DK177669B1 - Injektionsdyse til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer samt anvendelse heraf - Google Patents

Abstract

Der beskrives injektionsdyse til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer. Den er indrettet for fastgørelse i en cylindervæg med en dysestav forløbende gennem cylindervæggen og med en dyseåbning ved dysestavens indre ende. Dysestaven omfatter en cylindrisk ventilsædeboring med et forskydeligt ventillegeme, der har en cylindrisk tætningsflade, som samvirker med dysestavens cylindriske ventilsædeboring, hvilket ventillegeme er påvirket af en fjeder for en effektiv lukning af ventilen. Ventillegemet er dannet af en cylindrisk stang, der har en neddrejning i ventillegemets cylindriske tætningsflade. Neddrejningen er indrettet ved ventillegemets indre ende med en del af ventillegemets cylindriske tætningsflade på hver side af neddrejningen. Neddrejningen bliver forbundet med dyseåbningen ved ventillegemets fremadrettede forskydning imod virkningen fra fjederen.

Description

i DK 177669 B1

Injektionsdyse til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer samt anvendelse heraf

Opfindelsens område 5 Den foreliggende opfindelse angår en injektionsdyse til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer og indrettet med montagemidler for fastgørelse i en cylindervæg, med en dysestav forløbende gennem cylindervæggen, og med mindst en dyseåbning ved dysestavens indre ende, hvilken dysestav omfatter en ventil med en cylindrisk ventilsædeboring, hvori der er anbragt et forskydeligt ventillegeme, der har 10 en cylindrisk tætningsflade, som samvirker med dysestavens cylindriske ventilsædeboring, hvilket ventillegeme ved sin ydre ende har et forstørret hoved med en anlægsflade for en fjeder, der er anbragt omkring ventillegemet til etablering af en fjederbelastet lukning af ventilen, hvilken dysestav omfatter en trykoliepassage for tilførsel af trykolie til et trykkammer, hvori trykolien kan udøve en kraft på ventillegemet, så dette 15 forskydes mod virkningen fra fjederen for åbning af ventilen og etablering af en overtryksindsprøjtning af olie gennem dyseåbningen, indtil olietrykket sænkes, således at fjederen etablerer en effektiv lukning af ventilen. Opfindelsen angår tillige en anvendelse af en sådan injektionsdyse.

20 Opfindelsens baggrund

Opfindelsen angår især en injektionsdyse, der er beregnet til brug ved cylindersmøring af motorcylindre i store dieselmotorer, især skibsmotorer. I sådanne systemer kan injektionsdysen omfatte en doseringsenhed. Injektionsdysen i sådanne smøresystemer har tidligere været beregnet til indsendelse af en injektionsstråle i form af en olietåge-25 smøring. En beskrivelse af eksempler på denne teknik kendes for eksempel fra WO 00/28194, WO 02/35068 samt WO 04/038189, hvilke skrifter herved er inkorporeret ved reference.

En sådan injektionsdyse kan valgfrit omfatte en doseringsenhed eller være indrettet 30 som en injektionsdyse uden dosering i selve dysen. Udtrykket injektionsdyse dækker således et maskinelement, som strækker sig gennem cylindervæggen og forbinder en 2 DK 177669 B1 dyseåbning eller olieinjiceringsåbning ved en ende indeni cylinderen med olietilslutningsåbninger på en del udenfor cylindervæggen.

Der kendes flere eksempler på injektionsdyser af den indledningsvis nævnte type. In-5 jektionsdysen er forbundet med en forsyningskilde for olie, som under tryk sprøjtes ind i cylinderens indre på et givet tidspunkt, der er afstemt efter arbejdsslaget for et stempel i cylinderen.

Injektionsdyserne er placeret i et antal rundt langs omkredsen af en cylinder. Injekti-10 onsdyseme er almindeligvis placeret i radialt eller stort set radialt orienterede montagehuller i cylindervæggen og strækker sig gennem denne cylindervæg. Injektionsdy-seme er fastgjort til cylindervæggen via montagemidler, for eksempel gevind på selve ventilstammen, eller en montagebøsning, der er indskruet i skruehuller, som er dannet i cylindervæggen.

15

Injektionsdyserne er forsynet med en eller flere dyseåbninger, der er transversal i forhold til dysestaven, og som er rettet i en for det aktuelle montagehul ønsket retning for at tilvejebringe en smøring/spuling med en ønsket orientering inden i cylinderen.

20 Ovennævnte ventiler har som funktion, at dysens lukkeelement/ventillegeme bevæger sig bagud mod strømmen af den indførte olie.

Imidlertid kendes der også injektionsdyser, hvor ventillegemet bevæger sig fremad med strømmen af den indstrømmende olie. Dette er en fordel for indsprøjtningsdyser, 25 som anvendes til indsprøjtning af smøreolie under højt tryk, såkaldte SIP-ventiler. Fordelen ses i, at et stigende tryk i et indsprøjtningskammer ikke vil påvirke indsprøjtningsdysens lukkeevne på samme måde, som det er tilfældet i injektionsdyser, hvor nålen bevæger sig bagud, idet lukningen da er en balance mellem trykket i olien og fjedertrykket plus det tryk, som hersker i indsprøjtningsrummet. Ved stigende tryk i 30 cylinderen vil der være en risiko for, at injektionsdysen kan lække.

De injektionsdyser, som arbejder med en fremadrettet bevægelse med strømmen af olien, vil have ventillegemer med indre boringer for fremføring af olien til en position 3 DK 177669 B1 nær dyseåbningen for at reducere dødvolumenet, hvilket især er vigtigt, når der skal indsprøjtes små mængder olier, som skal forstøves ved indsprøjtningen.

De kendte injektionsdyser er således komplicerede på grund af dannelsen af indre ka-5 naler.

