SE503011C2 - Tvådelad kolv - Google Patents

Description

20 25 30 35 503 011 ' En annan fördel med de tvâdelade eller le- dade kolvarna är att deras komponenter är oberoende av varandra och inte är i kontakt med varandra när kolven arbetar i motorn.

Det i förbränningszonen alstrade värmet överförs sålunda icke från huvudet till manteln, varigenom det blir möjligt att anbringa kolven i cy- linderfodret med ytterst små spelrum, vilket leder till en betydande minskning av motorns bullernivâ även vid kallstart.

Sammanfattningsvis anses det allmänt, att tvâdelade eller ledade kolvar är lämpliga för för- bränningsmotorer, i synnerhet dieselmotorer med hög specifik effekt och låg utsläppsnivå och bullernivâ.

De ledade kolvarna tillfredsställer sålunda mycket högt ställda krav, inklusive stränga lagliga krav med avseende på utsläpp och motorbuller. Ehuru den utgör en avancerad konstruktion, kan den tvâdelade kolven förbättras för att övervinna vissa driftsbris- ter. Ett problem som vidlåder alla tvâdelade kolvar kommer sig av den termomekaniska belastning som bult- klackarna utsätts för. När kolven är i sitt övre död- läge eller nära detta, förbrinner bränsleluftbland- ningen och utövar en kraftig termomekanisk belastning, som överförs till bultklackarna vilka hänger ner från kolvhuvudet och vilkas funktion det är att uppta kolv- bulten.

Beroende på den av huvudet till bultklackar- na överförda belastningen tenderar klackarna att de- formeras utåt i riktning mot mantelns inre vägg, så att de pressar manteln mot cylinderfodret. Dessa de- formationer utsätter bultklackarna för utmattning, vilket reducerar deras livstid. Dessutom medför des- sa deformationer ett behov av en väsentligt förstärkt kolvbult som är i stånd att motstå den utböjning som orsakas av de på grund av deformationen uppträdande U1 10 20 25 30 35 503 011 tryckkrafterna. Denna kända lösning rekommenderas icke enär den bidrar till att öka anordningens totala vikt.

Det har funnits få alternativ för att förbättra kolv- anordningens hållfasthet, och de flesta av dessa al- ternativ medför viktökning.

Föreliggande uppfinning syftar därför till att erbjuda en tvådelad kolv, med ökad hållfasthet.

Föreliggande uppfinning syftar också till att erbjuda en tvådelad kolv som är mindre kostsam än de hittills kända tvådelade kolvarna.

Föreliggande uppfinning syftar vidare till att erbjuda en tvådelad kolv, som gör det möjligt att montera kolven med mindre spelrum mellan manteln och cylinderfodret.

Föreliggande uppfinning bygger på tanken, att deformationen av bultklackarna kan regleras genom an- vändning av själva bultklacks- och bultstrukturen i stället för att förstärka bultklackarna eller kolvbul- ten, såsom är vanligt enligt teknikens ståndpunkt.

I själva verket möjliggör användningen av föremålet för föreliggande uppfinning utnyttjandet av en mindre och lättare kolvbult, vilket bidrar till att minska anordningens totala vikt och därmed minska bräns- leförbrukningen och motorns vibrationer. Det finns ock- så en möjlighet att förkorta kolvbulten och minska bultklackarnas bredd till följd av en ökning av deras förmåga att uppta belastning, vilket eliminerar vissa restriktioner för bildningen av en hydrodynamisk olje- film mellan kolven och cylinderväggen. Det är välkänt för fackmännen, att under de kritiska deformationerna av bultklackarna dessa tenderar att deformeras utåt mot cylinderväggen, vilket bringar kolvbulten att bö- jas. Det är också känt att bultklackarna innan de når maximal deformering rör sig över kolvbultens yttre diameter beroende på det ökande spelrummet mellan kolv- bulten och bultklackarna. Detta ger kolvbulten möjlig- 10 15 20 25 30 503 011 " het att glida över och rotera i bultklackarna, vilket till sist alstrar glidningsbetingelser för den olämp- liga laterala deformationen av bultklackarna som här- rör från de av förbränningsprocessen på kolvtoppen genererade tryckbelastningarna. Bristen på konstruktiv förstärkning i bultklackarnas deformationsriktning bi- drar också till denna deformation av tvådelade kolvar.

