiger en de wanden van de kop 60 warmte uit de lucht en de brandstof in de spleet 118, waardoor een verbranding in de spleet wordt verhinderd. Omdat de spleet aldus is beperkt bevindt zich daarin een 15 zeer geringe hoeveelheid brandstof. Daar de spleet 118 kleiner is dan de zuiger is in zijn bovenste stand wordt een betere compressie binnen de verbrandingskamer bereikt. Voorts verkleint de nauwe vorm van de luchtspleet 118 tijdens de compressie de luchtturbulentie daarin waardoor de zuiger en de verbrandingskamerwanden worden geïsoleerd tegen de verbran-20 dingswa/rmte. De verbranding heeft in wezen niet plaats in de luchtspleet 118 wanneer de zuiger zich in zijn bovenste stand bevindt. Als gevolg daarvan wordt het centrale zijdeel 78 van de zuiger 76 en de wanden van de cilinder die zich daar vlak bij bevinden afgeschermd, geïsoleerd en beschermd tegen de zeer hoge verbrandingstemperatuur waaraan het boven-25 deel 80 van de zuiger is blootgesteld. Dit is vooral het geval gedurende de eerste 20% van de compressieslag. Hierdoor wordt het benedendeel 82A van de zuiger beschermd tegen deze buitensporige warmte.Assuming that the piston J2 is in the upper position of Fig. 7 and that fuel is supplied to the combustion chamber and the compression has taken place, the ignition of the fuel will be accompanied by the development of heat and pressure in the combustion chamber 85 . During combustion, the interior sides of the cylinder head 78 1 1 3 2 3 ƒ 8 and the piston head, which form the bulk of the combustion chamber, are exposed to very high temperatures from combustion, but the area between the tapered side walls of the piston and the tapered side walls 6 * + of the cylinder head 60 act as a dead space or an air space in which the gases are collected and whereby a very low turbulence or cleaning of the surface is possible. The air gap is indicated by 118. Preferably, the size of the air gap 118 is a few hundredths of millimeters when the piston is in the congress position of Figure 7. The width of the air-gap 118 is preferably 1.59 mm when the piston is in its expansion position, shown in Fig. 6. In the "top" position of Fig. 7, the piston and the walls of the head are extracted 60 heat from the air and fuel in the slit 118, preventing combustion in the slit. Because the gap is thus limited, it contains a very small amount of fuel. Since the slit 118 is smaller than the piston in its upper position, better compression within the combustion chamber is achieved. Furthermore, the narrow shape of the air gap 118 during compression reduces air turbulence therein, thereby isolating the piston and combustion chamber walls from the combustion heat. The combustion essentially does not take place in the air gap 118 when the piston is in its top position. As a result, the central side portion 78 of the piston 76 and the walls of the cylinder adjacent thereto are shielded, insulated and protected from the very high combustion temperature to which the upper portion 80 of the piston is exposed. This is especially the case during the first 20% of the compression stroke. This protects the lower part 82A of the piston from this excessive heat.

Wanneer de zuiger zich in zijn benedenstand bevindt, zoals getoond in fig. 6, wordt de luchtspleet 118 aanzienlijk groter en dient 30 deze luchtspleet als een luchtspleet voor grote snelheid voor het op nemen van de koellucht.When the piston is in its down position, as shown in Fig. 6, the air gap 118 becomes considerably larger and this air gap serves as a high velocity air gap for receiving the cooling air.

