SE470267B - Cylinderhuvud för förbränningsmotor - Google Patents

Description

10 470 267 stort utrymme, med följd att det uppkommer problem med att finna lämpligt utrymme för tryckstängernas genomgångshål.

Patentskriften US 4 945 873 visar ett cylinderhuvud där tryckstängerna för inlopps- och avgasventilerna är placerade i samma genomgångshål.

Tryckstång för drivning av bränsleinsprutare saknas och inget framgår om dess närmare utformning. För att kunna finna utrymme för inloppskanalerna är dessa inte utformade som separata kanaler, utan de är sammanförda till en gemensam kanal, som inte bara är gemensam för inloppskanalerna till en cylinder utan till två cylindrar. Detta fordrar således ett för åtminstone två cylindrar gemensamt cylinderhuvud. Man har i detta fall varit tvungen att ge avkall på inloppskanalernas utformning som sannolikt inte är optimalt utformad ur stömningsteknisk synpunkt.

Uppfinningens ändamål Föreliggande uppfinning hartill syfte att utforma ett cylinderhuvud för att möjliggöra en med avseende på de ingressvis angivna önskemålen lämplig placering av tryckstänger för drivning av bränsleinsprutare och ventiler vid en fyrventilsmotor även i det fall motorn är försedd med för varje cylinder separata cylinderhuvuden. Cylinderhuvudet ska sålunda ej uppvisa de ovannämnda hos den kända tekniken förekommande begränsningarna. Med uppfinningen eftersträvas sålunda att cylinderhuvudets övriga ingående delar ska kunna placeras enligt de inledningsvis angivna önskemålen på ett så optimalt sätt som möjligt.

Kort beskrivning av uppfinningen l enlighet med uppfiningen åstadkommes de eftersträvade ändamålen genom att cylinderhuvudet utformas med de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Genom att sammanföra alla tryckstänger hänförliga till en cylinder till samma genomgångshål. kommer detta häl att uppta ett förhållandevis litet utrymme i cylinderhuvudet. Samtidigt medges att tryckstången och vipparmen för drivning av bränsleinsprutaren kan placeras centralt och ur kraftöverföringssyn punkt på att gynnsamt sätt. Genom att anordna genomgångshålet i området mellan tvâ separata inloppskanaler kan dessa kanaler utformas med tillräcklig längd och med tillräcklig avböjning lO 470 267 för att vara gynnsamma ur strömningsteknisk synpunkt. Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen anges i bifogade underkrav och framgår ytterligare av nedanstående beskrivningsexempel.

Kort beskrivning av figurerna.

Beskrivningsexemplet göres med hänvisning till de bifogade ritningarna av vilka Fig 1 visar principiellt en vy ovanifrån av en flercylindrig motor, Fig 2 visar ett horisontellt snitt 2-2 enligt fig 4 av ett separat cylinderhuvud ingående i motorn, Fig 3 visar ett vertikalt snitt 3-3- enligt fig 4 av cylinderhuvudet , och Fig 4 visar ett vertikalt snitt 4-4 enligt fig 3.

Beskrivningsexempel Figur 1 visar principiellt en vy ovanifrån av en flercylindrig förbränningsmotor 10, exempelvis en dieselmotor avsedd för drivning av ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss. Motorn 10 utgöres av en radmotor och innefattar i detta exempel sex i rad anordnade cylindrar som utgör motorns förbränningsrum. Motorn är försedd med separata cylinderhuvuden och har således även sex cylinderhuvuden 11. På motorns ena sida är till cylinderhuvudena 11 anfäst ett inloppsrör 12 för att tilleda cylindrarna förbränningsluft och på motorns motstående sida är anfäst ett avgassamlarrör 15 för att bortleda förbränningsgaser. Motorn 10 är således av crossflow-typ varmed avses att dess inlopp och utlopp är anordnade på varandra motstående sidor och att strömingen genom motorn 10 sker från den ena sidan till den andra. Alla cylinderhuvuden 11 har samma utformning och fortsättningsvis beskrivs ett av dessa.

