FI112395B

FI112395B - Suihkutuspää

Info

Publication number: FI112395B
Application number: FI20020753A
Authority: FI
Inventors: Goeran Sundholm
Original assignee: Marioff Corp Oy
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-28
Also published as: ES2311698T3; WO2003089779A1; US7040259B2; US20050161008A1; AU2003222856A1; DE60322874D1; EP1497549B1; FI20020753A0; ATE404787T1; EP1497549A1

Description

112395 SUIHKUTUSPÄÄ

Keksinnön tausta 5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen suihkutuspää imuilman kostuttamiseksi vesipitoisella sumulla.

Mäntämoottorien, erityisesti dieselmoottoreiden, pakokaasut sisältävät monenlaisia haitallisia palamistuotteita. Korkeissa palamislämpötiloissa ίο mäntämoottorin sylinterissä syntyy typpioksideja (NOx), jotka pääsevät pakokaasujen mukana ilmaan. Typpioksidipäästöjen negatiivisten ympäristövaikutusten johdosta pyrkimyksenä on niiden minimointi.

Veden lisääminen palamistapahtumaan vähentää tunnetusti typpioksidi-15 en syntymistä. Tämä ilmiö perustuu veden jäähdyttävään vaikutukseen. Käytännössä veden lisääminen mäntämoottorin palamistapahtumaan on toteutettu usein suihkuttamalla vettä imuilmaan. Nämä järjestelyt ovat moottorin akselihyötysuhteen kannalta edullisia. Moottorin paloillaan saatava vesimäärä voi olla enintään se määrä, joka pysyy kaasumuo-20 dossa imuilman paine-ja lämpötilaolosuhteissa.

Vesisumun lisääminen imuilmaan on havaittu olevan erittäin edullinen • ja tehokas tapa haitallisten päästöjen vähentämisessä. Keksinnön koh- ; ’·· teenä olevia suihkutuspäitä käytetään erityisesti moottorien imuilman : 25 kostutuksen yhteydessä. Kun suihkutuspää on järjestetty sijoituskoh- : teeseensa moottorin imuilmakanavaan, esimerkiksi turboahdetun die- : selmoottorin yhteydessä ennen ja/tai jälkeen turboahtimen kompresso ria, ennen ja/tai jälkeen mahdollisen välijäähdyttäjän se joutuu erittäin :·.·. vaativiin olosuhteisiin. Imuilman virtausnopeus imuilmakanavassa on .··*. 30 esimerkiksi luokkaa 80 m/s. Lämpötila voi olla myös melko korkea, esi- ” merkiksi yli 100 astetta C. Lisäksi käytettävät suuttimet eivät saa haita- : ta imuilman virtauksia silloin kun ne eivät ole käytössä. Lisäksi haittana J saattaa olla suuttimien tukkeutuminen varsinkin silloin kun suutinpää ei . ole käytössä.

35 2 112395

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aivan uudenlainen suihkutus-pää, joka mahdollistaa imuilman kostutuksen tarvittaessa ja ei haittaa imuilman virtauksia kun se ei ole käytössä.

5 Keksinnön mukaiselle suihkutuspäälle on tunnusomaista se, että suih-kutuspää 1 on liikutettavissa ainakin kahden asennon välillä, ensimmäisen asennon, jossa ensimmäisessä asennossa suihkutuspää on sisäänvedettynä ja toisen asennon, jossa toisessa asennossa suihkutuspää on ulostyöntyneenä.

10

Keksinnön mukaiselle suihkutuspäälle on lisäksi tunnusomaista se, mitä on mainittu patenttivaatimuksissa 2-11.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla on lukuisia merkittäviä etuja. Järjes-15 tämällä suihkutuspää aktivoituneena ulosponnahtavaksi ja ei-aktivoituna sisäänvedetyksi aikaansaadaan suihkutuspääratkaisu, joka ei haittaa imuilman virtauksia kun sitä ei käytetä. Lisäksi esitetty ratkaisu mahdollistaa suihkutuspään suuttimien pysymisen puhtaana. Järjestämällä suihkutuspään pitimeen ohjainelin ja suihkutuspäähän, sopi-: 20 vimmin sen varteen vastaelin ohjainpinnalle mahdollistetaan suihku- : tuspään suuttimien suuntauksen säilyminen haluttuna. Järjestämällä suutinpäähän useita suuttimia aikaansaadaan erittäin tehokas imuilman I · .

kostutus. Käyttämällä suihkutettavaa nestettä paineväliaineena aikaan- » · saadaan erittäin edullinen ja tehokasratkaisu. Järjestämällä jousielin 25 suihkutuspään palauttamiseksi sisäänvedettyyn asentoon voidaan tehostaa ja nopeuttaa sisäänvedettyyn asentoon siirtymistä.

