FI124243B

FI124243B - Menetelmä voiteluöljynäytteen ottamiseksi mäntäpolttomoottorissa

Info

Publication number: FI124243B
Application number: FI20116019A
Authority: FI
Inventors: Tomi Riiki
Original assignee: Wärtsilä Finland Oy
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-05-15
Also published as: FI20116019A; WO2013053995A1; EP2766708A1; EP2766708B1; FI20116019A0

Description

Menetelmä voiteluöljynäytteen ottamiseksi mäntäpolttomoottorissa Tekniikan ala 5 [001] Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään voiteluöljynäytteen ottami seksi mäntäpolttomoottorista sen sylinterin sisäpinnalta, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa käytetään moottoria ja tarkkaillaan jatkuvasti paikkatietoja, jotka vastaavat kampiakselin kulma-asentoa, järjestetään vähintään yksi joukko kulma-asennon arvoja näytteen ottamisen sekvenssin aloittamisen käynnistämiseksi, ver-10 rataan kutakin paikkatietoa yhteen tai useaan asetusarvoon, jos paikkatiedon ja asetusarvon välinen ero on pienempi kuin ennalta määritetty eron arvo, näytteen ottamisen sekvenssi käynnistetään, ja näytteen ottamisen sekvenssi käsittää sylinterin sisäpinnalle johtava kanavan avaavan näyteportin avaamisen, öljymäärän päästämisen virtaamaan portin läpi kanavaan ja portin sulkemisen.

15

Tekniikan taso [002] Mäntäpolttomoottorin voitelu on tyypillisesti järjestetty syöttämällä voiteluainetta, tyypillisesti öljyä, voitelua vaativille moottorin osille paineistamalla voitelu-öljy ja johtamalla paineistettua öljyä haluttuihin paikkoihin moottoriin järjestettyjen 20 voitelukanavien avulla. Moottoria käytettäessä öljyn laatu heikkenee esimerkiksi palotapahtumassa syntyvien epäpuhtauksien sekä moottorin komponenttien kulumisen vuoksi. Yleensä käytetään suljettua kiertoa, jossa sama öljy kootaan öljy- 00 pohjaan sen jälkeen, kun se on osallistunut voiteluun ja se pumpataan edelleen ° haluttuihin sijainteihin esimerkiksi suodattamisen kaltaisen oikean käsittelyn jäl- ^ 25 keen. Öljy vaihdetaan, ennen kuin voitelu ja mahdollisesti muut öljyn ominaisuudet £j heikkenevät liikaa.

CC

[003] Voiteluöljyn laadulla on suuri merkitys moottorin käyttöikään ja vaadittaviin ^ huoltoväleihin. Tämän vuoksi on ehdotettu öljyn valvontaa moottorin käytön aika- o $£ na.

δ c\j 30 [004] Esimerkiksi julkaisussa JP8014097 kuvataan järjestelmä, jossa sylinteri- putki ja männänrengas voidellaan sylinterin öljyruiskutusmenetelmällä ja jossa on 2 järjestetty öljynäytteen ottoelin näytteen ottamiseksi sylinteriöljystä sylinteriputken liukupinnalta moottorin käytön aikana.

[005] JP44328443 kuvaa myös laitteen, jonka avulla voidaan hankkia öljynäyte ja jonka avulla voidaan estää öljyn poimimisreiän tukkeutuminen.

5 [006] Lisäksi julkaisussa JP 5164661 kuvataan menetelmä näytteen ottamiseksi öljystä, joka on jäänyt sylinteriputken seinämälle suuren dieselmoottorin käytön aikana estämällä moottorin sylinteriputken seinämälle järjestetyn öljyn näytteenot-toreiän ja putkiston tukkeutuminen. Menetelmässä näytteen ottamiseksi sylinteri-putken seinämään takertuneesta öljystä moottorin sylinteriputken seinämään jär-10 jestetyn öljynäytteen ottoreiän kautta on järjestetty solenoidiventtiili toimimaan synkronoidusti moottorin käynnin kanssa ja öljyä ja muita nesteitä kaadetaan öljy-näytteen ottoaukkoon ja öljynäytteen ottoputkistoon, jolloin estetään öljynäytteen ottoaukon ja öljynäytteen ottamisputkiston tukkeutuminen.

[007] Yhä tiukentuvien hyötysuhde- ja käyttöluotettavuusvaatimusten vuoksi on 15 syntynyt tarve parantaa voitelujärjestelmän toiminnan ja voiteluöljyn laadun seu- rantamahdollisuuksia reaalikalisesti, siis moottorin käytön aikana.

