FI103602B - Laitteisto polttoaineen suihkuttamiseksi iskumäntäpolttomoottorin palo tilaan - Google Patents

Description

103602

Laitteisto polttoaineen suihkuttamiseksi iskumäntäpolttomoottorin paloillaan

Keksintö koskee laitteistoa polttoaineen suihkuttamiseksi iskumäntäpolttomoottorin palotilaan, jossa laitteistossa on polttoaineen suihkutuspumppu 5 ja sen painejohtoon liitetty suihkutussuutin, jossa on istukkapinnan kanssa yhteistoiminnassa oleva venttiilineula, jolla on istukkapinnasta kauempana olevalla sylinterimäisellä johdeosallaan suurempi poikkileikkaus kuin istukkapintaan rajoittuvalla sylinterimäisellä osallaan, jota ympäröi rengastila, josta polttoainetta virtaa tahdistetusti venttiilineulan noustessa istukkapinnasta vähintään yhteen 10 palotilaan yhtyvään suihkutusreikään.

Tavallisissa tämän tyyppisissä suihkutuslaitteistoissa suihkutuspum-pussa oleva venttiilineulaa ympäröivä rengastila yhdistetty painejohdon avulla polttoainepumppuun. Venttiilineula puristetaan puristusjousen avulla sulkeutu-missuuntaan istukkapintaa vasten. Venttiilineulan avautumisliike aikaansaadaan 15 tätä jousivoimaa vastaan rengastilassa olevan polttoaineen paineen avulla, joka vaikuttaa eri poikkileikkauksista johtuvaan eropinta-alaan tai venttiilineulan olkaan siirryttäessä johdeosan alueelta toisen osan alueelle.

Siten muodostuu venttiilineulan avautumispaine, joka riippuu jousivoiman suhteesta eropinta-alaan, samoin kuin venttiilineulan sulkeutumispaine, 20 joka on riippuvainen jousivoiman suhteesta johdeosan poikkileikkauspinta-alaan. Avautumispaine on yleensä 1,3-2 kertaa suurempi kuin sulkeutumispaine. Sulkeutumispaineen arvon täytyy olla riittävän paljon suurempi kuin paloti-lassa oleva paine, jotta varmistetaan venttiilineulan virheetön sulkeutuminen.

Avautumispaineen ja sulkeutumispaineen välissä, tai siis suihkutus-25 jakson aikana, polttoaineen paine nousee ennen suihkutusreikiä painemaksi-miin, jonka jälkeen polttoaineen paine laskee jyrkästi sulkeutumispainetta kohti. Avautumispaineen ollessa noin 350 bar ja sulkeutumispaineen ollessa noin 200 bar on painemaksimi noin 1500 bar. Venttiilineulan iskun paineen kulku on pääosin kolmion muotoinen. Tällä paineen kululla ei saavuteta jatkuvuutta siinä 30 mielessä, että polttoainepumpun syöttömäärä olisi sama kuin suihkutusrei'istä ulosvirtaavan polttoaineen määrä. Suihkutusrei'istä virtaava maksimaalinen polttoainemäärä on noin 60 % polttoainepumpun samanaikaisesti syöttämästä määrästä. Loput polttoainepumpun syöttämästä määrästä käytetään "herättämään" pumpun painetilan ja suihkutusreikien välinen järjestelmä. Tälle 35 lisäpuristustyölle pakollinen energia täytyy tuoda uudestaan jokaista suihkutusta varten.

2 103602

Edellä mainitun tyyppisillä tähän asti tavanomaisilla suihkutuslaitteis-toilla on seuraavia haittoja: 1. Pitkä suihkutuksen kestoaika johtuen venttiilineulan iskun paineen-kulun kolmiomuodosta.

5 2. Suihkutusjakson loppua kohti syntyy voimakkaasti laskeva paine, joka heikentää polttoaineen sumuuntumista palotilassa.

