FI58223C - Termostatisk regleranordning - Google Patents

Description

Ε3Ξ71 rm rt<n kuulutusjuuuusu C0997

«V -W <11>UTLÄGGNINGSSICRIFT

Patent meddelat ^ (51) Kv.ik.Wci.3 g 05 D 23/12 SUOMI—FINLAND (21) Fitenttihekemus — Pitwww6knJin 2613/7^* (22) HtkamltpUvI —Ameknlniadai 06.09*7^ (23) AlkupUvl—Glltl|h«t*dm 06.09.7*+ (41) Tullut JulklMkif — Blfvlt offuntfig 07.03.75

Pfttantti- )· rekisterihallitus .... .... , .

^ . , ^ (44) NIhtivilulpunon J* kuuLulluIiun pvm. — n „

Patent· och registeratyrelsan v ' AmMo» utitgd och uti.*krift«n publican^ 29.08.80 (32)(33)(31) fyri«*y etuoikeut—Begird prioritet 06.09.73

Ranska-Frankrike(FR) 7332201 ~ (71) Societe d'fitudes de Machines Thermiques S.E.M.T., 2, Quai de Seine, 93202 Saint Denis, Ranska-Frankrike(FR) (72) Jean Simon Rene Rouam, Puiseux-en-France, Ranska-Frankrike(FR) (7*0 Oy Borenius & Co Ab (5*0 Termostaattinen säätölaite - Termostatisk regleranordning

Keksinnön kohteena on termostaattinen säätölaite, jossa on lämmön vaikutuksesta laajenevaa, tuntoelimeen sijoitettua nestemäistä väliainetta, joka liikkuvan seinämän ja tämän jälkeen kytketyn hydraulisen siirtotien kautta vaikuttaa ohjausmoottoriin.

Tällaisilla säätölaitteilla voidaan esim. rajoittaa polttomoottorin pakokaasujen lämpötila ennalta määrättyyn sallittuun maksimiarvoon. Keksintöä voidaan tästä syystä soveltaa mm. kaikenlaisiin poltto-moottoreihin, varsinkin sellaisiin moottoreihin, joihin polttoaine suihkutetaan. Säätölaitteen ohjausmoottorin on tällöin esim. kuristettava moottoria, kun dieselveturi ajaa tunneliin, jossa se imee omia pako kaasujaan ja täten saavuttaa korkeamman pakokaasulämpötilan.

Alussa mainittua tyyppiä oleva säätölaite on tunnettu julkaisusta DL-PS 91 922. Tässä rakenteessa täyttää mitattavan lämpötilan tilaan ulottuva tuntoelin nestemäisen väliaineen suurimman osan. Tämän ansiosta saadaan pääasiallisesti koko väliainemäärä saatetuksi mitattavaan lämpötilaan, joten lämpötilan muuttuessa tapahtuu tilavuuden maksimaalinen muutos. Tämän rakenteen haittana on, että voidaan määrätä ainoastaan sellaisia lämpötiloja, joita nestemäinen väliaine kykenee esim. kemiallisen stabiliteettinsa ansiosta kestämään. Korkeampia lämpötiloja, varsinkaan moottorin pakokaasujen korkeita lämpötiloja, 2 58223 ei voida määrätä tämän tunnetun rakenteen avulla. Tämän tunnetun rakenteen haittana on edelleen se, että suurin osa nestemäisestä väliaineesta on sijoitettava sen tilan sisäpuolelle, jonka lämpötila on mitattava. Suurehkoja ohjausvälejä varten välttämätön suuri tuntoelin tulee kuitenkin usein häiritsemään. Niinpä se liikaa kuristaisi pakokaasujen poikkileikkausta.

