SE536159C2 - Kolv- och vevstaksaggregat - Google Patents

Abstract

I ett av kolv (2) och vevstake (17) bestående aggregat (1) för en forbränningsmotor innefattarkolven en kolvkrona (3), ett kolvskört (4) och partier (10, 14) för mottagning av en kolvbult(6) med vilken kolven är avsedd att uppbäras på vevstaken. Kolvskörtet har en sluten botten-del (15) och mot kolvbulten tätande öppningar (16) i dess parti för mottagning av kolvbulten,men omsluter i övrigt helt en bottendel (12) av kolvkronan såväl som kolvkronans parti (10)för mottagning av kolvbulten. Vevstaken har vidare en gaffelforrn i dess mot kolven vändaände (19). En kolv respektive en vevstake för användning i ett sådant aggregat tillhandahållslikaledes. (Fig. 2)

Description

25 30 535 155 2 Ett mer speciellt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad kolv- och vevstaks- sammansättning för förbränningsmotorer, vilken är anpassad för höga arbetstemperaturer.

Andra specifika syften med uppfinningen är att åstadkomma en kolv resp. en vevstake för användning i en sådan kolv- och vevstakssainmansättning.

Dessa och andra syften uppnås med uppfinningen som den definieras i bifogade patentkrav.

Uppfinningen hänför sig allmänt till ett av kolv och vevstake bestående aggregat för för- bränningsmotorer, där kolven har en kolvkrona, ett kolvskört och partier av dessa som mottager en kolvbult med vilken kolvkrona och kolvskört uppbärs på vevstaken. I ett grund- läggande utförande har kolvskörtet en helt sluten bottendel och har det vidare i dess parti för mottagning av kolvbulten, öppningar som tätar mot denna. I övrigt omsluter kolvskörtet fullständigt en bottendel av kolvkronan såväl som det parti därav som mottager kolvbulten.

Slutligen har vevstaken en gaffelform i dess mot kolven vända ände.

Enligt andra aspekter av uppfinningen åstadkommer denna en ändamålsenlig kolv respektive en ändamålsenlig vevstake avpassade för användning i ett kolv- och vevstaksaggregat enligt uppfinningen.

Grundutföranden av kolv- och vevstaksaggregatet enligt uppfinningen ger fördelarna av: reducerad värmeöverföring mellan kolvkrona och het motorolj a; och därmed ökad livslängd för motoroljan; reducerade koksningsfenomen vid kolvens undre ytor; reducerad bränsleförbrukning genom mer fullständig förbränning; och fåtal i aggregatet ingående delar.

Vidareutvecklingar av uppfinningen och utföringsforrner av denna anges i underkraven.

Andra fördelar med uppfinningen kommer att bli tydliga vid genomläsning av den följande detaljerade beskrivningen av utföringsforrner av uppfinningen. 10 15 20 25 30 536 159 3 KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen och ytterligare syfien och fördelar med denna kommer att förstås bäst med hänvisning till den följande beskrivningen och de bifogade ritningama, på vilka: Fig. l är en sidovy av en utföringsform av en kolv med vevstake enligt uppfinningen; Fig. 2 är ett längdsnitt genom den i Fig. l visade kolven med vevstake enligt upp- finningen, längs en första linje A-A markerad i Fig. 1; Fig. 3 visar den i Fig. 1 och 2 visade utföringsforrnen av kolven med vevstake enligt uppfinningen, i ett snitt längs en andra linje B-B genom vevstaken i Fig. l; och Fig. 4 är en schematisk perspektivvy underifrån av kolvkronan i kolven enligt Fig. 1-3.

DETALJERAD BESKRIVNING Uppfinningen och dess principer kommer att förklaras nedan med hänvisning till exemplifier- ande utföringsforrner av ett kolv- och vevstaksaggregat såväl som en kolv respektive en vev- stake för ett sådant aggregat. Dessa utföringsforrner visas delvis schematiskt på de bifogade ritningsfigurema 1-4 och hänför sig till ett utnyttjande av grundprincípema för lösningen enligt uppfinningen vid en i dess grundutförande känd typ av tvådelad kolv för förbrärmings- motorer. De illustrerade utförandena ges som ett exempel på en sådan applikation och det skall understrykas att illustrationerna endast har till syfte att visa och beskriva föredragna utföringsformer. De är således inte avsedda att begränsa uppfinningen till speciella applika- tioner eller till de på ritningama visade detaljema.

