FI119950B - Mäntämoottorin polttoaineen ruiskutuspumpun mäntä ja ruiskutuspumppu - Google Patents

Description

MÄNTÄMOOTTORIN POLTTOAINEEN RUISKUTUSPUMPUN MÄNTÄ JA RUIS-KUTUSPUMPPU

Tämän keksinnön kohteena on mäntämoottorin polttoaineen ruiskutuspumpun 5 mäntä. Keksinnön kohteena on myös polttoaineen ruiskutuspumppu.

Ruiskutuspumppuja käytetään mäntämoottoreissa paineistetun polttoaineen syöttämiseksi jaksoittaisesti ruiskutussuuttimeen ja edelleen ruiskutussuutti-men kautta moottorin sylinteriin. Eräs polttomoottorin ruiskutuspumppu käsit-10 tää sylinterielementin, jonka painetilassa on edestakaisin liikkuva mäntä, jonka liike saa aikaan polttoaineen paineen nousun. Sylinterielementissä on tavallisesti yksi tai useampi imukanava, jonka kautta polttoainetta johdetaan painellaan sen ulkopuolella olevasta imukammiosta. Männässä on kaksi säätöreunaa, joista ensimmäinen määrittää polttoaineen ruiskutuksen alkamisajankohdan ja 15 toinen päättymisajankohdan. Kun painetilassa kohti yläkuolokohtaa liikkuvan männän sivulla oleva ensimmäinen säätöreuna peittää imukanavan suuaukon, painetilassa olevan polttoaineen paine nousee ja paineistettua polttoainetta virtaa painetilasta ruiskutussuuttimelle johtavaan syöttökanavaan. Kun männän sivulla oleva toinen säätöreuna tulee imukanavan suuaukon kohdalle ja paljas-20 taa imukanavan, painetilan paine purkautuu imukanavan kautta imukammioon ja polttoaineen virtaus ruiskutussuuttimelle loppuu. Toinen säätöreuna on ruu-vimainen, jolloin polttoaineen ruiskutuksen lopetusajankohtaa ja siten ruiskutuksen kestoa voidaan muuttaa kiertämällä mäntää pituusakselinsa ympäri.

25 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu, jolla polttoaineen ruiskutuspumpun toimintaa voidaan parantaa.

Keksinnön mukaan tämä tavoite saavutetaan patenttivaatimuksissa 1 ja 3 esitetyillä tavoilla.

30

Keksinnön mukainen polttoaineen ruiskutuspumpun mäntä käsittää ensimmäisen vinon säätöreunan, joka määrittää polttoaineen ruiskutuksen alkamisajankohdan tietyllä moottorin kuormituksella, ja toisen vinon säätöreunan, joka määrittää polttoaineen ruiskutuksen päättymisajankohdan tietyllä moottorin 2 kuormituksella. Keksinnössä ensimmäisen säätöreunan ja toisen säätöreunan samaa kuormitusta vastaavien kohtien välinen etäisyys männän aksiaalisuun-nassa muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti moottorin tyhjäkäyntiä ja täyttä kuormitusta vastaavalla välillä. Ensimmäinen säätöreuna on muotoiltu 5 siten, että 60-85 %:n kuormitusta vastaavalla välillä polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohtaa on aikaistettu verrattuna tätä alhaisempaan kuormitukseen.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

10 Männän ensimmäinen vino säätöreuna voidaan muotoilla siten, että ruiskutuksen alkamisajankohta muuttuu halutulla tavalla moottorin kuormituksen muuttuessa. Ruiskutuksen aloitusajankohta voidaan optimoida halutulla tavalla esimerkiksi moottorin hyötysuhteen tai kuormitusherkkyyden parantamiseksi tai päästöjen vähentämiseksi halutulla kuormitusalueella.

15 Männän säätöreunat on muotoiltu siten, että ensimmäisen säätöreunan ja toisen säätöreunan välinen etäisyys männän aksiaalisuunnassa muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti moottorin tyhjäkäyntiä ja täyttä tehoa vastaavien kohtien välisellä alueella. Tällöin myös männän tehollinen iskunpituus ja 20 ruiskutuspumpuin tuottokäyrä muuttuvat lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti tyhjäkäynnin ja täyden kuormituksen välisellä kuormitusalueella. Tällöin ruis-kutuspumpun tuottokäyrässä ei ole moottorin toimintaa haittaavia epäjatkuvuuskohtia.

