FI63625C - Kolv foer en injektionspump foer braensle i en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

• ·Νμ»Ί Tri /1« KUULUTUSJULKAISU „ „ , Ä _ jtBT* ^ (11) utlAggningsskkift 6 3 62 5 C Patentti myönnetty 11 07 1933 (45) Patent meddelat

Vs ' ^ (51) Kv.ik.Vci.3 P 02 M 59/26, 59/44 SUOMI —FINLAND (21) *Mnttlhik*mw — PatantaMeknlni 763180 (22) H»k*mlip*M — Afttötuilngsdtg 05.11.76 ' ' (23) Alkuptlvt—GiltlghMudag 05.11.76 (41) Tullut lulklMktl — Mlvtt offuntNg 06.05.77

Patantti-ja fk Irtarlhal Utu» (44) Nihttviksipanon t* imuijuiintin pvm. — 31.03.83 nlMii- ocn rtgilUntyralltn AmMun utfatgd ocfe utl.fkrtfien pubUcarad (32)(33)(31) Pyj^vtty «tuoltau»—Baglri priorttac 05.11.75 15.IO.76 Ranska-Frankrike(FR) 7533802, 7631136 (71) Soci6t6 d'Etudes de Machines Thermiques S.E.M.T., 2, Quai de Seine 2, 93202 Saint-Denis, Ranska-Frankrike(FR) (72) Dirk Bastenhof, Eaubonne, Ranska-Frankrike(FR) (7M Oy Borenius & Co Ab (54) Mäntä polttomoottorin polttoaineen suihkupumppua varten -

Kolv för en injektionspump för bränsle i en förbränningsmotor

Keksinnön kohteena on mäntä polttomoottorin polttoaineen suihku-pumppua varten, jonka männän vaippapinnassa on koverrus, jossa on likimain rengasmainen kovera alue, jota rajoittaa vähintään yksi kierukanmuotoinen ohjausreuna, sekä vähintään yksi akselinsuuntai-nen ura, joka yhdistää koverruksen männän päätepintaan sillä alueella, jossa koverruksen etäisyys päätepinnasta on pienin.

Tekniikan nykyisen tason mukaan on ennestään tunnettua, että polttomoottorissa, johon polttoaine suihkutetaan, ja jossa polttoaine esim. syttyy itsestään kokoonpuristumisen seurauksena, kuten varsinkin vaikkakaan ei yksinomaan dieselmoottorissa, on polttoaineen jokainen suihkupumppu sellaista tyyppiä, jossa on edestakaisin liikkuva lieriömäinen uppomäntä, joka pituusakselinsa ympäri kiertyen suorittaa suoraviivaisen vakioiskun, jolloin pumpun iskua kohti (eli tehollisen suihkuiskun pituutta kohti) puristaman nesteen tilavuusmäärää voidaan valinnaisesti vaihdella säätämällä tämän männän suhteellista kulma-asentoa. Tällaisen männän sivuseinämän eräässä välillä sijaitsevassa osassa on toisaalta ainakin likimain ja osittain rengasmainen kouru, joka muodostaa männän väliosan, jonka poikkileikkaus eli halkaisija on pienempi kuin männän muun osan halkaisija, j a jfoka on suljettu kahden kehän ympäri menevän olakkeen väliin siten, että tämä 2 63625 kouru jakaa männän kahteen osaan eli segmenttiin, nimittäin yläosaan eli syöttömäärän säätöosaan, ja alaosaan (eli varsinaiseen puristus-osaan), ja toisaalta tässä yläpuolisessa osassa on vähintään yksi purkausontelo männän kiertoliikettä varten suihkun päättyessä esiintyvän polttoaineen liikamäärän palauttamiseksi, joka ontelo muodostaa kanavan tai vastaavan koverruksen, joka alkaa tämän männän yläpuolisesta poikkipinnasta ja avautuu tähän pintaan sekä ulottuu mainittuun kouruun asti, johon se avautuu. Tämä ontelo koostuu urasta, jossa on suoraviivainen reuna, joka on yhdensuuntainen männän pituusakselin tai sen kehän emäviivan kanssa pitkin männän koko yläosaa, kun taas tämän uran vastakkainen reuna koostuu suhteellisen lyhyestä suorasta yläosasta, joka on yhdensuuntainen männän mainitun pituusakselin kanssa, ja jäljellä olevasta alaosasta, joka kierukkamaisesti kaltevana luiskana laajentaa tätä uraa ylhäältä alaspäin ja ulottuu männän yläosan alareunaan asti, toisin sanoen mainittuun kouruun, johon tämä ura avautuu. Männän sivupinnan tasoon kehitetty korkeus, jonka rajoina ovat sen yläpuolinen ympyrämäinen äärireuna ja mainitun kierukka-maisen kaltevan luiskan särmä, määrää puristusiskun tehollisen pituuden ja täten suihkun pituuden yhteistoimimalla pumpun sylinterin seinämän läpäisevän säteittäisen tyhjennysaukon kanssa, jonka aukon läpi polttoaineen palautuva osa tulee tyhjennetyksi. Männässä on usein kaksi tällaista uraa ja kierukkamaista kaltevaa luiskaa, jotka ovat symmetriset männän pituusakseliin nähden.

