FI67252B - Utblaosningsventil foer en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

R*är3 [rt , KUUIUTUSJULKAISU 6 7? S? » l»J C») UTLAGGNINCSSXKIFT oz |SkX ζ Patentti nyCancitly 11 CC 1^05 (45) Γαtent ir.ecdelat (51) K*.lfc?/tatCt3 F 01 L 3/20 SUOMI—FINLAND (21) 802721 (22) H«lninhy>M — A»Blwlnp«H 28.08.80 ' ' (23) Alkufelvt—GMdflMtadag 28.08.80 (41) Tanutfa<fch»lal—Blhrtt«B>«Hg 01.03.8l PMettf· ja rekisterihallitus ..._______ _ (44) Hltift»l>r><Emnn μ fcnuLlirifcalM· ml —

Patmt» och registerstyielsen 1 / A—ah»· «h«rf ad, otuitrih— fMkmnd 31.10.8A

(32)(33)(31) *Υτ»·«Τ «wo<k«»-ÄH*rd ptartuc 29.08.79

Tanska-Danmark(DK) 3612/79 (71) B S W Diesel A/S, Torvegade 2, DK-1400 Kpbenhavn K, Tanska-Danmark(DK) (72) Kai Emil Fursund, Gentofte, Tanska-Danmark(DK) (7^) Berggren Oy Ab (5*0 Polttomoottorin pakoventtii1i - UtblAsningsventi1 för en förbrännings-motor

Keksinnön kohteena on polttomoottorin pakoventtiili, joka käsittää kiinteän venttiiliosan ja aksiaalisesti liikkuvan venttiili-osan, jolloin kahdessa venttiiliosassa on yhdessä toimivat tiivisty spinnat, ja tiivistyspinnoista ylävirtaan päin vastakkaiset pinnat, jotka ovat erillään siten, että muodostuu kapea rengasmainen rako kun venttiili on suljettu, ja vähintään yhteen venttiiliosaan muodostetun rengaskammion, joka on yhteydessä moottorisylinterin palamiskammioon mainitun rengasmaisen raon kautta, kun venttiili on suljettuna.

Keksinnön tarkoituksena on saavuttaa venttiilin pidempi elinikä pienentämällä nopeutta, jolla venttiilin tiivistyspinnat asteittain turmeltuvat palamiskaasujen syövyttävien aineosien, erityisesti moottoria raskailla polttoöljyillä käytettäessä esiintyvien natrium- ja vanadiumyhdisteiden syövyttävän ja kuluttavan vaikutuksen alaisina.

On tunnettua, että mainittujen aineosien syövyttävyys kasvaa voimakkaasti lämpötilan mukana. Tämän tiedon pohjalta on ehdotettu tiivistyspintojen suoran tai epäsuoran ilmajäähdytyk-sen käyttöä, mahdollisesti kiinteän venttiiliosan nestejäähdytyksen täydennyksenä.

67252 2

Niinpä US-patenttijulkaisu n:o 1 873 119 kuvaa kuvatuntyyppistä venttiiliä, jossa rengaskansio kiinteässä venttiiliosassa ja kes-kikammio liikkuvassa venttiiliosassa ovat yhteydessä palamiskam-mioon porausten kautta, jotka päätyvät tiivistyspintojen palamis-tilaa päin kääntyneiden reunojen läheisyyteen. Vastaventtiilien kautta kaksi kansiota venttiiliosissa on yhteydessä paineilman lähteeseen ja pakoventtiilin avautuessa ulosvirtaavat palamiskaasut tempaavat ejektorivaikutuksen avulla mukaansa kammioista suhteellisen kylmän ilman, joka tällöin saa aikaan tiivistyspintojen tietyn jäähdytyksen pakotahdin aikana.

Tiivistyspintojen epäsuoraa jäähdytystä on kuvattu FR-patenttijulkaisussa n:o 1 481 241, jossa kylmää ilmaa kiinteän venttiiliosan rengaskansiosta virtaa jatkuvasti ulos porausten kautta, joka on suunnattu liikkuvan venttiiliosan yläpintaa kohti tiivistyspintojen alavirtapuolella.

