FI122557B - Mäntämoottorin polttoaineenruiskutusjärjestely - Google Patents

Abstract

Keksintö kohdistuu mäntämoottorin polttoaineenruiskutusjärjestelyyn (10), joka käsittää ainakin yhden polttoaineinjektorin (15), jolla polttoainetta voidaan ruiskuttaa moottorin palotilaan, joka polttoaineinjektori käsittää ainakin yhden polttoaineenruiskutusventtiilin (20), joka on järjestetty annostelemaan polttoainetta palotilaan, joka polttoaineenruiskutusjärjestely käsittää edelleen tehostinmäntäjärjestelyn (50), jossa on mäntätila (51) ja siinä oleva mäntäelin (52), jolla on ensimmäinen alue (53), johon vaikuttamaan on järjestetty työväliaine (70) ja joka ensimmäinen alue rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn (50) ensimmäistä työtilaa (54), ja jolla mäntäelimellä on toinen alue (56), joka rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn toista työtilaa (58), joka toinen työtila on järjestetty virtausyhteyteen polttoaineinjektorin ainakin yhden ruiskutusventtiilin (20) kanssa. Tehostinmäntä-järjestely käsittää vastaelimen (60) ja mäntäelimessä (52) on pituussuuntaisesti ulottuva syvennys (55), joka muodostaa tilan, johon vastaelin on järjestetty ainakin osittain ulottumaan, ja toista aluetta (56) rajaa ainakin osittain mäntäelin (52) ja vastaelin (60). (Fig.1)

Description

MÄNTÄMOOTTORIN POLTTOAINEENRUISKUTUSJÄRJESTELY 5 Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista mäntämoottorin polttoaineenruiskutusjärjestelyä, joka käsittää ainakin yhden polttoaineinjektorin, jolla polttoainetta voidaan ruiskuttaa 10 moottorin paloillaan, joka polttoaineinjektori käsittää ainakin yhden polt-toaineenruiskutusventtiilin, joka on järjestetty annostelemaan polttoainetta paloillaan, joka polttoaineenruiskutusjärjestely käsittää edelleen tehos-tinmäntäjärjestelyn, jossa on mäntätila ja siinä oleva mäntäelin, jolla on ensimmäinen alue, johon vaikuttamaan on järjestetty työväliaine ja joka 15 ensimmäinen alue rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn ensimmäistä työtilaa, ja jolla mäntäelimellä on toinen alue, joka rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn toista työtilaa, joka toinen työtila on järjestetty virtausyhteyteen polttoaineinjektorin ainakin yhden ruiskutusvent-tiilin kanssa.

20

Tekniikan taso Mäntämoottoreissa, erityisesti dieselmoottoreissa, polttoainetta syötetään o 25 moottorin paloillaan polttoaineenruiskutussuuttimen/-ien avulla. Polttoai- c\i neenruiskutussuutin käsittää tyypillisesti neulan, jonka asento ohjaa ruis- g kutuksen tilaa. Neulan kärki estää tai sallii polttoaineen virtauksen virin taustilasta suuttimen suihkutusaukkoon /-ihin. Suuttimen runko käsittää

CC

CL

polttoaineen virtaustilan, johon polttoainekanava, tavallisesti poraus, ulot-g 30 tuu. Toiminnan yleisperiaatteena on jousikuormitteinen neula, joka avau- o tuu polttoaineen paineella polttoaineen virtaustilassa. Kun neula nousee

CM

2 jousivoimaa vastaan, virtaustilasta tuleva polttoaine pääsee ruisku-tusaukon/-kojen kautta moottorin palotilaan. Neulaa ohjaa myös suutti-men runko. Suuttimen runko on tyypillisesti liitetty suuttimen pitimen runkoon, jonka avulla suutin on kiinnitetty moottoriin.

5

Itse ruiskutustapahtumalla on suuri vaikutus polttoaineen palamiseen mäntämoottorissa, erityisesti käytettäessä puristussytytteistä dieselsykliä. Esimerkiksi ruiskutuksen alkamisen ajoituksella ja ruiskutuksen kestolla on merkittävä vaikutus palamisprosessiin. Etenkin ruiskutuspaineella on 10 suuri vaikutus polttoainesumun muodostumiseen ja siten myös palamisprosessiin. Julkaisussa US4405082 on esitetty polttoaineenruiskutussuu-tin, jossa on järjestetty tehostinmäntä lisäämään polttoaineen painetta ruiskun sisällä. Paineen lisäämiskykyä rajoittaa huomattavasti polttoai-neinjektorin fyysinen koko, jota rajoittaa sylinterinkannessa käytettävissä 15 oleva tila, johon ruiskua ollaan asentamassa.

