DK155757B - Braendstofinjektor til en dieselmotor, der drives paa gas - Google Patents

Description

DK 155757 B

Opfindelsen angår en brændstofinjektor til en dieselmotor, der drives på gas, og af den art, som har et langstrakt hus med en tilgang for gas under tryk samt en kanal mellem tilgangen og et eller flere dysehuller i 5 den mod motorcylinderens forbrændingskammer vendende forreste ende af injektoren, hvilken gaskanal er styret af et med et sæde i injektorhuset samvirkende ventillegeme, der er påvirket i retning mod sædet af en forspændt lukkefjeder og i modsat retning af et perio-10 disk påført servoolietryk.

Dieselmotorer, der kan køre med gas som brændstof, er bl.a. interessante som fremdrivningsmaskineri i gastankere, specielt til transport af flydende naturgas (LNG), idet den gasmængde, som uundgåeligt fordamper fra 15 lasten, kan nyttiggøres med høj virkningsgrad i dieselmotoren. Motortypen kan dog også med fordel anvendes i stationære anlæg, herunder som drivkraft for elgeneratorer.

Uanset motorens anvendelsesområde er det et na-20 turligt krav, at risikoen for gaseksplosioner i selve motoren så vidt muligt er forebygget allerede i kraft af motorens konstruktion. En alvorlig eksplosion kan specielt forekomme, dersom gasventillegemet i en cylinders injektor sætter sig fast i helt eller delvis åben stil-25 ling, så der i løbet af en arbejdscyklus indblæses væsentlig mere gas end svarende til den i cylinderen værende oxygenmængde. Den uforbrændte gasmængde, som siden strømmer ud af cylinderen blandet med de hede forbrændingsgasser, kan ventes at blive antændt spontant et el-30 ler andet sted i udstødssystemet, hvor den kommer i kontakt med frit oxygen, som f.eks. findes i udstødsgassen fra en anden, normalt fungerende cylinder. Især hvis antændelsen sker i en udstødsreceiver, kan der opstå en momentan trykstigning af udpræget eksplosiv karakter, 35 som kan føre til alvorlige skader.

Med henblik på at forebygge den beskrevne situation er det ønskeligt at forsyne ventilen med en fjeder,

DK 155757 B

2 som kan præstere en høj lukkekraft, samtidig med at de tilsvarende spændinger i fjedermaterialet er så relativt lave, at der kun er minimal risiko for udmattelsesbrud.

Dette ønske kolliderer imidlertid ofte med de begrænsede 5 pladsforhold i motorens cylinderdækse1, især i længdeskyllede motorer, hvor udstødsventilen i midten af cylinderdækslet optager en betydelig del af det disponible planareal.

Opfindelsen tager sigte på at angive en injektor, 10 som forener et lille pladsbehov med en høj grad af sikkerhed for, at gasventilen altid lukker fuldstændigt og til det forud beregnede tidspunkt af arbejdscyklusen.

Med henblik herpå består det for opfindelsen ejendommelige i, at der i injektorhuset er udformet et 15 kammer, som er i permanent strømningsforbindelse med gaskanalen, og som i aksial retning fremefter mod dyse-hullerne er tætsluttende afgrænset af et forskydeligt aktiveringsstempel i kraftoverførende forbindelse med ventillegemet.

20 Herved opnås, at ventillegemet under motorens normale drift konstant er påvirket i lukkeretningen af to samvirkende kræfter, dels fra lukkefjederen, dels fra det relativt høje tryk, ofte omkring 200 bar, som konstant hersker i det til injektorens gastilgang sluttede 25 forsyningssystem og dermed i injektorens gaskanal. Som følge heraf kan lukkefjederen dimensioneres efter en lavere forspændingskraft og/eller lavere indre spændinger, hvilket resulterer i mindre fjederdimensioner og/eller forøget sikkerhed mod udmattelsesbrud ved de 30 stærkt svingende påvirkninger, som en ventilfjeder udsættes for. Ydermere er ventilens lukning i det øjeblik, da det i åbningsretningen virkende servoolietryk ophører, sikret selv i tilfælde af fjederbrud. Med opfindelsen er der således blandt andet tilvejebragt et 35 hensigtsmæssigt supplement til sådanne sikkerhedsforanstaltninger, som lukker en stopventil og derved afbryder 3

DK 155757 B

gastilførslen til en cylinders injektor eller injektorer i tilfælde af et unormalt højt gasflow, men som på den anden side ikke kan hindre i det mindste en del af den gasmængde, som står på nedstrømssiden af den lukkede 5 stopventil, i at sive ind i motorcylinderen.

