SE439340B - Inloppsportar vid forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

7904771-8 2 Ändamålet med föreliggande uppfinning är att möjliggöra en förenklad framställning av inloppskanalen, med sådan hög noggrannhet att virvel- bildningen hålls närmelsevis konstant och därmed kraftuttaget från varje motor på en produktionslinje.

Detta ändamål realiseras enligt uppfinningen huvudsakligen av en rör- formig insatshylsa med öppna ändar, som är inpassad iden náæz PêSSa9eDs nedströmsändparti, varvid det parti av hylsa som är närmast ventil- spindelns centrumaxel skjuter ut över skålens omkretsyta in i det inre av skålen, för att i denna bilda en avböjningsfena omedelbart invid inloppskanalens öppna inre ände.

En utföringsform av uppfinningen kännetecknas av att skålen har en bearbetad inre yta, som har cirkulär tvärsektion i plan, vilka är vinkelräta mot ventilspindelns centrumaxel, vilken yta är koaxiell med ventilspindelns centrumaxel, varvid längdprojektionen av sidodelen av den raka passagen längst från ventilspindelns centrumaxel icke skär skålen, utan nämnda sidodel av den raka passagen är förbunden med den bearbetade ytan med cirkulär tvärsektion hos skålen genom en konkav övergângsyta.

Inloppskanalens tvärsektion kan vara cirkulär eller kan ha en valfri, annan form, som bekvämt kan bearbetas, och kanalen kan ha likformig tvärsektion eller vara avsmalnande utmed sin längd. Skälen kan vara halvsfärisk eller cylindrisk eller en komination av ett cylindriskt nedre parti, med ventilsätet vid dess nedre ände, och ett halvsfäriskt, övre parti, som övergår i det cylindriska partiets övre ände, eller någon annan lämplig axialsymmetrisk profil. Häri avser uttrycken "övre" och "nedre" utformningen av en ventilport, som har en inloppsventil med vertikal centrumaxel, med ventilsätet vid portens botten, och en nedâtlutande inloppskanal, som leder till portens skål.

Uppfinningen kan utföras i praktiken på olika sätt men två specifika utföringsformer kommer att beskrivas nedan såsom exempel enbart och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1A och 15 visar en in- loppsort av den s.k. "riktade" typen, som icke omfattas av uppfinningen, fig. 2A ochb2B i planvy och sektion en gjuten inloppsport av den s.k. spiraltypen, som icke omfattas av uppfinningen, fig. 3A och 3B 7904vVi-6 i planvy och sidosektion en första utföringsform av uppfinningen, innefattande en inloppsport för spiralflöde, vars yta är fullständigt bearbetad i två bearbetningsoperationer, fig. 4A, 4B och 4C en andra utföringsform av uppfinningen, i vilken en fullständigt bearbetad, spiralflödesport har underkastats en tredje bearbetningsoperation, varvid fig. 4B är en sektion utmed linjen B-B i fig. 4A och fig. 4C är en sektion utmed linjen A-A i fig. 4B, samt fig. 5A, 5B och SC bildar, likartade med fig. 4A, 4B och 4C, av en modifierad form hos en inloppsport för spiralflöde, som färdigbearbetats genom numerisk be- arbetning.

Fig. lA och lB visar en s.k. "riktad" inloppsport, som har en rak, cylindrisk inloppskanal 10, vars centrumaxel ll är nedâtlutande och leder till ett skâlparti 12, vilket har en halvsfärisk övre ände, genom vilken inloppsventilens spindel 13 sträcker sig. Ventilsätet l4 är ut- format vid skàlens 12 öppna nedre ände. Centrumaxeln ll i inloppskana- len skär skâlens 12 vertikalaxel 15, vilken sammanfaller med ventil- spindelns centrumaxel. Även om de flesta "riktade" inloppsportar är formade genom gjutning, skulle den enkla och symmetriska formen hos den riktade porten möjliggöra att den lätt kan formas med maskinbearbetning.

Motorns cylindervägg visas vid 16.

