NO881708L

NO881708L - PISTON COMBUSTION ENGINE.

Info

Publication number: NO881708L
Application number: NO881708A
Authority: NO
Inventors: John Sterken
Original assignee: Stork Werkspoor Diesel Bv
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1988-10-24
Also published as: FI881791A0; JPS63280841A; NO881708D0; EP0288096A2; DE8705785U1; EP0288096A3; FI881791A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en stempelforbrenningsmotor som omfatter en motorblokk med i det minste én sylinder, et sylinderhode som er forsynt med innløps- og eksoskanaler og som lukker sylinderen i den ene ende, og et stempel som er anbragt i sylinderen og som styres for frem- og tilbakegående bevegelse mellom et øvre dødpunkt nær sylinderhodet og et nedre dødpunkt en slaglengde fra dette, hvilket stempel bærer et antall stempelringer som befinner seg i glidende kontakt med innerveggen av sylinderen. The present invention relates to a piston combustion engine which comprises an engine block with at least one cylinder, a cylinder head which is provided with inlet and exhaust channels and which closes the cylinder at one end, and a piston which is placed in the cylinder and which is controlled for forward and reciprocating movement between an upper dead center near the cylinder head and a lower dead center one stroke from it, which piston carries a number of piston rings which are in sliding contact with the inner wall of the cylinder.

Mellom stempelringene og sylinderveggen må en ubrutt, tynn oljefilm foreligge under funksjonen for å forhindre slitasje. I tilfelle av motorer som har vært i bruk i en lengre periode er det ofte synlig aksialt forløpende slitte områ-der i den del av sylinderveggen som stempelringene beveger seg langs og disse er åpenbart resultatet av mangel på tilstrekkelig olje. Between the piston rings and the cylinder wall, an unbroken, thin film of oil must exist during operation to prevent wear. In the case of engines that have been in use for a longer period, axially progressive worn areas are often visible in the part of the cylinder wall along which the piston rings move and these are obviously the result of a lack of sufficient oil.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en stempelforbrenningsmotor av den innledningsvis nevnte type, hvor disse slitasjesymptomer ikke oppstår eller kun gjør det i mye mindre grad. The purpose of the invention is to provide a piston combustion engine of the type mentioned at the outset, where these wear symptoms do not occur or only do so to a much lesser extent.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at i det minste et parti av sylinderens innervegg mellom sylinderhodet og nivået for den øverste stempelring ved stempelets øvre dødpunkt har større overflateruhet enn overflaten av den rundtgående vegg av stempelet over den øverste stempelring. According to the invention, this is achieved by at least a part of the cylinder's inner wall between the cylinder head and the level of the top piston ring at the top dead center of the piston having a greater surface roughness than the surface of the circumferential wall of the piston above the top piston ring.

Det antas at den tilsynelatende mangel på smøremiddel på sylinderveggen forårsakes av forurensning av overflaten av stempelets rundtgående vegg over den øverste stempelring og spesielt karbonavsetninger på denne. Denne forurensning oppstår som resultat av ufullstendig forbrenning. Denne forurensning minsker klaringen mellom stempelet og sylinderveggen, slik at når stempelet utvider seg som et resultat av høyere temperaturer, f.eks. full belastning, er det mulig at dette avsatte karbonlag utøver en skrapende effekt mot oljefilmen. It is believed that the apparent lack of lubricant on the cylinder wall is caused by contamination of the surface of the piston's circumferential wall above the top piston ring and in particular carbon deposits thereon. This pollution occurs as a result of incomplete combustion. This contamination reduces the clearance between the piston and the cylinder wall, so that when the piston expands as a result of higher temperatures, e.g. full load, it is possible that this deposited carbon layer exerts a scraping effect against the oil film.

Ved forholdsreglene ifølge oppfinnelsen oppnås det at forurensningene fortrinnsvis avsettes på det ruere parti av sylinderveggen som stempelringene ikke beveger seg langs og ikke på stempelet. Man har funnet at dette trekk i alle tilfeller resulterer i en vesentlig reduksjon av ovennevnte slitasje. With the precautions according to the invention, it is achieved that the contaminants are preferably deposited on the rougher part of the cylinder wall along which the piston rings do not move and not on the piston. It has been found that this feature in all cases results in a significant reduction of the above-mentioned wear and tear.

En ytterligere fordel ved forholdsreglene ifølge oppfinnelsen er at det ruere parti av sylinderveggen vil virke som en i og for seg kjent labyrint, slik at gassene møter en ekstra motstand under strømningen mellom det ruere parti av sylinderveggen og stempelets periferi. Resultatet er at såkalt "blow-by" reduseres. A further advantage of the precautions according to the invention is that the rougher part of the cylinder wall will act as a labyrinth known per se, so that the gases encounter an additional resistance during the flow between the rougher part of the cylinder wall and the periphery of the piston. The result is that so-called "blow-by" is reduced.