Keksinnön tehtävänä on näin ollen aikaansaada alussa mainittua tyyppiä oleva säätölaite, jolla on tarvittava ohjausväli ja samalla tuntoelimen pieni tilavuus, ja joka mahdollistaa nestemäisen väliaineen alhaisempia lämpötiloja.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että tuntoelin on muodostettu säiliön alaosassa alkavasta ja tämän säiliön yläosaan jä-leen avautuvasta putkijohdosta, jossa virtaus tapahtuu lämpösifoni-vaikutuksen seurauksena, ja liikkuva seinämä on sovitettu välittömästi säiliön yhteyteen.

Keksinnön mukainen säätölaite ei ole herkkä värähtelyille eikä tärinälle, ja se sallii mielivaltaisten aikavakioiden asettelun, jolloin nämä aikavakiot mahdollisesti ovat muuttuvasta aseteltavat säätövärähtelyjen välttämiseksi. Aikavakio voidaan mahdollisesti aikaansaada käyttämällä poikkileikkaukseltaan erilaisia putkijohtoja, jolloin tullaan toimeen ilman kuristusluistia. Poikkileikkaukseltaan erilaiset putkijohdot voivat sopivasti olla vaihdettavat.

Nestemäisenä väliaineena käytetään sopivasti nestettä, jonka kiehuma-piste on hyvin korkea ja lämpölaajenemiskerroin on mahdollisimman suuri, esim. puhdasta glyserolia, joka kaikissa käyttöolosuhteissa käyttäytyy kemiallisesti neutraalina.

Lämpösifonivaikutuksen ansiosta tulee nestemäinen väliaine pumputuksi suuremmasta, alemman lämpötilan omaavaan kohtaan sijoitetusta säiliöstä tuntoelimenä toimivan putkijohdon läpi, jossa väliaine lämpenee tätä putkijohtoa ympäröivän korkeamman lämpötilan vaikutuksesta. Säiliöstä ja putkijohdosta koostuvassa järjestelmässä syntyy tasapainolämpötila, joka sijaitsee säiliön luona vaikuttavan alemman ulkolämpötilan ja määrättävän korkean lämpötilan välillä. Tämä välilämpötila seuraa määrättävää korkeaa lämpötilaa ja mahdollistaa tämän valvomisen. Tunto-elimenä toimivaan putkijohtoon mahtuu vain pieni osa nestemäisestä 58223 3 väliaineesta, joten tämä johto voi olla hyvin pieni. Välilämpötila on huomattavasti alempi kuin määrättävä korkea lämpötila niin, että tavanomaisten nestemäisten väliaineiden, esim. glyserolin avulla voidaan määrätä erittäin korkeita lämpötilloja, esim. dieselmoottoreiden jäte-kaasulämpötiloja.

Putkijohtoon sovitetaan edullisesti kuristuslaite, jonka avulla putki-johdon virtausvastusta voidaan muuttaa, jolloin ohjauksen aikavakio muuttuu. Poikkileikkauksen pienetessä aikavakio suurenee. Kuristus- " laitteena voi olla kuristusluisti tai esim. poikkileikkaukseltaan erilaiset vaihdettavat putkenkappaleet.

~ Liikkuva seinämä voidaan edelleen sopivasti muodostaa ensimmäisestä männästä ja ohjausmoottori hydrauliikkasylinteristä, jossa on toinen mäntä. Hydrauliikkamäntien käyttäminen yksinkertaistaa rakennetta ja mahdollistaa mekaanisten siirtoelinten yksinkertaisen kytkemisen toiseen mäntään.

Edelleen on eduksi, että toisen männän halkaisija on pienempi kuin ensimmäisen männän halkaisija. Tällä tavoin saadaan syntymään hydraulinen muuntosuhde, koska ensimmäisen männän kulkiessa määrätyn välin tulee pienempi toinen mäntä kulkemaan pitemmän ohjausvälin. Niinpä voidaan dieselmoottoreiden säätönivelistössä tarvittavat ohjausvälit aikaansaada suuruusluokkaan 50 mm asti, ja voimat voivat olla jopa 50 kp.

Edelleen on eduksi, että toiseen mäntään vaikuttaa palautusjousi säiliön tilavuutta pienentävään suuntaan. Tällä tavoin saadaan säätölaite varmasti palautetuksi sen jälkeen, kun normaali lämpötila on jälleen saavutettu.