25 Männän ensimmäinen säätöreuna voidaan muotoilla esimerkiksi siten, että noin 85-100 %:n kuormituksella polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohtaa myö-häistetään keskisuureen kuormitukseen verrattuna, jotta palamispaine sylinterissä ei nouse liian korkeaksi. Ylikuormituksella eli yli 100 %:n kuormituksella sytytystä edelleen myöhäistetään täyteen kuormitukseen verrattuna palamis-30 paineen pitämiseksi hyväksyttävällä tasolla.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten mukaisen esimerkin avulla.

Kuvio 1 esittää osittaisena poikkileikkauskuvana yhtä keksinnön mukaista ruis- kutuspumppua.

3

Kuvio 2 esittää sivukuvana kuvion 1 ruiskutuspumpun mäntää.

5

Kuvion 1 mukaista polttoaineen ruiskutuspumppua 1 käytetään polttoaineen paineistamiseksi ja syöttämiseksi haluttuna ajankohtana mäntämoottorin sylinteriin. Ruiskutuspumppu 1 käsittää sylinterielementin 2, johon on muodostettu lieriömäinen painetila 3. Painetilassa 3 on edestakaisin liikuteltavissa oleva, 10 pitkänomainen mäntä 4, joka on esitetty kuvioissa 1 ja 2 leikkaamattomana. Moottorin käydessä mäntä 4 liikkuu edestakaisin painetilassa 3 aksiaalisuun-nassaan eli männän pituusakselin 13 suunnassa. Männän 4 edestakainen liike saa aikaan polttoaineen paineistumisen painetilassa 3. Männän 4 edestakainen liike saadaan aikaan pyörivän nokka-akselilla 15 nokalla 16, johon mäntä 4 on 15 toimintayhteydessä. Mäntää 4 painetaan nokkaa 16 vasten jousella (ei esitetty).

Sylinterielementissä 2 yksi tai useampi painetilaan 3 avautuva poistokanava 5, jonka kautta paineistettua polttoainetta johdetaan polttoainejärjestelmän kor-20 keapainepuolelle, esim. sylinterin ruiskutussuuttimelle 20. Poistokanavasta 5 ruiskutussuuttimelle 20 johtava syöttökanava 29 on varustettu päävirtaventtii-lillä 21, joka avautuu, kun paine painetilassa 3 ylittää tietyn raja-arvon ja sulkeutuu, kun paine painetilassa 3 laskee tämän raja-arvon alle. Päävirtaventtiili 21 on takaiskuventtiili eli se sallii virtauksen painetilasta 3 ruiskutussuuttimelle 25 20 päin, mutta estää virtauksen ruiskutussuuttimelta 20 painetilaan 3 päin. Li säksi ruiskutuspumppu 1 käsittää vakiopaineventtiilillä 28 varustetun paluukanavan 30, jonka ensimmäinen pää on yhdistetty syöttökanavaan 29 päävir-taventtiilin 21 ja ruiskutussuuttimen 20 väliseen kohtaan. Paluukanavan 30 toinen pää on yhdistetty syöttökanavaan 29 poistokanavan 5 ja päävirtavent-30 tiilin 21 väliseen kohtaan. Vakiopaineventtiili 28 avautuu, kun paine paluukanavan 30 ensimmäisessä päässä ylittää tietyn raja-arvon ja sulkeutuu, kun paine laskee tämän raja-arvon alle. Myös vakiopaineventtiili 28 on tyypiltään takaiskuventtiili eli se sallii virtauksen paluukanavan 30 läpi ensimmäisestä päästä toiseen päähän päin, mutta estää virtauksen vastakkaiseen suuntaan.

Vakiopaineventtiilin 28 avulla paine syöttökanavassa 29 pidetään halutussa raja-arvossa, kun ruiskutuspumpun 20 ruiskutus päättyy.

4

Sylinterielementin 2 ympärille on sovitettu holkkimainen runko-osa 6. Runko-5 osan 6 ja sylinterielementin 2 välissä on rengasmainen imukammio 7, joka on polttoainekanavan 22 välityksellä virtausyhteydessä polttoainelähteeseen, esimerkiksi polttoainesäiliöön 23. Polttoainekanava 22 on varustettu pumpulla 24 polttoaineen pumppaamiseksi polttoainelähteestä imukammioon 7. Imu-kammio 7 on virtausyhteydessä painetilaan 3 yhden tai useamman imukana-10 van 8 välityksellä.

