SE433647B

SE433647B - FORBRENNINGSMOTOR

Info

Publication number: SE433647B
Application number: SE8005191A
Authority: SE
Inventors: R T Townsend
Original assignee: Townsend Engineering Co
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1984-06-04
Also published as: WO1980001094A1; SE8005191L; JPS6124527B2; JPS55500913A; DE2857590A1; BR7808752A

Abstract

An internal combustion engine (10) comprising an engine frame (12) having a drive shaft (20) rotatably mounted therein and extending outwardly therefrom. A pair of cylinder sleeves (40, 40') are mounted on the engine frame (12) and have their inner ends positioned within the interior of the frame and their outer ends positioned outwardly thereof. A cylinder head (60, 60') is secured to the outer end of each of the sleeves and is separated thereby by means of a heat insulative gasket (70). Each of the cylinder heads (60, 60') has a dome-shaped chamber (62, 62') formed therein which is in communication with a source of combustible fuel. An air inlet conduit (94) is mounted on one end of the engine frame and is in communication with a source of air under pressure such as a blower, super-charger or the like. The air inlet conduit is in communication with an air passageway (100) formed in the engine frame (16) which is in communication with air inlet openings (52, 52') formed in the cylinder sleeves (40, 40'). The cylinder sleeves (40, 40') are provided with exhaust openings (54, 54') formed therein which communicate with an air exhaust passageway (102) formed in the engine frame (16). The exhaust passageway (102) is connected to exhaust conduit (106) or pipe extending from the engine frame (16). A piston (72, 72') is slidably mounted in each of the sleeves (40, 40') and has a dome-shaped head portion (76, 76') which is adapted to be received by the dome-shaped chamber (62, 62') in the cylinder head (60, 60') when the piston is in its top position. In the top position, the small "air space" (118) is present between the walls or sides (78, 78') of the piston head (76, 76') and the walls or sides of the sleeves (64, 64'). The "air space" (118) serves as a means for retarding the absorption of heat into the sides of the piston head (76, 76') and the sides of the cylinder sleeve (40, 40'). In the down position, the "air space" (118) also serves to spread the cooling air into a thin, wide sheet for more efficient cooling of the cylinder head (60, 60') and sleeves (40, 40'). Optional air deflecting fins (84, 86, 84', 86') may be employed on the piston head (76, 76'). The rings (82, 82') of the piston (72, 72') are conventionally lubricated and slide upon the interior wall (52, 52') of the cylinder sleeve (40, 40'). Each of the pistons (72, 72') has a roller (88, 88') mounted on the skin portion (74, 74') thereof which rolls upon a cam (32) mounted on a rotor plate (30) which is secured to the drive shaft (20) for rotation therewith. A return roller (92, 92') is also operatively mounted on the skin portion (74, 74') of the piston (72, 72') for engagement with a return cam (36) which is mounted on the drive shaft (30) for rotation therewith.

Description

15 20 25 30 35 40 8005191-5 axeln och på rotorplattan är en kam monterad. En returkam är monterad på drivaxeln för rotation med denna. I cylinder- fodren är kolvar glidbart monterade. På var och en av kolvarna är ett par rullar monterade och som påverkar kammen respektive returkammen så att kolven förflyttas mellan cylinderns topp- och bottendelar. Ett cylinderhuvud är monterat på vardera cylinderfodret och i vilket är utformat ett kupolformat för- bränningsrum anordnat att mottaga det kupolformade kolv- huvudet när kolven är i sitt toppläge. Organ är anordnade att föra in brännbart bränsle i förbränningsrummets inre. 15 20 25 30 35 40 8005191-5 shaft and a cam is mounted on the rotor plate. A return cam is mounted on the drive shaft for rotation with it. In the cylinder liners, pistons are slidably mounted. A pair of rollers are mounted on each of the pistons and which actuate the cam and the return cam, respectively, so that the piston is moved between the top and bottom parts of the cylinder. A cylinder head is mounted on each cylinder liner and in which a dome-shaped combustion chamber is formed arranged to receive the dome-shaped piston head when the piston is in its top position. Means are provided for introducing combustible fuel into the interior of the combustion chamber.

Cylinderfodren och huvudena är åtskilda av en värmeisolerande packning så att förbränningsvärmen inte så lätt överförs från cylinderhuvudet till cylinderfodren. Utformningen av förbränningsrummet och kolvhuvudet är sådan att ett litet luftgap åstadkommes däremellan vilket fördröjer värmeabsorp- tionen i kolvhuvudet och cylinderhuvudets vägg. Kylluft in- förs till cylinderfodret och riktas runt det kupolformade kolvhuvudet för att kyla det. Kolvens kolvríngar glider .på tätningsytor som är åtskilda från cylinderhuvudet.The cylinder liners and heads are separated by a heat-insulating gasket so that the heat of combustion is not so easily transferred from the cylinder head to the cylinder liners. The design of the combustion chamber and the piston head is such that a small air gap is created between them, which delays the heat absorption in the piston head and the wall of the cylinder head. Cooling air is introduced into the cylinder liner and directed around the dome-shaped piston head to cool it. The piston rings of the piston slide on sealing surfaces which are separated from the cylinder head.

En modifierad form av kolvhuyudet använder ett par motsatt belägna luftavledande flänsar vilka förmår kylluften att passera över kolvens överdel i stället för runt kolv- huvudet. En ytterligare modifierad form av kolvhuvudet använder en fräst yta på kolvens utblåssida för att under- lätta utmatningen av kylgaser och avgaser från cylindrarnas -inre. Ett ytterligare modifierat kolvhuvud har sina centrala síddelur i form av en cylinder. g Ett huvudsyfte med uppfinningen är att åstadkomma en förbränningsmotor som kan köras med högre temperaturer i förbränningsrummet och samtidigt låta ytorna mot vilka ringarna tätar vara vid en avsevärt lägre temperatur.A modified form of the piston housing uses a pair of oppositely located air deflecting flanges which cause the cooling air to pass over the top of the piston instead of around the piston head. A further modified shape of the piston head uses a milled surface on the exhaust side of the piston to facilitate the discharge of cooling gases and exhaust gases from the interior of the cylinders. A further modified piston head has its central side members in the form of a cylinder. A main object of the invention is to provide an internal combustion engine which can be run at higher temperatures in the combustion chamber and at the same time leave the surfaces against which the rings seal at a considerably lower temperature.

I Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbränningsmotor med cylinderhuvuden och cylinderfoder åtskilda av värmeisolerande packningar.Another object of the invention is to provide an internal combustion engine with cylinder heads and cylinder liners separated by heat insulating gaskets.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en förbränníngsmotor med organ för fördröjning av värmeabsorptionen i cylinderhuvudena, fodren och kolvarna.A further object of the invention is to provide an internal combustion engine with means for delaying the heat absorption in the cylinder heads, liners and pistons.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en förbränningsmotor šom utnyttjar ett litet "luftgap" mellan kolvhuvudet och förbränningsrummet för att fördröja , ,., ,. 41-4." , ~. u...:~.»'..>.'/.'~..;...-.u.+-. nr-.u- »- , “AQIIKU -. Ät.. , 10 15 25 30 35 8005191-'3 värmeabsorptionen i stora delar av kolvhuvudet och förbrän- ningsrummets väggar. _ Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbränningsmotor som utnyttjar ett litet "luftgap" mellan ett kupolformat kolvhuvud och cylinderfodrets inner- vägg så att kylluften sprids ut i ett tunt brett luftlager för effektivare kylning.A further object of the invention is to provide an internal combustion engine which utilizes a small "air gap" between the piston head and the combustion chamber to delay,,,,,. 41-4. ", ~. U ...: ~.» '..>.' /. '~ ..; ...-. U. + -. Nr-.u- »-,“ AQIIKU - Another object of the invention is to provide an internal combustion engine which utilizes a small "air gap" between a dome-shaped piston head and the cylinder lining of the piston head and the combustion chamber walls of the combustion chamber and the combustion chamber walls. inner wall so that the cooling air is spread out in a thin wide air layer for more efficient cooling.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbränningsmotor i vilken kólvringarna huvudsakligen är åtskilda från förbränningsrummet.Another object of the invention is to provide an internal combustion engine in which the piston rings are substantially separated from the combustion chamber.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en förbränningsmotor i vilken förbränningsrummet och de kolvringstätande ytorna är åtskilda.A further object of the invention is to provide an internal combustion engine in which the combustion chamber and the piston ring sealing surfaces are separated.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en förbränningsmotor som är ekonomisk i tillverkning, pålitlig vid användning och har förskönat utseende.A further object of the invention is to provide an internal combustion engine which is economical to manufacture, reliable in use and has a beautified appearance.

På rítningarna visar fig. 1 en delperspektivvy av motorn enligt uppfinningen, fig. 2 ett delsnitt längs linjerna 2-2 i fig. 1, fig. 3 en ändvy efter linjerna 3-3 i fig. 2, fig. 4 en delperspektivvy visande en kolv i sitt bottenläge, fig. S ett snitt i större skala längs linjerna 5-5 i fig. 3, §ig¿_§ ett snitt i större skala längs linjerna 6-6 i fig. 3, tig. 7 ett snitt i större skala längs linjerna 7-7 i fig. 3, fig. 8 en frontvy av cylinderfodret enligt uppfinningen, fig. 9 ett snitt i större skala längs linjerna 9-9 i fig. 8, fig. 10 en perspektivvy av motorns kam, fíg. 11 en sidvy av kammen i fig. 10, fig. 12 en perspektivvy av motorns returkam, fig. 13 en sidvy av kammen enligt fig. 12, fig. 14 en delspektivvy av en modifierad form av kolvhuvudet, fig. 15 en vy liknande fig. 6 men användande kolven enligt fig. 14, fig. 16 en vy liknande fig. 7 men användande den modifierande kolven enligt fíg. 14, §ig¿_lZ ett snitt i större skala taget i ett plan vinkelrätt mot planet i fíg. 7, fig. 18 en del- perspektivvy av en modifierad form av kolven visnnde dess _ cxpnnsionslägc, och fig. 19 ett snitt liknande det i fig. 17 men vísande den modifierade kolven enligt fig. 18 i dess kompressionsläge.In the drawings, Fig. 1 shows a partial perspective view of the engine according to the invention, Fig. 2 a partial section along the lines 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 an end view along the lines 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 a partial perspective view showing a piston in its bottom position, Fig. S a section on a larger scale along lines 5-5 in Fig. 3, §ig¿_§ a section on a larger scale along lines 6-6 in Fig. 3, fig. Fig. 7 is a section on a larger scale along lines 7-7 in Fig. 3, Fig. 8 is a front view of the cylinder liner according to the invention, Fig. 9 is a section on a larger scale along lines 9-9 in Fig. 8, Fig. 10 is a perspective view of motorns kam, fig. Fig. 11 is a side view of the cam in Fig. 10, Fig. 12 is a perspective view of the engine return cam, Fig. 13 is a side view of the cam according to Fig. 12, Fig. 14 is a partial perspective view of a modified shape of the piston head, Fig. 15 is a view similar to Figs. Fig. 6 but using the piston according to Fig. 14, Fig. 16 a view similar to Fig. 7 but using the modifying piston according to Figs. 14, §ig¿_lZ a section on a larger scale taken in a plane perpendicular to the plane in fig. Fig. 18 is a partial perspective view of a modified form of the piston showing its compensation position, and Fig. 19 is a section similar to that of Fig. 17 but showing the modified piston of Fig. 18 in its compression position.