I en konstruktivt enkel og derfor som regel foretrukket udførelsesform af opfindelsen er aktiveringsstemplet udformet som en del af vent il legemets mod brændstoftilgangen vendende bageste ende. Det vil dog 10 være klart, at de ovenfor beskrevne fordelagtige virkninger også opnås med et separat aktiveringsstempel i - direkte eller indirekte - anlæg mod en bagud vendende flade på ventillegemet.

Ifølge opfindelsen kan lukkefjederen være indbyg-15 get i kammeret mellem en i huset fast væg og aktiveringsstemplets mod brændstoftilgangen vendende bagside, og kammeret kan da være udformet i den del af injektoren, som i monteret tilstand rager uden for motorcylinderen. Udførelsesformen er især hensigtsmæssig, når 20 pladsforholdene gør det ønskeligt at minimere yderdiameteren af injektorhusets forreste del, som sidder indvendigt i cylinderdækslet, eksempelvis i længdeskyllede motorer med central udstødsventil og flere injektorer fordelt langs forbrændingskammerets omkreds.

25 Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den noget skematiske tegning, på hvilken fig. 1 er et længdesnit, efter linien I-I i fig.

3, gennem en første udførelsesform for injektoren ifølge 30 opfindelsen monteret i et cylinderdæksel, fig. 2 et udsnit i større skala af injektorens øverste eller bageste del, efter linien II-II i fig. 3, fig. 3 et planbillede af injektoren set oven-eller udefra, og 35 fig. 4 et udsnit i endnu større skala gennem den forreste del af en let modificeret udførelsesform for opfindelsen.

DK 155757 B

4

Den i fig. 1-3 anskueliggjorte brændstofinjektor har et langstrakt hus omfattende en slank forreste del 1, som i sin helhed er optaget i motorens cylinderdæksel 2, en midterdel 3 med noget større diameter samt et 5 hoved 4 med gennemgående huller 5, se fig. 3, for optagelse af bolte til fastgørelse af injektoren i cylin-derdækslet. En centralt i hovedet 4 fastgjort forskruning 6 er udformet for tilslutning af en højtryksledning fra en kilde, f.eks. en konventionel brændstofpumpe 10 af Bosch-typen, for periodisk levering af afmålte kvanta af tændvillig pilotolie til injektoren.

I hovedet 4 er endvidere udformet en tilgang 7 for styre- eller servoolie til åbning af den senere beskrevne gasventil i injektoren samt en tilsvarende til-15 gang 8 for tilslutning af en normalt konstant åben ledning for tilførsel af gas ved højt tryk fra en egnet kilde til indblæsning i motorcylinderen, når gasventilen i injektoren står åben.

En forstøver 9, som fra huset l’s forreste 20 ende rager ind i motorcylinderens forbrændingskammer 10, har to sæt dysehuller 11 og 12 til injektion af henholdsvis pilotolie og gas. Dysehullerne 11 og 12 ligger parvis lodret over hinanden, og de fødes fra henholdsvis en for samtlige huller 11 fælles central bo-25 ring 13 i et spindelstyr 14, til hvis forreste endeflade forstøveren 9 er fastgjort, og separate skrå boringer 15 gennem spindelstyret 14. Af fig. 1 vil det forstås, at de før omtalte bolte, som går gennem hullerne 5 i hovedet 4, holder injektorhusets forre-30 ste del 1 i tæt anlæg mod en indvendig flade i cylinderdækslet 2, medens spindelstyret 14 er fikseret ak-sialt mod et bryst i injektorhuset via en langstrakt trykbøsning 16, en flange på et indvendigt gliderstyr 17 og et fjederstyr 18, som foroven ligger an mod 35 forskruningen 6.

