FI120843B

FI120843B - High Pressure Fuel Interface Arrangement for Injector Nozzle in a Common Rail Storage System

Info

Publication number: FI120843B
Application number: FI20085556A
Authority: FI
Inventors: Carl-Erik Roesgren
Original assignee: Waertsilae Finland Oy
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2010-03-31
Also published as: CN102046959B; KR20110013428A; WO2009147290A2; FI20085556A; RU2010154616A; CN102046959A; EP2286082A2; WO2009147290A3; RU2499908C2; FI20085556A0; KR101522063B1; EP2286082B1

Description

KORKEAPAINEPOLTTOAINEEN LIITÄNTÄJÄRJESTELY RUISKUTUSSUUT-TIMEN PITIMEEN YHTEISPAINEVARASTOON PERUSTUVASSA JÄRJESTELMÄSSÄ 5 Keksinnön alaHIGH PRESSURE FUEL CONNECTION ARRANGEMENT IN THE INJECTION Nozzle Holder in a Common Pressure Storage System 5 Field of the Invention

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen korkeapaine-polttoaineen liitäntäjärjestelyyn ruiskutussuuttimen pitimeen suuren polttomoottorin yhteispainevarastoon perustuvassa järjestelmässä.The invention relates to a high-pressure fuel junction arrangement according to the preamble of claim 1, in an injection nozzle holder in a system based on a common combustion engine of a large combustion engine.

1010

Tekniikan taso Tässä esityksessä termi "suuri polttomoottori" tarkoittaa sellaisia moottoreita, joita käytetään esim. laivojen pääpropulsiomoottoreina tai apumoottoreina tai voimalai-15 toksissa lämmön ja/tai sähkön tuotantoon.BACKGROUND OF THE INVENTION As used herein, the term "large internal combustion engine" refers to engines used, for example, as main propulsion or auxiliary engines in ships or in power plants for the production of heat and / or electricity.

Eräässä tunnetussa järjestelyssä putki korkeapainepolttoaineen syöttämiseksi common rail -järjestelmästä ruiskutussuuttimelle on liitetty suoraan kierteillä ruiskutussuuttimen pitimeen. Tämä on osoittautunut epäluotettavaksi ratkaisuksi, kos-20 ka kierreliitoksen melko rajoitetun pituuden vuoksi putkella on rajallinen venymä, joka voi johtaa riittämättömään pidätysvoimaan tiivistettäessä korkeapaineista common rail -järjestelmää 1800 baarin tai sitä korkeammassa paineessa. Kierteiden järjestäminen ruiskutussuuttimen pidikkeen melko kapeaan seinäosaan ei sekään ole helppoa ja voi johtaa komponenttien lyhentyneeseen kestoikään.In one known arrangement, the pipe for feeding the high pressure fuel from the common rail system to the injection nozzle is directly threaded to the injection nozzle holder. This has proven to be an unreliable solution because, due to the relatively limited length of the threaded joint, the tube has limited elongation which can lead to insufficient retention force when compressing a high pressure common rail system at 1800 bar or higher. Arranging the threads on the rather narrow wall portion of the injection nozzle holder is also not easy and can lead to reduced component life.

2525

Keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada uusi liitäntäjärjestely, jolla ratkaistaan edellä esitetyt ja muut tekniikan tason ongelmat. Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada luotettava liitäntäjärjestely, jonka rakenne ei ole monimutkainen. Lisäksi tavoitteena on aikaansaada järjestely, joka mahdollistaa ruiskutus-30 suuttimen pitimen ulkopuolelta valuvan vuodon käsittelyn ja ohjauksen, jolloin ruis-kutuslaitteiston kunnon valvonta tulee mahdolliseksi.It is an object of the invention to provide a new connection arrangement which solves the above and other prior art problems. It is also an object of the invention to provide a reliable connection arrangement which is not complicated in structure. It is a further object to provide an arrangement that allows the leakage from the outside of the injection nozzle holder to be treated and controlled, thereby enabling proper monitoring of the injection equipment.

