FI121685B

FI121685B - Ahdetun mäntämoottorin välijäähdytinjärjestely

Info

Publication number: FI121685B
Application number: FI20085821A
Authority: FI
Inventors: Tero Raikio; Tomi Raunio
Original assignee: Waertsilae Finland Oy
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2011-02-28
Also published as: WO2010026293A1; CN202165160U; FI20085821A; FI20085821A0

Description

Ahdetun mäntämoottorin välijäähdytinjärjestely [001] Keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen ahdetun mäntämoottorin välijäähdytinjärjestelyyn, joka käsittää mäntämootto- 5 rin syöttöilmakanavistoon järjestetyn palamisilman välijäähdyttimen, joka käsittää oleellisesti kaasutiiveistä sivuseinistä muodostuvan lämmönsiirrinti-lan, johon on sovitettu ainakin yksi lämmönsiirrinyksikkö, johon on järjestetty ainakin yksi tukiosa tukemaan lämmönsiirrinyksikön virtauskanavia.

[002] Ahtimella varustetussa polttomoottorissa on tunnettua käyttää ns. 10 välijäähdytintä, joka on sovitettu moottorin syöttöilmakanavistoon ahtimen kompressorin ja jälkeen. Välijäähdyttimellä voidaan jäähdyttää kompressorissa lämmennyttä ilmaa, jolloin kylmemmän ilman massavirta on suurempi ja näin palamistapahtumaan saadaan määrällisesti enemmän happea. Välijäähdyttimellä jäädytetty ilma jäädyttää myös tehokkaammin syöttöilma-15 kanaviston komponentteja ja myös moottorin venttiilejä.

[003] Välijäähdytin on tyypillisesti palamisilmasta suhteellisen matalaläm-pötilaiseen nesteeseen, kuten veteen, lämpöä siirtävä lämmönsiirrin. Tyypillisesti neste on järjestetty virtaamaan välijäähdyttimen putkiston sisäpuolella, jolloin ilma on vastaavasti järjestetty virtaamaan putkiston ulkopuolella.

o 20 Tyypillisesti putkien ulkopinnoilla on ripoja, joiden avulla ulkopinnan läm- oj mönsiirtokerrointa saadaan parannettua. Putket on järjestetty vierekkäin i ™ samansuuntaisiksi putkinipuiksi, joissa putket on päistään kytketty toisiinsa cm halutulla tavalla esimerkiksi putkimutkien ja/tai päätykokoojien avulla muo- | dostaen näin lämmönsiirtoyksikön.

oo 25 [004] Yhdessä välijäähdyttimessä on tyypillisesti useita putkinipuista muo to o dostuvia lämmönsiirrinyksiköitä ilman virtaussuunnassa peräkkäin, o

CM

2 [005] Välijäähdyttimen lämmönsiirrinyksiköt ja niiden putkiniput on tuettava siten, että ne eivät merkittävästi värähtele moottorista aiheutuvien herätteiden vuoksi. Erityisesti mäntämoottorin yhteyteen kiinnitetty välijäähdytin al- 5 tistuu moottorin mekaanisen värähtelyn lisäksi syöttöilmakanavistossa vallitsevalle ilman tai kaasun värähtelylle, jota syntyy mm. venttiilikoneiston avatessa ja sulkiessa yhteyden moottorin sylinterien palotilaan.

