FI101999B - Järjestely polttomoottorin ruiskutuspumppua varten - Google Patents

Description

101999

JÄRJESTELY POLTTOMOOTTORIN RUISKUTUSPUMPPUA VARTEN -ARRANGEMANG FÖR EN INSPRUTNINGSPUMP VID EN FÖRBRÄNNINGS-MOTOR

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen järjestely 5 polttomoottorin, varsinkin suuren dieselmoottorin, ruiskutuspumppua varten.

Suurella dieselmoottorilla tarkoitetaan tässä yhteydessä moottoria, joka soveltuu esimerkiksi laivojen pää- tai apumoottoriksi tai voimalaitoksiin sähkön ja/tai lämmön tuotantoon.

Polttoaineen ruiskutuspumpun toiminnan ohjaamiseen ja ruiskutuksen tarkkaan ajoittamiseen käytetään edullisesti solenoidin ohjaamaa ohjausventtiiliä. Varsinkin siinä tapauksessa, että 10 polttoaineena käytetään raskasöljyä, joka voi aiheuttaa tukkeutumisongelmia, ohjausventtii-linä voidaan käyttää ylivuotoventtiiliä, jonka toimintaa ohjataan erillisellä solenoidiventtii-lillä varustetulla paineväliainepiirillä siten, että paineväliainetta, esimerkiksi öljyä, syötetään jatkuvasti ohjausventtiiliin ja edelleen ylivuotokanavaan. Polttoaineen syöttö käynnistetään sulkemalla solenoidiventtiili, jolloin paineväliaine jää syöttökanavaan 15 solenoidiventtiilin, takaiskuventtiilin ja ohjausventtiilin väliin ja aikaansaa syöttökanavan sopivista dimensioista johtuen ohjausventtiilin sulkevan paineaaltovaikutuksen. Tällaisen jäijestelmän toimintaperiaatteet on kuvattu esimerkiksi julkaisussa GB 2279706, johon tältä osin viitataan.

Keksinnön tarkoitus on aikaansaada ruiskutuspumpun syötön ohjaukseen käytettävä 20 parannettu paineväliaineen virtauspiiri kanavajäijestelyineen, joka soveltuu varsinkin edellä mainittua paineaaltovaikutusta hyväksikäyttävään ohjausventtiilin ohjaukseen. Tarkoituksena on aikaansaada rakenne, joka on vähän tilaa vievä, helppo valmistaa, asentaa ja huoltaa. Tarkoituksena on edelleen, että jäijestelyä voidaan soveltaa erilaisia paineväliaineita varten tarkoitettujen ruiskutusventtiilien ohjaukseen. Erityisesti tarkoituksena on, että järjestely 25 soveltuu varsinkin suurissa dieselmoottoreissa käytettävien raskasöljyn ruiskutusventtiilien ohjaukseen.

2 101999

Keksinnön tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksessa 1 ja muissa vaatimuksissa esitetyllä tavalla. Keksinnön mukaisesti mainittu jakelukanavan ja ohjausventtiilin välinen syöttö-kanava on mitoitettu verrattain ohueksi ja pitkäksi ja järjestetty ainakin pääosaltaan kiinteäksi osaksi ruiskutuspumppua, sen tukirakennetta tai näihin liitettävää kiinteätä raken-5 neyksikköä. Näin ratkaisu voidaan toteuttaa ilman erillisiä pitkiä putkia, jotka ovat tilaa vieviä ja hankalia asentaa ja lisäksi alttiina vuodoille.

Käytännössä mainittu syöttökanava mitoitetaan edullisesti siten, että paineväliaineen virtaama siinä on 5,5-16 1/min ja virtausnopeudet keskimäärin 7-22 ms1 riippuen syöttökanavan eri osien dimensioista.

10 Mikäli syöttökanavan kokonaispituudesta olennainen osa on muotoillaan kaarevaksi, saadaan syöttökanava pakattua kompaktiksi kokonaisuudeksi.

Valmistuksen kannalta edullinen ratkaisu saadaan, kun mainittu syöttökanava on olennaiselta osaltaan muodostettu kahden pinnan väliin esimerkiksi jyrsimällä.

Eräässä edullisessa sovellusmuodossa mainittu syöttökanava on muodoltaan pääasiassa 15 spiraalimainen ja järjestetty kahden teleskooppimaisesti sisäkkäin asennetun putkimaisen elementin rajapintojen väliin. Tällöin riittää, että syöttökanava jyrsitään vain jompaan kumpaan pintaan.

