SE508983C2 - Vått cylinderfoder - Google Patents

Description

20 25 30 508 985 2 och därmed förorsakar lägre friktionsförluster än som annars skulle ha uppkommit. Kylförlusterna blir dessutom mindre med ett cylinderfoder av "midstop"-typen eftersom den kylda ytan av fodret därvid är mindre.

När motorns cylinderhuvud monteras ovanpä cylinderblocket (motorblocket) sä deformeras cylinderfodret av de klämkrafter som uppkommer när cylinderhuvudet med hjälp av ett antal bultar pressas mot topplockspackningen och cylinderfodrets övre del. Deformationerna uppträder i princip över hela fodret, men kan vara skadliga endast inom det omräde där de är kraftigast, d.v.s. där fodrets ringformiga utspräng an- ligger mot stödytan pä hälrumsväggen. För att den i cylinder- fodret fram- och ätergäende kolven inte skall skadas pä grund av de nämnda deformationerna är det nödvändigt att inrätta kolven med relativt stort kolvspel. Detta är emellertid till nackdel eftersom ljudnivän, bränsleförbrukningen och benägen- heten för kokspolering ökar med ökat kolvspel. Kolvringslita- get blir ocksà större samtidigt som risken för cylinderkavi- tationer ökar, pà grund av kolvens tryckningar och antitryck- ningar. Dessa tryckningar är en följd av att kolvens nedre del via kolvbulten päföres krafter som är snett riktade i förhàllande till cylinderfodrets och kolvens axiella mittlin- je. Dessa snett riktade krafter fàr genom kolvspelet möjlig- het att àstadkomma en viss tippning eller snedställning av kolven i fodret.

De ovan berörda nackdelarna med ett sädant känt cylinderfoder av “midstop"-typen är välkända för motorkonstruktörer, men någon fullgod lösning pá de bakomliggande problemen har hittills inte framkomit. 10 15 20 25 30 35 3 508 983 Uppfinningens ändamäl Det primära ändamålet med uppfinningen är att med utnyttjande av "midstop"-fodrets kända fördelar minimera eller helst helt undvika dess likasà kända nackdelar, som diskuterats ovan.

Avsikten är därvid att sä skall kunna ske samtidigt som kolvspelet ytterligare reduceras. Uppfinningens grundläggande idé är därvid att utföra Cylinderfodret och dess tillhörande hälrum i cylinderblocket sä, att deformationerna dels kan hällas nere, dels - och detta är det primärt äsyftade - kan fàs att uppträda pà ett annat ställe där de är till mindre skada och ställer till mindre problem än vid kända “midstop"- -foder.

Ett annat ändamäl med uppfinningen är att ytterligare minska deformationernas storlek genom att utföra cylinderfodret med olika godstjocklekar i olika delar därav, sä att ett ur hällfasthets- och deformationssynpunkt mera optimalt utföran- de kan uppnäs.

Redogörelse för uppfinningen Ovannämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen därigenom att cylinderfodret uppvisar de i patentkravets 1 kännetecknande del angivna särdragen.

Ytterligare uppfinningen vidareutvecklande särdrag framgär av de osjälvständiga kraven.

Det för Cylinderfodret enligt uppfinningen speciellt utmär- kande är säledes att kontaktomràdet mellan bäransatsen pà hàlrumsväggen och stödansatsen pá fodret förlägges i omrädet av, företrädesvis strax under, nedre vändläget för det ring- formade omràde pà kolven där de gastätande kolvringarna sitter. Cylinderfodret omges därvid - förutom av en kyl- vätskepassage kring fodrets övre del - av ett särskilt kyl- medieutrymme som är àtskilt fràn kylvätskepassagen och är med fördel avsett för annat kylmedium än vätskan i kylvätskepas- 10 15 20 25 30 35 508 985 4 sagen. Detta kylmedieutrymme sträcker sig ner till kontaktom- rådet mellan bäransatsen och stödansatsen.

De ovan diskuterade deformationerna vid kända “midstop“-foder elimineras i och för sig inte genom att kontaktområdet för- lägges lågt, vid gastätningsringarnas vändläge, men deforma- tionerna uppkommer nu först vid “gasringpaketets" nedre vàndläge, där ju kolven rör sig förhållandevis sakta. Efter- som kolven rör sig förhållandevis sakta hinner ringarna följa den deformerade cylinderväggen varför deformationerna som uppkommer inte skadliga för kolven trots att ett mycket litet kolvspel föreligger.