Endvidere er de kendte indsprøjtningsdyser ufordelagtige, da der kan være en blokering af ventillegemets frie bevægelighed. Dette problem er især set i forbindelse med injektionsdyser, hvor ventillegemet bevæger sig bagud mod oliestrømmen, men op-10 træder ligeledes i de kendte injektionsdyser, hvor ventillegemet bevæger sig fremad med strømmen af den fremførte olie. Problemet med fri bevægelighed er forårsaget af, at smøreolien kan indeholde relativt store partikler, der f.eks. introduceres i smøreolien som et led i produktion/lagring/transport af smøreolien. Disse partikler er i en størrelsesorden 6 - 1 Opm. Disse partikler kan i de kendte injektionsdyser aflejres mellem 15 ventillegemet og styr for ventillegemet og derved hindre ventillegemets fri bevægelighed.

Eksempler på kendte injektionsdyser til brændstof indsprøjtning, hvor ventillegemet bevæger sig fremad med strømmen for olien, kendes for eksempel fra GB 610,873 20 samt JP 59-90765.

Forskellen på injektionsdyser til cylindersmøring og brændstof indsprøjtning er hovedsalig at tryk, viskositet og doseringsmængder afviger markant. Således vil en injektionsdyse til cylindersmøring - i forhold til injektionsdyser til brændstof indsprøjtning 25 - levere væsentlig mindre mængder ved et væsentligt lavere tryk, sammenholdt med at olien har en markant højere viskositet. Disse forhold skal omsættes til et design, der er enkelt og robust.

Når der arbejdes med ventillegemer i form af nåle i nåleventiler, kan det i praksis være 30 vanskeligt at filtrere partikler ud af smøreolien med størrelse helt ned til den typiske spalteåbning, som anvendes i nåleventiler, nemlig 8-10μηη eller finere. Der anvendes typisk centralfiltre for hele smøresystemet, da cylinderlokale filtre vil være vanskelige at placere og vedligeholde. Der er typisk intet problem med at filtrere olien lokalt eller 4 DK 177669 B1 centralt med et filter, der frafiltrerer partikler større end 0,01 mm. Typisk har man i praksis erfaring for, at der kan anvendes et centralt filter med maskestørrelse på 0,025 mm eller større. En sådan filtrering er tilstrækkelig til at sikre, at der ikke sker tilstopning af dyseåbningeme i de enkelte injektionsdyser. For at forhindre eventuel uren olie 5 i at blokere eller sætte sig fast i spalten mellem ventillegemet og ventillegemestyret, er der behov for en stor spalte. Imidlertid stiller dette krav til ventillegemet, da større spalter vil gøre et sådant ventillegeme uegnet til brug.

Injektionsdyser ifølge den foreliggende opfindelse kan benyttes til indsprøjtning af 10 cylindersmøreolie som en kompakt jet eller med en forstøvning af den indsprøjtede olie. Typisk vil injektionsdysen være indrettet for at operere med tryk mellem 25 og 70 bar, typisk på 40 bar eller derover. Som nævnt ovenfor er trykket ved injektorer til brændstof væsentlig højere - typisk 500-1000 bar.

15 Der er tillige et ønske om, at systemer til olieinjicering kan fremstilles med mere enkel rørføring mellem smøreapparat og injektionsdyser. Dette kan for eksempel ske ved at seriekoble injektionsdyseme. Men dette er traditionelle injektionsdyser ikke egnede til.

På traditionelle injektionsdyser påvirker den tryksatte olie et relativ lille ringareal og 20 samtidig anvendes relativ lange ventilstyr, hvor man har en lille spalte på op til 0,01 mm. Hertil kommer at ventilsædets kvalitet hvad angår bredde og overflade betyder meget for, hvilke kræfter ventilnålen påvirkes med ved givne tryk-forhold. Dette betyder, at crack-pres sure kan blive meget uensartet. Crack-pres sure angiver trykket, hvor ventillegemet begynder at flytte sig, og crack-pres sure vil primært afhænge af friktion 25 og vedhæftning mellem ventillegeme og ventilhus.

I de kendte injektionsdyser betyder det, at den kraft - og dermed det tryk - der skal til for at løfte ventillegemer, kan variere meget imellem de individuelle injektionsdyser og også over tid for én injektionsdyse. Dette har bevirket, at de kendte injektionsdyser 30 ikke har været egnet til seriekobling.

5 DK 177669 B1

Opfindelsens formål

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise en injektionsdyse af den indledningsvis nævnte type, som har en teknisk enkel konstruktion med en afspærring af olietilførslen til dyseåbningerne, som sikrer et lille dødvolumen, og som er mod-5 standsdygtig mod blokering af ventillegemets frie bevægelighed. Endvidere ønskes det at anvise en injektionsdyse uden et ventilsæde, således at funktionen af injektionsdysen ikke kan påvirkes af beskadigede/slidte ventilsæder. Endelig ønskes det også at anvise en anvendelse i et system med seriekobling af injektionsdyseme.

10 Beskrivelse af opfindelsen

Dette opnås ifølge den foreliggende opfindelse med en injektionsdyse af den indledningsvis nævnte type, som er særpræget ved, at ventillegemet er dannet af en cylindrisk stang, der har en neddrejning i ventillegemets cylindriske tætningsflade, at ned-drejningen er indrettet ved ventillegemets indre ende med en del af ventillegemets 15 cylindriske tætningsflade på hver side af neddrejningen og for at blive forbundet med dyseåbningen ved ventillegemets fremadrettede forskydning imod virkningen fra fjederen, at dysestavens trykkammer er dannet af en trykkammerboring med større diameter end ventilsædeboringen for dannelse af et trykkammer, hvori fjederen er placeret, og at trykkammeret via en trykoliefremføringskanal er forbundet med neddrejnin-20 gen i ventillegemet.

I nærværende patentansøgning anvendes udtrykket ’’neddrejning” for en rundtgående ventillegeme udsparing, men der er ikke nødvendigvis tale om en udsparing, som er fremkommet ved en spåntagende drejning. Udsparing kan være dannet i ventillegemet 25 på anden måde, for eksempel ved at fremstille ventillegemet af flere delelementer med forskelligt tværsnit.

