FI116158B

FI116158B - Mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmä

Info

Publication number: FI116158B
Application number: FI20020667A
Authority: FI
Inventors: David Jay
Original assignee: Waertsilae Finland Oy
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2005-09-30
Also published as: EP1353063A2; DE60314321D1; US6851412B2; EP1353063A3; US20030230284A1; JP2003293894A; DK1353063T3; JP4237526B2; FI20020667A0; ATE364786T1; DE60314321T2; EP1353063B1; FI20020667A

Description

116158

MÄNTÄMOOTTORIN POLTTOAINEEN SYÖTTÖJÄRJESTELMÄ - BRÄNSLE TILLFÖRSELSYSTEM FÖR KOLVMOTOR

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen män-5 tämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmä.

Mäntämoottoreiden polttoainejärjestelmissä on sovellettu yleisesti ns. common rail - järjestelmiä, joissa polttoainetta syötetään korkeassa paineessa olevaan yhteispainevarastoon ja sieltä annostellaan kuhunkin moottorin sylinteriin polttoaineen ruiskutussuuttimen toimintaa ohjaamalla.

10 Yhteispainevarasto on rakennettava hyvin vahvaksi kestämään suuria paineita, | jotka ovat tyypillisesti luokkaa >100 MPa. Painevarastot on tyypillisesti raken nettu paineastioiden tavoin sylinterimäisiksi rakenteeltaan. Tällainen rakenne johtaa hyvin paksuihin seinämävahvuuksiin ja sitä kautta mm. tilan tarve itse paineakun tilavuuteen nähden on suhteellisen suuri.

15 Julkaisuissa W09842978 ja W09517594 on esitetty mäntämoottorin ροδιοί " aineen syöttöjärjestelmä, joka käsittää kutakin sylinteriä kohden sovitetun ai- *··';’ nakin yhden polttoaineen ruiskutussuuttimen yhdistettynä polttoaineen syöt- töjärjestelmään, sekä lisäksi polttoaineen kutakin sylinteriä kohden ainakin yh-den polttoaineen painevaraston. 1 2 3 4 5 6

Yleistä tekniikan tasoa edustaa eräs common rail- tekniikkaa soveltava ratkaisu, joka on esitetty hakijan aikaisemmassa patentissa US 6240901. Tässä 2 I* · 3 • · t 4 polttoaine syötetään polttoainesäiliöstä korkeapainepumpun välityksellä paine- 5 varastoon, josta se edelleen syötetään injektorien avulla moottorin sylinterei-* '· hin. Polttoaineen painevarasto käsittää ainakin kaksi erillistä paineakkuyksik- 6 köä, jotka kukin on yhdistetty ainakin kahteen injektoriin ja jotka on varustettu omalla korkeapainepumpulla. Polttoaineen paineen tasaamiseksi paineakkuyk-‘ ' sikköjen painetilat ovat jatkuvasti yhteydessä toisiinsa, ja yksi järjestelmän pai- 2 116158 neakkuyksiköistä on varustettu venttiilillä, jonka välityksellä kyseisen paineak-kuyksikön paineilla sekä samalla siihen yhteydessä olevat painetilat on yhdistettävissä polttoainesäiliöön. Tällainen ratkaisu tarvitsee kuitenkin suhteellisen paljon tilaa moottorin ympäriltä. Painevarastojen on esitetty tässä julkaisussa 5 olevan sylinterimäisiä, paksuseinämäisiä kammioita, mikä, kuten edellä on mainittu, johtaa hyvin paksuihin seinämävahvuuksiin ja sitä kautta mm. tilan tarve on suhteellisen suuri.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mäntämoottorin polttoaineen syöttö-järjestelmä, joka minimoi tunnetun tekniikan ongelmia. Erityisesti keksinnön 10 tarkoituksena on aikaan saada mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmä, jolla tilantarve moottorin läheisyydessä on minimoitu.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksessa 1 sekä muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.

Keksinnön mukaisessa mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmässä, jos- 15 sa mäntämoottori käsittää moottorin rungon ja tähän järjestettyjä sylintereitä, sekä kutakin sylinteriä kohden sovitetun ainakin yhden polttoaineen ruiskutus- ·' ” suuttimen yhdistettynä polttoaineen syöttöjärjestelmään, ja joka polttoaineen ’··;* syöttöjärjestelmä käsittää kutakin sylinteriä kohden ainakin yhden polttoaineen painevaraston, ja jossa kunkin sylinterin polttoaineen painevarasto on sovitettu 20 ainakin osittain moottorin sylinterikannen sisään. Painevarastot ovat edullisesti .···. virtausyhteydessä toistensa kanssa, joka yhteys on toteutettu sylinterikannen * * ulkopuolisen putkiston välityksellä.