Sellaisen moottorin säätötangoston ohjaamiseksi lämpötilan perusteella, jonka moottorin kierrosluvun säädin vaikuttaa joustavan kytkentäelimen välityksellä suihkupumppujen yhteiseen ohjaustankoon, on myös eduksi, että ohjausmoottori vaikuttaa säätötangoston sellaiseen osaan, joka sijaitsee kytkentäelimestä suihkupumpun puolella. Tällä tavoin saadaan varmistetuksi, että suihkupumppujen kuristus tulee tapahtumaan riippumatta esim. asennossa "täyskuormitus" olevan kierrosluvun säätimen asennosta. Säätötangoston tällöin tarvittava ohjaus tapahtuu joustavassa kytkentäelimessä.

4 58223

Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin oheisten kaaviollisten piirustusten näyttämän erään suoritusesimerkin perusteella.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti säätölaitteen hydraulista osaa.

Kuvio 2 esittää säätölaitetta dieselmoottorin säätönivelistöön yhdistettynä.

Kuviosta 1 nähdään, että keksinnön mukaisessa polttomoottorin pakokaasujen lämpötilaa rajoittavassa säätölaitteessa on dilatometri 1, johon kuuluu säiliö 1a ja putkijohto 1b, joka yhdistää säiliön kaksi vastapäätä olevaa osaa toisiinsa, alavirranpuoleinen mäntä 2, joka sulkee säiliön 1a alaosan, hydraulinen siirtotie 3, jossa tapahtuu hydraulinen öljynkierto, ja joka ylävirranpuoleisesta männästä 2 poispäin olevan pään sulkee alavirranpuoleinen ohjauksen vastaanottava mäntä 4, minkä lisäksi säätölaitteessa on mekaaniset siirtovälineet, jotka välittävät männän 4 ohjausliikkeen, laitteisiin, jotka säätävät polttoaineen syöttöä moottoriin.

Putkijohdon 1b osa 1b' sijaitsee moottorin tässä kaaviollisesti näytetyssä pakokaasukanavassa 5. Tässä putkijohdossa 1 b on virtausmäärää säätävä ohjausluisti 6. Dilatometrin 1 säiliön 1a ja putkijohdon 1b muodostama koko tila sisältää korkealla kiehuvaa nestettä, jonka lämpö-laajenemiskerroin on mahdollisimman suuri. Tällaisena nesteenä voidaan käyttää esim. puhdasta glyserolia, joka on kemiallisesti neutraalia niihin aineisiin nähden, joiden kanssa neste joutuu kosketukseen tässä laitteessa.

Hydraulinen siirtoväli 3 on muodostettu pääjohdosta 7, jonka kummassakin päässä on asetussylinteri 8 ja 9, joissa on vastaavat männät 2 ja 4.

Tämä pääjohto on sulkuluistin 10 välityksellä yhdistetty hydraulista nestettä sisältävään varastosäiliöön 11.

Mäntä 4 ohjaa mekaanisten voimansiirtovälineiden, mahdollisesti männän 4 männänvarren 4a välityksellä, laitteita, jotka säätävät polttoaineen syöttöä, esim. vipua, joka ohjaa dieselmoottorin suihkupumppuja.

