FI121895B - Mäntämoottori - Google Patents

Description

MÄNTÄMOOTTORI

Tämän keksinnön kohteena on mäntämoottori, joka on varustettu esikammiojär-jestelyllä, joka on sijoitettavissa moottorin sylinterin yläosaan.

5

Polttomoottoreissa syntyy typen oksideja (NOx) polttoaineen ja ilman seoksen palaessa. Tyypillisesti typen oksidien määrä lisääntyy palamislämpötilan kasvaessa. Etenkin korkeat huippupalamislämpötilat lisäävät typen oksidien muodostumista. Huippupalamislämpötiloja ja siten palamisessa muodostuvien typen oksidien 10 määrää voidaan vähentää lisäämällä polttoaineseoksen ilma/polttoaine -suhdetta eli käyttämällä laihempaa polttoaineseosta. Laihan polttoaineseoksen takia palaminen saattaa kuitenkin olla epätäydellistä etenkin mäntämoottoreissa, joissa sylinterin halkaisija on suuri.

15 Palamisen tehostamiseksi 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 etenkin kaasua polttoaineena käyttävissä laihaseosottomoottoreissa. Tällöin esikammio on varustettu syty-20 tystulpalla, jolla rikkaampi polttoaineseos sytytetään. Rikkaan polttoaineseoksen syöttöä esikammioon ohjataan esikammioventtiilillä moottorin työkierron mukaan. Esikammioventtiiliä varten on erillinen venttiilikoneisto, joka saa ohjauksensa ^ moottorin nokka-akselilta. Nokka-akselissa on erillinen nokka esikammioventtiiliä o ^ varten. Järjestelyn haittapuolena on monimutkaisuus, koska esikammioventtiiliä ° 25 varten on oltava oma nokka, työntötanko ja keinuvipu. Lisäksi esikammionventtii- 00 Iin nousu eli liikematka ääriasentojen välillä on lyhyt, mikä vaikeuttaa venttiilin oh-

X

£ jäämistä.

CM

O

O

Tämän keksinnön tarkoituksena on saadaan aikaan ratkaisu, jolla esikam-o ^ 30 mioventtiilin toimintaa voidaan parantaa.

2

Keksinnön tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä tavalla. Keksinnön mukainen mäntämoottori käsittää ainakin yhden sylinterin, imuventtiilillä varustetun imukanavan palamisilman kuljettamiseksi sylinterin palotilaan ja liikut-5 telujärjestelyn imuventtiilin avaamiseksi, joka liikuttelujärjestely käsittää imuventtii-lin varren yhteyteen järjestetyn ieksen ja keinuvivun, jolla iestä ja siten imuventtii-liä painetaan kohti avointa asentoa. Mäntämoottori käsittää myös sylinterin yläosaan sovitetun esikammiojärjestelyn, joka käsittää esikammion, jousikuormittei-sen ja mäntäpinnalla varustetun esikammioventtiilin palamisilman ja polttoaineen 10 seoksen syöttämiseksi esikammioon, ja sytytyselimet esikammiossa olevan palamisilman ja polttoaineen seoksen sytyttämiseksi, joka esikammioventtiili on liikuteltavissa avoimen ja suljetun asennon välillä ja jota painetaan kohti suljettua asentoa jousella. Esikammiojärjestely käsittää kammion paineväliaineelle ja kammion kanssa virtausyhteydessä olevan toisen kammion paineväliaineelle, jota 15 kammiota rajaa esikammioventtiilin mäntäpinta, johon paineväliaineen paine vaikuttaa esikammioventtiilin siirtämiseksi kohti avointa asentoa, ja jota toista kammiota rajaa liikuteltavissa olevan toisen männän mäntäpinta. Esikammiojärjestely käsittää kanavan paineväliaineen johtamiseksi toiseen kammioon ja poistamiseksi toisesta kammiosta, joka kanava on järjestetty sulkeutumaan ja avautumaan 20 toisen männän sijainnin mukaan. Lisäksi imuventtiilin ies ja keinuvipu on järjestetty liikuttamaan toista mäntää.

^ Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

CM

OO

° 25 Esikammioventtiilin mäntäpinnan ja toisen männän mäntäpinnan pinta-alojen suh- 00 teitä muuttamalla voidaan esikammioventtiilin nousua ajan muuttaa halutulla ta-

X

£ valla. Tällöin esikammioventiiliä voidaan operoida samalla liikuttelujärjestelyllä o kuin sylinterin imuventiiliä. Järjestely voidaan tehdä rakenteeltaan yksinkertaisek- o si, koska erillistä nokka-akselin nokkaa ja koneistoa nokan liikkeen välittämiseksi o ° 30 esikammioventtiilille ei välttämättä tarvita.

3

Keksintöä kuvataan seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten mukaisen esimerkin avulla.

5 Kuviot 1-6 esittävät periaatteellisena poikkileikkauksena mäntämoottorin sylinterin yläosaa ja sen yhteyteen asennettua yhtä keksinnön mukaista esikammiojärjeste-lyä eri toimintavaiheissa.

Kuvio 7 esittää esikammioventtiilin ja imuventtiilin nousua ajan funktiona kuvioi-10 den 1-6 mukaisessa sovellusmuodossa.

Kuviot 1-6 esittävät osaa mäntämoottorista 1, tarkemmin sen sylinterin yläosaa. Piirustuksista on selvyyden vuoksi jätetty leikkauspintojen vinoviivoitus pois. Mäntämoottori 1 käsittää moottorilohkon, jossa on useita sylintereitä 3. Moottori 1 15 on otto-moottori eli polttoaineen ja palamisilman seos sytytetään sytytystulpalla. Moottorin polttoaineena käytetään kaasua, esimerkiksi maakaasua. Moottori 1 käsittää myös sylinterikannen 2, joka yhdessä männän ja sylinteriputken kanssa määrittää sylinterin palotilan 5. Sylinterikannessa 2 on paloillaan 5 avautuva imu-kanava 6, jota pitkin paloillaan 5 johdetaan polttoaineen ja ilman seosta. Polttoai-20 ne sekoitetaan palamisilmaan imukanavassa 6. Polttoaineen ja palamisilman seoksen virtausta imukanavasta 6 paloillaan 5 säädetään imuventtiilillä 7. Sylinterikannessa 2 on myös paloillaan 5 avautuva pakokanava 8, jota pitkin palamises-^ sa muodostuneet pakokaasut poistetaan palotilasta 5. Pakokaasun virtausta palo- ^ tilasta 5 pakokanavaan 8 säädetään pakoventtiilillä 9.

? 25 00 Sekä imuventtiiliin 7 että pakoventtiiliin 9 yhteyteen on sovitettu liikuttelujärjestely £ venttiilien 7, 9 liikuttamiseksi. Imuventtiilin liikuttelujärjestely käsittää imuventtiilin o 7 varren yhteyteen sijoitetun ieksen 13 ja keinuvivun 14, jolla iestä 13 ja siten

O

rC imuventitiiliä 7 painetaan alaspäin sen avaamiseksi. Vastaavasti pakoventtiilin lii-

O

^ 30 kuttelujärjestely käsittää pakoventtiilin 9 varren yhteyteen sijoitetun ieksen 13’ ja 4 keinuvivun 14’, jolla iestä 13’ja siten pakoventtiileitä 9 painetaan alaspäin sen avaamiseksi. Keinuvivun 14, 14’ liike saadaan aikaan nokka-akselin nokalla, joka on toimintayhteydessä keinuvivun 14, 14’ kanssa joko suoraan tai epäsuoraan työntötangon välityksellä. Venttiilin 7, 9 varren 11,12 ympärille on sovitettu jousi 5 10, jonka jousivoima suuntaa venttiiliä kohti kuvion 1 mukaista suljettua asentoa, jossa venttiililautanen 11’, 12’ on vasten sylinterikannessa 2 olevaa istukkapintaa.