Esillä olevan keksinnön mukainen pakoventtiili eroaa mainituista patenttijulkaisuista tunnetusta siten, että rengaskansio on jatkuva rengasontelo, joka on muodostettu suoraan toiseen mainituista vastakkaisista pinnoista ja joka sijaitsee tiivistyspintojen ja rengasmaisen raon välissä, jolloin kansio muodostaa mainitun rengasmaisen raon laajennuksen siten, että kaasut, jotka virtaavat pa-lamiskammiosta rengasmaisen raon kautta kun venttiili on kiinni-asennossaan mainittuun rengaskansioon, ja mitkä tahansa kaasut, jotka virtaavat tiivistyspintojen välistä vuodon takia palamisjak-son aikana, ovat ensin kulkeneet mainitun rengaskansion kautta.

Tätä muotoilua ja sijoitusta käytettäessä rengaskansio muodostaa säiliön virtausradalla palamiskammiosta venttiiliosien tiivistyspintoi-hin. Kun rengaskansio puristusiskun aikana täyttyy puhtaalla ja suhteellisen kylmällä ilmalla, joko moottorisylinteristä tai liitetystä ulkoisesta paineilman lähteestä, tämä ilmamäärä toimii polttoaineen syttymisen jälkeen ja pakoventtiilin avaukseen asti esteenä lämpimien palamiskaasujen ja tiivistyspintojen välissä. Tämä aiheuttaa sen, etteivät palamiskaasut, kuten tähän asti tunnetuissa venttiileissä, voi virrata suoraan ulos paikallisten epätiiviyksien kautta, jotka muodostuvat tiivistyspintojen välisistä rajoista, vaan että sen sijaan säi-liöilma joko yksinään tai korkeintaan sekoittuneena suhteellisen pieneen palamiskaasujen määrään tunkeutuu ulos epätiiviyksien läpi.

Keksintö perustuu siihen havaintoon, että palamiskaasujen syö- 3 67252 vyttävien aineosien edellä mainittuja vaikutuksia kohdistuu tiivistyspintoihin suurelta osin sen jakson aikana, jolloin venttiili on suljettu, mutta ei kuitenkaan sulkeudu täysin tiiviisti mainittujen paikallisten epätiiviyksien takia, joita syntyy ennemmin tai myöhemmin, esim. tiivistyspintoihin aiemmin syöpymisen vaikutuksesta muodostuneiden karstojen irrotessa tai kun pintojen väliin venttiilin sulkeutuessa juuttuu kuona- tai koksihiukkasia, jotka jättävät jälkeensä pintoihin pieniä syvennyksiä. Mitattaessa kiinteän tiivistyspinnan pintalämpötiloja on tällaisen paikallisen epätiiviyden ympärillä todettu n. 200°C lämpötilan nousuja heti yläkuolopisteen jälkeen ja n. 100°C keskilämpötilan nousu. Sen sijaan lämpötilan nousu ulosvirtausjakson alussa heti venttiilin avauksen jälkeen oli vain 20-25°C. Tiivistyspintojen ylimääräisellä jäähdytyksellä ulosvirtausjakson aikana on sen tähden vain vähän vaikutusta korroosioilmiöihin ja niistä johtuvaan, aluksi melko pienten epätiiviyksien asteittaiseen kasvuun suuremmiksi läpipoltoiksi. Nämä ilmiöt viivästyvät paljon suuremmassa määrin, kun keksinnölle ominaisin toimenpitein pienennetään sekä lämpötilaa että sen kaasun syövyttävien aineosien pitoisuutta, joka venttiilin ollessa suljettuna vuotaa ulos tiivistyspintojen välistä. Koska korroosionopeus tiivistyspintojen tavallisesti käytetyissä aineissa voi kaksinkertaistua n.

