FI124789B - Kaasumoottori - Google Patents

Description

Kaasu moottori

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista kaasu- moottoria.

Alussa mainituntapaiset kaasumoottorit ovat tunnettuja esimerkiksi asiakirjasta "Gasmotoren Grundlagen" ("kaasumoottorit, perusteet"), Dr. G. Her-din (Institut fCir Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der Technisc-hen Universität Graz). Tämän asiakirjan mukaan kaasumoottori voi olla muodostettu esimerkiksi otto-moottorista tai dieselmoottorista, joka käsittää vähintään yhden, mäntä-sylinterijärjestelyn muotoisen toimintaelementin (vrt. kuvio 12 ja kuvio 20 tässä asiakirjassa) ja yhden kaasunpainesäätölaitteen tai -säätövyöhykkeen, jossa on yksi ainoa paineensäädin (vrt. kuvio 15 tässä asiakirjassa).

Kaasumoottorit ovat polttomoottoreita, joissa polttoaineena käytetään kaasuja, kuten esimerkiksi maakaasua, biokaasua, kaatopaikkakaasua, metaania, vetyä jne. Kaasumoottoreita käytetään käyttölaitteena esim. paikallisesti käytetyissä laitteistoissa, kuten esim. lämmön ja voiman yhdistämiseen tai myös esim. ajoneuvoissa, kuten esim. laivoissa.

Keksinnön tehtävä on saada aikaan kaasumoottori, jossa tekniikan tasoon verrattuna parannellulla tavalla sekä pienet että myös suuret kaasun läpivirtaukset ovat paineen mukaisesti optimaalisesti säädettävissä, niin että jokaisessa kuormitustilassa voidaan varmistaa kaasumoottoria varten optimaalinen toiminta-ikkuna. Tämä saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella kaasumoottorilla. Keksinnön jatkomuodot on määritelty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukainen kaasumoottori käsittää vähintään yhden toimintaelementin, joka on järjestetty muuntamaan kaasumaisen polttoaineen polt-toenergian liike-energiaksi, ja polttoaineen syöttöjärjestelmän, joka on jäljestetty syöttämään vähintään yhteen toimintaelementtiin polttoainelähteestä kaasumaista polttoainetta, jolloin polttoaineen syöttöjärjestelmä käsittää paineensäätimen ja jolloin paineensäädin on järjestetty vähentämään kaasumaisen polttoaineen paineen polttoaineen syöttöjäijestelmässä polttoainelähteenpuoleisesta työpaineesta toimintaelementinpuoleiseen, säädettyyn lähtöpaineeseen. Kaasunpaineen säätölaite käsittää kaksi juoksevan aineen mukaisesti sarjaan kytkettyä paineen-säädintä, niin että molemman paineensäätimen ensimmäisen paineensäätimen lähtöpainearvo muodostaa tulopainearvon molemman paineensäätimen ensimmäistä paineensäädintä varten.

Toisin sanoen ensimmäinen paineensäädin säätää tulopaineen toista paineensäädintä varten, niin että kaasumoottori käsittää 2-portaisen tulopaineen säädön toimintaelementtiä tai toimintaelementtejä varten. Molemmilla paineen-säätimillä on edullisesti suora toimilaitteisto, jolloin paineensäätimet voi olla kokoonpantu eri lailla.

Keksinnön mukaisessa kaasumoottorissa sekä pienet että myös suuret kaasun läpivirtaukset ovat paineen mukaisesti optimaalisesti säädettävissä, niin että jokaisessa kuormitustilassa voidaan varmistaa optimaalinen toimintaik-kuna kaasumoottorille.

Ensimmäinen paineensäädin käsittää ensimmäisen polttoainetulon ja ensimmäisen polttoainelähdön, jolloin toinen paineensäädin käsittää toisen polttoainetulon ja toisen polttoainelähdön, jolloin ensimmäinen polttoainetulo on saatettavissa juoksevan aineen yhteyteen polttoainelähteen kanssa, jolloin ensimmäinen polttoainelähtö on juoksevan aineen yhteydessä toisen polttoainetulon kanssa ja jolloin toinen polttoainelähtö on juoksevan aineen yhteydessä toimin-taelementti-polttoainetulon kanssa.