Het effect van de werking van de luchtspleet 118, zoals hierboven is beschreven, in samenwerking met de isolatiepakking 70 en het materiaal met geringe warmtegeleiding van de componenten van de ver-35 brandingsmotor, dient om het benedendeel 82A van de zuiger en het wand- ' 78 1 1 5 2 3 Λ 9 oppervlak 58, die in aanraking zijn met de zuigerringen 82, op een aanzienlijk lagere temperatuur te houden dan het bovendeel 80 van de zuiger en de cilinderkop 6o. Dus kan do temperatuur van het bovendeel 80 van de zuiger 538°C zijn, terwijl het benedendeel 82A van de zuiger en de cj cilinderwanden, waarmede de zuigerringen in aanraking zijn, een tempe ratuur van 121°C - 1U9°C kunnen hebben.The effect of the operation of the air gap 118, as described above, in conjunction with the insulating gasket 70 and the low heat conductivity material of the components of the combustion engine, serves to lower the piston lower part 82A and the wall. 78 1 1 5 2 3 Λ 9 surface 58, which are in contact with the piston rings 82, at a considerably lower temperature than the upper part 80 of the piston and the cylinder head 6o. Thus, the temperature of the upper part 80 of the piston can be 538 ° C, while the lower part 82A of the piston and the cylinder walls with which the piston rings are in contact can have a temperature of 121 ° C - 1 ° 9 ° C.

De kracht van de verbranding doe-t de zuigers vanuit de bovenstand van fig. 7 bewegen naar de benedenstand van fig. 6, waardoor de nok 32, de rotorplaat 30 en de aandrijfas 2D gaan draaien. Wanneer de •]q zuiger zich in de benedenstand, getoond in fig. 7* bevindt, komen de inlaat- en uitlaatopeningen vrij te liggen waardoor de spoel, koel en vullucht door ch inlaatopening 52 en omhoog door de spleet tussen de zuigerkop en de cilinderwand kan worden geblazen, zoals getoond in fig. 5.The force of combustion causes the pistons to move from the top of Figure 7 to the bottom of Figure 6, causing the cam 32, the rotor plate 30 and the drive shaft 2D to rotate. When the piston is in the down position shown in Fig. 7 *, the inlet and outlet vents are exposed, exposing the coil, cool and fill air through ch inlet opening 52 and up through the gap between the piston head and the cylinder wall can be blown, as shown in fig. 5.

* d.rt ·* d.rt

De lucht, die in de inlaatopenmgen is geblazen, spoelt'Üitlaatgassen 1^ weg en verschaft extra koellucht naar beneden door de opening op de andere zijde van de zuigerkop en naar buiten door de uitlaatopeningen 5I+ a die de halve cilinder omringen. De koepel vormige zuigerkop spreidt op doelmatige wijze de koellucht uit tot een breed gordijn dat zich bevindt zeer dicht bij dezelfde oppervlakken van de cilinder en zuiger 20 en langs deze oppervlakken strijkt, welke oppervlakken tijdens de ver branding de warmte traag absorberen. De vinnen 81+ en 86 zijn facultatief en zijn zodanig ontworpen dat de binnenstromende lucht over het bovendeel van de zuigerkop stroomt, zoals aangegeven met pijlen in fig. 5. Zonder vinnen 8U en 86 zou enige lucht in plaats van over de bovenzijde van de 25 zuigerkop rondom de zuigerkop stromen.The air blown into the intake ports purge exhaust gases and provide additional cooling air down through the opening on the other side of the piston head and out through the exhaust openings surrounding the half cylinder. The dome-shaped piston head efficiently spreads the cooling air into a wide curtain located very close to the same surfaces of the cylinder and piston 20 and strokes along these surfaces, which surfaces slowly absorb heat during combustion. The fins 81+ and 86 are optional and are designed so that the inflowing air flows over the top of the piston head, as indicated by arrows in fig. 5. Without fins 8U and 86, some air instead of over the top of the 25 piston head flow around the piston head.

