FI121759B - Polttomoottorin esikammiojärjestely - Google Patents

Description

POLTTOMOOTTORIN ESIKAMMIOJÄRJESTELY FÖRBRÄNNINGSMOTORNS FÖRKAMMARANORDNING

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen poltto-5 moottorin esikammiojärjestely.

Polttomoottoreissa syntyy typen oksideja (NOx) polttoaineen ja ilman seoksen palaessa. Tyypillisesti typen oksidien määrä lisääntyy palamislämpötilan kasvaessa. Etenkin korkeat huippupalamislämpötilat lisäävät typen oksidien muodos-10 tumista. Huippupalamislämpötiloja ja siten palamisessa muodostuvien typen oksidien määrää voidaan vähentää lisäämällä polttoaineseoksen ilma/polttoaine -suhdetta eli käyttämällä laihempaa polttoaineseosta. Varsinkin dieselmoottoreissa, jotka perustuvat puristussytytykseen, syntyy runsaasti typen oksideja. Niinpä usein halutaan käyttää kaasumoottoreita juuri sen vuoksi, että niissä ty-15 pen oksideja syntyy vähemmän. Laihan polttoaineseoksen takia palaminen saattaa kuitenkin olla epätäydellistä etenkin mäntämoottoreissa, joissa sylinterin halkaisija on suuri.

Laihaseos- eli ottomoottoreissa sytytys ei tapahdu itsestään, vaan sytytyksen 20 aikaansaamiseksi tarvitaan apuvälineitä kuten sytytystulppia. Palamisen tehostamiseksi ja sytytysvälineiden suojaamiseksi joissain laihaseosmoottoreissa käytetään esikammiota, joka on yhteydessä sylinterin palotilaan. Esikammioon syötetään rikkaampaa polttoaineseosta, joka sytytetään ja johdetaan palotilaan, jolloin palotilassa oleva laihempi polttoaineseos syttyy. Esikammiota käytetään 25 etenkin kaasua polttoaineena käyttävissä laihaseos-moottoreissa. Tällöin esi-kammio on varustettu sytytystulpalla, jolla rikkaampi polttoaineseos sytytetään.

Esikammiot ovat yleensä pyörähdyssymmetrisiä. Varsinainen kammiotila, jossa polttoaine sytytetään, voi vaihdella muodoltaan ja olla esimerkiksi pallonmuotoi-30 nen tai soikionmuotoinen. Esikammio on liitetty pääpalotilaan kanavalla, joka päättyy useisiin suutinreikiin. Reikien määrä, suunta ja halkaisija optimoidaan kulloisenkin tilanteen mukaan ottaen huomioon esimerkiksi männänkevennyk- 2 set. Suhteellisen korkeasta puristussuhteesta huolimatta sytytysapuna käytetään hehkuelementtiä tai sytytystulppaa.

Järjestelyn haittapuolena on esikammiossa oleva korkea lämpötila, jolloin perin-5 teiset materiaalit eivät kestä, esimerkiksi kuumakorroosiota voi esiintyä. Etenkin suutinaukot joutuvat kestämään rasitusta, kun palamisreaktio etenee esikammi-osta paloillaan suutinaukkojen kautta. Tällöin osia joudutaan vaihtamaan tai etsimään uusia käyttökelpoisia materiaaleja. Varsinkin kaasumoottoreissa esi-kammio joutuu kokemaan korkeita korkeapainegradientteja ja maksimipaineita.

10

Julkaisusta US 4426966 tunnetaan esikammiojärjestelyjä, jotka ovat rakenteeltaan ja tuennaltaan monimutkaisia ja joiden valmistuskustannukset ovat siten korkeat. Näissä tunnetuissa ratkaisuissa on käytetty keraamista materiaalia muutamissa esikammion osissa. Keraamiset materiaalit kestävät hyvin kuu-15 muutta ja korroosiota, mutta ovat toisaalta hauraita, kalliita ja vaikeita työstää. Lisäksi keraamisten materiaalien erilaiset lämpölaajenemis-kertoimet voivat aiheuttaa ongelmia liitoksissa, koska etenkin esikammion alaosa suutinaukkoi-neen joutuu rasitukselle.

20 Keksinnön tarkoituksena on saadaan aikaan järjestely, joka minimoi tunnetun tekniikan ongelmia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on aikaansaada järjestely, jolla esikammion rakennetta ja toimintaa voidaan parantaa ja joka mahdollistaa yksinkertaisen asennuksen ja helpottaa huolto-ja korjaustoimenpiteitä.