22

Keksinnön kuvausDescription of the Invention

Keksinnön tavoitteet voidaan saavuttaa olennaisesti patenttivaatimuksessa 1 ja muissa keksinnön eri piirteiden yksityiskohtia kuvaavissa patenttivaatimuksissa 5 esitetyllä tavalla.The objects of the invention can be substantially achieved as set forth in claim 1 and other claims 5, which illustrate various aspects of the invention.

Keksinnön mukaisesti järjestely käsittää kiinnitysvälineen, joka on järjestetty kier-teitettyyn yhteyteen sylinterinkannessa olevan kammion ensimmäisen osan kanssa toisen putkivälineen kiinnittämiseksi tiiviisti ruiskutussuuttimen pitimeen kiinni-10 tysvälineen kohdistaessa kiinnitysvoiman toiseen putkivälineeseen järjestetyn laajennetun, sopivalla vastinpinnalla varustetun osan välityksellä. Mainittu kammio on järjestetty yhteyteen ruiskutussuuttimen pidikkeen kanssa kammion toisen osan kautta toisen putkivälineen ollessa sijoitettu ainakin olennaiselta osalta pituuttaan välimatkan päähän mainitusta kammiosta kiinnitysvälineen ja ruiskutussuuttimen 15 pitimen välillä.According to the invention, the arrangement comprises a fastening means arranged in threaded engagement with a first portion of the chamber in the cylinder head for securing the second tube means to the injection nozzle holder by applying a clamping force to the expanded tube provided with a suitable mating surface. Said chamber is arranged in communication with the injection nozzle holder through a second portion of the chamber, the second tubular member being at least substantially spaced from said chamber by the attachment means and the nozzle holder 15.

Näin ollen putkivälineen suorasta yhteydestä kierteiden välityksellä ruiskutussuuttimen pitimeen voidaan luopua jättämällä riittävä putkivälineen kiristysvara ruiskutussuuttimen pitimeen erilaisten toimintaolosuhteiden ja moottorissa käytettävien 20 polttoaineiden vaatimusten mukaisesti. Koska kammio on yhteydessä ruiskutussuuttimen pidikkeeseen riippumatta korkeapainepolttoaineen syötöstä putkivälineen kautta, sitä voidaan edullisesti käyttää ruiskutussuuttimen pitimen ulkopuolelta tulevan vuodon keräämiseen.Thus, the direct connection of the tubular member through the threads to the injector nozzle holder may be dispensed with by leaving sufficient tubing device clamping clearance in the injector nozzle holder according to the various operating conditions and fuel requirements of the engine. Because the chamber is in communication with the injection nozzle holder, independent of the injection of high pressure fuel through the pipe means, it can advantageously be used to collect leakage from the outside of the injection nozzle holder.

25 Toisen putkivälineen pituus kiinnitysvälineen ja ruiskutussuuttimen pitimen välillä ja kammion halkaisija valitaan siten, että ne sallivat siihen sijoitetun toisen putkivälineen vähäisen taipumisen kiinnitysvälineen aiheuttaman tietyn jännityksen johdosta. Pitkällä kuormituspituudella varustetun putkivälineen käyttö aikaansaa paremmin pysyvän jännityksen putken työpituuksien muuttuessa lämpörasitusmuu-30 tosien vuoksi.The length of the second tube means between the mounting means and the injection nozzle holder and the diameter of the chamber are selected so as to allow a slight deflection of the second tube means disposed therein due to a certain stress caused by the mounting means. The use of a long load tube means provides a better permanent tension as the tube working lengths change due to thermal stress.

33

Jos on olemassa riski, että toinen putkiväline taipuu liikaa, voi toisessa putkiväli-neessä olla tukielementti sen tukemiseksi sylinterinkanteen kammion toisen osan varrella.If there is a risk that one of the tubular members will bend excessively, the second tubular member may include a support element for supporting it along the other portion of the cylinder head chamber.