Imukammiosta 7 johtaa paluukanava 26 takaisin polttoainelähteeseen. Paluukanava 26 on varustettu paineensäätöventtiilillä 27, jolla paluukanavassa 26 virtaavan polttoaineen paine säädetään haluttuun maksimiarvoon. Lisäksi imu-15 kanavassa 22 on kuristus 31 ja paluukanavassa 26 on kuristus 31', joilla polttoaineen virtausta kanavissa 22, 26 kuristetaan.

Mäntä 4 käsittää päätypinnan 9, joka määrittää painetilan 3 yhden sivun. Männän 4 sivulla päätypinnan 9 läheisyydessä on ensimmäinen vino säätöreu-20 na 10, joka määrittää ruiskutuspumpun 1 polttoaineen syötön alkamisajankohdan. Männän 4 sivulla on myös toinen vino säätöreuna 11, joka määrittää ruiskutuspumpun 1 polttoaineen syötön päättymisajankohdan. Toinen säätöreuna 11 on ensimmäisen säätöreunan 10 alapuolella. Ensimmäinen säätöreuna 10 ja toinen säätöreuna 11 ovat vinoja männän 4 säteen suuntaiseen tasoon näh-25 den. Männän 4 sivulla on männän pituusakselin 13 suuntainen pitkittäisura 19.

Lisäksi ruiskutuspumppu 1 käsittää toimilaitteen 14, jolla mäntää 4 kierretään pituusakselinsa 13 ympäri ja siten säädetään polttoaineen syötön alkamisajankohtaa ja ruiskutuksen kestoa. Toimilaite 14 käsittää esimerkiksi männän var-30 ren ympärille sovitetun hammaspyörän ja tämän kanssa yhteistoiminnassa olevan hammastangon, jota pituussuuntaisesti liikuttamalla mäntä 4 kiertyy pituusakselinsa 13 ympäri.

5

Ruiskutuspumpun 1 toimintaa kuvataan seuraavassa tarkemmin. Moottorin käydessä nokka-akseli 15 ja nokka 16 pyörivät nokka-akselin pituusakselin 18 ympäri. Kun mäntä 4 on alakuolokohdassaan, polttoainetta virtaa imukammi-osta 7 imukanavaa 8 pitkin painetilaan 3. Mäntä 4 alkaa liikkua painetilassa 3 5 alakuolokohdasta ylöspäin eli kohti yläkuolokohtaa. Ylöspäin liikkuvan männän 4 ensimmäinen säätöreuna 10 peittää imukanavan 8 painetilaan 3 avautuvan suuaukon, jolloin polttoainevirtaus imukammiosta 7 imukanavan 8 kautta painetilaan 3 loppuu. Tämän jälkeen ylöspäin liikkuva mäntä 4 paineistaa painetilassa 3 olevan polttoaineen ja polttoainetta virtaa poistokanavan 5 ja päävirta-10 venttiilin 21 kautta pois painetilasta 3, kun polttoaineen paine painetilassa 3 ylittää päävirtaventtiilin 21 avautumispaineen. Polttoaineen virtaus poisto-kanavaan 5 jatkuu kunnes männän 4 toinen säätöreuna 11 tulee imukanavan 8 suuaukon kohdalle ja paljastaa suuaukon. Tällöin painetilassa 3 olevan polttoaineen paine purkautuu männän 4 sivulla olevan pitkittäisuran 19 ja imukana-15 van 8 kautta imukammioon 7. Mäntä 4 saavuttaa yläkuolokohtansa ja alkaa tämän jälkeen liikkua alaspäin painetilassa 3, jolloin toinen säätöreuna 11 peittää jälleen peittää imukanavan 8 suuaukon. Lähellä alakuolokohtaa ensimmäinen säätöreuna 10 tulee imukanavan 8 suuaukon kodalle ja paljastaa suu-aukon, jolloin polttoainetta virtaa imukanavan 8 kautta painetilaan 3. Tämän 20 jälkeen mäntä 4 saavuttaa alakuolokohtansa ja pysyy siinä jonkin aikaa, jolloin painetilaan 3 virtaa polttoainetta imukanavan 8 kautta.

