NO157390B - Stempel for frem- og tilbakeloepende stempelmaskin, saerlig en forbrenningsmotor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt et stempel for en stempelmaskin, særlig en forbrenningsmotor såsom en dieselmotor og angår spesielt et stempel av den type som ved hjelp av en stempelbolt er svingbart festet til veivstangens hode.

I de fleste av de kjente stempler er stempelbolten dreibart festet i en lagerbøssing i veivstanghodet og i to adskilte lågere forbundet med stemplet og som befinner seg respektive på hver side av den tilhørende veivstangs hode.

Under slike betingelser blir kreftene fra stemplet påført stempelbolten bare lokalt ved at de blir konsentrert i området for lagrene og således utsetter stempelbolten hovedsakelig for skjærpåkjenninger. Slike påkjenninger innfører en begrensning av det maksimale forbrenningstrykk.

I samsvar med en annen stempeltype særlig kjent

fra fransk patent 2 246 742 har stempelbolten sitt anlegg over hele sin lengde i en hovedsakelig halvsirkulær tverrgående vugge som danner en i ett stykke utformet del av stempelskjørtet og ender ved hver ende med et ringformet lager som fullstendig omgir den tilsvarende ende av stempelbolten og ikke har noen bøssing. Veivstanghodet er ikke utstyrt med et lager og derfor med en bøssing for bolten, men er i form av en blokk direkte festet til stempelbolten ved hjelp av pinneskruer konstruert for å gi litt elastisk deformerbarhet i lengderetningen. Slik montering av stempelbolten gjør det mulig å eliminere de ovennevnte ulemper.

Anvendelse av pinneskruer for å holde en motors stempelhode og -skjørt sammen samt anordning av kanaler i stemplet i den hensikt å tilføre olje for smøring/kjøling er velkjent ved stempelutførelser for større dieselmotorer, men som regel vil stemplene i slike motorer, både når de er utført i ett stykke eller er todelte, kreve en relativt tynnvegget konstruksjon for dannelsen av slike kanaler eller hulrom for at den genererte varme skal kunne transporteres vekk effektivt. Når et stempel er todelt, må sammensetningen av stempelhodet og -skjørtet være konstruert i samsvar med de termiske og mekaniske påkjenninger som stemplet blir ut-satt for.

I det todelte stempel beskrevet i ovennevnte patent, er stempelhodet på sin endeflate nær stempelskjørtet utstyrt med et sentralt hulrom som utgjør et hovedkjølekam-mer, og et ringformet hulrom som utgjør et sekundært kjøle-kammer anordnet i nærheten av omkretsen av stempelhodets endeflate. Den ringformede flate på stempelhodet avgrenset mellom det sentrale hulrom og det ringformede hulrom danner kontaktflaten mellom stempelhodet og stempelskjørtet. Stem-pelskjørtets endeflate nær stempelhodet har også et sentralt hulrom og et ringformet hulrom som står i forbindelse med det sentrale hulrom respektive det ringformede hulrom i stempelhodet. Stempelhodet og -skjørtet er montert sammen ved hjelp av pinneskruer som går gjennom det felles forbindelses-plan, og da i et område som er forholdsvis fjernt fra omkretsen av stempelhodet og -skjørtet. Dette fører til en dårlig fordeling av kreftene mellom stempelhodet og stempel-skjørtet, særlig ved omkretsen, i området for stempelfjærene, selv om den sentrale del av stempelskjørtet danner en forsterkning.

Også i US-PS 3 930 472 er beskrevet en forbindelse mellom stempelhodet og -skjørtet i en sone som ligger relativt langt fra stemplets omkrets.

Fra DE-OS 27 30 071 er kjent et stempel for en forbrenningsmotor og som hovedsakelig dannes av en øvre og en

nedre del som innbyrdes støttes ved en indre og en ytre ringformet flate. Denne stempelkonstruksjon tilsvarer ganske godt de beskrevne stempler ifølge de tidligere nevnte skrifter, og konstruksjonen adskiller seg hovedsakelig fra disse ved feste-måten mellom den øvre og den nedre del, her utført med pinnebolter.

