SE464099B - Foerbraenningsmotor innefattande cylinder med ovalt tvaersnitt - Google Patents

Description

464 099 2 har en sann elliptisk form och är mer anpassbar till massproduktionstekniker. Eftersom det inte finns något krökningsavbrott kan högre noggrannhet med avkortad behandlingstid och längre livslängd på. fräsen erhållas.

Emellertid ger en sådan sann ellips upphov till områden D vid vardera änden av cylindern vilka är avsevärt smalare i jämförelse med cylinderns mittsektion. Döda utrymmen uppträder i dessa områden eftersom det är otillräckligt utrymme för ventilplacering där. Vidare är cylinderns ändpartier så tätt krökta att det blir svårt att framställa och montera en ring på en motsvarande kolv vid dessa områden.

Kolvringar för sådana cylindrar som har icke-cirkulärt tvärsnitt har framtagits. En sådan typ av ring är den av "expansionstyp", vilken pressas utåt mot cylinderväggen med hjälp av en anordning inpassad mellan kolven och kolvringen.

En sådan anordning visas i det amerikanska patentet nr. 4 362 135. En annan typ av kolvring som har framtagits för sådana cylindrar är den självspännande typen vilken pressas mot cylinderväggen med hjälp av dess egen sträckhållfasthet, varvid ringen i dess fria eller avspända tillstånd är större än cylindern i vilken den tryckes samman. En sådan ring för en icke-cirkulär cylinder beskrives i det amerikanska patentet nr. 4 198 065. Den självspännande typen av kolvring har tenderat att komma i mer utbredd användning eftersom den har fler fördelar vad gäller bättre tätningkvalitet och kostnad.

Såsom nämnts ovan kan vissa problem åtfölja framställningen och monteringen av kolvringarna på kolvarna utformade att passa i icke-cirkulära cylindrar. Med var och en av de tvärsnittsformer på cylindrar,som visas i fig. l och 2,kan den plötsliga eller avbrottsliknande ändring i krökningen vid punkterna Pl och P2, som även kräves för kolvringen, leda till påkänningskoncentrationer under användning. Tillverkning av ringar med sådana krökningar kan även vara svårare och då raka sektioner användes har dessa lämpligen inåt krökta former i det avlastade tillståndet för att övervinna de böjbelastningar som uppkommer vid placeringen i cylindern..Att upprätthålla 464 099 3 sådan noggrannhet vid tillverkningen av sådana sammansatta kurvor blir svårt.

Följaktligen kan tillverkningen och monteringen av komponenter för motorer med icke-cirkulära cylindrar såsom visas i fig. l och 2 vara svåra. Utförandet enligt fig. 3 övervinner vissa av tillverkningsproblemen man stöter på vid formerna enligt fig. l och 2, men ringmonteringen kan då vara svår och döda utrymmen kan uppträda vid de smala ändarna av den elliptiska cylindern.

Sett ur en annan aspekt ger föreliggande uppfinning en förbränningsmotor med inre förbränning, vilken innefattar en cylinder med ett kontinuerligt krökt, symmetriskt, ovalt tvärsnitt med en symmetrisk storaxel och en symmetrisk lillaxel, en oval kolv i cylindern, samt ett topplock som täcker en ände av cylindern och som innefattar ett flertal ventilförsedda portar vilka är symmetriskt anordnade i förhållande till lillaxeln varvid några av de många portarna befinner sig på ett annat avstånd från lillaxeln än andra av de många portarna, samt varvid portarna närmast lillaxeln har en större portyta än de portar som befinner sig längst bort från lillaxeln.

Ur en annan aspekt ger uppfinningen en förbränningsmotor med inre förbränning, vilken innefattar en cylinder med ett kontinuerligt krökt, symmetriskt, ovalt tvärsnitt med en symmetrisk storaxel och en symmetrisk lillaxel, varvid det ovala tvärsnittet har en form som följer en kurva som genereras på ett i förväg utvalt, konstant, utåtriktat vinkelrätt avstånd från en sluten kurva, vilken sluten kurva innefattar två åtskilda punkter på huvudaxeln och två kontinuerligt krökta partier som sträcker sig mellan dessa punkter och som är krökta utåt från huvudaxeln.