Kaasumoottori käsittää lisäksi sähköisen ohjauslaitteen, jolloin ensimmäinen paineensäädin käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan ensimmäisen asetuslaitteen ensimmäisen paineen nimellisarvon säätämiseksi polttoainetta vasten ensimmäisessä paineensäätimessä, jolloin toinen paineensäädin käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan toisen asetuslaitteen toisen paineen nimellisarvon säätämiseksi polttoainetta varten toisessa paineensäätimessä ja jolloin ensimmäinen ja toinen asetuslaite on yhdistetty sähköisesti ohjauslaitteen kanssa, niin että ensimmäinen ja toinen asetuslaite ovat ohjauslaitteen ohjattavissa kulloistenkin paineen nimellisarvojen säätämiseksi sähköisesti.

Lisäksi on järjestetty sähköinen ja edullisesti elektroninen ohjauslaite voidaan vastaavan laitteiston mukaisen ja/tai ohjelmiston mukaisen kokoonpanon tai ohjelmoinnin avulla sovittaa hyvin muuttuvasti mitä erilaisimpiin ja hyvin monimutkaisiin paineenohjausvaatimuksiin, niin että kaasumoottorin jokaista kuormitustilannetta varten on saavutettavissa optimaalinen kaasunpaineen säätö molempien paineensäädinten kautta. Sen ansiosta, että molempia asetuslaitteita ohjataan yhden ja saman ohjauslaitteen kautta, ensimmäistä ja toista paineen nimellisarvoa varten olevat ominaiskäyrät voidaan säätää toisiinsa aina optimaalisesti.

Keksinnölle on erityisen olennaista, että kaasunsyöttömatkalle polt-toainelähteestä ensimmäiselle paineensäätimelle on järjestetty polttoainesuo- datin, johon on liitetty erotuspainesensori. Tällöin paineenlasku havaitaan polt-toainesuodattimen kautta ja siirretään sähköisenä merkinantona ohjauslaitteeseen sen tieto- ja ohjausliitäntäyksikön kanssa kytkennässä olevan sähköisen kytkennän kautta.

Keksinnön lisäsuoritusmuodon mukaan kaasumoottori käsittää lisäksi ensimmäisen painesensorin, toisen painesensorin ja kolmannen painesensorin, jotka on kulloinkin järjestetty painearvon keruuksi ja vastaavan painesignaalin saamiseksi aikaan ja jotka kulloinkin on merkinantoyhdistetty ohjauslaitteen kanssa, niin että niiden kulloisetkin painemerkinannot ovat siirrettävissä ohjauslaitteeseen, jolloin ensimmäinen painesensori on sijoitettu ensimmäiseen polttoainetu-loon ja järjestetty keräämään ensimmäisen paineensäätimen tulopainearvoa, jolloin toinen painesensori on sijoitettu ensimmäiseen polttoainelähtöön ja järjestetty keräämään ensimmäisen paineensäätimen lähtöpainearvoa ja jolloin kolmas painesensori on sijoitettu toiseen polttoainelähtöön ja järjestetty keräämään toisen paineensäätimen lähtöpainearvoa.

Kytkemällä takaisin suoran sähköisen tai elektronisen paineenkeruun kautta kulloistenkin painesensorien välityksellä ohjauslaite voi saavuttaa optimaalisen ominaiskäyrän kulloisiakin paineen nimellisarvoja varten ja saavuttaa nopeasti sovituksen kaasumoottorin muuttuneisiin toimintaolosuhteisiin, kuten esim. muuttuneeseen kuormitustilaan.