Vanhemman sukupolven dieselmoottoreissa polttoaineen ruiskutus tapahtuu ruiskutuspumpulla, jossa polttoaine paineistetaan ja syötetään jokaiselle ruiskutussuuttimelle erikseen kutakin ruiskutusta varten. Vaikka 20 järjestelmä on käytössä luotettava, se vaatii huomattavan pitkän korkea-paineputkiston jokaiselle yksittäiselle ruiskutussuuttimelle. Lisäksi nykyisten päästövaatimusten valossa käytettävissä olevalla paineella ei saavuteta haluttua ruiskutuspainetta.

o 25 Näin ollen yleisenä pyrkimyksenä on toteuttaa polttoaineen ruiskutus hy- c\j vin korkealla paineella, esim. suuruusluokan 1000 baaria tai sen yli ole- i g valla paineella. Yleinen dieselmoottoreissa käytetty ratkaisu on ns. yh- x teispainevarastolla (common rail) varustettu polttoaineenruiskutusjärjes-

CL

telmä. Julkaisussa EP 0959245B1 esitetään yhteispainevarastolla varus-g 30 tettu ruiskutusjärjestelmä, jossa paineen tuottaminen ja polttoaineen ruis- o kutus ovat toiminnallisesti erotettu toisistaan. Polttoainetta syötetään kor-

(M

3 keapainepumpulla yhteiseen painevarastoon, josta se johdetaan erillisten putkien kautta kunkin sylinterin polttoaineinjektorille. Niin ikään tällaisessa ratkaisussa tarvitaan korkeapaineputkistoa.

5 Toinen järjestelmässä vallitsevan jatkuvan paineen aiheuttama ongelma yhteispainevarastolla varustetuissa ruiskutusjärjestelmissä on polttoai-neinjektorin mahdollinen vuoto sylinteriin suuttimen toimintahäiriön sattuessa. Julkaisussa EP1270931B1 esitetään polttoainejärjestelmän sulku-venttiili, joka estää vuotopolttoainetta virtaamasta paloillaan sallimalla 10 vain rajallisen polttoainemäärän virrata kerrallaan.

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada polttoaineen ruiskutussuutin, jonka ruiskutustehoa on huomattavasti parannettu.

15

Keksinnön kuvaus

Keksinnön tavoitteet saavutetaan olennaisesti mäntä moottori n polttoai-neenruiskutusjärjestelyllä, joka käsittää ainakin yhden polttoaineinjekto-20 rin, jolla polttoainetta voidaan ruiskuttaa moottorin paloillaan, joka poltto-aineinjektori käsittää ainakin yhden polttoaineenruiskutusventtiilin, joka on järjestetty annostelemaan polttoainetta paloillaan, joka polttoaineen-ruiskutusjärjestely käsittää edelleen tehostinmäntäjärjestelyn, jossa on mäntätila ja siinä oleva mäntäelin, jolla on ensimmäinen alue, johon vai-o 25 kuttamaan on järjestetty työväliaine ja joka ensimmäinen alue rajaa aina- c\i kin osittain tehostinmäntäjärjestelyn ensimmäistä työtilaa, ja jolla mäntä- g elimellä on toinen alue, joka rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjeste- x lyn toista työtilaa, joka toinen työtila on järjestetty virtausyhteyteen poltto-

CL

aineinjektorin ainakin yhden ruiskutusventtiilin kanssa. Tehostinmäntäjär-g 30 jestely käsittää vastaelimen ja että mäntäelimessä on pituussuuntainen 05 § syvennys, joka muodostaa tilan, johon vastaelin on järjestetty ainakin

CM

4 osittain ulottumaan, ja että toista aluetta rajaa ainakin osittain mäntäelin ja vastaelin. Keksinnölle on tunnusomaista se, että toista työtilaa rajaavat mäntäelimessä oleva syvennys ja vastaelin ja työtila on järjestetty män-täelimen sisäpuolelle.

5 Tällä tavoin tehostinmäntäjärjestely vie huomattavasti vähemmän tilaa ja tehostinmäntäjärjestelyn vapaampi sijoittelu polttoaineensyöttöjärjestel-mään tulee mahdolliseksi. Koska tehostinmäntäjärjestely on kooltaan huomattavan pieni, on tehostinmäntäjärjestely keksinnön erään edullisen 10 suoritusmuodon mukaan järjestetty polttoaineinjektoriin.

Mäntäelimellä on edullisesti sylinterimäinen runko, joka käsittää ensimmäisen pään ja toisen pään, johon toiseen päähän on järjestetty pituus-suuntaisesti ulottuva syvennys muodostamaan toinen työtila.

15

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan mäntätilan sisäseinän ja män-täelimen välinen kosketuspinta on järjestetty pituussuunnassa ainakin osittain limittymään mäntäelimen ja vastaelimen välisen kosketuspinnan kanssa tehostinmäntäjärjestelyn toiminnan aikana.

20

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan vastaelin käsittää polttoaine-kanavan, joka ulottuu vastaelimen läpi toiseen työtilaan ja polttoaine-kanava on suorassa virtausyhteydessä mainitun ainakin yhden ruisku-tusventtiilin polttoaineen virtaustilan kanssa.

δ 25

(M

c\j Polttoainekanava on edullisesti yhteydessä polttoaineensyöttöjärjestel- i g män kanssa suuntaisventtiilin välityksellä, joka sallii polttoaineen virrata x olennaisesti vain polttoainekanavan suuntaan.

CL

CO

g 30 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan ensimmäinen työtila o on järjestetty virtausyhteyteen polttoaineensyöttöjärjestelmän korkeapai-

(M

5 nevyöhykkeen kanssa ja toinen työtila on järjestetty virtausyhteyteen polttoaineensyöttöjärjestelmän matalapainevyöhykkeen kanssa. Lisäksi tässä keksinnön suoritusmuodossa tehostinmäntäjärjestely on virtausva-roke.