Det är därför föreliggande uppfinnings hu- vudsyfte att reglera och âterhâlla deformationen avi bultklackarna, kolvbulten och manteln i tvådelade el- ler ledade kolvar genom att undertrycka spelrummet mel- lan bultklackarna och kolvbulten och genom att förse anordningen med konstruktiva förstärkningsmedel i den huvudsakliga riktningen av lateral deformation av bult- klackarna, kolvbulten och kolvmanteln. Dessa kombine- rade lösningar åstadkommes genom axiell och roterande fastsättning av ett organ för att begränsa den latera- la deformationen av bultklackarna. Detta begränsnings- organ kan vara kolvbulten själv. Fastsättningen, som kan utföras med fysikaliska eller kemiska medel, åstad- kommer undertryckande av spelrummet mellan bultklackar- na och kolvbulten, när själva kolvbulten är begräns- ningsorganet. Dessutom bibringar denna konstruktions- metod kolvbulten vissa konstruktiva förstärkningsfunk- tioner, som verkar exakt i huvudriktningen för den la- terala deformationen av bultklackarna. Fastsättningen av kolvbulten vid bultklackarna i tvådelade kolvar en- ligt föreliggande uppfinning kan utföras på olika sätt, vart och ett utformat för specifika användningar. Exem- pelvis kan fastsättningen vara av den typ som möjlig- gör uttagning av den tvådelade kolven för underhåll eller utbyte av delar. Alternativt kan fastsättningen göras på permanent sätt, utan att möjliggöra uttag- ning eller demontering av kolven, exempelvis för s.k. engångsmotorer eller bortkastbara motorer. En annan fördel med denna typ av tvådelad kolv är möjligheten U1 10 15 20 30 35 6503 011 att konstruera och använda kortare och lättare kolv- bultar. Den gör det också möjligt att undvara maskin- bearbetningen av bultklackshålen, snäva monteringsto- leranser, en fin ytbeskaffenhet och spår för lâsring- ar i bulten Några utföringsformer av föreliggande upp- finning beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, varvid beskrivningen och ritning- arna är avsedda endast att exemplifiera och icke alls att begränsa uppfinningen.

Figur 1 är ett längdsnitt av en tvådelad kolv längs en mot bultaxeln vinkelrät linje, enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Figur 2 visar kolven enligt figur 1 i längd- snitt taget längs bultaxeln.

Figur 3 är ett längdsnitt av en tvådelad kolv taget längs bultaxeln, åskådliggörande en alter- nativ utföringsform av uppfinningen.

Figur 4 är ett längdsnitt av kolven enligt figur 3 taget längs kolvbultens tvärsnitt.

Figur 5 är ett längdsnitt av den tvådelade kolven enligt uppfinningen, taget längs bultaxeln, illustrerande ännu en alternativ utföringsform av upp- finningen, som är särskilt avsedd för tillämpning i engångsmotorer.

Figur 6 är ett längdsnitt av kolven enligt figur 5 taget längs kolvbultens tvärsnitt.

Enligt en föredragen utföringsform av före- liggande uppfinning är den tvådelade kolven 1, som består av ett huvud 2 och en mantel 3 och i denna ut- föringsform är försedd med en förbränningsskål 4 och en kylkammare 5, även försedd med en bult 6 fastsatt i bultklackarnas 8 hål 7 genom det tryck som utövas genom åtdragning av skruvar 9 och muttrar 10, som an- ligger mot urtag 40 i bultklackarnas 8 ringformiga och uppskurna undre ändparti. lsøs 011 ' 10 15 20 25 30 35 När kolven 1 är vid sitt övre dödläge (icke visat) eller nära detta brinner bränsleluftblandning- en i förbränningsskålen 4 och alstrar en termomekanisk kraft som driver kolven nedåt mot det nedre dödläget (icke visat). I konventionella tvådelade kolvar bring- ar denna termomekaniska belastning bultklackarna att deformeras utåt i riktning mot cylinderväggen (icke visad). I kolven enligt föreliggande uppfinning upptas emellertid den termomekaniska belastningen av den för- bättrade konstruktion som erhålls genom fastsättning av kolvbulten 6 vid bultklackarna 8 medelst skruven 9 och muttern 10, såsom visas i figur 1, vilket förhind- rar deformation av bultklackarna, kolvbulten och kolv- manteln. Såsom framgår av figur 2, kan bultens 6 ändar förses med hattar 36 inpassade i bultens 6 inre diame- ter genom hålet 37 i manteln 3.