Keksinnön lisäsuoritusmuodon mukaan ensimmäisellä ja toisella pai-neensäätimellä on juoksevan aineen puoleisesti sama nimellishalkaisija. Vielä keksinnön suoritusmuodon mukaan ensimmäisellä ja toisella paineensäätimellä on erisuuruiset läpivirtauskertoimet tai kvs -arvot. Tämä myötävaikuttaa edullisella tavalla keksinnön mukaisesti kokoonpannun kaasunpainesäätölaitteen äärimmäisen muuttuvasti sovitettavissa olevaan paineensäädön ominaiskäyrään.

Keksinnön suoritusmuodon mukaan vähintään yksi toimintaelementti on muodostettu mäntä-sylinterijärjestelystä. Vaihtoehtoisesti vähintään yksi toimintaelementti voi olla muodostettu myös esim. yhdistelmästä polttokammio-tur-piinin juoksupyörä.

Keksinnön jatkomuodon mukaan voi olla järjestetty useita mäntä-sylin-terijärjestelyjä tai esim. polttokammion ja useiden turpiinin juoksupyörien yhdistelmä.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin edullisten suoritusmuotojen avulla viitaten mukaan liitettyyn kuvioon.

Kuvio 1 esittää kaaviollisen kuvan keksinnön suoritusmuodon mukaisen kaasumoottorin kaasunpainesäätölaitteesta.

Keksinnön suoritusmuotojen mukaan kaasumoottori on muodostettu otto-moottoriksi ja erityisesti PGI (performance gas injection) -kaasumoottoriksi.

Kaasumoottori käsittää useita mäntä-sylinterijärjestelyjen muotoisia toi-mintaelementtejä (ei ole esitetty), jotka on kulloinkin järjestetty muuntamaan polttoaineen kaasumainen polttoenergia kaasumoottorin kampiakselissa käytettävissä olevaksi liike-energiaksi.

Kaasumoottori käsittää lisäksi polttoaineen syöttöjärjestelmän (ei ole esitetty täydellisesti), joka on järjestetty syöttämään useisiin toimintaelementteihin kaasumaista polttoainetta, tässä esim. maakaasua, metaania, tässä kaasusäili-öksi muodostetusta polttoainelähteestä Q (esitetty vain viitemerkin avulla).

Polttoaineen syöttölaite käsittää kaasunpaineen säätölaitteen 1, jossa on virtaussuunnassa S virtauksen yläpuolinen, ensimmäinen paineensäädin 10 ja juoksevan aineen mukaisesti sarjaan ensimmäiseen paineensäätimeen 10 nähden kytketty, virtaussuunnassa S virtauksen alapuolinen, toinen paineensäädin 20.

Jokainen ensimmäisestä paineensäätimestä 10 ja toisesta paineen-säätimestä 20 on järjestetty vähentämään kaasumaisen polttoaineen painetta polttoaineen syöttöjärjestelmässä polttoainelähteen puoleisesta tulopaineesta toi-mintaelementin puoleiseen, säädettyyn lähtöpaineeseen.

Kaasumoottori tai kaasunpaineen säätölaite 1 käsittää lisäksi sähköisen ohjauslaitteen 30, joka voi olla toteutettu laitteiston, ohjelmiston, laiteohjelmis-ton ja/tai yhden, useampien tai kaikkien näiden komponenttien yhdistelmän muotoisesti.

Ensimmäinen paineensäädin 10 käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan ensimmäisen asetuslaitteen 15, jonka välityksellä ensimmäinen paineen nimellisarvo p1 son polttoainetta varten on säädettävissä ensimmäisestä paineensäätimestä 10.

Toinen paineensäädin 20 käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan toisen asetuslaitteen 25, jonka välityksellä toinen paineen nimellisarvo p2SOii polttoainetta varten on säädettävissä toisesta paineensäätimestä 20.

Kulloistenkin paineen nimellisarvojen plsoii, p2soii, asetus voidaan saavuttaa esim. muuttamalla esim. kulloistenkin painesäädinten 10, 20, jousen esi-kuormituksen välityksellä saavutettua ohjausvoimaa (esim. avausvoimaa).