5

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan toista työtilaa rajaavat mäntäelin ja vastaelin, ja työtila on järjestetty mäntäelimen ulkopuolelle.

10 Piirustusten lyhyt kuvaus

Seuraavassa keksintöä selostetaan viitaten oheisiin esimerkinomaisiin kaavamaisiin piirustuksiin, joista

Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista polttoaineen-15 ruiskutusjärjestelyä,

Kuvio 2 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista poltto-aineenruiskutusjärjestelyä,

Kuvio 3 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista tehostinmän-täjärjestelyä, 20 Kuvio 4 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista tehos-tinmäntäjärjestelyä,

Kuvio 5 esittää keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon mukaista tehostinmäntäjärjestelyä,

Kuvio 6 esittää keksinnön vielä erään toisen suoritusmuodon mukaista o 25 polttoaineenruiskutusjärjestelyä.

i

(M

σ> o x Piirustusten yksityiskohtainen kuvaus

CL

CO

c8 30 Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mäntämootto- m o rin polttoaineenruiskutusjärjestelyä 10. Kuviossa 1 esitetty järjestely on

(M

6 vahvasti yksinkertaistettu ja siinä esitetään vain keksinnön ymmärtämisen kannalta olennaiset elementit. Järjestely käsittää ainakin yhden polttoaine! njektorin 15, jolla polttoainetta voidaan ruiskuttaa moottorin palollaan (ei esitetty). Polttoaineinjektori 15 käsittää ainakin yhden polttoai-5 neen ruiskutusventtiilin 20, joka on järjestetty annostelemaan polttoaine moottorin paloillaan. Ruiskutusventtiili voi olla sinänsä tunnettua tyyppiä, jossa neula 25 on jousen 30 kuormittama neulan 25 sulkemissuuntaan ja jossa neulaa nostetaan jousivoimaa vastaan ruiskutusventtiilin 20 polttoaineen virtaustilassa 35 vallitsevan polttoainepaineen avulla.

10

Polttoaineenruiskutusjärjestelmä 10 käsittää edelleen tehostinmäntäjär-jestelyn 50. Kuvion 1 mukainen tehostinmäntäjärjestely käsittää mäntäti-lan 51 ja mäntäelimen 52, joka on järjestetty liikkuvasti mäntätilaan 51. Mäntäelin ja mäntätila ovat edullisesti poikkileikkaukseltaan pyöreitä. Ai-15 nakin osa mäntäelimen pituussuuntaisesta ulkopinnasta 52' muodostaa kosketuspinnan mäntätilan 51 sisäseinää vasten. Mäntätilan sisäseinän ja mäntäelimen välisellä kosketuspinnalla on pitkittäissuuntainen 11 pituus.

20 Mäntäelimellä on toisessa päässään otsapinta 53, joka on mäntäeli-men/mäntätilan pituussuuntaiseen akseliin 11 nähden kohtisuora projektio. Toisen pään otsapintaa kutsutaan tässä myös mäntäelimen ensimmäiseksi alueeksi. Ensimmäinen alue 53 on hallittavassa yhteydessä te-hostinmäntäjärjestelyn 10 ensimmäiseen alueeseen 53 vaikuttamaan jär- 0 25 jestetyn työväliainejärjestelmän 70 kanssa siten, että se saa mäntäeli- csj men liikkumaan työväliaineen kasvavassa paineessa ensimmäistä aluet- g ta 53 vastaan. Mäntäelin muodostaa ensimmäisen työtilan 54 mäntäeli- 1 men toisessa päässä olevan ensimmäisen alueen 53 ja mäntätilan sisä-

CL

seinän välille mäntäelimen yläpuolelle kuviossa 1. Ensimmäinen alue 53

CO

g 30 rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn ensimmäistä työtilaa. En- o simmäinen työtila voidaan altistaa työväliaineen paineelle työväliainejär-

(N

7 jestelmässä 70, mikä saa mäntäelimen 52 liikkumaan kauemmaksi män-tätilan päästä. Työväliaine on edullisesti paineistettua nestettä. Edullisimmin työväliainejärjestelmä on moottorin polttoaineensyöttöjärjestelmä.

5 Mäntäelimen 52 toiseen päähän on järjestetty syvennys 55, joka ulottuu mäntäelimen 52 sisään. Syvennyksellä 55 on toinen otsapinta, joka on mäntäelimen pituussuuntaiseen akseliin 11 nähden kohtisuora projektio. Toista otsapintaa kutsutaan tässä myös mäntäelimen 52 toiseksi alueeksi 56, jota rajaavat ainakin osittain mäntäelin 52 ja vastaelin 60 yhteisellä 10 kosketuskehällään 69. Toinen alue rajaa osittain tehostinmäntäjärjestelyn 50 toista työtilaa 58. Tässä keksinnön suoritusmuodossa toinen työtila 58 on järjestetty mäntäelimen 52 sisään ja tehostinmäntäjärjestely käsittää vastaelimen 60, joka on järjestetty ulottumaan mäntäelimen 52 sisällä olevaan syvennykseen 55 rajaamaan osittain toista työtilaa 58. Syvennys 15 55 ja vastaelin 60 määrittävät toisen työtilan 58. Syvennyksen 55 sovitus vastaelimeen 60 on tarpeeksi tiukka siten, että toinen työtila voidaan paineistaa mäntäelimen 52 liikkeellä kohti vastaelintä 60 pienentämällä toisen työtilan 58 tilavuutta. Vastaelin 60 on järjestetty mäntätilaan 51 mäntäelimen 52 vastakkaisessa päässä. Koska syvennys 55 on mäntäeli-20 messä 52, tehostinmäntäjärjestelyn kokonaispituus, eli pitkittäissuuntainen 11 ulottuvuus, pienenee ja se on helpompi sovittaa polttoaineinjekto-riin. Näin ne polttoainekanavat, joissa polttoaineen paine on korkea ruis-kutuspaineella, ovat kaikki turvallisesti polttoaineinjektorin sisällä. Vasta-elin 60 on tiivistetty mäntätilan 51 pintaa vasten ulokkeella 71, joka eroten 25 taa toisen työtilan 58 polttoaineen syöttöjärjestelmästä 80.

