SE421554B - Forbrenningsmotor med minst ett i ett cylinderhuvud eller liknande utformat forbrenningsrum - Google Patents

Description

soosnvz-7 _10 15 20 25- 30 35 som möjliggör en effektiv blandning av bränslet med inloppsluften och även fördelar bränsleluftblandningen någorlunda likformigt i förbrän- ningsrummet. Vid lägre driftsvarvtal reduceras inloppsgasernas hastig- het, och detta medför en sämre fördelning av bränsleluftblandningen i förbränningsrummet. Detta medför i sin tur att mera bränsle måste till- föras än vad som är teoretiskt nödvändigt för att i förbränningsrunmet upprätthålla ett blandningsförhållande som inte förorsakar okontrolle- rade förbränningsförlopp, s k knackningar. Det innebär att den termiska verkningsgraden för en dylik motor blir mindre god vid låga och medel- höga driftsvarvtal.

Det omnämnda "pent roof"-utförandet fordrar dessutom ett komplicerat och därmed dyrbart tillverkningsförfarande, och detta har medfört att ifrågavarande utförande ej har kommit till utnyttjande i någon större utsträckning inom serieproduktion av fordonsmotorer.

I avsikt att minska kostnaderna för framställning av fyrventilmotorer_ är det genom USA-patentet 3,633,577 känt att utforma ett förbränningsrum i ett cylinderhuvud med två avlånga kaviteter. En dylik utformning med- ger att förbränningsrummet kan framställas genom fräsning under förut- sättning av att tvärprofilen därvid utgör profil för förbränningsrummets respektive kaviteter i en riktning. I den andra avlånga riktningen for- mar frasen de båda kaviteternas respektive ändar att överensstämma med fräsens bågform. Utformningen kräver att volymen av utrymmet i cylinder- huvudet blir relativt stor för att kunna inrymma tillräckligt stora ventiler. Detta medför svårigheter att göra motorn högkomprimerande om man ej tillgriper andra åtgärder för att minska förbränningsrummets volym, t ex genom att utforma en samverkande motorkolv med upphöjningar eller liknande. Utformningen innebär således att den tekniska verknings- graden även för denna motortyp kommer att vara mindre tillfredsställande om man inte tillgriper komplicerade och kostsamma utföranden på kolven.

Föreliggande uppfinning har till uppgift att utforma en fyrventil- motor med förbränningsrum som inom motorns hela varvtalsomrâde ger ökad_ effektivitetsgrad till följd av ökad gascirkulation i motorns förbrän- ningsrum och som dessutom möjliggör en enkel och billig framställning av dylika förbränningsrum i motorns cylinderhuvud. Vid en enligt upp- finningen utformad förbränningsmotor tillföres en bränsleluftblandning via två i cylinderhuvudet anordnade inloppsventiler, och avgaser avledas via tvâ i cylinderhuvudet anordnade utloppsventiler, varjämte förbrän- 10 15 20 25 30 35 3005072-7 ningsrummet innefattar ett i cylinderhuvudet monterbart anfäst tänd- organ för antändning av inmatad bränsleluftblandning under motorns arbetsförlopp. Uppfinningen utmärkes därvid av att förbränningsrummet består av fyra kaviteter som är kvadrantiskt fördelade i ett cirkulärt plan utgörande del av cylinderhuvudets bottenplan, att varje enskild kavitet har en i huvudsak rotationssymmetrisk form med dess symmetri- axel utsträckande sig genom bottenplanet, att kaviteterna övergriper varandra och att i cylinderhuvudets bottenplan är utformade bågformade övergångar mellan kaviteterna.

Inom en given cylinderdiameter uppvisar den uppfinningsenliga ut- formningen gentemot kända utföranden en större klämyta (squish-yta), och detta medför under motorns kompressionsförlopp att bränsleluft- blandningen bibringas kraftig turbulens. Som följd därav kommer bränslet att fördelas likformigt i förbränningsrummet och att vid antändning för- brännas fullständigare och effektivare än om denna turbulens ej förekom.