Ur en annan aspekt avser uppfinningen en förbränningsmotor med inre förbränning, vilken innefattar en cylinder med ett konti- nuerligt krökt, symmetriskt, ovalt tvärsnitt med en symmetrisk 464 099 4 storaxel och en symmetrisk lillaxel, en oval kolv i cylindern, ett topplock som täcker cylinderns ena ände och som innefattar ett flertal insugnings- och utblåsningsportar i topplocket. vilka är symmetriskt anordnade i förhållande till lillašeln med några av portarna på ett annat avstånd från lillaxeln är en andra av de många portarna och varvid portarna närmast lillaxeln befinner sig på ett annat avstånd från storaxeln än de portar som är längst bort från lillaxeln, insugnings- ventiler i insugningsportarna, utblåsníngsventiler i utblås- ningsportarna, en första kamaxel kopplad till insugnings- ventilerna, samt en andra kamaxel kopplad till utblåsnings- ventilerna.

Vissa utföringsfomer av uppfinningen kommmer nu att beskrivas såsom exempel på denna med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l är en illustration av en första form av icke-cirkulär cylinder av tidigare slag, fig. 2 är en schematisk illustration av en andra form av icke- cirkulär cylinder av tidigare slag, fig. 3 är en schematisk illustration av en tredje känd form av icke-cirkulär cylinder, fig. 4 är en schematisk, plan vy av en första utföringsform av föreliggande uppfinning visande en cylinder med icke-cirkulärt tvärsnitt, fig. 5 är ett tvärsnitt taget längs linjen V-V i fig. 4, fig. 6 är ett tvärsnitt taget längs linjen VI-VI i fig. 4, fig. 7 är en schematisk plan vy av en andra utföringsform av föreliggande uppfinning, fig. 8 är ett tvärsnitt taget längs linjen VIII-VIII i fig. 7, 5 464 099 fig. 9 är ett tvärsnitt taget längs linjen IX-IX i fig. 7, fig. 10 är en schematisk plan vy av en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning, fig. ll är ett tvärsnitt taget längs linjen XI-XI i fig. 10, fig. 12 är en plan vy av en kolvring med heldragen linje visad i hoptryckt tillstånd och med streckprickad linje i avlastat tillstånd, vilken kolvring kan användas i utföringsformerna 4, 7 och 10, fig. 13 visar konstruktionen av en cylinder enligt föreliggande uppfinning och ett motsvarande diagram över krökningsradien jämfört med axiellt läge längs storaxeln för cylinderns tvär- snitt, fig. 14 visar en fjärde utföringsform av en cylinder med icke- cirkulärt tvärsnitt enligt uppfinningen och dess tillhörande profil över krökningsradien jämfört med axiellt läge längs storaxeln för cylinderns tvärsnitt, fig. 15 är en kurva som visar förhållandet mellan dessa symmetri- axlar med valda beteckningar, samt fig. 16 är en kurva som visar förhållandet mellan dessa symmetri- axlar med valda beteckningar.

För att nu gå in i detalj på ritningarna visar fig. 4, 5 och 6 en första utföringsform av föreliggande uppfinning. Förbrännings- motorn visas innefattande ett topplock l och en cylinderkropp 2.

Cylinderkroppen har i sig en cylinder 3. Cylindern 3 visas i fig. 4 med ett kontinuerligt krökt, symmet.iskt, ovalt tvärsnitt med en symmetrisk storaxel längs linjen L] och en symmetrisk lill- axel längs linjen I¶ . Topplocket 1 tillsluter ena änden av cylindern och är fastsatt vid cylinderkroppen 2.Topplocket l har ett tak 4 som definierar en del av förbränningskammaren. Två insugnings- 464 099 6 kanaler 5 leder inkommande blandning till förbränningskammaren medan två utblåsningskanaler 6 leder avgaser bort från förbränningskammaren på den motsatta sidan av denna. Var och en av insugningskanalerna 5 och var och en av utblåsnings- kanalerna 6 visas grenformad för att på så sätt sträcka sig till separata portar. Större insugningsportar 7 är anordnade nära den symmetriska lillaxeln L2 på ena sidan av den symmetriska storaxeln 11. Mindre insugningsportar' 8 är placerade något mer avlägset från den symmetriska lillaxeln L2 och närmare den symmetriska storaxeln Ll än de större insugningsportarna 7. På liknande sätt är utblåsningsportar 9 och 10 anordnade. Utblåsningsportarna 9 är större än utblåsningsportarna 10 och finns närmare den symmetriska lillaxeln L2 och ytterligare från den symmetriska storaxeln Ll. Två tändstiftsportar ll är åtskilda från varandra längs den symmetriska storaxeln Ll- Kolven 12 har en form som överensstämmer med det kontinuerligt krökta, symmetriska tvärsnittet på cylindern 3. Kolvringar och oljeringar 13 utgör en tätning mellan kolven 12 och den omgivande cylinderväggen 3. Kolven är tvångsstyrd att gå fram och åter i cylindern 3 och är med hjälp av en kolvtapp 14 fastsatt vid dubbla vevstakar 15.