Tällaisessa ennestään tunnetussa uppomännässä on välillä olevan osan eli kourun pohjan halkaisija yleensä noin 70%...noin 80% uppomännän normaalista ulkohalkaisijasta siten, että mainitun uran eli koverruksen syvyys on suuruusluokkaa 15%...noin 10% uppomännän normaalista ulkohalkaisijasta. Pelkkänä kuvaavana esimerkkinä mainittakoon, että erään tunnetun uppomännän normaali ulkohalkaisija on 43 mm, ja uran eli koverruksen syvyys on 5 mm. Pumpun puristamaa tilavuusmäärää säädetään vaikuttamalla uppomännän suhteellisen kulma-asentoon, jonka kierukkamaisen kaltevan luiskan eli särmän omaava ontelo männän kiertyessä johtaa polttoaineen kohti mainittua pumpun sylinterin seinämässä olevaa säteittäisaukkoa, joka toimii polttoaineen paluutienä. Männän ja näin ollen kierukkamaisen luiskan kiertyminen hidastaa tai nopeuttaa tämän aukon avautumista, joka aukko tehollisen puristus-vaiheen aikana ensin on uppomännän ulkopuolisen täyteläisen sivuseinä-mänosan peittämä eli sulkema (männän nousuliikkeen ensimnlcllrien osa), ja tämän jälkeen paljastuu männän nousuliikkeen toisen osan aikana

II

3 63625 pitemmän tai lyhyemmän ajan kiiluttua (sulkuajän pituus määräytyy männän todellisesta kulma-asennosta) siten, että polttoaineen syöttö täten tulee joko suurenemaan tai pienenemään, koska puristus aina alkaa samana ajankohtana sen jälkeen, kun männän yläpuolinen ääri-reuna on ohittanut mainitun säteittäisaukon, Hetkenä, jolloin uppo-mäntä aloittaa mainitun aukon paljastamisen suihkuvaiheen päättyessä (puristuspaineen ollessa esim. noin 0,1 GPa), joutuu männän yläpuolella oleva tila eli työkammio äkkiä yhteyteen mainitun säteittäisaukon kautta pumpun rengasmaiseen imukammioon, joka ympäröi pumpun sylinteriä (ja on ainoastaan muutaman sadan kPa:n suuruisen syöttöpaineen alainen) siten, että näin ollen syntyy paineen äkkialeneminen, joka aiheuttaa painevaihteluja eli -aaltoja, ja täten erittäin voimakkaita hydraulisia värähtelyjä pumpun ja tämän pumpun syöttämän injektorin välisessä johdossa. Tämä aiheuttaa kavitaatiovaaroja ja injektori-neulan epästabiilin toiminnan vaaroja, jolloin neula voi nousta sijoiltaan ja palamiskaasuja voi tunkeutua injektoriin ja vahingoittaa tätä.