Motorn 10 enligt uppfinningen innefattar väsentligen en motorrum eller block 12 med ändplattor 14 och 16 vid vilka en cylíndrisk rum 18 är fastsatt och sträcknnde sig 10 15 20 25 30 35 40 eeoos191-s mellan ändplattorna. En drivaxel 20 är roterbart monterad i motorn, framgår bäst av fig. 2. En ände av axeln 20 är monterad i en lagring 22 som är monterad i ändplattanilö. _ Axeln 20 är också roterbart monterad i lagringen 24 som , är monterad i en box eller förlängning 26, fastsvetsad vid ändplattans 14 yttre yta. En lämplig tätning 28 omgríper tätande axeln 20, såsom framgår av fig. 2, 7 Rotorn 30 är fastsatt vid axeln 20 på något lämpligt sätt för rotation tillsammans med denna. En kam 32 är medelst en skruv 35 fastsatt vid rotorn 30. Såsom framgår av fíg. 10 och 11 är kammen 32 ringformig och försedd med en kamyta 34.The engine 10 according to the invention essentially comprises an engine compartment or block 12 with end plates 14 and 16 to which a cylindrical space 18 is attached and extends between the end plates. A drive shaft 20 is rotatably mounted in the motor, best seen in Fig. 2. One end of the shaft 20 is mounted in a bearing 22 which is mounted in the end plate housing. The shaft 20 is also rotatably mounted in the bearing 24 which, mounted in a box or extension 26, is welded to the outer surface of the end plate 14. A suitable seal 28 grips the sealing shaft 20, as shown in Figs. 2, 7. The rotor 30 is attached to the shaft 20 in some suitable manner for rotation therewith. A cam 32 is attached to the rotor 30 by means of a screw 35. As can be seen from fig. 10 and 11, the cam 32 is annular and provided with a cam surface 34.

En returkam 36 är monterad på axeln 20 och fastsatt vid denna- på lämpligt sätt för samtidig rotation och har en kamyta 38.A return cam 36 is mounted on the shaft 20 and attached thereto in a suitable manner for simultaneous rotation and has a cam surface 38.

Ett par cylinderfoder 40 och 40' är monterade i öpp- ningar 42 och 42' utformade i ändplattan 16 och fasthålles i denna medelst bultar 44, såsom beskrives senare. Eftersom cylinderfodren är likadana beskrivs enbart cylinderfodret 40 och tillhörande delar i detalj med "'" utvisande likadana delar på cylinderfodret 40' och dess tillhörande delar.A pair of cylinder liners 40 and 40 'are mounted in openings 42 and 42' formed in the end plate 16 and are secured therein by means of bolts 44, as described later. Since the cylinder liners are the same, only the cylinder liner 40 and associated parts are described in detail with "" "showing like parts on the cylinder liner 40 'and its associated parts.

Som framgår av fig. 8 har cylinderfodret 40 en del med mindre diameter 46 bildande en ansats 48 som ligger an mot en ansats S0 i ändplattan 16. Fodret 40 är försett med ett flertal ínloppsöppníngar 52 på avstånd från varandra och utformade på fodrets ena sida samt större utbläsningsöppningar 54 anordnade på fodrets andra sida. Fodret 40 är försett med en cylindrísk kammare-56 utformad i fodret och bildad av väggytan S8. Cylinderhuvudet 60 är fastsatt vid cylinder- fodrets 40 yttre ände och vid ändplattan 16 medelst bultarna 44 (fig. 6) och är försett med ett kupolformat förbrännings- arum 62_ Förbränningsrummet 62 bildas av en sídväggdel 64 och en toppväggdel 66. Hänvisningsbeteckningen 68 avser en bränsleinsprutningsapparat som står i förbindelse med för- nbränningsrummet 62, såsom framgår av fíg. 15, för att mata in brännbart bränsle i förbränningsrummet i rätt ögonblick.As shown in Fig. 8, the cylinder liner 40 has a portion of smaller diameter 46 forming a shoulder 48 which abuts a shoulder S0 in the end plate 16. The liner 40 is provided with a plurality of inlet openings 52 spaced apart and formed on one side of the liner and larger exhaust openings 54 arranged on the other side of the liner. The liner 40 is provided with a cylindrical chamber 56 formed in the liner and formed by the wall surface S8. The cylinder head 60 is attached to the outer end of the cylinder liner 40 and to the end plate 16 by means of the bolts 44 (Fig. 6) and is provided with a dome-shaped combustion chamber 62. The combustion chamber 62 is formed by a side wall portion 64 and a top wall portion 66. The reference numeral 68 refers to a fuel which communicates with the combustion chamber 62, as shown in FIG. 15, to feed combustible fuel into the combustion chamber at the correct moment.

En värmeisolerande packning 70 är anordnad mellan cylinder- huvudet 60 och cylínderfodret 40 för att minska värmcöver- föríngen från det mycket varma cylinderhuvudet 60 till cylinderfodret 40.A heat insulating gasket 70 is provided between the cylinder head 60 and the cylinder liner 40 to reduce the heat transfer from the very hot cylinder head 60 to the cylinder liner 40.

Kolvar 72 och 72' är glidbart monterade i fodren 40 och 40'. Kolven 72 innefattar en cylindrisk del 74 och ett 10 15 20 30 40 8005191-3 kupolliknande kolvhuvud 76. Kolvhuvudet 76 består av en konísk yta 78 och en överdel 80. För beskrívníngsändamål hänvisas i fortsättningen till följande delar hos kolvhuvudet 76, överdelen 80, den centrala siddelen 78 och bottendelen 82A. Den föredragna utformningen av väggytan 78 är den koniska kunol som visas på rítningarna. Emellertid kan även en cylíndrisk väggyta användas. Ett flertal tätningsringar eller kolvringar 82 är monterade i lämpliga spår utformade i kolven 72 mellan huvudet 76 och den cylíndriska delen 74 och är anordnade att tätande ligga an mot fodrets 40 väggyta 58.Pistons 72 and 72 'are slidably mounted in the liners 40 and 40'. The piston 72 comprises a cylindrical part 74 and a dome-like piston head 76. The piston head 76 consists of a conical surface 78 and an upper part 80. For description purposes, reference is made hereinafter to the following parts of the piston head 76, the upper part 80, the central seat portion 78 and bottom portion 82A. The preferred design of the wall surface 78 is the conical cannula shown in the drawings. However, a cylindrical wall surface can also be used. A plurality of sealing rings or piston rings 82 are mounted in suitable grooves formed in the piston 72 between the head 76 and the cylindrical part 74 and are arranged to abut against the wall surface 58 of the liner 40.