70°C:n lämpötilan nousussa, on selvää, että keksintö oleellisesti pidentää sitä ajanjaksoa, jonka aikana pieni paikallinen epätiiviys kasvaa tavalliseksi läpipoltoksi, jolla on sellainen koko, että tiivistyspinnat on jälkihionnalla korjattava. Tuloksena on tällöin, kuten mainittiin, että venttiilin elinikä pitenee.

Kriittinen ajanjakso, jona lämpötilalla ja paineella palamis-kammiossa on niin suuret arvot, että ulos vuotavat palamiskaa-sut voivat merkittävästi syövyttää tiivistyspintoja, on suhteellisen lyhyt ja päättyy sekä kaksitahti- että nelitahti-moottoreissa n. 20° yläkuolopisteen jälkeen. Sen tähden voidaan toivottu vaikutus saavuttaa rengaskammion melko pienellä tilavuudella, joka ei vaadi venttiiliosien mittojen tai sylinterin ns. haitallisen tilan häiritsevää suurenemista. Tilavuus voidaan mitoittaa siten, että se on hieman suurempi kuin tilavuus, joka mainitun jakson aikana voi kulkea raon läpi.

67252 4 jonka poikkileikkaus on n. 0,2 x 3 mm, esim. 2-3 kertaa suurempi kuin mainittu tilavuus.

Ilman halutun estovaikutuksen saavuttamiseksi rengaskammiossa ilman sekoittuessa mahdollisimman vähän sylinteristä virtaa-viin palamiskaasuihin on edullista, että rengaskanmian poikkileikkauksella venttiiliakselin läpi menevässä tasossa on suurin leveytensä venttiiliosan pinnan kohdalla.

Edullisesti rengaskammioon keksinnön mukaisesti muodostettu vain liikkuvaan venttiiliosaan, ja liikkumattoman, kapean raon muodostavan venttiiliosan kartiomaisessa pinnassa on rengasuloke, joka sijaitsee vastapäätä rengaskammiota ja joka on suunnattu kohti tuloaukkoa palamiskammiolta raolle. Palamiskammiosta vir-taavat kaasut luovuttavat oleellisen osan kineettisestä energiastaan, niin että ne ainoastaan staattisen paineen alenemisen vaikutuksesta venttiilin alavirtapuoleen puristavat puhtaan ja suhteellisen kylmän ilman rengaskansiosta edellään mahdollisten paikallisten epätiiviyksien läpi tiivistyspintojen välillä. Suoritusmuodon lisäetuna on, että palamiskaasujen virta sylinteristä hetkellä, jolloin venttiili alkaa avautua, vastaavalla tavoin poikkeutetaan suunnassa rengaskammion sisään, mikä osaltaan vaikuttaa kammion seinien puhtaanapitoon kerrostumien haitallisesta muodostuksesta moottorin käytön aikana.

Venttiiliosien muotoilun mainittu vaikutus saavutetaan optimaalisesti mikäli ylimenokohtaan mainittujen kahden pintaosan välissä poikkileikkauksena venttiiliakselin läpi on muodostettu kourulista, joka on käännetty tuloaukkoa päin palamiskammiosta.

Rengaskammio voi myös olla muodostettu kiinteään venttiili-osaan ja sitä rajoittavat kokonaan tai pääasiassa lieriömäinen ensimmäinen pinta, joka on sama-akselinen liikkuvan venttiiliosan kanssa, ja sitä vastaan kokonaan tai pääasiassa suorakulmainen toinen pinta. Verrattuna suoritusmuotoon, jossa rengaskammio on saatu aikaan poistamalla ainetta liikkuvasta venttiiliosasta, on suoritusmuoto helpompi valmistaa ja se pienentää korkeiden paikallisten lämpöjen vaaraa 5 67252 rengakaimniota ympäröivässä aineessa. Muodostamalla kiinteään venttiiliosaan sinänsä tunnettu jäähdytyskanava voidaan ren-gaskammion seinän lämpötilaa yhä alentaa ja tällöin saavuttaa rengaskammioon kertyvän kaasun vastaavasti alhaisempi lämpötila, jolloin tämän edullinen vaikutus tiivistyspintojen elinikään paranee.