Tämä haitta on jo pyritty poistamaan suurentamalla sitä painemenetystä, joka kehittyy nesteen virratessa paluukanavaa myöten, jotta saataisiin paineen vähemmän jyrkkä aleneminen suihkun päättyessä. Tämä paine-menetyksen suurentaminen on toteutettu pienentämällä paluukanavan vapaata poikkileikkausta. Niinpä eräs esimerkiksi DE-patenttijulkaisuista 1.909.255 ja 1.576.466 tunnettu menetelmä perustuu siihen, että aikaansaadaan kierukkaluiska, jossa on vähintään kaksi porrasta eli kuristusvaihetta käyttämällä väliporrasta, joka sijaitsee esim. 0,2 mm syvyydessä männän ulkopuolisesta sivupinnasta, tai tekemällä pieni säteittäinen vuotoaukko pumpun sylinterin seinämässä polttoaineen paluuta tai tuloa varten normaalisti olevan säteittäisaukon alapuolelle. Kaikki nämä ennestään tunnetut keinot johtavat sangen tarkkaan työstöön hyvin ahtain toleranssein, joten ne edustavat kukin suhteellisen kallista ratkaisua. Mikään näistä edellä mainituista keinoista ei myöskään ollenkaan tai juuri ollenkaan pienennä sitä loisvääntömomenttia, joka kohdistuu mäntään sen puristusvoiman vaikutuksesta, joka vaikuttaa männässä olevan uran reunoihin eli sivuseinämiin, joka vääntö-momentti pyrkii lisäämään männän kiertymistä ohjaavan (siis männän kulma-asennon säätämiseen käytetyn) hammastangon kulumista.

Keksinnön tarkoituksena on välttää edellä mainitut haitat kehittämällä mäntä, jonka avulla voidaan hidastaa tai vaimentaa nest^fc&i 'paineen alenemista jokaisen suihkujakson päättyessä ja vaimentaa tai hidastaa “ 63625 samalla työkammiossa ja täten polttoaineen suihkupumpun suuren paineen alaisessa puristusjohdossa esiintyviä hydraulisia värähtelyjä.

Keksinnön kohteena on johdannossa esitettyä lajia oleva mäntä, joka tunnetaan siitä, että koverruksella on ainakin sen rengasmaisella alueella syvyys, joka on noin 2,5...6% männän ulkohalkaisijasta ja että koverruksella on uran alueella, uran akselinsuuntaisessa pidennyksessä alue, jolla on suurempi syvyys, jolloin koverruksen ja syvennyksen välisessä siirtymässä muodostunut kynnys on muodostettu siten, että urassa koveraa aluetta kohti virtaava polttoaine ainakin osittain levittäytyy sivulle koverruksessa ohjausreunan yläpään alapuolella. Tämän sovituksen ansiosta saadaan useita sarjassa olevia toisiinsa liittyviä hydrodynaamisia virtausvastuksia, nimittäin: männän jokaisen uran pystyosa, jokaisen kierukkamaisen luiskan alapuolella sijaitsevan jokaisen reiän sisäänmenon poikkileikkaus, ja jokaisen kierukkamaisen luiskan paljastaman sylinterissä olevan reiän poikkileikkaus. Tämän ansiosta saadaan entistä taloudellisempi valmistus, koska edullisesti voidaan vähentää virtausvastusta kehittävän mainitun jokaisen osan työstötarkkuutta niin, että muotoilutoleranssit saadaan huomattavasti väljennetyiksi (esim. viisi kertaa suurennetuiksi). Koska lisäksi ne puristusvoimat, jotka aiheuttavat edellä mainitun loisvääntömomentin, ovat suoraan verrannolliset uran reunojen poikkileikkaukseen eli pintaan, johtaa keksinnön mukainen sovitus tämän vääntömomentin pienenemiseen syystä, että uran syvyys on pienempi. Pelkkänä kuvaavana esimerkkinä mainittakoon, että uppomännässä, jonka normaali ulkohalkaisija on esim. ^3 mm, voi uran syvyys sopivasti olla noin 1,5 mm ja valmistustoleranssi olla - 0,1 mm (sen sijaan, että toleranssi aikaisemmin oli - 0,02 mm) mainitun, ennestään tunnetun männän väliportaan syvyyden ollessa 0,5 mm.