[008] Esillä olevan keksinnön tarkoitus on tuottaa menetelmä näytteen ottamiseksi polttomoottorin voiteluöljystä sen sylinterin sisäpinnalta tavalla, jolla on mahdollista ottaa tarkempi näyte.

20 co Keksinnön selitys δ c\j ^ [009] Esillä olevan keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä voiteluöljynäyt- ^ teen ottamiseksi polttomoottorista sen sylinterin sisäpinnalta, joka menetelmä kä- 00 sittää vaiheet, joissa käytetään moottoria ja tarkkaillaan jatkuvasti paikkatietoja, £ 25 jotka vastaavat kampiakselin kulma-asentoa, järjestetään vähintään yksi joukko ^ kulma-asennon asetusarvoja näytteen ottamisen sekvenssin aloittamisen käynnis- δ tämiseksi, kunkin paikkatiedon vertaaminen kuhunkin yhdestä tai useasta ase-o tusarvosta, jos paikkatiedon ja asetusarvon välinen ero on pienempi kuin ennalta määritetty eron arvo, näytteen ottamisen sekvenssi käynnistetään, ja näytteen ot-30 tamisen sekvenssi käsittää sylinterin sisäpinnalle johtava kanavan avaavan näyte- 3 portin avaamisen, öljymäärän päästämisen virtaamaan portin läpi kanavaan ja portin sulkemisen. Keksinnölle on tunnusmerkillistä, että kulma-asennon arvo määritetään siten, että näytteen ottamisen jakso synkronoidaan tapahtumaan liikkuvan männän kahden männänrenkaan välillä.

5 [0010] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan näyteportin avautumisen alun ja portin sulkeutumisen välinen aikaväli on 1 -10 ms.

[0011] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan näytteen ottamisen jakso synkronoidaan tapahtumaan liikkuvan männän kahden ylimmän männänrenkaan välillä.

10 [0012] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan näyte otetaan useam massa kuin yhdessä sijainnissa sylinterin samassa pituussuuntaisessa asemassa.

[0013] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan näyte otetaan useammassa kuin yhdessä sylinterin pituussuuntaisen aseman sijainnissa.

[0014] Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan näyte otetaan, kun mäntä 15 liikkuu kohti yläkuolokohtaansa ja ylemmän puristusrenkaan alareuna on ohittanut näyteportin ylimmän kohdan ja näyteporttia pidetään avoinna, kunnes mäntä tämän jälkeen liikkuu pois yläkuolokohdasta ja ylemmän puristusrenkaan alareuna liikkuu kohti näyteportin ylintä kohtaa.

[0015] Keksinnön mukaista menetelmää voidaan toteuttaa järjestelyllä voiteluöljy-20 näytteen ottamiseksi polttomoottorissa sen sylinterin sisäpinnalta, jossa järjeste- co lyssä näytteenottolaite, joka käsittää rungon, johon on järjestetty tila, jonka en- ° simmäiseen päähän on järjestetty näyteportti, tilaan järjestetyn neulaosan, joka ^ toimii yhdessä näyteportin kanssa, sekä toimilaitteen, joka on yhdistetty neulani osaan neulan sijoittamiseksi valitusti näyteportin avaamiseksi ja sulkemiseksi, x 25 Neulaosa on järjestetty näytteenottolaitteen ensimmäiseen runko-osaan ja toimilai- te on järjestetty toiseen runko-osaan, jotka neulaosa ja toimilaite on järjestetty pe- 5 räkkäin yhteiselle keskiakselille voimansiirtoyhteyteen toistensa kanssa ja jossa co ^ runko-osa käsittää näytekanavan, joka suuntautuu näyteportilta toiseen runko-

O

c\j osaan ja että toimilaite on pietsotoimilaite.

4

[0016] Järjestely edelleen käsittää elimen kampiakselin kulma-asentoa vastaavan paikkatiedon rekisteröimiseksi sekä ohjausjärjestelmän, jonka käytettäväksi paikkatieto annetaan ja joka ohjausjärjestelmä on järjestetty ohjaamaan toimilaitetta paikkatiedon perusteella.

5

Piirustusten lyhyt kuvaus

[0017] Seuraavassa keksintöä kuvataan viitaten oheisiin esimerkinomaisiin kaa-viomaisiin piirustuksiin, joissa 10 - Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mäntäpolttomoottorin sylinteriä, - Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista näytteenottolaitetta, ja - Kuvio 3 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mäntäpolttomoottorin sylinteriä ylhäältä nähtynä.

