DK171422B1 - Stempeltopring til en forbrændingsmotor - Google Patents

Description

DK 171422 B1

Opfindelsen angår en stempeltopring til et stempel i en forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts motor, hvor ringen er gennembrudt for at tillade udvidelse af ringen ved montagen i en ringnot i stemplets si-5 devæg, og hvor ringens to ender ved gennembrydningen er således udformet, at gassen i cylinderens forbrændings-kammer i det væsentlige er hindret i at strømme igennem gennembrydningen.

En traditionelt udformet stempeltopring er gen-10 nembrudt ved hjælp af et radialt snit. Når et stempel med denne topring er monteret i cylinderen, ligger ringens to ender i en vis afstand fra hinanden, der vokser med ringsliddet, idet ringtværsnittets centerlinie i takt med ringens nedslidning bevæges radialt udad, 15 hvorved ringens diameter øges og gabet mellem ringens to ender vokser. Gassen i forbrændingskammeret kan ved ringgabet strømme ned gennem spalten mellem cylinderforingen og stemplet, og da ringgabet vokser efterhånden som stempeltopringen slides, vil gasgennemstrømnin-20 gen også vokse og medføre en øget varmebelastning på foringen og stemplet i området omkring ringgabet.

Da det er ønskeligt at undgå en for stor varmebelastning, er der udformet flere forskellige typer af topringe, hvor ringens to ender har indbyrdes overlap-25 pende tunger, der afspærrer i det mindste hovedparten af ringgabet og mindsker forbrændingsgassernes mulighed for at strømme gennem ringgabet. Sådanne stempeltop-ringe kan anvendes i motorer, der drives på olie af ringe kvalitet, hvor topringen hindrer forbrændingsre-30 ster i at trænge ned i den under topringen beliggende ringpakning. Disse såkaldt gastætte topringe er dog stærkt udsat for slid, idet ringsliddet afhænger af trykforskellen mellem over- og undersiden af ringen.

Opfindelsen tager sigte på at anvise en stempel-35 topring, som har lang levetid og tillader en begrænset gasgennemstrømning, der er stort set konstant i løbet af ringens levetid.

2 DK 171422 B1

Med henblik herpå er stempeltopringen ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at ringydersiden, som er bestemt til anlæg mod cylindervæggen, har mindst to noter, der strækker sig fra oversiden til undersiden af 5 ringen, og at summen af noternes bredde andrager fra 0,1 til 1% af ringens omkreds, fortrinsvis fra 0,2 til 0,5% heraf.

Noterne giver en sådan kontrolleret og begrænset gennemstrømning af gas fra forbrændingskammeret til 10 ringundersiden, at stempeltopringen på den ene side er i stand til at hindre hovedparten af forbrændingsprodukterne i at påvirke den under topringen beliggende ringpakning, idet en væsentlig del af trykfaldet sker over topringen, og på den anden side bevirker noterne, 15 at ringsliddet holdes inden for akseptable grænser, fordi trykfaldet over ringen mindskes i forhold til trykfaldet ved de kendte gastætte stempeltopringe. Da gasgennemstrømningen sker gennem noterne i stedet for gennem det tidligere kendte ringgab, er gasgennemstrøm-20 ningen stort set konstant i ringens levetid, hvilket fremmer en ensartet og veldefineret varmebelastning på cylinderforingen, stemplet og stempelringen. Ved at fordele den begrænsede gasgennemstrømning over to eller flere noter er opnået en væsentlig mindskning af den 25 lokale varmebelastning i området grænsende op til noten. Da gassen stort set er hindret i at strømme gennem gennembrydningen, er den lokale varmebelastning fra gasgennemstrømningen i tillæg til at være mindre end ved de kendte topringe med begrænset gasgennemstrømning 30 stort set konstant og uafhængig af ringsliddet.

Por opnåelse af den tilsigtede virkning er det væsentligt, at noternes samlede bredde andrager fra 0,1 til 1% af ringens omkreds. Hvis summen af noternes bredde er mindre end 0,1% af ringens omkreds, bliver 35 ringsliddet forholdsvis stort, og hvis den samlede bredde overstiger 1% af omkredsen, vokser trykpåvirk- 3 DK 171422 B1 ningen på de underliggende stempelringe. Et hensigtsmæssigt kompromis mellem lille ringslid på den ene side og en god beskyttelse af de underliggende ringe på den anden side er opnået med en stempeltopring, hvor summen 5 af noternes bredde andrager fra 0,2% til 0,5% af ringens omkreds.