On kuitenkin voitu eräissä rasittavissa käyttötapauksissa todeta, että koverruksen sivupinta kuluu ennenaikaisesti kavitaation vaikutuksesta. Kavitaatio aiheutuu, kuten tunnettua, voimakkaiden paikallisten alipaineiden syntymisestä hetkenä, jolloin pumpun puristuskammio äkkiä joutuu yhteyteen nesteen tulojohtojen kanssa, toisin sanoen jokaisen puristusvaiheen lopussa. Perusteellinen tutkimus on osoittanut, että kavitaatio on aiheutunut siitä, että nesteen palautuessa äkkiä kohti pumpun syöttöjohtoa jokaisen puristusvaiheen lopussa on nestein* virralla pyrkimys suuntautua pystysuuntaisesti kohti sen pystyohjauk-sen pidennystä, jonka ohjauksen uran mainittu pystyosa aluksi antaa.

s 63625

Virtaamalla suurella nopeudella tähän suuntaan pyrkii neste aiheuttamaan huomattavan suuren alipaineen koverruksen niissä osissa, jotka sijaitsevat välittömästi nesteen tämän suosituimman virtausradan luona (jota mainittu työstetty puolilaakea osa tavallaan kuvaa), ja näin ollen syntyy kavitaatio-ongelmia koverruksen niissä osissa, jotka sijaitsevat kierukkamaisen luiskan alapuolella ja itse tämän luiskan reunassa.

Tämän haitan välttämiseksi keksinnön mukaan on koverruksen pystyosa levennetty kierukkamaisen luiskan yläpään korkeudelle asti siten, että tällä alueella muodostuu kynnys, jolla on erikoisprofiili, jonka tarkoituksena on vaikuttaa puristusvaiheen lopussa esiintyviin jaksottaisiin paluuvirtauksiin nestesuihkun levittämiseksi tämän kynnyksen alapuolella olevalle koverruksen koko alueelle.

Tämän sivukoverruksen erikoisrakenteella saavutetaan useita ilmiöitä, jotka myötävaikuttavat tulokseen: ensinnäkin uran pystyosan leventäminen vähentää hyvin vähän niitä tavoiteltuja kokonaispainemenetyksiä, joihin pyritään keksinnön ensimmäisen tavoitteen mukaan. Paineen alenemisen hidastuminen jokaisen puristusvaiheen lopussa on täten aina tehokas. Sen sijaan pumpun syöttöjohtoa kohti palautuvan nesteen nopeus ja paine ovat huomattavasti supistuneet toisaalta tulee koverruksen uran pystyosan lähtöpäässä neste kynnyksen ansiosta poikkeutetuksi tai jaetuksi kaikkiin suuntiin, ja tämä johtaa alipaineisten vyöhykkeiden häviämiseen, koska neste tehokkaasti täyttää koverruksen koko käytettävissä olevan tilavuuden.

Keksintö selitetään seuraavasssa lähemmin oheisten piirustusten perusteella, jotka kaaviollisesti kuvaavat keksinnön kahta edullista suoritusmuotoa.

Kuvio 1 näyttää perspektiivisenä osakuviona keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen polttoaineen suihkupumpun uppomännän yläosaa.

Kuvio 2 näyttää edellisen kuvion kaltaisella tavalla erästä muunnettua vaihtoehtoa, jossa on kaksoisluiskainen mäntä.

?<· - Γ - 6 63625

Kuvio 3 näyttää kaaviollisesti kuvion 2 nuolen III tason kohdalta nesteen paluusuihkun levittäytymistä eli jakautumista männän puristusvaiheen lopussa.

Kuvion 1 näyttämän suoritusesimerkin mukaan on pumpun lieriömännässä 1, jonka pituusakseli 2 on likimain pysty, ja jonka halkaisija on = D, välillä sijaitseva osa 3, jonka poikkileikkaus on supistettu siten, että sillä on pienempi halkaisija = d niin, että muodostuu kouru eli koverrus, jolla on määrätty korkeus ja syvyys e, ja joka muodostuu kahden kehän ympäri menevän pystysuunnassa välin päässä toisistaan olevan osittain yhdensuuntaisen peräkkäisen olakkeen 4, 5 väliin.