3. Polttoainepumpulla on suuri syöttömäärä, josta on hyötyä vain polttoainepumpun massan ollessa riittämätön.

Keksinnön tehtävänä on parantaa edellä mainitun tyyppistä suihku-10 tuslaitteistoa siten, että venttiilineulan iskun paineenkulku saa pääosin suorakulmion muodon siten, että samalla suihkutusmäärällä suihkutuksen kestoaikaa voidaan lyhentää. Lisäksi tulee painemaksimin ja sulkeutumispaineen välistä eroa vähentää siten, että polttoaineen sumuuntuminen pysyy myös suihkutusjakson loppuvaiheessa mahdollisimman hyvänä.

15 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että on järjes tetty polttoaineella täytetty taltiotila, johon painejohto yhtyy takaiskuventtiilin kautta, ja että on järjestetty suihkutussuuttimessa taltiotilassa olevan polttoaineen paineen alaisena oleva ja venttiilineulan johdeosan alueelle ulottuva ja venttiilineulaan vaikuttava mäntä, jonka poikkileikkaus on suurempi kuin venttiili-20 neulan johdeosan poikkileikkaus ja jonka johdeosan puoleiseen otsapintaan vaikuttaa painejohdossa ennen takaiskuventtiiliä vallitseva polttoaineen paine, ja että on järjestetty taltiotilasta rengastilaan johtava kanava.

Taltiotilan ja takaiskuventtiilin avulla pidetään suihkutussuuttimessa tämän venttiilin ja istukkapinnan välistä suhteellisen korkeaa taltiopainetta, joka 25 mahdollistaa suihkutuksen aloittamisen suhteellisen korkealla paineella, joka sitten seuraavan suihkutuksen aikana nousee vain vähän lisää ja alittuu suihkutuksen loppuvaiheessa vain vähän. Saadaan siis pääosin suorakulmion muotoinen venttiilineulan iskun paineenkulku, ja saavutetaan polttoaineen hyvä sumuuntuminen myös suihkutuksen loppuvaiheessa. Männän järjestelyllä sen 30 johdeosan puoleisessa otsapinnassa syntyy kuormituksen poistuessa voimakas siihen vaikuttavien voimien epätasapaino, jonka avulla saavutetaan venttiilineulan varma sulkeutuminen. Siten vältytään myös niin sanotulta jälkisuihkutukselfa - johtuen venttiilineulan ei-toivotusta avautumisesta, joka on seurausta polttoaineen paineen heilahteluista. Koska suihkutus tapahtuu pääosin vakiossa pai-35 neessa, ei tarvita lisäpuristustyötä "herättämistä" varten.

3 103602

Keksinnön yksi suoritusmuotoesimerkki esitetään seuraavassa kuvauksessa lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 on kaaviomainen aksiaalileikkaus polttoainesuihkutuspumpun yläosasta ja suihkutussuuttimesta ja 5 kuvio 2 kaaviokuva pumpun sekä taltiopaineesta ja neulan iskusta suihkutuksen aikana.

Kuviossa 1 esitetyssä polttoainesuihkutuspumpussa 1 on pumppu-mäntä 2, jota liikutetaan tavallisesti tässä ei-näkyvällä nokalla ylös- ja alaspäin. Pumppumäntää 2 ympäröivässä sylinterissä 3 on säteettäiset reiät 4, jotka yhtyvät 10 sylinteriä ympäröivään rengaskaan 5, johon suihkutettava polttoaine johdetaan suhteellisen alhaisella paineella tässä ei-kuvatulla tavalla. Reikien 4 kanssa toimivat ylempi säätöreuna 6 ja alempi säätöreuna 7, jotka ovat pumppumännässä 2 ja määrittävät pumpun 1 syötön alkamishetken tai syötön päättymishetken pump-pumännän 2 ylöspäin suuntautuvan liikkeen aikana. Pumpun 1 painekammiosta 8 15 johtaa painejohto 9 suihkutussuuttimeen 10.

Suihkutussuutin 10 koostuu pääosin kahdesta runko-osasta 11 ja 12, joita yhdistää rengasmutteri 13. Alemmassa runko-osassa 12 on venttiilineula 14, jossa on ylempi johdeosa 14' halkaisijalla D ja alempi osa 14" pienemmällä halkaisijalla d. Osan 14" alempaan päähän yhtyy venttiilineulassa 14 kartiopinta, joka 20 toimii runko-osan 12 kartiomaisen istukkapinnan 15 kanssa. Osaa 14" ympäröi rengastila 16. Istukkapinnan 15 alapuolella ovat runko-osan 12 tilasta 17 lähtevät suihkutusreiät 18, jotka yhtyvät tässä ei lähemmin kuvatun dieselrakenteisen is-kumäntäpolttomoottorin sylinteriin.