Strömningen genom insugningskanalerna 5 från förgasarna 16 regleras vid insugningsportarna 7 och 8 med hjälp av insugningsventiler 17 och 18. I denna första utföringsform visas insugningsventilerna 17 och 18 inbördes snedställda för att bättre överensstämma med topplockets 1 krökta tak 4. På liknande sätt reglerar utblåsningsventilerna 19 och 20 utblåsningsportarna 9 resp. 10 för utblåsning av gaser genom avgaskanalerna 6 till ett icke visat avgassystem.

Arrangemanget med portarna 7 - 10 ger en fördelaktig användning av cylinderformen. De mindre portarna 8 och 10 kan vara placerade närmare tillsammans och följaktligen närmare de avsmalnande ändarna av cylinderns tvärsnitt. Deras placering närmare den symmetriska storaxeln Ll för cylinderns tvärsnitt 464 099 v , möjliggör även deras placering vid de mer extrema lägena.

Under vissa förhållanden kan det vara fördelaktigt att endast använda de centrala portarna 7 och 9. Mekanismer har utvecklats för urkoppling av ventiler under vissa arbets- förhållanden. Placeringen av tändstiften ll minskar längden på flambanan vid tändning och undviker störning med ventilerna och ventilportytan.

Ovanstående arrangemang visar en icke-cirkulär cylinder med fyra insugningsventiler på en sida av den symmetriska storaxeln hos cylinderns tvärsnitt och fyra utblåsnings- ventiler på den andra sidan om denna symmetriaxel. ventilerna visas symmetriskt anordnade i förhållande till den symmetriska lillaxeln för cylinderns tvärsnitt. Emellertid kan olika antal eller arrangemang för insugningsventiler användas när så önskas. T.ex. kan en ytterligare insugningsventil vara placerad på den symmetriska lillaxeln för att ytterligare förbättra insugningsoperationen. Andra utföranden kan innefatta ett tredje tändstift placerat centralt i tvärsnittet.

En andra utföringsform av föreliggande uppfinning visas i fig. 7 - 9. Motsvarande hänvisningssiffror har givits för de element hos denna andra utföringsform där de är identiska eller motsvarande. En principiell ändring i jämförelse med den första utföringsformen ligger i storleken och orienteringen av insugningsportarna 21 och utblåsningsportarna 22. Båda uppsättningar av portar är anordnade i denna utföringsform längs raka linjer parallella med den symmetriska storaxeln Ll för cylinderns tvärsnitt. Portarna 21 har alla samma storlek som portarna 22. I överensstämmelse med storleken på och orienteringen av portarna 21 och 22 är alla insugningsventiler inpassade parallellt i linje med varandra, något som utblåsningsventilerna 24 också är.

En tredje utföringsform visas i fig. 10 och 11. Återigen har samma hänvisningssiffror använts för att markera identiska eller motsvarande element. I fig. ll visas orienteringen av 464 099 8 ventilerna varvid varje insugningsventil 25 och varje utblåsningsventil 26 pekar mot en resp. insugningskamaxel 27 och utblåsningskamaxel 28. På detta sätt kan ventilerna 25 och 26 vara drivna direkt av dessa kammar. Som man kan se i fig. 10 är ventilerna 25 och 26 vid de yttre ändarna av cylindern placerade närmare den symmetriska storaxeln för cylindern än vad de inre ventilerna är.

En kolvring visas i fig. 12 vilken kan användas vid cylindrarna och kolvarna enligt fig. 4 - ll. Kolvringen 23 visas med ett avbrott vid ena änden. Vid den fria formen på kolvringen, som visas streckprickad, kan man se att ringen kröker kontinuerligt utan att dess krökning går tillbaka vid någon punkt. Följaktligen skär de utåtgående vinkelräta linjerna 29 icke varandra. Ringen l3 visas i dess sammantryckta tillstånd med heldragna linjer.