DE-OS 25 307 36 beskriver likeledes et stempel med en hoveddel som er festet til en nedre stempeldel ved hjelp av pinnebolter og har et sentralt kammer. Det er ikke adgang til pinneboltene fra stemplets utside uten å måtte demontere sammenføyningen stempelbolt-veivstang. Oppfinnelsen er rettet på et stempel av den type som er omtalt i de nevnte patent-skrifter, men hvor konstruksjonen er forbedret for å oppnå

en bedre kraftfordeling og gi stemplet en øket stivhet, en bedre tilgjengelighet til stempelhodets og -skjørtets pinne-

skruer som sørger for sammenmonteringen, og et effektivt kjølesystem, særlig i området ved stempelhodet.

Dette er oppnådd ved at det er skaffet til veie et stempel av den type som fremgår av innledningen til det etter-følgende krav i, og dette stempel er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i karakteristikken til dette krav.

Ifølge et annet karakteristisk trekk ved oppfinnelsen er minst to åpninger anordnet i stempelskjørtets sylindriske omkretsflate for direkte adgang til stempelhodet og -skjørtets sammensetningsbolter, idet hver pinneskrue eller -bolt strekker seg gjennom en tilhørende åpning forarbeidet i den ringformede omkretskrone av stempelskjørtets sentrale forsterkning og trenger inn i en i det minste delvis gjenget blindboring forarbeidet i stempelhodet.

På en i og for seg kjent måte er stempelbolten i sitt midtre parti forsynt med et hulrom, hvori den tilhørende frie ende av veivstangen griper inn direkte festet til stempelbolten ved hjelp av en pinneskrue som gir en viss elastisk deformerbarhet i lengderetningen. Dessuten er stempelbolten montert i et hulrom i form av en halvsirkulær fordypning anordnet i stempelskjørtets endeflate i den sentrale forsterkning motsatt stempelhodet og ender ved hver ende med en ringformet lagring som direkte bærer den tilhørende ende av stempelbolten.

I samsvar med et annet kjennetegnende trekk ved stemplet ifølge oppfinnelsen omfatter smøre- og kjølesystemet et spor forarbeidet i nevnte hulrom i stempelbolten, hvilket strekker seg i et plan vinkelrett på stempelbolten og symmetrisk i forhold til det tverrgående plan vinkelrett på midten av stempelbolten, og hvis ytre del er forsynt med to utvidelser, hver med en hovedsakelig likebenet trapesform i stempelboltens vertikale midtre plan, idet nevnte spor kommuniserer med enden av en kanal for kjøle- og smørefluidumstrøm, med utstrekning i det tilhørende stempelstanglegeme og med åpning ved endeflaten av stempelstangens hode.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen er to skrå smørekanaler forarbeidet i stempelbolten og munner ut ved en ende i respektive to skrå plane flater i utvidelsene av sporet, mens de andre to ender av de to skrå kanaler munner ut respektive i to sirkulære spor anordnet i respektive de to ender av stempelbolten ved de ringformede lågere som bærer stempelboltens ender.

Sporet som er forarbeidet i stempelbolten kommuniserer også med kjølekammeret og ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter hulrommet som er forarbeidet i stempelhodet og utgjør en del av kjølekammeret for å øke kjølingen med fordel et antall blindboringer som tillater kjølevæsken å nå frem til de varmeste punkter av stempelhodet uten å svekke dettes mekaniske styrke.

Tilstedeværelsen av sporet forarbeidet i stempelbolten byr en betydelig fordel, særlig i tilfelle av at veivstangens hoveddel har et I-tverrsnitt og kjøle- og smørevæskens matekanal befinner seg i en flens i I-tverrsnittet og derfor er forskjøvet i forhold til veivstangens lengdeakse. Et slikt spor sikrer i virkeligheten en symmetrisk montering av stempelbolten.

Ytterligere fordeler, karakteristiske trekk og de-taljer ved oppfinnelsen vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse med henvisning til tegningene, som viser rene eksempler og hvor fig. 1 er et lengdesnitt av stemplet i samsvar med oppfinnelsen, fig. 2 er et snitt etter II-II på

fig. 1, fig. 3 er et snitt i større målestokk sett etter linjen III-III på fig. 1 og fig. 4 er et snitt i større målestokk etter linjen IV-IV på fig. 1.