Kolvhuvudet 76 är till formen komplementärt till förbrännings- rummet 62, fastän något mindre, såsom framgår av fig. 7.The piston head 76 is complementary in shape to the combustion chamber 62, although slightly smaller, as shown in Fig. 7.

Figurerna 5,6 och 7 visar ett par motsatt belägna luftavled- ande flänsar 84 och 86 sträckande sig från motsatta sidor av kolvhuvudet 76 av skäl som närmare beskrivs senare. En trissa 88 är roterbart monterad på kolven 72 och är anordnad att rulla över kammens 32 kamyta 34. Trissan 88 innefattar en axeldel 90 som sträcker sig från tríssan och har en trissa 92 roterbart monterad vid sin yttre ände. Trissan 92 är anordnad att rulla över returkammens 36 kamyta 38. Kammen 32 tvingar alltså kolven 72 till sitt toppläge medan retur- kammen 36 tvingar kolven till sitt bottenläge.Figures 5, 6 and 7 show a pair of oppositely located air deflecting flanges 84 and 86 extending from opposite sides of the piston head 76 for reasons which will be described in more detail later. A pulley 88 is rotatably mounted on the piston 72 and is arranged to roll over the cam surface 34 of the cam 32. The pulley 88 comprises a shaft portion 90 extending from the pulley and having a pulley 92 rotatably mounted at its outer end. The pulley 92 is arranged to roll over the cam surface 38 of the return cam 36. The cam 32 thus forces the piston 72 to its top position while the return cam 36 forces the piston to its bottom position.

En luftínloppsledning 94 är medelst skruvar 96 fast- satt vid ändplattan 16 och står í förbindelse med luftin- loppsöppningen 98. Luftinloppsöppningen 98 står i förbindelse med en på tvären sig sträckande luftpassage 100 bildad i ändplattan 16 och som står i förbindelse med luftinlopps- öppningar 52 och 52' hos fodren 40 respektive 40'. Ändplattan 16 är också försedd med en på tvären sig sträckande luft- passage 102 som står i förbindelse med öppníngarna 54 och 54' i fodren 40 respektive 40'. En utblåsníngsöppning 104 står i förbindelse med luftpassagen 102. En utblåsningsledning 106 är medelst skruvar 108 fastsatt vid ändplattan 16. Luft tvingas in i öppningarnn 94 och luftpassagen 100 medelst lämpliga ínblåsníngsorgan eller lnddningskompressororgan (icke visade). Utblåsningsöppningarna 54 är lämpligen något förskjutna i förhållande till luftinloppsöppningarna S2 så att utblásningsöppningarna stänger tidigare än inloppsöpp- ningarnu så att det överladdade trycket kan bibehållas i cylíndrarna. Detta kan uppnås genom att sänka utblåsnings- .-.-.,«...a.=aa -» » .,.... - w - 10 15 ZS 351 40 ~ 8005191-5 öppningen 54 i förhållande till inloppsöppningen 52 såsom visas 1 fig. 4. ' Ett kopparband 110 sträckor sig runt varje cylinder- foder för att hjälpa till att fördela temperaturen jämnt kring cylinderfodret. Med andra ord är cylinderfodret varmast intill utblåsningsöppníngarna 54. Kopparbandet 110 leder värmen runt fodret för att erhålla en mer likformig tempera- tur runt fodret. _ Om sâ önskas kan en koppàrplatta 112 (icke direkt visad) vara anordnad på kolvhuvudet 76 för att likaledes uppnå en jämnare temperatur mellan dess utblåsnings- och inloppssidor. (se fig. 6 och 7). Företrädesvis består cylinderhuvudena, cylinderfodren och kolvarna av föga värmeledande material såsom rostfritt stål eller liknande. Rostfritt stål är en järnbaserad legering innehållande nickel och krom, med mer än 12% krom för att åstadkomma passivitet, men mindre än 30%. Rostfritt stål är lämpligt eftersom det har mycket lägre rvärmeledníng än gjutjärn. T.ex. vid rumstemperatur är ett typiskt värde för gjutjärns värmeledning 0,112 i jämförelse med rostfritt stäl (AISI typ 304) som har ett värde på 0,036.An air inlet conduit 94 is secured to the end plate 16 by means of screws 96 and communicates with the air inlet opening 98. The air inlet opening 98 communicates with a transversely extending air passage 100 formed in the end plate 16 and which communicates with air inlet openings 52. and 52 'of the liners 40 and 40', respectively. The end plate 16 is also provided with a transversely extending air passage 102 which communicates with the openings 54 and 54 'in the liners 40 and 40', respectively. An exhaust port 104 communicates with the air passage 102. An exhaust line 106 is secured to the end plate 16 by means of screws 108 and air is forced into the opening 94 and the air passage 100 by suitable blow means or air compressor means (not shown). The exhaust openings 54 are suitably slightly offset relative to the air inlet openings S2 so that the exhaust openings close earlier than the inlet openings so that the supercharged pressure can be maintained in the cylinders. This can be achieved by lowering the exhaust.-.-., «... a. = Aa -» »., .... - w - 10 15 ZS 351 40 ~ 8005191-5 the opening 54 in relation to the inlet opening 52 as shown in Fig. 4. A copper strip 110 extends around each cylinder liner to help distribute the temperature evenly around the cylinder liner. In other words, the cylinder liner is warmest adjacent to the exhaust openings 54. The copper strip 110 conducts the heat around the liner to obtain a more uniform temperature around the liner. If desired, a copper plate 112 (not directly shown) may be provided on the piston head 76 to likewise achieve a more even temperature between its exhaust and inlet sides. (see Figs. 6 and 7). Preferably, the cylinder heads, cylinder liners and pistons are made of low heat conductive materials such as stainless steel or the like. Stainless steel is an iron-based alloy containing nickel and chromium, with more than 12% chromium to achieve passivity, but less than 30%. Stainless steel is suitable because it has a much lower heat conduction than cast iron. For example. at room temperature, a typical value for cast iron heat conduction is 0.112 in comparison with stainless steel (AISI type 304) which has a value of 0.036.

