FI113684B - Polttoaineen ruiskutusventtiili ja menetelmä polttoaineen ruiskutuksessa - Google Patents

Description

POLTTOAINEEN RUISKUTUSVENTTIILI JA MENETELMÄ POLTTOAINEEN

RUISKUTUKSESSA - INSPRUTNINGSVENTIL FÖR BRÄNSLE OCH FÖRFA-

RANDE VID BRÄNSLEINSPRUTNING

, 113684 5 Esillä oleva keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen polttoaineen ruiskutusventtiiliin sekä patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukaiseen menetelmään polttoaine ruiskutuksessa.

Polttoaineen ruiskutuksessa käytetään yleisesti hyväksi ns. neulaventtiilejä, joilla ymmärretään alalla yleisesti käytettyjä venttiilejä, joissa venttiilikappale 10 on pitkänomainen ja ohuehko. Varsinkin yhteispainevarastoon perustuvat polttoaineen syöttöjärjestelmät ovat yleistyneet ja polttoaineena voidaan käyttää myös esimerkiksi raskasöljyä. Erityisesti mainituissa yhteispainevarastoon perustuvissa polttoaineen syöttöjärjestelmissä on erittäin tärkeää, että ruiskutus-tapahtuma on hyvin hallittu. Toimintaturvallisuuden varmistamiseksi on oleel-15 lista myös, että ruiskutuksen ja palamistapahtuman aloitusta voidaan ohjata tehokkaasti.

Eräs yhteispaineruiskutusjärjestelmä on kuvattu julkaisussa EP 959 245, jollaisen yhteydessä esillä olevaa keksintöä voidaan menestyksekkäästi soveltaa ja näin parantaa tässä esitettyä järjestelmää. Tällaisessa järjestelmässä on yh-20 teispainevarastossa koko ajan korkea paine, jolloin mahdollinen ruiskutusvent-tiilin toimintahäiriö voi aiheuttaa polttoainevuotoa sylinteriin.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi polttoaineen ruisku-tusventtiili sekä menetelmä polttoaineen ruiskutuksessa. Erityisesti esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada varsinkin mäntämoottorin yhteis-25 painevarastoon perustuvassa poittoaineensyöttöjärjestelmässä sovellettava sellainen uusi ruiskutusventtiilijärjestely, joka on varmatoiminen, jolla ruisku-tustapahtuma ja sitä kautta palamistapahtuma on entistä paremmin hallittavissa ja tarkkailtavissa.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksissa 1 ja 7 sekä 30 muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.

2 113684

Keksinnön mukainen polttoaineen ruiskutusventtiili käsittää venttiilirunkoon sovitetun neulaventtiiliyksikön, johon on sovitettu venttiilineula ohjaamaan polttoaineen ruiskutusta moottorin sylinteriin venttiilirunkoon sovitetusta polt-toainekammiosta. Ruiskutusventtiili käsittää lisäksi polttoaineen paineenmit-5 tauskammion, joka on sovitettu yhteistoimintaan neulaventtiiliyksikön polttoai-nekammion kanssa, ja lisäksi paineenmittauskammion kanssa yhteistoimintaan on sovitettu paineenmittausvälineet. Keksinnölle on tunnusomaista se, että paineenmittauskammio on sovitettu yhteistoimintaan polttoainekammion kanssa ensimmäisten paineenalennuselinten välityksellä, jolloin paine paineenmit-10 tauskammiossa voidaan laskea paineen mittaukseen sopivalle tasolle. Paineenmittauskammio on lisäksi yhteydessä polttoaineen palautuskanavaan poistuvan polttoaineen johtamiseksi pois ruiskutusventtiililtä, jolloin polttoainetta pääsee virtaamaan pois paineenmittauskammiosta tarpeen mukaan.