Stemplet 1 ifølge oppfinnelsen vist på de forskjel-lige figurer, særlig fig. 1 og 2, er satt sammen av to deler som danner stempelhodet 2 hhv. stempelskjørtet 3. Stempelhodet 2 og stempelskjørtet 3 har sylindrisk form og er montert koaksialt i forlengelse av hverandre.

Flere adskilte spor 4 som er innbyrdes parallelle, er anordnet i stempelhodets 2 sylindriske omkretsflate. I hvert spor 4 er montert en stempelring eller stempelfjær (ikke vist). Alle stempelringene bæres således av stempelhodet 2 .

Endeflaten eller den avsluttende ende av stempelhodet 2 som vender mot stempelskjørtet 3, har en sentral hulning 5 som danner den første del av et indre hovedkjøle-kammer i stemplet. Denne sentrale hulning 5 har flere karakteristiske trekk:

- Den er mest fordelaktig kuppelformet slik at stempelhodet 2 virker som et selvbærende hvelv hvis styrke er desto større jo større belastningen er; - det avgrenser i området for endeflaten av stempelhodet 2 nær stempelskjørtet 3 en flat ringformet omkretsflate 6 vinkelrett på stemplets akse og som danner en forbindelses- eller kontaktflate for sammensetning av stempelhodet 2 med stempelskjørtet 3; og - det strekker seg inne i stempelhodet 2 med flere blindboringer 7 med plan eller kuleformet bunn, for å øke volumet av hovedkjølekammeret i stemplet, men fremfor alt for å nå de varmeste punkter i stempelhodet 2 uten å redu-sere dettes styrke.

Stempelskjørtet 3 har en hul midtre forsterkning. Nærmere bestemt har forsterkningen 8 en sentral hulning som danner et kjølekammer 9 i sin endeflate overfor stempelhodet 2. Kammeret 9 med hovedsakelig sylindrisk form har flere karakteristiske trekk: - Det utgjør den annen del av stemplets hovedkjøle-kammer og - det inneholder flere radiale ribber 10 som gjør det mulig bedre å fordele de påkjenninger som overføres av stempelhodet.

Den sentrale forsterkning 8 er forbundet med den ytre sylindriske omkretsmantel 11 av stempelskjørtet 3 ved en ringformet flat omkretskrone 12 vinkelrett på stemplets akse. Den øvre endeflate av kronen 12 overfor stempelhodet 2 danner den forbindelses- eller kontaktflate på hvilken den ringformede omkretsflate av stempelhodet 2 ligger an. Kronen 12 er ved sin øvre ende nærmest stempelhodet 2 innvendig avgrenset ved en ansats 13 som er sentrert med eller uten klaring i hulningen 5 i stempelhodet 2 og med eller uten en ringformet pakning 14.

Sammensetningen av stempelhodet 2 og stempelskjør-tet 3 foregår ved hjelp av noen pinneskruer 15, hvilke enkelt-vis strekker seg gjennom forbindelsesplanet definert ved innbyrdes motstående ringformede omkretsendeflater av stempelhodet 2 og kronen 12 på stempelskjørtet 3. Anbringel-sen av stempelhodet 2 på stempelskjørtet 3 foregår ved hjelp

av styrepinner 16 (fig. 2).

Hver pinneskrue 15 strekker seg gjennom en tilhør-ende åpning 17 forarbeidet i den ringformede krone 12 av stempelskjørtet 3 og trenger inn i en i det minste delvis gjenget åpning 18 forarbeidet i stempelhodet 2 overfor åpningen 17. Hver pinneskrué 15 låses ved hjelp av en mutter 19 som skrus inn på den frie ende av pinneskruen 15 som strekker seg utenfor endeflaten av kronen 12 motsatt stempelhodet 2. For dette formål er omkretsmantelen 11 på stempelskjørtet 3 med fordel forsynt med minst to, f.eks. diametralt motstatte åpninger 20 som direkte tillater montering og demontering av pinneskruene 15. Umiddelbar adgang til pinneskruene kan også oppnås fra utsiden gjennom skjørtet 3 som antydet ved 14 på fig. 1 og uavhengig av åpningene 20 uten noen forutgående demontering.