i

(M

g Tehostinmäntäjärjestelyyn 50 on järjestetty jousielementti 62 siten, että x se vaikuttaa mäntäelimeen 52 ensimmäisessä työtilassa 54 vallitsevaa

CL

työvälinaineen luomaa painetta vastaan. Kuvion 1 suoritusmuodossa g 30 jousielementti on järjestetty puristumaan kokoon johtuen mäntäelimen 52 o liikkeestä kohti vastaelintä 60. Jousen pääasiallinen tarkoitus on palaut-

(M

8 taa mäntäelin 52 takaisin alkuasentoonsa vastaelintä 60 kohti suuntautuvan työiskun jälkeen. Kuviossa 1 vastaelin on erillinen kappale, joka on tuettu mäntätilan 51 päätyseinää vasten. Vastaelimessä on uloke 63, jota vasten on järjestetty tukilevy 64. Jousielementti 62 on tässä suoritus-5 muodossa järjestetty mäntäelimen 52 ja tukilevyn 64 väliin siten, että jousivoima siirtyy levyn 64 ja ulokkeen 63 välityksellä vastaelimeen 60 ja edelleen tehostinmäntäjärjestelyn 50 runkoon.

Vastaelin 60 on järjestetty paikallaan olevaksi tehostinmäntäjärjestelyn 10 50 toiminnan aikana, johon vastaelimeen nähden mäntäelin 52 on järjes tetty liikkumaan edestakaisin. Syvennys 55 on edullisesti sylinterimäinen tila ja siten myös vastaelimellä on edullisesti sylinterimäinen poikkileikkaus. Mäntäelin 52 ja vastaelin ovat edullisesti pyörähdyssymmetrisiä pituussuuntaiseen akseliin 11 nähden, joka on näin ollen myös keskiakseli. 15

Vastaelimessä 60 on polttoainekanava 65, jonka kautta syvennys 58, eli toinen työtila 58, on virtausyhteydessä polttoaineinjektorin ruiskutusvent-tiilin 20 kanssa siten, että mäntäelimen 52 painuessa alaspäin työväliai-neen ensimmäiseen työtilaan 54 luoman painevoiman vaikutuksesta, 20 mäntäelin 52 puristaa toisessa työtilassa 58 olevaa polttoainetta ja sen paine kohoaa kunnes venttiilin neula 25 nousee polttoaineen paineen vaikutuksesta ja ruiskutus alkaa.

Syvennyksen 55/vastaelimen 60 alue Αβο on pienempi kuin mäntäelimen o 25 52 alue A52· Näin mäntäelimen 52 toiseen työtilaan 58 luotu paine p5e on cv verrannollien ensimmäisessä työtilassa 54 vallitsevaan paineeseen P54 ja g mäntäelimen 52 alueen A52 ja vastaelimen 60 alueen Aeo välinen suhde x on yhtälön 1 mukainen.

Q_

CO

§ 30 (1) o

CD

O

O

C\l 9

Lisäksi tehostinmäntä ja venttiilin neula 25 on yhdistetty polttoaineensyöt-töjärjestelmään 80 suuntaisventtiilin 81 välityksellä, joka sallii polttoaineen virrata olennaisesti vain polttoainekanavan suuntaan. Näin polttoaine pääsee suuttimen polttoaineen virtaustilaan ja edelleen toiseen työti-5 laan 58 ruiskutusten välillä.

Käynnin aikana mäntäelin liikkuu edestakaisin työväliaineen ohjaamana syöttäen sykäyksittäin korkeapaineista väliainetta ensimmäiseen työtilaan 54. Jokainen mäntäelimen 52 isku nostaa polttoaineen painetta toi-10 sessa työtilassa 58 mäntäelimen sisällä ja aikaansaa ruiskutusventtiilin suuttimen 25 avautumis- ja sulkeutumisliikkeen. Hyvinkin korkeisiin ruis-kutuspaineisiin voidaan päästä turvallisesti nostamatta kohtuuttomasti työväliaineen painetta. Jos työväliaineen paine on esimerkiksi 100 MPa ja aluesuhde on 3, on ruiskutuspaine 300 MPa. Erityisesti suoritusmuo-15 dossa, jossa tehostinmäntä on polttoainesuuttimessa, on korkeapaineisen väliaineen vuotoriski minimoitu, koska ulkopuolisissa polttoainekana-vissa vallitseva paine on melko matala huolimatta erittäin korkeasta ruis-kutuspaineesta (esimerkissä 300 MPa).

