FI120214B - Järjestely mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmän paineen värähtelyn vaimentamiseksi - Google Patents

Description

JÄRJESTELY MÄNTÄMOOTTORIN POLTTOAINEEN SYÖTTÖJÄRJESTEL-MÄN PAINEEN VÄRÄHTELYN VAIMENTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on järjestely mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmän 5 paineen värähtelyn vaimentamiseksi.

Polttomoottorien polttoaineen syöttöjärjesteimissä käytetään ruiskutuspumppuja paineistetun polttoaineen syöttämiseen sylintereihin ruiskutussuutinten kautta. Ruiskutuspumppu käsittää sylinterielementin, jonka painekammiossa on edesta-10 kaisin liikkuva mäntä, jonka liike saa aikaan polttoaineen paineen nousun. Sylin-terielementissä on tavallisesti yksi tai kaksi imukanavaa, joiden kautta polttoainetta johdetaan polttoainejärjestelmän matalapainepuolelta painetilaan männän ollessa alakuolokohdassaan. Painetilassa ylöspäin liikkuva mäntä peittää polttoaineen imukanavat ja paineistettua polttoainetta virtaa painetilasta ruiskutussuutti-15 melle johtavaan korkeapaineputkeen. Polttoaineen virtaus ruiskutussuuttimelle loppuu, kun männässä oleva ruuvimainen leikkaus tulee imukanavan kohdalle ja avaa imukanavan, jolloin korkeassa paineessa olevaa polttoainetta purkautuu imukanavan kautta polttoainejärjestelmän matalapainepuolelle. Tämä puolestaan aiheuttaa polttoainejärjestelmän matalapainepuolelle painepulssin. Tavallisesti 20 matalapainepuolen pääpolttoaineputkeen on virtausyhteydessä useita ruiskutus-pumppuja, jolloin paine putkessa värähtelee jatkuvasti moottorin käynnin aikana.

Mikäli polttoaineen paine polttoainejärjestelmän matalapainepuolelta on alhainen, saattaa ruiskutuspumppujen toiminnasta johtuva painevaihtelu aiheuttaa kavitaa-25 tiota matalapainepuolen putkissa. Pahimmassa tapauksessa kavitaatio tuhoaa matalapaineputket lyhyessä ajassa. Kavitaatio-ongelma on erityisen vakava moottoreissa, joissa polttoaineena käytetään raakaöljyä.

Polttoainejärjestelmän painevärähtelyä voidaan vaimentaa erilaisilla vaimentimil-30 la, kuten kaasuvaimentimilla ja mekaanisilla vaimentimilla. Kaasuvaimennin käsittää kaasutilan, joka on erotettu polttoainejärjestelmästä kalvolla. Polttoaineen pai- 2 neen vaihdellessa kalvo liikkuu ja polttoainetilan tilavuus muuttuu, mikä vaimentaa painevärähtelyä polttoainejärjestelmässä. Tämäntyyppisen vaimentimen käyttöikä on rajallinen, koska kalvo rikkoutuu helposti, jolloin vaimennin on käyttökelvoton.

5

Mekaaninen vaimennin käsittää vaimentimen sisällä olevaan tilaan sovitetun männän tai muun välikappaleen. Tila on virtausyhteydessä polttoainejärjestel-mään, jolloin mäntä liikkuu ja siten polttoainejärjestelmän tilavuus muuttuu paineen vaihdellessa. Mäntä on tuettu vaimentimeen yhdellä tai useammalla jousel-10 la, jotka vaimentavat männän liikettä. Tämäntyyppisen mekaanisen vaimentimen käyttöikää rajoittaa jousien kestävyys.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu järjestely mäntämoottorin polttoainejärjestelmän paineen värähtelyn vaimentamiseksi.

15

Keksinnön mukainen järjestely mäntämoottorin polttoainejärjestelmän paineen värähtelyn vaimentamiseksi käsittää värähtelynvaimentimen, jossa on runko-osa, johon on järjestetty tila, jossa on liikkumaan sovitettu välikappale. Runko-osassa on tilaan välikappaleen ensimmäiselle puolelle avautuva ensimmäinen aukko tilan 20 yhdistämiseksi polttoaineen syöttöjärjestelmään ja tilaan välikappaleen toiselle puolelle avautuva toinen aukko, joka on virtausyhteydessä paineistetun kaasun lähteeseen.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle järjestelylle on tunnusomaista 25 se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön mukaisen vaimennusjärjestelyssä käytettävässä vaimentimessa ei ole 30 ilmaa ja polttoai netta toisistaan erottavaa kalvoa eikä mekaanista jousta, minkä ansiosta vaimennin voidaan tehdä varmatoimiseksi ja kestäväksi. Tarvittaessa 3 vaimentimen vaimennusominaisuuksia voidaan helposti säätää vaimentimen välikappaleeseen vaikuttavan kaasun painetta muuttamalla.