Kuten kuvio 1 esittää, ensimmäinen asetuslaite 15 ja toinen asetuslaite 25 on yhdistetty sähköjohtojen 31 - 34 kautta ohjauslaitteen 30 kanssa, niin että ensimmäinen ja toinen asetuslaite 15, 25 ovat kulloistenkin paineen nimellisarvojen p1 son, p2soii säätämiseksi sähköisesti ohjauslaitteen 30 ohjattavissa. Kuten kuviosta 1 on nähtävissä, ohjauslaite 30 käsittää lisäksi (kuviossa 1 vain kaaviolli-sesti esitetyn) tieto-ja -ohjaus-liitäntäyksikön A, jolloin sähköjohtoon 32 ohjauslaitteesta 30 ensimmäisen asetuslaitteen 15 jakoventtiilin 16 ohjaussolenoidiin 17 asennettu kytkin 32a on yhdistetty sähköisesti ohjauslaitteen 30 tieto-ja -ohjauslii-täntäyksikön A kanssa. Lisäksi ohjausjohtoon 34 ohjauslaitteesta 30 toisen asetuslaitteen 25 jakoventtiilin 26 ohjaussolenoidiin 27 asennettu kytkin 34a on yhdistetty sähköisesti ohjauslaitteen 30 tieto-ja -ohjausliitäntäyksikön A kanssa.

Ensimmäinen paineensäädin 10 käsittää ensimmäisen polttoainetulon 11 ja ensimmäisen polttoainelähdön 12. Toinen paineensäädin 20 käsittää toisen polttoainetulon 21 ja toisen polttoainelähdön 22.

Kuten kuviosta 1 on nähtävissä, ensimmäinen polttoainetulo 11 on juoksevan aineen yhteydessä polttoainelähteen Q kanssa, jolloin ensimmäinen polttoainelähtö 12 on polttoainejohdon 13 kautta juoksevan aineen yhteydessä toisen polttoainetulon 21 kanssa ja jolloin toinen polttoainelähtö 22 on polttoaine-johdon 23 kautta juoksevan aineen yhteydessä toimintaelementti-polttoainetulon AE kanssa (esitetty vain viitemerkillä). Kytkemällä näin Saijaan ensimmäinen ja toinen paineensäädin 10, 20 ensimmäisen paineensäätimen 10 paineen tosiarvo tai lähtöpainearvo P1 ist muodostaa tulopainearvon toista paineensäädintä 20 varten.

Kaasun syöttövyöhykkeelle polttoainelähteestä Q ensimmäisen paineensäätimen 10 ensimmäiseen polttoainetuloon 11 on sijoitettu sarjaan pääsul-kuventtiili 40 ja polttoainesuodatin 50.

Kuten kuvion 1 murtoviivoitetusta esityksestä on nähtävissä, keksinnön suoritusmuotojen mukaan pääsulkuventtiiliä 40 voidaan ohjata käsin tai myös sähköisesti ohjauslaitteen 30 tieto- ja -ohjausliitäntäyksiön A kanssa olevan sähköisen liitoksen avulla.

Polttoainesuodattimeen 50 on liitetty erotuspainesensori 51, jolloin ero-tuspainesensori D1 on järjestetty keräämään paineenlaskua Δ polttoainesuodat-timen 50 kautta ja siirtämään sähköisenä merkinantona ohjauslaitteeseen 30 ohjauslaitteen 30 tieto- ja -ohjausliitäntäyksikön A kanssa olevan sähköisen kytken-tänsä kautta.

Polttoainesuodattimen 50 lähtöön tai ensimmäisen paineensäätimen 10 ensimmäiseen polttoainetuloon 11 on liitetty ensimmäinen painesensori S1 lämpötilasensori T1. Ensimmäisen paineensäätimen 10 ensimmäiseen polttoaine-lähtöön 12 on liitetty toinen painesensori S2 ja toisen paineensäätimen 20 toiseen polttoainelähtöön 22 kolmas painesensori S3.