20 Tehostinmännällä on kosketuspinta mäntätilan 51 sisäseinän ja mäntä-elimen 52 välillä pitkittäissuunnassa. Kosketuspinta on järjestetty ainakin osittain limittymään mäntäelimen 52 ja vastaelimen 62 välisen kosketuspinnan kanssa tehostinmäntäjärjestelyn toiminnan aikana. Näin tehos-tinmännän pituussuuntaista ulottuvuutta voidaan pienentää.

δ 25

(M

c\j On huomattava, että kuviossa 1 työväliaine on paineistettua polttoainetta, i g koska mäntätila 51 on yhteydessä polttoaineen matalapainevyöhykkeen x kanssa.

en

CL

CO

g 30 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen polttoaineensyöttöjärjestel- o män toinen suoritusmuoto, jossa tehostinmäntäjärjestely on järjestetty

(M

10 polttoaineinjektorin 15. Tehostimen rakenne ja toiminta vastaavat olennaisesti kuviossa 1 esitettyä. Polttoaineen ruiskutusjärjestely käsittää polttoaineen syöttöjärjestelmän 80, jossa polttoainelähteenä toimii ns. yhteispainevarastojärjestelmä, joka on merkitty viitenumerolla 81 ja joka 5 tunnetaan sellaisenaan esim. julkaisusta EP 0959245 B1. Jokainen polt-toaineinjektori 15 on varustettu venttiilijärjestelyllä 82. Venttiilijärjestely voidaan järjestää polttoaineinjektorin 15 sisäpuolelle tai ulkopuolelle. Venttiilijärjestelyssä on polttoaineen ohjausjärjestely 83, kuten mäntä, jolla polttoaineen virtausyhteys on kytkettävissä polttoainelähteen 81 ja 10 tehostinmäntäjärjestelyn 50 ensimmäisen työtilan 54 välille. Näin ollen tässä suoritusmuodossa polttoainetta käytetään työväliaineena tehostinmäntäjärjestelyn 50 käyttämiseksi. Tehostinmäntäjärjestelyn toiminta vastaa kuviossa 1 esitettyä.

15 Polttoaineen syöttöjärjestelmä on jaettu kahteen vyöhykkeeseen, eli kor-keapainevyöhykkeeseen ja matalapainevyöhykkeeseen. Kuvion 2 suoritusmuodossa korkeapainevyöhyke käsittää ensimmäisen työtilan 54, ensimmäisen työtilan ja venttiilijärjestelyn 82 väliset yhteet, venttiilijärjeste-lyn 82 ja sen ylävirran puoleiset yhteet sekä yhteispainevarastojärjestel-20 män. Venttiilijärjestelystä 82 tulevan vuotopolttoaineen/ paluupolttoai-neen painetta vähennetään kuristuksessa 84 alemmalle tasolle ja kuristuksen jälkeinen vyöhyke muodostaa polttoainejärjestelmän matala-painevyöhykkeen. Polttoaineen todellinen paine matalapainevyöhykkeel-lä on huomattavasti matalampi kuin korkeapainevyöhykkeellä ja paineet δ 25 voivat vaihdella aina sovelluksen mukaan.

(M

i

(M

g Matalapainevyöhykkeen polttoainekanava 85 on yhteydessä tehostin- x mäntäjärjestelyn mäntätilan 51 kanssa mäntäelimen vastakkaisella puo-

CL

lella työtilaan 54 nähden siten, että tehostinmäntäjärjestelyn työkammi-c8 30 öistä 54, 58 mahdollisesti vuotava polttoaine voidaan johtaa pois.

O) o o

(M

11

Lisäksi tehostinmäntä ja venttiilin neula 25 on yhdistetty polttoaineensyöt-töjärjestelmään 80 suuntaisventtiilin 81 välityksellä, joka sallii polttoaineen virrata olennaisesti vain polttoainekanavan suuntaan. Näin polttoaine pääsee toiseen työtilaan 58 ruiskutusten välillä. Polttoainesuutin 25 on 5 liitetty polttoaineen syöttöjärjestelmän matalapainevyöhykkeeseen ja kor-keapainevyöhyke on erotettu tehostinmäntäjärjestelyllä 50 polttoai-nesuuttimesta 25, mikä minimoi suuttimen 25 vuotoriskin. Ainoastaan toisen työtilan 58 tehollinen tilavuus määrittää mahdollisen vuodon maksimimäärän. Myös venttiilijärjestelyn 82 toimintahäiriötapauksessa mäntä-10 elin 52 voidaan ajaa vain kerran ääriasentoonsa, jossa toinen työtila on mahdollisimman pieni, ja näin ollen tehostinmäntäjärjestely 50 toimii myös virtausvarokkeena.

Kuviossa 3 on esitetty tehostinmäntäjärjestelyn 50 suoritusmuoto, jossa 15 vastaelin 60 on osa polttoaineinjektorin 15 runkoa. Muuten se vastaa kuvion 2 suoritusmuotoa.

Kuvioissa 4 ja 5 on esitetty kaksi erilaista esimerkinomaista keksinnön mukaisen tehostinmäntäjärjestelyn 50 suoritusmuotoa. Näissä suoritus-20 muodoissa jousielementti 62 on järjestetty toisen työtilan 58 sisälle. Lisäksi kuviossa 5 on esitetty suoritusmuoto, jossa vastaelin 60 on varustettu syvennyksellä 58' toisen työtilan 58 puolella.