Spindelstyret 14 er på sin yderside udformet med et konisk ventilsæde, der samvirker med en modsva- 5

DK 155757B

rende konisk sædeflade på den neders te ende af et rørformet ventillegeme 19, som foroven og forneden er styret og centreret henholdsvis på trykbøsningen 16 og på spindelstyret 14. Mellem ventillegemet 19 og indersi-5 den af injektorhusets forreste del 1 afgrænses en passage eller kanal 20 for gassens strømning fra tilgangen 8 via langs- og tværgående boringer i husdelene 3 og 4, se fig. 2, frem til ventilsædet for enden af ventillegemet 19. I ventillegemet 19's lukkede 10 stilling spærrer dets koniske sædeflade forbindelsen fra kanalen 20 videre gennem boringerne 15 til dysehullerne 12. Ventillegemet holdes i lukkestillingen af en skruefjeder 21, som er monteret i et mellem husdelen 3 og trykbøsningen 16 afgrænset kammer 22, hvor den 15 foroven støtter mod en flange 23 på den øverste ende af trykbøsningen 16, medens den forneden støtter mod en tilsvarende flange 24 på den øverste ende af ventillegemet 19.

Som vist i fig. 2 er kammeret 22 gastæt afgræn-20 set ved sin øverste og nederste ende, idet der i flangerne 23 og 24 er indlagt egnede tætningsringe til anlæg mod kammervæggen. Kammeret er endvidere gennem en tværgående boring 25 i åben forbindelse med det før nævnte system af boringer, der forbinder gastilgan-25 gen 8 med kanalen 20. Som følge deraf hersker der i kammeret 22 samme tryk som i gastilgangen 8, og dette tryk påvirker flangen 24 og dermed ventillegemet 19 i retning mod ventilsædet på spindelstyret 14 med en kraft, som supplerer kraften fra lukkefjederen 21.

30 Når ventillegemet 19 under en arbejdscyklus skal løftes fra sit sæde for derved at indlede gasind-blæsningen i forbrændingskammeret 10, tilføres en ser-voolie under et egnet højt tryk, f.eks. omkring 500 bar, til tilgangen 7, som gennem et andet sæt langs- og 35 tværgående boringer i husdelene 3 og 4 er i strømningsforbindelse med et lille ringkammer 26 under ven-

DK 155757 B

6 tillegemets flange 24. I den her viste udførelsesform er det forudsat, at servoolien leveres fra en doseringspumpe af Bosch-typen, og under hensyntagen hertil er der i injektorens hoved 4 indbygget en trykbegraensnings-5 ventil 27, hvis fjederbelastede ventillegeme 28 er indstillet til at åbne og derved aflaste trykket i ringkammeret 26, når trykket er nået op på den værdi, som er nødvendig for at løfte ventillegemet 19 og holde det løftet, indtil doseringspumpens levering afbrydes.

10 Dersom servoolietrykket i kammeret 26 alternativt blev tilvejebragt ved ventilstyret åbning af en forbindelse fra et oliereservoir med det fornødne tryk, ville begrænsningsventilen være unødvendig, idet tilstrømningen af olie fra reservoiret til kammeret 26 da ville 15 ophøre af sig selv, når ventillegemet 19 var løftet maksimalt til anslag mod trykbøsningen 16.

Pilotolien, som på kendt måde skal indsprøjtes i forbrændingskammeret 10 gennem dysehullerne 11 umiddelbart før eller samtidig med, at indblæsningen af gas 20 begynder, kan som indledningsvis nævnt leveres fra en doseringspumpe af Bosch-typen til forskruningen 6. Herfra strømmer olien gennem det hule fjederstyr 18 og en flugtende passage i en udluftningsglider 29 til et ringkammer 30 mellem glideren 29 og et centralt 25 trykrør 31. Trykrøret 31's nederste ende danner styr for den egentlige pilotolieventils ventillegeme 32, som fortil er udformet med en sædeflade, der samvirker med et ventilsæde omkring boringen 13 i bunden af spindelstyret 14.