Paineenmittauskammion ja ensimmäisten paineenalennuselinten väliin on sovi-15 tettu takaiskuventtiili tai vastaava. Vastaavasti paineenmittauskammion ja polttoaineen palautuskanavan väliin on sovitettu toiset paineenalennuselimet. Paineenalennuselimet käsittävät yleisesti sopivan kokoisen porauksen, suutti-men, laipan tai vastaavan. Erityisesti ensimmäiset paineenalennuselimet muodostuvat vaihdettavissa olevasta suutinkappaleesta tai vastaavasta, johon on 20 järjestetty sopivan kokoinen reikä halutun painehäviön aikaansaamiseksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä polttoaineen ruiskutuksessa polttoainetta :· johdetaan korotetussa paineessa ruiskutusventtiilin venttiilirunkoon sovitetun venttiilineulan ohjaamana ruiskutusventtiilin polttoainekammiosta moottorin sylinteriin, jossa polttoainetta johdetaan edelleen polttoainekammiosta korote- • · · 25 tussa paineessa venttiilirunkoon järjestettyjen paineenalennuselinten kautta .···. paineenmittauskammioon, johon järjestetyllä paineenmittausvälineillä tarkkail- • · laan ruiskutusventtiilin toimintaa.

Keksinnön mukaisella järjestelyllä voidaan tarkkailla ruiskutuksen aloitusajan- • · · kohtaa, lopetusajankohtaa. Erityisesti keksinnön mukainen järjestely soveltuu : 30 yhteispainevarastoa hyödyntävään ruiskutusjärjestelyyn, jolloin keksinnön • · .··*. avulla voidaan tarkkailla mahdollisia polttoaineen vuotoja yhteispainevarastosta t · • ruiskutusventtiilille.

• · · * « · • · « » · 3 113684

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheiseen piirustuksiin, jossa - kuvio 1 esittää kaavallisesti keksinnön mukaista neulaventtiiliyksikköä, ja - kuvio 2 esittää kaaviollisesti erästä yksityiskohtaa keksinnön mukaisesta 5 neulaventtiiliyksiköstä.

Kuviossa on viitenumerolla 1 esitetty venttiilirunkoa, jonka sisällä on neula-venttiiliyksikkö 2. Venttiilirunko on kaksiosainen ja moottorin sylinteriin 11 rajoittuva alaosa käsittää polttoainekammion 5, josta polttoaine ruiskutetaan sylinteriin 11. Neulaventtiiliyksikön venttiilineula 2' on sovitettu polttoainekam-10 mion 5 yhteyteen. Polttoainekammio 5 on puolestaan kanavan 3 kautta yhdistetty polttoaineen lähteeseen 4, joka edullisesti on yhteispainevarasto. Venttiilineula ohjaa asemansa perusteella polttoaineen ruiskutusta polttoainekammi-osta 5 moottorin sylinteriin 11. Venttiilineulayksikkönä voi olla sinänsä tunnettu ratkaisu, joka toimii sinänsä tunnetulla tavalla, joten sen rakennetta, toimin-15 taa tai ohjausta ei tässä ole esitetty.

Keksinnön mukaisesti venttiilirunkoon 1 on järjestetty paineenmittauskammio 6, jonka yhteyteen on sovitettu paineenmittauslaite 7. Paineenmittauslaite mittaa painetta paineenmittauskammiossa 6 ja lähettää mittaustiedon eteenpäin . edelleen käsiteltäväksi moottorin ohjausjärjestelmään (ei esitetty).

20 Paineenmittauskammio 6 on yhteydessä polttoainekammioon 5 rengasmaisen uran 5" ja kanavan 5' välityksellä. Rengasmainen ura 5” voi olla yhtenäinen : eli avoin koko matkalta ympäri venttiilirungon pituusakselin, jolloin paineenmit- ·; ··· tauskammio 6 on yhteydessä polttoainekammioon 5 kanavan 5' välityksellä ja kanavaan 3 uran 5" välityksellä. Rengasmainen ura 5" voidaan myös järjestää s a · 25 ulottumaan vain osan matkaa ympäri venttiilirungon pituusakselin, jolloin pai-neenmittauskammio 6 on yhteydessä kanavaan 3 polttoainekammion 5 kautta.