Typ 304 föredrages och innefattar 18 till 20% krom och 8 till 112% nickel. 300-serien (AISI-typi av rostfria stål föredras framför andra serier. Ovanstående materialvärden är hämtade ur Metals Handbook, Vol. 1, sid Ä08,409,422 och 423 och följande, publicerad av American Society of Metals.Type 304 is preferred and comprises 18 to 20% chromium and 8 to 112% nickel. The 300 series (AISI type of stainless steel is preferred over other series. The above material values are taken from Metals Handbook, Vol. 1, pages Ä08,409,422 and 423 et seq., Published by the American Society of Metals.

Figurerna 14 till 16 visar en modifierad form av kolvhuvudet. Kolvhuvudet 78 är försett med en bortskuren eller fräst yta 114 utformad på kolvhuvudets ena sida för att underlätta passagen av avgaser och kylluft förbi ytan till utblåsníngsöppningarna 54. Cylinderhuvudct 60 är försett med en insats 116 i förbränningsrummet 62 för att kompensera 'för den frästa ytan 114 hos kolvhuvudet 78 när kolven är i sitt toppläge, såsom visas i fig. 16.Figures 14 to 16 show a modified shape of the piston head. The piston head 78 is provided with a cut or milled surface 114 formed on one side of the piston head to facilitate the passage of exhaust gases and cooling air past the surface to the exhaust openings 54. The cylinder head 60 is provided with an insert 116 in the combustion chamber 62 to compensate the surface 114. of the piston head 78 when the piston is in its top position, as shown in Fig. 16.

I funktion matas brännbart bränsle till förbrännings- rummen 62 och 62' genom bränsleinsprutningsapparaterna 68 respektive 68'. Luft under tryck matas till öppningen 98 I så att luft matas in i cylindcrfodrens 40 och 40' inre när kolvnrnn är i sina bottenlägen såsom visas i fig. 5. När kolvarna är i sina topplägen är tätningsringarna 82 belägna ovanför öpphingarna 52 och 54 för att hindra luftens flöde tvåan-vr.. min: sis-y- w . ...and .- 10 15 20 ZS 40 8121051914: in i cylindrarnas inre och för att förhindra utblâsning av luft därifrån.In operation, combustible fuel is fed to the combustion chambers 62 and 62 'through the fuel injectors 68 and 68', respectively. Pressurized air is supplied to the opening 98 I so that air is fed into the interior of the cylinder liners 40 and 40 'when the piston is in its bottom positions as shown in Fig. 5. When the pistons are in their top positions, the sealing rings 82 are located above the openings 52 and 54 to obstruct the flow of air onan-vr .. min: sis-y- w. ... and .- 10 15 20 ZS 40 8121051914: into the interior of the cylinders and to prevent air from escaping therefrom.

Då kolven 72 är i toppläget i fig. 7 och bränsle har sprutats in i förbränningsrummet och har komprimerats åstadkommes antändningen av det brännbara bränslet av värmen och trycket i förbränníngsrummet. Under förbränningen utsätts cylinderhuvudets inre och kolvhuvudet, vilka bildar större delen av förbränningsrummet, för förbränningens mycket höga värme medan ytan mellan kolvens koníska sidväggar och cylinder- hvuudets 60 koniska sidväggar 64 fungerar som ett dött luft- utrymme eller ett utrymme där gaserna är inneslutna och mycket lite turbulens eller cirkulation hos ytan är möjlig. Detta luftgap eller luftutrymme anges med hänvísningsbeteckníngen 118. Företrädesvis är utrymmet 118 bara några få hundradels millimeter brett när kolven är i kompressionsläget i fig. 7.When the piston 72 is in the top position in Fig. 7 and fuel has been injected into the combustion chamber and has been compressed, the ignition of the combustible fuel by the heat and pressure in the combustion chamber is effected. During combustion, the interior of the cylinder head and the piston head, which form the majority of the combustion chamber, are exposed to the very high heat of combustion, while the surface between the conical side walls of the piston and the conical side walls 64 of the cylinder head 60 acts as a dead air space. some turbulence or circulation of the surface is possible. This air gap or air space is indicated by the reference numeral 118. Preferably, the space 118 is only a few hundredths of a millimeter wide when the piston is in the compression position in Fig. 7.

Utrymmet 118 har företrädesvis en vidd i storleksordningen 1,5 mm när kolven är i sitt expansionsläge, visat i fig. 6.The space 118 preferably has a width of the order of 1.5 mm when the piston is in its expansion position, shown in Fig. 6.

Medan vid det "övre" läget i fíg. 7 kolven och huvudets 60 väggar tenderar att dra ut värme från luften och bränslet i utrymmet 118 vilket tenderar att hindra förbränning i detta utrymme. Eftersom utrymmet är så avgränsat är mycket lite bränsle beläget där. Eftersom utrymmet 118 är smalare än kolven i dess övre läge uppnås bättre kompression inuti förbränningsrummet. Vidare reducerar den smala formen av utrymmet 118 under kompressionen turbulensen av luft i ut- rymmet vilket tenderar att isolera kolven och förbrännings- rummets väggar från förbränningsvärmen. Förbränníngen sker huvudsakligen icke i utrymmet 118 när kolven är i sitt övre läge. Som ett resultat tenderar kolvens 76 centrala siddel 78 och cylinderväggarna intill denna att skyddas och isoleras från förhränníngcns höga värme som kolvens överdel utsätts för. Detta är särskilt riktigt under de första 20 procenten av kompressionstakten. Detta tenderar att skydda kolvens nedre del 82A från denna starka värme.While at the "upper" position in fig. The piston and the walls of the head 60 tend to draw heat from the air and fuel into the space 118 which tends to prevent combustion in this space. Because space is so limited, very little fuel is located there. Since the space 118 is narrower than the piston in its upper position, better compression is achieved inside the combustion chamber. Furthermore, the narrow shape of the space 118 during compression reduces the turbulence of air in the space, which tends to insulate the piston and the walls of the combustion chamber from the heat of combustion. The combustion does not substantially take place in the space 118 when the piston is in its upper position. As a result, the central side 78 of the piston 76 and the adjacent cylinder walls tend to be protected and insulated from the high heat of the duct to which the top of the piston is exposed. This is especially true during the first 20 percent of the compression rate. This tends to protect the lower part 82A of the piston from this strong heat.

