SE1450868A1 - Kolvringanordning, kolv- cylindermaskin och fordon - Google Patents

Abstract

En kolvringanordning (7) för insättning i ett kolvringspår (8) i en i en cylinder fram- och återgående kolv (3), varvid kolvringspåret är begränsat av en första och en andra sidoyta (9, 10)och en mellanliggande bottenyta (11) innefattar en kolvring (5, 6) och en med kolvringen (5, 6) samverkande ringformig expanderfjäder (12) för att pressa kolvringen (5, 6) radiellt utåt mot en cylindervägg (4). Kolvringanordningen (7) innefattar också en hjälpfjäder (13), vilken är utformad att insättas mellan kolvringen (5, 6) och den första sidoytan (9) för att pressa kolvringen för tätningsanliggning axiellt mot den andra sidoytan (10). Uppfinningen avser även en kolv-cylindermaskin och ett fordon.Fig. 4a.

Description

l5 20 25 30 Tidigare kända kolvringanordningar är behäftade med problem avseende slitagekänslighet och redan efter en relativt kort driftperiod bristande täthet. Detta är problematiskt i synnerhet vid dieselmotorer, vid vilka krav på hög livslängd med bibehållen funktion ställs på de ingående komponenterna.

Miljön i en dieselmotor är särskilt problematisk för slitagekänsliga komponenter pä grund av förekomst av slitageinitierande sot i oljan.

Särskilt vid drift med inloppstrottel vid en dieselmotor blir trycket i cylindern så lågt att relativt stora mängder olja riskerar att sugas upp i förbränningsrummet vid icke väl fungerande oljeskrapringar. När det gäller kolvkompressorer är det av vikt att det undviks att vevhusolja, i synnerhet under insugningsfasen, finner sin väg in i kompressionskammaren.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Problemen med bakgrundstekniken adresseras och åtminstone lindras vid en kolvringanordning av inledningsvis slag genom att kolvringanordningen också innefattar en hjälpfjäder, vilken är utformad att insättas mellan kolvringen och den första sidoytan för att pressa kolvringen för tätningsanliggning axiellt mot den andra sidoytan.

Kolvringen bibringas enligt uppfinningen en axiell kraft för anliggning mot den första sidoytan genom hjälpfjädern och en radiell kraft för anliggning mot cylinderväggen genom expanderfjädern.

Härigenom tillförsäkras att den uppfinningsenliga kolvringanordningen tillhandahåller effektiv axiell tätning utan att för den skull bli mer känslig för slitage på grund av sot i oljan. Härigenom kan lång livslängd förväntas och, i fallet av en oljeskrapring, detta vid en minimerad oljeförbrukning på grund av att ovannämnda problem med att lO l5 20 25 30 olja kan sugas upp i förbränningsrummet/kompressionskammaren markant reduceras. I fallet av en kompressionsring kan förbättrad täthet förväntas och minskning av relativa rörelser mellan kolvring och kolven under drift, medförande reducerad slitagerisk.

Hjälpfjäderns fjäderkraft dimensioneras så att hjälpfjädern förmår åstadkomma tätningskontakt mellan kolvringen och en yta av ringspåret för alla driftsfall, dvs. med hänsyn tagen till att olika tryck kan råda i förbränningrummet och med hänsyn tagen till i olika riktningar verkande masskrafter, som kan påverka kolvringanordningen.

Kolvringen innefattar lämpligen en för anliggning mot den andra sidoytan inrättad lämpligen planslipad tätningsyta för effektiv tätningssamverkan med ringspårets andra sidoyta.

Hjälpfjädern är lämpligen någon ur gruppen: en tallriksfjäder, en veckad ringfjäder och en i sektion skålformig ringfjäder. Dessa konstruktioner tillhandahåller säker funktion till ringa kostnad.

Hjälpfjädern är alternativt någon ur gruppen: en expanderande ringfjäder och en kontraherande ringfjäder, varvid hjälpfjädern är inrättad att samverka med ett koniskt parti av den första sidoytan. Hjälpfjädern har i dessa fall lämpligen en tvärsektion ur gruppen: cirkulärt och kilformigt.

Hjälpfjädern är företrädesvis inrättad för samverkan med ett i ett säte arrangerat orienteringsanslag i området av den första sidoytan.