Fig. ZA och 2B visar en tidigare känd form av en inloppsport för s.k. spiralformigt flöde, som är formad genom gjutninq och är utformad för att alstra en hög grad av virvelbildning i inloppsgaserna vid inträde i förbränningskammaren. I vissa situationer är spiralflödesportar lämp- ligare än "riktade" inloppsportar. I fig. 2A och 2B är den nedâtlutande inloppskanalen l0Aamßmalnæræ' och inleds i skålen 12A snett, varvid den projicerade centrumaxeln i kanalen är radiellt förskjuten från skålens centrumaxel 15A, så att gaserna inleds i skålen i en väsent- ligen periferiell riktning och passerar i en spiralformig bana kring det ringformiga partiet l7A av skålens inre, som omger ventilspindeln l3A, före passage över ventilsätet l4A in i förbränningskammarcn.

Pilarna A visar inloppsgasernas flödesbanor. En i samma stycke utförd fena 18A är anbragt vid den radiellt inre delen av föreningen mellan inloppskanalen 10A och skålen 12A, varvid fenan 18A utskjuter nedåt från kanalens övre del, för att hindra det gasflöde som cirkulerar kring ventilspindeln 13A från att korsa inloppskanalens nedströmsände fiflf '_ I. ~ »fi- z g i. 'nßåïfiåaw-fi * .f 79Û4771"3 och störa flödet av en ny gas, som inleds i skålen l2A från kanalen 10A.

Det framgår att spiralflödesporten enligt fig. 2A och ZB har en kompli- cerad, asymmetrisk profil, vilken är avsedd att omvandla den linjära levande kraften hos gasflödet i kanalen 10A till en vinkelställd, lev- ande kraft i skålens 12A ringformiga parti 17A, innan gaserna inleds i förbränningskammaren. Denna port är helt formad genom gjutning och det inses att en ringa felaktighet i inställningen av gjutkärnan i formen kommer att avsevärt påverka noggrannheten hos den gjutna portens form och, såsom ovan nämnts, påverka den grad av virvelbildning som alstras i gaserna, liksom eventuell ojämnhet hos de gjutna ytorna i porten.

Fig. 3A och 3B visar en utföringsform av uppfinningen, vid vilken ytorna has en inloppsport för spiralflöde är maskinbearbetade, så att dylika avvikelser och ojämnheter kan undvikas, även vid en lång produk- tionsserie.

I fig. 3A och 3B är topplocket gjutet med ett invändigt urtag, utformat av ett mönster eller en kärna, vilket urtag har den allmänna formen av 'den erforderliga spiralporten men en liten underdimension. Det gjutna locket utsättsdäreflxx för bearbetningsoperationer, vid vilka inlopps-- kanalen l0B bearbetas såsom en avsmalnande kanal med cirkulär tvärsek~ tion i ett bearbetningstempo och skålen l2B, som leder till ventilsätet l4B, bearbetas såsom ett cylindriskt urtag med en halvsfärisk övre del, genom vilken ventilspindeln l3B sträcker sig koaxiellt. Båda dessa be- arbetningsoperationer är enkla och kan utföras i valfri ordningsföljd.

Hela de invändiga ytorna hos både skål och kanal färdigställs sålunda genom bearbetning till de noggrana slutdimensioner som erfordras.

Det framgår att centrumaxeln llB i kanalen l0B är förskjuten från skålens l2B centrumaxel]5B med en sträcka E och den inre änden av kanalen i bearbetat skick avsmalnar mer abrubt än huvuddelen av dess längd till bildande av ett rundat övergånsparti l9B, vilket avsmalnar mjukt in i skålens l2B sidovägg så att därigenom gasflödet leds mjukt från kanalen in i det ringformiga partiet l7B. I konstruktionen enligt 7904771-8 fig.3A och 3B kan en i samma stycke utförd fena, såsom fenan 18A i fig. 2A och fig. 2B, icke lätt åstadkommes genom enkel bearbetning och följ~ aktligen är en foderhylsa 20B av pressat stål inpassad i kanalens lOB inre ände, med en snäv passning mot dess bearbetade väggyta, varvid fodret 203 sträcker sig delvis genom övergången mellan kanalen lOB och skålen l2B till bildande av ett skärmparti 2lB, vilket sträcker sig över det ringformiga partiet l7B mot ventilspindeln, för att utföra en funktion, som är likartad med fenans l8A funktion, d.v.s. att hindra gasflödet i det ringformiga partiet l7B från att korsa kanalens lOB mynning och störa inloppet av en ny gas in i skålen l2B. Om så önskas, kan kanalen lOB bearbetas med ett ansatsparti vid den inre änden med större diameter, för att uppta hylsan 2OB med en passning i plan.