När kolven är i sitt nedre läge såsom visas i fig. 6, är utrymmet 118 avsevärt vidare och fungerar som ett hög- hastighetsluftutrymme_för att mottaga kylluften. 7 Nettoeffekten av den ovan beskrivna funktionen hos utrymmet 118 tillsammans med den isolerande packningen 70 och det föga värmeledande materialet hos motorkomponenterna 10 15 20 25 30 40 8005191-5 8 hjälper till att hålla kolvens nedre del 82A och väggytan 58, vilka är i kontakt med varandra medelst kolvringar, vid en avsevärt lägre temperatur än kolvens överdel 80 och cylinder- huvudet 60. Temperaturen hos kolvens överdel 80 kan sålunda vara så hög som 540°C, medan kolvens nedre del 82A och cylinder- väggarna mot vilka kolvríngarna ligger an kan vara vid en temperatur av 120 till l50°C.When the piston is in its lower position as shown in Fig. 6, the space 118 is considerably wider and acts as a high-velocity air space_for receiving the cooling air. The net effect of the above-described function of the space 118 together with the insulating gasket 70 and the low heat conductive material of the engine components 10 helps to keep the lower part 82A of the piston and the wall surface 58, which are in contact with each other by means of piston rings, at a considerably lower temperature than the upper part 80 of the piston and the cylinder head 60. The temperature of the upper part 80 of the piston can thus be as high as 540 ° C, while the lower part 82A of the piston and the cylinder walls against which the piston rings abut can be at a temperature of 120 to 150 ° C.

Kraften av förbränningen tvingar kolvarna att röra sig från topplaget i fig. 7 till bottenläget i fig. 6 vilket tvingar kammen 32, rotorplattan 30 och drivaxeln 20 att vridas.The force of combustion forces the pistons to move from the top layer of Fig. 7 to the bottom position of Fig. 6, forcing the cam 32, rotor plate 30 and drive shaft 20 to rotate.

När kolven är i bottenläget såsom visas i fig. 6 är inlopps- öppningarna och utblåsningsöppningarna öppna för att medge renande, kylande och återladdad luft att blåsas in genom in- loppsöppningarna 52 och upp genom gapet mellan kolvhuvudet och cylinderväggen såsom visas i fig. 5. Den luft som blåses in genom inloppsöppningarna avluftar avgaserna och leder in extra kylande luft ner genom gapet på kolvhuvudets andra sida och ut genom utblåsningsöppningarna 54 omgivande den halvan av cylindern. Kolvhuvudets kupolform sprider effektivt ut kylluften i ett tunt brett skiktasom bringas i kontakt med och renar de ytor hos cylindern och kolven som icke utsätts för värmeabsorption under förbränningen. Flänsarna 84 och 86 är valfria och är utformade att leda den inkommande luften över övre delen av kolvhuvudet såsom visas av pilarna i fig. 5. Utan flänsarna 84 och 86 skulle en del luft hellre passera runt kolvhuvudet än över kolvhuvudets topp.When the piston is in the bottom position as shown in Fig. 6, the inlet openings and the outlet openings are open to allow cleaning, cooling and recharged air to be blown in through the inlet openings 52 and up through the gap between the piston head and the cylinder wall as shown in Fig. 5. The air blown in through the inlet vents deaerates the exhaust gases and directs extra cooling air down through the gap on the other side of the piston head and out through the exhaust vents 54 surrounding that half of the cylinder. The dome shape of the piston head effectively disperses the cooling air in a thin wide layer which is brought into contact with and cleans the surfaces of the cylinder and piston which are not subjected to heat absorption during combustion. The flanges 84 and 86 are optional and are designed to direct the incoming air over the upper part of the piston head as shown by the arrows in Fig. 5. Without the flanges 84 and 86, some air would rather pass around the piston head than over the top of the piston head.

Det föredrages även att rostfritt stål med låg värme= ledning används för cylinderhuvudet, cylinderfodren och kolvarna så att de höga temperaturerna hos kolvhuvudet och cylinderhuvudet, vilka bildar förbränningsrummet inte så 'lätt ledes till ytorna som skall kylas. Som resultat bibehålles en hög temperatur i förbränningsområdet och en låg temperatur för kolvringarnas tätningsytor och cylinderns lagringsytor. _ Detta uppnås genom skapandet av det ovan diskuterade "döda, luftutrymmet" medan värmeförlusten genom kylluften ökas genom att sprida ut kylluften i ett tunt brett skikt såsom också diskuterats tidigare. I _ Det bör observeras att den värmeisolerande packningen 70 hindrar de mycket högra temperaturerna hos cylinderhuvudet från att passera till cylínderfodret. Det bör även observeras 10 15 20 25 30 35 40 8005191-5 att tätningsringarna 82 icke glider mot cylinderhuvudets innerväggyta utan enbart mot cylinderfodrets ínnerväggyta, vilken hålls vid en mycket lägre temperatur än cylinder- huvudets. Eftersom de tätande ytorna hos tätningsringarna hålls vid en mycket lägre temperatur än cylinderhuvudet är_deras temperatur inom de praktiska gränserna för smörj- ning. Motorns konstruktion gör det även möjligt att hålla cylinderhuvudet vid en mycket hög temperatur så att förbättrad tändning och förbättrade effektègenskaper uppnås. Även kopparbandet 110 är valfritt och tjänar till att sprida temperaturen jämnt runt cylinderhuvudets yttre såsom disku- terats tidigare. Likaledes är även bandet 112 på kolvhuvudet valfritt och tjänar till att fördela värmen jämnare runt kolvhuvudet.It is also preferred that low heat stainless steel wire be used for the cylinder head, cylinder liners and pistons so that the high temperatures of the piston head and cylinder head which form the combustion chamber are not so easily led to the surfaces to be cooled. As a result, a high temperature in the combustion zone and a low temperature are maintained for the sealing surfaces of the piston rings and the bearing surfaces of the cylinder. This is achieved by the creation of the "dead, air space" discussed above while increasing the heat loss through the cooling air by spreading the cooling air in a thin wide layer as also discussed earlier. It should be noted that the heat insulating gasket 70 prevents the much higher temperatures of the cylinder head from passing to the cylinder liner. It should also be noted that the sealing rings 82 do not slide against the inner wall surface of the cylinder head but only against the inner wall surface of the cylinder liner, which is maintained at a much lower temperature than the cylinder head. Since the sealing surfaces of the sealing rings are kept at a much lower temperature than the cylinder head, their temperature is within the practical limits of lubrication. The design of the engine also makes it possible to keep the cylinder head at a very high temperature so that improved ignition and improved power properties are achieved. The copper strip 110 is also optional and serves to spread the temperature evenly around the outside of the cylinder head as previously discussed. Likewise, the band 112 on the piston head is also optional and serves to distribute the heat more evenly around the piston head.