Expanderfjädern är föredraget åtminstone väsentligen skruvlinjeformigt lindad med åtminstone väsentligen cirkulär sektion. Detta sett i ett linjärt tillstånd för den i användning ringformiga expanderfjädern.

Kolvringen är särskilt föredraget en oljeskrapring, vid vilken en god tätning vid lång livslängd medför att det varaktigt säkerställs att inte betydande mängder smörjolja lO l5 20 25 30 finner sin väg in i förbränningsrummet respektive kompressionskammare under drift av en förbränningsmotor respektive en kolvkompressor utrustad enligt uppfinningen.

Kolvringen innefattar lämpligen två för anliggning mot cylinderväggen avsedda, axiellt åtskilda oljeskraplister, vilket ger god avskrapningseffekt samt stabiliserad positionering i kolvringspåret.

Kolvringen kan även utgöras av en kompressionsring, vilken för övrigt lämpligen i en kolv kan kompletteras med en uppfinningsenlig skrapring.

Uppfinningen avser även en kolv- cylindermaskin med åtminstone en cylinder med en fram- och återgående kolv, varvid varje kolv är försedd med åtminstone en kolvringanordning enligt ovan. Med "kolv- cylindermaskin" avses här en arbetsmaskin, i vilken en arbetskolv år linjärt fram- och återrörlig i en arbetscylinder.

Maskinen utgörs av någon ur gruppen: en förbränningsmotor och en kolvkompressor. Vid en maskin, varvid hjälpfjädern år någon ur gruppen: en expanderande ringfjäder och en kontraherande ringfjäder, är lämpligen inrättat att den första sidoytan åtminstone partiellt förlöper koniskt.

Uppfinningen avser även ett fordon försett med en uppfinningsenlig förbränningsmotor.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR På ritningarna visar: Fig. l schematiskt ett tungt fordon försett med en förbränningsmotor vilken är bestyckad enligt uppfinningen, Fig. 2a schematiskt en förbränningsmotor av kolvcylindertyp, Fig. 2b schematiskt en kolvkompressor, lO l5 20 25 30 Fig. 3 schematiskt en kolv med kolvringar verkande i en cylinder, Fig. 4a och b samt 5 - 10 i detalj olika varianter av kolvringanordningar för oljeskrapringar enligt uppfinningen insatta i ett kolvringspär, och Fig. ll - 15 i detalj olika varianter av kolvringanordningar för kompressionsringar enligt uppfinningen insatta i ett kolvringspär.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Lika och liknande element har äsatts samma hänvisningsbeteckningar.

Fig. l visar säledes ett tungt fordon l bestyckat med en dieselmotor 2. Fig. 2a visar schematiskt en dieselmotor 2, varav indikeras ett flertal kolvar 3, vilka är fram- och äterrörliga i var sin cylinder. Fig. 2b visar schematiskt en kolvkompressor med en i en cylinder fram- och äterrörlig kolv.

I Fig. 3 visas en kolv 3, vilken är bestyckad med tvä kompressionsringar 5 av olika utformning jämte en oljeskrapring 6, vilka verkar mot en cylindervägg 4 i en kolv- cylindermaskin. Med l7 indikeras ett förbränningsrum/ en kompressionskammare och med l8 ett vevhus.

I Fig. 4a visas en kolvringanordning 7 enligt uppfinningen insatt i ett ringspär 8 i en kolv. Ringspäret 8 är begränsat av en första sidoyta 9, en andra sidoyta l0 jämte en bottenyta ll för bildande av ett ringformigt spår runt den väsentligen cirkulärcylindriska kolven.

Kolvringanordningen 7 innefattar en kolvring 6 i form av en oljeskrapring och en expanderfjäder l2. Expanderfjädern l2 samverkar med kolvringen 6 på sedvanligt sätt genom att vara insatt i ett invändigt spår i den senare för att förläna kolvringen 6 en kraft radiellt utät sä att kolvringen anpressas mot cylinderväggen 4. 10 15 20 25 30 Därutöver innefattar den uppfinningsenliga kolvringanordningen 7 en hjälpfjäder 13, vilken är placerad i ringspäret 8 axiellt intill kolvringen sä att den anligger dels mot kolvringen 6, dels mot nämnda första sidoyta 9.

Härigenom ombesörjer hjälpfjädern 13 genom sin kraftpäverkan av kolvringen 6 med en axiellt riktad kraft att kolvringen pressas axiellt mot den andra sidoytan 10 för tätningssamverkan.