15

Piirustusten yksityiskohtainen kuvaus 20 [0018] Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti mäntäpolttomoottorin sylinteriä 10 ja järjes telyä näytteen ottamiseksi voiteluöljystä sylinterin sisäpinnalta. Sylinterin 10 yhteyteen on järjestetty sylinteri kansi 12. Sylinterikansi voi käsittää sinänsä tunnettuja osia tai elementtejä, kuten kaasunvaihtoventtiilejä, siis imuventtiilit 14 ja pakovent-oo tillit 14' ja polttoaineen ruiskutussuuttimen 16. Sylinteriin järjestetty myös mäntä 20 oj 25 liikkumaan edestakaisin yläkuolokohdan ja alakuolokohdan välillä. Mäntä on yhdis- i ^ tetty moottorin kampiakseliin 26. Mäntä on varustettu vähintään kahdella männän- £j renkaalla 20.1,20.2, joista kaksi ylintä ovat niin kutsuttuja puristusrenkaita.

X

IX

Q.

[0019] Sylinterin sisäpinta 18 toimii männän 20 ohjainpintana. Tämän vuoksi sitä o 30 voidellaan moottorin voitelujärjestelmän avulla (ei kuvattu tässä) siten, että pinnal- co ^ le muodostuu öljykalvo, siis sylinterin ja männän väliin. Moottorin sylinteriin 10 on o ^ järjestetty näytteenottolaite 22 ottamaan näyte sylinterin sisäpinnalla olevasta voi teluöljystä.

5

[0020] Kuviossa 2 esitetään näytteenottolaitteen 22 suoritusmuoto yksityiskohtaisemmin. Näytteenottolaite 22 käsittää rungon 34, joka on muodostettu kahdesta runko-osasta 34', 34". Ensimmäiseen runko-osaan 34' on järjestetty tila 36, johon 5 neulaosa 40 on järjestetty. Ensimmäinen runko-osa on rungon osuus, johon neu-laosa on järjestetty. Ensimmäiseen runko-osaan 34' on sovitettu myös näyteportti 38 sen ensimmäiseen päähän ja neulaosa 40 on järjestetty tilaan toimimaan yhdessä näyteportin 38 kanssa siten, että näyteportti avautuu tai sulkeutuu neula-osan 40 sijainnin perusteella. Toinen runko-osa 34" käsittää toimilaitteen 42, joka 10 on kytketty neulaosaan neulan sijoittamiseksi näyteportin valitusti avaamista ja sulkemista varten. Toinen runko-osa on rungon osuus, johon toimilaite on järjestetty. Näin ollen neulaosa ja toimilaite on järjestetty peräkkäin yhteiselle keskiakselille 48 voimansiirtoyhteyteen toistensa kanssa.

15 [0021] Lisäksi runko, erityisemmin ensimmäinen runko-osa 34' käsittää näyte- kanavan 44, jonka kautta otettu näyte johdetaan näytteenkäsittelyjärjestelmään 30. Näytteenottolaitteessa näytekanava suuntautuu näyteportilta 38 toiselle runko-osalle 34", johon on järjestetty näytekanavan poistoaukko 46.

20 [0022] Näytteenottolaite on varustettu voima-anturielimellä, kuten anturjärjestel- mällä 50, joka tallentaa pietsotoimilaitteen tilan tunnistamalla toimilaitteen neula-osaan kohdistaman voiman. Anturijärjestelmä on myös kytketty ohjausjärjestelmään 28 siten, että toimilaitteen ja siten näytteenottolaitteen toiminta voidaan todentaa.

25 $2 [0023] Järjestelyssä voiteluöljynäytteen ottamiseksi sylinterin sisäpinnalta näyt- o teenottolaite 22 on järjestetty suuntautumaan sylinteriputken läpi kaasutiiviisti si- i ^ ten, että sen näytteenottoportti avautuu sylinterissä olevaan tilaan sylinterin pinnal- cu la. Näytteenottolaite on järjestetty sylinteriin etäisyyden päähän päästä, joka on £ 30 lähempänä sylinterikantta. Erään suoritusmuodon mukaan näytteenottolaite on

CL

järjestetty siten, että voidaan saavuttaa suurin mahdollinen näytteenottoaika kah- o den puristusrenkaan 20.1, 20.2 välillä. Näytteenottolaite 22 on sijoitettu siten, että ^ näyteportin 38 alin piste on yhtä suuri kuin alemman puristusrenkaan yläreuna, o ™ kun mäntä on yläkuolokohdassa. Tätä suoritusmuotoa käytetään siten, että näyte- 35 portti 38 avataan, kun mäntä liikkuu kohti yläkuolokohtaansa ja ylemmän puristus- 6 renkaan 20.1 alareuna on ohittanut näyteportin ylemmän pisteen. Näyteporttia pidetään auki, kunnes mäntä jälleen liikkuu pois yläkuolokohdastaan ja ylemmän puristusrenkaan alareuna tulee kohti näyteportin ylempää pistettä. Termillä "ylempi" tarkoitetaan männän sylinterikannen puoleista päätä.