For at reducere de rundtgående spændinger i ringen kan noterne hensigtsmæssigt forløbe skråt, fortrinsvis i en vinkel på 45e i forhold til ringens plan.

10 Hvis gasstrømningen gennem noterne ønskes opret holdt i hele ringens levetid, bør noternes dybde være større end det forventede radiale ringslid. Trods notens forholdsvis store dybde, er gasstrømningen gennem noten bestemt af det notareal, som ligger radialt uden-15 for ringnoten i stemplets sidevæg. Gasgennemstrømningen er med andre ord bestemt af notbredden i omkredsretningen og af tykkelsen af spalten mellem cylinderforingens inderside og stemplets yderside.

For at begrænse varmebelastningen i området om-20 kring noten, bør notbredden være passende lille. Noternes bredde kan derfor være hovedsageligt halvt så stor som deres dybde, når ringen ikke er slidt.

Hvis stempeltopringen skal anvendes i forbindelse med en cylinderforing, som forventes at blive slidt 25 i løbet af ringens levetid, kan notens sidevægge hensigtsmæssigt være radialt udefter divergerende. Når tykkelsen af spalten mellem foringen og stemplet vokser, blottes en større del af noten, men da stempelringen samtidig slides, medfører den indefter mindskende 30 notbredde, at det blottede notareal og dermed varmebelastningen stort set er konstant.

Når tungolie anvendes som brændsel, indeholder forbrændingsprodukterne slaggematerialer, som gør det ønskeligt at bredden af den enkelte not er større end 35 1 mm for at hindre slaggematerialerne i at tilstoppe noten og mindre end 3 mm for at begrænse mængden af 4 DK 171422 B1 slaggematerialer, som trænger gennem noten og ned til de underliggende stempelringe.

Det foretrækkes, at antallet af noter højst er otte og hensigtsmæssigt fra tre til fem for at tage 5 hensyn til, dels at summen af noternes bredde ikke bliver for stor i forhold til ringens omkreds, dels at bredden af den enkelte not ikke bliver så lille, at noten tilstoppes af sod og andre forbrændingsrester.

Et eksempel på en udførelsesform ifølge opfin-10 delsen beskrives herefter nærmere med henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 i udsnit viser et tværsnit gennem et stempel anbragt i en cylinderforing, fig. 2 i større skala i perspektivbillede en 15 skitse af en stempeltopring ifølge opfindelsen i området omkring gennembrydningen, fig. 3 et planbillede af hele stempeltopringen i ubelastet tilstand, fig. 4 og 5 et udsnit af ringen i fig. 3 i områ-20 det omkring en not, set henholdsvis ovenfra og i sidebillede, og fig. 6 et billede svarende til fig. 4 af en anden udførelsesform ifølge opfindelsen.

I fig. 1 ses et stempel 1, hvis cylindriske si-25 devæg 2 er udformet med flere ringnoter 3, af hvilket den øverste optager en stempeltopring 4 og den nederste optager en oliefordelingsring 5, mens der er indsat sædvanlige stempelringe 6 i de mellemliggende noter. Stempelringene styrer i radial retning stemplets 30 position i en cylinderforing 7 og hindrer gastrykket i et forbrændingskammer 8 i at udbrede sig til rummet under stemplet. Ydersiden af oliefordelingsringen 5 er udført med et stort antal skråtstillede spor, der ligger så tæt, at sporene bestryger hele indersiden af 35 foringen og fordeler smøreolien som en tynd film herpå.

Det er dog også muligt at udelade oliefordelingsringen, 5 DK 171422 B1 hvis de olietilførende organer selv er i stand til at give en passende fordeling af smøreolien.

Stempeltopringen har en gennembrydning 9, som gør det muligt dels at udvide ringdiameteren ved monta-5 gen i ringnoten 3, dels tillader at ringens to ender trækker sig bort fra hinanden efterhånden som ringen slides.

Fig. 2 illustrerer et eksempel på en ringgennem-brydning, som stort set hindrer gasstrømning gennem 10 gennembrydningen. Den ydre rand af ringnoten er markeret ved de punkterede linier 10. Ringydersiden 11 ligger an mod den i figuren ikke viste cylinderforing.