Het verdient eveneens de voorkeur dat een roestsrij staal met een geringe warmtegeleiding voor de cilinderkop, cilindervoeringen, en zuigers wordt gebruikt, zodat de warmte van de zuigerkop en cilinderkop, die een hoge temperatuur hebben en de verbrandingskamer vormen, 30 niet gemakkelijk naar de te koelen oppervlakken zal worden geleid.In feite wordt een hoge temperatuur gehandhaafd in het verbrandingsgebied en wordt een lage temperatuur voor de zuigerringafdichtingsoppervlakken en legeroppervlakken van de cilinder gehandhaafd. Dit komt tot stand door het verschaffen van de hierboven vermelde "dode luchtruimte", waarbij 35 een verlies aan warmte door de koellucht wordt versneld doordat de koel- 7 8 1 1 5 23 10 lucht wordt uitgespreid tot een breed gordijn, zoals hierboven is vermeld.It is also preferred that a stainless steel with low heat conductivity be used for the cylinder head, cylinder liners, and pistons so that the heat from the piston head and cylinder head, which have a high temperature and form the combustion chamber, is not easy to cool. In fact, a high temperature is maintained in the combustion area and a low temperature for the piston ring sealing surfaces and bearing surfaces of the cylinder is maintained. This is accomplished by providing the above-mentioned "dead air space", which accelerates a loss of heat by the cooling air by spreading the cooling air to a wide curtain, as mentioned above .

Opgemerkt wordt dat de warmteisolerende pakking 70 er voor zorgt dat vermeden wordt dat de warmte van de cilinderkop met zeer 5 hoge temperaturen naar de cilindervoering wordt overgebracht, De afdichtingaingen 82 verschuiven niet op het inwendige wandoppervlak van de cilinderkop maar verschuiven alleen op het inwendige wandoppervlak van de cilindervoering, welke op een veel lagere temperatuur wordt gehouden dan de cilinderkop. Aldus ligt, aangezien de afdichtingsopper-10 vlakken van de afdichtingsringen op een veel lagere temperatuur worden gehouden dan de cilinderkop, de temperatuur hiervan een heel eind binnen de practische grenzen van de smering. De constructie van de verbrandingsmotor maakt het eveneens mogelijk de cilinderkop op een zeer hoge temperatuur te houden zodat een verbeterde ontsteking en een betere vermogens-15 karakteristiek worden verkregen. De koperen band 110 is eveneens facul tatief en dient voor een gelijkmatig spreiden van de temperatuur rondom de buitenzijde van de cilinderkop, zoals hierboven is besproken, De band 112 op de zuigerkop is eveneens facultatief en dient voor een meer gelijkmatige verdeling van de warmte rondom de cilinderkop.It is noted that the heat insulating gasket 70 ensures that the heat from the cylinder head is transferred to the cylinder liner at very high temperatures. The sealing rings 82 do not shift on the internal wall surface of the cylinder head but only shift on the internal wall surface of the cylinder head. the cylinder liner, which is kept at a much lower temperature than the cylinder head. Thus, since the sealing surfaces of the sealing rings are maintained at a much lower temperature than the cylinder head, its temperature is well within the practical limits of lubrication. The construction of the internal combustion engine also makes it possible to keep the cylinder head at a very high temperature, so that an improved ignition and a better power characteristic are obtained. The copper band 110 is also optional and serves to evenly spread the temperature around the outside of the cylinder head, as discussed above. The band 112 on the piston head is also optional and serves to distribute the heat more evenly around the cylinder head. cylinder head.

20 De fig. 1U t/m 16 tonen een gewijzigde uitvoeringsvorm van de zuigerkop en de verbrandingskamer. De zuigerkop j8 is voorzien van een gefreesd gebied 11h dat de uitlaatzijde van de zuigerkop vormt, zoals getoond in de tekening. Het gefreesde gebied is aangebracht teneinde een snellere en doelmatigerluchtstroom door de zuiger naar de afvoer-25 openingen 5^ mo£gLijk te maken. Het vulstuk of inzetstuk 116 is eenvoudig in de verbrandingskamer aangebracht teneinde de binnenzijde van de verbrandingskamer aan te passen aan de vorm van het verkregen gebied 114.Figures 1U to 16 show a modified embodiment of the piston head and the combustion chamber. The piston head j8 is provided with a milled area 11h which forms the outlet side of the piston head, as shown in the drawing. The milled area is arranged to make a faster and more efficient airflow through the piston to the exhaust openings. The shim or insert 116 is simply mounted in the combustion chamber in order to adapt the inside of the combustion chamber to the shape of the obtained area 114.