Ensimmäiset - kolmannet painesensorit S1, S2, S3, on kulloinkin järjestetty keräämään painearvoa ja saamaan aikaan vastaava painemerkinanto. Kuten kuviosta 1 on nähtävissä, jokainen ensimmäisistä - kolmansista painesen-soreista S1, S2, S3, on merkinantoyhdistetty ohjauslaitteen 30 tieto-ja -ohjauslii-täntäyksikön A kanssa, niin että ensimmäisten - kolmansien painesensorien S1, S2, S3, kulloisetkin painemerkinannot ovat siirrettävissä ohjauslaitteeseen 30. Lämpötilasensori T1, joka on järjestetty keräämään polttoaineen tulolämpötilaa TE, on myös merkinantoyhdistetty ohjauslaitteen 30 tieto-ja -ohjausliitäntäyksikön A kanssa vastaavan lämpötilamerkinannon siirtämiseksi.

Kaasumoottorin käytössä ensimmäinen painesensori S1 kerää polttoaineen tulopainearvoa pE ensimmäisen paineensäätimen 10 ensimmäisessä polt-toainetulossa 11, toinen painesensori S2 kerää polttoaineen lähtöpainearvoa p1ist ensimmäisen paineensäätimen 10 ensimmäisessä polttoainelähdössä 12, ja kolmas painesensori S3 kerää polttoaineen tosipainearvoa tai lähtöpainearvoa p2jSt toisen paineensäätimen 20 toisessa polttoainelähdössä 22.

Polttoaineen tulopainearvo pE ensimmäisessä polttoainetulossa 11, polttoaineen lähtöpainearvo p1 jSt ensimmäisessä polttoainelähdössä 12 ja polttoaineen lähtöpainearvo p2ist toisessa polttoainelähdössä 22 siirretään kaasu-moottorin käytössä edullisesti reaaliaikaisesti ohjauslaitteeseen 30.

Keksinnön suoritusmuodon mukaan voi olla järjestetty vähintään yksi muu, ohjauslaitteen 30 kanssa merkinantoyhdistetty sensori (ei ole esitetty), kuten esim. kierroslukusensori kaasumoottorin kampiakseliin, virtaamaniittari toiminta-elementti-polttoainetuloon AE, kaasuohjaussensori jne., keräämään vähintään yhtä, kaasumoottorin kuormitustilaa luonnehtivaa kaasumoottorin käyttöparametria.

Lopuksi kuviossa 1 esitetty kaasunpaineen säätölaite 1 käsittää vielä jokaista paineensäädintä 10, 20 varten polttoainejohdon ilmanpoistoventtiilin 14 tai 24, joka on liitetty ensimmäisen polttoainelähdön 12, toisen polttoainetulon 21 kanssa yhdistävään polttoainejohtoon 13 tai toisen polttoainelähdön 22, toiminta-elementti-polttoainetulon AE kanssa yhdistävään polttoainejohtoon 23.

Keksinnön suoritusmuodon mukaan ensimmäisellä ja toisella paineen-säätimellä 10, 20 on juoksevan aineen puoleisesti sama nimellishalkaisija, mutta niillä on erisuuruiset läpivirtauskertoimet tai kvs -arvot.

Claims (5)