Keksinnön yhdessä sovellusmuodossa välikappale käsittää tilan ensimmäisen 5 aukon puoleisessa osassa kyseistä tilaa rajaavan ensimmäisen pinnan ja tilan toisen aukon puoleisessa osassa kyseistä tilaa rajaavan toisen pinnan. Lisäksi ensimmäisen pinnan pinta-ala on pienempi kuin toisen pinnan pinta-ala. Tällöin välikappaleeseen vaikuttavan kaasun paine voi olla pienempi kuin polttoaineen paine välikappaleen pitämiseksi tasapainossa. Alhaisen paineen ansiosta kaasu-10 järjestelmään kohdistuvaa kuormitus on vähäistä, jolloin järjestelmä voidaan tehdä rakenteeltaan yksinkertaiseksi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin oheisten kaaviomaisten piirustusten avulla.

15

Kuvio 1 esittää osaa polttomoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmästä, joka on varustettu keksinnön yhden sovellusmuodon mukaisella paineen värähtelyn vai-mentimilla.

20 Kuvio 2 esittää poikkileikkauskuvana kuvion 1 värähtelyn vaimenninta.

Kuviossa 1 on kaaviollisesti esitetty osa polttomoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmästä 1. Polttomoottori on esimerkiksi suuri, monisylinterinen diesel-moottori, jota käytetään laivoissa tai voimalaitoksissa. Moottorin polttoaineena käytetään 25 esimerkiksi raakaöljyä. Polttoainetta syötetään polttoainesäiliöstä 2 polttoaine-pumpun 3 avulla suhteellisen matalassa paineessa matalapainepolttoameputkis-ton 4 välityksellä kullekin ruiskutuspumpulle 5. Matalapaineputkisto 4 ulottuu pumpun 3 painepuolelta kullekin ruiskutuspumpulle 5. Matalapaineputkisto 4 käsittää päälinjan 6, josta lähtee haaralinja 7 kullekin ruiskutuspumpulle 5. Kukin 30 ruiskutuspumppu 5 on yhdistetty ruiskutussuuttimeen 9 korkeapaineputkien 10 avulla. Ruiskutuspumppu 5 huolehtii polttoaineen ruiskutuksesta yhdessä ruisku- 4 tussuuttimien 9 kanssa. Ruiskutuspumppu nostaa polttoaineen paineen sellaiselle tasolle, että saadaan aikaiseksi riittävä ruiskutuspaine ruiskutussuuttimilla 9. Polttoaineen syöttöjärjestelmässä on myös kultakin ruiskutuspumpulta 5 takaisin polttoainesäiliöön 2 johtavat matalapaineiset paluukanavat 8, joita pitkin polttoainetta 5 johdetaan ruiskutuspumpuilta 5 takaisin polttoainesäiliöön 2.

Polttoaineen syöttöjärjestelmään 1 on sovitettu yksi tai useampi paineen värähtelyn vaimennin 11, jolla polttoaineen syöttöjärjestelmässä 1 esiintyviä polttoaineen painevaihteluita vaimennetaan. Painevaihteluita aiheutuu esimerkiksi ruiskutus-10 pumpuissa 5 olevan korkeapaineisen polttoaineen purkautuessa matalapaineput-kistoon 4 ruiskutuksen päättyessä. Koska samaan päälinjaan 6 on virtausyhtey-dessä useita ruiskutuspumppuja 5, polttoaineen paine päälinjassa 6 värähtelee nopeasti. Värähtelyn vaimennin 11 on sovitettu esimerkiksi matalapaineputkiston 4 yhteyteen. Kuvion 1 sovellusmuodossa vaimentimia 11 on kaksi ja ne on sovi-15 tettu päälinjaan 6, edullisesti ruiskutuspumpuille 5 johtavien haarakanavien 7 suu-aukkojen läheisyyteen. Vaihtoehtoisesti tai tämän lisäksi paineen värähtelyn vaimentimia 11 voidaan asentaa muihinkin matalapaineputkiston 4 kohtiin tai muualle polttoainejärjestelmään, esimerkiksi ruiskutuspumpun 5 yhteyteen.