Förbränningsrummets volym i cylinderhuvudet blir dessutom relativt litet och motorn kan därmed enkelt dimensioneras för ett högt kompres- sionsförhållande, vilket möjliggör en hög termisk verkningsgrad.

Genom att förbränningsrummets gasväxling sker genom fyra ventiler kommer även motorns volymetriska verkningsgrad att bli förhållandevis hög. Förbränningen i ett uppfinningsenligt utformat förbränningsrum sker således under gynnsamma betingelser, och detta möjliggör att in- matat bränsle kan utnyttjas effektivt med följd att det också åtgår mindre bränsle.

Ytterligare uppfinningen utmärkande egenskaper framgår av efter- följande patentkrav och av nedanstående beskrivning av en uppfinningen exemplifierande fördelaktig utföringsform. Beskrivningen utföres under hänvisning till bifogade figurer, av vilka Figur 1 visar en vy underifrån av ett förbränningsrum i ett cylinderhuvud, vilken vy motsvaras av vy D enligt figur 2, Figur 2 visar förbränningsrummet i ett snitt B-B enligt figur 1, Figur 3 visar förbränningsrummet i ett snitt C-C enligt figur 2 och Figur 3 visar ett snitt A-A enligt figur 1.

I figurerna är visat ett förbränningsrum 1 i ett cylinderhuvud 2 till en förbränningsmotor av konventionell typ innefattande ett antal cylind- rar (ej visade) och ett motsvarande antal i cylindrarna förskjutbart eoosoiz-i 10 15 20 25 30 35 lagrade kolvar (ej visade). Förbränningsrummets 1 cylinderdiameter är i figur 1 antydd med en streck-prickad cirkel 3. Förbränningsrummet 1 innefattar uppfinningsenligt fyra kvadrantiskt fördelade kaviteter 4,5, 6,7, vilka vardera har en åtminstone delvis rotationssymmetrisk form relativt en symmetriaxel, t ex en sfäroidisk ellerellipsoidiskform.

Två intill varandra liggande kaviteters 4,6 resp 5,7 symnetriaxlar är i en riktning parvis parallella. I en mot denna vinkelrät riktning bildar kaviteternas 4,6 resp 5,7 symmetriaxlar parvis två plan, vilka skär varandra under cylinderhuvudet 2 längs en linje som är orienterad parallell med motorns vevaxel (ej visad). Fördelsvis väljas de båda planens lutning så att deras lutningar till cylinderhuvudets 2 botten- plan 8 blir lika stora.

Begränsade av cirkeln 3 är kaviteterna 4-7 placerade på närmare avstånd till varandra än det avstånd som motsvaras av tvâ kaviteters 4-7 radier, åtminstone invid bottenplanet 8 till cylinderhuvudet 2.

Detta medför att två intill varandra liggande kaviteter 4-7 åtminstone delvis övergriper varandra och att kaviteterna kommer att vara delvis förbundna med varandra inne i cylinderhuvudet 2, trots att de är avskilda varandra av kammar 9,10,11,12 mellan kaviteterna 4-7.

Två kaviteter 4,6 inrymmer vardera en inloppsventil 13,14 och två kaviteter 5,7 inrymmer vardera en avgasventil 15,16. Ventilerna 13-16 är s k tallriksventiler, vilka på känt sätt kan styras att reglera gas- växlingen i förbränningsrummet 1. Med avseende därpå är ventilerna 13-16 i axiell led förskjutbart lagrade i cylinderhuvudet 1 och på känt sätt anordnade att fjädrande anligga mot ringformade ventilsäten 21,22 in- pressade i härför avsedda urtag 23,24 i cylinderhuvudet 2. Ventilernas 13-16 rörelser i axiell led kan på i och för sig känt sätt styras av motorns kamaxel (ej visad).