I den visade utföringsformen i Fig. 4a utgörs hjälpfjädern 13 av en tallriksfjäder, vilken för sin korrekta orientering i ringspäret 8 lämpligen samverkar med ett orienteringsanslag 14 i ringspäret 8. I praktiken är hjälpfjädern visad insatt i en axiell utvidgning av ringspäret 8 bildande ett hjälpfjädersäte i ringspäret 8.

Genom tillhandahållande av hjälpfjädern tillförsäkras en god tätning mellan en företrädesvis planslipad tätningsyta 15 pä kolvringen 6 och ett mötande, ävenledes företrädesvis planslipat ytparti av den andra sidoytan 10. 16 betecknar två axiellt separerade skraplister, vilka är inrättade att anligga mot cylinderväggen 4 för oljeavskrapningsändamäl.

Uppfinningen kan varieras inom ramen för de efterföljande kraven.

Det skall noteras, vilket illustreras i Fig. 4b, att kolvringanordningen 7 kan monteras omvänt sä att tätningsytan 15 istället är vänd nedåt mot oljeträget istället för att som i Fig. 4a vara vänd mot förbränningsrummet/kompressionskammaren. Denna omvändbarhet är möjlig även för varianterna i samband med oljeskrapringar som ska beskrivas nedan.

Olika varianter av hjälpfjädrar 13 i samband med en oljeskrapring 6 framgär av Fig. 5 - 10. 10 l5 20 25 30 Fig. 5 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en veckad ringfjäder.

Fig. 6 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en i sektion skälformig ringfjäder.

Fig. 7 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en kontraherande (radiellt sammandragande) ringfjäder med kilformigt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta 19 som del av den första sidoytan 9. Hjälpfjäderns sammandragning resulterar i att den förlänar kolvringen 6 en axiellt riktad kraft.

Fig. 8 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en expanderande ringfjäder med kilformigt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta 19. Hjälpfjäderns radiella expansion resulterar i att den förlänar kolvringen 6 en axiellt riktad kraft.

Fig. 9 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en kontraherande (radiellt sammandragande) ringfjäder med cirkulärt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta 19. Hjälpfjäderns sammandragning resulterar i att den förlänar kolvringen 6 en axiellt riktad kraft.

Fig. 10 visar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en radiellt expanderande ringfjäder med cirkulärt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta. Hjälpfjäderns expansion resulterar i att den förlänar kolvringen 6 en axiellt riktad kraft. 10 15 20 25 30 De i Fig. 9 och 10 visade hjälpfjädrarna 13 kan i princip vara av samma slag som expanderfjädern 12, dvs. vara i form av konventionella lindade expanderfjädrar, vilka har lindats skruvlinjeformat och slipats för att vara i sektion cirkulära. Även slitsade hjälpfjädrar 13 med väsentligen homogent tvärsnitt kan övervägas.

Fig. 11 - 14 illustrerar uppfinningen i samband med olika varianter av kolvringanordningar med hjälpfjädrar i samband med kompressionsringar 5.

Fig. 11 illustrerar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13 i form av en tallriksfjäder. Detaljerna överensstämmer, vad gäller hjälpfjäderns utformning och funktion, med vad som beskrivs i samband med Fig. 4a och b ovan.

Fig. 12 illustrerar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13 i form av en veckad ringfjäder. Detaljerna överensstämmer, vad gäller hjälpfjäderns utformning och funktion, med vad som beskrivs i samband med Fig. 5 ovan.

Fig. 13 illustrerar en kolvringanordning med en hjälpfjäder 13 i form av en i sektion skälformig ringfjäder.

Detaljerna överensstämmer, vad gäller hjälpfjäderns utformning och funktion, med vad som beskrivs i samband med Fig. 6 ovan.

Fig. 14 visar en kolvringanordning med en kolvring 5 i form av en kompressionsring och en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en kontraherande (radiellt sammandragande) ringfjäder med kilformigt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta 19. Hjälpfjäderns sammandragning resulterar i att den förlänar kolvringen 5 en axiellt riktad kraft.