Vaihtoehtoisesti mainittu syöttökanava voi käsittää joukon ainakin pääasiallisesti lineaarisia osia, jotka on kaarevilla osilla yhdistetty toisiinsa virtaussuunnassa peräkkäin.

: 20 Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan erityisesti soveltaa suureen dieselmoottoriin, jossa on useita sylintereitä, jotka on varustettu omalla erillisellä polttoaineenruiskutuspumpulla, jolla on ohjausventtiili ja joka on asennettu kiinteäksi osaksi moottorin ns. pumppuhyllyä, joka on järjestetty tukemaan peräkkäin jäljestettyjä ja toisiinsa yhdistettyjä ruiskutuspump-puyksikköjä, joihin kuuluu yhteinen polttoaineen syöttöputki ja toisaalta yhteinen ,. 25 polttoaineen paluuputki erillisine liitoskanavineen kuhunkin polttoaineenruiskutus-pumppuun, jolloin paineväliaine on järjestetty syötettäväksi mainitun jakelukanavan 3 101999 välityksellä kunkin ohjausventtiilin omaan paineväliainepiiriin. Tällainen jäijestelmä, jossa ruiskutuspumput on tuettu ja osaksi integroitu moottorin pumppuhyllyyn, on esitetty patenttijulkaisussa EP 509804, johon tältä osin viitataan. Keksinnön mukaisessa tapauksessa pumppuhyllyyn kuuluvaan polttoaineen syöttöputkeen tai polttoaineen paluuputkeen on 5 jäljestetty erillinen putkielementti siten, että osa mainitusta ohjausventtiilin syöttökanavasta on järjestetty spiraalimaisesti putkielementin ympärille putkielementin ja kyseisen polttoaineputken rajapintaan. Näin syöttökanava saadaan edullisesti integroitua osaksi pumppuhyllyyn tuettua ruiskutuspumppua.

Paineväliaineen sekoittumisen estämiseksi ruiskutettavaan polttoaineeseen mainittu 10 syöttökanava on mieluiten rengastiivisteillä eristetty polttoainekanavasta.

Siinä tapauksessa, että moottori on varustettu sinänsä tunnetulla pumppuhyllyn suuntaisella erillisellä syöttökiskolla, mainittu jakelukanava voidaan edullisesti integroida syöttökiskoon paineväliaineen johtamiseksi paineväliainesäiliöstä tai vastaavasta paineväliainelähteestä mainittuun syöttökanavaan. Tällöin mainitun syöttökanavan syöttöaukko on jäljestetty 15 polttoaineenruiskutuspumppuun nähden mainitun syöttökiskon puolelle. Näin erillisten putkien osuus ja niihin liittyvien liitosten määrä saadaan minimoitua. Samasta syystä polttoaineenruiskutuspumpun pumppuhyllyyn tuettu runko varustetaan edullisesti porauksilla paineväliaineen johtamiseksi putkielementtiin liittyvästä syöttökanavan osasta solenoidivent-, tiiliin. Tällöin 20 myös takaiskuventtiili voidaan jäljestää polttoaineenruiskutuspumpun runkoon.

Paineväliaineena käytetään edullisesti moottoriöljyä, jolloin ohjausventtiilistä öljy voidaan edullisesti johtaa erillistä kanavaa pitkin polttoainepumpun rullaseuraajan läheisyyteen lisä voitelun aikaansaamiseksi ennen talteenottoa ja uudelleenkierrätystä.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 25 - kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista järjestelyä yhden ruiskutuspumpun osalta, sivulta päin katsottuna ja osittain leikattuna, ja kuvio 2 esittää kuvion 1 leikkausta II-II.

4 101999

Piirustuksessa viitenumero 1 tarkoittaa varsinkin isoissa dieselmoottoreissa käytettävää ns. pumppuhyllyä, joka voi olla kiinteä osa ei-näytettyä moottorilohkoa tai siihen erikseen kiinnitettävä yksikkö, johon on tarkoitus tukea ruiskutuspumppu kutakin moottorinlohkon sylinteriä varten. Kuvioissa on selvyyden vuoksi esitetty ainoastaan yksi ruiskutuspumppu 5 2, jonka runkoon 3 kuuluu kiinteänä osana polttoaineen syöttöputki 4 sekä polttoaineen paluuputki 5. Eri ruiskutuspumppujen syöttöputket on kytketty esimerkiksi mainitusta patenttijulkaisusta EP 309804 tunnetulla tavalla yhteen yhdeksi polttoaineen syöttöputkeksi, josta polttoaine johdetaan erikseen kuhunkin ruiskutuspumppuun (ei näytetty). Kuviossa 1 on esitetty havainnollisuuden vuoksi hieman viereisen ruiskutuspumpun polttoaineen 10 syöttöputkea 4’. Vastaavasti ylimääräinen polttoaine johdetaan toisiinsa kytkettyjen peräkkäisten paluuputkien avulla takaisin uudelleenkierrätettäväksi.