[006] Tekniikan tasosta on tunnettua käyttää lämmönsiirrinyksiköiden put-kinipuissa putkitukia, joilla vierekkäiset putket on yhdistetty toisiinsa siten, 10 että putkien asema toisiinsa nähden säilyy. Putkituet ovat esimerkiksi suhteellisen ohuita levyjä, joihin järjestettyjen reikien lävitse putkinipun putket kulkevat oleellisesti kohtisuorassa levyn tasoon nähden. Putkien ja reikien välinen sovite on riittävän tiukka, jotta putki ei pääse oleellisesti liikkumaan reiässä putken pituussuunnasta poikkeavassa suunnassa. Tyypillisesti 15 jäähdytettävä kaasu, moottoriin syötettävä ilma, on järjestetty virtaamaan pääasiassa kohtisuorassa suunnassa putkiin nähden niiden välistä. Tämän kaltaisessa järjestelyssä lämmönsiirrinyksikön kiinnittämiseksi välijäähdyttimen runkoon on tunnettua käyttää sidetankoja, jotka kiinnitetään päistään välijäähdyttimen runkoon siten, että sidetanko on lämmönsiirrinyksikön put-20 kituen kohdalla putkituen suuntaisena. Putkituki on tyypillisesti suorakai-0 teen muotoinen levy, joka sijoittuu lämmönsiirrin yksikköön ilman virtaus- ^ suunnassa, ja se tukeutuu kahdella vastakkaisella reunallaan välijäähdytti- £! men runkoon ja kahdelle muulle reunalle on järjestetty edellä mainittu side- i tanko. Sidetangot kiinnitetään siten, että kiinnityksessä käytetään lämmön-£ 25 siirrinyksikön putkitukea puristavaa esikiristystä samalla, kun sidetankojen

CL

päät kiinnitetään välijäähdyttimen runkoon. Tällä tavoin lämmönsiirrinyksik-c\i kö on puristettuna kahden sidetangon väliin.

00 o o

(M

3 [007] Tämän kaltaisessa rakenteessa riskinä on, että ajan kuluessa käytön aikana sidetangon putkitukea ja siten putkinippua tukeva vaikutus heikke-nee mm. sekä sidetangon että putkituen kulumisen vuoksi. Myös sidetangon päiden kiinnitysten löystyminen voi aikaansaada tukivaikutuksen heik- 5 kenemistä.

[008] Niinpä tämän keksinnön tarkoituksena on kohottaa alalla vallitsevaa tekniikan tasoa esittämällä sellainen ahdetun polttomoottorin välijäähdytin-järjestely, joka on entistä kestävämpi ja yksinkertaisempi asentaa.

[009] Keksinnön mukaiselle välijäähdytinjärjestelylle on tunnusomaista se, 10 mitä on mainittu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

[0010] Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen ahdetun mäntämoottorin välijäähdytinjärjestely käsittää mäntämoottorin syöttöilma-kanavistoon järjestetyn palamisilman välijäähdyttimen, joka käsittää läm-mönsiirrintilan, johon on sovitettu ainakin yksi lämmönsiirrinyksikkö, ja jo- 15 hon lämmönsiirrinyksikköön on järjestetty ainakin yksi tukiosa tukemaan lämmönsiirrinyksikön virtauskanavia. Tukiosa on irrotettavasti kiinnitetty välijäähdyttimen sivuseinään/tukirakenteeseen väliosan välityksellä ja tukiosa käsittää kiinnitysosan, joka muodostuu tukiosan alueesta, joka on vapaa virtauskanavien aukoista, ja jonka kiinnitysosan välityksellä tukiosa on irro- 20 tettavasti kiinnitetty välijäähdyttimen sivuseinään / tukirakenteeseen.

0 ^ [0011] Tukiosa on levymäinen rakenne, jonka lävitse lämmönsiirtoyksi- i ™ kön virtauskanavia on järjestetty ulottumaan. Tukiosa ja virtauskanavat ovat c\! oleellisesti kohtisuorassa toisiinsa nähden.

CC

[0012] Erään suoritusmuodon mukaan lämmönsiirrinyksikön virtausko 25 kanavat käsittävät putkia, jotka muodostavat lämmönsiirrinyksikön otsapin- o nan, jolloin tukiosa ulottuu ainakin osittain otsapinnasta ulos ja tukiosa on

O

CM

4 kiinnitetty lämmönsiirrinjärjestelyn sivuseinämään/tukirakenteeseen ulos ulottuvasta kiinnitysosasta.