5 Käytännössä toisen putkivälineen pituus laajennetun osan ja toisen pään välillä on edullisesti n. 10 - 20 kertaa sen halkaisija. Kammion halkaisija on vastaavasti n. 40 - 100 % suurempi kuin siinä oleva toinen putkiväline. Näillä mitoituksilla on helpompi käsitellä moottorin erilaisista toimintaolosuhteista johtuvia putkivälineessä tapahtuvia venymän vaihteluja.In practice, the length of the second tube means between the expanded portion and the other end is preferably about 10 to 20 times its diameter. Correspondingly, the diameter of the chamber is about 40-100% larger than the second tube means therein. These dimensions make it easier to handle the variations in the elongation of the tubing due to different engine operating conditions.

1010

Kun kammio on järjestetty keräämään ruiskutussuuttimen pitimen ulkopinnalta poistuvaa ns. likaista vuotoa, on tämä kammio käytännössä paineeton, koska kyse on vain tiivistävän seoksen tipoista. Tästä huolimatta sylinterinkansi on tässä tapauksessa edullisesti varustettu kanavalla tai vastaavalla kerätyn vuodon johtami-15 seksi pois kammiosta ja sylinterinkannesta. Tämä mahdollistaa vuotomäärän valvonnan ja suurempien vuotojen havaitsemisen.When the chamber is arranged to collect so-called exits from the outside of the injection nozzle holder. dirty leakage, this chamber is virtually depressurized as it is only a drop of sealing compound. Nevertheless, in this case, the cylinder head is preferably provided with a duct or the like for conducting the collected leakage away from the chamber and the cylinder head. This allows the amount of leakage to be monitored and larger leaks to be detected.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa kammion ensimmäistä osaa rajoittaa edullisesti sylinterinkansi, kiinnitysväline ja toinen putkiväline mukaan lukien sen laa-20 jennettu osa. Kammion ensimmäisen osan halkaisija on edullisesti olennaisesti suurempi kuin kammion toisen osan halkaisija ja se sisältää riittävästi vapaata tilaa mainitun vuodon keräämiseksi.In a preferred embodiment, the first portion of the chamber is preferably delimited by the cylinder head, the retaining means, and the second tube means including its extended portion. Preferably, the diameter of the first portion of the chamber is substantially larger than the diameter of the second portion of the chamber and contains sufficient free space to collect said leak.

Kiinnitysväline on edullisesti holkkimainen pulttielementti, jonka läpi toinen putkivä-25 line on sovitettu. Näin se voidaan helposti kiristää tavallisilla työkaluilla eikä se ole suorassa yhteydessä putkivälineen kautta syötettävään korkeapainepolttoainee-seen.Preferably, the fastening means is a sleeve-bolt element through which a second tubular line is fitted. As such, it can be easily tightened with standard tools and is not directly connected to the high pressure fuel fed through the pipe means.

Putkivälineen kautta kulkevan korkeapainepolttoaineen syötön tehokasta tiivistystä 30 ajatellen kiinnitysvälineen kosketuspinta on kartion muotoinen ja sen vastinpinta laajennetussa osassa on joko pallomainen tai kartiomainen. Vastaavasti toisen putkivälineen toisen pään pääty on edullisesti pallomainen ja sen vastinpinta ruiskutussuuttimen pitimessä on kartiomainen. Toisen putkivälineen toisen pään pää- 4 dyn pallomuoto mukautuu parhaalla mahdollisella tavalla mahdollisiin suuntausvir-heisiin putkivälineen taipuessa asennuksessa sylinterinkanteen.In view of the effective sealing of the high pressure fuel feed through the pipe means, the contact surface of the fastening means is conical and its counter surface in the expanded portion is either spherical or conical. Correspondingly, the second end of the second tube means is preferably spherical and has a conical surface on its injection nozzle holder. The end-spherical shape of the other end of the other tube means 4 is best adapted to any misalignment as the tube means bends into the cylinder head.

Piirustuksen lyhyt kuvaus 5Brief Description of the Drawing

Seuraavassa keksintöä selostetaan viitaten oheiseen kaavamaiseen piirustukseen, jonka ainoassa kuviossa on esitetty keksinnön mukaisen järjestelyn eräs suoritusmuoto leikkauskuvana.The invention will now be described with reference to the accompanying schematic drawing, the sole figure of which shows an embodiment of the arrangement according to the invention in sectional view.