Figur 2 visar cylinderhuvudet 11 avsett för en av cylindrarna 14 i ett horisontellt tvärsnitt 2-2 enligt figur 4. Det horisontella tvärsnitt som visas i figuren 2 utsträcker sig parallellt med cylinderhuvudets 11 undre sida och utsträcker sig vinkelrätt i förhållande till en central symmetrilinje för cylindern 14. Cylinderns 14 utsträckning är i figuren visad med steckade linjer. Cylinderhuvudet 11innefattar två hål 16 för inloppsventiler 17 och två hål 18 för avgasventiler 19 samt ett relativt cylindern 14 centralt och även koncentriskt med cylindern 14 anordnat urtag eller hål 20 för en bränsleinsprutare 21. Motorn är således en fyrventilmotor. En horisontell 470 267 linje 22 genom de båda inloppsventilerna 17 är parallell med en horisontell linje 23 utsträckande sig genom de båda avgasventilerna 19 , och båda dessa linjer 22,23 utsträcker sig i en riktning som bildar en viss vinkel a med cylinderhuvudets sidoytor 24,25. Cylinderhuvudets sidoytor 24,25 är parallella med varandra och med ett vertikalt symmetriplan 13 i motorns längdrikting och således bildar linjerna22,23 samma vinkel a relativt motorns vertikala symmetriplan 13. Vinkeln a är med fördel ca 70° men även andra vinklar inom intervallet mellan 50° och 75° kan lämpligen väljas i modifierade utföringsformer. Ventilerna 17,19 är på detta sätt anordnade vinkelförvridna.

Den bränsleinsprutare 21 som normalt är monterad i det centrala hålet 20 visas i figuren 3. Bränsleinsprutaren 21 är av den typ som på engelska vanligen benämnes "unit injector". Bränsleinsprutaren 21 tilledes genom en tilloppsledning bränsle av måttligt högt tryck från en ej visad bränslepump varefter ett för insprutningen lämpligt högt tryck åstadkommes genom att insprutaren 21 påverkas mekaniskt att utföra en pumprörelse. Bränsleinsprutaren 21 är även förbunden med bränslepumpen genom en ledning för returbränsle och en ledning för att överföra ett stryrtryck. Dessa tre nämnda ledningar är i cylinderhuvudet utformade som borrade kanaler 26 i en vägg 32 belägen mellan en av inloppsventilerna 17 och en av avgasventilerna 19 såsom är visat i figuren 2. Den mekanism som utnyttjas för att åstadkomma bränsleinsprutarens pumprörelse visas schematiskt i figuren 3. Ovanpå cylinderhuvudet 11 är medelst bultförband monterbart anfäst en lagerbock 27 som uppbär tre stycken vipparmar 28-30 för drivning dels av inlopps- och avgasventilerna 17 resp 19 och dels för drivning av bränsleinprutaren 21. Nedanför eller under cylinderhuvudet 11 och i motorns ej visade motorblock är anordnat motorns kamaxel 31, vilken på i sig konventionellt sätt drivs av motorns vevaxel. Kamaxeln 31 är utformad med kammar vilka via ventillyftare och tryckstänger påverkar vipparmarna på ovansidan. En av vipparmarna 28 påverkar en brygga mellan inloppsventilerna 17 så att båda inloppsventilerna 17 påverkas samtidigt av samma vipparm 28. På samma sätt är mellan avgasventilerna 19 anordnat en brygga som medför att båda avgasventilerna 19 påverkas av den andra vipparmen 29. Mellan dessa båda vipparmar 28,29 är anordnat en tredje vipparm 30, som i detta fall utnyttjas för att på analogt sätt driva bränsleinsprutaren 21. Denna fl 47f 267 erhåller således sin pumrörelse från en kam 33 på kamaxeln 31, som via en lyftare 34 och en tryckstång 35 påverkar den mittre vipparmen 30 och som i sin tur anligger mot en pumpstång 36 på bränsleinsprutaren 21.

Cylinderhuvudet 11 är utformat med en avgaskanal 37 genom vilken avgaser utströmmande från motornas avgasventiler 19 kan ledas till dess mynning vid avgassamlarröret 15 och vid den ena sidan 24 av cylinderhuvudet11.Avgaskanalen 37 är gemensam för avgaserna från de båda avgasventilerna 19. Motorn är utformad med två inloppskanaler 38,39, vilka är utformade som separata kanaler till respektive inloppsventil 17, för att leda inloppsluft från inloppsröret 12 till förbränningsrummet. lnloppskanalerna 38,39 mynnar på den andra, motstående sidan 25 av cy|inderhuvudet11.