Sylinterin yläosan eli sylinterikannen 2 yhteyteen on järjestetty esikammiojärjeste-ly 15. Esikammiojärjestely 15 käsittää rungon 16, jossa on esikammio 17, joka on 10 virtausyhteydessä palotilaan 5 suutinreikien 18 välityksellä. Esikammiojärjestely 15 käsittää esikammioventtiilin 19, jolla polttoaineen ja palamisilman seoksen syöttöä rungossa 16 olevasta polttoainekammiosta 25 esikammioon 17 säädetään. Lisäksi esikammiojärjestely 15 käsittää sytytystulpan 20, jolla esikammiossa 17 oleva polttoaineen ja ilman seos sytytetään. Esikammiojärjestely on sijoitettu 15 runkoon 16, jolloin se on asennettavissa sylinterikannen 2 yhteyteen yhtenä kokonaisuutena.

Esikammioventtiili 19 käsittää pitkänomaisen venttiilikappaleen 21, jonka ensimmäisessä päässä on venttiililautanen 22 ja toisessa päässä mäntä 23. Mäntä 23 20 on sijoitettu sylinterimäiseen kammioon 28. Mäntä 23 käsittää kammiota 28 rajoittavan mäntäpinnan 32. Venttiilikappaleen 21 ympärillä on jousi 24, joka on järjestetty kammioon 28 männän 23 ja rungon 16 väliin, jolloin jousi pakottaa esikam-^ mioventtiiliä 19 kohti suljettua asentoa, jossa venttiililautanen 22 on vasten run- ^ gossa 16 olevaa istukkapintaa. Esikammioventtiilin ollessa suljetussa asennossa ° 25 polttoaineen ja palamisilman seoksen virtaus polttoainekammiosta 25 esikammi- 00 oon 17 on estetty. Kun istukkapinnan ja venttiililautasen 22 välissä on rako, on

X

£ esikammioventtiili 19 avoinna, jolloin polttoaineen ja palamisilman seosta pääsee virtaamaan polttoainekammiosta 25 esikammioon 17. o

LO

o o cv 5

Kammio 28 on virtausyhteydessä yhdyskanavan 26 välityksellä toiseen kammioon 27, jossa on toinen mäntä 29. Liikuteltavissa oleva toinen mäntä 29 on varustettu toisella mäntäpinnalla 31, joka osittain rajoittaa toista kammiota 27. Sekä kammio 28 että toinen kammio 27 on täytetty paineväliaineella, edullisesti mootto-5 rin voiteluöljyllä. Toisen mäntäpinnan 31 pinta-ala on suurempi kuin mäntäpinnan 32 pinta-ala. Rungossa 16 on kanava 30, joka ulottuu toisen kammion 27 sivulta öljytilaan 34, esimerkiksi sylinterikannessa 2 olevaan voiteluöljykanavaan. Imu-venttiilin 7 yhteydessä oleva ies 13 on toimintayhteydessä myös toisen männän 29 kanssa siten, että ies 13 painaa samanaikaisesti sekä imuventtiiliä 7 että toista 10 mäntää 29. Siten sekä esikammioventtiilin 19 että imuventtiilin 7 liike saadaan aikaan samalla järjestelyllä eli imuventtiilin liikuttelujärjestelyllä. Imuventtiilin 7 ja esikammioventtiilin 19 ajoitus on erilainen eli niiiden avautumis-ja sulkeutu-misajankohdat poikkeavat toisistaan. Koska kammiota 28 ja toista kammiota 27 rajoittavien mäntäpintojen 32; 31 pinta-alat ovat erisuuret, poikkeavat esikam-15 mioventiilin 19 ja imuventtiilin 7 liikenopeus ja nousu toisistaan.

Kuviossa 1 sekä imuventtiili 7 että pakoventtiili 9 ovat suljettuna eli ylimmässä asennossaan vasten sylinterikannessa 2 olevaa istukkapintaa. Myös toinen mäntä 29 on ylimmässä asennossaan, jolloin toisen kammion 27 tilavuus on suurim-20 millään. Toisen kammion 27 sivulla oleva kanavan 30 suuaukko on avoinna, jolloin paineväliaineena toimivaa voiteluöljyä pääsee virtaamaan kanavan 30 kautta öljytilaan 34.

