SE434772B - Kolvring - Google Patents

Description

1aozo92+1 l0 15 20 2 tätning mellan kolven och cylinderväggen. g Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att åtminstone en av de inåt konvergerande sidoväggarna på kolvringen och/eller i kolvringspâret har en konkavt krökt tvärsektion över den större delen av sin vägg för att skapa en linjekontakt mellan de mot varandra vända sidoväggarna.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, vilka visar före- dragna utföringsformer. Fig l visar en planvy av en kolvring enligt föreliggande uppfinning- Fig 2 visar en sidovy av kolvringen i fig l..Fig 3 visar en tvär- sektion av kolvringen i fig l och 2 efter linjen 3-3 i fig l. Fig 4 visar en förstorad) fragmentarisk tvär- sektion av kolvringen i fig l och 2 vid användning i ett spår i en tillhörande kolv. Fig 5 visar en schema- tisk tvärsektion av en anordning för att forma de övre och nedre sidoväggarna hos kolvringen i fig l-4. Fig 6 visar en förstorad, fragmentarisk tvärsektion av en modifierad utföringsform av kolvringen i_fig l-4- Föreliggande uppfinning hänför sig till kolvringar, vilka är självspännande, ringformiga metallstycken, som installeras i kolvringspår för att.åstadkomma en rörlig tätning mellan förbränningskammaren och vevhusetr 25 hos en förbränningsmotor. 30 35 Den metall, som används för dylika kolvringar, måste uppfylla ett antal krav. Metallen måste vara ett bra lagermaterial och ha stor slitstyrka. I vissa fall kan. ringens metall beläggas med ett material med sådana egenskaper. Metallen skall dessutom vara lämpligt hård och ha hög hållfasthet, men ändå vara lättbearbetbar.

Det mäste vara ett bra fjädermaterial_och kunna motstå utmattning. Ringmaterialet måste kunna arbeta under tillstånd av en gränsskiktssmörjning och samtidigt upp- ca 'höga balastningar. Metaiien- måsta i huvudsak bibe- hålla sin mekaniska hållfasthet när den arbetar medå höga temperaturer och tryck i den tillhörande motorn. 10 15 20 25 30 '35 7803092-1 3 Sålunda skall de heta, korrosiva förbränningsproduk- terna inte ha en extremt motsatt effekt på förslitnings- egenskaperna hos ringarnas metall.

För att minska slitaget på kolvringarna och ge dem önskade egenskaper kan ett antal beläggningar och gal- vaniseringar användas.

Vissa typer av speciella ytbehandlingar såsom exem- pelvis en tunn lageryta av friktionsnedsättande metall eller kemisk behandling, underlättar inkörningen eller innötningen av nya ringar. Dylika ytbehandlingar kan åstadkomma att små ojämna fläckar på ytorna hos ringarna och den tillhörande cylindern slits bort gradvis, så att en bra ytkontakt uppnås utan för stor friktion, vilket skulle kunna orsaka slitage eller ojämnheter.

Samtliga egenskaper hos materialet.i kolvringarna samverkar för att åstadkomma att kolvringarna får en arbetande, rörlig tätning, som hindrar avgaser från att strömma till vevhuset och olja från att.strömma till förbränningskammaren i för stora.kvantiteter. Den- na dubbla funktion har under åren_lett till utveckling av tvâ basringtyper - kompressionsringar och oljeskrap- ringar. Inom dessa breda kategorier har hundratals olik- artade utformningar utvecklats. Vanligtvis har ringar med riktig form kombinerats i satser för att_åstadkomma den bästa och mest optimala utformningen för varje motor under alla driftförhållanden.