Vidare är cylinderhuvudet 11 utformat med ett antal fästhål 40 avsedda för bultförband medelst vilka cylinderhuvudet 11 kan monteras till motorblocket. Fästhålen 40 är valda att ligga tillnärmelsevis koncentriskt relativt cylindern och därmed även koncentriskt relativt hålet 20 för bränsleinsprutaren 21.Likaså är bulthålen 40 valda att ligga med en väsentligen lika vinkelfördelning relativt varandra. Detta möjliggör en jämn inspänning till motorblocket som ej utsätter cylinderhuvudet 11 för ogynnsamma spänningskoncentrationer.

På i sig konventionellt sätt innefattar cylinderhuvudet 11 ett antal kylkanaler 41 genom vilka kylvätska pumpas för att bortleda värme från cylnderhuvudet11.

Figur 3 visar ett tvärsnitt 3-3 enligt figur 4, varvid framgår att den mittre vipparmen påverkande tryckstången 35 utsträcker sig genom ett schakt 44 som utgör en genomföring mellan cylinderhuvudets ovansida och undersida . Figuren 3 är för övrigt att betrakta som schematisk eftersom cylinderhuvudets 11 övriga delar inte helt återgivits och i stället visas med streckprickade linjer. Fig uren 4 visar detta schakt 44 sett i ett snitt 4-4 enligt figur 3,varvid framgår att schaktet utsträcker sig i området mellan de båda inloppskanalerna 38,39, samt att att tryckstången 35 för bränsleinsprutaren 21 är anordnad mellan en tryckstång 42 för inloppsventilerna 17 och en tryckstång 43 för avgasventilerna 19. 470 267 Tryckstången 35 för bränsleinprutaren 21 kräver en förhållandevis hög kraft och har därför en större diameter än de övriga två.

Bränsleinsprutarens tryckstång 35 utsträcker sig väsentligen vertikalt och i ett vinkelrätt plan relativt kamaxelns 31 utsträckning i sin längdriktning. ' Tryckstången 35, bränsleinsprutaren 21 och vipparmen 30 för bränsleinsprutaren 21 är i förhållande till varandra även anordnade f väsentligen i ett och samma vertikala plan, vilket utsträcker sig vinkelrätt relativt kamaxeln 31.Denna placering säkerställer att drivningen av bränsleinsprutaren 21 kan ske både med stor kraft och med stor noggrannhet, och vilket säkerställer att bränsleinsprutningen kan ske med stor noggrannhet. Tryckstängerna 42,43 för ventilerna 17,19 är anordnade med viss lutning relativt utsträckningen av bränsleinprutarens tryckstång 35 vilket i första hand ärföranledd av den utrymmesbrist som föreligger på cylinderhuvudets 11 ovansida. Emellertid medför denna lutning ingen större olägenhet. Dels är de krafter som behövs för ventilstyrningen mindre än för insprutarens påverkan och dels skulle en mindre avvikelse vid styrningen av ventilerna 17,19 inte medföra någon större olägenhet. Likaså är vipparmarna 28,29 för ventilerna 17,19 anordnade något avvinklade relativt varandra för att reducera det utrymme tryckstängerna 35,42,43 upptager mellan inloppskanalerna 38,39.

Som framgått av det ovanstående är ventilerna 17,19 anordnade vinkelförvridna vilket har medfört att inloppskanalerna 38,39 kunnat utformas med en längre utsträckning än vad som annars vore möjligt.

Detta medför fördelen att inloppsluften till cylindern kan styras bättre, eftersom dess strömning kan påverkas utefter en längre sträcka. Men det medför även att avgaskanalen 37 blir längre, vilket i sig inte är önskvärt eftersom det medför att de varma avgaserna kan uppvärma cylinderhuvudet utefter en längre sträcka. Den valda förvridningen utgör i sig en kompromiss där fördelarna med långa inloppskanaler 38,39 till stor del gör sig gällande utan att nackdelen med en för lång avgaskanal 37 blir påtaglig.

Genom att utforma det genom cylinderhuvudet sig utsträckande schaktet 44 för tryckstängerna 35,42,43 som ett för alla tryckstänger gemensamt schakt har utrymmesbehovet totalt sett kunnat reducerats, vilket givit 470 267 plats för inloppskanalernas 38,39 längre utsträckning.Utformningen av ett större schakt 44 hartillverkningsmässigt den fördelen jämfört med ett flertal mindre hål att cylinderhuvudet 11 lättare kan rensas från gjutkärnor och även för övrigt kan cylinderhuvudet 11 tillverkas förhållandevis enkelt och billigt.