Idet ventillegemet er dannet af en cylindrisk stang, opnås på enkel vis en tæt pasning til ventilsædeboringen, som tillader, at ventillegemet glider frem og tilbage under ind-30 flydelse fra kraften fra olietrykket henholdsvis kraften fra fjederen. Neddrejningen i ventillegemet danner sammen med ventilsædeboringen et rundtgående kammer.

6 DK 177669 B1

Trykkammeret er dannet af en større boring end ventilsædeboringen, således at ventillegemet og den derom anbragte fjeder er indeholdt i trykkammeret. Trykolie, der fremføres fra et reservoir eller pumpe, vil således have et stort kammer, hvor der sker trykopbygning inden i injektionsdysen. Fjederen vil inden opstart holde ventillegemet mod 5 et stop. Der behøver ikke i dette stop at være et ventilsæde, som samvirker med en tætningsflade på ventillegemet for at hindre olie i at trænge ind i trykkammeret, idet tætning af injektionsdyse etableres via de cylindriske flader på ventillegemet og ventilsædeboringen. Når der ved opstart er dannet tilstrækkeligt stort tryk til at overvinde kraften fra fjederen, som holdes mod et stop, vil ventillegemet forskydes fremefter.

10 Herved fyldes trykkammeret med smøreolie, og trykoliefremføringskanalen åbnes. Under drift vil trykkammeret være fyldt med olie og behøves således kun at blive fyldt ved opstart.

Da trykoliefremføringskanalen forbinder trykkammeret med neddrejningen i ventille-15 gemets indre ende, vil olien føres frem til et rundtgående kammer, som forskydes i ventilsædeboringen. Neddrejningen kan være fremstillet med en bund og to sidevægge, andre kantede faconer eller have afrundet form. Det vigtigste er, at der er en veldefineret forrest kant mellem neddrejningen og ventillegemets cylindriske tætningsflade.

Når den forreste kant af neddrejningen bringes i kontakt med en eller flere dyseåbnin-20 ger, som er anbragt i dysestavens væg ved dysestavens indre ende, kan trykolien indsprøjtes direkte gennem dyseåbningen. Der optræder således ikke noget dødvolumen mellem den tryksatte olie i det af neddrejningen dannede rundtgående kammer og dyseåbningen bortset fra den lille mængde olie, som eventuelt kan befinde sig i den boring gennem dysestavens væg, som forbinder det af neddrejningen dannede kammer 25 med dyseåbningens udmunding i cylinderen.. Når injektionsdysen aktiverer indsprøjtning, vil der således herske et maksimalt tryk allerede fra begyndelsen af olieindsprøjtningen.

Når den doserede smøreolie er leveret ud gennem dyseåbningen eller dyseåbningeme, 30 falder trykket over ventillegemet. Når trykket bliver så lavt, at fjederen ikke længere kan holde ventillegemet tilbage, vil ventillegemet af fjederkraften føres tilbage, således at dyseåbningen igen afspærres af den del af ventillegemets cylindriske tætnings-flade, som befinder sig foran neddrejningen, således at dyseåbningen ikke længere er i 7 DK 177669 B1 kontakt med neddrejningen. Ventillegemet vil af fjederen, der påvirker det forstørrede hoveds anlægsflade, føres tilbage mod stoppet. Der er ikke her behov for, at ventillegemet føres helt tilbage til anlæg mod stoppet, idet der under drift kan optræde en dynamisk ligevægt mellem kræfterne fra fjederen og olietrykket, således at ventillegemet 5 blot forskydes frem og tilbage for skiftevis at bringe neddrejning i kontakt med dyse-åbningerne og at bryde denne kontakt.

Således vil der ved fornyet tilførsel af trykolie til trykkammeret igen udøves en kraft på ventillegemet, så dette forskydes fremefter, samtidig med at trykolie strømmer forbi 10 ventillegemets hoved og ind i kammeret, hvori fjederen er placeret, uden om ventillegemet og ind i trykoliefremføringskanalen og videre frem til det af neddrejningen dannede rundtgående kammer.

Herefter kan en fornyet olieindsprøjtning ske, således som beskrevet ovenfor.

15

Oliefremføringskanalen kan være dannet på forskellig vis.

Ifølge en første udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at ventillegemet har mindst en affaset side for sammen med ventilsædeboringen at danne trykoliefremfø-20 ringskanalen.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at dysestaven har mindst en boring som forbinder trykkammeret med neddrejningen. Herved er trykoliefremføringskanalen dannet i dysestavens væg.

25

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at dysestaven i den cylindriske ventilsædeboring har mindst en langsgående rille, som forbinder trykkammeret med neddrejningen.

30 Smøreolien til injektionsdysen kan leveres fra et smøreapparat, for eksempel af den type, som er beskrevet i WO 02/095196 eller WO 2008/009291, hvis indhold herved er inkorporeret ved reference. Smøreolien leveres til injektionsdysen via forskruninger eller lignende, som er forbundet med trykoliepas sagen, som sikrer tilførsel af olie til 8 DK 177669 B1 trykkammeret, hvor olien udøver sin kraft på ventillegemet for åbning af ventilen, og indsprøjtning af smøreolie, når fjederkraften er overvundet.

Med en injektionsdyse, hvor oliefremføringskanalen for trykolien dannes mellem affa-5 sede sider på ventillegemet og ventilsædeboringen, opnås en mere enkel konstruktion end konstruktioner, som forsynes med indvendige boringer i ventillegemet. Endvidere vil fremføringen af olien i en således dannet fremføringskanal ikke give anledning til risiko for, at ventillegemets fri bevægelighed i ventilsædeboringen bliver blokeret. De samme fordele opnås ved de andre måder til at fremstille oliefremføringskanalen.