Med hänvisning till den inledande diskussionen står det klart att många av de problem som förekommer vid motorer som är avsedda att arbeta vid förhöjda temperaturer, beror på värmeutvidgningsfenomen, koksningsproblem och därmed sammanhängande effekter. Upp- finningen strävar efter att finna lösningar på dessa problem genom att föreslå en ny kolv- och vevstakskombination som medger att värme- och koksningsproblem kan undanröjas på ett helt nytt sätt. I grunden innebär dessa lösningar att den hetaste delen av kolven, dvs. kolv- kronan och i synnerhet dess undersida, skyddas från kontakt med olja i motom. Ett grund- 10 15 20 25 30 536 155 4 läggande särdrag vid dessa lösningar är en speciell utformning av kolvskörtets undersida med en sluten bottendel som effektivt skyddar kolvkronans undersida.

På de bifogade ritningarna visas som nämnts ovan ett av kolv 2 och vevstake 17 bestående aggregat 1 för en förbränningsmotor. Kolven 2 är av en tvådelad typ där kolvkronan 3 och kolvskörtet 4 utgörs av separata delar. Kolvkronan 3 och kolvskörtet 4 har båda lagrings- partier l0 resp. 14 för mottagning av en i figurema schematiskt visad kolvbult 6. Med hjälp av kolvbulten 6 är kolvkronan 3 och kolvskörtet 4 avsedda att uppbäras vridbart i förhållande till den på ritningsfigurema endast partiellt visade vevstaken 17. En sådan kolv 2 är särskilt lärnplig för användning i motorer med högre arbetstemperaturer. Detta beror delvis på att den medger användning av olika specifikt anpassade material i kronan 3, vilken utsätts för de högsta temperaturerna, och skörtet 4 som vid dess yttre omkrets har spår 5 för mottagning av konventionella, icke närmare visade kolvringar. Som antytts tidigare kan de olika materialen i de olika delarna utgöras av t.ex. stål i kronan 3 och en aluminiumlegering i skörtet 4. Till aggregatets l temperaturtålighet bidrar dessutom en med hjälp av lämpligt tätningsarrange- mang 7 tätad spalt 8 mellan de olika delarna. Den tätade spalten 8 säkerställer att värme- utvidgning i den för de högsta temperaturema utsatta kolvkronan 3 inte överförs till kolv- skörtet 4. Detta är viktigt för att inte överbelasta kolvringama. Genom att i spalten 8 ta upp kolvkronans 3 temperaturrörelser kan man förhindra att kolvringarna, vilka anligger tätande mot en icke visad cylindervägg i motom, skär mot denna cylindervägg.

Kolvkronan 3 är grundläggande uppbyggd av en allmänt skivformad övre del 9 som övergår i dess parti 10 för mottagning av kolvbulten 6, vilket i sin tur obrutet övergår i en nedåt helt sluten bottendel 12. Kolvkronans parti 10 är företrädesvis tätande lagrat på den däri mottagna kolvbulten 6 genom en i tvärled därigenom utsträckt, genomgående borrning ll. För att undvika av temperaturskillnader framkallade problem med glapp i lagringen är kolvkronan 3 t.ex. förbunden med kolvbulten 6 genom presspassning. Av i synnerhet Fig. 2-4 framgår vidare att i det visade exemplet är även kolvkronans parti 10 för mottagning av kolvbulten 6 i grunden bildat med en allmän cirkulär cylinderforrn med mindre diameter än den för dess övre skivformade del 9. Partier på motsatta sidor av den cirkulär-a cylínderformen är avlägsnade så att det parti 10 av kolvkronan 3 som mottager kolvbulten 6 har en i tvärsnitt allmänt rektangulär form med rundade kortsidor motsvarande cylinderformens yttre omkrets. 10 15 20 25 30 536 '159 5 Borrningen 11 är formad i tvärled genom partiet 10 och mynnar vid de sidor som bildats genom de avlägsnade partiema av cylinderfonnen.