Som et resultat av karbonavsetningene på det ruere parti av sylinderveggen, hvilke avsetninger har en varmeisoler- As a result of the carbon deposits on the rougher part of the cylinder wall, which deposits have a heat insulating

ende effekt, vil gassenes varmepåvirkning av sylinderfår-ingen minske. Som et resultat av dette kan forbrenningen skje ved relativt høyere temperaturer, noe som har en positiv effekt på forbrenningen, som i sin tur resulterer i at eksosgassene inneholder færre uforbrente partikler. end effect, the heat effect of the gases on the cylinder will not decrease. As a result of this, combustion can take place at relatively higher temperatures, which has a positive effect on combustion, which in turn results in the exhaust gases containing fewer unburned particles.

Større karbonpartikler som avsettes på den rundtgående vegg av stempelet og på sylinderveggen vil brytes i stykker som et resultat av stempelets bevegelse. De rue flater som skapes på grunn av dette kan ha en skrapende effekt på avsetningene, slik at klaringen mellom sylinderen og stempelet holder seg tilstrekkelig stor. Larger carbon particles deposited on the circumferential wall of the piston and on the cylinder wall will break into pieces as a result of the movement of the piston. The rough surfaces that are created because of this can have a scraping effect on the deposits, so that the clearance between the cylinder and the piston remains sufficiently large.

Den mindre glatte utformning av det øvre parti av sylinderens innervegg som stempelringene ikke kommer i kontakt med, kan dannes på forskjellige måter. Eksempelvis kan dette skje ved etsing, rulettering eller ved å danne spor. Imid-lertid lages det fortrinnsvis fine skruegjenger i nevnte parti av sylinderens innervegg. The less smooth design of the upper part of the inner wall of the cylinder with which the piston rings do not come into contact can be formed in different ways. For example, this can be done by etching, roulette or by forming grooves. Instead, fine screw threads are preferably made in said part of the inner wall of the cylinder.

Man har funnet at gjenger med en dybde på omtrent 1 mm gir fordelaktige resultater. It has been found that threads with a depth of about 1 mm give advantageous results.

Når det parti av sylinderens innervegg som har større overflateruhet i retning av sylinderhodet ender i en avstand fra sylinderhodet, forblir den del av innerveggen av sylinderen nærmest sylinderhodet relativt glatt, slik at gassturbulensen i forbrenningsrommet som er fordelaktig for god forbrenning, ikke hindres. When the part of the inner wall of the cylinder which has greater surface roughness in the direction of the cylinder head ends at a distance from the cylinder head, the part of the inner wall of the cylinder closest to the cylinder head remains relatively smooth, so that the gas turbulence in the combustion chamber, which is beneficial for good combustion, is not hindered.

En ytterligere fordelaktig utvikling av motoren ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat det parti av innerveggen av sylinderen som har større overflateruhet utgjøres av i det minste en del av innerveggen av en ring som er frigjør-bart anbragt i motorblokken. Ringen er relativt lett å fremstille og utformes med egnet overflateruhet på sin innerflate, slik at de ekstra omkostninger som anvendelse av oppfinnelsen medfører, blir begrenset. Under vedlikeholds-arbeid hvor foringen må^rengjøres, kan ringen lett erstat-tes. Dette arbeid kan således utgjøres raskt, slik at oppfinnelsen i denne henseende ikke øker omkostningene i nevneverdig grad. A further advantageous development of the engine according to the invention is characterized in that the part of the inner wall of the cylinder which has greater surface roughness is made up of at least part of the inner wall of a ring which is releasably placed in the engine block. The ring is relatively easy to manufacture and is designed with a suitable surface roughness on its inner surface, so that the extra costs that application of the invention entails are limited. During maintenance work where the lining must be cleaned, the ring can be easily replaced. This work can thus be completed quickly, so that the invention in this respect does not increase the costs to a significant degree.