Konstruktionen av cylindern med ett kontinuerligt krökt, symmetriskt, ovalt tvärsnitt förstår man bäst med hänvisning till fig. 13. Den kurva som definierar cylinderväggen, genereras vid ett i förväg utvalt, konstant, utåt vinkelrätt avstånd från en sluten kurva. Den slutna kurvan är markerad X i fig. 13 och den krökta cylindern är genererad genom normalen till denna. Denna normal kan man bäst förstå såsom platsen för de yttersta punkterna som definieras av en cirkel med en given radie r då centrum för denna cirkel rör sig omkring den slutna kurvan X. Kurvan X sträcker sig symmetriskt omkring den symmetriska storaxeln för cylinderns tvärsnitt mellan två åtskilda punkter Cl och C2. Kurvan X är krökt utåt från storaxeln mellan dessa punkter på vardera sidan av storaxeln.

Som bäst framgår av den kurva som.hör samman med fig. 13 och som visar förhållandet mellan krökningsradien och platsen längs storaxeln, är krökningen kontinuerlig omkring cylinderns hela tvärsnitt. Valet av kurvan X är utfört för att nå detta resultat. Om den slutna kurvan X valts att vara en formell ellips kommer följden att bli en kontinuerligt ändrande krökning utan avbrott i denna. Naturen hos den slutna kurvan X som användes för generering av cylinderns kurva bestämmer den 9 464 099 bana som en fräs måste följa med en radie r för att skära den lämpliga cylinderväggen. Om den slutna kurvan X är en formell ellips kommer t.ex. fräsen inte att behöva utföra några diskontinuerliga rörelser. Detta underlättar behandlingen, minskar bearbetningstiden, ökar fräsens livslängd och ökar noggrannheten. Den resulterande krökningen hos cylindern, tillhörande kolv samt tillhörande kolvringar undviker även punkter med hög påfrestning och värmepåkänningskoncentrationer vid avbrotten. Användandet av denna teknik vid genererandet av cylinderns form ger breddade ändpartier som man inte får vid en cylinder med en elliptisk form. Följaktligen kan hmugüngs-och utblåsningsportarna placeras djupt i cylinderns avsmalnande partier för undvikande av döda utrymmen.

En mängd kurvor kan väljas för att definiera den cylindriska väggen. Fig. 14 visar ytterligare ett annat cylinder- arrangemang som genereras med hjälp av samma organ. Trots de branta lutningar som framgår i dessa kurvor förblir de kontinuerliga. Dessa lutningar reflekterar de mycket täta kurvorna nära punkterna Cl och C2 på kurvan X där de övergår till mycket rakare sektioner. Naturligtvislju brantare kurva desto svårare har fräsen att följa kurvan X för att skära cylindern. En formell ellips som även kan användas för kurvan X reflekteras utmärkande i mer stegvisa lutningar på sådana kurvor som resulterar i mindre tvär fräsverkan vid formandet av dithörande cylinder.

I fig. 15 och 16 visas de speciella kännetecknen för cylindrarna Ll enligt ovannämnda utföringsformer, varvid man antar att diametrarna på insugnings- och utblåsningsöppningarna h, såsom de visas i fig. 13, är 18 mm, radien r för generering av cirkeln är 20 mm, och cylinderns tvärsnittsyta är fast. Fig. 15 visar relationen mellan förhållandet mellan den långa diametern A och den korta diametern B för cylinderns kurva och avståndet mellan centra för den mest avlägsna av antingen insugnings- eller utblåsningsportarna h, när insugnings- och utblåsningsportarna 464 099 10 är anordnade såsom i fig. 7. Under antagande av fyra insugningsportar och fyra utblåsningsportar med en diameter av 18 mm måste avståndet L, enligt fig. 13, mellan centra för portarna vara åtminstone 54 mnn I detta fall blir A/B mer än 1,6 enligt fig. 15. I fig. 16 visas relationen mellan ovanstående förhållande A/B och förhållandet mellan den långa diametern a för den slutna kurvan X och den korta diametern b för den slutna kurvan X. Som framgår av fig. 16 överstiger aldrig för något värde på a/b, A/B 2,3. Av fig 15 och l6 kan man följaktligen se att under ovanstående antaganden med portar i ovanstående förhållande, förhållandet A/B är större än eller lika med 1,6 och är mindre än eller lika med 2,3.