De gewijzigde zuiger 72* vein fig. 18 heeft een centraal zijdeel 7δΑ dat cilindrisch is gevormd. Een ruimte 118A is aanwezig rond-30 om het centrale zijdeel. Deze zuiger is in wezen op dezelfde wijze werk zaam als de zuiger 72 voor zover zijn vermogen betreft om de ringen 32A te beschermen tegen een buitensporige verbrandingswarmte.The modified piston 72 * vein Fig. 18 has a central side portion 7δΑ which is cylindrical. A space 118A is provided around -30 about the central side portion. This piston operates essentially in the same manner as the piston 72 as far as its ability to protect the rings 32A from excessive heat of combustion is concerned.

De uitvinding verschaft een nieuwe motor met inwendige verbranding welke is voorzien van middelen voor het verschaffen van een meer 35 gelijkmatige koeling daarvan. De meer doelmatige koeling van de verbran- 7811523The invention provides a new internal combustion engine which is provided with means for providing a more even cooling thereof. The more efficient cooling of the combustion 7811523

Claims

Method for protecting the piston sealing members 15 of an internal combustion engine against the heat of combustion, the engine consisting of an engine block, a cylinder liner arranged in that block, a cylinder head mounted on one end of the liner and at that one end of the liner forms a combustion chamber, means for supplying liquid fuel 20 to the combustion chamber, a piston slidably mounted in the liner and movable between a compression position near the cylinder head and a remote expansion position from that end of the liner; which piston has an upper part, an elongated central side part and a lower part, as well as a narrow annular space around the central side part; sealing members on the lower part of the piston which contact the inner wall surface of the liner, the elongated central side part extending proportionally a considerable distance beyond the lower part in the direction of the head characterized by introducing directly into the annular space 30 a thin cooling air curtain to cool the inner wall surface of the contacting member of the sealing members and surrounding and cooling the elongated central side portion of the piston to obtain cooling of the sealing members.

2. A method according to claim 1, characterized in that the conduction of heat from the upper part of the piston to the lower part 7 3 1 15 2 3 i of the latter is delayed,

3. Method according to claim 1, characterized in that the conduction of heat between the cylinder head and the inner wall surface of the lining, which is in contact with the sealing members, is delayed. Method according to claim 1, characterized in that the conduction of heat from the upper part of the piston to the lower part of the latter and between the cylinder head and the inner wall surface of the liner, which is in contact with the sealing members, is delayed.

5. Internal combustion engine, consisting of an engine block, a cylinder liner arranged in that block, a cylinder head on one end of the liner which forms a combustion chamber at one end of the liner, means for supplying a liquid fire. dust to the combustion chamber, a piston slidably mounted in the liner and movable between a compression position near the cylinder head and an expansion position remote from one end of the liner; a drive shaft rotatably mounted in the block and extending therefrom, as well as means for operatively connecting the piston to the drive shaft whereby combustion of the fuel in the chamber causes rotation of the drive shaft, characterized, the piston (j6) has an upper part (80), an elongated central side part (78) and a lower part (82A); that a sealing member (82) is mounted on the lower part of the piston in contact with the inner wall surface (58) of the liner (^ 0), said elongated central side part (78) extending proportionally a considerable distance beyond the lower part toward the cylinder head (60); wherein the elongated central side portion (78) extends far enough above the lower portion (82A) to provide a shield against the direct combustion heat. the inner wall surface (58) of the liner which contacts the sealing member (82) during the beginning of the expansion stroke from the piston to the expansion position; wherein the elongated central side portion C $) is substantially spaced from and separates the sealing member (82) from the combustion heat; 35 that the cross-sectional area of the elongated central side portion of the piston is smaller than the liner to provide a narrow space (118) between the elongated central side portion (78) of the piston and the hollow side walls (58) of the liner in both compression and expansion positions; that an air inlet opening (52) and an outlet opening (5¾) are arranged in the cylinder liner (ko); which air inlet opening (52) communicates with the space (118) between the piston and the liner, which air inlet opening (52) is in active communication with a source of pressurized air, and directly communicates with the space (118 ) when the piston is in its expansion position, an air curtain will be supplied to said space (118) and to the inside of the liner and the chamber for flushing the exhaust gases outward through the exhaust port (5¾) in order to inner wall surface (58) of the liner, which contacts the sealing member (82) to cool and surround the elongated central spigot portion (78) of the piston and cool to cool the sealing member (82),