För spiralflödesportar kommer förskjutningssträckan E av kanalens cent- rumaxel vanligtvis att vara mellan 0,l25D och 0,5D, där D är den inre sätesdiametern i porten. Sträckan E representerar sålunda momentarmen för gasflödet kring skålens centrumaxel l5B, så att ökning i värdet av förhållandet E:D i många fall kommer att alstra en ökning av virvelbil- dningen. Stora värden hos förhållandet E:D kan emellertid åstadkomma allvarliga diskontinuiteter mellan de bearbetade ytorna i kanalen och skålen, som framställts genom de två bearbetningsoperationerna.

Inloppskanalen lOB bör ha konstant tvärsektion utmed hela sin längd eller vara partiellt avsmalnande och partiellt med konstant tvärsektion.

Den behöver icke ha cirkulär tvärsektion utan kan ha någon annan, bearbetbar sektion.

Centrumaxeln llB i kanalen lOB kan vara vinkelorienterad kring den ver- tikala ventilcentrumaxeln l5B, med en lämplig vinkel för att passa bult- anordningarna hos särskilda lockkonstruktioner.

Förutom den övervägande spiralformiga moden av virvelbildning, som al- stras av denna typ av port, finns en ytterligare, riktad mod av virvel- bildning och för att utnyttja denna maximalt är det nödvändigt att kana- len lOB är korrekt orienterad i förhållande till cylindern. För att uppnå detta bör vinkeln P i fig. 3A vara större än 450 och mindre än x z c “13553 Qantas? 7904771-8 1350. qš är den vinkel som är inskriven mellan den projicerade linjen som förbinder centra i cylindern l6B och i ventilsätet l2B samt kanalens centrumaxel llB, som skär nämnda linje vid punkten P. Vinkelníï i fig. ~3B, som definierar vinkeln av kanalens centrumaxel llB mot "horison- talplan", som är parallella med ventilsätet, bör vara mellan noll och 7o°.

Insatshylsan 20B behöver icke ha cirkulär sektion och dess ändar kan ha nästan valfri form. Den sträcka som den inskjuter i det ringformiga partiet av ventilportens skål bestäms av den wumel som krävs av porten.

Ien flercylindrig motor kan graden av hylsans inträngning vara olika för varje port i motorn. Variationen i hylsans form och/eller läge kan vara anordnad att motverka de olika effekterna av insugningsröret pâ virvelbildningen i de olika cylindrarna, så att samma värde av virvel- bildning alstras i varje cylinder.

Det övre partiet av portens skål behöver icke nödvändigtvis vara halv- sfärisk, såsom visas i fig. 3B, utan kanàha exempelvis cylindrisk eller konisk form, axialsymmetriskt kring ventilgejdens centrumaxel l5B.

Fig. 4A till 4C visar en modifierad utföringsform av uppfinningen, vid vilken förhållandet E:D är större än i fig. 3 men diskontinuiteter har undvikits genom ett tredje bearbetningstempo, i vilket skålen har för- storats lokalt i sin sidoväqg vid 22C utöver gränsen l9C för bearbet- ningen av kanalen l0C i det första bearbetningstempot.På detta sätt alstras en delvis sfärisk óvergångsyta 22C, genom vilken kanalens sido- vägg mjukt övergår i skâlens l2C sidovägg. En foderhylsa ZOC av pressat stål med ett utskjutande skärmparti 2lC är anordnad liksom i fig, 3A och 3B. De olika enheterna av konstruktionerna i fig. 4A till 4C är identifierade med samma hänvisningssiffror som de ekvivalenta enhet- erna i fig. 3A och 3B, men med suffixet C istället för suffixet B.

Detta tredje bearbetningstempo behöver icke nödvändigtvis forma en del- vis sfärisk profil, såsom visas vid 22C, utan en valfri, âterinträdande 7904771-8 profil över ventilsätet, som anses länçdig för att effektivt generera virvclbildning, kan antas. Återingângsformen, sfärisk eller annan, kan även sträcka sig uppåt över "taket" av det tidigare bearbetade, ringformiga par- tiet l7C.

Det tredje bearbetningstempot möjliggör att dimensionen E kan ökas till 0,75D och medger även att kanalens l0C kan ökas, medan fort- farande en blandad gränsyta bibehålls med det ringformiga partiet.