Endeflaten motsatt stempelhodet 2 av den sentrale forsterkning 8 av stempelskjørtet 3 er utstyrt med en fordypning 21 f.eks. i form av en hovedsakelig halvsirkulær vugge og som på hver side ender med et ringformet lager 22.

Stempelbolten 23 som strekker seg vinkelrett på stemplets 1 akse, er montert direkte i fordypningen 21 og er direkte opplagret ved hver ende av det respektive lager 22 i denne. Stempelbolten 23 er ført inn i fordypningen 21 gjennom en av åpningene 20 i stempelskjørtet 3.

Stempelbolten 23 er i sitt midtre parti forsynt med en hulning 24, hvori det frie veivstanghode 25 griper inn og som er festet direkte til stempelbolten 23 ved hjelp av minst én pinneskrue 26 som har litt elastisk deformerbarhet i lengderetningen.

I den utførelsesform som er vist på fig. 1 og 3 har veivstanghodet 25 form av en massiv prismeformet blokk, mens veivstangens hoveddel 25a har et I-tverrsnitt som tillater lett montering av sammensetnings-pinneskruen 26 mellom veivstanghodet 25 og stempelbolten 23. Nærmere bestemt strekker hver pinneskrue 26 seg gjennom en åpning 27 anordnet i veivstanghodet i stempelbolten 23 og som munner overfor åpningen 27. En mutter 29 låser pinneskruen 26.

Stemplet 1 ifølge oppfinnelsen omfatter et smøre-og kjølesystem som forsynes fra en matekanal 30 anordnet i veivstangens hoveddel og som munner ut ved endeflaten av veivstanghodet 25. I det viste eksempel (fig. 2 og 3) er matekanalen forskjøvet i forhold til veivstangens akse og strekker seg gjennom veivstangens hoveddel 25a i området for en flens av I-tverrsnittet for hoveddelen 25a, dvs. i en del med økt materialtykkelse for å unngå begrensning av styrken for veivstangen.

Kanalen 30 munner ut i endeflaten av veivstanghodet 25 i et hulrom i form av et spor 31 (fig. 2, 3) forarbeidet i hulningen 24 i stempelbolten 23. Dette spor har hovedsakelig rektangulært tverrsnitt og strekker seg i et plan vinkelrett på stempelbolten 23. Ved den ytre del av sporet 31 (fig. 1 og 3), hovedsakelig mot begge ender av sporet er anordnet to utvidelser 32 med en hovedsakelig likebenet trapesform i det langsgående vertikale midtre plan av stempelbolten 23. De skrå plane flater av utvidelsene 32 (fig. 3) tillater direkte boring av to symmetriske skrå smørekanaler 33 som hver munner ut i et sirkulært spor 3 4 ved enden av stempelbolten 25 rett utenfor det respektive ringformede lager 22.

Sporet 31 kommuniserer med kjølekammeret (5, 9)

i stemplet 1 gjennom to kanaler 35, 36. Kanalen 35 (fig. 1) strekker seg gjennom stempelbolten 23 og munner ut i et rett eller spiralsnodd spor 37 som tilnærmet forløper paral-lelt med stempelbolten 23 pg er beregnet på å sikre smøring av lagergrenseflaten mellom stempelbolten 23 og fordypningen 21 i området som befinner seg mellom de to endelagere 22 i denne. Kanalen 36 strekker seg gjennom den sentrale forsterkning 8 i stempelskjørtet 3 og munner ut på siden av stempelbolten 23 i en bueformet sliss 38 anordnet i innerveggen av fordypningen 21 på stempelskjørtet 3. Den bueformede sliss 38 er slik at under forskyvningene av stemplet og som fører til en svingebevegelse av veivstanghodet, vil kanalen 35 alltid kommunisere med slissen 38 for å sikre en permanent mating av kjølekammeret (5, 9).

Kjølekammeret (5, 9) kommuniserer med det ytre

rom gjennom minst én siderettet åpning 39 anordnet i den

sentrale forsterkning 8 i stempelskjørtet 3. Hver åpning 39 munner ut i et rom avgrenset mellom den sentrale forsterkning 8 og den ytre omkretsmantel 11 av stempelskjørtet 3.