6. Combustion engine according to claim 5, characterized in that the narrow space is relatively narrow when the piston is in its compression position such that the compression of the liquid fuel is increased, the space being relatively wider when the piston is in its expansion position is to allow the inflow of air into the liner (0) and in contact with the elongated central side portion (78) of the piston, as well as the discharge of gas from the liner (bO), Combustion engine according to claim 5, characterized in that the piston (76) has a side wall portion (78) for upwardly bending the inflowing air to the interior of the liner and in the form of a curtain.

Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the outlet openings (5¾) and the inlet openings (52) are arranged on the opposite sides of the liner (lo).

9. Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that an air bending fin (8 ^ 86) is arranged on the piston in order to prevent the air flowing in from the area around the piston to the outlet opening (5¾). 7311523 11+ *

Combustion engine according to claim 5, characterized in that the piston (76) has a tapered side wall (78) for upwardly bending the inflowing air towards the inside of the liner and in the form of a curtain.

Combustion engine according to claim 5, characterized in that the piston is dome-shaped.

Internal combustion engine according to claim 11, characterized in? that the dome-shaped piston (78) has a cut portion (11U) on one side thereof near the outlet openings (5¾) to facilitate the flow of exhaust gases.

Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that the internal shape of the cylinder head (60) is domed and is adapted to the shape of the piston (76). 11+. Combustion engine according to claim 5, characterized in that a heat conducting belt (110) extends around the liner (1 + 0) close to the inlet and outlet openings (52 * 5 ^) in order to maintain the temperature around the liner (1+ 0) equal.

Combustion engine according to claim 5, characterized in that a heat conducting member (112) extends through the piston (76) close to the sealing members (82) to equalize the temperature around the piston.

Combustion engine according to claim 5, characterized in that the elongated central side part (78) of the piston (76) contains a material with lower heat conductivity in order to transfer the heat flow from the upper part (80) of the piston to the sealing members ( 82) too slow.

Combustion engine according to claim 16, characterized in that the piston (76) consists of stainless steel.

Combustion engine according to Claim 5, characterized in that the elongated central side part (78) of the piston (76) and the liner (1 + 0) has a material with lower heat conductivity in order to heat flow from the upper part (80) from the piston to the sealing members (82) and to slow down the heat flow from the cylinder head (60) to the inner wall surface (58) of the liner in contact with the sealing members (82). 7811523

Combustion engine according to claim 18, characterized in that the piston (76) and the liner (Uo) consist of stainless steel.

20. Combustion engine according to claim 5, characterized in that the liner (ko) has a material with low heat conductivity in order to transfer the heat flow from the cylinder head (60) to the inner surface 5 (53) of the liner (ko) in contact can be delayed with the sealing members (82).

Combustion engine according to claim 20, characterized in that the liner (ko) is made of stainless steel.

Combustion engine according to claim 5, characterized in that a heat insulating member (70) is arranged between the liner (ko) and the head (60) mounted thereon.

Combustion engine according to claim 5, characterized in that the elongated central side part (73) of the piston (73) has a material with low heat conduction in order to heat flow from the upper part (80) of the piston (76). to the sealing members (82). 2k. Combustion engine according to claim 5, characterized in that the combustion engine is of the compression type.

25. Method substantially as indicated in the description and / or examples. 7811523