Tämä kouru jakaa männän 1 kahteen osaan, eli yläosaan 6, joka säätää syöttömäärää, ja alaosaan 7, joka toimii puristusosana.

Mainitulla uralla 8, jolla on sama edellä mainittu syvyys e, ja jonka pohjana on mainitun pienennetyn halkaisijan omaavan osan 3 sivupinta, on suoraviivainen reuna 9, joka on yhdensuuntainen pituusakselin 2 tai männän 1 emäviivojen kanssa pitkin männän koko yläosaa 6. Tämä reuna 9 muodostaa täten uran laakean sivuseinämän, joka on likimain kohtisuorassa pienennetyn poikkileikkauksen omaavan osan 3 sivupintaa vastaan. Uran vastakkaisessa reunassa 10 on suora suhteellisen lyhyt yläosa 10', joka on yhdensuuntainen männän pituusakselin 2 kanssa, ja joka muodostaa uran laakean sivuseinämän osan, joka on kohtisuorassa pienemmän halkaisijan omaavan osan 3 sivupintaa vastaan, sekä alaosa, joka on kaareva ja kierukkamaisen luiskan muotoinen,ja joka leventää uraa alaspäin ulottumalla kouruun 3, eli männän yläosan 6 alareunaan 5 asti. Uran yläpää avautuu männän poikittaiseen päätepintaan 11.

Keksinnön mukaisen männän sivumitat täyttävät seuraavat epäyhtälöt:

0,88.D < d < 0,95 .D 0,025.D < e < 0,06 .D

Kuten edellä jo mainittiin, on esim. D = 43 mm; d = 40 mm ja e = 1 ,5 mm, jolloin 38 mm < d < 41 mm.

Kuvioiden 2 ja 3 näyttämässä muodossa on samat männän 1 pääosat kuin kuviossa 1. Nyt on männässä kuitenkin kaksi kierukkamaista luiskaa 20 ja 21, joista ainoastaan luiska 20 selvästi näkyy kilVlossa 2.

Il 7 63625 Näin ollen on myös olemassa kaksi uran pystyosaa 22 ja 23. Työstön helpottamiseksi on sivukoverruksessa 19, joka vastaa luiskaa 20 (toisin sanoen pienemmän halkaisijan omaavaa osaa, joka sijaitsee tämän luiskan 20 läheisyydessä sen alapuolella), pysty puolilaakea osa 2*4 uran 22 pidennyksenä. Koverruksen syvyyttä voidaan kuitenkin ensimmäisenä likimääräisolettamuksena pitää vakiona ja edellä mainitun arvon e suuruisena, paitsi mitä koskee uran mainittua pystyosaa 22. Keksinnön mukaan on tämän pystyosan 22 syvyys suurentunut määrällä e1, mikä muodostaa likimain kierukkamaisen luiskan 20 yläpään 25 korkeudella ja läheisyydessä eräänlaisen kynnyksen 26, joka dispergoi tai jakaa nesteen paluuvirtauksen. Tämän kynnyksen erikoismuoto, joka on kovero, ympyränkaaren muotoinen ja sopivasti puoliympyränkaaren muotoinen, kuten on näytetty, ja jonka korkeus on e', saattaa nesteen paluusuihkun jakautumaan joka suunnassa, kuten kuvion 3 nuolet f näyttävät. Erikoisprofiililla tarkoitetaan tämän kynnyksen reunan 27 muotoa pitkin männän sivupintaa, kuten kuvioissa 2 ja 3 on näytetty. Tämä erikoisprofiili voi olla kaareva, kuten on kuvattu, mutta sillä voi myös olla monikulmainen ääriviiva edellyttäen, että sillä on tietty koveruus. Itse kynnyksen pinta on sen paksuuden suunnassa katsottuna melkein jatkuvasti (tässä kuvatussa suoritusmuodossa) kohtisuorassa puolilaakean uran molempia pintoja 24 ja 29 vastaan, jotka tämä kynnys erottaa toisistaan, mutta tällä pinnalla voisi myös olla jokin erikoisprofiili siinä tapauksessa, että tämä osoittautuisi edulliseksi kavitaatiovaarojen vähentämiseksi vieläkin paremmin.