Ruiskutuspumppuun 2 kuuluu rungon 3 sisällä liikuteltava mäntäelin 6, jonka liikkeitä ohjaa rullaseuraaja 10, joka saa ohjauksensa ei-näytetystä nokka-akselista, ja painekammio 7, josta polttoaine johdetaan kanavan 8 ja putken 9 kautta edelleen ei-näytettyyn 15 ruiskutussuuttimeen moottorin sylinteriin ruiskutettavaksi. Ruiskutuksen tarkka ajoitus aikaansaadaan käyttämällä syötönohjausventtiiliä 11, joka on sijoitettu kanavaan 8 nähden poikittain ja jonka toiminta käy ilmi esimerkiksi julkaisusta GB 2279706, joten sitä ei tässä tarkemmin selosteta.

Keksintö kohdistuu varsinaisesti syötönohjausventtiilin 11 toimintaa ohjaavan paineväliai-20 neen virtauspiiriin, johon kuuluu paineväliainesäiliö 14, josta pumppu 15 pumppaa paineväliainetta erilliseen syöttökiskoon 16 (kuviossa 1 esitetty vain kaaviollisesti), joka on tuettu pumppuhyllyyn 1 ja jota voidaan käyttää erilaisten moottoriin ja sen järjestelmiin liittyvien paineväliaineiden siirtämiseen. Syöttökiskon kanavasta 16a paineväliaine : johdetaan edelleen kuhunkin ruiskutuspumppuun käyttämällä syöttöputkia 17.

25 Kuten kuvioista käy ilmi syöttöputki 17 on kiinnitetty ruiskutuspumpun runkoon 3 tehtyyn syöttöaukkoon 18, joka johtaa paineväliaineen spiraalimaisesti polttoaineen syöttöputken 4 polttoainekanavaa 4a kiertävään kanavaan 20. Kanavasta 20 paineväliaine johdetaan edelleen runkoon 3 porauksina tehtyjen kanavien 21 ja 22 sekä kanavan 22a kautta ohjausventtiiliin 11 vaikuttavaan painekammioon 13 ja toisaalta laskukanavan 24 kautta 5 101999 takaisin uudelleenkierrätykseen. Laskukanava 24 on järjestetty johtamaan paineväliaineen ruiskutuspumpun rullaseuraajan 10 läheisyyteen lisävoitelun aikaansaamiseksi ennen talteenottoa.

Kanava 22 on varustettu takaiskuventtiilillä 23 ja kanava 24 solenoidiventtiilillä 25. Kun 5 solenoidiventtiili 25 sulkeutuu, paineväliaine heijastuu takaisinpäin kanavia 24 ja 22a pitkin niin, että takaiskuventtiili 23 sulkeutuu. Tämän seurauksena syntyvien paineaaltojen vaikutuksesta paine kanavan 22 osassa 22a ja kammiossa 13 kasvaa ja siirtää ohjausventtii-lin venttiilikappaletta 12 kuviossa 1 oikealle asentoon, joka sallii polttoaineen siirtymisen kammiosta 7 kanavaa 8 pitkin ruiskutettavaksi moottorin sylinteriin. Vastaavasti 10 solenoidiventtiilin 25 avautuminen aikaansaa ohjausventtiilin 11 siirtymisen alkuperäiseen asentoonsa, jossa polttoaineen yhteys kanavan 8 kautta on katkaistu, päättäen samalla polttoaineen ruiskutuksen.

Ohjausventtiilin 11 luotettavan toiminnan aikaansaamiseksi paineväliaineen yhteyden syöttökiskon 16 ja ohjausventtiilin kammion 13 välillä tulee olla suhteellisen pitkä ja ohut 15 siten, että virtauksen kineettinen energia virtauspiirin kyseisessä osassa on sopiva. Tästä syystä sekä tilankäytön ja erilaisten liitosten minimoimiseksi kanavat 20, 21, 22, 22a ja 24 on integroitu ruiskutuspumpun runkoon 3. Erityisesti kanavan 20 spiraalimainen muoto on edullinen sekä virtauksen että tilankäytön kannalta.