[0013] Väliosa käsittää edullisesti kaksi sivua, joiden välityksellä väliosa kiinnittyy sekä kiinnitysosaan että sivuseinään/tukirakenteeseen, ja jotka 5 ovat toisiinsa nähden kohtisuorassa ja joiden pintojen muoto vastaa tuki osaan järjestetyn kiinnitysosan vastinpinnan muotoa ja sivusei-nän/tukirakenteen vastinpinnan muotoa.

[0014] Väliosa on irrotettavasti kiinnitetty tukiosaan ja välijäähdyttimen sivuseinään/tukirakenteeseen. Kiinnitys on edullisesti toteutettu ruuviliitok- 10 sella siten, että tukiosa on kiinnitetty lämmönsiirrinjärjestelyn kahteen vastakkaiseen sivuseinään/tukirakenteeseen. Tällöin väliosa käsittää edullisesti yhdellä sivullaan sisäkierteellä varustetun reiän väliosan kiinnittämiseksi sivuseinään/tukirakenteeseen.

[0015] Muut keksinnölle ominaiset lisätunnuspiirteet käyvät ilmi oheisista 15 patenttivaatimuksista. 1

Seuraavassa keksintöä ja sen toimintaa selostetaan viittaamalla oheisiin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen ahdetun män-tämoottorin, o 20 kuvio 2 esittää erästä keksinnön suoritusmuodon mukaista välijäähdytinjär- c3 jestelyä, i Y kuvio 3 esittää kuvion 2 poikkileikkausta III - III, oj kuvio 4 erästä toista keksinnön suoritusmuodon mukaista välijäähdytinjär- | jestelyä, ja r- 25 kuviot 5-7 esittävät vielä eräitä toisia keksinnön suoritusmuodon mukaisia

(M

S välijäähdytinjärjestelyjä.

o o

(M

5

[0017] Kuviossa 1 on esitetty kaavallisesti turboahdettua mäntämoottoria 1. Moottori käsittää mm. moottorin rungon 2, johon liittyneenä on mm. sylinterit ja sylinterikannet. Moottori käsittää syöttöilmakanaviston 4, joka on järjestetty kuljettamaan palamisilmaa moottorin 1 sylintereille. Syöttöilma- 5 kanaviston ensimmäinen pää käsittää jako-osan 4.1, jolla ilma jaetaan kullekin sylinterille. Syöttöilmakanaviston 4 toinen pää on yhteydessä ahtimen 5 kompressoriosaan 5.1. Syöttöilmakanavisto 4 on varustettu välijäähdytti-mellä 6, joka on järjestetty ilman virtaussuunnassa kompressoriosan 5.1 jälkeen. Välijäähdytin 6 on kiinnitetty moottoriin 1 välijäähdyttimen rungon 8 10 välityksellä.

[0018] Erään keksinnön suoritusmuodon mukaisen välijäähdyttimen rakenne on selostettu kuvioihin 2 ja 3 viitaten. Kuviossa 2 on esitetty välijäähdytin 6 ilman virtaussuuntaisena poikkileikkauksena kahdesta eri kohtaa. Kuviossa vasemman puoleinen osa esittää poikkileikkausta välijäähdyttimen 6 si- 15 säosasta keskeltä erästä päällekkäisten putkien 10 riviä. Oikeanpuoleinen osa esittää välijäähdytintä sen edestä katsottuna. Kuvio 3 esittää kuvion 2 leikkausta III - III.

[0019] Välijäähdytin on lämmönsiirrin, jossa kaasu, palamisilma, on järjestetty virtaamaan lämmönsiirtimen lämmönsiirrintilassa 12. Välijäähdytin kä- 20 sittää sivuseinät tai tukirakenteet 16 lämmönsiirtimen tukemiseksi ja/tai 0 kiinnittämiseksi. Viitenumerolla 16 voidaan, suoritusmuodosta riippuen, tar- ^ koittaa tässä varsinaista kaasutiivistä sivuseinämää, joka rajoittaa lämmön- £! siirrintilan 12. Vaihtoehtoisesti viitenumerolla 16 voidaan ymmärtää tukira- kenne 16, jolloin lämmönsiirrin yksikkö 20 on tuettuna tukirakenteeseen 16. g 25 Jos lämmönsiirrin on erilliseen tukirakenteeseen tuettuna, on tukirakenne

CL

sovitettu erillisen kaasutiiviin kotelon sisään tai tukirakenne käsittää kaasu-

(M

tiiviin kotelon.