10 I en særlig udførelsesform for opfindelsen vil stoppet være et ringformet element, der har en central åbning for oliens gennemstrømning. Det ringformede element vil udgøre et stop for ventillegemets vandring under indflydelse fra fjederen, hvis der opereres med olietryk, der resulterer i en kraft, som er mindre end den kraft, hvormed fjederen 15 er forspændt. Afhængig af stoppets længde vil forspændingen af fjederen variere og dermed også det tryk, der er mellem leveringer fra injektionsdysen. På denne måde kan trykket i olien varieres, hvilket bl.a. kan ændre form og tæthed i den leverede olie, når den forlader dyseåbningen i injektionsdysen. Højere tryk vil typisk give en bed-re/finere forstøvning af smøreolien. Det foretrækkes, at dette stop forsynes med ge-20 vind, således at det indskrues med justerbar position i dysestaven.

I opfindelsen er der anvendt begreberne indre og ydre ende. Dette refererer til den ende af dysestaven henholdsvis ventillegemet, som befinder sig nærmest mod det indre af den cylinder, som skal smøres, medens ydre henviser til den ende af cylinderstaven 25 henholdsvis ventillegemet, som befinder sig længst væk fra det indre af den cylinder, som skal smøres. Ved udtrykket ’’fremefter” refereres til ventillegemets forskydning mod det indre af cylinderen.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at dysestaven 30 tillige omfatter en returoliepassage for bortledning af eventuel lækolie. Når injektionsdysen er lukket ved sin indre ende, vil der være et hulrum mellem ventilstaven og den inderste ende af ventillegemet. Det vil være nødvendigt at ventilere dette rum, således at overskydende olie kan ledes tilbage til smøreapparatet eller et oliereservoir via et 9 DK 177669 B1 returrør. En sådan ventilering af rummet foran ventilelementet kan fortrinsvis være tilvejebragt ved at gennembore ventilelementet.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at ventilsædebo-5 ringen er åben i enden, således at eventuel lækolie kan bortledes via den åbne ende. I denne udførelsesform vil den åbne ende af injektionsdysen udmunde i det indre af cylinderen. Herved vil eventuel lækolie ikke skulle returneres. Lækolien vil kunne bortledes ind i cylinderen og vil da bidrage til cylinderens smøring. Denne udførelsesform er særlig fordelagtig, da injektionsdysen kan fremstilles uden behov for returrør.

10 Dette giver en teknisk mere enkel konstruktion med færre dele og mere ukompliceret bearbejdning end den lukkede injektionsdyse.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at ventillegemet har to modstående affasede sider. Ved denne udførelsesform vil der dannes to separate 15 trykoliefremføringskanaler langs ventillegemet. Herved kan der opnås en meget hurtig og ensartet fordeling af olien i det kammer, som er dannet ved neddrejningen. Alternativt kan ventillegemet være forsynet med flere affasede sider.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at ventillege-20 mets affasede sider strækker sig ind i ventilens kammer, hvori fjederen er placeret.

Ved denne udførelsesform sikres det, at den trykoliefremføringskanal, som er dannet ved de affasede sider, har en sikker forbindelse med kammeret, hvori fjederen er placeret, således at trykolien på sikker vis kan føres gennem fjeder-kammeret og ind i kanalerne langs ventillegemet.

25

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at ventillegemets anlægsflade er plan eller sfærisk. Ventillegemets anlægsflade kan have forskellige former. Imidlertid foretrækkes det, at anlægsfladen er plan eller sfærisk og samvirker med et modsvarende ventilsæde. Med disse udformninger for anlægsfladen og 30 ventilsædet vil risikoen for blokering være minimal, således at driftssikkerheden for injektionsdysen er optimal.

10 DK 177669 B1

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at der er tilvejebragt et stop for begrænsning af ventillegemets forskydning. Ved at tilvejebringe et stop for begrænsning af ventillegemets forskydning bliver det muligt at foretage en mere præcis indstilling af den dosering, som gives ved hver enkel injektion. Der kan 5 være tilvejebragt et stop for begrænsning af ventillegemets forskydning fremefter ved påvirkning af oliens tryk, ligesom der også kan være tilvejebragt et stop for begrænsning af ventillegemets forskydning bagud under indflydelse fra fjederens tryk.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at der er tilveje-10 bragt en møtrik til forspænding af fjederen. Ved at kunne lave variabel forspænding af fjederen er det muligt at tilpasse injektionsdysen til forskellige åbningstryk. Herved bliver det muligt at opnå en præcis styring af det olieindsprøjtningstryk, som injektionsdysen opererer med.

15 Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at der er tilvejebragt flere dyseåbninger, og at disse fortrinsvis er placeret med forskellig orientering i forhold til en midtakse gennem dysestaven. Ved at forsyne injektionsdysen med flere dyseåbninger, der er orienteret forskelligt, vil det være muligt at indsprøjte smøreolien, således at den er mere jævnt fordelt og dækker et ringformet område på cylindervæg-20 gen, ligesom det også er muligt at justere højden på dette ringformede område.

Ifølge en yderligere udførelsesform er injektionsdysen særpræget ved, at dyseåbnin-geme har forskellig form. Ved at variere dyseåbningemes form er det muligt at regulere oliens udstrækning på cylindervæggen. Det er således muligt at operere med større 25 og mindre dyseåbninger, således at det herved bliver muligt at påvirke afstanden mellem dysemundingen og det område på cylindervæggen, hvor den indsprøjtede olie rammer.

Ifølge et yderligere aspekt ved opfindelsen er der beskrevet en anvendelse af en injek-30 tionsdyse ifølge opfindelsen i et system til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer og indrettet med injektionsdyseme, som er monteret i en cylindervæg, et smøreapparat med mindst en pumpeenhed, forbindelsesrør til forbin- 11 DK 177669 B1 delse af smøreapparatet med injektionsdyseme. Denne anvendelse er særpræget ved, at injektionsdyseme er seriekoblede og er forsynet med smøreolie fra én pumpeenhed.