10 Piirustuksen yksityiskohtainen kuvaus10 Detailed Description of the Drawing

Piirustuksessa viitenumerolla 1 on merkitty polttomoottorin sylinterinkantta, joka tukee ruiskutussuuttimen pidintä 2, jolla ruiskutetaan korkeapainepolttoainetta moottorin sylinteriin sinänsä tunnetulla tavalla (ei esitetty). Yhteispainevarastoon 15 perustuvasta järjestelmästä (ei esitetty) tulevaa korkeapainepolttoainetta tuodaan ensimmäisen putkivälineen 3 kautta sylinterinkanteen 1 ja toinen putkiväline 4 syöttää korkeapainepolttoainetta edelleen sylinterinkannen 1 sisällä ruiskutussuuttimen pitimelle 2. Toisen putkivälineen 4 ensimmäinen pää 4a on liitetty tiiviisti ensimmäiseen putkivälineeseen 3. Mikä tahansa sopiva kiinnitysväline 10, esim. 20 holkki, jossa on kierreliitäntä putken päähän 4a, voidaan järjestää ensimmäisen ja toisen putkivälineen 3 ja 4 välisen tiiviin liitännän varmistamiseksi. Toisen putkivälineen 4 toinen pää 4b on suorassa yhteydessä ruiskutussuuttimen pitimeen 2 keskinäisten kosketuspintojen 4e ja 2a välityksellä. Pinta 2a voi olla kartiomainen ja pinta 4e on edullisesti pallomainen, jolloin saada luotettava ja tiivis kontakti.In the drawing, reference numeral 1 denotes a cylinder head of an internal combustion engine which supports an injection nozzle holder 2 for injecting high pressure fuel into the engine cylinder in a manner known per se (not shown). The high pressure fuel from the system (not shown) based on the common rail 15 is introduced into the cylinder head 1 via the first tube means 3 and the second tube means 4 further feeds the high pressure fuel inside the cylinder head 1 to the injection nozzle holder 2. e.g., a sleeve 20 having a threaded connection to a pipe end 4a may be provided to ensure a tight connection between the first and second pipe means 3 and 4. The other end 4b of the second tube means 4 is in direct contact with the injection nozzle holder 2 via the mutual contact surfaces 4e and 2a. Surface 2a may be conical and surface 4e is preferably spherical to provide a reliable and tight contact.

2525

Sylinterinkannessa 1 on kammio 5, 6, joka on yhteydessä sylinterinkannen 1 ja ruiskutussuuttimen pitimen 2 väliseen välykseen 11 ja se pitää sisällään olennaista osaa toisesta putkivälineestä 4. Järjestely käsittää lisäksi kiinnitysvälineen 7, esim. hoikin tai vastaavan pulttielementin, jonka läpi toinen putkiväline 4 johdetaan ja 30 joka on kierteiden 8 avulla liitetty kammion 5, 6 ensimmäiseen osaan 5 sylinterinkannessa 1. Toisessa putkivälineessä 4 on laajennettu osa 4c, jolla on kiinnitysvälineen 7 pinnan 7a kanssa yhteistoimintaan järjestetty vastinpinta 4d. Nämä pinnat 4d ja 7a voivat olla kartiomaiset. Vaihtoehtoisesti pinta 4d voi pinnan 4e tavoin olla 5 edullisesti myös pallomainen, jolloin se mukautuu paremmin alla kuvattuun toisen putkivälineen mahdolliseen taipumiseen. Näin putkiväline 4 voidaan tiivistää tiukasti kiinnitysvälineen 7 vastinpintaan 7a lähempänä toisen putkivälineen 4 ensimmäistä päätä 4a. Laajennetun osan 4c ei tarvitse olla toisen putkivälineen 4 ra-5 kenteellinen osa, vaan haluttaessa se voidaan toteuttaa esim. erillisenä kierteitet-tynä liitäntäholkkina.The cylinder head 1 has a chamber 5, 6 which communicates with the clearance 11 between the cylinder head 1 and the injection nozzle holder 2 and includes a substantial portion of the second pipe member 4. The arrangement further comprises a securing member 7, e.g., a sleeve or similar bolt member 30, which is threadedly connected to the first part 5 of the chamber 5, 6 in the cylinder head 1. The second tube means 4 has an expanded part 4c having a counter surface 4d arranged to cooperate with the surface 7a of the fastening means 7. These surfaces 4d and 7a may be conical. Alternatively, surface 4d, like surface 4e, may also preferably be spherical, thereby better conforming to the possible deflection of the second tubular member described below. In this way, the tube means 4 can be tightly sealed to the mating surface 7a of the fastening means 7 closer to the first end 4a of the second tube means 4. The expanded part 4c need not be a structural part of the second tube means 4, but may, if desired, be implemented as a separate threaded connection sleeve.

