SE533233C2 - Tätningshylsa - Google Patents

Description

25 30 533 233 .L a) Kontakttiycket mellan de fasta kropparna kolvring och kolv (yta 4) är lika med: P - (w-(w-c)/2) / (w-c) > P/2 vilket ger god kontakt och god tätning. b) Kontakttrycket mellan de fasta kropparna kolvring och cylindervagg ar lika med: P/2 vilket också ger god tätning. c) Friktion mellan kolvring och cylindervagg: P - h - l - u / 2 (där u är fiiktionskoefñciemen och l är cylindems omkrets) Trycket av gas och oljeblandningen i tàtningspalterna antas variera linjart fi-ân ena andan till den andra Krafter på gnmd av fjädring i kolvringen bortses ifiån.

Av c fiarngår att 'friktionen och också friktionen per langdenhet av kolvens omkrets beror av kolvringens höjd IL Ju mindre denna kan göras desto mindre kommer fi-iktionen att bli. En mer ingående modellering inkluderande till exempel ljådring och vrangning av kolvringen skulle inte motsaga inte denna slutsats.

För en konventionell kolvring bestäms höjden h av att kolvringen måste kunna motstå vrängning orsakad av tryck- och fiiktionslcrafier. Spaltvidden (c i figur 1.) mellan själva kolven och cylínderväggen tenderar att öka i proportion med cylinderdiarnetern För att undvika alltför mycket vrangning görs då kolvringarna större för stora cylinderdiametrar aven om trycket P är konstant Kolvringens höjd h är vanligen proportionell mot cylinderns diameter. 10 20 25 30 E33 I stora skeppsmaskiner staller då fiiktionsvarrnet stora krav på smörjsystemet och oljans kvalitet. Ett inte ovanligt fel i sådana motorer ar så kallad "scufiing" när smörjningen mellan kolvring och cylindervägg fallerar. Detta kan ge upphov till svåra skador i motom. Föreliggande uppfinning galler minskning av fiiktionen mellan kolvtatningen och cylindervaggen Ett ändamål år då att öka motorns energiverkningsgrad. Ett armat ändamål ar att minska den lokala upphettning som friktionen mellan kolvtatriing och cylinder ger upphov till och därigenom förbättra sniorjriingen och livslängden Enligt den nya uppfinningen används en tatningshylsai stallet för en tamingsring I figur 2 visas ett exempel på en sådan tatningshylsa i mlighet med derma uppfinning och nâgra viktiga mått är utsatta I denna figur, som visar ett liknande centrumsnitt av en cylinder och kolv somi figur 1 är: 1 kolven, 2 cylindervaggen, 3 tämingshylsari, 4 tâtningsoniråde mellan tatningshylsa och kolvspår och 5 är tatningsonirådet mellan tatníngshylsa och cylindervagg Det höga trycket antas vara ovanför kolven och tatningshylsan Iyttre delen av tatningshylsan 3 finns en ursparning 6 som går runt om hylsan. Denna urspaming står i gasledande kontakt med baksidan av tarningshylsan genom flera hål 7 nmt om, som utjämna: gastrycken mellan ursparningen 6 och hylsans baksida Detta område 9 ar anslutet till det höga trycket ovanför kolven genom spalten 10.

Vid en enkel analys liknande den som tidigare gjordes för den konventionella kolvringen i figur 1 får vi för den nya tatningshylsan i figur 2: a) Kontakttryck mellan de fasta kropparna vid tätningshylsa och kolvringsspår (yta 4) är lika med: P ~ (w-(w-c)/2) / (vv-c) > P/2 vilket ger gad kontakt och god tätning. b) Kontakttryck mellan de fasta kropparna vid tâtningshylsa och cylindervagg (yta 5) är lika med: P/2 vilket också ger god tätning. 10 15 20 25 30 Li i c) Friktion mellan kolv och cylindervågg: P - heff- l- u /2 (där u år fiiktionskoefficienten och l år cylindervåggens omkrets) Eftersom beg kan göras mycket mindre ån h för en konventionell kolvring i figur 1, kan derma tatningshylsas friktion bli mycket mindre. Trycket i ursparningen 6 år samma som på baksidan av tamingshylsan och ovanför kolven Trycket i spalten 8 kan också anses vara det samma Tiyckskillnaden P verkar alltså bara på en del av tamingshylsans totala höjd. Ett alternativt synsatt år att gasen i ursparningen 6 fimgerar som en gaskudde som balanserar en stor del av den lcraft som verkar på tatningshylsaris innersida För att få tillräcklig förmåga att motstå vrångning av de krafter som orsakas av fiiktion och gastryck och ändå inte få för mycket friktion mot cylindervåggen utformas en konventionell kolvring så att vidden w av ringen är större ån eller väsentlige av samma storlek som höjden h av ringen. En tatningshylsai enlighet med föreliggande uppfinning kan utformas med en höjd h som ar mycket större an dess vidd w. På grund av gaskudden i urtaget 6 kan detta göras utan att orsaka alltför mycket friktion mot cylinderväggen En stor totalhöjd gör hylsan motståndskrafiig mot vrangning aven om vidden w är liten.