Såsom nämnts visar fig. 14 till 16 en modifierad form av kolvhuvudet och förbränningsrummet. Kolvhuvudet 78 är försett med en fräst yta 114 på sin utblåsningssida såsom visas på rítningarna. Den frästa ytan är anordnad för att medge ett snabbare och effektivare luftflöde förbi kolven till utblåsníngsöppningarna S4. Utfyllnaden eller insatsen 116 är helt enkelt insatt i förbränningsrummet för att göra förbränningsrummets inre komplementärt till formen hos den frästa ytan 114.As mentioned, Figures 14 to 16 show a modified form of the piston head and the combustion chamber. The piston head 78 is provided with a milled surface 114 on its exhaust side as shown in the drawings. The milled surface is arranged to allow a faster and more efficient air flow past the piston to the exhaust openings S4. The filler or insert 116 is simply inserted into the combustion chamber to make the interior of the combustion chamber complementary to the shape of the milled surface 114.

Den modifierade kolven 72' i fig. 18 har sin centrala siddel 78A cylíndriskt utformad. Ett utrymme 118A uppkommer kring den centrala siddelen. Denna kolv fungerar väsentligen på samma sätt som kolven 72 vad avser dess möjlighet att hålla ringarna 82 skyddade från förbränningens överskottsvärme.The modified piston 72 'of Fig. 18 has its central seat 78A cylindrically shaped. A space 118A arises around the central side part. This piston functions substantially in the same way as the piston 72 in terms of its ability to keep the rings 82 protected from the excess heat of combustion.

Det framgår sålunda att en ny förbränningsmotor har åstad- kommits, vilken har organ anordnade för effektivare kylning. Den effektivare kylningen av motorn uppnås genom separcring av cylinderhuvudet och tätningsytorna medelst ett 'luftutrymme mellan det kupolformade kolvhuvudet och det kupolformade cylinderhuvudet och genom användningen av en värmcisolerande packning. De förbättrade kylningsegenskaperna uppnås även genom utspridning av den kylande luften í ett tunt brett skikt för att effektivare kyla de ytor som ut- satts för förbränningens värme. Medan uppfinningen beskrivits såsom särskilt lämplig för användning med invändig kylluft bör observeras att motorn kan kylas med utvändiga organ om 10 8005191-5 så önskas.It thus appears that a new internal combustion engine has been provided, which has means arranged for more efficient cooling. The more efficient cooling of the engine is achieved by separating the cylinder head and the sealing surfaces by means of an air space between the dome-shaped piston head and the dome-shaped cylinder head and by the use of a heat-insulating gasket. The improved cooling properties are also achieved by spreading the cooling air in a thin, wide layer in order to cool the surfaces exposed to the heat of combustion more efficiently. While the invention has been described as being particularly suitable for use with internal cooling air, it should be noted that the engine can be cooled by external means if desired.

Det framgår sålunda att förbräuningsmotorn enligt ' uppfinningen uppfyller åtminstone alla sina avsedda mål.It thus appears that the internal combustion engine according to the invention fulfills at least all its intended objectives.

Claims

... -a-w ﬂ -..-.... wa ..-.......... ... n -... ﬂ -..-....-. ... n- "a0ós191-5 H Patent Claims

An internal combustion engine comprising an engine block, a cylinder liner mounted in the block, a cylinder head at one end of the liner and forming a combustion chamber at said one end of the liner, means for supplying combustible fuel to the combustion chamber, a piston slidably mounted in the liner and movable between a compression position adjacent the cylinder head and an expansion position away from said one end of the liner, a drive shaft rotatably mounted in the block and extending therefrom, and means for effectively connecting the piston to the drive shaft, the combustion of fuel in the combustion chamber leading to the drive shaft being rotated. the piston (76) has an upper part (80), an elongate central side (78) and a lower part (82A), that sealing means (82) on the lower part of the piston are in contact with the inner wall surface (58) of the cylinder liner (40). ) wherein the elongate central side portion (78) extends past the lower portion in a direction towards the cylinder head (60), that the elongate a central side portion (78) extends above the lower portion (82A) to protect the inner wall surface (58) of the liner from direct combustion heat which wall surface is in contact with the sealing member (82) below the initial portion of the piston expansion member. towards the expansion position, that the elongate central side portion (78) substantially separates and separates the sealing member (82) from the heat of combustion, that the cross-sectional area of the elongate central portion of the piston is smaller than the cylinder liner to provide a narrow space (118) between the piston elongate central side part (78) and the inner side walls (58) of the cylinder liner in both the compression and expansion positions, that air inlet openings (52) and exhaust openings (54) are provided in the cylinder liner (40), that the air inlet openings with the space opening (52) (118) between the piston and the liner, the air inlet openings (S2) being in operative communication with an air source under pressure and in direct communication with the narrow space (118) when the piston is in its expansion position, supplying a thin layer of air to the narrow space and to the interior of the liner and the combustion chamber to vent the exhaust gases therefrom through the exhaust openings (54) for cooling the inner wall surface (58) of the liner in contact with the sealing member (82) and surrounding and cooling the elongate central portion (78) of the piston to cause the sealing member (82) to cool.

