SE433871B - Fram- och atergaende kolv for vermemotorer, kompressorer och liknande med kolv och cylinder - Google Patents

Description

7803393-3 10 15 20 25 30 35 2 vis angivna slaget och kännetecknas därav, att den har ett övre kolvparti och ett tvärgående, ringformigt spår, att en första kolvring är anordnad i det tvärgå- ende, ringformiga spåret och har ett övre hörn, som är tangentiellt med cylinders innervägg, och en bakre inneryta, som är belägen på avstånd från det tvär- gående, ringformiga spàrets botten, att det övre kolv- partiet vid sin omkrets har växelvis anordnade utskju- tande ribbor och urtagningar, vilka är belägna på avstånd från cylinderns innervägg, att det övre kolv- partiet har en dekompressionskammare, som är belägen ovanför den första kolvringen, varvid_ribborna och urtagningarna är anordnade såväl ovanför som under denna kammare och varvid en ringdel är anordnad i kammaren och är fritt axiellt förflyttbar däri för att samverka med den första kolvringen såsom gensvar på kolvens rörelse i cylindern, samt att diametern för ribbornas ytteromkrets är så relaterad till diametern för cylinderns innervägg, att det initiala, diametrala spelrummet mellan ribbornas ytteromkrets och cylinderns innervägg i kallt tillstånd är väsentligen lika med hälften av motsvarande vanligtvis föreliggande spelrum mellan en konventionell kolv och dess cylinders inner- vägg, så att ribborna under inkörning anpressas mot cylinderns innervägg, varigenom de kan kontraheras och sammanpressas i urtagningarna, vilka är anordnade att upptaga ribborna, varvid för en fram- och åter- gàende kolv, som har en diameter av 75 mm och är mon- terad i en fyrtaktsmotor, ett första självanpassat kolvparti har en diameter, som är 0,2 mm större än diametern för en konventionell kolv för nämnda fyrtakts- motor.

Genom att omkretsen hos det övre kolvpartiet av kolven enligt uppfinningen vidare är belägen närmare cylinderns innervägg än det motsvarande kolvpartiet vid konventionella kolvar, underlättas bildandet av en kudde av fluidum under tryck mellan kolvpartiet och 10 15 20 25 30 35 7803393-3 3 cylindern, varvid kudden åstadkommer en mycket avse- värd begränsning av kolvens oscillatíons- eller balan- seringsrörelser. Härigenom kommer det övre partiet av kolvens sidoyta att i mindre grad anpressas mot cylindern och riskerar icke längre att utsättas för kärvning, vilket fortfarande är mycket vanligt vid detta parti av konventionella kolvar, isynnerhet under inkörningsperioden. Denna begränsning medför på samma gång en minskning av det ljud, som uppstår till följd av nämnda balanserings- eller oscillationsrörelse. Det må även på- pekas, att närmandet av kolvpartiet till cylindern på ett fördelaktigt sätt ökar kylningen av cylinderhuvudet, medan det minskar passagen av drivfluidum mellan kolv och cylin- der ovanför den första kolvringen. Drivfluidum tenderar då att i allt mindre grad tränga in i området mellan nämnda ringsyttre omkrets och kommer därvid i mindre kvantitet att strömma genom de för driften nödvändiga spelrummen mellan kolvringar, kolv och cylinder. Detta medför isynner- het - på sama gång som en minskning av inträngning av drivfluider i oljetråget - en minskning av medeltrycket för dessa fluider, särskilt mot baksidan av den första kolvringen, som härigenom komer att glida mot cylinderns innervägg med minskad friktion och därigenom bromsar kol- ven mindre. Vevstaken kommer sâlunda.attförmedla mindre kraft under insugningen och kompressionen av nya fluider liksom vid utblåsningen av förbrända fluider, medan vev- staken under den drivande tryckkraften, som resulterar av förbränningen, bibringas en mindre hämmad rörelse. samti- digt kommer under explosionsfasen - vid en explosionsmotor - kolvens accelererade rörelse och det mera långsamma fyllan- det av arbetsspelrummen till baksidan av den första kolv- ringen att medföra en minskad âterverkan av fluidet vid explosionen (stötvåg) isynnerhet på ventilerna, vilket tenderar att reducera deras oordnade rörelse isynnerhet vid verksamgöring av lågvarviga motorer. Härigenom minskas ventilslamret och därav resulterande effektförluster. 7ao3s9ses 10 15 20 25 30 35 4 Genom att kolvens första kolvring kan glida utan bromspåverkan medges vidare motorn en driftsflexibilitet, som är befrämjande för samtliga transmissionsdelar och drev och gör att varje manuellt styrt fordon blir synner- ligen angenämt att använda.