Kolvskörtet 4 består i grunden av en övre del 13 som är helt öppen uppåt, som har en allmän cylinderform och som vid dess yttre omkrets uppvisar de nämnda kolvringsspåren 5. Den övre delen 13 övergår obruten i kolvskörtets 4 parti 14 för mottagning av kolvbulten 6 och däreñer i en nedåt helt sluten bottendel 15. Alla dessa delar av kolvskörtet 4 är liksom de be- skrivna delama av kolvkronan 3 lämpligen utförda i ett stycke med varandra. Lagringspartiet 14 för kolvbulten 6 är dårvidutfört med diarnetralt motsatt varandra anordnade, mot kolv- bulten tätande öppningar 16 genom kolvskörtets 4 yttervägg. Lagringen av kolvbulten 6 i kolvskörtet 4 kan vara utförd på varje konventionellt och för fackmannen välkänt sätt som säkerställer en tätning utåt mot motorolja i en omgivande, icke visad cylinder och har därför inte visats specifikt på ritningsfigurema. Liksom för kolvkronan 3 gäller vidare att kolv- skörtets 4 parti 14 för mottagning av kolvbulten 6 i grunden är bildat med en allmän cirkulär cylinderform som i det här fallet är densamma som för den övre delen 13. Partier på motsatta sidor av den cirkulära cylinderformen är även här avlägsnade så att partiet 14 som mottager kolvbulten 6 har en i tvärsnitt allmänt rektangulär form med rundade kortsidor motsvarande cylinderforrnens yttre omkrets.

I övrigt omsluter kolvskörtet 4 med dess parti 14 för mottagning av kolvbulten 6 och dess slutna bottendel 15 fullständigt kolvkronans 3 bottendel 12 såväl som dess parti 10 för mot- tagning av kolvbulten 6. Härigenom hindras olja från motom effektivt från att komma i kontakt med kolvkronans 3 olika delar och partier och överhettas av dessa. Specifikt gäller att delarna 13, 15 och partiet 14 av kolvskörtet 4 är anpassade efter formen på motsvarande delar 9, 12 och parti 10 av kolvkronan 3. Monterade på kolvbulten 6 bildar kolvkrona 3 och kolvskört 4 en huvudsakligen obruten eller genomgående, värmeisolerande spalt 8 däre- mellan. Spalten 8 är bildad mellan yttre ytor av den övre delen 9 av kolvkronan 3, dess parti 10 för mottagning av kolvbulten 6 och dess slutna bottendel 12 och inre ytor av den övre delen 13 av kolvskörtet 4, dess parti 14 för mottagning av kolvbulten 6 och dess slutna bottendel 15. Spalten verkar således för värmeisolering gentemot kolvkronans 3 undersida som normalt är den hetaste ytan på kolven 2. Därmed kan värmetransport mellan kolvkronans 3 och kolvskörtets 4 material utebli eller åtminstone reduceras kraftigt. 10 15 20 25 30 536 159 6 Spalten 8 mellan kolvkrona 3 och kolvskört 4 är vid det övre området av kolvskörtets 4 övre del 13 lämpligen tätad med hjälp av en tätning 7 uppburen i ett spår vid en yttre yta av kolvkronans 3 parti 10 för mottagning av kolvbulten 6. Även om spalten 8 mellan kolvkrona 3 och kolvskört 4 i ritningsfigurema visas med en viss bredd skall det vara uppenbart att denna spalt 8 beroende på applikationen kan utföras med större eller mindre bredd än den som visas. En bredare spalt kan exempelvis utnyttjas vid mycket höga arbetstemperaturer, för att effektivt förhindra värmeövergång från kolvkrona 3 till kolvskört 4. Å andra sidan kan en smalare spalt komma i fråga när begränsat utrymme står till förfogande i kolven 2 och även för att reducera oönskad rörelse mellan kolvkrona och kolvskört. Spalten kan hur som helst lämpligen vara smalare upptill, mellan kolvkronans och kolvskörtets övre delar än vid de nedre delarna därav.