Dette system er muligt, da konstruktionen af injektionsdyseme vil sikre en mere ensar-5 tet fordeling af smøreolie, når en doseringskilde i form af en pumpeenhed tilkobles flere injektionsdyser. Dette skyldes, at forsyningstrykket i smøreolien påvirker kerne-arealet, således at kraften, der flytter ventillegemet fremad, er væsentligt større (i forhold til en traditionel injektionsdyse med et styr og et ventilsæde). Herved opnås en sikkerhed for samtidig flytning af ventillegememe i de seriekoblede injektionsdyser.

10

Ved at seriekoble injektionsdyseme og lade dem forsyne af samme pumpeenhed i et smøreapparat, kan rørtrækning forenkles betragteligt.

Med en injektionsdyse ifølge opfindelsen vil den kraft - og dermed det tryk - der skal 15 til for at løfte alle ventillegemer være meget ensartet på grund af det lille dødvolumen og konstruktion uden ventilsæde og ventilstyr. Sammenfattende kan fordele ved nærværende opfindelse siges af omfatte: - forenklet design af injektionsdyse, - forenklet behov for vedligeholdelse, 20 - en robust og fleksibel injektionsdyse, - mere ensartet forstøvning, - mere ensartet crack-pres sure imellem forskellige injektionsdyser, hvilket ved seriekobling af flere injektionsdyser til en doseringskilde resulterer i en mere ensartet dosering imellem de forskellige injektionsdyser, 25 - mulighed for optimering af indsprøjtningstryk, - mulighed for individuel indstilling af injektionsdyser, når der anvendes flere injektionsdyser ved anvendelse af individuelle stop i de enkelt injektionsdyser i et system, -en eliminering af dødvolumen mellem dyseåbning og injektionsdysens lukkeelement, minimal risiko for blokering af ventillegemets frie bevægelighed samt 30 - en eliminering af en typisk slidkomponent for spray/stråle injektorer, da injektions dysen ikke har noget ventilsæde, der kan slides eller beskadiges.

12 DK 177669 B1

Tegningsbeskrivelse

Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 illustrerer en første udførelsesform for en injektionsdyse ifølge opfindelsen, 5 omfattende en dysestav med en ventilsædeboring og et deri forskydeligt ven tillegeme, og hvor smøreolie ledes frem til neddrejning i ventillegemet via kanaler dannet af affasede sider på ventillegemet, og hvor eventuel lækolie ledes ind i cylinderen, fig. 2 er et udsnit af den i fig. 1 viste injektionsdyse, hvor der fokuseres på den for-10 reste del af injektionsdysen, fig. 3 illustrerer en alternativ udførelsesform for injektionsdysen, hvor smøreolien ledes frem til neddrejningen via kanaler i dysestaven, fig. 4 illustrerer en alternativ udførelsesform for injektionsdysen, hvor smøreolien ledes frem til neddrejningen via udsparinger i ventilsædeboringen, 15 fig. 5 illustrerer en anden udførelsesform for en injektionsdyse ifølge opfindelsen, hvor eventuel lækolie ledes retur til oliereservoir, fig. 6 viser et partielt snitbillede gennem en injektionsdyse med justerbart stop for ventillegemet, fig. 7-9 skematiske billeder til illustration af en injektionsdyse ifølge opfindelsen, 20 fig. 10 viser en kurve til illustration af trykforhold i en injektor ifølge opfindelsen, fig. 11 viser et skematisk billede af et smøreoliesystem, hvori der anvendes parallelt koblede injektionsdyser ifølge opfindelsen, og fig. 12 viser et billede svarende til fig. 11 men til illustration af et smøreoliesystem med seriekoblede injektionsdyser.

25

Detaljeret beskrivelse af opfindelsen

Fig. 1 viser en udførelsesform af injektionsdysen, hvor at eventuel lækolie ledes ind i cylinderen. Injektionsdysen omfatter en dysestav, som er opdelt i en indre del 1, som indeholder et ventillegeme 3 og en ydre del, der strækker sig gennem en cylindervæg 30 102 (se figur 11), og som er dannet af et inderrør 5 og et yderrør 6. Alternativt kan dysestaven være fremstillet i et stykke.

13 DK 177669 B1 På figur 1 ses følgende komponenter: 101 - Injektionsdyse 1 - Dysestav 2 - Fjeder 5 3 - Ventillegeme 3a, 3b - Cylindrisk tætningsflade på ventillegeme 4 - Stop for ventillegeme 4a - passage gennem stoppet 4 5 - Inderrør 10 6 - Yderrør 7 - Monteringsflange 8 - Olieforsyningsflange 9 - Skruer til fastgørelse af olieforsyningsflange 10 - Gevindhul for olietilførselsforskruning 15 11 - Hoved på ventillegemet 3 20 - Affasede sider af ventillegeme for at danne en trykoliefremføringskanal 21 - Ventilsædeboring som samvirker med ventillegemets tætningsflader 3a, 3b 20a - Trykoliefremføringskanaler dannet af de affasede sider 20 og ventilsædeboringen 21 20 22 - Hulrum for reciprokerende ventillegemets inderste ende o 22a - Åbning fra hulrum ind i cylinder 23 - Neddrejning til oliefremførelse 24 - Kant/Overgang mellem tætningsflade og neddrejning 25 - Dyseåbning 25 26 - Kanal for tilførsel af smøreolie til trykkammer 27 - Trykkammer 28 - Rundtgående kammer dannet af neddrejningen 23 og ventilsædeboringen 21 29 - En eller flere spray(s)/stråle(r)(igennem et eller flere dyseåbninger) 30 Injektionsdysen 101 fungerer ved, at der leveres en dosis tryksat smøreolie igennem forskruningen 10 og videre ned i kanalen 26 og trykkammeret 27. Der sker en trykopbygning i kanalen 26 og i trykkammeret 27, idet ventilsædeboringen 21 virker som en tætningsflade, der samvirker med ventillegemets tætningsflader 3a og 3b. Forskydning 14 DK 177669 B1 af ventillegemet 3 sker først, når trykket i smøreolien udøver en kraft, som er stor nok til at overvinde kraften fra fjederen 2. Herved vil hovedet 11 forlade stoppet 4, således at olien strømmer ind i trykkammeret 27. Olien strømmer ligeledes gennem trykolie-fremføringskanalerne 20a.