Genom användning av kolven enligt uppfinningen, som är avsedd att användas vid värmemotorer och andra maski- ner med fram- och återgående kolv, är det möjligt att av- sevärt höja verkningsgraden, ernå bättre bränsleekonomi, ökad driftsflexibilitet, tystare drift, mindre förore- ningar och ökad driftstillförlitlighet.

En utföringsform av uppfinningen'komer att beskrivas nedan såsom ett icke begränsande exempel med hänvisning till bifogad ritning.

Pig l är en partiell längdsektionsvy av en-kolv en- ligt uppfinningen, som är anordnad att röra sig fram och åter i en cylinder, och fig 2 är en längdsektionsvy i förstorad skala, som visar ett parti av omkretsen hos den i fig l visade kolven.

I fig 1 och 2 visas en del av en kolv 1 enligt upp- finningen efter en lång inkörningsperiod och vid en drifts- medeltemperatur. Kolven befinner sig vid slutet av kompres- sionen l cm från sin övre dödpunkt. Kolven visas med ett parti av sin övre del eller sitt övre kolvparti 3 och bi- bringas en fram- och återgâende rörelse inuti en cylinder 2, av vilken endast en del visas. Under det första, övre kolv- partiet 3 visas en del av kolvens första kolvring 4, som är anordnad i ett tvärgående ringformigt spår 5. Enligt uppfinningen är kolven l vid sin omkrets utformad med om- växlande utskjutande partier 6 och urtagningar 7. Partierna 6 kan utgöras av gängor med trapetsformigt tvärsnitt, vilka är åtskilda av spår 7 med triangulärt tvärsnitt, vilka bildar urtagningarna. I dessa spår bildas konventionell avlagring av sot och koks (på ritningen visat medelst punkter). Gängorna 6 och spåren 7 kan åstadkommas genom konventionell gängning av Omkretsen hos det första kolv- partiet 3. 10 15 20 25 35 7803393-3 5 Medan kolvpartiet av de fram- och âtergående kolvarna har sådana dimensioner, att de aldrig kan komma i kontakt med cylinderns innervägg, är kolven l enligt uppfinningen så utformad, att det första kolvpartiets 3 omkrets före inkörning har en sådan begynnelsediameter, att det diame- trala spelet mellan kolv och cylinder vid denna del av kolvpartiet 3 är väsentligen lika med hälften av det spel, som i motsvarande fall vanligtvis föreligger hos en kolv av konventionell typ. I fig 2 visas med heldragna linjer profilen hos kolvpartiets 3 omkrets vid kall motor och med prickstreckade linjer visas denna profil, då ifrågavarande kolvparti är maximalt utvidgat. I denna figur visas även med streckader linjer ursprungsprofilen hos kolvpartiets 3 omkrets före inkörning.

Omkretsen hos det i fig 2 visade kolvpartiet 3 är den, som föreligger hos ett första kolvparti, som har självformats, isynnerhet genom sättning av topparna Ga hos tänder, då dessa tryckpåverkats med drivfluiderna mot cylinderns 2 innervägg i huvudsak under en mångfald ut- vidgningar av det första kolvpartiet under inkörnings- perioden. Detta medför, att spelet e mellan tändernas top- par 6a eller de trapetsformade åsarna 6 och cylinderns 2 innervägg vid driftsmedeltemperatur blott är en tredjedel av det normala spelet mellan cylindern och det första partiet av en konventionell kolv under samma betingelser.

Såsom exempel kan nämnas, att vid en fram- och âtergâende kolv med en diameter av 75 mm, som användes vid en fyrtakts- motor, ett första självanpassat parti av en kolv enligt 7 uppfinningen i genomsnitt har en diameter, som är 0,2 mm 30> större än diametern hos en kolv av konventionell typ..

Det diametrala spelet 2e vid detta självanpassade kolv- parti ligger sålunda mellan 0,3 mm vid kall motor och 0 vid maximal utvidgning av kolvpartiet.