2. An engine according to claim 1, characterized in that the narrow space has a relatively small width when the piston is in its compression position to increase the compression of the combustible fuel and wherein the space has a relatively larger width when the piston is in its expansion position to allow the introduction of air into the cylinder (40) and to contact the elongate central part (78) of the piston and to allow the exhaust of gas from the cylinder (40).

Engine according to claim 1, characterized in that the piston (76) has a side wall part (78) for diverting the incoming air upwards into the interior of the cylinder in a thin stream. '

Engine according to claim 3, characterized in that the exhaust openings (54) and the inlet openings (52) are located on opposite sides of the cylinder (40).

An engine according to claim 3, characterized in that air vent flange means (84, 86) are arranged on the piston to prevent the incoming air from passing around the piston to the exhaust openings (54).

Engine according to claim 1, characterized in that the piston (76) has a conical side wall part (78) for diverting the incoming air upwards into the interior of the cylinder in a thin stream.

7. An engine according to claim 1, characterized in that the piston is dome-shaped.

Engine according to claim 7, characterized in that the dome-shaped piston (76) has a cut-away part (114) on one side next to the exhaust openings (54) to thereby facilitate the flow of exhaust gases.

9. An engine according to claim 7, characterized in that the inner shape of the cylinder head (60) is dome-shaped and substantially complementary to the shape of the piston (76).

Engine according to claim 1, characterized in that a thermally conductive strip (110) extends around the cylinder liner (40) adjacent the inlet and exhaust openings (52, 54) to equalize the temperature around the liner (40). .

An engine according to claim 1, characterized in that a heat conducting means (112) extends through the piston (76) adjacent the sealing means (82) to equalize the temperature around the piston.

Engine according to claim 1, characterized in that the elongate central part (78) of the piston (76) comprises a slightly heat-conducting material for dissipating the heat flow from the upper part (80) of the piston to the sealing member (82).

Engine according to Claim 12, characterized in that the piston (76) consists of stainless steel.

Engine according to claim 1, characterized in that the elongate central part (78) of the piston (76) and the cylinder liner (40) comprise a slightly heat-conducting material for delaying the heat flow from the upper part (80) of the piston to the sealing means (82) and for delaying the heat flow from the cylinder head (60) to the inner wall surface (58) of the cylinder liner which is in contact with the sealing means (82).

Engine according to claim 14, characterized in that the piston (76) and the cylinder liner (40) consist of stainless steel.

Engine according to claim 1, characterized in that the cylinder liner (40) comprises a slightly heat-conducting material for delaying the heat flow from the cylinder head (60) to the inner wall surface (S8) of the cylinder liner (40) which is in contact with the sealing member ( 82).

Engine according to Claim 16, characterized in that the cylinder liner (40) consists of stainless steel.

Engine according to claim 1, characterized in that thermal insulation means (70) are arranged between the cylinder liner (40) and the head (60) mounted thereon.

Engine according to claim 1, characterized in that the elongate central side (78) of the piston (76) comprises a slightly heat-conducting material for dissipating the heat flow from the upper part (80) of the piston (76) to the sealing member (82). ......_.... \ -.-._... .._.....-, __ _ _ aoóvšmiši I4 n20. 'Engine according to claim 1, characterized _ by the engine is a compression type engine. 8005191-5 Summary An internal combustion engine (10) comprises an engine frame (12) in which a drive shaft (20) is rotatably mounted and extending from the engine frame. A pair of cylinder liners (40,40 ') are mounted on the engine frame (12) and have their inner ends located inside the inner of the frame and their outer ends located outside the frame. A cylinder head (60,60 ') is attached to the outer end of each cylinder liner and is separated from it by a heat-insulating gasket (70). In each cylinder head (60,60 ') a dome-shaped space (62,62') is formed and communicates with a source of combustible fuel. An air inlet conduit (94) is mounted at one end of the engine frame and communicates with a pressurized air source such as a fan, charge compressor or the like. The air inlet duct communicates with an air passage (100) formed in the engine frame (16) and communicates with air inlet openings (52,52 ') formed in the cylinder liners (40,40'). The cylinder liners (40,40 ') are provided with exhaust openings (54,54') which communicate with an air exhaust passage (102) formed in the engine frame (16). The exhaust passage (102) is connected to an exhaust line (106) or an exhaust pipe extending from the engine frame (16). A piston (72,72 ') is slidably mounted in each liner (40,40') and has a dome-shaped main body (76,76 ') which is arranged to be received in the dome-shaped space (62,62') in the cylinder head (60 , 60 ') when the piston is in its top position. In the top position there is an "air space" (118) between the walls or sides (78.78 ') of the piston head (76,76') and the walls or sides (64,64 ') of the liner. The "air space" (118) serves as a means for delaying the heat absorption in the sides of the piston head (76,76 ') and the sides of the cylinder liner (40,40'). In the lower position, the "air space" (118) also serves to disperse the cooling air in a thin wide layer for more efficient cooling of the cylinder head (60,60 ') and the liners (40,40'). Optional air diverter flanges (84,86,84 ', 86') may be provided on the piston head (76,76 '). The rings (82.82 ') of the piston (72,72') are lubricated in the usual way and slide against the inner wall (52,52 ') of the cylinder liner (40,40'). Each piston (72,72 ') has a pulley (88,88') mounted on its lower part (74,74 ') and which slides on a cam (32) mounted on a rotor plate (30) attached to the drive shaft ( 20) for rotation together. : nnf-.l / fc- ... M-_; ...-, ._. ~ ..-; ..--: a .-. u =: -> .. fe .._ al. 8005191-5 with this. A return pulley (92, 92 ') is also operatively mounted on the lower portion (74, 74') of the piston (72, 74 ') for contact with a return cam (36) mounted on the drive shaft (20) for rotation therewith. _;, ._ .Na-we: rm .Lay-e i 4 «. =. ¿-.-. Uuau..¿, ..- <.. Å ...- ~ - uwwe-