. Suihkutusssuuttimen 10 ylemmässä runko-osassa 11 on taltiotila 20 25 suihkutettavalle polttoaineelle, joka taltiotila on yhdistetty kanavalla 21 painejoh-toon 9. Taltiotila on suihkutussuuttimen käytön aikana täynnä polttoainetta, eli siellä ei ole joustokaasua. Kanavassa 21 on takaiskuventtiiIi 22, joka estää polttoaineen takaisinvirtaamisen taltiotilasta 20 painejohtoon 9. Taltiotila 20 on yhdistetty runko-osien 11 ja 12 läpi kulkevan kanavan 23 avulla rengastilan 16 30 kanssa. Taltiotilaan 20 ulottuu venttiilineulan 14 kanssa samanakselinen mäntä ' 24, joka on runko-osassa 11 ja jolla on halkaisija F, joka halkaisija on suurempi kuin venttiilineulan johdeosan 14’ halkaisija D. Männän 24 taltiotilaan 20 ulottuvan pään ja taltiotilan 20 sulkevan suihkutussuuttimen 10 kannen 26 välissä on pu-ristusjousi 25, joka puristaa mäntää 24 venttiilineulan 14 suuntaan ja tukee sen 35 sulkeutumisliikettä. Männän 24 taltiotilasta 20 poispäin oleva otsapinta on kanavan 27 kautta painejohdon 9 polttoaineen paineen vaikutuksen alainen, koska 4 103602 kanava 27 haarautuu polttoaineen virtaussuunnassa ennen takaiskuventtiiliä 22 kanavasta 21. Tämän männän 24 otsapinnan ja venttiilineulan johdeosan 14' välissä on painetanko 28 liikkeen välittämistä varten.

Laitteisto toimii seuraavasti: Taltiovaikutus johtuu pääasiassa tilassa 5 20 olevan polttoaineen ja tilaa 20 ympäröivien seinämien elastisuudesta. Taltiotila 20 on edellä kuvatuissa suihkutustapauksissa täynnä polttoainetta paineessa Psp 1300 - 1400 bar polttomoottorin täydellä kuormituksella, joka paine kuormittaa männän 24 ylempää otsapintaa (vrt. katkoviiva Psp kuvion 2 vasemmassa reunassa). Taltiopaine Psp vaikuttaa samalla myös eropinta-alaan (D-d) siirtymäalu-10 eella venttiilineulan 14 osalta 14' osalle 14". Koska tämä eropinta-ala on oleellisesti pienempi kuin männän 24 ylempi otsapinta, pitää mäntä 24 suihkutusneulan 14 kiinniasennossa. Kun pumppumännän 2 ylöspäin suuntautuvan liikkeen aikana ylempi säätöreuna 6 sulkee reiät 4 sylinterissä 3 - tämä vastaa kuviossa 1 esitettyä männän 2 asentoa - alkaa polttoaineen paine Pp pumpun painekammi-15 ossa 8 nousta (vrt. ajankohta K kuviossa 2). Tämä suureneva paine vaikuttaa painejohdon 9 ja kanavan 27 kautta männän 24 alempaan otsapintaan. Kun syntyy voimien tasapaino liikkuvassa järjestelmässä - muodostuen männästä 24, pai-netangosta 28 ja venttiilineulasta 14, alkaa venttiilineulan avautumisliike (vrt. ajankohta L kuviossa 2). Heti venttiilineulan liikkeellelähdön jälkeen tukee sen 20 avautumisliikettä koko neulan poikkipintaa vasten kohdistuva alhaalta päin vaikuttava hydraulinen voima. Nyt polttoainetta virtaa taltiotilasta 20 kanavan 23, tilojen 16 ja 17 sekä suihkutusreikien 18 kautta muodostaen suihkun palotilaan 19. Tällöin taltiopaine Psp laskee hieman, jota vastoin pumppupaine Pp nousee edelleen, kunnes se nousee taltiotilan painetta suuremmaksi ja takaiskuventtiiIi 22 25 avautuu (vrt. ajankohta M kuviossa 2). Mäntä 24 ei vaikuta tällöin, koska sen kumpikin otsapinta on saman paineen alainen. Sen mukaan, kuinka suihkutusreikien 18 poikkipinta-ala on suhteutettu polttoainepumpun 1 syöttömäärään, vaih-telee paine jonkin verran takaiskuventtiilin 22 avautumisen jälkeen. Kun pumppu-männän 2 alempi säätöreuna 7 avaa reiät 4, on syöttöjakson loppu saavutettu, ja 30 paine laskee painekammiossa 8, painejohdossa 9 ja männän 24 alemman otsapinnan puoleisessa päässä nopeasti (ajankohta N kuviossa 2). Takaiskuventtiili 22 sulkeutuu tällöin välittömästi. Nyt muodostuva liikkuvan järjestelmän 24, 28, 14 epätasapaino saa aikaan suihkutusneulan 14 sulkeutumisliikkeen (vrt. ajankohta O kuviossa 2). Venttiilineulan 14 sulkeutumisliikkeen aikana suihkutetaan poltto-35 ainetta edelleen palotilaan 19, jolloin taltiopaine Psp laskee hieman, kunnes sillä on taas sama arvo kuin pumpun syötön alkamishetkellä (vrt. ajankohta R kuvios- 5 103602 pun syötön alkamishetkellä (vrt. ajankohta R kuvios-sa 2). Samanaikaisesti on tällä hetkellä venttiilineulan 14 sulkeutumisliike päättynyt. Suihkutuksen kestoaika ulottuu siis ajankohtien L ja R väliin ja taltiopaine on tavallisesti suurempi kuin venttiilineulan avautumispaine ja sulkeutumispaine.