30 I perioderne mellem pilotoliepumpens leveringer indtager udluftningsglideren 29 den viste stilling, hvor den under påvirkning af en relativt svag fjeder 34 spærrer oliens passage fremefter fra kammeret 30. I disse perioder kan der på kendt måde, som f.eks. beskre-35 vet i EP-A1-0 052 937, foregå en kontinuerlig cirkulation af olie ved forpumpetryk gennem oliepumpen frem til 7

DK 155757B

injektortilgangen. 6 og tilbage til forpumpens sugeside via en tværboring i fjederstyret 18, som spærres af glideren 29, når denne ved stigende olietryk løfter sig og frigiver oliens videre passage fra kammeret 30 til 5 et tilsvarende ringkammer 35 foran ventillegemet 32.

Når trykket heri overvinder forspændingskraften fra lukkefjederen 33, strømmer pilotolien videre til boringen 13 og ud gennem dysehullerne 11.

I fig. 2 og 3 ses også en tilgang 36 i hovedet 10 4, gennem hvilken der ved et passende tryk kan tilføres en egnet tætnings- og smøreolie, som gennem boringer i hovedet 4 og husdelen 3 fordeles til ventillegemet 19's indvendige og udvendige glideflader.

I fig. 4 er de komponenter, som funktionelt sva-15 rer til de i fig. 1-3 viste, forsynet med samme henvisningstal med tillæg af 100. Mellem de to udførelsesformer er der den konstruktive forskel, at pilotolieven-tilens ventillegerae 132 foran sin koniske sædeflade er forlænget med en rørformet glider 141, som har for-20 holdsvis tæt pasning i forstøveren 109, og som i den viste stilling, hvor de to koniske sædeflader ligger mod hinanden, spærrer dysehullerne 111. Gliderens indvendige hulrum 142 er i strømningsforbindelse med et på nedstrømssiden af de koniske sædeflader beliggende ring-25 kammer 143 via udsparinger 144 i glidervæggen.

Det vil ses, at tilføjelsen af glideren 141, som i lukkestillingen rager et lille stykke frem forbi dysehullerne 111, medfører, at disse huller under lukkebevægelsen bliver afspærret på et tidspunkt, da ventille-30 gemet 132 endnu ikke har lukket helt, således at der stadig er forbindelse mellem kamrene 143 og 135 og derfra videre bagud i retning mod oliepumpen. Afslutningen af olieindprøjtningen foregår derfor på et tidspunkt, da olietrykket er relativt højt, hvilket reduce-35 rer risikoen for uønsket efterdryp, foruden at den bagud

Claims (4)

1. Brændstofinjektor til en dieselmotor, der drives på gas, og af den art, som har et langstrakt hus (1, 3, 4) med en tilgang for gas under tryk (8) samt en 10 kanal mellem tilgangen og et eller flere dysehuller (12) i den mod motorcylinderens forbrændingskammer (10) vendende forreste ende af injektoren, hvilken gaskanal er styret af et med et sæde i injektorhuset samvirkende ventillegeme (19), der er påvirket i retning mod sædet 15 af en forspændt lukkefjeder (21) og i modsat retning af et periodisk påført servoolietryk, kendetegnet ved, at der i injektorhuset er udformet et kammer (22), som er i permanent strømningsforbindelse med gaskanalen, og som i aksial retning fremefter mod dysehullerne er 20 tætsluttende afgrænset af et forskydeligt aktiveringsstempel (24) i kraftoverførende forbindelse med ventillegemet (19).

2. Brændstofinjektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aktiveringsstemplet (24) er udfor- 25 met som en del af ventillegemets (19) mod brændstoftilgangen vendende bageste ende.

3. Brændstofinjektor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at lukkefjederen (21) er indbygget i kammeret (22) mellem en i huset fast væg 30 (23) og aktiveringsstemplets (24) mod brændstoftilgangen vendende bagside.

4. Brændstofinjektor ifølge krav 3, kende tegnet ved, at kammeret (22) er udformet i den del (3) af injektoren, som i monteret tilstand rager uden 35 for motorcylinderen.