5

[0024] Erään toisen suoritusmuodon mukaan etäisyys on sijainnissa, jonka alin männänrengas ohittaa männän liikkuessa yläkuolokohtaan.

[0025] Kuten kuviosta 1 ilmenee, näytteenottolaite 22 on sijoitettu sylinteriin kehän 10 suunnassa pakoventtiilin 14 sijaintiin. Tämä on käytännössä moottorin kuumin paikka ja siinä voiteluöljyn olosuhteet ovat vaativimmat.

[0026] Järjestelmä käsittää edelleen elimen 24 kampiakselin 26 kulma-asentoa vastaavien sijaintitietojen tallentamiseksi. Sijaintitiedot voidaan hankkia suoraan 15 kampiakselilta tai epäsuorasti joltakin toiselta kampiakseliin yhdistetyltä komponentilta, kuten vauhtipyörältä tai nokka-akselilta. Kampiakselin 26 kulma-asento määrittää myös männän sijainnin sylinterissä ja palotilassa käynnissä olevan tahdin. Näin ollen on mahdollista käyttää näytelaitetta avautumaan - ja ottamaan näyte - männän valitussa sijainnissa tai sijanneissa kampiakselin 26 kulma-asennon 20 perusteella. Järjestelmässä on myös ohjausjärjestelmä 28, jonka käyttöön sijaintitiedot annetaan ja joka ohjausjärjestelmä on järjestetty ohjaamaan näytteenotto-laitteen 22 toimintaa sijaintietojen perusteella. Näytteenottolaite 22 on varustettu erillisellä tehoyksiköllä 32, joka käyttää näytteenottolaitetta fyysisesti. Tehoyksikkö 32 on myös yhteydessä ohjausjärjestelmään 28. Edullisesti näytteenottolaitteen 32 25 toimilaite 22 on pietsotoimilaite. Tämä tuottaa neulaosan 40 nopean toiminnan ja

CO

£ siten mahdollistaa näyteportin 38 erittäin lyhyet aukioloajat. Tämä taas mahdollis- c\i . taa näytteen ottamisen moottorin toiminnan halutussa vaiheessa.

cm [0027] Erään edullisen suoritusmuodon mukaan järjestelyä käytetään siten, g 30 että kun moottori käy, sijaintitietoja tallennetaan olennaisesti jatkuvalla tavalla oh-

CL

jausjärjestelmään 28 tai sen toimesta. Vähintään yksi kulmasijaintien joukko, siis o näytteen ottamisen aloittamisen käynnistämiseen käytettävien sijaintitietojen jouk- ^ ko tai joukot tallennetaan ohjausjärjestelmään 28 tai annetaan sen käytettäväksi ja o ^ kutakin tallennettua sijaintitietoa verrataan kuhunkin yhdestä tai useasta asetusar- 35 vosta. Nyt tehdään vertailu, jotta siinä tapauksessa, että sijaintitiedon ja asetusar- 7 von välillä on ero, joka on pienempi kuin aiemmin määritetty eroarvo, käynnistetään näytteen ottamisen sekvenssi, muussa tapauksessa tehdään uusi vertailu seuraavien sijaintitietojen perusteella.

5 [0028] Näytteen ottamisen sekvenssi vuorostaan käsittää näytteenottolaitteen 22 näyteportin avaamisen. Koska näyteportti avaa kanavan sylinterin sisäpinnalle, öljymäärän päästäminen virtaamaan portin läpi kanavaan voidaan toteuttaa hallitusti. Tämän jälkeen näyteportti suljetaan. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kulma-asennon arvo määritetään siten, että näytteen ottamisen sekvenssi 10 synkronoidaan tapahtumaan olennaisesti välittömästi ennen kuin liikkuvan männän männänrengas pyyhkäisee aukon ylitse. Näyteportin avaamisen aloittamisen ja portin sulkeutumisen välinen aika on edullisesti 1-10 ms.

[0029] Näytteet johdetaan näytteiden käsittelyjärjestelmään 30, joka on yhdistetty näytteenottolaitteeseen 22.

15 [0030] Keksinnön suoritusmuodon mukaan näytteen ottamisen sekvenssi on synkronoitu tapahtumaan pakotahdin aikana. Nelitahtimoottoreissa se on edullisesti 180 - 240° kampikulman (engl. CA) välillä, kun taas 0° CA on työtahdin ylä-kuolokohta. Näin ollen voidaan tarkkailla öljyn palotapahtuman aikana heikentynyttä tilaa.