Den funktionella delen av foderhylsan 20B eller 20C är det parti 2lB och 2lC som sträcker sig in i det ringformiga partiet l7B eller l7C av norten till bildande av en skärm för det cirkulerande gasflödet och detta utskjutande parti kan ges olika former. Emedan den icke uppbär någon belastning, kan hylsan ZOB eller 20C vara mindre robust än som visas schematiskt på ritningarna och behöver icke sträcka sig kring hela kanalens omkrets. I vissa fall kan hylsan 20B eller 20C helt utelämnas.

Den utföringsform som visas i fig. 5A till 5C är likartad med utför- ingsformerna enligt fig. 3A, 3B och 4A till 4C utom att den innebär användning av en numeriskt styrd verktygsmaskin för att forma det ringformiga pariet l7D. Detta möjliggör att skâlpartiet l2D är icke axialsymmetriskt kring de antagna bearbetningsaxlarna och möjliggör att återingångsprofiler, såsom de som visas vid 22D i fig. SC, lätt kan formas.

Användning av numeriskt styrda verktygsmaskiner kommer att med- verka till undertryckning av diskontinuiteter i portprofilen mellan kanalen och skålens ringformiga parti och medge att det ringformiga partiet kan ha'en form, som är mest gynnsam för effektivt flöde ge- nom porten, under dct att hylsans funktion kan uppdås genom bearbet- ning av en läpp l8D. För övrigt är de karakteristiska egenskapwrna och gränserna för denna utföringsform likartade med de som ovan an- getts i samband med fig. 3A, 3B och 4A till 4C. ,i_ii________d_W1r_____ ïb@@°“$ 7904771-8 I alla de utföringsformer smnvisas i fig. 3A till 5C är hela eller väsentligen hela den invändiga ytan i varje port beskriven såsom bearbetad, inklusive den area som täcks av foderhylsan, om sådan finns i kanalen. Medan det är nödvändigt att eller åtminstone önskvärt att det inre ändpartiet av inloppskanalen under foderhylsan är bearbetad, för att säkerställa att foderhylsan är noggrant in- ställd, är det icke nödvändigt att hela den återstående, invändiga ytan av porten är färdigställd genom bearbetning. I allmänhet bör åtminstone 50% av portens totala invändiga yta, inklusive den som är täckt av hylsan, vara en bearbetad yta men andra delar kan förbli obaæbeüxæçi exempelvis i gjutet skick.

Medan det inre partiet av inloppskanalen bör vara bearbetad eller fodrad med~den släta hylsan, kan exempelvis uppströmsändpartiet av inloppskanalen lämnas i gjutet tillstånd. Den axiella längden av det inre ändpartiet av inloppskanalen, som måste vara antingen en bearbet- ad yta eller vara täckt av hylsan, bör vara en sträcka F, som är lika med åtminstone innerdiametern D i inloppsventilsätet, varvid F mäts i uppströms riktning från den punkt P som visas i fig. 3A, längs kanalens centrumaxel. Uppströms den yttre gränsen för F kan kanalens yta lämnas i gjutet skick.

Medan den större delen av den invändiga ytan i portens skål bör vara bearbetad är det dessutom möjligt att ett mindre parti av dess yta kan lämnas obearbetad d.v.s. i gjutet tillstånd, utan allt för stor förlust av konstanthet vid virvelalstringen. I anordningen enligt fig. 4A, 4B och 4C är det exempelvis möjligt att den lokala utvidg- ningen i skålens sidovägg vid 22C kan vara formad i den ursprungliga gjutoperationen och lämnas obearbetad i gjutet tillstånd, medan återstoden av skålens invändiga yta bearbetas maskinellt i det andra bearbetningstempot.

Det inses även att, medan i var och en av utföringsformerna enligt '“ fig. 3A, 3B, 4A, 4B, 4C och 5A, 5B, SC som beskrivits ovan, topplocket först gjutits med ett invändigt urtag med underdimension, motsvarande spiralflödesportens profil, vilket urtag därefter bearbetats maskin- 7904771-8 ellt, det skulle vara helt möjligt att anbringa ett massivt topp- locksgjutstycke och utarbeta hela spiralflödesporten, såväl kanal som skål ur den massiva metallen.