Kun mäntää 4 kierretään pituusakselinsa 13 ympäri, muuttuu ensimmäisen säätöreunan 10 sijainti suhteessa imukanavan 8 painetilaan 3 avautuvaan suu-25 aukkoon. Kiertosuunnasta riippuen ensimmäinen säätöreuna 10 tulee imukanavan 8 suuaukon kohdalle aikaisemmin tai myöhemmin, kun mäntä 4 liikkuu kohti yläkuolokohtaansa painetilassa 3. Tällöin polttoaineen syöttö poistokanavaan 5 alkaa vastaavasti aikaisemmin tai myöhemmin. Näin polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohtaa voidaan muuttaa myöhäisemmäksi tai aikaisem-30 maksi. Vastaavasti toisen säätöreunan 11 sijainti muuttuu suhteessa imukanavan 8 painetilaan 3 avautuvaan suuaukkoon, kun mäntää 4 kierretään pituusakselinsa 13 ympäri. Tällöin kohti yläkuolokohtaansa liikkuvan männän 4 toinen säätöreuna 11 tulee aikaisemmin tai myöhemmin imukanavan 8 suu-aukon kohdalle, jolloin polttoaineen syöttö poistokanavaan 5 vastaavasti päät- 6 tyy aikaisemmin tai myöhemmin. Näin polttoaineen ruiskutuksen lopetusajan-kohtaa voidaan muuttaa myöhäisemmäksi tai aikaisemmaksi. Kiertämällä mäntää 4 pituusakselinsa 13 ympäri voidaan säätää ruiskutuspumpun 1 polttoai-neensyötön kestoa ja siten sylinteriin syötettävän polttoaineen määrää.

5

Kuviossa 2 kirjaimella A on merkitty ensimmäisen säätöreunan 10 ja toisen säätöreunan 11 kuormituskohtia, jotka vastaavat moottorin tyhjäkäyntiä. Moottorin käydessä tyhjäkäynnillä mäntä 4 on kierretty asentoon, jossa säätö-reunojen 10, 11 kirjainta A vastaavat kohdat ovat männän akselin 13 suun-10 nassa imukanavan 8 suuaukon kohdalla. Vastaavasti kirjaimella D on merkitty säätöreunojen 10, 11 kuormituskohtia, jotka vastaavat moottorin täyttä tehoa (100 %). Moottorin käydessä täydellä teholla mäntä 4 on kierretty asentoon, jossa säätöreunojen 10, 11 kirjainta D vastaavat kohdat ovat männän akselin 13 suunnassa imukanavan 8 suuaukon kohdalla. Männän 4 ensimmäinen sää-15 töreuna 10 ja toinen säätöreuna 11 on muotoiltu siten, että niiden samaa kuormitusta vastaavien kohtien aksiaalisuuntainen eli männän pituusakselin 13 suuntainen etäisyys muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti moottorin tyhjäkäyntiä A ja täyttä kuormitusta D vastaavalla välillä. Tällöin myös männän 4 tehollinen iskunpituus muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti tyhjä-20 käynnin ja täyden kuormituksen välisellä tehoalueella. Myös ruiskutuspumpun 1 tuottokäyrä on lineaarinen tai oleellisesti lineaarinen moottorin tyhjäkäynnin ja täyden kuormituksen välisellä alueella. Ensimmäinen säätöreuna 10 ja toinen säätöreuna 11 voivat olla edellä kuvatulla tavalla muotoiltuja myös moottorin ylikuormitusta eli yli 100 %:n kuormitusta vastaavalla kuormitusalueella.

25

Ruiskutuspumpun 1 polttoaineen ruiskutuksen aloitusajan kohta muuttuu ensimmäisen säätöreunan 10 muodon määräämällä tavalla joko aikaisemmaksi tai myöhäisemmäksi (vinot osuudet) tai pysyy samana (suorat osuudet), kun mäntää 4 kierretään pituusakselinsa 13 ympäri tyhjäkäynnin A ja täyden kuormi-30 tuksen D välisellä alueella. Toinen säätöreuna 11 on muotoiltu siten, että sen muoto samaa kuormitusta vastaavassa kohdassa muuttuu vastaavasti kuin ensimmäisen säätöreunan 10 muoto. Lisäksi ensimmäisen säätöreunan 10 ja toisen säätöreunan 11 samaa kuormitusta vastaavien kohtien välinen etäisyys männän pituusakselin 13 suunnassa muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaa- 7 risesti tyhjäkäynnin A ja täyden kuormituksen D välisellä kuormitusalueella. Siten myös männän 4 tehollinen iskunpituus ja ruiskutuspumpun 1 tuottokäyrä muuttuvat lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti moottorin tyhjäkäynnin ja täyden tehon välisellä kuormitusalueella.