Med fornyet henvisning til fig. 1, er omkrets-kronen 12 for den sentrale forsterkning 8 på stempelskjørtet 3 forsynt med minst én åpning 40 som munner ut i en blindboring 41 anordnet i stempelhodet 2. Inn i blindboringen 41 munner enden av en kanal 42, hvis annen ende kommuniserer med sporet 4 hvori stemplets skraperfjær er montert. Denne anordning tillater overskytende smørevæske, såsom olje, å bli fjernet fra området for denne fjær.

Det skal også bemerkes at for ytterligere å øke stivheten av stemplet, særlig i området for den ytre omkretsmantel 11 av stempelskjørtet 3, er der anordnet avstivnings-ribber 43 som strekker seg mellom den ytre omkretsflate av den midtre forsterkning 8 og den ytre omkretsmantel 11 av stempelskjørtet 3 (fig. 1 og 4). Slike ribber tillater også en bedre overføring av påkjenninger på kronen 12 mot stempelbolten 23.

Et slikt stempel har meget god styrke, særlig i monteringsområdet for stempelhodet 2 med stempelskjørtet 3, selv om skjøtens grenseflate er forholdsvis redusert.

Tilstedeværelsen av sporet 31 i stempelbolten 23 tillater en symmetrisk anordning av stempelbolten 23 i sin fordypning 21 på grunn av det faktum at smøre- og kjøle-fluidumets matekanal er forskjøvet i forhold til stempelstangens akse.

Stemplet ifølge oppfinnelsen kan ha et stempelhode

2 av stål og et stempelskjørt 3 av støpejern. Stempelskjør-tet 3 er fortrinnsvis dannet i minst ett stykke for å lette fremstillingen.

Anvendelsen av et stempel i samsvar med oppfinnelsen er helt konvensjonell og krever ikke noen mer detaljert beskrivelse. Det skal imidlertid bemerkes at særlig under forbrenningsperioden er stempelbolten 23 i kontakt med den øvre vegg av fordypningen 21, slik at trykkreftene fordeles jevnt over hele bolten. Under bevegelsen oppover av stemplet 1 ligger stempelbolten 23 an mot den nedre del av de ringformede lågere 22, hvilket betyr at motkreftene er lokalt konsentrert. Dette er imidlertid ikke skadelig siden de momentane treghetskrefter bare er tilnærmet tiendeparten av forbrenningens trykkrefter. Pinneskruene 26 som setter sammen stempelstangens hode 25 med stempelbolten 23 har fordel-aktigst en elastisk deformerbarhet i lengderetningen, dvs. strekkforlengelse under virkningen av treghetskreftene, særlig når det oppover bevegede stempel trekker i veivakse-len og veivstangsystemet.

Således er et stempel ifølge foreliggende oppfinnelse forsynt med et stempelhode og et stempelskjørt som når de først er montert til hverandre sikrer en mer jevn overføring av kreftene til stempelbolten. Dessuten, ved å eliminere faren for dannelsen av en åpning mellom stempelhodet og stempelskjørtet mot den ytre omkrets av deres kontaktflate, oppnås en bedre funksjonering av stempelfjær-systernet.

Endelig er det viktig å bemerke at adgang til pinneskruene som holder sammen stempelhodet og stempelskjørtet, kan fås umiddelbart fra utsiden gjennom skjørtet og langs aksene for pinneskruene. Skruene er derfor tilgjengelige uten at stempelbolten og veivstangen først demonteres.

Claims (6)