Rengaskammion yläpuolella sijaitseva liikkuvan venttiiliosan pinta voi olla pääasiassa kartiomainen varustettuna pyöristetyllä ulkoreunalla, joka venttiilin suljetussa asennossa yhdessä kiinteän venttiiliosan ensimmäisen pinnan kanssa rajoittaa rengasraon, jonka poikkileikkaus katsottuna palamiskammios-ta rengaskansiota kohti ensin pienenee ja sen jälkeen kasvaa. Venttiilin sulkuasennossa palamiskammion ja rengaskammion liitoksen muodostavan, kapean raon tällä suoritusmuodolla päästään siihen, että tietyn koon ylittäviä, poistokaasujen mukaansa tempaamia koksi- tai kuonahiukkasia ajankohtana venttiilin sulkuliikkeen aikana, ennen kuin venttiili on täysin kiinni, estetään tunkeutumasta raon läpi rengaskammion sisään ja sieltä edelleen tiivistyspintojen väliin, jonne hiukkaset voivat juuttua kiinni ja tällöin aiheuttaa pintojen pysyviä muodonmuutoksia .

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheiseen kaaviolliseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää aksiaalista leikkausta keksinnön mukaisen pako-venttiilin keksinnön ymmärtämisen kannalta oleellisen osan läpi, kuvio 2 esittää aksiaalista leikkausta oleellisesti suuremmassa kaavassa kuviossa 1 kehystetyn osan II läpi, kuvio 3 esittää kuviota 1 vastaavaa leikkausta keksinnön mukaisen pakoventtiilin toisen suoritusmuodon läpi, ja kuvio 4 esittää kuviota 2 vastaavaa leikkausta kuviossa 3 kehystetystä osasta IV.

Kuvioissa 1-2 esitetyssä kaksitahti-dieselmoottorin pako-venttiilissä on kiinteä venttiiliosa 1, ns. venttiilikammio, joka (tarkemmin esittämättä jätetyllä tavalla) on yhdessä venttiilirungon 2 kanssa irrotettavasti kiinnitetty moottori- 6 67252 sylinterin sylinteriakseliin 3. Pakoventtiilin liikkuva osa 4 on pääosiltaan muotoiltu tavanomaisen lautasventtiilin tapaan, jossa on kartiomainen kosketuspinta venttiilikaxnmiota 1 vastaan. Varsinaiset tiivistyspinnat 5 ja vastaavasti 6 kahden venttiiliosan välissä on muodostettu kahdelle päällysteelle tai sisäkkeelle 7 ja 8, jotka ovat sopivaa ainetta, esimerkiksi kovametallia, katso kuvio 2.

Keksinnön mukaisesti on liikkuvan venttiiliosan 4 venttiili-kammiota 1 päin olevaan pintaan muodostettu rengaskammio 9 moottorisylinterin palamiskammion 10 ja venttiiliosan tiivis-tyspinnan 6 väliin. Esitetyssä suoritusmuodossa on rengaskam-mion 9 aksiaalinen poikkileikkaus puolisuunnikkaan muotoinen, jossa on kaksi oleellisen yhdensuuntaista sivureunaa 11 ja 12, jotka ovat suurin piirtein suorakulmaiset tiivistyspintaa 6 ja venttiilikammion 1 vastakkaista pintaa 13 vastaan. Ympäri kiertävän kourulistan 14 kautta, joka sijaitsee jonkin verran rengaskammion 9 säteittäisesti ulomman rajapinnan sisäpuolella, jonka etureuna on sivureuna 12, pinta 13 jatkuu palamiskammio-ta 10 kohti pintana 15, joka on vedetty sen verran taaksepäin venttiiliosasta 4, että venttiilin ollessa suljettuna, kuten kuviossa 2 esitetään, tähän kohtaan muodostuu ympäri kiertävä rako, jonka leveys on suhteellisen pieni, esimerkiksi n.