Inloppsventilerna 13,14 reglerar därvid förbränningsrummets 1 för- bindelser med inloppskanaler 17 i cylinderhuvudet 2 och avgasventilerna 15,16 reglerar förbränningsrumnets 1 förbindelser med avgaskanaler 18 i cylinderhuvudet 2. Inloppsventilerna 13,14 är utformade med en större diameter än avgasventilerna 15,16, och som en följd därav är också de kaviteter 4,6 som inrymmer inloppsventilerna 13,14 något större än de kaviteter 5,7 som inrymmer avgasventilerna 15,16.

Företrädesvis sammanfaller symetrilinjen för en ventil 13-16 och dess ventilsäte 21,11 med symmetrilinjen för den kavitet 4-7 som inrymmer desamma. 1 10 15 20 25 30 35 áooso72-7 I förbränningsrummets 1 centrum uttonar kammarna 9-12 mellan kavi- teterna 4-7 till bildande av ett med cylinderhuvudets 2 bottenplan 8 parallellt plan 19, i vilket plan 19 ett cylinderhuvudet 2 genomgående gängat hål 20 är upptaget. Nämnda hål är avsett för monterbar anslut- ning av ett tändstift (ej visat), som vid drift av motorn antänder en i förbränningsrummet 1 inmatad och komprimerad bränsleluftblandning.

Ett uppfinningsenligt förbränningsrum 1 kan framställas i samband med gjutning av cylinderhuvudet 2, men inom ramen för uppfinningstanken kan förbränningsrummet 1 även utformas genom fräsning, varvid varje kavitet 4-7 bearbetas i en enskild operation, en för varje kvadrant inom cirkeln 3. Fräsverktyget utgöres därvid lämpligen av en special- fräs med en sfärisk del för bearbetning av en rotationssymmetrisk kavi- tet 4-7 i cylinderhuvudets 2 bottenplan 8 samt en främre cylinderformad del för bearbetning av ett urtag 23,24 för ett ventilsäte 21,22 respek- tive kanaler 17,18. 2 Kaviteterna 4,6 som inrymmer inloppsventiler 13,14 är liksom mot- svarande ventilsätesurtag 23 något större än motsvarande kaviteter 5,7 och urtag 24 för avgaskanaler 18, vilket beror på att inloppsventilerna 13,14 är något större än avgasventilerna 15,16. Detta medför att olika fräsverktyg måste användas för framställning av respektive inloppskavi- teter 4,6 och avgaskaviteter 5,7. Fräsverktygens utseende och verk- ningssätt är dock likartade bortsett från att de har olika dimensioner.

Vid framställning av förbränningsrum genom fräsning är det vanligt att som slutoperation utföra planing av såväl cylinderhuvudets botten- plan 8 som anliggningsplanet 19 för tändstiftet (ej visat). I samband därmed kan även de kaviteterna 4-7 avskiljande kammarna 9-12 bortbe- arbetas, ätminstone i närheten av tändstiftshålet 20. I de fall kam- marna 9-12 helt eller delvis skall bortbearbetas kan ett härför lämpat fräsverktyg användas.

Med hänsyn till framställningskostnaden är det dock fördelaktigare att för serieproduktion slutligt utforma uppfinningasenliga förbrännings- rum redan vid gjutning av cylinderhuvuden 2. Ett enligt ovanstående be- skrivning utformat förbränningsrum 1 utmärkes av mjuka, bâgformade be- gränsningslinjer 35, vilket väsentligt underlättar ett gjutningsför- farande. Ett sådant förfarande utesluter inte att även andra framställ- ningsmetoder och andra medel än de ovan anförda kan användas för att utforma dylika förbränningsrum 1. aoosolvz-vt 10 15 20 I förhållande till cylinderdiameter upptager ett uppfinningsenligt förbränningsrum 1 en liten volym, samtidigt som det är tillräckligt stort för att kunna inrymma ventiler 13-16 av tillräcklig storlek.