5

Samvirkningen mellem tætningsflademe og ventilsædeboringen sikrer, at den tryksatte olie først kan leveres ud igennem dyseåbningen 25, når ventillegemet 3 er presset så langt til højre i figur 1, at den forreste kant 24 af neddrejningen 23 passerer dyseåbningen 25, således at der skabes forbindelse mellem det rundtgående kammer 28 og 10 dyseåbningen 25.

Efter den første fyldning af kanalen 26, trykkammeret 27 og trykoliefremføringskana-lerne 20a med olie kan der etableres trykforhold, så hovedet 11 ikke føres så langt tilbage, at der etableres anlæg mod stoppet mellem hver efterfølgende olieindsprøjtning.

15

Fig. 2 viser den forreste del af den i figur 1 viste injektionsdyse 101. I denne udførelsesform vil eventuel lækolie ledes ind i selve cylinderen, idet tryksat smøreolie, som eventuelt passerer forbi tætningsfladen 3b og ind i hulrummet 22, vil strømme ud af åbningen 22a.

20

Funktionsmåden som følger: a) Tryksat smøreolie ledes via forskruningen 10 til kanalen 26.

25 b) Smøreolien ledes igennem passagen 4a i stoppet 4 og ind i trykkammeret 27 forbi fjederen 2. Via de to trykoliefremføringskanaler 20a ledes den tryksatte olie ned det rundtgående kammer 28.

c) Den tryksatte olie virker på ventillegemet 3’s aktive areal, som er forskellen mellem 30 det største areal af ventillegemet minus ventillegemets kemeareal. Kemearealet er defineret ved diameteren af neddrejningen 23.

15 DK 177669 B1 d) Når kraften der udøves af trykket i smøreolien er tilstrækkelig stor til at overvinde kraften fra fjederen 2, presses ventillegemet 3 mod højre.

e) Når ventillegemet 3 er forskudt tilstrækkelig til højre - således at den forreste kant 5 24 af neddrejningen 23 er lige ud for dyseåbningen 25, kan den tryksatte olie frit leve res ud gennem dyseåbningen. Der vil ikke optræde dødvolumen mellem det rundtgå-ende kammer og dyseåbningen. Trykket i det rundtgående kammer 28 vil således opretholdes i smøreolien, når denne leveres gennem dyseåbningen 25.

10 Injektionsdysen fødes typisk med olie ved et tryk på 30-70 bar, hvilket også er det tryk ventilen åbnes med. Åbningstrykket af denne injektionsdyse er bestemt af sammenspændingen af fjederen 2. I den viste udførelsesform er denne sammenspænding af fjederen 2 ikke justerbar, men givet af fjederkarakteristikken og geometrien af stoppet 4 og dysestaven 1. Disse to bestemmer hvor stor kraft der skal til for, at fjederen 2 kan 15 sammenpresses nok til, at der bliver åbnet for smøreoliens passage fra det rundtgående kammer 28 til dyseåbningen 25.

Hver injektionsdyse 101 kan have en eller flere dyseåbninger 25.

20 Fig. 3 er et billede svarende til figur 2 men til illustration af en anden udførelsesform for en injektionsdyse 101a. Denne udførelsesform adskiller sig fra den ovenfor forklarede ved en anden udformning af trykoliefremføringskanaleme 62. Den tryksatte smøreolie fremføres til det rundtgående kammer 28 fra trykkammeret 27 omkring ventillegemet 61 og fjederen 2 via trykoliefremføringskanaleme 62, der er dannet som borin-25 ger i dysestavens væg. Herved kan man undlade affasningeme 20 i ventillegemet 3.1 denne udførelsesform er ventillegemet 3’s hoved 11a cylindrisk med flad endeflade til anlæg mod stoppet 4 (ikke vist i figur 3).

De øvrige elementer og funktion vil være som beskrevet for den i figur 1 og 2 viste 30 injektionsdyse.

Fig. 4 er et billede svarende til figur 2 og 3 men til illustration af en tredje udførelsesform for en injektionsdyse 101b. Denne udførelsesform adskiller sig fra de ovenfor 16 DK 177669 B1 forklarede ved en anden udformning af trykoliefremføringskanaleme 66, som her er dannet ved, at dysestaven 1 i den cylindriske ventilsædeboring 21 har mindst en langsgående rille 67, som sammen med ventillegemets cylindriske tætningsflade 3a danner trykoliefremføringskanaler 66, som forbinder trykkammeret 27 med det rundtgående 5 kammer 28.

Fig. 5 viser en fjerde udførelsesform for en injektionsdyse 101c. I denne udførelsesform vil en dosis tryksat smøreolie leveres igennem forskruningen 10 og videre ind i kanalen 26 og trykkammeret 27. Ventillegemet 3 presses i retning mod dyseåbningen 10 25, når kraften i olietrykket er stort nok til at overvinde kraften fra fjederen 2. Denne del af injektionsdysen fungerer på samme måde, som den i figur la og lb viste injektionsdyse.

Forskellen til den første udførelsesform er at denne injektionsdyse ikke leder eventuel 15 lækolie fra tætningsfladen 21 ind i cylinderen, men i stedet opsamler denne lækolie i et hulrum 45, der er dannet foran ventillegemet 3, idet hulrummet er lukket i enden.