5 Suoritusmuotoesimerkki on esitetty polttoainepumpun tapauksessa, jossa on säätöreunat. Tästä poiketen voidaan käyttää myös polttoainepumppua, jossa syötön alkamis- ja päättymishetkeä säädetään sulkemalla imuventtiiliä ja avaamalla ylivirtausventtiiliä.

Claims (3)

6 103602

1. Laitteisto polttoaineen suihkuttamiseksi iskumäntäpolttomoottorin palotilaan (19), jossa laitteistossa on polttoaineen suihkutuspumppu (1) ja sen 5 painejohtoon liitetty suihkutussuutin (10), jossa on istukkapinnan (15) kanssa yhteistoiminnassa oleva venttiilineula (14), jolla on istukkapinnasta (15) kauempana olevalla sylinterimäisellä johdeosallaan (14’) suurempi poikkileikkaus kuin istuk-kapintaan rajoittuvalla sylinterimäisellä osallaan (14”), jota ympäröi rengastila (16), josta polttoainetta virtaa tahdistetusti venttiilineulan (14) noustessa istukka-10 pinnasta (15) vähintään yhteen palotilaan (19) yhtyvään suihkutusreikään (18), tunnettu siitä, että on järjestetty polttoaineella täytetty taltiotila (20), johon painejohto (9) yhtyy takaiskuventtiilin (22) kautta, että suihkutussuuttimeen (10) on järjestetty taltiotilassa olevan polttoaineen paineen alaisena oleva ja venttiili-neulan (14) johdeosan (14’) alueelle ulottuva ja venttiilineulaan (14) vaikuttava 15 mäntä, jonka poikkileikkaus on suurempi kuin venttiilineulan (14) johdeosan (14’) poikkileikkaus ja jonka johdeosan puoleiseen otsapintaan vaikuttaa painejohdos-sa (9) ennen takaiskuventtiiIiä (22) vallitseva polttoaineen paine, ja että on järjestetty taltiotilasta (20) rengastilaan (16) johtava kanava (23).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 20 taltiotilassa (20) on mäntään (24) vaikuttava puristusjousi (25).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suihkutussuuttimessa (10) oleva taltiotila (20) on männän (24) johdeosasta (14’) poispäin olevassa päässä. 7 103602