On todettu, että parhaat tulokset saavutetaan siinä tapauksessa, että e = e ’ .

Tämän pystyosan 22 syvyys on toisin sanoen likimain kaksi kertaa niin suuri kuin kierukkamaisen luiskan 20 ja kynnyksen 26 alapuolella sijaitsevan männän sivukoverruksen muun osan syvyys.

Pumpun toimiessa pyrkisi siinä tapauksessa, että männässä 1 ei olisi kynnystä 26, nesteen paluusuihku pumpun jokaisen puristusvaiheen lopussa seuraamaan pääasiallisesti pystysuuntaa yhdensuuntaisena sen puolilaakean uran kanssa, joka muodostaa uran (ei levennetyn) pystyosan. Näissä olosuhteissa syntyisi voimakas paikall^jpera alipaine kierukkamaisen luiskan yläosan 25 alapuolella kuvion 2 näyttä- 8 63625 mällä viivoitetulla alueella C. Tämä jokaisen puristusvaiheen yhteydessä toistuvasti esiintyvä alipaine voisi kavitaation seurauksena aiheuttaa suhteellisen nopean kulumisen. Keksinnön tämän vaihtoehtoisen suoritusmuodon parannuksen aniosta nestesuihku leviää levennetyn pystyosan 22 lähtöpäässä kynnyksen 26 korkeudella (kuvio 3) siten, että alipainetta ei voi syntyä vyöhykkeessä C.

Keksintö ei tietenkään rajoitu pelkästään tässä esimerkkeinä näytet-tyihin ja selitettyihin suoritusmuotoihin, vaan erikoisesti keksinnön piiriin kuuluvat selitettyjen keinojen kaikki vastaavanlaiset tekniset toimenpiteet, samoin kuin niiden yhdistelmät, mikäli ne on muodostettu keksinnön hengessä ja seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

it·*· 11

Claims (5)

9 63625

1. Mäntä polttomoottorin polttoaineen suihkupumppua varten, jonka männän (1) vaippapinnassa on koverrus (3, 19), jossa on likimain rengasmainen kovera alue, jota rajoittaa vähintään yksi kierukan-muotoinen ohjausreuna (10", 20) , sekä vähintään yksi akselinsuun-tainen ura (8, 22), joka yhdistää koverruksen (3, 19) männän (1) päätepintaan (11) sillä alueella, jossa koverruksen etäisyys pääte-pinnasta on pienin, tunnettu siitä, että koverruksella (3, 19) on ainakin sen rengasmaisella alueella (19) syvyys (e) , joka on noin 2,5...6% männän (1) ulkohalkaisijasta (D) ja että koverruksella on uran (22, 23) alueella, uran akselinsuuntaisessa pidennyksessä alue, jolla on suurempi syvyys (e + e'), jolloin koverruksen (19) ja syvennyksen (29) välisessä siirtymässä muodostunut kynnys (26, 27) on muodostettu siten, että urassa (22, 23) koveraa aluetta (19, 24) kohti virtaava polttoaine ainakin osittain levittäytyy sivulle koverruksessa (19) ohjausreunan (20, 21) yläpään (25) alapuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mäntä, tunnettu siitä, että urassa (22, 23) olevan syvennyksen (29) kynnys (26) koverruksen (19) puoleisessa päässä on olennaisesti kovera (27).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mäntä, tunnettu siitä, että kynnyksen (26) kovera osa (27) on ympyränkaaren, sopivasti puoliympyrän, muotoinen.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mäntä, tunnettu siitä, että kynnyksen (26) kovera osa (27) on monikulmiomainen.

5. Patenttivaatimusten 1...4 mukainen mäntä, tunnettu siitä, että syvennyksen (29) syvyys (e + e') on kaksi kertaa niin suuri kuin siihen liittyvän koveran alueen (19, 24) syvyys (e).