25 Keksinnön tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksessa 1 ja muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla. Keksinnön mukaisesti runko-osa on tuettu sylinterikanteen ja varustettu liitospinnoilla suutinosan tukemiseksi runko-osaan. Ratkaisu on yksinkertainen ja helppo asentaa ja irrottaa huoltoa ja korjaustoimenpiteitä varten, koska vain runko-osa tukeutuu sylinterikanteen.

30

Runko-osan mainitut liitospinnat ovat edullisesti kartiomaiset. Suutinosa voidaan edullisesti kiinnittää runko-osaan kutistusliitoksen avulla, jolloin nämä osat 3 saadaan puristumaan toisiaan vasten niin, että järjestely pysyy koossa ilman lisäkappaleita ja muita kiinnitysvälineitä.

Keksinnön erään edullisen sovelluksen mukaan esikammiojärjestely käsittää 5 esikammion sisään järjestetyn lukitusosan, jonka avulla suutinosa kiinnitetään runko-osaan. Erillisen lukitusosan avulla voidaan varmistaa, että runko-osa ja suutinosa pysyvät paikallaan kiinni toisissaan kaikissa olosuhteissa, mutta voidaan silti haluttaessa irrottaa toisistaan riippuen siitä, millaista kiinnitysratkaisua käytetään.

10

Lukitusosa voidaan edullisesti kiinnittää runko-osaan kutistusliitoksella, hitsaamalla, juottamalla, kitka- tai kierreliitoksella tai vastaavalla tavalla.

Eräässä sovellusmuodossa lukitusosaan kuuluu kiilamainen elementti, joka jär-15 jestetään varsinaisen lukitusosan ja runko-osan väliin. Eräässä toisessa sovellusmuodossa itse lukitusosa on kiilamainen kappale tai joukko kappaleita, joka järjestetään suutinosan esikammion puoleisen muotoillun pään ja runko-osan väliin. Kiilausvaikutuksella voidaan kiinnityksen pysyvyyttä edelleen varmistaa.

20 Lukitusosa muotoillaan esikammion virtausolosuhteet huomioon ottaen yhtenäiseksi rakenteeksi, niin että esikammion virtauksille ei aiheudu haittaa. Tarvittaessa lukitusosaa voidaan myös jäähdyttää.

Runko-osa voidaan edullisesti varustaa siihen kiinnitetyllä erillisellä kansiosalla, 25 jonka välityksellä esikammiojärjestely on kiinnitetty sylinteri kanteen. Näin saadaan enemmän vapauksia valmistuksen ja materiaalivalintojen osalta. Runko-osalla voi olla tiukemmat toleranssivaatimukset valmistuksen suhteen johtuen runko-osaan kiinnitettävistä tai sitä ympäröivistä osista. Runko-osa voidaan edullisesti valmistaa kuumuutta kestävästä materiaalista kuten teräksestä tai 30 muusta metalliseoksesta.

4

Kansiosa puolestaan varustetaan sytytysvälineillä, esimerkiksi pilottipolttoai-neen syöttö vä I i n e i 11 ä ja/tai sytytystu I pal I a, jolloin sen työstettävyydellä on materiaalivalinnan kannalta merkitystä..

5 Sekä suutinosa että lukitusosa voidaan edullisesti valmistaa lämpöä, hapettumista ja/tai korroosiota kestävästä materiaalista, esimerkiksi keraamista. Näissä osissa keraamien parhaat puolet voidaan edullisimmin hyödyntää.

Varsinkin valmistuksen kannalta on edullista, että runko-osa ja lukitusosa ovat 10 pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. Näin myös kappaleiden käyttäytyminen vaih-televissa kuumuus- ja korroosiotilanteissa on yhteneväinen, mikä on omiaan ehkäisemään osien rikkoutumista.

Keksintö mahdollistaa siis tietyin edellytyksin myös sen, että runko-osa, suu-15 tinosa ja lukitusosa ovat vaihdettavissa olevia osia. Tällöin jonkin osan rikkoutuessa voidaan loput osat hyödyntää, mikä on edullista huollon ja kustannusten kannalta.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheisiin kaa-20 viomaisiin piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää periaatteellisena poikkileikkauksena moottorin erään sylinterin yläosaa ja sylinterikantta ja sen yhteyteen asennettua erästä keksinnön mukaista esikammiojärjestelyä leikattuna, - kuvio 2 esittää suurennettuna kuvion 1 esikammiojärjestelyyn perustuvaa luki-25 tusosan ja suutinkappaleen järjestelyä, - kuviot 3 ja 4 esittävät suurennettuna keksinnön mukaiseen esikammiojärjestelyyn liittyvän lukitusosan vaihtoehtoisia sovellusmuotoja.