Vid en tvåtaktsmotor kan ovan angivna värden vanligt- vis delas med tvâ, medan de är i stort sett samma vid en dieselmotor. Vid fram- och återgående kolvar hos andra maskiner, isynnerhet hos kompressorer, är det maximala spelet vid kall motor vid det självanpassade kolvpartiet 3 10 15 20 25 30 ' 35 7803393-3 6 även väsentligen beroende av den maximala utvidgningen.

Om man känner till de spel, som vid kall motor föreligger vid de första partierna av konventionella kolvar i för- hållande till deras cylindrar (vid helt inkörda maskiner) och tager hänsyn till eventuella avlagringar av sot och koks på kolvpartierna och inuti cylinderns övre parti, är det lätt attfförutse den diametrala utgångsdimensionen för ett valfritt, första självanpassningsbart kolvparti.

Denna dimension ernås genom att några hundradels milli- meter lägges till den diametrala dimensionen för ett första parti av en motsvarande konventionell kolv, varvid även tillägges den diametrala tjockleken av tidigare nämnda sot- och koksavlagringar. Därefter är det till- räckligt, att det nya kolvpartiet ges möjlighet till kon- traktion genom att dess omkrets utformas med hålrum, som kan upptaga drivfluider (bränsle, gas, smörjmedell och som även kan upptaga sättningar eller indragna partier, som smörjes med nämnda fluider (sålunda utan risk för kärvning) och härrör från utskjutande partier (omkring hålrummen), som anpressas mot cylindern väsentligen vid den högsta temperaturhöjningen hos motorn. Sålunda har varje kolv enligt uppfinningen ovanför sin första kolvring 4 och mel- lan sin omkrets och cylinderns innervägg en kanal, vars ringa maximibredd åstadkommas mer eller mindre snabbt i beroende av formbarheten hos de utskjutande partier 6, vilka kan utformas mer eller mindre stora, beständiga etc allt efter den önskade inkörningshastigheten.

Den pâritningenvisade kolven har en omkrets, vars diameter vid kall motor (mellan gängningarnas toppar Ga eller âsarna 6, som bildar de utskjutande partierna) är 0,05 mm större än den är vid kall motor vid samma del efter maximal konditionering av motorn.

Begynnelseomkretsen har åstadkommits genom en vanlig gängningsoperation, varigenom erhållits trapetsformade gängor 6 med en begynnelsebredd a av cirka 0,3 mm och spår eller fâror 7 med ett djup b av cirka 0,4 mm. Härigenom kommer kolvens omkrets, särskilt på grund av dess stora formbarhet, att anpassa sitt läge redan under motorns 10 15 20 25 30 35 7803393-3 7 första rotationsvarv och denna anpassning fortsätter i ökande grad och medför omedelbart ett flertal fördelar för motorn, särskilt vad avser verkningsgrad, bränsle- ekonomi, driftsflexibilitet, förorerningsgrad och till- förlitlighet. Man kan säga, att orsaken till dessa gynn- samma effekter till stor del ligger i snävheten hos den kanal med bredden e, som är anordnad mellan tandtopparna 6a hos de utskjutande partierna 6 och cylinderns 2 inner- vägg.

Denna smala kanal kommer att avsevärt bromsa rörelsen av drivfluiderna vid nivån för ringen 4 och begränsar härigenom även mängden sådana fluider i cirkulation eller under kompression eller dekompression särskilt vid det övre hörnet av ringen 4 tangentiellt med cylindern 2, där- efter runtomkring och isynnerhet vid baksidan av denna ring. Sålunda erhålles en försvagning av den av denna kolvring vanligen âstadkomna dubbeleffekten, nämligen att denna del å ena sidan är fördelaktig genom den tätning, som den åstadkommer genom sin samtidiga kontakt med kolven och cylindern och å andra sidan har en skadlig inverkan genom sin friktion mot dessa båda element. Det är ett känt faktum, att hälften av friktionen vid en motor före- ligger mellan cylinder och kolv och att friktionen ökar med belastningen och är proportionell mot kvadraten på hastigheten. Detta innebär, att kolven enligt föreliggande uppfinning är synnerligen intressant, då den gör det möjligt att avsevärt reducera friktionen vid den första kolvringen utan att minska dennas tätande verkan, varvid gdetta åstadkommas i tilltagande grad och proportionellt mot ökning av hastigheten, eftersom bredden e på kanalen mellan kolv och cylinder kan nedbringas ända till O i- beroende av den maximala utvidgningen av kolvpartiets 3 omkrets, varvid denna utvidgning i sin tur är direkt beroende av belastning och hastighetsökning.