1. Kaasumoottori, jossa on vähintään yksi toimintaelementti, joka on järjestetty muuntamaan kaasumaisen polttoaineen polttoenergia liike-energiaksi, ja polttoaineen syöttöjärjestelmä, joka on järjestetty syöttämään vähintään yhteen toimintaelementtiin kaasumaista polttoainetta polttoainelähteestä (Q), jolloin polttoaineen syöttöjärjestelmä käsittää kaasunpaineen säätölaitteen (1), jossa on pai-neensäädin (10, 20), jolloin paineensäädin (10, 20) on järjestetty vähentämään kaasumaisen polttoaineen paineen polttoaineen syöttöjärjestelmässä polttoaine-lähteen puoleisesta tulopaineesta toimintaelementin puoleiseen, säädettyyn läh-töpaineeseen, jolloin ensimmäinen paineensäädin (10) käsittää ensimmäisen polttoainetulon (11) ja ensimmäisen polttoainelähdön (12), jolloin toinen paineensäädin (20) käsittää toisen polttoainetulon (21) ja toisen polttoainelähdön (22), jolloin ensimmäinen polttoainetulo (11) on saatettavissa polttoainelähteen (Q) kanssa juoksevan aineen yhteyteen, jolloin ensimmäinen polttoainelähtö (12) on toisen polttoainetulon (21) kanssa juoksevan aineen yhteydessä, jolloin toinen polttoainelähtö (22) on juoksevan aineen yhteydessä toimintaelementti-poltto-ainetulon (AE) kanssa, että kaasumoottorissa on lisäksi sähköinen ohjauslaite (30), jolloin ensimmäinen paineensäädin (10) käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan asetuslaitteen (15) ensimmäisen, paineen nimellisarvon (p1 son) säätämiseksi polttoainetta varten ensimmäisessä paineensäätimessä (10), jolloin toinen paineensäädin (20) käsittää sähköisesti ohjattavissa olevan toisen asetuslaitteen (25) toisen, paineen asetusarvon (p2soii) säätämiseksi polttoainetta varten toisessa paineensäätimessä (20) ja jolloin ensimmäinen ja toinen asetuslaite (15, 25) on yhdistetty sähköisesti ohjauslaitteen (30) kanssa, niin että ensimmäinen ja toinen asetuslaite (15, 25) ovat sähköisesti ohjauslaitteen (30) ohjattavissa kulloistenkin paineen nimellisarvojen (p1 son, p2soii) säätämiseksi ja että kaasunpaineen säätölaite (1) käsittää kaksi juoksevan aineen mukaisesti sarjaan toisiinsa nähden kytkettyä paineensäädintä (10, 20), niin että molempien paineen-säädinten (10, 20) ensimmäisen paineensäätimen (10) lähtöpainearvo (p1 ist) muodostaa molempien paineensäädinten (10, 20) toista paineensäädintä (20) varten tulopainearvon, tunnettu siitä, että kaasunsyöttömatkalle polttoaine-lähteestä (Q) ensimmäiselle paineensäätimelle (10) on järjestetty polttoaine-suodatin (50), johon on liitetty erotuspainesensori (D1).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasumoottori, jossa on lisäksi ensimmäinen painesensori (S1), toinen painesensori (S2) ja kolmas painesensori (S3), jotka on kulloinkin järjestetty keräämään painearvoa ja saamaan aikaan vas taava painemerkinanto ja jotka on kulloinkin yhdistetty ohjauslaitteen (30) kanssa, niin että niiden kulloisetkin painemerkinannot ovat siirrettävissä ohjauslaitteeseen (30), jolloin ensimmäinen painesensori (S1) on sijoitettu ensimmäiseen polttoaine-tuloon (11) ja järjestetty keräämään ensimmäisen paineensäätimen (10) tulopai-nearvoa (pE), jolloin toinen painesensori (S2) on sijoitettu ensimmäiseen poltto-ainelähtöön (12) ja järjestetty keräämään ensimmäisen paineensäätimen (10) lähtöpainearvoa (p1jSt) ja jolloin kolmas painesensori on sijoitettu toiseen poltto-ainelähtöön (22) ja järjestetty keräämään toisen paineensäätimen (20) lähtöpainearvoa (p2jSt).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaasumoottori, jolloin ensimmäisellä ja toisella paineensäätimellä (10, 20) on juoksevan aineen puoleisesti sama nimellishalkaisija.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen kaasumoottori, jolloin ensimmäisellä ja toisella paineensäätimellä (10, 20) on erisuuruiset läpivirtausker-toimet.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen kaasumoottori, jolloin vähintään yksi toimintaelementti on muodostettu mäntä-sylinterijärjestelystä.