Fra hulrummet 45 ledes lækolien igennem ventillegemet 41 via åbningen 44 og igennem kanalerne 43 og 42. Herfra ledes olien via en eller flere kanaler 40 ud igennem siden på dysestaven 1. Hulrum/kanaler 39 og 38 sikrer, at lækolien kan ledes til injek-20 tionsdysens hoved. Fra kanalen 38 ledes olien til et hulrum 36 og igennem en passage 37 ind til et neddrejning/hulrum 35 omkring et indre separatorelement 46 (der adskil -ler tryksat olie og lækolie). Herfra ledes olien igennem en passage 34 i et ydre separatorelement 47 til afgangsforskruning 31 for lækolie via kanalerne 33 og 32.

25 Fig. 6 viser en femte udførelsesform for injektionsdysen lOld. I denne udførelsesform er åbningstrykket for injektionsdysen justerbart. Dysestaven 1 og stoppet 4 er udformet efter samme princip som de tilsvarende elementer i udførelsesformerne med ’’fast” foruddefineret åbningstryk. Men i denne udførelsesform kan fjederen 2’s sammenpresning justeres trinløst ved, at ventillegemet 51 har et gevind 51a i den ene ende. En 30 justeringsmøtrik 50 kan skrues på dette gevind. Herved kan fjedersammenpresningen ændres ved indstilling/rotation af justeringsmøtrikken 50. Herved opnås en udførelsesform, der muliggør en ensartethed i fjedersammenpresningen, uden at der er behov for at anvende meget fine tolerancer (under 5/100 mm) på de involverede komponenter.

17 DK 177669 B1

Samtidig er denne udførelsesform også fordelagtig ved, at der ikke er behov for at stille meget store krav til fjederen.

Fig. 7, 8 og 9 viser injektionsdysens væsentligste funktionspositioner.

5

Fig. 9 viser injektionsdysen med smøreolien 52 i trykløs tilstand. Ventillegemet 3 er placeret fjernest fra dyseåbningen 25 under indvirkning af kraften fra fjederen 2. I denne position er tætningsfladen 23 ikke i kontakt med dyseåbningen 25.1 denne position hviler ventillegemet 3 imod stoppet 4.

10

Fig. 8 viser injektoren med tryksat smøreolien 52, men i hvileposition - i hvilken den forbliver indtil smøreolietrykket har en størrelse, der kan overvinde fjederkraften. I denne position er den forreste kant 24 på neddrejningen 23 placeret således, at der ikke er passage mellem dyseåbningen 25 til det rundtgående kammer 28. Smøreolien er 15 stillestående. Der kan dog optræde en mindre læk over tætningsfladen 21.

Fig. 7 viser injektionsdysen med tryksat smøreolie 52, hvor trykket i smøreolien har et niveau, der har overvundet fjederkraften. I denne position strømmer tryksat smøreolie fra det rundtgående kammer 28 ud gennem dyseåbningen 25. I denne position er der 20 kun begrænset risiko for læk, da olien hovedsagelig vil passere igennem dyseåbningen 25. Herfra vil smøreolien leveres i enten forstøvet eller stråle-form, hvilket er afhængigt af dysegeometri, viskositet, flowforhold, tryk osv.

Fig. 10 er en kurve, som viser et eksempel på, hvordan smøreolietrykket variere under 25 en injektion med en injektionsdyse ifølge den foreliggende opfindelse. På figuren er der et område HP, der kaldes ’’holding pressure”. Det svarer til injektionsdysens position i figur 8, hvor olien er tryksat, men hvor der ikke leveres noget smøreolie ud igennem dyseåbningen 25. Her kan det ses, at der er en vis lækage af smøreolie, indtil der doseres en tryksat smøreoliemængde, når der åbnes for levering af tryksat smøre-30 olie gennem dyseåbningen. Således kan der afhængigt af udformning af injektionsdysen optræde en lille og marginal lækage af smøreolie, som kan resultere i et tryktab mellem efterfølgende aktiveringer og således et trykfald mellem aktiveringerne. På kurven kan dette ses ved, at der optræder en trykstigning fra ca. 40 bar til 52 bar. Dette DK 177669 B1 18 stykke af trykkurven svarer til injektionsdysens position i figur 7, hvor tryksat smøreolie leveres direkte ud gennem dyseåbningen 25.

Fig. 11 viser et traditionelt system med et antal parallelt koblede injektionsdyser 101 5 anbragt i en cylindervæg 102. Injektionsdyseme 101 er monteret i montagehuller 127, der i denne udførelsesform er orienteret radialt i cylindervæggen.

Injektionsdyserne 101 er via hydraulikrør eller via fleksible olieslanger 103’ forbundet med et smøreapparat 104’, der indeholder individuelle pumpeenheder for hver injekti-10 onsdyse 101, og som er forbundet med en olietank 105.

Hver injektionsdyse 101 har ved sin ene ende en dyseåbning 106, der er placeret i cylindervæggen, umiddelbart indenfor cylindervæggen 102's indre overflade. Gennem dyseåbningen 106 forstøves/forstråles olien, når trykket i olierøret 103’ når et forudbe-15 stemt niveau.

Injektionsdyserne er ved de udenfor cylindervæggen 102 tilvejebragte dele forbundet med hydraulikrør eller med fleksible returslanger/rør 107 til olie, der kan føres tilbage til olietanken 105.

20

Injektionsdyserne udsender en i forhold til ventilstammen transversal olietåge eller injektionsstråle 108, som vil dække et område 109 af cylindervæggen mod hvilket denne olietåge/olieleverance er rettet.

25 Som smøreapparat 104’ kan der anvendes forskellige pumpeapparater - både konventionelle smøreapparater, der drives af motorens kædetræk, men også hydrauliske smøreapparater, der er elektrisk styrede, kan anvendes. Smøreapparatets pumpeenheder skal kunne dosere og tryksætte på en måde, så olietrykket overvinder kraften fra den i injektionsdysen indbyggede fjeder.