Den mellan kolven och cylindern föreliggande kana- lens ringa bredd e - jämfört med en konventionell kolv - medför en begränsning av kolvens svängningar kring dess axel och av dess andra balanseringsrörelser, som i huvudsak följer på explosionen av drivfluiderna och på förändringar 10 l5 20 25 30 35 7803393-3 8 i drivimpulserna för vevstakarna. Genom att omkretsen hos kolven enligt uppfinningen föres närmare cylinderns 2 innervägg bildas däremellan en kudde av drivfluider, vilkas tryck särskilt är proportionellt mot avståndsminsk- ningen. sålunda komer påkänningarna vid anliggningen av det övre partiet av kolvens sidoyta mot cylindern under ovan nämnda explosion och drivimpulsförändringar att redu- ceras maximalt, huvudsakligen under inkörningsperioden, under vilken risken för kärvning fortfarande är alltför stor just vid nivån för det övre partiet av sidoytan hos en konventionell kolv. Vidare uppnås en minskning av det driftsbuller, som vanligen följer på ovan beskrivna onor- mala betingelser.

Enligt ett ytterligare kännetecken för uppfinningen anordnas i det första kolvpartiets 3 omkrets ovanför kolvringen 4 en dekompressionskammare 9, i vilken är lag- rad en del 8, som är fritt förflyttbar i kammaren genom kolvens rörelse. Hålrummet 9 utgöres av ett ringformigt tvärgående spår, i vilket är anbragt en slitsad ring 8,- som är jämförbar med en kil eller kloss eller en fjäder- rakelplatta. ad.mot spårets 9 botten och mot den övre väggen I fig l visas den slitsade ringen 8, då den är anpress hos spåret. Driftsspelrummet 10 representeras av de tomma utrymmena mellan de olika ovan beskrivna komponenterna.

Dekompressionskammaren 9, som sålunda är belägen i rörelsebanan för de i riktning mot eller 1 den första kolvringen 4 sig förflyttande drivfluiderna, riktning från bidrager till att ytterligare begränsa den negativa ver- kan av dessa drivfluider i höjd med den första kolvringen.

Kammarens volym kan hållas konstant genom den fram- och återgående rörelsen av ringen 8, som är anordnad att i denna kammare 9 förhindra sot- och koksavlagring utan att medföra någon skadlig biverkan. Ringens 8 fram- och återgående rörelse mot bottnen hos spåret 9 mellan dettas övre och nedre parti åstadkommas genom den samfällda rörelsen av kolven och drivfluiderna, Genom den ständiga variationen av spelet e mellan kolven och cylindern under motorns gång kommer naturligtvis det fria utrymmet i "w 10 7803393-3 9 spåret 9 att utgöra ett reglermedel, vars effektivitet är särskilt gynnsam vid nivån för den första kolvringen vid igångsättning, vid drift vid låg temperatur och i allmänhet vid varje förändring av belastningen av motorn.

Det må även påpekas, att hur ringa ringens 8 fram- och återgâende rörelse än är, den åstadkommer ventilation och sålunda en fördelaktig avkylning av omgivningen.

Slutligen inses, att om blotta närmandet av kolv- « huvudets omkrets till dess cylinder är tillräckligt för isï 20 ' kolvomkretsen, som zsí 30 35. att åstadkomma väsentliga förbättringar, ett samordnande med en lämplig dekompressionskammare 9 ytterligare för- stärker vissa av ovan beskrivna fördelar och möjliggör tillverkning av mycket komplicerade motorer, som kan arbeta under såväl mycket ringa som mycket hög belast- ning och med såväl mycket låg som mycket hög hastighet.

Såsom framgår av det ovanstående, kan den modifierade utgöres av de utskjutande partierna 6 och urtagningarna 7 vid ett eller flera kolvpartier, såsom det övre kolvpartiet 3, åstadkommas genom maskinbearbet- ning, exempelvis genom lettring av cirkulära spår och ef- ' terbearbetning för mâttanpassning med ett ordinärt svarv- ' stål. Omkretsen kan - särskilt med tanke på en eventuell _ förstärkning - även helt eller delvis utgöras av en eller ' flera beläggningar (elektrolytiska eller liknande) eller också av en eller flera delar, som vid gjutning av kolven infälles eller på vanligt sätt införlivas.