00 o o

(M

6

[0020] Lämmönsiirrintilaan 12 on järjestetty lämmönsiirrinyksikkö 20, jonka virtauskanavat tässä muodostuvat putkista 10. Putket 10 on järjestetty pääasiassa ilman virtaussuuntaan nähden poikittain siten, että ilma voi virrata putkien ohi niiden ulkopuolella. Putkien sisälle on järjestetty virtaamaan 5 neste, kuten käsitelty vesi, johon välijäähdyttimessä palamisilman lämpöä siirretään.

[0021] Putkien ulkopinnalle on edullisesti järjestetty ripoja 14, joista tässä on selvyyden vuoksi esitetty vain osa. Ripojen tyyppi, muoto ja koko sinänsä voi vaihdella tapauskohtaisesti.

10 [0022] Lämmönsiirrinyksikön 20 putket 10 on tuettu toisiinsa tukiosilla 22.

Keksinnön mukaisesti tukiosa on myös se elementti, jonka välityksellä lämmönsiirrinyksikkö kiinnitetään välijäähdyttimen sivuseiniin / tukirakenteeseen 16.. Tukiosa 22 on edullisesti levy, johon on järjestetty aukkoja 24 putkia 10 varten. Putket ja tukiosa ovat oleellisesti kohtisuorassa suunnas- 15 sa toisiinsa nähden. Tukiosa käsittää kiinnitysosan 26, jonka välityksellä se on irrotettavasti kiinnitetty välijäähdyttimen sivuseinään / tukirakenteeseen 16. Kiinnitysosa 26 muodostuu tukiosan 22 alueesta, joka on vapaa aukoista 24, ja joka on tukiosan reuna-alueella. Kiinnitysosa on kooltaan sellainen, että kiinnitykseen voidaan luotettavasti käyttää esimerkiksi pultti liitosta 25.

20 Sivuseinään / tukirakenteeseen 16 on järjestetty väliosa 32 kiinnitysosan 26 0 kohdalle lämmönsiirrin yksikön 22 kiinnityksen aikaansaamiseksi, δ

CVJ

^ [0023] Väliosa 32 käsittää kaksi sivua, jotka ovat toisiinsa nähden koh- ^ tisuorassa ja joiden pintojen muoto vastaa kiinnitysosan 26 vastinpinnan ^ muotoa ja toisaalta sivuseinän/tukirakenteen 16 vastinpinnan muotoa. Toi-

CC

25 seen näistä sivuista on järjestetty syvennys 321, edullisesti sokea poraus, δ joka on varustettu sisäkierteellä 322. Kun porausta 321 vastaavalle kohdal-

LO

g le sivuseinämään ja/tai tukirakenteeseen 16 on järjestetty reikä, on väliosa o ™ kiinnitettävissä sivuseinämään ja/tai tukirakenteeseen ruuviliitoksella 323.

7

Ruuviliitoksen 323 ruuvi on sovitettu väliosan kierteeseen ulkoapäin. Tällä tavoin lämmönsiirrinyksikön 20 sijainti sivuseinään/tukirakenteeseen 16 määräytyy väliosan 32 kiinnitystä varten järjestettyjen reikien sijainnin perusteella ja väliosan 32 paikka suhteessa tukirakenteeseen 16 on helposti 5 vaihdettavissa. Tässä suoritusmuodossa väliosa on suorakulmainen sär-miö.