Utformningen av schaktet44 mellan de båda inloppskanalerna 38,39 har även fördelen att cylinderhuvudets 11 volym ändock blir begränsad och att de komponenter som erfordras för varje cylinder inryms inom det utrymme som är tillgängligt. Detta medför möjligheten att utforma cylinderhuvudena 11 som separata enheter med de fördelar detta i sig medför bl a vad avser enkel och standardiserad produktion. Detta utesluter inte att uppfinningen med fördel även kan utnyttjas i modifierade utföringsformer i de fall motorn är försedd med ett för flera cylindrar gemensamt cylinderhuvud.

Uppfinningen är således inte bunden till den exemplifierade utföringsformen utan kan inom ramen av bifogade patentkrav modifieras i alternativa utföringsformer. Antalet ventiler behöver sålunda inte nödvändigtvis vara fyra ventiler per cylinder, utan kan vara både ett mindre eller ett större antal. Likaså kan avgaskanalen alternativt utformas som separata avgaskanaler från varje ventil. l det visade exemplet ansluter de separata inloppskanalerna till motsvarande separata kanaldelar av inloppsröret. l en alternativ utföringsform behöver inte inloppsröret vara utformat med dylika separata kanaldelar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 476 267 Patentkrav

1. Cylinderh uvud för förbränningsmotor innefattande åtmistone två separata inloppskanaler (38,39) vardera inrymmande en inloppsventil (17), åtminstone en avgaskanal (37) inrymmande åtminstone en avgasventil (19), varvid inloppskanalerna (38,39) och avgaskanalen (37) mynnar på varandra motstående sidoytor (24,25) av cylinderhuvudet(11), varvid ventilerna (17,19) påverkas drivning via ovanförliggande vipparmar (28,29) och cylinderhuvudet genomgående tryckstänger (42,43) från en nedanförliggande kamaxel (31),cy|inderhuvudet ytterligare innefattande en centralt anordnad bränsleinsprutare (21), vilken även påverkas drivning via en ovanförliggande vipparm (30) och en cylinderhuvudet genomgående tryckstång (35) från den nedanförliggande kamaxeln (31) kännetecknat av att tryckstången (35) för att överföra drivning till bränsleinsprutaren (21) är anordnad i ett med tryckstängerna (42,43) för drivning av ventilerna (17,19) gemensamt schakt (44), och att schaktet (44) är anordnat mellan de båda inloppskanalerna (3839).

2. Cylinderhuvud enligt patentkrav1 innefattande två inloppsventiler (17) och två avgasventiler (19) kännetecknar av att tryckstången (35) för bränsleinsprutaren (21) i schaktet (44) är anordnad mellan tryckstången (42) för inloppsventilerna (17) och tryckstången (43) för avgasventilerna ( 19).

3. Cylinderhuvud enligt patentkrav1 kännetecknat av att tryckstången (35) för bränsleinsprutaren (21) utsträcker sig i ett plan som är vinkelrätt i förhållande till kamaxelns (31) utsträckning.

4. Cylinderhuvud enligt patentkrav 3 kännetecknar av att tryckstängerna (42,43) för ventilerna (17,19) utsträcker sig lutande i förhållande till detta plan.

5. Cylinderhuvud enligt patentkrav 1 kännetecknat av att cylinderhuvudet (11) är utformat som ett separat cylinderhuvud avsett för en cylinder. 10 15 20 479 267

6. Cylinderhuvud enligt patentkrav 2 kännetecknat av att avgaskanalen är utformad som en för båda avgasventilerna (19) gemensam avgaskanal (37).

7. Cylinderhuvud enligt patentkrav 2 kännetecknat av att ventilerna är anordnade vinkelförvridna.

8. Cylinderhuvud enligt patentkrav 7 kännetecknat av att en linje genom inloppsventilerna bildar en vinkel (a) i förhållande till motorns längdriktning och att denna vinkel är mellan 50° och 75°, med fördel omkring 70°.

9. Cylinderhuvud enligt patentkrav 2 kännetecknat av att vipparmarna (42,43) för ventilerna ( 17,19) och vipparmen (35) för bränsleinsprutaren (21) är lagrade vid en gemensam lagerbock (27) på cylinderhuvudets ovansida.

10. Cylinderhuvud enligt något av föregående patentkrav kännetecknat av att det ingår i en flercylindrig motor (10) och att varje cylinder har väsentligen lika utformning av cylinderhuvud (11).