δ ^ Kuviossa 2 imuventtiiliä 7 ja toista mäntää 29 painetaan alaspäin imuventtiilin lii-

CO

° 25 kuttelujärjestelyllä eli ieksellä 13 ja keinuvivulla 14. Imuventtiili 7 avautuu ja kana- 00 van 30 toisen kammion 27 sivulla oleva suuaukko edelleen avoinna. Toinen män-

X

£ tä 29 työntyy toiseen kammioon 27 ja paineväliainetta virtaa kanavaa 30 pitkin ^ öljytilaan 34. Tällöin kammion 23 ja toisen kammion 27 yhteenlaskettu tilavuus o pienenee. Esikammioventtiili 19 pysyy suljetussa asennossa eli venttiililautanen o ^ 30 22 on vasten istukkapintaa.

6

Kuviossa 3 imuventtiiliä 7 ja toista mäntää 29 painetaan edelleen alaspäin ieksel-lä 13 ja työntötangolla 14. Tällöin imuventtiili 7 avautuu enemmän ja toinen mäntä 29 työntyy syvemmälle toiseen kammioon 27. Kun toinen mäntä 29 peittää toisen 5 kammion 27 sivulle avautuvan kanavan 30 suuaukon, paineväliainetta ei enää virtaa pois kammioista 28, 27 kanavan 30 kautta. Toisen männän 29 työntyessä edelleen syvemmälle toiseen kammioon 27, voiteluöljyn paine kammiossa 27, 28 nousee ja esikammioventtiili 19 alkaa avautumaan, kun männän mäntäpintaan 32 kohdistuva painevoima ylittää jousen 24 sulkuvoiman.

10

Kuviossa 4 sekä imuventtiiliä 7 että toista mäntää 29 painetaan edelleen alaspäin ieksellä 13 ja työntötangolla 14. Toinen mäntä 29 peittää edelleen kanavan 30 suuaukon. Toiseen kammioon 27 syvemmälle painuva toinen mäntä 29 työntää paineväliainetta toisesta kammiosta 27 yhdyskanavan 26 kautta kammioon 28.

15 Tällöin mäntä 23 työntyy alaspäin kammiossa 28 ja puristaa jousta 24 kokoon, jolloin esikammioventtiili 19 avautuu ja polttoaineseosta virtaa polttoainekammios-ta 25 esikammioon 17. Koska toisen männän mäntäpinnan 31 pinta-ala on pienempi kuin männän mäntäpinnan 32 pinta-ala, esikammioventtiilin 19 liike on hitaampaa ja nousu pienempi verrattuna toisen männän 29, imuventtiilin 7 ja ieksen 20 13 liikkeeseen.

Kuviossa 5 ies 13 ja keinuvipu 14 siirtyvät ylöspäin ja imuventtiili 7 ja esikam-^ mioventtiili 19 sulkeutuvat. Kuten avausliikkeen aikana, esikammioventtiili 19 liik-

O

^ kuu hitaammin kuin imuventtiili 7 männän 23 ja toisen männän 29 mäntäpintojen

CO

° 25 31, 32 pinta-alaerojen vuoksi.

cö

X

£ Kuviossa 6 toisen kammion 27 sivulla oleva kanavan 30 suuaukko avautuu ja o paineväliainetta virtaa kammioista 27, 28 kanavan 30 kautta öljytilaan 34. Voite en luöljyn paine kammioissa 27, 28 laskee, ja jousi 24 siirtää esikammioventtiilin 19 o ° 30 suljettuun asentoon, jolloin palamisilman ja polttoaineen seoksen virtaus polttoai- 7 nekammiosta 25 esikammioon 17 loppuu. Esikammiossa 17 oleva seos sytytetään imuventtiilin 7 sulkeuduttua sytytystulpalla 20. Palava polttoaineseos leviää esikammiosta 17 suutinreikien 18 kautta paloillaan 5 ja sytyttää palotilassa 5 olevan laihemman palamisilman ja polttoaineen seoksen.