En annen fordelaktig utførelse oppnås når det parti av innerveggen av sylinderen som har større overf1ateruhet, har en indre diameter som er forskjellig fra den nominelle sylinderdiameter. På denne måte kan det oppruede parti ikke hindre montering av stempelet i sylinderen og spesielt ikke hindre passering av stempelringene, eller bare gjøre dette i mindre grad. For å oppnå den foretrukne avsetning av karbonpartikler på det ruere parti av sylinderveggen istedenfor på stempelet, er det ikke nødvendig at det ruere parti har samme nominelle diameter som sylinderen. Another advantageous embodiment is achieved when the part of the inner wall of the cylinder which has greater surface roughness has an inner diameter which is different from the nominal cylinder diameter. In this way, the roughened part cannot prevent the fitting of the piston in the cylinder and in particular cannot prevent the passage of the piston rings, or only do this to a lesser extent. In order to achieve the preferred deposition of carbon particles on the rougher part of the cylinder wall instead of on the piston, it is not necessary that the rougher part has the same nominal diameter as the cylinder.

Oppfinnelsen skal belyses ytterligere i den følgende beskri-velse under henvisning til et utførelseseksempel som er vist på tegningene. Fig. 1 viser et partielt snitt av en stempelforbrenningsmotor ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser i større målestokk et parti av motoren på fig. 1. The invention will be explained further in the following description with reference to an embodiment shown in the drawings. Fig. 1 shows a partial section of a piston combustion engine according to the invention. Fig. 2 shows on a larger scale a part of the engine in fig. 1.

Fig. 3 er et detaljsnitt i likhet med fig. 2 av en motor ifølge oppfinnelsen i en litt modifisert utførelse. Fig. 3 is a detailed section similar to fig. 2 of a motor according to the invention in a slightly modified embodiment.

Motoren 1 omfatter en motorblokk hvori det er montert i det minste én sylinderforing 2. Sylinderen 2 er lukket i sin øvre ende av et sylinderhode 3. Sylinderhodet 3 er forsynt med en innløpskanal 4 og en eksoskanal 5, som kan åpnes og lukkes ved hjelp av hhv. en innløpsventil 6 og en eksos-ventil 7. I sylinderhodet 3 er det videre montert en dyse 8 for innsprøytning av brennstoff i sylinderen. The engine 1 comprises an engine block in which at least one cylinder liner 2 is mounted. The cylinder 2 is closed at its upper end by a cylinder head 3. The cylinder head 3 is provided with an inlet duct 4 and an exhaust duct 5, which can be opened and closed using respectively an inlet valve 6 and an exhaust valve 7. A nozzle 8 for injecting fuel into the cylinder is also mounted in the cylinder head 3.

I sylinderen 2 er det montert et stempel 9, som på kjent måte er forbundet med en veivaksel via en stempelstang 10. På grunn av forbindelsen med veivakselen kan stempelet 9 bevege seg frem og tilbake mellom et øvre dødpunkt og et nedre dødpunkt. A piston 9 is mounted in the cylinder 2, which is connected in a known manner to a crankshaft via a piston rod 10. Due to the connection with the crankshaft, the piston 9 can move back and forth between a top dead center and a bottom dead center.

Fig. 2 viser stempelet 9 ved det øvre dødpunkt. Stempelet 9, og spesielt stempeltoppen 11, lar det gjenstå et for-brenningsrom 14 i sylinderen. Stempelet 9 er forsynt med et antall stempelringer 12, som kan gli i kontakt med innerveggen 13 av sylinderen. Disse stempelringer 12 sikrer tetning av stempelet 9 i sylinderen 2 og avskrapning av smøreolje slik at det gjenstår en film av minste nødvendige tykkelse på innerveggen 13 av sylinderen. Fig. 2 shows the piston 9 at top dead center. The piston 9, and especially the piston top 11, leaves a combustion chamber 14 in the cylinder. The piston 9 is provided with a number of piston rings 12, which can slide in contact with the inner wall 13 of the cylinder. These piston rings 12 ensure sealing of the piston 9 in the cylinder 2 and the scraping off of lubricating oil so that a film of the minimum required thickness remains on the inner wall 13 of the cylinder.

Slik det spesielt vil fremgå av fig. 2, er et parti 15 av sylinderens 2 innervegg 13 ved sin øvre ende, dvs. på et sted mellom sylinderhodet 3 og nivået for den øverste stempelring 12 ved stempelets 9 øvre dødpunkt, forsynt med fine gjenger. Som et resultat av dette har dette parti av innerveggen 13 større overflateruhet enn overflaten av den rundtgående vegg 17 på stempelet 9 over den øverste stempelring 12 . As it will particularly appear from fig. 2, a part 15 of the inner wall 13 of the cylinder 2 at its upper end, i.e. at a place between the cylinder head 3 and the level of the uppermost piston ring 12 at the top dead center of the piston 9, is provided with fine threads. As a result of this, this part of the inner wall 13 has greater surface roughness than the surface of the circumferential wall 17 of the piston 9 above the uppermost piston ring 12 .