Cylinderhuvudet 2 och motorn kan därför utformas mycket kompakt. Vida- re är det möjligt att enkelt dimensionera motorn med ett högt kompres- sionsförhâllande även då en helt slät kolvtopp användes. .

När kolven under motorns komprimeringsförlopp närmar sig sitt översta läge kommer kolven att med stor kraft verka på bränsleluftblandningen mellan kolvtoppen och cylinderhuvudets 2 bottenplan 8 och att pressa denna inåt mot förbränningsrummets 1 mitt. Detta förorsakar kraftig turbulens, som är gynnsam för en effektiv blandning av bränslet och som därmed även är gynnsam för förbränningen. Genom att den s k kläm-_ ytan utformas stor. vilken yta består av ett cylindertvärsnitt minskat med en tvärsnittsyta av kaviteterna 4-7 vid cylinderhuvudets 2 botten- plan 8, erhålles vid den uppfinningsenliga utformningen en kraftigare turbulens än vad som hittills varit möjligt. Detta innebär att motorn erhåller en hög termisk verkningsgrad med ett högt utnyttjande av till- fört bränsle. Likaså erhålles en hög volymetrisk verkningsgrad, efter- som gasväxlingen genom de fyra ventilerna 13-16 effektiviseras.

Inom ramen för efterföljande patentkrav kan en enligt uppfinningen utformad förbränningsmotor modifieras i alternativa utföringsformer.

Claims (5)

10 15 20 25 30 8005072-7 P A T E N T K R A V

1. Förbränningsmotor med minst ett i ett cylinderhuvud (2) eller liknande utformat förbränningsrum (1), till vilket förbränningsrum (1) en bränsleluftblandning kan tillföras via två i cylinderhuvudet (2) anordnade inloppsventiler (13,14) och från vilket förbränníngs- rum (1) avgaser kan avledas via två i cylinderhuvudet (2) anordnade utloppsventiler (15,16), varjämte i förbränningsrummet (1) utmynnar ett i cylinderhuvudet (2) gängat hål (20) för monterbar anfästning av ett tändorgan för antändning av i förbränningsrummet (1) inmatad bränsleluftblandning under motorns arbetsförlopp, k ä n n e t e c k - n a d av att förbränningsrummet (1) består av fyra kaviteter (4,5,6,7) som är kvadrantiskt fördelade i ett cirkulärt plan utgörande del av cylinderhuvudets (2) bottenplan (8), att varje enskild kavitet (4-7) har en i huvudsak rotationssymmetrisk form med dess symmetriaxel ut- sträckande sig genom bottenplanet (8), att kaviteterna (4-7) över- griper varandra och att i cylinderhuvudets bottenplan (8) är utformade bågformade övergångar mellan kaviteterna (4-7).

2. Förbränningsmotor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att två kaviteter (4,6) var för sig innefattar en inloppsventil (13,14) och två kaviteter (5,7) var för sig innefattar en avgasventil (15,16) samt att inloppskaviteternas (4,6) symmetriaxlar är parallella relativt varandra och avgaskaviteternas (5,7) symmetriaxlar är paral- lella relativt varandra.

3. Förbränningsmotor enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att inloppskaviteternas (4,6) symmetriaxlar skär avgaskaviteternas (5,7) symmetriaxlar i ett centrumplan för ifrågavarande cylinder in~ under cylinderhuvudets (2) bottenplan (8).

4. Förbränningsmotor enligt patentkrav 3, av att inloppskaviteterna (4,6) är större än avgaskaviteterna (5,7) och att inloppsventilerna (13,14) och deras ventilsäten (21) är större än avgasventilerna (15,16) och deras ventilsäten (22).

5. Förbränningsmotor enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att förbränningsrummet (1) är utformat med ett centralt plan (19) i vilket det gängade hålet för tändorganet utmynnar, vilket plan (19) är parallellt med cylinderhuvudets (2) bottenplan (8). k ä n n e t e c k n a d