Som framgår av Fig. 1-3 utnyttjar aggregatet 1 en specifikt utformad vevstake 17 som i dess mot kolven 2 vända ände 19 har en gaifelforrn. Gaffelforrnen bildas av två åtskilda gaffelben 21, 22 som utgår från vevstakens 17 partiellt på ritningarna visade huvudparti 20. Huvud- partiets 20 motsatta ände visas inte här men har en helt konventionell konstruktion för lagring på en likaledes icke visad vevaxel. I exemplet utgörs gafïelbenen 21, 22 av två på avstånd från varandra anordnade öron med vardera en huvudsakligen central borrning 18 för kolv- bultens 6 lagring. I monterat tillstånd griper gaffelbenen/öronen 21 , 22 från motsatta sidor om kolvskörtets 4 slutna bottendel 15 och dess kolvbulten 6 mottagande och mot denna tätande parti 14. I detta tillstånd griper vevstaken 17 med dess mot kolven 2 vända gaffelfonniga ände 19, dvs. med de åtskilda gaffelbenen/öronen 21, 22, även från motsatta sidor om kolv- kronans 3 slutna bottendel 12 och dess kolvbulten 6 mottagande och mot denna tätande parti 10. Kolvbulten 6 sträcker sig helt genom de i linje med varandra inriktade bormingarna 11, 16 i kolvkronan 3 resp. kolvskörtet 4 och åtminstone partiellt genom bormingarna 18 i den gaffelforrniga ändens 19 åtskilda gaffelben 21 , 22.

Materialvalet i kolvens 2 delar beror delvis på den avsedda applikationen men som nämnts ovan bör kolvtoppen 3 generellt vara tillverkad av stål eller annat värmetåligt material medan kolvskörtet 4 med fördel kan innehålla ett lättare material, såsom aluminitun. Vidare kan kolvkronan 3 som i den visade utföringsforrnen vara homogen. 1 applikationer där en redu- cerad vikt är önskvärd kan kolvkronan 3, eller närmare bestämt dess parti 10 och i viss man dess bottendel 12 alternativt ha en ihålig form. 10 15 20 25 30 536 '159 7 Med ett sådant kolv- och vevstaksaggregat 1 enligt uppfinningen uppnår man de eftersträvade målen, nämligen dels att kolven 2, och närmare bestämt undersidan av kolvkronan 3, skyddas från ”koksning”, dvs. att olja kommer in dit och brärmer fast där. Med detta utförande kan även kolvens 2 arbetstemperatur höjas, vilket ger förbättrad förbränning och lägre bränsle- förbrukning. Eftersom olja i motom inte kyler den hetaste delen av kolven 2, dvs. kolvkronan 3, kan vidare motorns olja bevara sin kvalitet under längre drifttid. Genom kolvskörtets 4 montering på kolvbulten 6 med hjälp av dess lagringsparti 14 som i monterat tillstånd ansluter tätande mot kolvbulten 6 kan även denna och i synnerhet då dess partier som är lagrade i själva kolvkronan 3 och kolvskörtet 4 skyddas från påverkan av het olja. Avsikten med detta är likaledes att effektivt täta så att het olja inte kan komma in i spalten 8 mellan kolvskörtet 4 och kolvkronans 3 undersida.

I altemativa, men inte specifikt visade utföringsfonner av uppfinningen kan varianter eller modifieringar av de olika visade delarna av denna utnyttjas utan att man awiker från upp- finningens omfattning. Framförallt är uppfimiingen inte begränsad till det visade och be- skrivna, schematiska utförandet av den tvådelade kolven. Även om uppfinningen idag kan antas ha sitt största användningsområde i motorer som är specifikt avsedda att verka vid högre arbetstemperaturer omfattar uppfinningen i dess bredaste omfattning även varianter och modiñeringar av en sådan kolv där dess utmärkande särdrag åstadkommer samma grund- läggande funktioner och fördelar som beskrivits ovan. Exempel på detta kan vara en annan utformning av de komplementärt hoppassande delarna av kolvskört och kolvkrona. Även om uppfinningen visats och beskrivits med särskild hänvisning till en applikation avsedd särskilt för relativt lågvarviga fyrtaktsmotorer för tunga fordon skall uppfinningen på intet sätt vara begränsad till just sådana applikationer. Uppfinningens grundprinciper kan således appliceras på andra typer av motorer och för andra typer av fordon.

Uppfinningen har beskrivits i samband med en utföringsforrn som för närvarande anses vara mest praktisk och ändamålsenlig, men det skall inses att uppfinningen inte är begränsad till det visade och beskrivna utförandet. Den omfattar även varje praktiskt genomförbar kombination av särdrag som visats och/eller beskrivits häri och är således avsedd att täcka olika modifieringar och ekvivalenta arrangemang som faller inom de bifogade kravens grundtanke och skyddsomfång.