Kuvio 6 esittää keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista män-o 25 tämoottorin polttoaineenruiskutusjärjestelyä 10. Tässä esitettyä järjeste- c\j lyä on vahvasti yksinkertaistettu ja siinä esitetään vain keksinnön ymmär- i g tämisen kannalta olennaiset elementit. Järjestely käsittää ainakin yhden x polttoaineinjektorin 15, jolla polttoainetta voidaan ruiskuttaa moottorin pa-

CL

lotilaan (ei esitetty). Polttoaineinjektori 15 käsittää ainakin yhden polttoai-g 30 neen ruiskutusventtiilin 20, joka on järjestetty annostelemaan polttoaine o moottorin palotilaan. Ruiskutusventtiili voi olla sinänsä tunnettua tyyppiä,

CM

12 jossa neula 25 on jousen 30 kuormittama neulan 25 sulkemissuuntaan ja jossa neula nostetaan jousivoimaa vastaan ruiskutusventtiilin 20 polttoaineen virtaustilassa 35 vallitsevan polttoainepaineen avulla.

5 Polttoaineenruiskutusjärjestelmä 10 käsittää tehostinmäntäjärjestelyn 50. Kuvion 6 suoritusmuodon mukainen tehostinmäntäjärjestely käsittää mäntätilan 51 ja mäntäelimen 52, joka on järjestetty liikkuvasti mäntäti-laan 51. Mäntäelin 52 ja mäntätila ovat edullisesti poikkileikkaukseltaan pyöreitä. Ainakin osa mäntäelimen pituussuuntaisesta ulkopinnasta 52' 10 muodostaa kosketuspinnan mäntätilan 51 sisäseinää vasten. Mäntätilan sisäseinän ja mäntäelimen välisellä kosketuspinnalla on pitkittäissuuntainen 11 ulottuvuus.

Mäntäelimellä on toisessa päässään otsapinta 53, joka on mäntäeli-15 men/mäntätilan pituussuuntaiseen akseliin 11 nähden kohtisuora projektio. Toisen pään otsapintaa kutsutaan tässä myös mäntäelimen ensimmäiseksi alueeksi. Ensimmäinen alue 53 on hallittavassa yhteydessä tehostinmäntäjärjestelyn 10 ensimmäiseen alueeseen 53 vaikuttamaan järjestetyn työväliainejärjestelmän 70 kanssa siten, että se saa mäntäeli-20 men liikkumaan työväliaineen kasvavassa paineessa ensimmäistä aluetta 53 vastaan. Mäntäelin muodostaa ensimmäisen työtilan 54 mäntäelimen toisessa päässä olevan ensimmäisen alueen 53 ja mäntätilan sisäseinän välille mäntäelimen yläpuolelle kuviossa 6. Ensimmäinen alue 53 rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn ensimmäistä työtilaa. En-o 25 simmäinen työtila voidaan altistaa työväliaineen paineelle työväliainejär- c\j jestelmässä 70, mikä saa mäntäelimen 52 liikkumaan kauemmaksi män- i g tätilän päästä. Työväliaine on edullisesti paineistettua nestettä. Kaikkein x edullisimmin työväliainejärjestelmä on moottorin polttoaineensyöttöjärjes-

CL

telmä ja näin ollen työväliaine on paineistettua polttoainetta.

cd ori co 30 tn σ> o o

(M

13 Mäntäelimen 52 toiseen päähän on järjestetty syvennys 55, joka ulottuu mäntäelimen 52 sisään. Tehostinmäntäjärjestely käsittää vastaelimen 60, joka on järjestetty mäntätilaan 51 ulottumaan ainakin osittain mäntäelimen 52 sisällä olevaan syvennykseen 55. Kuvion 6 suoritusmuodossa 5 mäntäelimen kehällä syvennyksen 55 ulkopuolella on toinen otsapinta, joka on mäntäelimen pituussuuntaiseen akseliin 11 nähden kohtisuora projektio. Toista otsapintaa kutsutaan tässä myös mäntäelimen 52 toiseksi alueeksi 56. Tässä tapauksessa toista aluetta 56 rajaavat ainakin osittain mäntäelin 52 ja vastaelin 60 yhteisellä kosketuskehällään 69. 10 Toinen alue rajaa osittain tehostinmäntäjärjestelyn 50 toista työtilaa 58, joka tässä suoritusmuodossa muodostuu vastaelimen 60 ja mäntätilan 51 sisäpinnan välisestä rengasmaisesta tilasta. Tässä keksinnön suoritusmuodossa toinen työtila 58 on järjestetty mäntäelimen 52 ulkopuolelle rajaamaan osittain toista työtilaa 58 toisella otsapinnallaan. Mäntäelimen 15 52 toisen alueen 56 puoleinen mäntätila 51 (mäntäelimen alapuolella ku viossa 6) ja vastaelin 60 määrittävät toisen työtilan 58. Syvennyksen 55 sovitus vastaelimeen 60 on tarpeeksi tiukka siten, että toinen työtila voidaan paineistaa mäntäelimen 52 liikkeellä kohti vastaelintä 60 pienentämällä toisen työtilan 58 tilavuutta. Vastaelin 60 on järjestetty mäntätilaan 20 51 mäntäelimen 52 vastakkaisessa päässä. Koska mäntätila 51 toimii sekä ensimmäisenä työtilana että toisena työtilana, tehostinmäntäjärjestelyn kokonaispituus, eli pitkittäissuuntainen 11 ulottuvuus, pienenee ja se on helpompi sovittaa polttoaineinjektorin. Tällä tavoin ne polttoaine-kanavat, joissa polttoaineen paine on korkea ruiskutuspaineella, ovat 0 25 kaikki turvallisesti polttoaineinjektorin sisällä, dj g Tehostinmäntäjärjestelyyn 50 on järjestetty jousielementti 62 siten, että 1 se vaikuttaa mäntäelimeen 52 ensimmäisessä työtilassa 54 vallitsevaa