Följden blir att lämpliga relationer mellan komponenter lämpligen satisfierar ovanstående begränsningar.

Sålunda har cylindrar med icke-cirkulärt tvärsnitt beskrivits, vilka kan tillverkas under massproduktionsförhållanden, som undviker döda utrymmen i förbränningskammaren intill de avlånga cylindrarnas ändar, samt som ger förbättrade ventil- utföranden och förbättrade kolvringsutföranden.

Man måste klart förstå att det inte finns några speciella grunddrag i ovanstående beskrivning eller något härtill bifogat krav som för närvarande får betraktas som väsentliga för utförandet av föreliggande uppfinning och att vilket som helst eller flera sådana grunddrag eller kombinationer av sådana följaktligen kan ingå i, tilläggas eller utelämnas från vilket som helst av dessa krav, om och när dessa ändras under behandlingen av denna ansökan eller vid inlämnandet av eller behandlingen av någon avdelad ansökan baserad på denna.

Claims (13)

/1 464 099 PATENTKRAV

1. Förbränningsmotor med inre förbränning, k ä n n e t e c k- n a d av' en cylinder (3) med ett kontinuerligt krökt, symmetriskt, ovalt tvärsnitt med en symmetrisk storaxel (lä) och en symmetrisk lillaxel (Lz), en oval kolv (12) i cylindern (3), samt ett topplock (1), som täcker en ände av cylindern (3) och som innefattar ett flertal ventilförsedda portar (7, 8, 9, 10), vilka är symmetriskt anordnade i förhållande till storaxeln (L1) med några av de många portarna (7-10) på ett annat avstånd från lillaxeln än andra av de många portarna, varvid portarna (7, 9) närmast 1i1laxeln.(Lä) har en större portyta än de portar (8, 10) som är längst bort från lillaxeln (Lz).

2. Förbränningsmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av en kolvring (13) omkring kolven (12), vilken sträcker sig fram till cylindern (3).

3. Förbränningsmotor enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d av att de många portarna innefattar insugningsportar (7, 8) på en sida av storaxeln (Ll) och utblåsningsportar (9, 10) på den andra sidan av storaxeln (LI).

4. Förbränningsmotor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att fyra sådana insugningsportar (7, 8) är anordnade.

5. Förbränningsmotor enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k- n a d av' att fyra sådana utblåsningsportar (9, 10) är anordnade.

6. Förbränningsmotor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att det finns samma antal insugnings- och utblåsningsportar (7-10).

7. Förbränningsmotor enligt något av kraven 3-6, k ä n n e- t e c k n a d av att alla portar (7-10) är symmetriskt 464 099 /2 anordnade i förhållande till lillaxeln (L1).

8. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a d av' att centrum för resp. port (8, 10) längst bort från lillaxeln (Lz) befinner sig närmare storaxeln (LI) än centrum för resp. port (7, 9) som är närmast lillaxeln (Lz).

9. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a d av två tändstift (ll) symmetriskt placerade på de resp. sidorna av lillaxeln (Lz) och storaxeln (L1).

10. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a d av en första symmetriaxel och en andra symmetriaxel i rät vinkel till den första symmetriaxeln, samt av att det ovala tvärsnittet alstras konstant, utåt vinkelrätt avstånd från en sluten kurva (X), vilken sluten kurva (X) innefattar två åtskilda punkter på den första symmetriaxeln och två krökta partier som sträcker sig mellan punkterna och som kröker utåt från den första symmetriax- eln, samt att den slutna kurvan är utförd att ha en krökning utan avbrott.

11. Förbränningsmotor enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av en oval kolv (12) i cylindern (3), samt en kolvring (13) omkring kolven (12), vilken sträcker sig fram till cylindern (3) för tätning mellan kolven (12) och cylindern (3), varvid kolvringen (13) är krökt i fri form på sådant sätt att linjer som är vända utåt i rät vinkel mot ringen (13) icke skär varandra inbördes.

12. Förbränningsmotor enligt krav 10 eller 11, k ä n n e- t e c k n a d av att den första symmetriaxeln är den symmet- riska storaxeln (L1) för det symmetriska ovala tvärsnittet.

13. Förbränningsmotor enligt något av kraven 10-12, k ä n n e- t e c k n a d av att den slutna kurvan (X) är en ellips.