Kuvion 1 näyttämä laite toimii seuraavasti: Pakokaasukanavassa 5 sijaitseva putkenosa 1b' lämpenee moottorin toimiessa siten, että tämän putkenosan sisältämän nesteen lämpötila nousee yli säiliössä 1a olevan 58223 5 nesteen lämpötilan, jolloin syntyy tämän putken ja säiliön välistä kiertoa lämpösifoni-ilmiön vaikutuksesta. Pakokaasukanavan 5 jokaista lämpötilaa varten syntyy tasapainotila, joka muuttuu samalla tavalla kuin pakokaasujen lämpötila. Laite on suunniteltu sellaiseksi, että männän 2 siirtymämatka dilatometrin 1 sisältämän nesteen lämpölaajenemisen seurauksena on pieni eikä vaikuta niihin laitteisiin, jotka ohjaavat polttoaineen syöttöä moottoriin, ellei pakokaasujen lämpötila ylitä sallittua maksimiarvoa. Tällaisen maksimiarvon tultua ylitetyksi ovat dilatometrissä olevan nesteen laajeneminen ja näin ollen mäntien 2 " ja 4 siirtymämatkat niin suuret, että ohjausvaikutusta kohdistuu laitteisiin, jotka säätävät polttoaineen syöttöä tämän syötön pienentämiseksi esim. tavalla, joka seuraavassa selitetään lähemmin kuvion 2 yhteydessä.

ν'

Keksinnön mukaisen laitteen kuvion 1 näyttämässä edullisessa suoritusmuodossa mahdollistaa hydraulinen siirtoväli asetuselinten ohjausvahvis-tuksen, koska alavirranpuolelle sovitetun ohjaavan männän 4 poikkileikkauspinta on pienempi kuin ylävirranpuolelle sovitetun anturimännän 2 poikkileikkauspinta, ja tämä mäntä 4 siis liikkuu suuremman asettelu-välin.

Sen jälkeen, kun pakokaasukanavassa 5 vallitseva lämpötila jälleen on laskenut sallitun maksimiarvon alapuolelle, aiheuttaa dilatometrissä olevan nesteen lämpökutistuminen mäntien 2 ja 4 palautumisen niiden tasapainoasentoon sopivien palautuslaitteiden vaikutuksesta. Palautus-laitteena on sopivasti palautusjousi, joka vaikuttaa asetussylinterin 9 mäntään 4.

Laitteen aikavakio voidaan asettaa putkijohdossa 1b olevan, läpivirtausta säätävän luistin 6 avulla, jolloin aikavakion toimintaaikaa voidaan lyhentää suurentamalla nesteen läpivirtauspoikkileikkausta putkijohdossa 1b.

Kuvion 2 oikeanpuoleisessa osassa on samat elementit kuin kuviossa 1, nimittäin dilatometri 1, asetussylinteri 8, hydraulinen siirtoväli 3, asetussylinteri 9 ja pakokaasukanava 5. Tässä tapauksessa putkijohto 1b on sijoitettu pakokaasukanavan 5 siihen osaan, joka muodostaa turbiinin 5b pakokaasujen lähtökohdan 5a, joka tavallisesti on sijoitettu dieselmoottorien pakokaasusarjaan.

6 58223

Laitteet, joiden avulla säädetään ja ohjataan polttoaineen syöttöä moottoriin, on tässä kaaviollisesti esitetty yhteisellä ohjausvivulla 12, yhteisellä ohjausvarrella 13 ja yhden suihkupumpun 15 hammastangolla 14. Ohjausvarsi 13 siirtää tietenkin sinänsä tunnetulla tavalla eri suihkupumppujen hammastankoyhdistelmää siten, että voidaan säätää suihkutettua polttoainemäärää.

Tässä kuviossa 2 on myös näytetty moottorin automaattinen kierrosluvun säädin 16, joka yleisellä viitenumerolla 17 merkityn joustavan kytkimen välityksellä vaikuttaa ohjausvivun 12 päähän 21. Tämän ohjausvivun toinen pää 22 on yhdistetty ohjausvarteen 13. Mäntä 18, joka välittää säätimen 16 määräämän polttoainesyötön säätöohjeen, on tässä muodostettu ensimmäisestä elementistä 18a, joka pääsee liukumaan toisessa elementissä 18b, johon puolestaan painautuu jousi 19. Säätöohje välittyy varren 20 kautta. Tämä varsi on toisaalta nivelletty tähän toiseen elementtiin 1 8 b ja toisaalta ohjausvivun 12 toiseen päähän 21, joka on vastapäätä sitä päätä 22, johon ohjausvarsi 13 on nivelletty.