Kylmediet i det särskilda kylmedieutrymmet är företrädesvis luft, och utrymmet stár lämpligen i förbindelse med den omgivande atmosfären via en kanal i cylinderblocket. Tack vare det luftfyllda kylmedieutrymmet blir det möjligt att ha en högt placerad kylvattentätning vid cylinderfodrets utsida, trots att motsvarigheten (d.v.s. bäransatsen/stödansatsen) till utsprånget/stödytan, som vid den kända cylinderfoder- konstruktionen skiljer fodrets kylda del från dess okylda del, har flyttats nedåt enligt uppfinningen, d.v.s. i rikt- ning mot vevhuset.

Kontaktområdet mellan bäransatsen och stödansatsen förlägges lämpligen på cylinderfodrets nedre halva, inom ett bandfor- migt längdintervall vars nedre och övre gräns företrädesvis L 2L ligger på avståndet 3 resp. 1- från fodrets nedre kant, där L = fodrets totala axiella längd.

Kylmedieutrymmets axiella utsträckning bör ej överstiga cirka 60 % av L, men heller inte understiga åtminstone 15 % av L.

För ytterligare minskning av deformationernas storlek kan cylinderfodrets väggtjocklek dessutom modifieras sä att fodret uppvisar ökad väggtjocklek där deformationerna är radiellt inåtriktade, och minskad väggtjocklek där de är radiellt utåtriktade. 10 15 20 25 30 35 s 508 985 Kylvätskepassagen bildas lämpligen genom att cylinderfodret i sin övre del har en utvändig kontraktion (en grund, runtom- gäende ränna) som tillsammans med ett motstäende parti av hälrumsväggen begränsar kylvätskepassagen. Kylmedieutrymet bildas i sin tur genom att cylinderfodret i sin till stödan- satsen ovanifrän anslutande del uppvisar en utvändig kontrak- tion (även den en grund ränna) som tillsammans med ett mot- stáende parti av hälrumsväggen begränsar kylmedieutrymmet.

Kort beskrivning av ritningsfigurerna Uppfinningen kommer nu nedan att förklaras och beskrivas ytterligare under hänvisning till ett pä bifogade ritning visat utföringsexempel.

Därvid visar: fig. l ett vertikalt tvärsnitt genom en förbränningsmotor med ett vátt cylinderfoder enligt uppfinningen; fig. 2 cylinderfodret enligt fig. 1 i större skala; fig. 3 ett diagram som visar hur deformationen av cylinderfo- derväggen varierar i fodrets axiella längdriktning.

Beskrivning av utförinqsexempel Hänvisning sker nu först till fig. l som visar en förbrän- ningsmotor 2 som omfattar ett cylinderblock 4 som är hopbyggt med ett underliggande vevhus 6 till ett odelat motorblock.

Ovanpà cylinderblocket 4 är pä dettas planslipade ovansida 8 monterat ett cylinderhuvud 10. Mellan cylinderblockets ovan- sida 8 och cylinderhuvudets 10 undersida finns pä sedvanligt sätt gas- en här icke visad topplockspackning som ästadkommer en och vätskeogenomsläpplig tätning mellan dessa motorde- lar. Den icke visade topplockspackningen är pä sedvanligt sätt hoptryckt till tätande verkan genom att cylinderhuvud och cylinderblock är hopdragna medelst här icke visade bul- tar. Vid denna hoptryckning uppkommer en axiell kraftpàverkan pà cylinderfodret, som härigenom deformeras (foderväggen utböjes i tvärriktningen). Cylinderloppet bildas av ett vätt cylinderfoder 12 som är demonterbart insatt i ett hàlrum 14 i 10 15 20 25 30 35 508 983 6 cylinderblocket 4. Detta hálrum sträcker sig frán cylinder- blockets ovansida 8 ner till övre delen av vevhuset 6. I cylinderfodret 12 är en motorkolv 16 insatt för fram- och ätergàende rörelse. I vevhuset 6 finns motorns vevaxel 18 som är lagrad i motorblocket medelst vevaxellager varav i figuren visas ett parti 20 med tillhörande lagerskruvar 22. I kolven 16 är insatt en tvärgáende kolvbult 26. Kolven 16 star i förbindelse med vevaxeln 18 via en vevstake 28 som upptill är lagrad pà kolvbulten 26 och nertill pá en i vevaxeln ingàende vevtapp 30.

I sin övre del har kolven tre runtomgäende spàr varav de bada översta 32, 34 upptar ett par gastàtningsringar 36, 38, medan det nedre spàret 40 upptar en oljeskrapring 42.