Claims (10)

10 15 20 25 30 535 159 8 PATENTKRAV

1. Ett av kolv (2) och vevstake (17) bestående aggregat (1) för en förbränningsmotor, var- vid kolven innefattar en kolvkrona (3), ett kolvskört (4) och partier (10 resp. 14) av dessa för mottagning av en kolvbult (6) med hjälp av vilken kolvkrona och kolvskört är avsedda att uppbäras vridbart på vevstaken (17), kännetecknat av att: a) kolvskörtet har en helt sluten bottendel (15); b) kolvskörtet i dess parti (14) för mottagning av kolvbulten uppvisar mot kolvbulten tätande öppningar (16) men i övrigt fullständigt omsluter en bottendel (12) av kolv- kronan såväl som kolvkronans parti (10) för mottagning av kolvbulten; och att c) vevstaken i dess mot kolven vända ände (19) har en gaffelform.

2. Aggregat (1) enligt krav 1, kännetecknat av att vevstaken ( 17) i den mot kolven vända gaffelfonniga änden (19), med åtskilda gaffelben (21, 22) från motsatta sidor griper om kolv- skörtets (4) slutna bottendel (15) och dess mot kolvbulten (6) tätande parti (14).

3. Aggregat (1) enligt krav 2, kännetecknat av att vevstaken (17) i monterat tillstånd, i dess mot kolven vända gaffelforrniga ände (19), med de åtskilda gaffelbenen (21, 22) från motsatta sidor griper om även kolvkronans (3) slutna bottendel (12) och dess parti (10) för mottagning av kolvbulten (6) och att kolvbulten sträcker sig fullständigt igenom detta parti (10) av kolvkronan (3) och genom kolvskörtets (4) parti (14) för mottagning av kolvbulten (6) samt åtminstone partiellt genom de åtskilda gaffelbenen (21, 22) i den gaffelformiga änden (19) av vevstaken.

4. Aggregat (1) enligt något eller några av krav 1-3, kännetecknat av att en genomgående vârmeisolerande spalt (8) är bildad mellan yttre ytor av en övre del (9) av kolvkronan (3), dess parti (10) för mottagning av kolvbulten (6) och dess slutna bottendel (12) och inre ytor av en övre del (13) av kolvskörtet (4), dess parti (14) för mottagning av kolvbulten (6) och dess slutna bottendel (15).

5. Aggregat (1) enligt krav 4, kännetecknat av att en tätning (7) är uppburen vid en yttre yta av kolvkronan (3) för tätning av spalten (8) mellan kolvkrona och kolvskört (4). 10 15 20 25 30 536 '155

6. Aggregat (1) enligt något eller några av krav 1-5, kännetecknat av att kolvkronan (3) likaledes har en bottendel (12) som är helt sluten och i dess parti (10) för mottagning av kolvbulten (6) har en i tvärled därigenom utsträckt och mot den däri mottagna kolvbulten tätande, genomgående borrning (1 1).

7. Aggregat (1) enligt något eller några av krav 1-6, kännetecknat av att kolvkronan (3) år homogen eller alternativt har en åtminstone delvis ihålig form i dess bottendel (12) och i dess parti (10) för mottagning av kolvbulten (6).

8. Kolv (2) för ett aggregat (l) enligt något eller några av krav l-7, med en kolvkrona (3), ett kolvskört (4) och partier (10 resp. 14) av dessa som mottager en kolvbult (6) med hjälp av vilken kolvkrona och kolvskört är avsedda att uppbäras vridbart på en Vevstake (17), kännetecknad av att: a) kolvens kolvskört har en helt sluten bottendel (l5); och b) kolvskörtets slutna bottendel övergår obruten i dess parti (14) som mottager kolv- bulten, vilket uppvisar mot kolvbulten tätande öppningar (16) men i övrigt helt om- sluter en bottendel (12) av kolvkronan såväl som kolvkronans parti (10) som mottager kolvbulten.

9. Kolv (2) enligt krav 8, kännetecknad av att kolvkronan (3) likaledes har en bottendel (12) som är helt sluten och som obruten övergår i dess parti (10) som mottager kolvbulten (6), vilket parti har en i tvärled därigenom utsträckt och mot den däri mottagna kolvbulten tätande, genomgående borrning (1 1).

10. Vevstake (17) för ett av kolv (2) och vevstake bestående aggregat (1) enligt något eller några av krav 1-7, kännetecknad av att vevstaken i en i monterat tillstånd mot kolven vänd ände (19) har en gañelform med åtskilda gaffelben (21, 22) som från motsatta sidor griper om delar och partier (10, 12, 14, 15) av kolven (2).