0,2 mm.

Mainitun raon ansiosta rengaskammio 9 täyttyy puristusiskun aikana moottorisylinterissä puhtaalla huuhtelu- tai latausil-malla, jolla on suhteellisen alhainen lämpötila. Jos tiivis-tyspintojen 5 ja 6 välissä on yksi tai useita yllä mainittuja, pieniä, paikallisia epätiiviyksiä, juuri tämä ilma eivätkä voimakkaasti syövyttävät palamiskaasut puristu ulos tiivistyspin-tojen epätiiviyksien kautta paineen nousun jälkeen sisään suihkutetun polttoaineen palaessa moottorisylinterissä. Tämän seurauksena vältytään tiivistyspintojen aineen muuten tapahtuvalta voimakkaalta lämpötilan nousulta pinnoissa olevien epätiiviyksien ympärillä moottorin työsykliin tämän jakson aikana, jossa lämpötila palamiskammiossa on korkea ja jossa pala-miskaasuilla samanaikaisesti on suuri massatilavuus suuren paineen ja syövyttävien aineosien suuren konsentraation takia. Kahden pintaosan 13 ja 14 välisen portaan tai ylimenokohdan 7 67252 esitetty ja selitetty muotoilu kourulistaksi 14, joka on kääntynyt sisäänvirtausrakoa kohti palamiskammiosta 10, rajoittaa osaltaan puhtaan ja suhteellisen kylmän ilman haitallista sekoittumista rengaskansiossa 9 sisään virtaaviin lämpimiin pa-lamiskaasuihin.

Sen nopeuden pienentymisellä, jolla paikalliset pienet epä-tiiviydet tiivistyspintojen välillä kasvavat syövyttävien ja kuluttavien vaikutusten alaisina, on lisäksi se etu, että näiden epätiiviyksien ympärillä olevilla alueilla säilyy tehokas lämmön siirto liikkuvasta venttiiliosasta 4, joka on suoraan korkeiden lämpötilojen alaisena palamiskammiossa 10, hieman kylmempään venttiilikammioon 1 jakson aikana, jolloin venttiili on suljettu. Tämän seurauksena voidaan kyseisillä alueilla ylläpitää alempaa keskilämpötilaa ja niin ollen myös koko tiivistyspinnan tasaisempaa keskilämpötilaa. Tämä seikka varmistaa osaltaan, että tiivistyspintojen syöpyminen, jota väistämättä tapahtuu venttiilin käyttöaikana, jakautuu tasaisesti eikä sen tähden vaikuta yhtä haitalllisesti venttiilin tiivistystoimintaan kuten pintoihin kohdistuvat, selektiiviset, paikalliset korroosiovaikutukset.

Kuvioiden 3 ja 4 suoritusmuodoissa on kiinteää venttiilikam-miota merkitty numerolla 21, venttiilirunkoa numerolla 22 ja sylinteriakselia numerolla 23. Numerolla 24 merkitty liikkuva venttiiliosa on kuten kuvioissa 1-2 miodostettu lautasvent-tiiliksi, jossa on kartiomainen kosketuspinta venttiilikammio-ta 21 vastaan. Kahden venttiiliosan väliset tiivistyspinnat 25 ja 26 on muodostettu sisäkkeille 27 ja 28 ao. osissa.