1. Stempel (1) for frem- og tilbakeløpende stempelmaskin, særlig en forbrenningsmotbr av typen som er svingbart festet ved hjelp av en stempelbolt (23) til det tilhørende veivstanghode (25) og består av to deler som utgjør henholdsvis stempelhodet (2) og stempelskjørtet (3), satt sammen f.eks. med pinneskruer (15) , idet stempelhodet på sin overflate nærmest stempelskjørtet omfatter en sentral hulning (5) som danner en del av et kjølekammer (9)ogidet den annen del av kammeret er dannet av en sentral hulning anordnet i den nærmeste endeflate av den sentrale del av stempelskjørtet (3) hvis sentrale del er dannet av en hovedsakelig sylindrisk hul sentral forsterkning (8) og omfattende et kjøle- og smøre-systera, karakterisert ved at forbindelsen av denne forsterkning med stempelskjørtets sylindriske omkretsflate er gjort ved hjelp av en ringformet omkretskrone (12) med en plan øvre overflate vinkelrett på stemplets (1) lengdeakse og avgrenset innover av en ansats (13) som er sentrert i stempelhodets (2) hulning, idet den øvre overflate av kronen (12) danner den eneste skjøteflate mellom stempelskjørtet (3) og stempelhodet (2) og på hvilken den ringformede plane omkretsflate (6) av stempelhodet ligger an avgrenset rundt stempelhodets hulning (5), hvilke flater er gjennomboret av pinneskruene (15), at den hovedsakelig sylindriske hulning i den sentrale fo±sterkning har radiale ribber (10) for bedre fordeling av krefter overført av stempelhodet, at pinneskruene (15) er umiddelbart tilgjengelige langs sin akse fra utsiden gjennom stempelskjørtet (3), og at stemplet omfatter avstiv-ningsribber (43) anordnet mellom den ytre omkretsflate av den sentrale forsterkning (8) av stempelskjørtet og dets ytre omkretsmantel (11).

2. Stempel ifølge krav 1, karakterisert ved at hver pinneskrue (15) strekker seg helt gjennom en tilhørende åpning (17) som er forarbeidet i den ringformede krone (12) av den sentrale forsterkning (8) i stempelskjørtet (3) og trenger inn i en blindboring (18) som er i det minste delvis gjenget og anordnet i stempelhodet.

3. Stempel ifølge et av de foregående krav, hvor stempelbolten (23) i sitt midtre parti har en hulning (24), hvori er opptatt den frie ende av veivstanghodet (25) som er festet direkte til stempelbolten ved hjelp av minst én pinneskrue (26) som har en viss elastisk deformerbarhet i lengderetningen, idet stempelbolten er montert i en fordypning (21) med halvsirkulær vuggeform anordnet i endeflaten motsatt stempelhodet av den sentrale forsterkning (8) av stempelskjørtet og ender ved hver ende i et ringformet lager (22) som umiddelbart bærer den tilhørende ende av stempelbolten, karakterisert ved at smøre- og kjøle-systemet omfatter et maskinert spor (31) i stempelboltens hulning (24) og som strekker seg i et plan vinkelrett på stempelboltens lengdeakse og symmetrisk i forhold til dennes tverrgående midtre plan, at sporets (31) ytre del har to utvidelser (32) som hver har en hovedsakelig likebenet trapesform i det vertikale langsgående midtre plan av stempelbolten, og at sporet kommuniserer med enden av en matekanal (30) for kjøle- og smørefluidum inne i veivstanghodet (25) og veivstangen og som munner ut ved endeflaten av veivstanghodet (25) .

4. Stempel ifølge krav 3, karakterisert ved at smøresystemet omfatter to skrå kanaler (33) anordnet i stempelbolten (23) og som munner ut ved en ende i respektive to skrå plane flater i utvidelsene (32) av sporet (31), mens de andre to ender av de skrå kanaler munner ut henholdsvis i to sirkulære spor (34) anordnet i de respektive to ender av stempelbolten ved de ringformede lågere (22).

5. Stempel ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at sporet (31) kommuniserer med kjølekammeret (5, 9) gjennom en kanal (35) forarbeidet i stempelbolten og en kanal (36) i den sentrale forsterkning (8) av stempel-skjørtet (3), idet kanalen (35) munner ut i et spor som strekker seg over en del av en generatrise til stempelbolten, mens kanalen (36) munner ut på stempelboltens side i en bueformet sliss (38) anordnet i innerveggen av fordypningen (21) slik at det sikres kontinuerlig matning av kjølekammeret under forskyvningen av stemplet.

6. Stempel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at stempelskjørtets ytre omkretsmantel (11) har minst to åpninger (20) f.eks. diametralt motsatt, for å tillate innsetting og uttak av pinneskruene (15) mellom stempelhodet og skjørtet og montering av stempelbolten (23) i stempelskjørets fordypning (21).