• · #

Keksinnön mukaisesti painevaraston kokonaistilavuus on vähintään 30- • · kertainen verrattuna siihen polttoaineen tilavuuteen, joka ruiskutetaan yhdestä * · * / 25 ruiskutussuuttimesta moottorin yhden työtahdin aikana.

Erään keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaisesti kukin sylinteri käsittää ·;··| oman erillisen sylinterikannen, johon kukin painevarasto on sovitettu ulottu maan sylinterikannen ulkopuolelta ruiskutussuuttimelle.

3 116158

Edullisesti painevarasto muodostuu ainakin kahdesta erillisestä kammiosta, jotka ovat virtausyhteydessä toisiinsa, ja joita rajoittaa ainakin osittain yhteinen väliseinämä. Tällä tavoin saadaan painevaraston jännitykset hallittua paremmin ja painevaraston tilan tarve pienenee ohuempien tarvittavien seinämävahvuuk-5 sien kautta.

Erään suoritusmuodon mukainen painevarasto muodostuu pääkammioista ja ainakin yhdestä apukammiosta, jotka ovat virtausyhteydessä toisiinsa ainakin kahta eri reittiä pitkin. Painevaraston pääkammio on yhdistetty polttoaineen ruiskutussuuttimeen ja sanottu ainakin yksi apukammio on yhdistetty polttoai-10 netta painevarastoon syöttävään polttoainekanavaan.

Painevarasto käsittää edullisesti pitkänomaisen runko-osan, runko-osan ensimmäisen päätykappaleen ja runko-osan toisen päätykappaleen, jossa painevaraston kammiot käsittävät runko-osaan järjestettyjä sen toisesta päästä toista päätä kohti ulottuvia tiloja ja kummatkin päätykappaleet käsittävät ainakin yh-15 teen mainituista tiloista yhteydessä olevan ainakin yhden virtauskanavan.

Painevaraston runko-osa on poikkileikkaukseltaan oleellisesti ympyrän muotoi- • * • '·· nen ja että tilat muodostuvat runko-osan pituusakselin suuntaisista poikkileik- kaukseltaan oleellisesti pyöreistä tiloista, kuten porauksista. Tilat on sijoitettu runko-osan poikkileikkaukseen sen keskiakselin suhteen oleellisesti symmetri- * « % *···’ 20 sesti.

♦ t » • · « : Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheisiin piirus tuksiin, joissa • · • · .***. - kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista polttoaineen syöttöjär- : jestelmää, * · ’>>· 25 - kuvio 2 esittää yksityiskohtaa kuvion 1 mukaisesta polttoaineen syöttöjär- jestelmästä, ja - kuvio 3 esittää kuvion 2 leikkausta 3-3.

4 116158

Kuviossa 1 kaaviollisesti esitetty mäntämoottorin 2 osa, ja siihen liittyvä polttoaineen syöttöjärjestelmä 1. Mäntämoottori on perusrakenteeltaan sinänsä tunnettua tyyppiä, samoin polttoaineen syöttöjärjestelmä. Mäntämoottori käsittää sen runkoon 3 sovitettuja useita sylintereitä 4, joilla kullakin on oma sylin-5 terikansi 7. Kunkin sylinterin yhteydessä on ainakin yksi polttoaineen ruisku-tussuutin 5. Polttoaineen syöttöjärjestelmä on ns. common rail järjestelmä, eli se käsittää ainakin yhden polttoaineen painevaraston 6. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kutakin sylinteriä 4 kohden on oma, erillinen polttoaineen paineva-rasto 6. Järjestelmä on hyvin kompakti ja edullinen, sillä kunkin sylinterin 4 10 polttoaineen painevarasto on sovitettu ainakin osittain moottorin sylinterikan-nen 7 ympäröimäksi. Tällöin polttoaineen painevarastot 6 vievät tilaa vähemmän ja toisaalta sylinterikannen rakennetta voidaan hyödyntää painevaraston suojana. Tällöin esimerkiksi mahdollinen polttoainevuoto voidaan ensivaiheessa rajoittaa painevaraston tilaan sylinterikannessa 7 ja myös havaita näin hel-15 pommin. Lisäksi sylinterikannesta johtuu lämpöä painevarastoon, mikä lämmittää polttoainetta. Tällä ratkaisulla painevarasto saadaan myös entistä lähemmäs polttoaineen ruiskutussuutinta 5, mikä vähentää virtauksen painehäviötä painevaraston 6 ja ruiskutussuuttimen 5 välillä.