[0024] Kuviossa 5 on nähtävissä vastaavalla tavalla toimiva suoritusmuoto. Siinä väliosa 32 muodostuu kahdesta toisiinsa nähden kohtisuorassa olevista tasomaisista osista, joista toiseen näistä osista on järjestetty syven- 10 nys. Syvennys 321 on edullisesti sokea poraus, joka on varustettu sisäkier-teellä 322. Kuvion 5 väliosa on edullisesti kulmarauta.

[0025] Lämmönsiirrinyksikön 20 putket muodostavat ns. otsapinnan S, joka on kohtisuoraan kaasun virtaussuuntaan A (kuvio 3) nähden. Edullisesti tu-kiosa 22 ulottuu otsapinnasta ulos lämmönsiirrinyksikön putkiin nähden 15 vastakkaiselle puolelle. Kuviossa 3 tukiosa ulottuu otsapinnasta kaasuun virtaussuuntaan vastaan. 1 Välijäähdytinjärjestely on toteutettu siten, että tukiosa 22 on mekaanisessa yhteydessä sivuseinään/tukirakenteeseen 16 kahdelta sivultaan 22.1 siten, että tukiosan sivut 22.1 ovat sivuseiniä/tukirakenteita 16 vasten.

20 Käytännössä tämä tukee tukiosat ja siten lämmönsiirrinyksiköt paikoilleen. ^ Vaikka kuvioissa ei ole sitä esitetty, voidaan tähän käyttää seinämän ja tu- C\1 ^ kiosan välisiä lisäosia kuten ohjaus ja/tai tukikiskoja.

i oj [0027] Kuviossa 4 on esitetty suoritusmuoto, jossa tukiosan 22 kiinni- | tysosan 26 kanssa samaan väliosaan 32 on kiinnitetty myös sidetanko 30 ^ 25 tukemaan vastakkaisia sivuja 16 toisiinsa. Kuviossa 6 on esitetty eräs toi- S nen suoritusmuoto, jossa väliosa 32 muodostetaan sidetangon 30 päätyen osasta, jolloin erillistä väliosaa ei välttämättä tarvita ja sidetanko on kiinni tetty suoraan sivuseinämään/tukirakenteeseen 16 ruuvin avulla.

8

[0028] Kuviossa 7 on esitetty suoritusmuoto, jossa väliosat 32 on sijoitettu tukiosan 22 sellaisille sivuille 22.1, jotka ovat yhteydessä sivusei-nään/tukirakenteeseen 16. Tukiosan sivut 22.1 ovat sivuseiniä / tukirakenteita 16 vasten ja tukiosa käsittää sivu 22.1 läheisyydessä kiinnitysosan 26, 5 josta tukiosa on kiinnitetty väliosaan32. Väliosa 32 on kiinnitetty sivusei-nään/tukirakenteeseen 16 pulttiliitoksella vastaavalla tavalla kuin on edellä esitetty muissa suoritusmuodoissa.

[0029] On huomattava, että edellä on esitetty vain muutamia keksinnön edullisimpia suoritusmuotoja. Siten on selvää, että keksintö ei ole rajoitettu 10 edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa monin tavoin oheisten vaatimusten määrittämissä puitteissa erilaisten mäntämootto-rien yhteydessä. Putkien poikkileikkaus voi olla pyöreän sijasta esimerkiksi soikea ja putkien sijaan voidaan käyttää myös levymäisiä rakenteita. Keksintö on sovellettavissa niin 4- kuin 2-tahtimoottoreille, joita käytetään nes-15 te- ja/tai kaasumaisella polttoaineella. Eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä piirteitä voidaan keksinnön perusajatuksen puitteissa niin ikään käyttää muiden suoritusmuotojen yhteydessä ja/tai yhdistellä esitetyistä piirteistä erilaisia kokonaisuuksia, mikäli niin halutaan ja tekniset mahdollisuudet tähän ovat olemassa.