Ved motorens 1 bruk dannes det skadelige forurensninger, spesielt som resultat av karbonavsetning. Dette karbon, som dannes under forbrenningsprosessen, trenger også inn i spalten 16 mellom overflaten 17 av stempelet og den motstå-ende del av den rundtgående vegg 13. Siden sylinderveggen ifølge oppfinnelsen har større overflateruhet på dette sted enn stempelveggen 17, vil forurensningene fortrinnsvis hefte til sylinderveggen. Stempelet 9 vil således i stor grad forbli forurensningsfritt. When the engine 1 is used, harmful pollutants are formed, especially as a result of carbon deposition. This carbon, which is formed during the combustion process, also penetrates into the gap 16 between the surface 17 of the piston and the opposing part of the circumferential wall 13. Since the cylinder wall according to the invention has greater surface roughness at this location than the piston wall 17, the contaminants will preferentially adhere to the cylinder wall. The piston 9 will thus remain largely free of contamination.

Slik det vil fremgå av figurene, er partiet 15 av innerveggen av sylinderen 2 med større overflateruhet avsluttet i retning av sylinderhodet 3 i avstand fra sylinderhodet 3. Den del av sylinderveggen som ved stempelets 9 øvre stil-ling danner sidebegrensningen av forbrenningskammeret 14, forblir glatt, slik at gassturbulensen i forbrenningskammeret 15, som er ønskelig for god forbrenning, ikke hindres. As will be seen from the figures, the part 15 of the inner wall of the cylinder 2 with greater surface roughness is finished in the direction of the cylinder head 3 at a distance from the cylinder head 3. The part of the cylinder wall which, at the upper position of the piston 9, forms the lateral limitation of the combustion chamber 14, remains smooth , so that the gas turbulence in the combustion chamber 15, which is desirable for good combustion, is not hindered.

På fig. 3 er tilsvarende deler gitt samme henvisningstal1 som på fig. 2. Som vist på fig. 3, har denne utførelse en In fig. 3, corresponding parts are given the same reference number 1 as in fig. 2. As shown in fig. 3, this embodiment has a

frigjørbar ring 20 montert i toppen av sylinderen. Et parti av innerveggen av denne ring 20 er forsynt med større overflateruhet 21. Partiet 21 har større innerdiameter enn den nominelle sylinderdiameter. Som et resultat av dette er spalten mellom ytterflaten 17 av stempelet og det rue vegg-parti 21 større, slik at under stempelets 9 montering kan stempelringen 12 lettere passere. releasable ring 20 mounted in the top of the cylinder. A part of the inner wall of this ring 20 is provided with greater surface roughness 21. The part 21 has a larger inner diameter than the nominal cylinder diameter. As a result of this, the gap between the outer surface 17 of the piston and the rough wall part 21 is larger, so that during the assembly of the piston 9, the piston ring 12 can pass more easily.

Den ru overflate for karbonavsetningene kan også helt eller delvis være plassert på et parti med mindre diameter enn sylinderdiameteren over det parti av sylinderveggen som stempelet beveger seg langs. Da karbonavsetningene fortrinnsvis skjer på den ru overflate, oppnår man at mindre eller ingen karbonavsetning skjer på stempelet. The rough surface for the carbon deposits can also be located in whole or in part on a part with a smaller diameter than the cylinder diameter above the part of the cylinder wall along which the piston moves. As the carbon deposits preferably occur on the rough surface, it is achieved that less or no carbon deposition occurs on the piston.

Claims

1. Reciprocating internal combustion engine comprising an engine block with at least one cylinder, a cylinder head provided with intake and exhaust passages and closing the cylinder at one end thereof, and a piston located in the cylinder and controlled for reciprocating movement between an upper dead center near the cylinder head and a lower dead center one stroke from it, which piston carries a number of piston rings which are in sliding contact with the inner wall of the cylinder, characterized in that at least a part of the inner wall of the cylinder between the cylinder head and the level of the upper piston ring at the top dead center of the piston has greater surface roughness than the surface of the circumferential wall of the piston above the top piston ring.

2. Reciprocating combustion engine according to claim 1, characterized in that said part of the cylinder's cylinder wall is provided with fine threads.

3. Reciprocating internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the threads have a depth of the order of 1 mm.

4. Reciprocating combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the cylinder's inner wall with greater surface roughness ends in the direction of the cylinder head at a distance from the cylinder head.

5. Reciprocating combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the inner wall of the cylinder with greater surface roughness is made up of at least part of the inner wall of a ring which is releasably mounted in the engine block.

6. Reciprocating combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the cylinder's inner wall with greater surface roughness has an inner diameter that is different from the cylinder's nominal diameter.