Ett tredje ändamål med föreliggande uppfinning år att åstadkomma en kolvtåtning som kan motstå vrangning och ändå vara flexibel i radiell led och kurma följa oregelbundenheter i cylindervaggen En sådan förmåga att anpassa sig efter en icke perfekt cylindervågg minskar låckaget. Det minskar också risken för att det skall uppstå abnormt högt korrtakttryck och farliga fiiktionsförhållanden vid utstickaride delar av cylindervåggen. Scufñng initieras ofiai sådana områden. Flexibiliteten hos en tåtningshylsa enligt föreliggande uppfinning gör smörjningsförhållandena battre. I sådana motorer där smörjning sker genom kontinuerlig tillförsel av ny smörjolja kan oljedoseringen minskas med åtßljande besparing i driftkostnader.

Vid böjning av en rak balk genom pålagd lcafi blir den resulterande höjningen (l/r, där r = böjningsradie) omvänt pmportionell mot yttröghetsmomentet hos balkens tvärsnitt. lO l5 20 25 30 533 233 Fl.

\-) Detta är i sin tur proportionellt mot kuben på tvårsnittets utsträckning i böjningsrikmingen För ett föremål, som är böjt redan från början, gäller ett motsvarande samband för dess deformation fi-ån sin ursprungliga form. En tätningshylsa i enlighet med föreliggande uppfinning kan med fördel utformas med en vidd w som är mindre än en tredjedel av dess höjd h En minskning av vidden w till en tredjedel medan andra omständigheter hålles konstanta ändrar tvärsnittets yttröghetsmoment till 1127 av dess ursprungliga värde. Den kraft som behövs för att anpassa tatningshylsan till oregelbundenheter i cylinderväggen minskas alltså med en faktor 27. Detta utan man behover byta från konventionella och beprövade konstruktionsmaterial.

En tatningshylsa enligt föreliggande uppfinning utformas företrädesvis med mindre vidd än en konventionell kolvring. Vid användning i äldre motorer skulle det ibland vara fördelaktigt att kunna använda de gamla kolvringsspåren också för de nya tätningshylsoma med mindre vidd. Detta kan göras om en fyllnadsring placeras innanför tatningshylsan och fyller' upp det tomma utrymmet och häller tätningshylsan på plats. I andra fall kan höjden av spåret i kolven ökas i spârets yttre del både uppåt och nedåt och en ny högre tätning i enlighet med föreliggande uppfinning passas in i det resulterande yttre spåret medan den kvarvarande delen av det djupare spåret inte stör bakom mitten av hylsan.

En viktig sak hos den nya tätningshylsan ar att urspamingen 6 i den yttre ytan står i gasledande förbindelse med högtryckssidan av kolven. Detta gör att urspamíngen verkar som en gaskudde mellan tätningshylsan och cylindervaggen. Denna gaskudde balanserar en del av krafien från det tryck som verkar på baksidan av hylsan I det utförande som visas i figur 2 sker gasförbindelsen genom hål 7 genom hylsan till omrâdet bakom hylsan 9. Detta i sin tur ar i kontakt med högtryckssidan av kolven genom den spalt 10, som uppstår mellan tätningshylsa och spårkant vid höglryckssidan av tärningen. Alternativt, kan man, när det höga trycket alltid är på ena sidan av tärningen, vilket oftast år fallet, åstadkomma en sådan gasledande förbindelse mera direkt genom vertikala hål eller spår 11 i den övre delen av tatningshylsan (under antagande att det högre trycket är ovanför tärningen för en vertikalt arbetande kolv). De två alternativen visas i figurerna 3 och 4. 10 15 20 25 30 533 233 lf: En konventionell kolvring tenderar att slitas mer vid sin övre och undre del och därför ha en något konvex yttre yta I själva verket är en sådan konvex eller tunnforrnad yttre yta något som ofia tillhör konstruktionen I vilket fall som helst ger en sådan konvex yta inte något stöd mot att ringen vrånger sig på grund av fiilctionen och gastrycket och spalten mellan kolv och cylinder. För att motstå sådan vrangning måste ringen ha intem styvhet och en stor vidd (w). För en tamingshylsa i enlighet med föreliggande uppfinning är situationen annorlunda Det finns ingen konvex ytteryta att rulla mot utan två olika och med ett visst avstånd separerade kontaktytor. Detta gäller aven en sliten hylsa.