20 [0031] Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan näytteen ottamisen jakso on synkronoitu tapahtuman pakotahdin lopussa. Nelitahtimoottoreissa se on edullisesti 220 - 240° kampikulman (engl. CA) välillä, kun taas 0° CA on työtahdin ylä-_ kuolokohta.

CO

δ ^ [0032] Kuviossa 3 esitetään keksinnön suoritusmuoto, jossa on kaksi pako- V 25 venttiiliä 14' ja kaksi imuventtiiliä 14. Näytteenottolaite 22 on järjestetty kehän ^ suunnassa kunkin pakoventtiilin 14' viereen.

X

cc

[0033] Neulan halkaisija voidaan valita tuottamaan tasapaino näytteenottoajan ja en 5 näytteenottotilavuuden välille. Pienemmällä näyteportilla 38 (tai suuremmalla pu- co ristusrenkaiden välisellä etäisyydellä) on mahdollista saada pidempi näytteenotto-δ 30 aika puristusrenkaiden välillä. Suurempaa näyteporttia käytettäessä näytteen tilavuus on suurempi, mutta näytteenottoaika on lyhyempi. Myös palotapahtuman ai- 8 kana sylinterin painetta vastustava voima suurenee käytettäessä suurempaa näy-teporttia 38.

[0034] Vaikka keksintöä onkin tässä kuvattu esimerkkien avulla viitaten tällä het-5 kellä edullisimmiksi käsitettyihin suoritusmuotoihin, on otettava huomioon, että keksintö ei rajoitu kuvattuihin suoritusmuotoihin, vaan se on tarkoitettu kattamaan useita sen ominaisuuksien yhdistelmiä tai muunnoksia ja useita muita käyttökohteita, jotka sisältyvät oheisissa patenttivaatimuksissa määritettyyn keksinnön alaan. Minkä tahansa suoritusmuodon yhteydessä mainittuja yksityiskohtia voi-10 daan käyttää yhdessä toisten suoritusmuotojen kanssa, jos tällainen yhdistelmä on teknisesti mahdollinen.

CO

δ

(M

r-- c\j

X

DC

CL

σ> δ co δ

(M

Claims

1. Menetelmä voiteluöljynäytteen ottamiseksi polttomoottorin sylinterin (10) 5 sisäpinnalta, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: - käytetään moottoria ja rekisteröidään jatkuvasti sijaintitieto, joka vastaa kampiakselin (26) kulma-asentoa, - järjestetään vähintään yksi kulma-asentojen asetusarvojen joukko näytteen ottamisen sekvenssin aloittamisen käynnistämiseksi, 10. verrataan kutakin sijaintitietoa kuhunkin vähintään yhdestä asetusarvosta, - jos paikkatiedon ja asetusarvon välinen ero on pienempi kuin aiemmin määritetty eron arvo, näytteen ottamisen sekvenssi käynnistetään, - näytteen ottamisen sekvenssi käsittää näyteportin (38) avaamisen, mikä avaa kanavan sylinterin sisäpinnalle, jolloin öljymäärä pääsee virtaamaan portin läpi ka- 15 navaan ja portin sulkemisen, tunnettu siitä, että kulma-asennon asetusarvo määritetään siten, että näytteen ottamisen sekvenssi synkronoidaan tapahtumaan liikkuvan männän kahden män-nänrenkaan (20.1, 20.2) välillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näyteport- ti (38) avataan, kun mäntä liikkuu kohti yläkuolokohtaansa ja ylemmän puristus-renkaan (20.1) alareuna on ohittanut näyteportin ylimmän kohdan ja näyteporttia pidetään avoinna, kunnes mäntä tämän jälkeen liikkuu pois yläkuolokohdasta ja ylemmän puristusrenkaan alareuna saapuu näyteportin ylimpään kohtaan. CO o 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytepor- A tin avautumisen alun ja portin sulkeutumisen välinen aikaväli on 1 - 10 ms. i 1^

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteen X £ ottamisen sekvenssi synkronoidaan tapahtumaan liikkuvan männän kahden σ> ylemmän männänrenkaan (20.1,20.2) välillä. δ CO

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu o 00 siitä, että näyte otetaan useammassa kuin yhdessä sijainnissa sylinterin samassa pituussuuntaisessa asemassa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näyte otetaan useammassa kuin yhdessä sijainnissa sylinterin useassa pituussuuntaisessa asemassa. CO δ c\j i 1^ C\l X cc CL CD δ CO δ CM