o δ

CM

X

cc

CL

CM

00

LO

00

O

CM

Claims

1. Ahdetun mäntämoottorin välijäähdytinjärjestely, joka käsittää mäntämoottorin syöttöilmakanavistoon (4) järjestetyn palamisilman väli-jäähdyttimen (6), joka käsittää lämmönsiirrintilan (12), johon on sovitettu 5 ainakin yksi lämmönsiirrinyksikkö (20), ja johon lämmönsiirrinyksikköön on järjestetty ainakin yksi tukiosa (22) tukemaan lämmönsiirrinyksikön virtauskanavia (10), jossa tukiosa (22) on irrotettavasti kiinnitetty väli-jäähdyttimen sivuseinään/tukirakenteeseen (16) väliosan (32) välityksellä, tunnettu siitä, että tukiosa käsittää kiinnitysosan (26), joka muodos-10 tuu tukiosan (22) alueesta, joka on vapaa virtauskanavien aukoista, ja jonka kiinnitysosan välityksellä tukiosa on irrotettavasti kiinnitetty väli-jäähdyttimen sivuseinään/tukirakenteeseen (16).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että tukiosa (22) on kiinnitetty lämmönsiirrinjärjestelyn kah- 15 teen vastakkaiseen sivuseinään/tukirakenteeseen (16).

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että tukiosa (22) on levymäinen rakenne, jonka lävitse lämmönsiirtoyksikön virtauskanavia (10) on järjestetty ulottumaan. o 20

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen välijäähdytinjärjestely, ^ tunnettu siitä, että tukiosa (22) ja virtauskanavat (10) ovat oleellisesti i ™ kohtisuorassa toisiinsa nähden. i C\l CM

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen välijäähdytinjärjestely, tun- cc nettu siitä, että tukiosa (22) on järjestetty sivuseinämän/tukirakenteen oo 25 (16) kanssa yhteyteen kahdelta sivultaan. LO 00 o

^ 6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinyksikön virtauskanavat käsittävät putkia (10), jotka muodostavat lämmönsiirrinyksikön otsapinnan, ja että tukiosa (22) ulottuu ainakin osittain otsapinnasta ulos.

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että tukiosa (22) on kiinnitetty lämmönsiirrinjärjestelyn si- 5 vuseinään / tukirakenteeseen (16) tukiosaan järjestetystä kiinnitysosasta (26).

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että tukiosa on kiinnitetty lämmönsiirrinjärjestelyn sivuseinä-mään/tukirakenteeseen (16) otsapinnasta (S) ulos ulottuvasta kiinni- 10 tysosasta (26).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen välijäähdytinjärjestely, tun nettu siitä, että väliosa (32) käsittää kaksi sivua, jotka ovat toisiinsa nähden kohtisuorassa ja joiden pintojen muoto vastaa tukiosaan (22) järjestetyn kiinnitysosan (26) vastinpinnan muotoa ja sivusei- 15 nän/tukirakenteen (16) vastinpinnan muotoa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen välijäähdytinjärjestely, tunnettu siitä, että väliosa (32) on irrotettavasti kiinnitetty tukiosaan (22) ja välijäähdyttimen sivuseinään/tukirakenteeseen (16).

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen välijäähdytinjärjestely, tun- o 5 20 nettu siitä, että väliosa (32) käsittää yhdellä sivullaan sisäkierteellä va- C\J rustetun reiän (321) väliosan (32) kiinnittämiseksi sivusei- w nään/tukirakenteeseen (16). (M X

£ 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen välijäähdytin- järjestely, tunnettu siitä, että kukin tukiosa (22) on kiinnitetty välijäähdyt- OO Jg 25 timen sivuseinään/tukirakenteeseen (16) ainakin kahden väliosan (32) o ^ avulla.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-11 mukainen välijääh-dytinjärjestely, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinyksikön (20) sijainti sivu-seinään/tukirakenteeseen (16) määräytyy väliosan (32) kiinnitystä varten järjestettyjen reikien sijainnin perusteella. 5 o δ (M (M (M (M X en CL δ oo m oo o o (M