20 Kuviossa 2 kuvataan tarkemmin kuviossa 1 esitettyä paineen värähtelyn vaimen-ninta 11. Vaimennin käsittää runko-osan 12, joka rajoittaa sisälleen tilan 13. Runko-osassa 12 on ensimmäinen aukko 14, jonka avulla tila 13 on virtausyhteydes-sä polttoaineen syöttöjärjestelmän 1 polttoaineputkistoon, esimerkiksi päälinjaan 6. Lisäksi runko-osassa 12 on toinen aukko 15, jonka avulla tila 13 on virtausyh-25 teydessä kaasuputkeen 20, jossa on paineistettua kaasua, esimerkiksi ilmaa. Kaasun paine kaasuputkessa 20 on ympäristön painetta korkeampi. Tilan 13 poikkipinta-ala ensimmäisen aukon 14 puolella on pienempi kuin toisen aukon 15 puolella. Tilassa 13 on edestakaisin liikkumaan sovitettu välikappale, esimerkiksi mäntä 16. Ensimmäinen aukko 14 avautuu männän 16 ensimmäiselle puolelle ja 30 toinen aukko 15 männän 16 toiselle puolelle. Toinen puoli on ensimmäiseen puo- 5 leen nähden männän 16 vastakkaisella puolella. Mäntä 16 liikkuu tilassa 13, kun ensimmäisen 14 ja toisen aukon 15 välinen paine-ero muuttuu.

Mäntä 16 käsittää tilan 13 ensimmäisen aukon 14 puoleisessa osassa tilaa 13 5 rajaa ensimmäinen pinta 17 ja tilan 13 toisen aukon 15 puoleisessa osassa tilaa 13 rajaa toinen pinta 18. Ensimmäinen pinta 17 ja toinen pinta 18 rajaavat tilaa 13 männän 16 liikesuunnassa. Ensimmäisen pinnan 17 pinta-ala on pienempi kuin toisen pinnan 18 pinta-ala.

10 Männän 16 ympärille on sovitettu rengasmaisia tiivisteitä 19,19’, joilla männän 16 ja runko-osan 12 välinen välys tiivistetään. Ensimmäinen tiiviste 19 on sovitettu männän 16 ensimmäisen pinnan 17 läheisyyteen ja toinen tiiviste 19’ männän 16 toisen pinnan 18 läheisyyteen. Lisäksi runko-osassa 12 on tyhjennysaukko 24 ja tähän liitetty tyhjennysputki 25, joiden kautta tiivisteiden 19,19’ ohi männän 16 ja 15 runko-osan 12 väliin kulkeutunutta polttoainetta ja/tai kaasua poistetaan tilasta 13. Tällöin polttoainetta ei kulkeudu männän 16 ohi ensimmäiseltä puolelta toiselle puolelle eikä kaasua ei kulkeudu männän 16 ohi toiselta puolelta ensimmäiselle puolelle.

20 Paineistettua kaasua syötetään kaasuputkeen 20 kaasu lähteestä 22, esimerkiksi paineistetulla kaasulla täytetystä säiliöstä. Kaasuputkessa 20 on takaiskuventtiili 21, joka sallii virtauksen lävitseen tilaan 13 päin, mutta estää virtauksen tilasta 13 poispäin. Takaiskuventtiili 21 avautuu, kun paine sen tulopuolella eli kaasulähteen 22 puolella on suurempi kuin lähtöpuolella eli tilan 13 puolella. Kaasuputkessa 20 25 on paineensäätöventtiili 23, joka avautuu ja sallii virtauksen lävitseen, kun paine tulopuolella eli kaasuputkessa 20 on suurempi kuin pai n e e nsäätö ve ntti i li n 23 sul-kuvoima. Paineensäätöventtiilin 23 lähtöpuoli on tulopuolta alhaisemmassa paineessa, esimerkiksi ulkoilman paineessa. Paineensäätöventtiilin 23 avulla paine kaasuputkessa 20 voidaan pitää halutun suuruisena. Kuvion 2 mukaisessa sovel-30 lusmuodossa paineensäätöventtiili 23 on jousikuormitteinen eli venttiilin sulku-voima saadaan aikaan jousella.