Keksinnön mukaisen laitteen säätövaikutus siinä tapauksessa, että pakokaasujen lämpötila on ylittänyt sallitun maksimiarvon, tapahtuu siten, että alavirranpuoleisen männän 4 männänvarsi 4a vaikuttaa suoraan ohjausvivun 12 toiseen päähän 21. Tämä vaikutus välittyy yksinkertaisena työntönä ilman mitään ohjausvivun ja männänvarren 4a välistä mekaanista liitosta.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen lämpötilaa rajoittavan laitteen ja moottorin kierrosluvun säätimen tilaa siinä tapauksessa, että säädin ohjaa moottorin toimimaan maksimikierrosluvulla ja männänvarsi 4a on juuri joutumassa kosketukseen ohjausvivun 12 kanssa. Oletettaessa esim. että dieselmoottori, josta tässä on kysymys, on veturin moottori, ja että veturi on ajamassa tunneliin. Tällöin tapahtuu moottorin pakokaasujen epänormaalia nousua sen takia, että moottori imee kuumia palamiskaasuja. Mäntä 4 siirtyy tällöin piirustuksen mukaan vasemmalle ja työntää ohjausvipua 12 nuolen F näyttämässä suunnassa, mikä välittömästi kuristaa suihkutettua polttoainemäärää.

Huomataan, että tämä ohjaus tapahtuu huolimatta joustavan kytkimen 17 aiheuttamasta vastuksesta. Ohjausvivun 12 siirtyminen johtaa siihen, että mäntäelementti 18b työntyy putkessa 23 liukuen vasemmalle ja puristaa jousta 19 kokoon. Männän 18 elementtien 18a ja 18b keskinäisen

Claims (3)

58223 7 sovituksen ansiosta pääsee elementti 18a liukumaan elementissä 18b ilman, että tämä elementti 18 b siirtyy. Näin ollen moottorin kierros-luvun säädin 16 on tässä vaiheessa toimeton, koska se ei voi vastustaa ohjausvivun sitä siirtymistä, joka aiheutuu männän 4 työnnöstä, eikä tämä säädin näin ollen voi estää polttoainesyötön kuristamista. Tällainen on tilanne, kunnes pakokaasujen lämpötila jälleen on laskenut normaaliksi. Selitetyn laitteen etuna on mm., että pumpun läpivirtausmäärää voidaan -e*' kauko-ohjata pakokaasujen lämpötilan perusteella joustavan kytkentäliitok sen vastusta ja/tai käyttöhenkilön tai koneenkäyttäjän antamaa asetus-ohjetta vastaan.

1. Termostaattinen säätölaite, jossa on lämmön vaikutuksesta laajenevaa, elimeen sijoitettua nestemäistä väliainetta, joka liikkuvan seinämän ja tämän jälkeen kytketyn hydraulisen siirtotien kautta vaikuttaa ohjausmoottoriin, tunnettu siitä, että tuntoelin on muodostettu säiliön (1a) alaosassa alkavasta ja tämän säiliön yläosaan jälleen avautuvasta putkijohdosta (1b), jossa virtaus tapahtuu lämpösifonivaiku-tuksen seurauksena ja liikkuva seinämä (2, 8) on sovitettu välittömästi säiliön yhteyteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätölaite, tunnettu siitä, että putkijohtoon (1b) on sovitettu kuristuslaite (6). «s

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen säätölaite, tunnettu siitä, että liikkuvana seinämänä on ensimmäinen mäntä (2) ja ohjaus-moottorina on hydrauliikkasylinteri (9), jossa on toinen mäntä (4). H. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säätölaite, tunnettu siitä, että toisen männän (4) halkaisija on pienempi kuin ensimmäisen männän (2) halkaisija. 1 Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen säätölaite, tunnettu siitä, että toiseen mäntään (4) vaikuttaa säiliön (1a) tilavuutta pienentävässä suunnassa toimiva palautusjousi (4b).