Kolvpartiets eller kolvpartiernas omkrets kan i sin helhet eller delvis beläggas med krom, nickel eller annan skyddsbeläggning, varigenom uppnås minskning av eventuellt slitage, som isynnerhet förorsakas av korrosion från driv- fluiderna eller av den intermittenta kontakten mellan om- kretsen och cylindern i högutvecklade motorer.

Kolven enligt uppfinningen är lämplig att framstäl- las i industriell skala, då den vad avser tillverkning och tillverkningskostnader är att jämföra med konventionella 10 l5 7803393-3 10 kolvar, och kan åstadkommas med utgångspunkt från redan befintliga konventionella kolvar; isynnerhet genom lett- ring av det önskade partiet och, om så är erforderligt och möjligt, genom utsvarvning av dekompressionskamaren.

Slutligen må påpekas, att av alla de fördelar, som vinnes med föreliggande uppfinning, effektökningen kan komma att underlätta anpassningen av förgasare, filter och andra katalysatorer, som är stora effektförbrukare men kommer att bli alltmer nödvändiga för att nedbringa föroreningsgraden vid värmemotorer. Enbart genom uppfin- ningen kommer den förefintliga föroreningshämmande regle- ringen hos sådana motorer att stundom förbättras men isynnerhet att bli stabilare, eftersom den förbättrade funktion och kvaliteten hos vissa delar, som inverkar på nämnda reglering, genom föreliggande uppfinning kommer att säkerställas och förlängas.

Claims (3)

1. 7803393-3 ll PATENTKRAV l. Fram- och àtergående kolv för värmemotorer, kompressorer och liknande med kolv och cylinder, k ä n n e t e c k n a d därav, att den har ett övre kolvparti (3) och ett tvärgà nde, ringformigt spår (5), att en första kolvring (4) är anordnad i det tvärgà- ende, ringformiga spåret (5) och har ett övre hörn, som är tangentiellt med cylinderns (2) innervägg, och en bakre inneryta, som är belägen på avstånd från det tvärgående, ringformiga spårets (5) botten, att det övre kolvpartiet (3) vid sin omkrets har växelvis anord- nade utskjutande ribbor (6) och urtagningar (7), vilka är belägna på avstånd från cylinderns (2) innervägg, att det övre kolvpartiet (3) har en dekompressions- kammare (9), som är belägen ovanför den första kolv- ringen (4), varvid ribborna (6) och urtagningarna (7) är anordnade såväl ovanför som under denna kammare och varvid en ringdel (8) är anordnad i kammaren och är fritt axiellt förflyttbar däri för att samverka med den första kolvringen (4) såsom gensvar på kolvens rörelse i cylindern (2), samt att diametern för rib- bornas (6) ytteromkrets är så relaterad till diametern för cylinderns (2) innervägg, att det initiala, diametrala spelrummet mellan ribbornas (6) ytteromkrets och cylin- derns (2) innervägg i kallt tillstànd är väsentligen lika med hälften av motsvarande vanligtvis föreliggande spelrum mellan en konventionell kolv och dess cylinders innervägg, så att ribborna (6) under inkörning anpressas mot cylinderns (2) innervägg, varigenom de kan kontra- heras och sammanpressas i urtagningarna (7), vilka är anordnade att upptaga ribborna (6), varvid för en fram- och àtergàende kolv, som har en diameter av 75 mm och är monterad i en fyrtaktsmotor, ett första självanpassat kolvparti har en diameter, som är 0,2 mm större än dia- metern för en konventionell kolv för nämnda fyrtakts- motor. 7803393-3 12
2. 2. Kolv enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att de utskjutande ribborna (3) bildar koncentriska, cirkulära gängor, varvid varje gänga har ett rotparti, vid vilket tvâ varandra närbelägna gängor mellan sig bildar koncentriska, cirkulära spår med triangulär sektion, och varvid gängornas toppar har trapetsformig sektion.
3. 3. Kolv enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det övre kolvpartiet (3) har en skyddsbeläggning i farm av en elektrolytisk belägg- ning, en krcmbeläggning eller en nickelbeläggning. l