6

Kun polttoaineen paine kasvaa polttoainejärjestelmän polttoaineputkessa, johon tila 13 on virtausyhteydessä ensimmäisen aukon 14 välityksellä, liikkuu mäntä 16 tilassa 13 kohti toista aukkoa 15 ja puristaa männän 16 toisella puolella olevaa 5 kaasua kasaan. Koska takaiskuventtiiIi 21 estää kaasun virtauksen lävitseen, kasvaa kaasun paine männän 16 liikkuessa ja kasvanut kaasun paine vastustaa männän 16 liikettä. Tilan 13 tilavuus männän 16 ensimmäisellä puolella kasvaa, mikä vaimentaa polttoaineen paineen nousua polttoaineputkessa. Kun paine polttoaineputkessa pienenee, liikkuu mäntä 16 päinvastaiseen suuntaan. Tällöin tilan 10 13 tilavuus männän ensimmäisellä puolella pienenee, mikä kompensoi paineen laskua polttoaineputkessa. Koska männän 16 toisen pinnan 18 pinta-ala on suurempi kuin ensimmäisen pinnan 17 pinta-ala, voi kaasun paine männän 16 toisella olla alhaisempi kuin polttoaineen paine männän 16 ensimmäisellä puolella männän 16 pitämiseksi tasapainoasemassa. Vaimentimen 11 paineen vaimen-15 nusominaisuuksia voidaan muuttaa kaasuputkessa 20 olevan kaasun painetta muuttamalla.

Claims (8)

1. Järjestely mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmän (1) paineen värähtelyn vaimentamiseksi, joka järjestely käsittää värähtelyn vaimentimen 5 (11), jossa on runko-osa (12), jonka sisällä on tila (13), jossa on liikkumaan sovitettu välikappale (16), tilaan (13) välikappaleen (16) ensimmäiselle puolelle avautuva ensimmäisen aukko (14) tilan (13) yhdistämiseksi polttoaineen syöttöjärjestelmään (1), ja tilaan (13) välikappaleen (16) toiselle puolelle avautuva toinen aukko (15), joka virtausyhteydessä paineistettua kaasua kä-10 sittävään kaasulähteeseen (22), tunnettu siitä, että toisen aukon (15) ja kaa-sulähteen (22) välille on sovitettu kaasuputki (20), jossa on takaiskuventtiili (21), joka sallii virtauksen lävitseen kaasulähteestä (22) tilaan (13) päin, mutta estää virtauksen tilasta (13) kaasulähteeseen (22) päin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välikappale 15 (16) käsittää tilan (13) ensimmäisen aukon (14) puoleisessa osassa tilaa (13) rajaavan ensimmäisen pinnan (17) ja tilan (13) toisen aukon (15) puoleisessa osassa tilaa (13) rajaavan toisen pinnan (18), ja että ensimmäisen pinnan (17) pinta-ala on pienempi kuin toisen pinnan (18) pinta-ala.

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu 20 siitä, että runko-osaan (12) on sovitettu tyhjennysaukko (24) runko-osan (12) ja välikappaleen (16) väliin vuotaneen polttoaineen ja/tai kaasun poistamiseksi tilasta (13).

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kaasuputki (20) on varustettu paineensäätöventtiilillä (23) paineläh- 25 teen (22) ja takaiskuventtiilin (21) välisessä kaasuputken 20 osassa olevan kaasun paineen pitämiseksi halutun suuruisena.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välikappaleen (16) kehälle on sovitettu tiivistysjärjestely (19, 19') polttoaineen ja/tai kaasun kulkeutumisen estämiseksi välikappaleen (16) ja 30 runko-osan (12) väliin.

6. Mäntämoottorin polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), tunnettu jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-6 mukaisesta järjestelystä syöttöjärjestelmän paineen värähtelyn vaimentamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä (1), j tun-5 nettu siitä, että järjestelmä käsittää ruiskutuspumppuja (5) polttoaineen syöttämiseksi ruiskutussuuttimille (9), päälinjan (6) polttoaineen johtamiseksi syöttöjärjestelmässä (1), ja päälinjan (6) ruiskutuspumppujen (5) väliin sovitettuja haaralinjoja (7) polttoaineen johtamiseksi päälinjasta (6) ruiskutuspum-puille (5), ja että värähtelyn vaimennin (11) on sovitettu päälinjan (6) yhtey- 10 teen.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen polttoaineen syöttöjärjestelmä, tunnettu siitä, että värähtelyn vaimennin (11) on sovitettu ruiskutuspumpun (5) yhteyteen.