>

Rengasmainen ura on järjestetty venttiilirungon ylä- ja alaosan väliin. Lisäksi paineenmittauskammio 6 on yhdistetty polttoaineen palautuskanavaan 8, jon- • * ka kautta venttiililtä palautettava polttoaine voi virrata pois, esimerkiksi takai- 30 sin polttoainetankkiin (ei esitetty). Venttiilirunkoon 1, polttoainekammion 5 ja . paineenmittauskammion 6 väliin, on järjestetty ensimmäiset paineenalen- • · 0 113684 4 nuselimet 9, joiden vaikutuksesta paine paineenmittauskammiossa 6 saadaan oleellisesti matalammaksi kuin polttoainekammiossa 5. Vastaavasti paineen-mittauskammion 6 jälkeen on sovitettu toiset paineenalennuselimet 9'. Valitsemalla ensimmäiset 9 ja toiset paineenalennuselimet 9' sopivasti, ts. mitoit-5 tamalla niiden virtausvastukset sopivasti, voidaan painetaso paineenmittauskammiossa 6 asettaa sellaiselle tasolle, että paineen mittausolosuhteista tulee sopivat.

Paineenalennuselimet 9, 9' voi olla esimerkiksi sopivan kokoinen poraus, suu-tin, laippa tai vastaava, jolla saadaan aikaiseksi painehäviötä polttoaineen vir-10 taukseen. Sopivat kuristukset voidaan määrittää kokeellisesti kuhunkin suutin-ja/tai moottorityyppiin ts. tilanteeseen erikseen. Edullisesti ensimmäiset paineenalennuselimet 9 käsittää suutin/laippakappaleen, joka on vaihdettavissa kulloiseenkin sovellukseen sopivaksi. Toiset paineenalennuselimet 9' käsittää edullisesti sopivan kokoisen virtauskanavan aukon. Näiden yhteisvaikutuksella 15 saadaan kokonaisuutena edullisen ratkaisu.

Venttiilirunkoon on edullisesti sovitettu myös takaiskuventtiilit 10,10'. Ensimmäinen takaiskuventtiili 10 on sovitettu ensimmäisten paineenalennuselinten 9 ja paineenmittauskammion 6 väliin. Ensimmäinen takaiskuventtiili 10 estää polttoaineen joutumisen takaisin polttoainekammioon 5. Toinen takaiskuvent-20 tiili 10' on sovitettu paineenmittauskammion 6 jälkeen, edullisesti toisten pai-neenalennuselinten 9' jälkeen. Toinen takaiskuventtiili 10' mahdollistaa myös :· polttoainevuotojen monitoroinnin, koska paluukanavasta 8 ei voi virrata poltto- ainetta paineenmittauskammioon 6.

Joissakin tapauksissa keksinnön mukaisen systeemin toimintaa voidaan paran- • · · * · 25 taa mäntäelimellä 21, joka on esitetty kuviossa 2. Tämä mäntäelin on järjestet-’··*' ty sellaiseksi, että se käsittää ensimmäisen osuuden 22, joka on sovitettu mahtumaan ensimmäisten paineenalennuselinten 9 sisään sekä toisen osuuden 23, joka on pituusakselin suuntaiselta poikkileikkaukseltaan suurempi kuin en-·...·’ simmäinen osuus 22. Mäntäelin on siis pituusakselinsa suunnassa eri kohdista : 30 halkaisijaltaan eri suuruinen. Mäntäelin 21 on sovitettu liikkumaan polttoaineen virtauksen ja painevaihteluiden vaikutuksesta asemien, jossa ensimmäinen osuus 22 on paineenalennuselimien 9 sisällä, ja jossa ensimmäinen osuus 22 *·' on ulkona paineenlaskemiselimistä 9, välillä. Näin mäntäelin 21 on sovitettu toimimaan takaiskuventtiilin tavoin. Mäntäelin voi toimia takaiskuventtiilin 10 korvaavana elimenä ja se voi olla myötävaikuttamassa myös polttoaineen pai neen laskemisessa.