I den i figurerna 3 och 4 åskådliggjorda al- ternativa utföringsformen är den tvådelade kolven 11, som är utförd med huvud 12 och mantel 13, förbrännings- skål 14 och kylkammare 15, också försedd med en kolv- bult 16 som är fastsatt vid bultklackarna 18 i partiet 17. I denna utföringsform är kolvbulten 16 kortare och lättare och anordningen är försedd med en hjälpbult 50, som bär manteln 30 och är låst vid denna medelst kläm- mor 51 i spår 52 vid dess ändar.

Fastsättningen av bulten 16 i hålen 17 ut- förs genom svetsning, t.ex. elektronstrål- eller laser- strålsvetsning.

I ännu en utföringsform, som visas i figurer- na 5 och 6, och är avsedd för tillämpning i s.k. en- gångsmotorer, är kolven 21, som innefattar ett huvud 22 och en mantel 23, en förbränningsskål 24 och en kyl- kammare 25, försedd med en kolvbult 26 som är fastsatt vid bultklackarna 28 i området kring hålen 27 medelst en krympningsmetod genom upphettning av hålen 27 till en temperatur av ca 60OC till ca 130oC, insättning av 10 15 20 25 30 35 "503 011 bulten 26 och snabb kylning av anordningen, så att en säker fastsättning av bulten i klackarnas hål åstadkommes. Liksom i de ovannämnda utföringsformer- na, bibringar denna utföringsform anordningen en förbättrad hâllfasthet och förhindrar deformation av bultklackarna.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 503 011 " 8 Patentkrav

1. Tvådelad kolv (1;l1;21) för förbränningsmotorer innefattande ett huvud (2;l2;22) och en med huvudet förbunden separat mantel (3;13;23), vilket huvud innefattar ett par av från huvudets undre del nedåtskjutande bultklackar(8;18;28), vilka vardera har ett kolvbultshål (7;17;27), en kolvbult (6;16;26) med en yttre cylindrisk yta införbar i kolvbultshålen och organ för att förbinda manteln med bultklackarna, k ä n n e t e c k n a d av att kolvbulten är fäst till bultklackarna med hjälp av fästorgan för att hindra rörelse av bultklackarna relativt varandra i kolvbultens längsriktning, vilken kolvbult sträcker sig mellan de två bultklackarna och är fäst till bultklackarna enbart genom kontakt mellan bultklackarna och kolvbultens yttre cylindriska yta för att förhindra längsgående-, sidogående- och roterande rörelser av kolvbulten relativt bultklackarna.

2. Tvådelad kolv (1) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att bultklackarnas (8) undre ändar är uppskurna och försedda med åtdragningsorgan (9,10), som fäster kolvbulten till bultklackarna.

3. Tvådelad kolv (1) enligt krav 2, av att åtdragningsorganen (9,10) innefattar en skruv, som k ä n n e t e c k n a d sträcker sig i tvärled relativt kolvbultens (6) längsaxel och utanför denna.

4. Tvådelad kolv (11) enligt krav 1, av att kolvbulten (16) utgöres av en ihålig cylindrisk axel, vilken i sina ändar är fäst till bultklackshålen (17) och inuti vilken en hjälpaxel (50) är inrymd, på vilken manteln k ä n n e t e c k n a d (13) är monterad.

5. Tvådelad kolv enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d av att manteln (3;23) är monterad på ändarna av kolvbulten (6;26) medelst hattar (36) insatta i kolvbultsändarna.