Kuten kuviosta ilmenee, se osa toista putkivälinettä 4, joka jää laajennetun osan ja ruiskutussuuttimen pitimen 2 väliin, on pituudeltaan merkittävä etenkin hal-10 kaisijaansa nähden. Kun toisella putkivälineellä 4 on tällainen layout kammion 6 toisen osan sisällä, on etuna pitkä venymäpituus, joka mahdollistaa kuormituksen pysyvyyden huolimatta polttoaineen lämpötilan toimintaääriarvoista 40°C - 150°C käytettäessä raskasta polttoöljyä. Tarvittaessa kammion 5, 6 toinen osa 6 sallii toisen putkivälineen 4 taipuvan siinä määrin, että riittävä kuormituksen pysyvyys voi-15 daan säilyttää erilaisissa olosuhteissa. Toisaalta toisen putkivälineen 4 tässä osassa voi olla ohjausta, joka määrittää tällaisen taipumisen rajat. Kuviossa tämä on esitetty vain kaavamaisesti tukielementin 13 muodossa. Tällainen tukielementti pitäisi luonnollisesti suunnitella sallimaan vuoto sen läpi, jolloin alla kuvattu vuodon kerääminen kammio-osien 5 ja 6 kautta tulee mahdolliseksi. Tätä tarkoitusta var-20 ten ja mainittu taipuminen huomioiden toisella osalla 6 on edullisesti pienempi halkaisija kuin kammion 5, 6 ensimmäisellä osalla 5.As is apparent from the figure, the portion of the second tube means 4 which is interposed between the expanded portion and the injection nozzle holder 2 is of significant length, particularly with respect to its halo. When the second tube means 4 has such a layout inside the second part of the chamber 6, the advantage is a long elongation length which allows the load to be held in spite of the operating temperature range of the fuel temperature 40 ° C to 150 ° C when using heavy fuel oil. If necessary, the second part 6 of the chamber 5, 6 allows the second tube means 4 to bend to such an extent that sufficient load stability can be maintained under different conditions. On the other hand, this portion of the second tube means 4 may have a guide defining the limits of such deflection. In the figure this is only schematically shown in the form of a support element 13. Such a support element should, of course, be designed to allow leakage therethrough, thereby enabling leakage collection through chamber sections 5 and 6 as described below. To this end, and taking into account said bending, the second part 6 preferably has a smaller diameter than the first part 5 of the chamber 5, 6.