• · I · ·

Kuvioiden lyhyt selostus * · · 30 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista suihkutuspäätä, 35 kuvio 2 a esittää erästä keksinnön mukaista suihkutuspäätä leikattuna ei-aktiivisessa asennossa imuilmakanavaan asennettuna, 3 112395 kuvio 2 b esittää erästä keksinnön mukaista suihkutuspäätä leikattuna pitkin kuvion 1 viivaa II b - II b aktiivisessa asennossa imuilmakana-vaan asennettuna, 5 kuvio 3 a esittää erästä toista keksinnön mukaista suihkutuspäätä leikattuna ei-aktiivisessa asennossa, kuvio 3 b esittää erästä toista keksinnön mukaista suihkutuspäätä aktiivisessa asennossa, ja 10 kuvio 4 esittää leikattuna erästä keksinnön mukaista suihkutuspäätä.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 15 Kuvioissa 1, 2a ja 2 b on esitetty eräs keksinnön mukaisen suihkutus-pään sovellutusmuoto. Suihkutuspää mäntä moottori n imuilman kos-tuttamiseksi, joka suihkutuspää 1 käsittää ainakin yhden suuttimen 3 imuilmaa kostuttavan nesteen syöttämiseksi imuilmakanavaan 5 tai ti-V laan joka johtaa moottorin imuilmakanavaan. Suihkutuspää 1 on liiku- 20 tettavissa ainakin kahden asennon välillä, ensimmäisen asennon, jossa ensimmäisessä asennossa suihkutuspää on sisäänvedettynä ja toisen asennon, jossa toisessa asennossa suihkutuspää 1 on ulostyöntyneenä. ,·] : Ei-aktiivisessa tilassa, ensimmäisessä asennossa (kuviot 2a, 3a), suih- kutuspää on sisäänvedettynä ja aktiivisessa tilassa, toisessa asennossa 25 (2b, 3b), suihkutuspään ainakin yksi suutin 3 ulottuu suihkutuspään pi timen 2 reunojen ja/tai imuilmakanavan 5 sisäpinnan tasoon nähden ’· " imuilmakanavan sisäpuolelle.

·:. Pitimeen 2 on järjestetty ainakin yksi ohjauselin 13 ja suihkutuspäähän, .···. 30 edullisimmin varsiosaan 7 ainakin yksi ohjauselimen vastinpinta 14 suihkutuspään pitämiseksi halutussa suunnassa. Ohjauselin 13 on esi-‘ merkiksi ura, johon varsielimessä oleva liikkeensuuntainen kohouma on sovitettu. Ohjauselin voi myös muodostua esimerkiksi vierintäelimistä, kuten kuulista tai rullista, joiden väliin vastaelin 14 on sovitettu liikku-35 vasti.

4 112395

Suihkutuspää 1, edullisimmin sen varsiosa 7, ja pidin 2 on järjestetty toimimaan mäntä-sylinteri-yhdistelmänä, jossa suihkutuspäähän, edullisimmin sen varsiosaan 7 on järjestetty mäntäosa 6 ja pidin 2 käsittää sylinterikammion 8, johon mäntäosa järjestetty liukuvasti. Kuvion 2a 5 sovellutusmuodossa pitimen 2 imuilmakanavaan 5 nähden vastakkaisesta päästä 16, sisääntulosta 9, tuodaan putkielimellä (ei esitetty) pai-neväliainetta sylinterikammioon 8 männän 6 alapuolelle. Paineväliai-neen vaikutuksesta mäntä siirtyy kuviossa ylöspäin siirtäen samalla suihkutuspään 1 , joka on järjestetty varsiosaan 7 kuvion 2 b mukai-10 seen toiseen asentoon. Väliaine pääsee samalla kammiosta 8 varsiosaan 7 järjestettyä kanavaa 11 pitkin suuttimelle 3, josta se suihkutetaan imuilmakanavaan. Kanavaan 11 on tyypillisesti järjestetty kuristinelin 17. Mäntäosaan 6 on järjestetty tiivistinelin 12 tai vastaava sen järjestämiseksi liukuvasti pitkin sylinterikammion 8 sisäpintaa.

15

Suihkutuspään yhteyteen on jäljestetty välineet suihkutuspään 1 siirtämiseksi ulostyöntyneestä asennosta sisäänvedettyyn asentoon. Tyypillisesti suihkutuspään 1 ja pitimen 2 väliin on järjestetty jousielin 10 suihkutuspään siirtämiseksi ulostyöntyneestä asennosta sisäänvedet-: : 20 tyyn asentoon. Jousielin on edullisesti järjestetty mäntäelimen 6 ja pi- : dinosan 2 imuilmakanavan 5 puoleisen päätykappaleen väliin. Jousi on ‘ ” kierrejousi, joka puristuu kokoon kun suutinpää siirtyy ulostyöntynee- seen asentoon. Jousivoima ja/tai mahdollinen imuilmakanavassa vai-kuttava paine siirtävät suihkutuspään sisäänvedettyyn asentoon, kun 25 mäntään vaikuttava paineväliaineen paine laskee alle halutun arvoin.