Den ene ende af ringen har en udragende tap 12, der rager ind i en modsvarende reces i ringens anden ende.

15 I radialretningen er tappen 12 smallere end ringen 4, og recessen 13 er ved ringens inderside begrænset af en lodret væg, som ligger an mod tappens inderside. Den aksiale højde af tappen 12 er mindre end ringhøjden, og recessen 13 er opadtil begrænset af et udragende 20 parti 14, hvis underside ligger an mod oversiden af tappen 12. Da tappen 12 udfylder recessen 13 i bredde- og højderetningen, er forbrændingsgasserne stort set hindret i at strømme gennem gennembrydningen, uanset om tappen i omkredsretningen ligger i afstand 25 fra bunden af recessen 13.

Ringydersiden har fire noter 15, der som vist i fig. 5 forløber skråt i en vinkel α i forhold til ringens plan. Der kan opnås passende lave spændinger i ringen, når vinklen α ligger i intervallet fra 25 til 30 65β. I det viste tilfælde er α * 45°.

Når stempeltopringen er til en stor langsomt-gående dieselmotor, hvor stempeldiameteren eksempelvis kan være på 0,9 m, kan notbredden b eksempelvis være 2 mm, og notdybden t kan være 5 mm, hvilket kan sammen-35 lignes med en frigang mellem stemplet og foringen på ca. 0,3 mm, når motoren er ny. Der kan således slides 6 DK 171422 B1 over 4,5 mm af ringbredden, førend notbunden begynder at træde frem i frigangen.

I fig. 4 er notens sidevægge stort set parallelle, men det er også som vist i fig. 6 muligt at udforme 5 noten med radialt udefter divergerende sidevægge 16.

Med denne udformning af sidevæggene kompenseres der automatisk for den større frigang mellem stemplet og foringen, som fremkommer efter længere tids drift, så det udenfor ringnoten 3 beliggende, blottede areal af 10 noten 15 stort set er konstant i løbet af ringens levetid .

Det er naturligvis muligt at udforme ringgennem-brydningen på en anden, stort set gastæt vis og samtidig gøre brug af noterne ifølge opfindelsen, der sikrer 15 en kontrolleret gasstrømning fra oversiden til undersiden af stempeltopringen, og dermed en ensartet og passende begrænset gasstrømning gennem den enkelte not.

Fordelingen af gasgennemstrømningen på fra to til otte noter reducerer også varmebelastningen ved den 20 enkelte not.

Det er ifølge opfindelsen muligt at anvende mere end en stempeltopring på ét og samme stempel, så det trykfald, som topringen skal modstå, fordeles over flere ringe.

Claims (7)

7 DK 171422 B1

1. Stempeltopring (4) til et stempel (1) i en forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts motor, hvor ringen er gennembrudt for at tillade udvidelse af ringen ved montagen i en ringnot (3) i stemplets sidevæg 5 (2), og hvor ringens to ender ved gennembrydningen (9) er således udformet, at gassen i cylinderens forbrændingskammer (8) i det væsentlige er hindret i at strømme gennem gennembrydningen, kendetegnet ved, at ringydersiden (11), som er bestemt til anlæg mod cy-10 lindervæggen, har mindst to noter (15), der strækker sig fra oversiden til undersiden af ringen, og at summen af noternes (15) bredde (b) andrager fra 0,1% til 1% af ringens (4) omkreds, fortrinsvis fra 0,2 til 0,5% heraf.

2. Stempeltopring ifølge krav l, kende tegnet ved, at noterne (15) forløber skråt, fortrinsvis i en vinkel (a) på 45“, i forhold til ringens plan.

3. Stempeltopring ifølge krav 1 eller 2, k e n -20 detegnet ved, at notens (15) dybde (t) er større end det forventede radiale ringslid.

4. Stempeltopring ifølge krav 3, kendetegnet ved, at noternes (15) bredde (b) er hovedsagelig halvt så stor som deres dybde (t), når ringen 25 (4) ikke er slidt.

5. Stempeltopring ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at notens (15) sidevægge (16) er radialt udefter divergerende.

6. Stempeltopring ifølge et af kravene 1-5, 30 kendetegnet ved, at bredden (b) af den enkelte not (15) er fra 1,0 til 3 mm, fortrinsvis om trent 2 mm.

7. Stempeltopring ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at antallet af noter (15) 35 højst er 8 og hensigtsmæssigt fra 3 til 5.