I figur 11 er der vist en udførelsesform, hvor hver injektionsdyse 101 fødes via hvert sit olierør 103’ af individuelle pumpeenheder i et smøreapparat 104’. Således vil et smøreapparat 104’ have flere pumpeenheder, der hver for sig forsyner én injektionsdy- 30 19 DK 177669 B1 se 101, typisk vil der i større motorer være et system hvor injektionsdyser i en cylinder smøres af ét smøreapparat 104’.

Fig. 12 viser et smøreoliesystem med et antal seriekoblede injektionsdyser 101 anbragt 5 i en cylindervæg 102. I dette system har man seriekoblet injektionsdyseme 101 og ladet dem forsyne af én pumpeenhed i et smøreapparat 104, hvorved rørtrækning forenkles betragteligt. Således anvendes der kun et olierør 103 til fremføring af olie til injektionsdyseme 101. Injektionsdyserne 101 er i lighed med det i fig. 11 viste system forbundet med hydraulikrør eller med fleksible returslanger/rør 107 til olie, der kan 10 føres tilbage til olietanken 105.

I dette system skal man omhyggeligt indstille leveringstrykket ens for de tilkoblede injektionsdyser 101, idet leveringsmængderne ellers kan blive alt for forskellige. Andre forhold betyder også meget for variationen af leveringsmængdeme (rørtrækning, 15 rørlængde, osv.), men især leveringstrykket er altså det væsentligste forhold herfor.

Injektionsdyserne har heller ikke noget ventilsæde, sådan som de kendes fra traditionelle indsprøjtningsdyser, der kan ændre karakter over tid på grund af påvirkning fra slid/smuds/osv. Dette er parametre, som vil påvirke åbneforhold for injektionsdysens 20 ventil. Dette medfører, at en injektionsdyse ifølge den foreliggende opfindelse vil have mere ensartede, driftsikre, robuste og kontinuerlige (over tid) injektionsmængder.

Claims (13)

20 DK 177669 B1

1. Injektionsdyse (101) til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer og indrettet med montagemidler for fastgørelse i en cylindervæg (102), med en dysestav (1) forløbende gennem cylindervæggen, og med mindst en dyseåbning 5 (25) ved dysestavens indre ende, hvilken dysestav (1) omfatter en ventil med en cylin drisk ventilsædeboring (21), hvori der er anbragt et forskydeligt ventillegeme (3), der har en cylindrisk tætningsflade (3a,3b), som samvirker med dysestavens cylindriske ventilsædeboring (21), hvilket ventillegeme (3) ved sin ydre ende har et forstørret hoved (11) med en anlægsflade for en fjeder (2), der er anbragt omkring ventillegemet 10 (3) til etablering af en fjederbelastet lukning af ventilen, hvilken dysestav (1) omfatter en trykoliepassage (26) for tilførsel af trykolie til et trykkammer (27), hvori trykolien kan udøve en kraft på ventillegemet (3), så dette forskydes mod virkningen fra fjederen (2) for åbning af ventilen og etablering af en overtryksindsprøjtning af olie gennem dyseåbningen (25), indtil olietrykket sænkes, således at fjederen (2) etablerer en effek-15 tiv lukning af ventilen, kendetegnet ved, at ventillegemet (3) er dannet af en cylindrisk stang, der har en neddrejning (23) i ventillegemets cylindriske tætningsflade (3a,3b), at neddrejningen (23) er indrettet ved ventillegemets (3) indre ende med en del af ventillegemets cylindriske tætningsflade (3a,3b) på hver side af neddrejningen (23) og for at blive forbundet med dyseåbningen (25) ved ventillegemets (3) fremad-20 rettede forskydning imod virkningen fra fjederen (2), at dysestavens trykkammer (27) er dannet af en trykkammerboring med større diameter end ventilsædeboringen (21) for dannelse af et trykkammer (27), hvori fjederen (2) er placeret, og at trykkammeret (27) via en trykoliefremføringskanal (20a,62,67) er forbundet med neddrejningen (23) i ventillegemet (3). 25

2. Injektionsdyse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventillegemet har mindst en affa-set side (20) for sammen med ventilsædeboringen (21) at danne trykoliefremførings-kanalen (20a).

3. Injektionsdyse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dysestaven (1) har mindst en bo ring (62), som forbinder trykkammeret (27) med neddrejningen (23). 21 DK 177669 B1

4. Injektionsdyse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dysestaven i den cylindriske ventilsædeboring (21) har mindst en langsgående rille (67), som forbinder trykkammeret (27) med neddrej ningen (23).

5. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at dysestaven (1) tillige omfatter en returoliepassage (39,40) for bortledning af eventuel lækolie.

6. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, 10 at ventilsædeboringen (21) er åben i enden, således at eventuel lækolie kan bortledes via den åbne ende.

7. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at ventillegemet (3) har to modstående affasede sider (20). 15

8. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at ventillegemets (3) affasede sider (20) strækker sig ind i ventilens trykkammer (27), hvori fjederen (2) er placeret.

9. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at ventillegemets (3) anlægsflade er plan eller sfærisk.

10. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt et stop (4) for begrænsning af ventillegemets (3) forskydning. 25

11. Injektionsdyse ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en møtrik (50) til forspænding af fjederen (2).

12. Injektionsdyse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt flere dyseåb-30 ninger (25), og at disse fortrinsvis er placeret med forskellig orientering i forhold til en midtakse gennem dysestaven (1). 22 DK 177669 B1

13. Anvendelse af en injektionsdyse (101) ifølge et hvilket som helst af de foregående krav i et system til brug ved olieinjicering af olie for smøring af cylindre i større motorer og indrettet med injektionsdyseme (101), som er monteret i en cylindervæg (102), et smøreapparat (104,104’) med mindst en pumpeenhed, forbindelsesrør (103,103’) til 5 forbindelse af smøreapparatet (104,104’) med injektionsdyserne (101), kendetegnet ved, at injektionsdyseme (101) er seriekoblede og er forsynet med smøreolie fra én pumpeenhed. 10