Erotukseksi kuvioiden 1-2 suoritusmuodosta on keksinnölle tunnusomainen rengaskammio 29 tässä muodostettu vain venttiilin kiinteään osaan, jolloin kammio rajoittuu sylinteriakselin 23 lieriömäisen pinnan 30, venttiilikammion 21 tasaisen, rengasmaisen päätypinnan 31 ja venttiililautasen 24 kartiomaisen pinnan 32 väliin. Venttiilin esitetyssä suljetussa asennossa rengaskammio 29 on yhteydessä moottorisylinterin palamiskam-mioon kapean, rengasmaisen raon 34 välityksellä sylinteriakselin 23 pinnan ja venttiililautasen 24 edellä mainitun pinnan ja venttiililautasen palamiskammiota päin olevan pinnan 35 8 67252 välisen pyöristetyn ylimenokohdan välillä. Ottaen huomioon lämpimien poistokaasujen kanssa kosketukseen joutuvien vent-tiilikammion 21 pintojen lämpötilan alennuksen, tässä sisäk-keen 27 pinta 25 ja pinta 31, on venttiilikammioon sisänsä tunnetulla tavalla muodostettu sisäpuolinen jäähdytyskanava 36.

Rengaskammion 29 toimintatapa on muuten sama kuin edellä on kuvattu rengaskammion 9 kohdalla. Raon 34 säteittäinen leveys voidaan valita samansuuruiseksi kuin rengaskammioon 9 johtavan, vastaavan sisäänvirtausraon leveys.

Vaikka rengaskammio on esitetyissä suoritusmuodoissa muodostettu yksistään liikkuvaan tai kiinteään venttiiliosaan, on selvää, että se voi vaihtoehtoisesti koostua vastakkaisista syvennyksistä molemmissa venttiiliosissa. Moottorisylinteristä tulevan puristusilman selitetyn käytön sijasta tai täydennyksenä voidaan myös rengaskammion täyttöön käyttää ulkoista paineilman lähdettä, joka vastaventtiilin kautta toimittaa kylmää ilmaa sopivan paineen alaisena rengaskammioon. Tämä paine ei saa olla pienempi kuin puristuspaine moottorisylinte-rissä, mutta se voi myös olla suurin piirtein yhtä suuri kuin sylinterissä esiintyvä enimmäispaine. Koska tarvittava ilman kulutus on suhteellisen pieni, ilmaa voi toimittaa vastaava melko pieni kompressori.

Claims (2)

9 67252

1. Polttomoottorin pakoventtiili, joka käsittää kiinteän venttiiliosan (1) ja aksiaalisesti liikkuvan venttiiliosan (4), jolloin kahdessa venttiiliosassa (1, 4) on yhdessä toimivat tiivistyspinnat (5, 6), ja tiivistyspinnoista ylävirtaan päin vastakkaiset pinnat (15, 16), jotka ovat erillään siten, että muodostuu kapea rengasmainen rako kun venttiili on suljettu, ja vähintään yhteen venttiiliosaan muodostetun rengaskammion (9), joka on yhteydessä moottorisylinterin pa-lamiskammioon (10) mainitun rengasmaisen raon kautta, kun venttiili on suljettuna, tunnettu siitä, että rengas-kammio (9) on jatkuva rengasontelo, joka on muodostettu suoraan toiseen mainituista vastakkaisista pinnnoista ja joka sijaitsee tiivistyspintojen (5, 6) ja rengasmaisen raon välissä, jolloin kammio (9) muodostaa mainitun rengasmaisen raon laajennuksen siten, että kaasut, jotka virtaavat palamiskammiosta (10) rengasmaisen raon kautta kun venttiili on kiinni-asennossaan mainittuun rengaskammioon (9), ja mitkä tahansa kaasut, jotka virtaavat tiivistyspintojen (5, 6) välistä vuodon takia palamis-jakson aikana, ovat ensin kulkeneet mainitun rengaskammion (9) kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pakoventtiili, tunnettu siitä, että rengaskammio (9) on muodostettu liikkuvaan venttiiliosaan (4) ja että liikkumattoman, kapean raon muodostavan venttiiliosan (1) kartiomaisessa pinnassa (15) on rengas-uloke (14), joka sijaitsee vastapäätä rengaskammiota (9) ja joka on suunnattu kohti tuloaukkoa palamiskammiolta (10) raolle.