• · # : Kuviossa 1 esitetyssä ratkaisussa painevarastot 6 ovat virtausyhteydessä tois- : : : 20 tensa kanssa ja myös muun polttoaineen syöttöjärjestelmän 1 kanssa pääasi- assa sylinterikansien ulkopuolisen putkiston 8 välityksellä. Putkisto 8 liittyy '! painevarastoon 6 sen ensimmäisen päätykappaleen 10 virtauskanavan 10.1 ’··>* kautta.

j ’ : Kuviossa 2 on esitetty eräs edullinen painevarastosta 6 sijoitettuna sylinteri- 25 kanteen 7 polttoaineen ruiskutussuuttimen 5 yhteyteen. Polttoaineen paineva- rasto 6 ja ruiskutussuutin 5 ovat järjestetty sellaisiksi, että ne voivat olla oleel-: lisesti suoraan yhteydessä toistensa kanssa, pelkän painevaraston 6 päätykap- paleen 11 välityksellä. Toinen päätykappale 11 käsittää putkimaisen ulokkeen 5 116158 11.2, joka on järjestetty ulottumaan ruiskutussuuttimeen 5 siten, että nämä yhdessä muodostavat tiiviin virtausyhteyden polttoaineelle.

Painevarasto 6 on järjestetty käsittämään ainakin kaksi erillistä kammiota 6.1.6.2. Tässä suoritusmuodossa niitä on viisi kappaletta, joista yksi 6.1 on 5 painevaraston keskiakselilla ja muut sijoitettuna symmetrisesti keskiakselin suhteen, kuten kuviosta 3 on nähtävissä. Tämän kaltaisella ratkaisulla voidaan ulkoseinämä tehdä seinämäpaksuudeltaan ohuemmaksi, koska osatilavuuksiin jaetulla painevarastolla osa paineen aiheuttamista jännityksistä saadaan keskenään kompensoitua siten, että ulkopintaan kohdistuva kokonaispaine pienenee. 10 Lähtökohtana on siis aikaansaada useita osatilavuuksia, jotka on sitten yhdistetty toisiinsa painevarastossa 6 sopivasti. Näin osatilavuuksista syntyvä kokonaistilavuus on keksinnön mukaisesti sellainen, että se on vähintään 30-kertainen verrattuna siihen polttoaineen tilavuuteen, joka ruiskutetaan yhdestä ruiskutussuuttimesta 5 moottorin yhden työtahdin aikana.

15 Painevarasto voidaan siis toteuttaa esimerkiksi kuvion 2 mukaisesti, jolloin se muodostuu ns. pääkammiosta 6.1, joka on yhteydessä päätykappaleen 11 väli- :·. tyksellä polttoaineen ruiskutussuuttimeen 5, sekä useista apukammioista 6.2.

. .·. Tässä suoristusmuodossa polttoainekanavat 8 ovat ensisijassa yhdistettynä : apukammioihin 6.2. Kaikki apukammiot ovat kuitenkin virtausyhteydessä tois- 20 tensa kanssa kuin myös pääkammion kanssa. Tämän yhteyden aikaansaami- ·/· seksi painevarastoon on järjestetty kanavia 6.3, 6.4,6.5. Kammiot 6.1,6.2 ovat tässä suoritusmuodossa yhteydessä molemmissa päissään. Runko-osan ensimmäiseen päähän on aikaansaatu uria tai vastaavia 6.4,6.5, joiden avulla : ·* kammiot 6.1,6.2 ovat yhteydessä toistensa kanssa. Toiseen päähän on ai- • · 25 kaansaatu poraukset tai vastaavat 6.5. Vastaava toiminto voidaan aikaansaada • ♦ \ i myös ratkaisulla, jossa runko-osaan on järjestetty vain sen pituusakselin suun- • · '···' täiset poraukset tiloja 6.1,6.2 varten, ja kaikki näiden yhdistämiseksi tehtävät kanavat järjestetään päätykappaleisiin 10,11 urilla, porauksilla tai vastaavilla.