Cylinderfodret 12 är axiellt fixerat i hàlrummet 14 upptill medelst cylinderhuvudet 10 och nertill medelst en ringformig bäransats 44 pá hálrumsväggen vid dennas nedre del. Cylinder- fodret stöder sig mot bäransatsen 44 medelst en ringformig stödansats 46 pá fodrets utsida. Bäransatsen 44 och stöd- ansatsen 46 anligger mot varandra över ett ringformigt kon- taktomràde 60 som ligger strax under det i fig. 1 visade nedre vändläget för den nedersta gastätningsringen 38. De bàda gastätningsringarna 36 och 38 är placerade vid övre resp. nedre kanten av ett ringformigt mantelomràde 48 pà kolven 16.

Cylinderfodret 12 omges i sin övre del av ett par runtom- gáende kylvätskepassager 50 och 52 som stàr i förbindelse med varandra vid 54. I sin nedre halva omges cylinderfodret 12 vidare av ett frán passagen 52 átskilt, särskilt kylmedieut- rymme 56 som är avsett för luft och stàr i förbindelse med den motorn omgivande atmosfären via en kanal 58 i cylinder- blocket 4. I fodrets 12 axiella riktning sträcker sig kyl- medieutrymmet 56 frän kontaktomrädet 60 mellan bäransatsen 44 och stödansatsen 46 upp till ett fodret omslutande tätnings- parti 62 hos hàlrumsväggen. I sin mot utsidan av cylinderfod- ret 12 vända yta upptar tätningspartiet 62 en tätningspack- 10 15 20 ~25 30 35 7 508 983 ning 64 som förhindrar medieutbyte mellan vàtskepassagen 52 och det luftfyllda utrymmet 56.

Kontaktomrädet 60 mellan bäransatsen 44 och stödansatsen 46 bör lämpligen vara placerat inom det axiella längdintervallet A vars övre gräns ligger pà avstàndet 1/3 x L och vars undre gräns ligger pä avständet 1/6 x L fràn fodrets 12 mot det inre av vevhuset 6 vända, nedre kant 66. Med L betecknas sàsom visas i fig. 1 fodrets 12 totala axiella längd.

Hänvisning sker nu till fig. 2 som i större skala visar cylinderfodret 12 enligt fig. 1. I sin ät cylinderhuvudet (se 10 i fig. 1) vända, övre del 68 har cylinderfodret 12 en grund, runtomgäende ränna 70 som tillsamans med ett mot- stäende parti (se 72 i fig. 1) av hàlrumsväggen begränsar kylvätskepassagen 50. I sin till stödansatsen 46 ovanifrän anslutande del 74 har cylinderfodret 12 vidare en grund, runtomgàende ränna 76 som tillsammans med ett motstàende parti 78 av hàlrumsväggen begränsar kylmedieutrymmet 56.

Strax under den grunda ránnan 70 har cylinderfodret 12 ocksà ett runtomgäende spär 80 som bildar en övre utvidgning av kylvätskepassagen 52 genom vilken densama stär i förbindelse med kylvätskepassagen 50 via förbindelsestället 54.

Sàvál partierna 72 och 78 av hàlrumsväggen 14, vilka begrän- sar kylvátskepassagen 50 resp. kylmedieutrymmet 56, som det parti av hàlrumsväggen som utät begränsar kylvätskepassagen 52 är ocksà de företrädesvis utförda såsom grunda rännor.

Vi övergär nu slutligen till att studera det i fig. 3 visade diagrammet som i grafisk form visar hur deformationen (utböj- ningen) av cylinderfoderväggen varierar i cylinderfodrets axiella riktning. I diagrammet betecknar x-axeln det axiella avständet lángsmed cylinderfodret 12 räknat fràn dettas nedre kant 66 (se fig. 1). derväggens deformation, d.v.s. dess positiva eller negativa I diagrammet visar y-axeln cylinderfo- utböjning frän odeformerat läge motsvarande y = O. 10 15 20 25 508 985 8 Kurvan B i diagrammet representerar variationen av cylinder- fodervággens utbójning vid ett känt cylinderfoder, medan den streckade kurvan C visar hur cylinderfodervággens deformation varierar lángs ett vàtt cylinderfoder enligt föreliggande uppfinning. Den vertikala punktstreckade linjen D anger positionen för den nedersta gastátningsringens 38 nedre vàndlàge, medan den vertikala punktstreckade linjen E anger positionen for gastàtningsringens 38 övre vándlàge.