CL

työvälinaineen luomaa painetta vastaan. Kuvion 6 suoritusmuodossa g 30 jousielementti on järjestetty puristumaan kokoon johtuen mäntäelimen 52 o liikkeestä kohti vastaelintä 60. Jousen pääasiallinen tarkoitus on palaut-

CVJ

14 taa mäntäelin 52 takaisin alkuasentoonsa vastaelintä 60 kohti suuntautuvan työiskun jälkeen. Kuviossa 6 vastaelin on erillinen kappale, joka on tuettu mäntätilan 51 päätyseinää vasten. Jousielementti 62 on tässä suoritusmuodossa järjestetty mäntäelimen 52 ja vastaelimen 60 väliin siten, 5 että jousivoima siirtyy vastaelimeen 60 ja edelleen tehostinmäntäjärjeste-lyn 50 runkoon. Vastaelin 60 on tiivistetty mäntätilan 51 pintaa vasten ulokkeella 71, joka erottaa toisen työtilan 58 polttoaineen syöttöjärjestel-mästä 80.

10 Vastaelin 60 on järjestetty paikallaan olevaksi tehostinmäntäjärjestelyn 50 toiminnan aikana, johon järjestelyyn nähden mäntäelin 52 on järjestetty liikkumaan edestakaisin. Syvennys 55 on edullisesti sylinterimäinen tila ja siten myös vastaelimellä on edullisesti sylinterimäinen poikkileikkaus. Mäntäelin 52 ja vastaelin ovat edullisesti pyörähdyssymmetrisiä pituus-15 suuntaiseen akseliin 11 nähden, joka on näin ollen myös keskiakseli.

Rengasmainen toinen työtila 58 on virtausyhteydessä polttoaineinjektorin ruiskutusventtiilin 20 kanssa siten, että mäntäelimen 52 painuessa alaspäin työväliaineen ensimmäiseen työtilaan 54 luoman painevoiman vai-20 kutuksesta, mäntäelin 52 painaa toisessa työtilassa 58 olevaa polttoainetta ja sen paine kohoaa kunnes venttiilin neula 25 nousee polttoaineen paineen vaikutuksesta ja ruiskutus alkaa.

Mäntäelimen 53 alue vasten rengasmaista toista työtilaa 58 on pienempi o 25 kuin mäntäelimen 52 alue sen ensimmäisen työtilan puolella. Näin toi- c\i seen työtilaan 58 luotu paine on verrannollien ensimmäisessä työtilassa g vallitsevaan paineeseen ja mäntäelimen työtilan puoleisen alueen ja x mäntäelimen toisen työtilan puoleisen alueen välinen suhteeseen.

CL

CO

co 30 Lisäksi tehostinmäntä ja venttiilin neula 25 on yhdistetty polttoaineensyöt- O) g töjärjestelmään 80 suuntaisventtiilin 81 välityksellä, joka sallii polttoai- C\] 15 neen virrata olennaisesti vain polttoainekanavan suuntaan. Näin polttoaine pääsee suuttimen polttoaineen virtaustilaan ja edelleen toiseen työtilaan 58 ruiskutusten välillä.

5 Käynnin aikana mäntäelin liikkuu edestakaisin työväliaineen ohjaamana syöttäen sykäyksittäin korkeapaineista väliainetta ensimmäiseen työtilaan 54. Jokainen mäntäelimen 52 isku nostaa polttoaineen painetta toisessa työtilassa 58 ja aikaansaa ruiskutusventtiilin suuttimen 25 avautu-mis- ja sulkeutumisliikkeen. Hyvinkin korkeisiin ruiskutuspaineisiin voi-10 daan päästä turvallisesti nostamatta kohtuuttomasti työväliaineen painetta. Jos työväliaineen paine on esimerkiksi 100 MPa ja aluesuhde on 3, on ruiskutuspaine 300 MPa. Erityisesti suoritusmuodossa, jossa tehos-tinmäntä on polttoainesuuttimessa, on korkeapaineisen väliaineen vuoto-riski minimoitu, koska ulkopuolisissa polttoainekanavissa vallitseva paine 15 on melko matala huolimatta erittäin korkeasta ruiskutuspaineesta (esimerkissä 300 MPa).

Tehostinmännällä on kosketuspinta mäntätilan 51 sisäseinän ja mäntä-elimen 52 välillä pitkittäissuunnassa. Kosketuspinta on järjestetty ainakin 20 osittain limittymään mäntäelimen 52 ja vastaelimen 62 välisen kosketuspinnan kanssa tehostinmäntäjärjestelyn toiminnan aikana. Näin tehos-tinmännän pituussuuntaista ulottuvuutta voidaan pienentää.