5 113684

Keksinnön mukainen menetelmä toimii siten, että kun kanavan 3 välityksellä 5 neulaventtiiliyksikkö on yhdistetty polttoaineen lähteeseen 4, edullisesti yh-teispainevarastoon, paine nousee polttoainekammiossa 5 ruiskutuspaineeseen. Tämän vaikutuksesta polttoainetta virtaa kanavaa 5' pitkin rengasmaiseen uraan 5" tästä edelleen ensimmäisten paineenalennuselinten 9 ja takaiskuvent-tiin 10 kautta paineenmittauskamrmoon 6. Paineenmittauskammiosta pieni-10 määrä polttoainetta pääsee virtaamaan toisten paineenalennuselinten 9' ja ta-kaiskuventtiin 10' lävitse polttoaineen palautuskanavaan 8. Tämän järjestelyn vaikutuksesta paine paineenmittauskammiossa 6 käyttäytyy siten, että paineen tarkkailu on mahdollista riittävällä tarkkuudella. Ruiskutuspainetta matalammalla tasolla olevaa painetta seuraamalla voidaan venttiiliyksikön tilasta ja 15 sen toiminnasta saada tietoa, jonka perusteella moottorin palamistapahtuma on entistä paremmin hallittavissa ja näin myös toiminta ja suorituskyky entistä parempi.

Järjestely mahdollistaa tarkan paineen vaihteluiden mittaamisen paineenmittauskammiosta 6, jossa vallitsee oleellisesti pienempi paine kuin polttoaine-20 kammiossa 5. Keksinnön mukainen polttoaineen ruiskutusventtiili mitoitetaan • edullisesti siten, että paine paineenmittauskammiossa 6 kohoaa venttiilin olles- p sa käytössä tyypillisesti alle 50 bariin, kuitenkin maksimissaan vain satojen ibaarien tasolle, kun ruiskutuspaine polttoainekammiossa 5 voi olla tyypillisesti luokkaa 1000 - 1500 bar.

25 Paineenmittausyksikkö 7 voi joissain tapauksissa olla myös erillinen, vain ’··*’ venttiilirunkoon toiminnallisesti yhdistetty laite. Keksintöä voidaan soveltaa sellaisessa järjestelmissä, joissa ruiskutusventtiilin polttoaineen paine säilyy » ruiskutusten välillä, tai sellaisissa, joissa painetta ei yllä pidetä ruiskutusten vä-Iillä.

• · • · · • » * 30 On siis selvää, että edellä esitetyt tekniset ratkaisut ovat vain esimerkinomai-siä, joten keksintö ei siis ole rajoitettu esitettyyn sovellusmuotoon, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

1. Polttoaineen ruiskutusventtiili, joka käsittää venttiilirunkoon (1) sovitetun neulaventtiiliyksikön (2), johon on sovitettu venttiilineula (2') ohjaamaan polttoaineen ruiskutusta moottorin sylinteriin (11) venttiilirunkoon (1) sovitetusta 5 polttoainekammiosta (5), sekä polttoaineen paineenmittauskammion (6), joka on sovitettu yhteistoimintaan polttoainekammion (5) kanssa, ja paineenmittauskammion (5) kanssa yhteistoimintaan sovitetut paineenmittausvälineet (7), tunnettu siitä, että paineenmittauskammio (6) on sovitettu yhteistoimintaan polttoainekammion (5) kanssa ensimmäisten paineenalennuselinten (9) välityk-10 sellä.

2. Insprutningsventil enligt patentkrav 1, kännetecknad av att tryckmätnings kammaren (6) är förenad med en returledning (8) för bränsle för att bortleda avlägsnande bränsle bort fran insprutningsventilen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruiskutusventtiili, tunnettu siitä, että paineenmittauskammio (6) on yhteydessä polttoaineen palautuskanavaan (8) poistuvan polttoaineen johtamiseksi pois ruiskutusventtiililtä.

3. Insprutningsventil enligt patentkrav 1, kännetecknad av att mellan tryckmätningskammaren (5) och de första dekompressionsorganen (9) är anordnad 15 en bakslagsventil (10) eller motsvarande.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruiskutusventtiili, tunnettu siitä, että pai-15 neenmittauskammion (5) ja ensimmäisten paineenalennuselinten (9) väliin on sovitettu takaiskuventtiili (10) tai vastaava.