Det maximala värdet för den med kurvan B visade deformationen hos ett cylinderfoder enligt känd teknik ar i fig. 3 beteck- nat YB max' betecknade deformationen hos ett uppfinningsenligt cylinder- medan det maximala värdet for den med kurvan C foder är betecknat Y Av figuren framgàr tydligt att man medelst uppfinningencugâäár dels en avsevärd minskning av deformationens maximala värde, dels - och detta är ännu viktigare - en förflyttning av läget av denna maximala defor- mation till ett stálle dàr den uppkomna deformationen inte är skadlig för kolven eftersom densamma rör sig sakta i detta omrâde. Den mest betydelsefulla effekten som uppnás genom uppfinningen är alltsà den nedàtriktade "förflyttning" av platsen för värdet Ym i cylinderfodervággen, som uppnás. ax Denna “nedflyttning“ av stället eller platsen för maximal deformation är i fig. 3 àskàdliggjord medelst pilen F som visar hur platsen för maxvárdet förflyttats ner under gastàt- ningsringens 38 nedre vándláge.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 9 sus 985 Patentkrav

1. Vàtt cylinderfoder som bildar cylinderlopp för en kolv (16) i en förbränningsmotor (2) omfattande ett cylinderblock (4) och ett pä dettas plana ovansida (8) monterat cylinder- huvud (10), vilket cylinderfoder (12) är demonterbart insatt i ett hälrum (14) i cylinderblocket (4), vilket hàlrum sträc- ker sig frän cylinderblockets ovansida (8) ner till övre delen av motorns vevhus (6), varvid den med motorns vevaxel (18) förbundna kolven (16) är inrättad för fram- och äter- gàende rörelse i cylinderfodret (12), som är axiellt fixerat i hálrummet (14) upptill medelst cylinderhuvudet (10) och nertill medelst en ringformig bäransats (44) pà hälrumsvággen vid dennas nedre del, mot vilken bäransats (44) cylinderfod- ret stöder sig medelst en ringformig stödansats (46) pä fodrets utsida, varvid mellan hàlrumsväggen och utsidan av fodret finns en kylpassage (50, 52) för kylning av fodret, k ä n n e t e c k n a t av att cylinderfodret (12) omges av dels àtminstone en kring fodrets övre del anordnad kylvätske- passage (50, 52), dels ett fràn densamma átskilt särskilt kylmedieutrymme (56), som sträcker sig ner till stödansatsen (46).

2. Cylinderfoder enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det särskilda kylmedieutrymmet (56) är avsett för luft och star i förbindelse med den motorn (2) omgivande atmosfä- ren via en kanal (58) i cylinderblocket (4).

3. Cylinderfoder enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det särskilda kylmedieutrymmets (56) utsträckning i cylinderfodrets axiella riktning uppgàr till max 60 % av fodrets totala längd (L).

4. Cylinderfoder enligt krav 3, k á n n e t e c k n a t av att kylmedieutrymmets (56) utsträckning i fodrets axiella riktning uppgàr till ätminstone 15 % av fodrets totala längd (L)- 10 15 20 25 508 985 10

5. Cylinderfoder enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att i sin närmast cylinderhuvudet belägna, övre del (68) har cylinderfodret (12) en utvändig kontraktion i form av en grund, runtomgående ränna (70) som tillsammans med ett motstående parti (72) av hålrumsväggen begränsar kylvätskepassagen (50), och i sin till stödansatsen (46) ovanifrån anslutande del (74) har cylinderfodret också en utvändig kontraktion i form av en grund, runtomgående ränna (76), som tillsammans med ett motstående parti (78) av hålrumsväggen begränsar kylmedieutrymmet (56).

6. Cylinderfoder enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kontaktområdet mellan bäransatsen (44) på hålrumsväggen och stödansatsen (46) på fodret är ringformigt och beläget på den mot vevhuset (6) riktade, nedre halvan av cylinderfodret (12).

7. Cylinderfoder enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att kontaktområdet ligger på cylinderfodrets nedre halva inom ett axiellt längdintervall (A) vars nedre gräns ligger på avståndet L/6 och vars övre gräns ligger på avståndet L/3 från fodrets (12) mot vevhuset (6) vända, nedre kant (66), där L betecknar fodrets (12) totala längd.

8. Cylinderfoder enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att fodrets (12) väggtjocklek är större i det/de område(n) av fodret där deformationerna är radiellt inåtriktade, och är mindre i de områden där deformationerna är radiellt utåtriktade.