• · 6 116158

Painevarasto 6 käsittää pitkänomaisen runko-osan 9, joka on edullisesti ulkomuodoltaan sylinterimäinen, sekä ensimmäisen päätykappaleen 10 ja toisen päätykappaleen 11. Tässä suoritusmuodossa painevaraston kammiot 6.1,6.2 käsittävät runko-osaan järjestettyjä sen toisesta päästä toista päätä kohti ulot-5 tuvia tiloja, joista vain kammio 6.1 ulottuu suoraan runko-osan lävitse ja muut kammiot 6.2 on liitetty kammioon 6.1 porausten tai vastaavien 6.5 välityksellä. Päätykappaleiden välityksellä polttoainetta tuodaan painevarastoon 6 ja syötetään edelleen polttoaineen ruiskutussuuttimelle 5,

Kuviossa 3 on esitetty tarkemmin eräs tapa kammioiden sijoittamiseksi paine-10 varaston 6 poikkileikkauksessa. Kammioiden 6.1,6.2 sijoittelu toteutetaan edullisesti siten, että ne ovat runko-osan 9 keskiakselin suhteen oleellisesti symmetrisesti sijoitettuna. Tässä yks kammioista 6.1, joka tässä suoritusmuodossa ulottuu koko runko-osan 9 lävitse, on sen keskiakselilla ja muut kammiot 6.2 symmetrisesti sijoitettuna poikkileikkaukseen. Aina kahden vierekkäistä 15 kammiota rajoittaa yhteinen väliseinämä 6.3 ja koska vierekkäisissä kammiossa on oleellisesti sama paine, kompensoivat paineiden aiheuttamat jännitykset toisiaan merkittävissä määrin.

• · ’ . Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnel- mia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

• · • f » • * * * » • * # » ·

Claims

7 116158
1. Mäntämoottorin (2) polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), jossa mäntämoottori käsittää moottorin rungon (3) ja tähän järjestettyjä sylintereitä (4), joka syöt-5 töjärjestelmä käsittää kutakin sylinteriä kohden sovitetun ainakin yhden polttoaineen ruiskutussuuttimen (5) yhdistettynä polttoaineen syöttöjärjestelmään (1), ja kutakin sylinteriä (4) kohden ainakin yhden polttoaineen painevaraston (6), tunnettu siitä, että kukin polttoaineen painevarasto (6) on sovitettu ainakin osittain moottorin sylinterikannen (7) sisään.
2. Patenttivaatimukseni mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), tunnet tu siitä, että kunkin polttoaineen painevaraston (6) yksittäinen kokonaistilavuus on vähintään 30-kertainen verrattuna siihen polttoaineen tilavuuteen, joka ruiskutetaan yhdestä ruiskutussuuttimesta (5) moottorin yhden työtahdin aikana.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), tunnet-15 tu siitä, että kukin sylinteri (4) käsittää oman erillisen sylinterikannen (7), johon kukin painevarasto (6) on sovitettu ulottumaan sylinterikannen ulkopuolelta ruiskutussuuttimelle (5). < · » I »
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen polttoaineen syöttöjärjes- • · · telmä (1), tunnettu siitä, että painevarasto (6) muodostuu ainakin kahdesta • * *;·*! 20 erillisestä kammiosta (6.1,6.2), jotka ovat virtausyhteydessä toisiinsa, ja joita • » » • I · rajoittaa ainakin osittain yhteinen väliseinämä (6.3). « »
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), tunnet- : ·’ tu siitä, että painevarasto (6) muodostuu pääkammioista (6.1) ja ainakin yh- < · '·;·* destä apukammiosta (6.2), jotka ovat virtausyhteydessä toisiinsa ainakin kahta » a : 25 eri reittiä pitkin. » · I < \ 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), tunnet- tu siitä, että painevaraston (6) pääkammio (6.1) on yhdistetty polttoaineen 8 116158 ruiskutussuuttimeen (5) ja sanottu ainakin yksi apukammio (6.2) on yhdistetty polttoainetta painevarastoon syöttävään polttoainekanavaan (8).
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen polttoaineen syöttöjärjestely (1), tunnettu siitä, että painevarasto (6) käsittää pitkänomaisen runko-osan (9), runko-5 osan ensimmäisen päätykappaleen (10) ja runko-osan toisen päätykappaleen (11), jossa painevaraston kammiot (6.1,6.2) käsittävät runko-osaan järjestettyjä sen toisesta päästä toista päätä kohti ulottuvia tiloja ja että kummatkin päätykappaleet (10,11) käsittävät ainakin yhteen mainituista tiloista yhteydessä olevan ainakin yhden virtauskanavan (10.1,11.1).
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen polttoaineen syöttöjärjestely (1), tunnettu sii tä, että painevaraston (6) runko-osa (9) on poikkileikkaukseltaan oleellisesti ympyrän muotoinen ja että tilat (6.1,6.2) muodostuvat runko-osan pituusakselin suuntaisista poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreistä tiloista, kuten porauksista.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen polttoaineen syöttöjärjestely (1), tunnettu sii-15 tä, että tilat (6.1,6.2) on sijoitettu runko-osan poikkileikkaukseen sen keskiakselin suhteen oleellisesti symmetrisesti. ' » · s 1 · * 1 1 > » * · » 9 116158