Fig. 15 visar en kolvringanordning med en kolvring 5 i form av en kompressionsring och en hjälpfjäder 13, vilken är utförd som en kontraherande (radiellt sammandragande) 10 15 20 ringfjäder med cirkulärt tvärsnitt. Denna samverkar med ett speciellt utformat säte utgjort av ett axiellt utvidgat parti av ringspäret, vilket uppvisar en konisk yta 19. Hjälpfjäderns sammandragning resulterar i att den förlänar kolvringen 5 en axiellt riktad kraft.

Expanderfjädern 12 är lämpligen en konventionell lindad expanderfjäder, vilken har lindats skruvlinjeformat och slipats för att vara i sektion cirkulär. Kolvringarna 5 och 6 är lämpligen rostfria gjutna stälringar av en lämplig i och för sig tidigare använd materialkvalitet. Kolvringarna 5 och 6 kan även vara av gjutjärn eller vara formade från en stälträd, t. ex. av rostfritt material.

Hjälpfjädern 13 kan som alternativ till att för sin korrekta orientering i ringspäret 8 samverka med ett orienteringsanslag 14 i ringspäret 8 i stället samverka med ett t ex. ringformigt utfört orienteringsanslag pä kolvringen.

Det utesluts inte heller att hjälpfjädern har sådana dimensioner att den är direkt korrekt orienterad i ett ringspär av normal utformning utan orienteringshjälp av orienteringsanlag i ett speciellt utformat säte eller dylikt.

Claims (14)

10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV:

1. Kolvringanordning (7) för insättning i ett kolvringspår (8) i en i en cylinder fram- och återgående kolv (3), varvid kolvringspåret är begränsat av en första och en andra sidoyta (9, 10)och en mellanliggande bottenyta (11), och varvid kolvringanordningen innefattar: - en kolvring (5, 6), och - en med kolvringen (5, 6) samverkande ringformig expanderfjäder (12) för att pressa kolvringen (5, 6) radiellt utåt mot en cylindervägg (4), kännetecknad av - att kolvringanordningen (7) också innefattar en hjälpfjäder (13), vilken är utformad att insättas mellan kolvringen (5, 6) och den första sidoytan (9) för att pressa kolvringen för tätningsanliggning axiellt mot den andra sidoytan (10).

2. Kolvringanordning enligt krav 1, kännetecknad av att kolvringen (5, 6) har en radiellt förlöpande yta vettande mot såväl den första som den andra sidoytan (9, 10).

3. Kolvringanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att hjälpfjädern (13) är någon ur gruppen: en tallriksfjäder, en veckad ringfjäder och en i sektion skålformig ringfjäder.

4. Kolvringanordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av - - att hjälpfjädern (13) är någon ur gruppen: en expanderande ringfjäder och en kontraherande ringfjäder, och - att hjälpfjädern är inrättad att samverka med ett koniskt parti (19) av den första sidoytan (9).

5. Kolvringanordning enligt kravet 4, kännetecknad av att hjälpfjädern (13) har en tvärsektion ur gruppen: cirkulärt och kilformigt. lO l5 20 25 30 ll

6. Kolvringanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att hjälpfjädern (13) är inrättad för samverkan med ett orienteringsanslag (l4) i området av den första sidoytan.

7. Kolvringanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att expanderfjädern (12) är skruvlinjeformigt lindad med cirkulär sektion.

8. Kolvringanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kolvringen (6) är en oljeskrapring.

9. Kolvringanordning enligt kravet 8, kännetecknad av att kolvringen (6) innefattar två för anliggning mot cylinderväggen (4) avsedda, axiellt åtskilda oljeskraplister (l6).

10. lO. Kolvringanordning enligt något av kraven l - 7, kännetecknad av att kolvringen (5) är en kompressionsring.

11. ll. Kolv- cylindermaskin med åtminstone en cylinder med en fram- och ätergäende kolv, kännetecknad av att varje kolv (3) är försedd med åtminstone en kolvringanordning (7) enligt något av kraven l - lO.

12. l2. Maskin enligt krav ll då den utgörs av någon ur gruppen: en förbränningsmotor och en kolvkompressor.

13. l3. Maskin enligt krav ll eller l2, varvid hjälpfjädern (l3) är någon ur gruppen: en expanderande ringfjäder och en kontraherande ringfjäder, kännetecknad av 12 - att den första sidoytan (9) åtminstone partiellt förlöper koniskt (19).

14. Fordon försett med en förbränningsmotor enligt något av kraven ll - 13.