4. Insprutningsventil enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att mellan tryckmätningskammaren (6) och returledningen (8) är anordnade andra dekompressionsorgan (9').

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ruiskutusventtiili, tunnettu siitä, että paineenmittauskammion (6) ja palautuskanavan (8) väliin on sovitettu toiset , . paineenalennuselimet (9'). • · :· 20 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ruiskutusventtiili, tunnettu siitä, että tois- ten paineenalennuselinten (9') ja polttoaineen palautuskanavan väliin on sovi-:***: tettu toinen takaiskuventtiili (10') tai vastaava.

5. Insprutningsventil enligt patentkrav 4, kännetecknad av att mellan de andra :· 20 dekompressionsmedlen (9') och returledningen för bränsle är anordnad en an- , nan bakslagsventil (10') eller motsvarande.

6. Insprutningsventil enlig patentkrav 1 eller 4, kännetecknad av att dekompressionsmedlen (9,9') omfattar en borrning, ett munstycke, en fläns eller mot- • · *···* svarande av lämplig storlek. .·. 25 7. Förfarande vid bränsleinsprutning, vid vilket bränsle leds i förhöjt tryck kon- trollerad av ventilnälen (2') arrangerad i ventilhuset (1) frän bränslekammaren .· f (5) tili cylindern (11) av en motor, kännetecknat av att bränsle leds frän • · · '· bränslekammaren (5) i förhöjt tryck genom dekompressionsverktyg (9) arran- ··* gerade i ventilhuset tili tryckmätningskammaren (6), vid vilken tryckmätnings- ,· 30 verktygen (7) är anordnade att kontrollera insprutningsventilens funktion. β 113684

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen ruiskutusventtiili, tunnettu siitä, että '···* paineenalennuselimet (9,9') käsittää sopivan kokoisen porauksen, suuttimen, 25 laipan tai vastaavan. « • · · *

6 113684

7. Menetelmä polttoaineen ruiskutuksessa, jossa polttoainetta johdetaan koro- • · · .* . tetussa paineessa ruiskutusventtiilin venttiilirunkoon (1) sovitetun venttii- • · · lineulan (2') ohjaamana ruiskutusventtiilin polttoainekammiosta (5) moottorin • · ’···’ sylinteriin (11), tunnettu siitä, että polttoainetta johdetaan polttoainekammios- : 30 ta (5) korotetussa paineessa venttiilirunkoon järjestettyjen paineenalennuselin- • » 7 113684 ten (9) kautta paineenmittauskammioon (6), johon järjestetyllä paineenmit-tausvälineillä (7) tarkkaillaan ruiskutusventtiilin toimintaa.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att bränslets tryck sänks tili minst en tiondedel av bränslekammarens (5) tryck da bränsle leds tili tryckmätningskammaren (5) genom dekompressionsmedel (9).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen painetta lasketaan vähintään kymmenesosaan polttoainekammion (5) 5 paineesta johdettaessa sitä paineenalennuselinten (9) kautta paineenmittauskammioon (5).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta johdetaan paineenmittauskammiosta (6) polttoaineen palautuskanavaan (8). * φ I » » I · • · • » • · « t · • · • · • · • · I * 1 · t · · * 1 1 • » · • ♦ • · • · · · 1 · • · 8 113684 Insprutningsventil för bränsle, vilken omfattar en till ett ventilhus anordnad nälventilenhet (2) , tili vilken är anordnad en ventilnil (2') att styra bränslein-sprutning tili en motors cylinder (11) fran en i ventilhuset arrangerat bränsle-5 kammare (5), samt en tryckmätningskammare (6) för bränsle, vilken är anordnad i samverkan med bränslekammaren (5), och tryckmätningsmedel (7) an-ordnade i samverkan med tryckmätningskammaren (5), kännetecknad av att tryckmätningskammaren (6) är anordnad i samverkan med bränslekammaren (5) genom första dekompressionsorgan (9).

9. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att bränsle tillförs fran 5 tryckmätningskammaren (6) tili returledningen (8) för bränsle. « I · • · · * « I • · t • · • · · * » * ♦ · • 1 » • 1 • · » • « • » · • · » ·