Claims (13)

7904771-8 ü? Patentkrav

1. Topplock vid en förbränningsmotor med fram- och återgående kolv, för- sett med åtminstone en spíralformig inloppsport, av vilken åtminstone nedströms- partiet av dess inloppskanal är en rak passage, som skär portens skål assymetrískt ovanför ventilsätet, varvid centrumaxeln i inloppskanalens nedströmsparti är förskjuten från ventílspindelns centrumaxel, k ä n n e t e c k n a t av en rörformig insatshylsa (ZOB, ZOC) med öppna ändar, som är inpassad i den raka passagens (108, IOC) nedströmsändparti, varvid det parti av hylsan som är närmast ventilspindelns centrumaxel (15B, 150) skjuter ut över skålens (12B, 12C\ omkretsyta in i det inre av skålen, för att i denna bilda en avböjningsfena (21B, 21C) omedelbart invid inloppskanalens (IOB, 10C) öppna inre ände.

2. Topplock enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att skålen (12B, 12C) har en bearbetad inre yta, som har cirkulär tvärsektion i plan, vilka är vinkelräta mot ventilspindelns centrumaxel, vilken yta är koaxiell med ventilspindelns centrumaxel, varvid längdprojektionen av sidodelen av den !0C) längst från ventilspindelns centrumaxel (158, YSCI L raka passagen (10B, :ke skär skålen (12B, 12C!, utan nämnda sidodel av den raka passagen är förbunden med den bearbetade ytan med cirkulär tvärsektion hos skålen genom en konkav övergångsyta (19B, 22C).

3. Topplock enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att huvuddelen av övergångsytan bildas av ett delvis toroidformigt urtag (22C), exempelvis bear- betat i den inre ytan med cirkulär tvärsektion hos skålen (12C).

4. Topplock enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att skålen (12B, 12C) har ett nedre parti med cylindrisk form och ett välvt, övre parti, som övergår i det förra, varvid ventilsätet (14C) befinner sig vid den nedre kanten av det cylindriska nedre partiet.

5. Topplock enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att den övre delen av skålen (12B, 12C) har halvsfärisk form.

6. Topplock enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att foderhylsan (203, ZOC) sträcker sig utmed endast en mindre del av inloppskanalens (10B, 100) totala längd.

7. Topplock enligt krav 6, vilket är ett gjutstycke, k ä n n e t e v k - n a t av att ett parti av den invändiga ytan i inloppskanalen (10B, 10C) vid sin uppströmsände är obearbetat efter gjutningen, medan återstoden är bearhvcad.

8. Topplock enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t 'av att ett part: lv inloppskanalens (108, IOC) längd, som sträcker sig från dess nedströmände i U strömsriktnin en över en sträcka som är åtminstone lika med innerdiamet~-n (D) P 8 , ___.--.~ .__ _ __ _ H 79o4771~s i ínloppsventilens säte (145, l4C), har sin ínvändiga yta antingen helt fodrad av en foderhylsa (208, 2OC) eller delvis bearbetad och delvis fodrad av nämnda hylsa.

9. Topplock enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den proji- eerade längdaxeln (113) av ínloppskanalens (IOB) nedströmsändpartí är förskjuten från ventílstyrningens (138) centrumaxel (153) en sträcka (E), som motsvarar mellan en fjärdedel och hälften av innerdíametern (D) i ventílsätet (148).

10. Topplock enligt krav 2, 3 eller 9, k ä n n e t e c k n a t av att längdaxeln (11B) i ínloppskanalens (108) nedströmspartí lutar uppåt med en vinkel (ÛÉJ av högst 700 mot ventilsätets (143) huvudplan.

11. Topplock enligt något av kraven 2, 3, 9 och 10, k ä n n e t e c k ~ n a t av att den inneslutna vinkeln ( ) mellan längdaxeln (11B) i inlopps- kanalens nedströmsparti och en linje, som förbinder ventílsätets (143) centrum (158) och centrumaxeln í cylindern (165) är mellan 450 och 1350.

12. Topplock enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att den proji- cerade längdaxeln (11C) i inloppskanalens (IOC) nedströmsändparti är förskjuten från ventílstyrningens (13C) centrumaxel (15C) med en sträcka (E) motsvarande mellan hälften och tre fjärdedelar av ventilsätets (14C) ínnerdiameter (D).

13. Topplock enligt krav 3 eller 12, vilket är ett gjutstycke, k Ei n n e t e c k n a t av att skålens (12C) yta är en bearbetad yta och ytan i utvídgníngsurtaget IZZC) är i gjutet tillstånd. V ”v” mr. n-vvffi' :ï r.,~_ N fri; 'v31 'U-.uzßwiuü Å I; -.,.~ '