On huomattava, että kuviossa 6 työväliaine on paineistettua polttoainetta, o 25 Vastaelimessä 60 on polttoainekanava 65, jonka välityksellä syvennys 55 c\i on virtausyhteydessä matalapainevyöhykkeen kanssa mäntäelimen 52 05 edestakaisen liikkeen sallimiseksi.

0 1 CC Q_

Vaikka esillä olevaa keksintöä on tässä kuvattu esimerkkien avulla niissä

CO

co 30 yhteyksissä, joita tällä hetkellä pidetään sen edullisimpina suoritusmuo- o töinä, on ymmärrettävä, että keksintöä ei ole rajattu esitettyihin suoritus-

CM

16 muotoihin, vaan sen on tarkoitus kattaa erilaisia sen piirteiden yhdistelmiä tai muunnelmia ja useita muita keksinnön suojapiiriin kuuluvia sovellutuksia siten kuin oheisissa patenttivaatimuksissa on määritelty. Minkä tahansa edellä kuvatun suoritusmuodon yhteydessä mainittuja yksityis-5 kohtia voidaan käyttää toisen suoritusmuodon yhteydessä, mikäli kyseinen yhdistelmä on tekniseksi toteuttamiskelpoinen.

δ

(M

i

(M

σ> o

X

en

CL

CO

CD

CO

in O) o o

(M

Claims (9)

1. Mäntämoottorin polttoaineenruiskutusjärjestely (10), joka käsittää ainakin yhden polttoaineinjektorin (15), jolla polttoainetta voidaan ruiskut- 5 taa moottorin paloillaan, joka polttoaineinjektori käsittää ainakin yhden polttoaineenruiskutusventtiilin (20), joka on järjestetty annostelemaan polttoainetta paloillaan, joka polttoaineenruiskutusjärjestely käsittää edelleen tehostinmäntäjärjestelyn (50), jossa on mäntätila (51) ja siinä oleva mäntäelin (52), jolla on ensimmäinen alue (53), johon vaikuttamaan on 10 järjestetty työväliaine (70) ja joka ensimmäinen alue rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn (50) ensimmäistä työtilaa (54), ja jolla mäntä-elimellä on toinen alue (56), joka rajaa ainakin osittain tehostinmäntäjärjestelyn toista työtilaa (58), joka toinen työtila on järjestetty virtausyhtey-teen polttoaineinjektorin ainakin yhden ruiskutusventtiilin (20) kanssa, ja 15 jossa tehostinmäntäjärjestely käsittää vastaelimen (60) ja että mäntäeli-messä (52) on pituussuuntaisesti ulottuva syvennys (55), joka muodostaa tilan, johon vastaelin on järjestetty ainakin osittain ulottumaan, ja että toista aluetta (56) rajaa ainakin osittain mäntäelin (52) ja vastaelin (60), tunnettu siitä, että toista työtilaa (58) rajaavat mäntäelimessä (52) oleva 20 syvennys ja vastaelin (60), ja toinen työtila (58) on järjestetty mäntäeli-men (52) sisäpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tunnettu siitä, että toista työtilaa (58) rajaavat mäntäelin (52) ja vastaelin o 25 (60), ja työtila (58) on järjestetty mäntäelimen (52) ulkopuolelle. i C\l

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tun- x nettu siitä, että mäntäelimellä (52) on sylinterimäinen runko, joka käsittää CL ensimmäisen pään ja toisen pään, johon toiseen päähän pituussuuntai-co 30 sesti ulottuva syvennys (55) on järjestetty. CD o o CM

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tunnettu siitä, että mäntätilan sisäseinän ja mäntäelimen välinen kosketuspinta on järjestetty pituussuunnassa ainakin osittain limittymään mäntäelimen (52) ja vastaelimen välisen kosketuspinnan kanssa tehostin- 5 mäntäjärjestelyn (50) toiminnan aikana.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tunnettu siitä, että vastaelin (60) käsittää polttoainekanavan (65), joka ulottuu vastaelimen läpi toiseen työtilaan ja että polttoainekanava on suoras- 10 sa virtausyhteydessä mainitun ainakin yhden ruiskutusventtiilin polttoaineen virtaustilan kanssa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tunnettu siitä, että polttoainekanava on yhteydessä polttoa ineensyöttöjärjes- 15 telmään (80) suuntaisventtiilin (81) välityksellä, joka sallii polttoaineen virrata olennaisesti vain polttoainekanavan suuntaan.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tunnettu siitä, että ensimmäinen työtila (54) on järjestetty virtausyhteyteen 20 polttoaineensyöttöjärjestelmän korkeapainevyöhykkeen kanssa ja toinen työtila (58) on järjestetty virtausyhteyteen polttoaineensyöttöjärjestelmän matalapainevyöhykkeen kanssa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen polttoaineenruiskutusjärjestely, tun- o 25 nettu siitä, että tehostinmäntäjärjestely (50) on virtausvaroke. i (M

9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen polttoaineenruiskutus- x järjestely, tunnettu siitä, että tehostinmäntäjärjestely on järjestetty polt- CL toaineinjektoriin (15). to ori co 30 LO O) o o CM