Suihkutuspää on kiinnitetty imuilmakanavan seinämään 5 tyypillisimmin .···. jäykästi, esimerkiksi kiinnitysvälineillä 4, kuten ruuveilla tai pulteilla, ’·" laipasta 15. Imuilmakanavan seinämään 5 on muodostettu aukko suih- ··:’ 30 kutuspäätä varten. Kuvion 2a sovellutusmuodossa suihkutuspää, aina- kin sen suuttimet 3, jäävät suihkutuspään liikesuunnassa imuilmakana-van seinämän aukon imuilmakanavan puoleisten sisäreunojen muodos-....: tämän kuvitellun pinnan ulkopuolelle. Jos suihkutuspää on muodostettu olennaisesti sylinterimäiseksi avautuvat suuttimet tyypillisesti sylinteri-35 pinnalle. Vastaavasti jos suihkutuspää on muodostettu kartiomaiseksi avautuvat suuttimet kartiopinnalle. Tyypillisesti suuttimet avautuvat suihkutuspään sivupinnalle.

5 112395

Suihkutuspää käsittää ainakin yhden ensimmäisen kanavan 11 väliaineen johtamiseksi ainakin yhdelle suuttimelle 3. Suihkutuspää käsittää ainakin yhden toisen kanavan 21 toisen väliaineen johtamiseksi ainakin 5 yhdelle suuttimelle 3. Suihkutuspää 1 käsittää ainakin kaksi suutinta 3. Suihkutuspäällä 1 suihkutetaan nestesumua, erityisesti vesisumua. Suihkutuspää 1 siirretään ensimmäisestä asennosta toiseen asentoon paineväliaineen avulla.

ίο Kuviossa 3a ja 3b on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisen suihku-tuspään sovellutusmuoto, jossa suuttimeen 3 voidaan tuoda kahta väliainetta. Sisääntuloaukon 9 kautta kammioon 8 tuodaan nestettä tyypillisesti vettä, joka pääsee ensimmäistä kanavaa 11 pitkin suuttimelle 3. Ensimmäisen väliaineen paine siirtää suihkutuspään 1 ensimmäi-15 sestä asennosta (kuvio 3a) toiseen asentoon (kuvio 3b). Suihkutuspään varteen 7 on järjestetty toinen kanava 21, johon toisen sisääntuloaukon 20 kautta syötetään toista väliainetta, tyypillisesti kaasua, kuten ilmaa. Varsi on kuvion 3a ja 3b sovellutusmuodossa pidennetty niin, että se ulottuu ei-aktiivisessa, ensimmäisessä asennossa pitimen 2 suihkutus-20 päähän 1 nähden vastakkaisesta päästä ulkopuolelle, kuviossa alapuo-: lellejä aktiivisessa asennossa olennaisesti noin pitimen pään 16 tasolle.

Tämän sovellutusmuodon mukaisessa ratkaisussa suutinpää siirtyy aktiivisesta, toisesta asennosta, ensimmäiseen asentoon, imuilmakana-vassa vaikuttavan paineen johdosta, joka vaikuttaa suihkutuspään 1 25 imuilmakanavan puoleiseen päätypintaan.

Kuviossa 4 on esitetty eräs keksinnön mukainen suihkutuspää 1 leikat-.·*·. tuna yhdessä suihkutuspään pituusakselia vasten kohtisuorassa tasos- sa. Suihkutuspää käsittää useita suuttimia 3, joille paineväliainetta joh-• 30 detaan useita kanavia 11 pitkin. Suihkutuspää toimii esimerkiksi seu- raavasti aluksi suihkutuspää siirtyy aktiiviseen asentoon ja aloitetaan ; suihkutus yhdellä ensimmäisellä suuttimella 3. Suuraavassa vaiheessa voidaan suihkuttaa kahdella suuttimella ja lopuksi suihkuttaa kaikilla kolmella suuttimella.