Käytännössä kanava 20 on aikaansaatu jäljestämällä syöttöputken 4 sisään erillinen 20 putkielementti 19, johon on jyrsitty spiraalinmuotoinen ura, joka yhdessä syöttöputken 4 sisäpinnan kanssa muodostaa kanavan 20. Putkielementti 19 eristetään molemmista päistään itse polttoaineenvirtauskanavasta 4a rengastiivisteillä 26 ja 27. Haluttaessa kanava 20 : voidaan aikaansaada yhtä hyvin polttoaineen paluuputken yhteyteen, varsinkin jos «« syöttöputken 4 sijasta paluuputki 5 on lähimpänä syöttökiskoa 16. Spiraalinmuotoinen ura 25 voidaan myös jyrsiä itse syöttöputken 4 tai paluuputken 5 sisäpinnalle.

Keksinnön mukaisessa järjestelyssä virtaama syöttöputken muodostavissa kanavissa 17, 18, 20, 21, 22 ja 22a on tyypillisesti luokkaa 5,5-16 1/min ja virtausnopeudet keskimäärin 7-22 ms'1 riippuen eri paineväliainekanavien dimensioista. Jäijestely takaa sen, että jos paine syöttökiskossa 16 on esimerkiksi luokkaa 15-20 bar, ohjausventtiiliin vaikuttava paine nousee solenoidiventtiilin 25 ja takaiskuventtiilin 23 sulkeuduttua luokkaan 80-100 bar.

« 101999

Luonnollisesti myös muunlaiset ratkaisut kanavan 20 jäijestämiseksi vähän tilaavieväksi tulevat kysymykseen. Siten kanava 20 voidaan järjestää myös erilliseen runkoon 3 5 kiinnitettävään yksikköön ja muotoilla usealla eri tavalla, esimerkiksi edestakaisina lenkkeinä, kunhan muotoilu ei haittaa paineväliaineen haluttua virtausta.

Koska venttiilin 11 toimintaa ohjaava paineväliaine, joka edullisesti on öljyä, muodostaa ruiskutuspumpun sylinteriin ruiskuttamasta polttoaineesta riippumattoman virtauspiirin, itse polttoaine voi olla tarpeen mukaan esimerkiksi raskasöljyä, joka muuten voisi varsinkin 10 moottorikatkosten aikana jähmettyä ja estää ohjausventtiilin toiminnan. Polttoaineen ruiskutuksen ohella ratkaisua voidaan edullisesti soveltaa myös muiden moottorin sylinterin palotilaan mahdollisesti ruiskutettavien paineväliaineiden syötön ohjaukseen, kuten esimerkiksi veden, nestemäisen ammoniakin, urean tai vastaavien. Näiden aineiden syötön tarkoituksena on vaikuttaa palamisprosessiin siten, että sen seurauksena syntyisi entistä 15 vähemmän haitallisia aineita kuten typen oksideja, NOx.

Keksintö ei siis ole rajoitettu esitettyyn sovellusmuotoon, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Järjestely polttomoottorin, varsinkin suuren dieselmoottorin, ruiskutuspumppua varten, 20 jossa ruiskutuspumppu (2) on varustettu paineväliaineohjatulla syötönohjausventtiilillä (11), : jonka virtauspiiriin kuuluu paineväliainelähde (14), josta paineväliainetta pumpataan tarvittaessa erillisen jakelukanavan (16a) kautta takaiskuventtiilillä (23) varustettuun syöttö-kanavaan (17,18,20,21,22,22a), joka on yhdistetty mainittuun ohjausventtiiliin (11) vaikuttavaan painekammioon (13) sekä solenoidiventtiilin (25) avulla katkaistavaan 25 paineväliaineen laskukanavaan (24), jolloin solenoidiventtiilin (25) sulkeutuminen on jäljestetty aikaansaamaan painekammiossa (13) paineen kasvun ja siten ohjausventtiilin (11) tilan muutoksen, tunnettu siitä, että mainittu jakelukanavan (16a) ja ohjausventtiilin (11) 7 101999 välinen syöttökanava (17,18,20,21,22,22a) on mitoitettu verrattain ohueksi ja pitkäksi ja jäljestetty ainakin pääosaltaan kiinteäksi osaksi ruiskutuspumppua (2), sen tukirakennetta (3) tai näihin liitettävää kiinteätä rakenneyksikköä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu syöttökanava 5 (17,18,20,21,22,22a) on mitoitettu siten, että paineväliaineen virtaama siinä on 5,5-16 1/min ja virtausnopeudet keskimäärin 7-22 ms' riippuen syöttökanavan (17,18,20,21,22,22a) eri osien dimensioista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että syöttökanavan (17,18,20,21,22,22a) kokonaispituudesta olennainen osa on muotoiltu kaarevaksi kompaktin 10 kokonaisuuden aikaansaamiseksi.

4. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että mainittu syöttökanava (17,18,20,21,22,22a) on olennaiselta osaltaan (20) muodostettu kahden pinnan väliin esimerkiksi jyrsimällä.

5. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että mainittu 15 syöttökanava (20) on muodoltaan pääasiassa spiraalimainen ja jäljestetty kahden teleskooppimaisesti sisäkkäin asennetun putkimaisen elementin (4,19) rajapintojen väliin.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että mainittu syöttökanava (17,18,20,21,22,22a) käsittää joukon ainakin pääasiallisesti lineaarisia osia, jotka on kaarevilla osilla yhdistetty toisiinsa virtaussuunnassa peräkkäin.

20 7. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen jäijestely sovellettuna isoon dieselmoottoriin, jossa on useita sylintereitä, jotka on varustettu omalla erillisellä polttoaineenruiskutuspumpulla (2), jolla on ohjausventtiili (11) ja joka on asennettu kiinteäksi osaksi moottorin ns. pumppuhyllyä (1), joka on järjestetty tukemaan peräkkäin jäljestettyjä ja toisiinsa yhdistettyjä ruiskutuspumppuyksikköjä (2), joihin kuuluu yhteinen 25 polttoaineen syöttöputki (4,4’) ja toisaalta yhteinen polttoaineen paluuputki (5) erillisine liitoskanavineen kuhunkin polttoaineenruiskutuspumppuun (2), jolloin paineväliaine on 8 101999 jäljestetty syötettäväksi mainitun jakelukanavan (16a) välityksellä kunkin ohjausventtiilin (11) omaan paineväliainepiiriin, tunnettu siitä, että pumppuhyllyyn (1) kuuluvaan polttoaineen syöttöputkeen (4) tai polttoaineen paluuputkeen (5) on järjestetty erillinen putkiele-mentti (19) siten, että osa (20) mainitusta ohjausventtiilin syöttökanavasta 5 (17,18,20,21,22,22a) on jäljestetty spiraalimaisesti putkielementin (19) ympärille putkiele- mentin (19) ja kyseisen polttoaineputken (4) rajapintaan.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu syöttökanava (20) on mieluiten rengastiivisteillä (26,27) eristetty polttoainekanavasta (4a).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu jakelukanava 10 (16a) kuuluu sinänsä tunnettuun pumppuhyllyn (1) suuntaiseen erilliseen syöttökiskoon (16), jonka avulla paineväliaine on järjestetty johdettavaksi yhteisestä paineväliaineläh-teestä (14) kunkin ohjausventtiilin omaan syöttökanavaan (17,18,20,21,22,22a) ja että mainitun syöttökanavan (17,18,20,21,22,22a) syöttöaukko (18) on järjestetty polttoai-neenruiskutuspumppuun (2) nähden mainitun syöttökiskon (16) puolelle.

15 10. Jonkin patenttivaatimuksista 7-9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että polttoaineen- ruiskutuspumpun (2) pumppuhyllyyn (1) tuettu runko (3) on varustettu porauksilla (21,22,22a) paineväliaineen johtamiseksi putkielementtiin (19) liittyvästä syöttökanavan osasta (20) solenoidiventtiiliin (25).

• 11. Jonkin patenttivaatimuksista 7-10 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että myös 20 takaiskuventtiili (23) on jäljestetty polttoaineenruiskutuspumpun runkoon (3).

: 12. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että paineväliaineena käytetään öljyä, varsinkin moottoriöljyä, ja että ohjausventtiilistä (11) öljy on johdettu erillistä kanavaa (24) pitkin polttoainepumpun rullaseuraajan (10) läheisyyteen lisävoitelun aikaansaamiseksi ennen talteenottoa ja uudelleenkierrätystä.