Med hänvisning till fig l-4 visas en kolvring 10 enligt uppfinningen med ett gap 12, Ringen 10 kallas vanligtvis en killiknande kolvring med en yttre peri- ferivägg 14, vilken ofta kallas kolvringsytan, en inåt konvergerande, övre sidovägg l6, en inåt konvergerande, nedre sidovägg 18 och en inre vägg 20. Den övre sido- väggen l6 och den nedre sidoväggen 18 har en något kon- kavt krökt tvärsektion, såsom bättre framgår av fig 4, varvid kolvringen 10 visas monterad i ett kolvring- spår 22, som är upptaget i mantelytan hos en tillhö- rande kolv 24. Spåret 22 begränsas av en inåt konver- 10 15 20 25 30 35 7803092-1 4 gerande övre sidovägg 26, en inåt konvergerande, nedre sidovägg 28 och en bakre vägg 30. Kolven 24 utför en fram- och återgående rörelse i en cylinder 32. Ringens 10 diameter är i fritt tillstånd vanligtvis något större än cylinderdiametern. Då ringen kläms in.i cylindernå trycks den följaktligen mot cylinderns vägg 32 för att 'åstadkomma en tätning. Denna initialtätningsverkan för- bättras avsevärt i drift genom motorns tryck under kom- pressionstakten, såsom visas i fig 4 (i vilken spelen är överdrivna för tydlighetens skull). Kompressionsluf- tens eller kompressionsgasernas tryck mot den övre sido- väggen 16 på ringen l0 trycker ringen nedåt mot den nedre sidoväggen 28 på spåret 22 i kolven 24, vilket tryck strävar att föra ringen l0 radiellt utåt..Därmed lämnas ett spel vid ringens övre sidovägg 16, varigenom gastrycket kan fortplantas bakom ringens bakre vägg 20. Detta gastryck, som i sin tur verkar mot den bakre väggen 20 av ringen, trycker ringen ytterligare utåt till fastare anliggning mot cylinderns 32 vägg. Då ett lågt gastryck eller inget gastryck alls skall avtätas, är ringen fri i spåret 22 och dess egen spänning skapar endast ett lätt tryck mot cylinderns 32 vägg, varigenom minimal friktion och förslitning uppstår. Då gastrycket ökar trycks ringen på motsvarande sätt hårdare och tä- tare mot både cylinderväggen och kolvringsspåret 22, varigenom den samverkar för att förbättra tätningen och minska läckaget, vilket resulterar i en mer effek- tiv och föroreningsfri motor. I Man har funnit att den konkavt krökta tvärsektion hos de övre och nedre sidoväggarna 16 och 18 av ringen l0 har medfört en arbetande kolvring med förbättrade tätningsegenskaper och därmed förbättrade arbetsegen- skaper hos motorn. Eå grund av den krökta utformningen av de övre och nedre sidoväggarna av kolvringen uppnås linjekontakt mellan en av de inåt konvergerande, övre eller nedre sidoväggarna av kolvringen och den däremot vända sidoväggen av spåret. Speciellt visar fig 4 för- 10 15 20 25 30 35 vsozosz-1 5 hållandet under motorns kompressionstakt, varvid för- bränningsgasernas tryck momentant utövas mot ringens övre och nedre sidoväggar 16 och 18 och åstadkommer en utåtriktad tryckkomponent, vilken strävar att hålla fast kolvringytan 14 i tätande anliggning mot cylinderns 32 vägg. Det inses att då de ovannämnda krafterna verkar mot ringen 10 strävar dess nedre sidovägg 18 ett föras utåt utmed spàrets 22 snedställda sidovägg 28. Uppen- barligen tenderar denna verkan att skapa och bibehålla ett tätande förhållande mellan ringytan 14 och cylin- derns 32 vägg. Under samma tidsperiod har den nedre sidoväggen 18 av ringen upprättat en linjekontakt med den nedre sidovägen 28 av spåret 22 vid botten av ring- ens vägg 20, såsom vid A, och vid den yttersta kanten av den nedre sidoväggen 28 av spåret 22, såsom vid B.

De vertikala krafter, som strävar att trycka ringen 10 till tätande anliggning mot spåret 22, är sålunda koncentrerade utmed kontaktlinjerna A och B. Det har framkommit, att även under inkörningstiden för nya ring- ar har utformningen lett till förbättrade driftegenska- per. speciellt har oijeförbrukningen och förbiblåsningen minskats avsevärt genom användning av kolvringar, som tillverkats i enlighet med ovannämnda beskrivning.

Poleringen av kolvringens 10 övre och nedre sido- väggar 16, 18 sker med en anordning, som schematiskt illustreras i fig 5. Anordningen innefattar 1 huvudsak en roterande finslipningssfär 40, vars periferiella yta är belagd med slipmedel. Kolvringen 10 hålls fast på lämpligt sätt i en ringformig hållardel 42..En Skiv- formad fasthållningsplatta 44 med en diameter, som är något mindre än hàllardelens 42 innerdiameter, används för att anbringa i huvudsak samma nedåtriktade tryck mot den övre sidoväggen 16 av ringen 10 för att däri- genom bringa den nedre sidoväggen 18 av ringen till anliggning mot den sfäriska, periferiella ytan av fin- slipningssfären 40. Då finslipningssfären 40 bringas att rotera kring sin centrumaxel formar slipmedlet därpå. effektivt en konkav yta på den nedre sidoväggen 18 av l0 15 20 25 30 35 '1803092-1 i 6 den fasthállna ringen 10. Då den avsedda ytformen och den avsedda ytjämnheten erhållits, vänds ringen 10 så att den motsatta sidoväggen 16 bringas till anliggning mot den sfäriska, med slipmedel försedda ytan för att erhålla den avsedda, konkava ytan._För att bestämma radien av finslipningsfären 40, som skall användas för en given ring, har föjlande metod använts med gott re- sultat. a=1so-9o-e=9o-e <§=1ßo-9o-a=9o-a <1>= 9o-(9o-e)=e =e Sin Q = A/R eller R = A/Sin Ö Eftersom @ = 6 är R = A/Sin 6 Där A _ ringens diameter - ringens tiocklek _ 2 och 9 = den bearbetade Vtans lutningsvinkel.