Kuten kuviosta ilmenee, kammion 5, 6 ensimmäinen osa 5 on kammion 5, 6 toisen osan 6 kautta yhteydessä välykseen 11, jossa tiivistävän seoksen tipat valuvat 25 ulos ruiskutussuuttimen pitimestä 2 sen ulkopinnalle. Tämän vuoksi kammion osia 5 ja 6 voidaan edullisesti käyttää keräämään tätä ns. likaista vuotoa, joka voidaan johtaa pois sylinterinkannesta 1 kanavan 12 avulla. Tätä vuotoa voidaan sen jälkeen seurata, ja siten voidaan havaita äkillinen ja riittävän suuruinen vuodon lisääntyminen, joka on mahdollisesti merkki suuremmasta vuodosta, joka on korjat-30 tava laitteiston vaurioitumisen välttämiseksi.As shown in the figure, the first part 5 of the chamber 5, 6 is connected via the second part 6 of the chamber 5, 6 to the clearance 11, in which drops of the sealing compound flow out of the injection nozzle holder 2 on its outer surface. Therefore, chamber parts 5 and 6 can advantageously be used to collect this so-called. dirty leakage which can be led away from the cylinder head 1 by means of a channel 12. This leak can then be monitored to detect a sudden and sufficiently large increase in leakage, potentially indicating a larger leak that needs to be repaired to avoid damage to the equipment.

5 65 6

On selvää, että keksintö ei ole rajoitettu edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan toteuttaa monissa eri suoritusmuodoissa keksinnöllisen ajatuksen ja oheisten patenttivaatimusten suojapiirin puitteissa.It is to be understood that the invention is not limited to the above examples, but may be embodied in many different embodiments within the scope of the inventive idea and the appended claims.

Claims

A high-pressure fuel connection arrangement for an injector nozzle holder (2) in a common rail-based system for a large internal combustion engine, comprising a first pipe member (3) for feeding the high-pressure fuel from the common rail-based fuel into the engine cylinder lid (1). ) and a second tube member (4) for further feeding in the cylinder cover (1) the high pressure fuel to the injector nozzle holder (2) for injection into a cylinder in the motor, the first end (4a) of the second tube member (4) being connected to the first tube member (4). 3), and the other end (4b) of the second pipe member (4) is in direct contact with said injector nozzle holder (2), the arrangement further comprising a fastening member (7) which is in threaded connection with a chamber (5, 6) arranged in the cylinder cap. ) first part (5) for attaching the second pipe member (4) tightly to the injector nozzle holder (2), the fastening means (7) directing the fastening force through one in the second tube the expanded member (4c) having a suitable counter surface (4d), and said chamber (5, 6) being arranged in communication with the injector nozzle holder (2) through the second portion (6) of the chamber (5), wherein the second tube member (4) at least at a substantial part of its length lies at a distance from said chamber (5, 6) between the fastening member (7) and the injector nozzle holder (2), characterized in that a better permanent voltage is obtained for the placed in the chamber (5, 6), the second pipe member (4), upon heat stress changes, has arranged to allow a slight bend of the second pipe member (4) due to the given tension caused by the fastening member (7) by selecting the second pipe member (4). length between the extended portion (4c) and the other end (4b) such that it is about 10-20 times its diameter, and by choosing the diameter of the chamber (5, 6) so that it is about 40-100% larger than the other pipe means (4) therein.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the second pipe means (4) comprises a support element (13) for supporting it against the cylinder block (1) along the second part (6) of the chamber (5,6). 10

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the chamber (5, 6) is arranged to collect so-called. dirty leaked substance which runs away from the outer surface of the injector nozzle holder (2), and that in the cylinder block (1) there is a channel (12) or the like for passing the collected leaked substance out of said chamber (5, 6) and the cylinder block ( 1).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the first part (5) of the chamber (5, 6) is limited by the cylinder block (1), the fastening means (7) and the second tube member (4) including its extended part (4c).

Arrangement according to Claim 3 or 4, characterized in that the first part (5) of the chamber (5, 6) has a substantially larger diameter than the second part (6) of the chamber (5, 6) and that there is sufficient free space for collect said leaked substance.

Arrangement according to any of the preceding claims, characterized in that the fastening means (7) is a sleeve-like bolt element through which the second pipe means (4) is arranged.

Arrangement according to any of the preceding claims, characterized in that the contact surface (7a) of the fastening means (7) is conical and its counter surface (4d) of the expanded part (4c) is either spherical or conical.

Arrangement according to any of the preceding claims, characterized in that one end (4e) of the second end (4b) of the second pipe member (4) is spherical and its counter surface (2a) on the injector nozzle holder (2) is tapered.