5

Kuvion 2 männän 4 ensimmäinen säätöreuna 10 on muotoiltu siten, että 60-85 %:n kuormitusta vastaavalla välillä (väli B-C) ruiskutuspumpun 1 polttoai-neensyötön aloitusajankohtaa on aikaistettu verrattuna tyhjäkäynnin ja 60 %:n kuormitusta vastaavaan väliin (väli A-B). Polttoaineen ruiskutuksen aloitusajan- 10 kohta on aikaisemmillaan noin 80 %:n kuormitusta vastaavassa kohdassa.

Vastaavasti 85-100 %:n kuormitusta vastaavalla välillä (väli C-D) polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohtaa on myöhäistetty verrattuna 60-85 %:n kuormitusta vastaavaan väliin (väli B-C).

15 Kuviossa 2 esitettyjä mäntiä voidaan käyttää esimerkiksi voimalaitoskäytössä olevissa mäntämoottoreissa, jolloin sylinteripaine saadaan pidettyä lähellä maksimiarvoaan ja siten saavuttaa paras hyötysuhde moottorin tavanomaisella toiminta-alueella.

20 Keksinnöllä on myös edellä kuvatusta poikkeavia sovellusmuotoja. Ruiskutus-pumpussa 1 voi olla erilliset, männän akselin suunnassa eri tasoilla olevat kanavat polttoaineen johtamiseksi imukammiosta 7 painetilaan 3 ja painetilan 3 paineen purkamiseksi imukammioon 7 ruiskutuksen päättyessä.

Claims (4)

1. Mäntämoottorin polttoaineen ruiskutuspumpun (1) mäntä (4), joka käsittää männän (4) sivulla olevan ensimmäisen vinon säätöreunan (10), joka määrittää 5 ruiskutuspumpun (1) polttoaineen ruiskutuksen aloitusajan kohdan tietyllä moottorin kuormituksella, ja männän (4) sivulla olevan toisen vinon säätöreunan (11), joka määrittää ruiskutuspumpun (1) polttoaineen ruiskutuksen lope-tusajankohdan tietyllä moottorin kuormituksella, jonka ensimmäisen säätöreunan (10) ja toisen säätöreunan (11) samaa kuormitusta vastaavien kohtien vä-10 linen etäisyys männän (4) aksiaalisuunnassa (13) muuttuu lineaarisesti tai oleellisesti lineaarisesti moottorin tyhjäkäyntiä ja täyttä kuormitusta vastaavalla välillä (A-D), tunnettu siitä, että ensimmäinen säätöreuna (10) on muotoiltu siten, että 60-85 %:n kuormitusta vastaavalla välillä (B-C) polttoaineen ruiskutuksen aloitusajan kohtaa on aikaistettu verrattuna tätä alhaisempaan kuormi-15 tukseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntä (4), tunnettu siitä, että ensimmäinen säätöreuna (10) on muotoiltu siten, että 85-100 %:n kuormitusta vastaavalla välillä (C-D) polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohtaa on myöhäistetty 20 kuormitusvälin 60-85 % (B-C) aloitusajankohtaan verrattuna.

3. Mäntämoottorin polttoaineen ruiskutuspumppu (1), joka käsittää - sylinterielementin (2), jossa on painetila (3), joka on varustettu poistokanavalla (5) paineistetun polttoaineen poistamiseksi painetilasta (3), 25 ja - ainakin yhden painetilaan (3) johtavan imukanavan (8) polttoaineen johtamiseksi painetilaan (3), tunnettu siitä, että painetilaan (3) on sovitettu jonkin patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mäntä (4). 30

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ruiskutuspumppu (1), tunnettu elimistä (14) männän (4) kiertämiseksi pituusakselinsa (13) ympäri polttoaineen ruiskutuksen aloitusajankohdan ja lopetusajankohdan muuttamiseksi.