Piirustuksissa viitenumero 1 tarkoittaa polttomoottoria, jossa on sylinterikansi 2 30 ja ainakin yksi sylinteri, jossa on sylinteriholkki 6 ja pääpalotila 7. Sylinterin kaa-sunvaihto on sinänsä tunnetulla tavalla järjestetty sylinterikannen 2 kanavien ja niiden yhteydessä olevien venttiilien kautta.

5

Kuten kuviosta 1 käy ilmi, sylinterikannen 2 yhteydessä on sylinteriin liittyvä erillinen esikammiojärjestely, johon kuuluu runko-osa 4 ja siihen tuettu kansiosa 9, jotka yhdessä olennaisesti määrittävät esikammion 3, joka on suutinaukoilla 5a 5 varustetun suutinkappaleen 5 kautta yhteydessä sylinterin pääpalotilaan 7.

Sylinterikannessa 2 on syvennys tai vastaava tila esikammiojärjestelyä varten, jolloin runko-osa 4 on tuettu liitospintansa 4a välityksellä sylinterikanteen 2. Runko-osan 4 kiinnittäminen sylinterikanteen 2 on järjestetty kansiosan 9 väli-10 tyksellä pulteilla 10. Kansiosaa 9 ei tarvitse erikseen kiinnittää runko-osaan 4, vaan nämä osat on järjestetty toisiaan vasten sopivasti muotoiltujen vastinpinto-jen avulla kuten kuviosta 1 käy ilmi. Kansiosassa 9 on sinänsä tunnetulla tavalla ns. pilottipolttoaineen syöttö välineet 11 ja sytytystulppa 12. Itse sytytys- ja palamisprosessi tapahtuu sinänsä tunnetulla tavalla, joten sitä ei tässä tarkemmin 15 selosteta.

Kuten kuviosta 1 edelleen käy ilmi runko-osa 4 on muotoiltu alaosastaan siten, että esikammiojärjestelyn suutinosa 5 tukeutuu suoraan runko-osaan 4. Runko-osa 4 voi olla valmistettu teräksestä tai muusta hyvin kuumuutta kestävästä me-20 talliseoksesta ja suutinosa 5 on edullisesti keräämiä tai jotain vastaavaa niin ikään kovaa kuumuutta ja korroosiota kestävää materiaalia. Näin ollen runko-osa 4 ja suutinosa 5 voidaan edullisesti kiinnittää toisiinsa esimerkiksi kutistuslii-tosta hyväksi käyttämällä ilman muita kiinnitysvälineitä. Näin ollen ne ovat tarpeen mukaan myös irrotettavissa toisistaan ja siten erikseen vaihdettavissa.

25

Kuvion 1 ratkaisu on vain kaaviollinen, joten esikammio muotoillaan käytännössä haluttujen virtausolosuhteiden edellyttämällä tavalla, yleensä sisältä pyöris-tyspintoja käyttämällä. Suutinosan 5 suutinaukkojen 5a määrä, koko ja suuntaus valitaan tarpeen mukaan. Runko-osan 4 liitospinta 4a voi käytännössä olla 30 edullisesti kartiomainen. Samoin runko-osan 4 ja suutinosan 5 välinen liitospinta 4b on kuviossa esitetyllä tavalla edullisesti kartiomainen. Kun runko-osa 4 on valmistettu teräksestä tai muusta sopivasta metalliseoksesta, sen työstettävyys 6 on keraameihin nähden parempi. Näin ollen tarkempaa mitoitusta vaativat pinnat, joiden avulla esikammiojärjestely on kiinnitetty sylinterin kanteen 2, sijoitetaan edullisesti runko-osaan 4.

5 Kuten kuviossa 1 on esitetty, runko-osan 4 ja suutinosan 5 kiinnittäminen toisiinsa voidaan aikaansaada myös käyttämällä hyväksi erillistä lukitusosaa 8, jonka kiinnittäminen runko-osaan 4 voi tapahtua esimerkiksi kutistusliitoksella, hitsaamalla, juottamalla, kierreliitoksella tai vastaavalla tavalla. Tällöin riippuu luonnollisesti valitusta kiinnitystavasta, voidaanko osat purkaa ja vaihtaa myös 10 erikseen. Joka tapauksessa lukitusosalla 8 voidaan tarpeen mukaan varmistaa suutinosan 5 kiinnitys ja pysyminen paikallaan moottorin käyttöolosuhteissa.