Fig 6 visar en utföringsform av föreliggande upp- finning liknande den utföringsform, som visas i fig l-5, men kolvringen l0' har endast en inåt konvergerande sidovägg. Vid denna speciella utföringsform är den övre sidoväggen 16' plan och i huvudsak vinkelrät mot ring- ytan l4'. Ringen 10' har en bakre vägg 20', vilken är i huvudsak parallell med ringytan l4', och en inåt kon- vergerande, nedre sidovägg l8'. Det tillhörande spåret 22' i kolven 24' har liknande form som ringen l0'. När- mare bestämt har spåret 22' en övre sidovägg 26', vilken är i huvudsak plan, en inåt konvergerande, nedre sido- vägg 28' och en plan, bakre vägg 30'. Såsom vid den tidigare beskrivna utföringsformen förbättras kolvring- ens 10'-tätningsverkan i drift genom trycket av motorns avgaser. Under exempelvis kompressionstakten pressar trycket i kompressionsgaserna mot ringens 10' övre sido- vägg 16' ringen nedåt mot den nedre sidoväggen 28' av spåret 22' i kolven 24', varigenom ringen 10' förs ra- diellt utåt. Denna verkan lämnar ett spel vid den övre sidoväggen 16' av ringen l0', varigenom gastrvcket kan 10 15 20 25 30 35 7803092-1 7 fortplantas bakom den bakre väggen 20', varigenom ringen 10' pressas ytterligare radiellt utåt mot cylinderns 32' vägg.

Såsom vid den tidigare beskrivna utföringsformen uppnås förbättrade tätningsegenskaper ochdriftegenska- per på grund av den konkavt krökta formen på den nedre sidoväggen l8'. Den linjekontakt, som upprättas mellan den krökta sidoväggen 18' av ringen 10' och den.nedre sidoväggen 28' av det tillhörande spåret 22', såsom vid A' och B' i fig 6, har lett till förbättrade drift- egenskaper.

Vid en ytterligare utföringsform av uppfinningen har kolvringen åtminstone en inåt konvergerande sido- vägg, som är utformad med en något konvext krökt tvär- sektion. Det tillhörande kolvringspåret i kolven begrän- sas av en inåt konvergerande, mot denna vänd vägg.

Såsom vid de tidigare beskrivna utföringsformerna förbättras tätningsverkan hos kolvringen till följd av den krökta utformningen_av ringytan då den kommer till eniiggning mot respektive yta av spåret. såsom beskrivits mea hänvisning till varje .utfö- ringsform av uppfinningen leder den nya utformningen av kolvringen till linjekontakt mellan de mot varandra vända ytorna av kolvringarna och de tillhörande, mot dessa vända ytorna av kolvringspåret i kolven. Dessa kontaktlinjer är' företrädesvis radiellt anordnade på avstånd från varandra och är normalt anordnade på av- stånd från varandra utmed ett avsevärt parti av den totala bredden av de övre och nedre tätningsytorna hos kolvringen. Det inses också, att i drift kommer de kraf- ter som utövas mot den ena ringytan av exempelvis av- gaserna att i själva verket koncentreras till den mot- satta ytan av ringen och utövas i denna koncentrerade form mot den angränsande ytan av spåret utmed de två på avstånd från varandra anordnade kontaktlinjerna såsom tydligt visas i fig 4 och 6.

Claims (4)

10 15 20 25 veozosz-11 PATENTKRAV

1. Kolvring för montering i ett kolvringspår (22) i kolvringspàret (22) har åtm instone en inåt k en kolv (24) för en fluidtryckcylinder (32), varvid onvergerande sidovägg (26, 28) och varvid kolvringen (10) år löst upptagen i kolvringspåret (22) och har åtminstone en inåt konvergerande sidovägg den inåt konvergerande sidoväggen (26, 28) k n a d av att åtminstone spåret (22), k ä n n e t e (15, c, 18), som är vänd mot i kolvrinqw en av de inåt konvergerande sidoväggarna (16, 18, 26, 28) på kolvringen (10) och/eller i kolvringspåret (22) har en konkavt krökt tvärsektion över den st av sin vägg för att skapa en linjekontakt mellan de örre delen mot varandra vända sidoväggarna (16, 18, 26, 28).

2. Kolvring enligt krav av att linjekontakten omfattar tvâ på_avstånd andra belägna kontaktlinjer

3. Kolvring enligt krav av att kontaktlinjerna (A, och befinner sig på radiell

4. Kolvring enligt någo l, fr (A, 3)-- 2, t avstånd från vara t av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d ån var- k ä n n e t e c k n a d B) är i huvudsak ringformiga ndra. k ä n - n e t e c k n a d av att kolvringspåret (22) har två inåt konvergerande sidoväggar (26, 28), vilka är vända mot varandra, och att kolvringen (10) har tvâ in åt kon- vergerande sidoväggar (16, 18), som är vända mot var sin sidovägg (26, 28) i kol vringspâret (22).