35

Keksinnön mukainen suihkutuspää soveltuu erittäin hyvin korkeapaineisen väliaineen suihkutukseen. Putkiston paine on tyypillisesti yli 30 bar, 6 112395 edullisesti yli 50 bar, edullisimmin yli 75 bar. Suihkutuspään suuttimet sijaitsevat edullisimmin suihkutuspään sivupinnalla, jolloin ne ovat ei-aktiivisessa tilassa suojassa mahdolliselta likaantumiselta. Suihkutus-päällä suihkutetaan Paine voi olla tyypillisesti välillä 10 - 300 bar. Imu-5 kanavistoon suihkutettava neste, erityisesti vesipitoinen neste on hienojakoista sumua. 50 % veden tilavuudesta (Dv50) on pisaroina, joiden pisarakoko on tyypillisesti alle 200 mikrometriä, suositeltavasti alle 100 mikrometriä ja vielä suositeltavammin alle 50 mikrometriä. Suihkutuspään muoto, suutinten lukumäärä ja niiden suuntaus voivat vaihdella ίο sovellutuskohteen mukaisesti. Suuttimeen voidaan syöttää myös eri väliaineita kuten vettä ja kaasua. Suuttimia ei ole kuviossa esitetty yksityiskohtaisesti, mutta ne voivat olla sovellutuskohteen mukaan vaihdettavia. Suuttimet ovat siten tyypiltään sellaisia, jotka sumuttavat hienoa sumua syötettäessä niihin nestettä korkealla paineella. Tällaisia 15 suuttimia tunnetaan monenlaisia, esimerkiksi vesisumua hyödyntävän palonsammutustekniikan yhteydestä. Esimerkiksi julkaisuissa WO 92/20454 ja WO 94/06567 on esitetty vesisumua korkeassa paineessa tuottavia suuttimia. Luonnollisesti suuttimet voivat olla muunlaisiakin, esimerkiksi julkaisussa WO 01/45799 on esitetty vielä eräs suutin.

.·. 20

Alan ammattihenkilölle on selvää, että keksintö ei ole rajoitettu edellä esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan sitä voidaan vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

...·' 25

Claims

112395

1. Suihkutuspää mäntämoottorin imuilman kostuttamiseksi, joka suih-kutuspää käsittää ainakin yhden suuttimen (3) imuilmaa kostuttavan 5 nesteen syöttämiseksi imuiimakanavaan tai tilaan joka johtaa moottorin imuilmakanavaan, tunnettu siitä, että suihkutuspää (1) on liikutettavissa ainakin kahden asennon välillä, ensimmäisen asennon, jossa ensimmäisessä asennossa suihkutuspää on sisäänvedettynä ja toisen asennon, jossa toisessa asennossa suihkutuspää on ulostyöntyneenä. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että ei-aktiivisessa tilassa suihkutuspää on ensimmäisessä asennossa sisäänvedettynä ja aktiivisessa tilassa, toisessa asennossa, suihkutus-pään ainakin yksi suutin (3) ulottuu suihkutuspään pitimen (2) reunojen 15 ja/tai imuilmakanavan (5) sisäpinnan tasoon nähden imuilmakanavan sisäpuolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että pitimeen (2) on järjestetty ainakin yksi ohjauselin (13) ja 20 suihkutuspäähän ainakin yksi ohjauselimen vastinpinta (14) suihkutus-: pään pitämiseksi halutussa suunnassa.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 3 mukainen suihkutuspää, '·· tunnettu siitä, että suihkutuspää (1), edullisimmin sen varsiosan '\· 25 (7), ja pidin (2) on järjestetty toimimaan mäntä-sylinteri-yhdistelmänä, jossa suihkutuspäähän, edullisimmin sen varsiosaan (7) on järjestetty . : mäntäosa (6) ja pidin (2) käsittää sylinterikammion (8), johon mäntä- ··. osa järjestetty liukuvasti. • ·

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen suihkutuspää, ...: tunnettu siitä, että suihkutuspään yhteyteen on järjestetty välineet suihkutuspään (1) siirtämiseksi ulostyöntyneestä asennosta sisäänve-...: dettyyn asentoon.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että suihkutuspään (1) ja pitimen (2) väliin on jär- 112395 jestetty jousielin (10) suihkutuspään siirtämiseksi ulostyöntyneestä asennosta sisäänvedettyyn asentoon.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen suihkutuspää, 5 tunnettu siitä, että suihkutuspää käsittää ainakin yhden ensimmäisen kanavan (11) väliaineen johtamiseksi ainakin yhdelle suuttimelle (3).

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen suihkutuspää, ίο tunnettu siitä, että suihkutuspää käsittää ainakin yhden toisen (21) kanavan toisen väliaineen johtamiseksi ainakin yhdelle suuttimelle.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että suihkutuspää (1) käsittää ainakin kaksi suutinta 15 (3).

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että suihkutuspää (1) käsittää ainakin yhden toisen kanavan väliaineen johtamiseksi toiselle suuttimelle. 20 : 11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen suihkutuspää, *’ tunnettu siitä, että suihkutuspäällä suihkutetaan nestesumua, eri tyisesti vesisumua.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen suihkutuspää, tunnettu siitä, että suihkutuspää (1) siirretään ensimmäisestä ·,: asennosta toiseen asentoon paineväliaineen avulla. ···** 30 112395