Kontaktytan 8 i figur 2 mellan tatningshylsan och cylindervaggen har ingen tátande funktion. Sá läge kontakt existerar där betyder det att hylsan ligger i ratt läge. Medan en konventionell kolvring måste ha egen styvhet för att inte vrängas hålls en kolvtatning i enlighet med föreliggande uppfinning odeformerad och stöttad av cylindervaggen Kontaktkrafien vid 8 täs av hylsans fiadringsförmåga hjälpt av hylsans tendens att tippa utåt av trycket uppifrån och spalten mellan kolv och cylindervagg. Kontaktkrafien vid 5 i figur 2 är ett direkt resultat av trycket bakom tatningen Trycket håller således bagge ytorna mot cylindervaggen och tátningshylsan kan göras tunn och flexibel (litet w i figur 2) utan risk för vrangning Tippningstendensen kan förstärkas och göras oberoende av spalten mellan kolv och cylinder genom borttagning av material fiån yttre delen av nederdelen (lågtrycksdelen) av tatningshylsan så att vridningspunkten flyttas inåt från spårets ytterkant. Detta åstadkoms genom avfasning eller rundning av den yttre delen av lågtrycksandan av tâmingshylsan så att när denna tatar mot kolvspårets sida dess kontaktyta mot kolvspårets sida slutar inom kolvspåret. Se figur 5 där 1 ar kolven, 2 ar cylindervággen och 3 ar tåtningshylsan med material borttaget från nederdelen vid 12 så att vridningspunkten för tippning flyttats i riktning från cylindervaggen Denna flytt av vridningspunkten minskar också risken för utmattningsskador vid kolvspårets ytterkant 14. Alternativt kan en motsvarande effekt uppnås genom borttagning av material från yttre delen av spåret vid 14 såsom visas av den streekade lirijen i figur 5.

Till skillnad från situationen vid konventionella kolvringar ger en sådan förflytniing av vridningspunkten från cylindervaggen inte upphov till en ökad tendens till vrangning.

I ovanstående beskrivningar har för enkelhetens skull situationen där bara en tamingsanordning använts och dar det höga trycket i cylindern har verkat uppifiån beskrivits. Uppfinningen år inte begränsad till detta speciella fall utan är lika applicerbar i andra orienteringar och vid användande av flera tätningsanordningar i serie såsom vanligen är fallet vid användande av konventionella kolvringar. Ersätt då trycket från ovan eller trycket ovan kolven med trycket på hogtryckssidan av anordningen

Claims (4)

10 15 20 *Ãfl CM W (Ü llß-É C-CI V/fíl- PATE NTKRAV

1. Tätningshylsa (3) för tätning mellan kolv och cylinder i förbränningsmotorer för placering i ett spår i kolvens mot cylindern vettande yta och tätande mot cylinderväggen och ena sidan av spåret i kolven på samma sätt som en konventionell kolvring k a r a k t e r i s e r a d a v att den, för samtidigt erhållande av motståndsförmåga mot vrängning samt flexibilitet och följsamhet mot cylinderväggen har en höjd (h) som är minst tre gånger dess vidd (w) och att dess mot cylinderväggen (2) vettande yta har en ursparnlng (6) som är anordnad att bli trycksatt genom en förbindelse (7,11) i form av hål eller spår i tätningshylsan (3).

2. Tätningshylsa (3) enligt krav 1 ka r a kte r i se ra d a v att sagda förbindelse (7,11) är utformad som hål (7) genom tätningshylsan (3) från ursparningen (6) till den sida av tätningshylsan (3) som vetter från cylinderväggen (2).

3. Tätningshylsa (3) enligt krav 1 ka ra kt e rise ra d a v att sagda förbindelse (7,11) är utformad som spår eller hål (11) i en övre del hos tâtningshylsan (3) som vetter mot cylinderväggen (2).

4. Tätningshylsa (3) enligt krav 1,2 eller 3 k a ra kt e r i s e r a d a v att en nedre del (12) av tätningshylsan (3) som gränsar mot cylinderväggen (2) är rundad eller avfasad.