5

Esikammioventtiilin 19 liike eli nousu ajan funktiona on pienempi kuin imuventtiilin 7 nousu, kuten kuviosta 7 havaitaan. Esikammioventtiilin 19 nousua suhteessa imuventtiilin 7 nousuun voidaan muuttaa männän mäntäpinnan 32 ja toisen männän mäntäpinnan 31 pinta-alojen suhdetta muuttamalla. Ajankohtaa, jolloin esi-10 kammioventtiili 19 alkaa avautumaan ja sulkeutuu täydellisesti, voidaan muuttaa toisen kammion 27 sivulla olevan kanavan 30 suuaukon sulkeutumis-ja avautu-misajankohtia muuttamalla eli muuttamalla esimerkiksi kanavan 30 suuaukon sijaintia toisen männän 29 liikesuunnassa eli korkeussuunnassa.

δ

(M

i

CO

o δ

X

en

CL

(M

O

O

m h-· o o

(M

Claims (6)

1. Mäntämoottori (1), joka käsittää ainakin yhden sylinterin (3), imuventtiilillä (7) varustetun imukanavan (6) palamisilman kuljettamiseksi sylinterin palotilaan (5), 5 ja liikuttelujärjestelyn (13, 14) imuventtiilin (7) avaamiseksi, joka liikuttelujärjestely käsittää imuventtiilin (7) varren yhteyteen järjestetyn ieksen (13) ja keinuvivun (14), jolla iestä (13) ja siten imuventtiiliä (7) painetaan kohti avointa asentoa, sylinterin yläosaan (2) sovitetun esikammiojärjestelyn (15), joka käsittää esikammi-on (17), jousikuormitteisen ja mäntäpinnalla (32) varustetun esikammioventtiilin 10 (19) palamisilman ja polttoaineen seoksen syöttämiseksi esikammioon (17), ja sytytyselimet (20) esikammiossa (17) olevan palamisilman ja polttoaineen seoksen sytyttämiseksi, joka esikammioventtiili (19) on liikuteltavissa avoimen ja suljetun asennon välillä ja jota painetaan kohti suljettua asentoa jousella (24), joka esikammiojärjestely (15) käsittää kammion (28) paineväliaineelle ja kammion (28) 15 kanssa virtausyhteydessä olevan toisen kammion (27) paineväliaineelle, jota kammiota (28) rajaa esikammioventtiilin mäntäpinta (32), johon paineväliaineen paine vaikuttaa esikammioventtiilin (19) siirtämiseksi kohti avointa asentoa, ja jota toista kammiota (27) rajaa liikuteltavissa olevan toisen männän (29) mäntäpinta (31), tunnettu siitä, että esikammiojärjestely käsittää kanavan (30) paineväliai-20 neen johtamiseksi toiseen kammioon (27) ja poistamiseksi toisesta kammiosta (27), joka kanava (30) on järjestetty sulkeutumaan ja avautumaan toisen männän (29) sijainnin mukaan, ja että imuventtiilin ies (13) ja keinuvipu (14) on järjestetty ^ liikuttamaan toista mäntää (29). (M οό ° 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntämoottori, tunnettu siitä, että esikam- 00 mioventtiilin mäntäpinnan (32) pinta-ala on suurempi kuin toisen männän (29) X £ mäntäpinnan (31) pinta-ala. CM o o

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntämoottori, tunnettu siitä, että kanavan o ^ 30 (30) suuaukko on järjestetty toiseen kammion (27) sivulle.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mäntämoottori, tunnettu siitä, että kammio (28) ja toinen kammio (27) on sijoitettu runkoon (16), ja että toista mäntää (29) voidaan liikuttaa rungon (16) ulkopuolelta. 5

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mäntämoottori, tunnettu siitä, että kanava (30) on virtausyhteydessä moottorin voiteluöljyjärjestelmään.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mäntämoottori, tunnettu 10 siitä, että ies (13) toimintayhteydessä toisen männän (29) kanssa siten, että ies (13) painaa samanaikaisesti sekä imuventtiiliä (7) että toista mäntää (29). δ CM CO O CO X cc CL CM O O LO O O CM