Kuvion 1 sovellusmuodossa lukitusosa 8 on edullisesti yhtenäinen rengasmainen kappale. Tämä käy paremmin ilmi kuviosta 2, joka esittää suurennettuna 15 kuvion 1 esikammiojärjestelyyn perustuvaa lukitusosan ja suutinkappaleen järjestelyä. Kuviot 3 ja 4 esittävät vaihtoehtoisia lukitusosan sovellusmuotoja, joihin liittyy kiilamuoto ja sen seurauksena kiilavaikutus, joka antaa lisämahdollisuuksia kiinnitystavan valitsemiselle.

20 Kuvion 3 ratkaisussa lukitusosa käsittää kaksi kappaletta 8a ja 8b, joista jälkimmäinen aikaansaa kiilausvaikutuksen. Osa 8a puolestaan voidaan kiinnittää edullisesti kutistusliitoksella muuhun rakenteeseen, jolloin se on myös irrotettavissa ja vaihdettavissa, mutta tarpeen mukaan voi kiinnitys tapahtua myös esimerkiksi hitsaamalla.

25

Kuvion 4 ratkaisussa puolestaan suutinosan 5 yläpää 5b on muotoiltu kuviossa ylöspäin suippenevaksi, niin että varsinainen lukitusosa 8’ on tässä vain suutinosan 5 kyseisen yläpään ja runko-osan 4 väliin asennettava kiilamainen kappale.

30 7

Kuvioiden 3 ja 4 sovellusmuodoissa suutinosa 5 voidaan tehdä myös useammasta eri kappaleesta, esimerkiksi sektoreista, ja liittää ne runko-osaan 4 luki-tusosalla 8 tai 8’.

5 Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (13)

1. Polttomoottorin (1) sylinterikanteen (2) sovitettavissa oleva esikammiojärjestely, joka käsittää erillisen runko-osan (4) ja suutinosan 5 (5), jotka on järjestetty asennettavaksi sylinterikanteen (2) ja jotka yhdessä pääasiallisesti määrittävät esikammion (3), joka on yhteydessä sylinterin (6) pääpalotilaan (7) suutinosan (5) suutinaukkojen (5a) kautta, tunnettu siitä, että runko-osa (4) on tuettu sylinterikanteen (2) ja varustettu liitospinnoilla (4b) suutinosan (5) tukemiseksi runko-osaan (4). 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että mainitut liitospinnat (4b) ovat kartiomaiset.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu 15 siitä, että suutinosa (5) on kiinnitetty runko-osaan (4) kutistusliitoksen avulla.

4. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää esikammion (3) sisään järjestetyn 20 lukitusosan (8) suutinosan (5) kiinnittämiseksi runko-osaan (4).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että lukitusosa (8) on kiinnitetty runko-osaan (4) kutistusliitoksella, hitsaamalla, juottamalla, kitka- tai kierreliitoksella tai vastaavalla tavalla. 25

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että lukitusosaan (8) kuuluu kiilamainen elementti (8b), joka on järjestetty varsinaisen lukitusosan (8) ja runko-osan (4) väliin.

7. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että lukitusosa on kiilamainen kappale (8') tai joukko kappaleita, joka on järjestetty suutinosan (5) esikammion (3) puoleisen muotoillun pään (5b) ja runko-osan (4) väliin.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 4 - 7 mukainen esikammiojärjestely, 5 tunnettu siitä, että lukitusosa (8,8a,8') on muotoiltu esikammion (3) virtausolosuhteet huomioon ottaen yhtenäiseksi rakenteeksi.

9. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että runko-osa (4) on varustettu siihen kiinnitetyllä 10 erillisellä kansiosalla (9), jonka välityksellä esikammiojärjestely on kiinnitetty sylinterikanteen (2).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että kansiosa (9) on varustettu sytytysvälineillä, esimerkiksi 15 pilottipolttoaineen syöttövälineillä (11) ja/tai sytytystulpalla (12).

11. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että suutinosa (5) ja/tai lukitusosa (8,8a,8') on valmistettu lämpöä, hapettumista ja/tai korroosiota 20 kestävästä materiaalista, esimerkiksi keraamista.

12. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että runko-osa (4) ja lukitusosa (8,8a,8') ovat pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. 25

13. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen esikammiojärjestely, tunnettu siitä, että runko-osa (4), suutinosa (5) ja lukitusosa (8,8a,8') ovat vaihdettavissa olevia osia.