NO335532B1 - Doseringssystem - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet et doseringssystem for sylindersmøreolje for store dieselmotorsylindre, feks. marine motorer. Dette systemet har et tilførselsrør og et returrør tilveiebragt med hver sin ventil (3, 27), og hvilke er forbundet med en sentral tilførselspumpe. Dette innbefatter et antall injeksjonsenheter som er forbundet med nevnte rør. Hver enhet består av en injeksjonsdyse for injeksjon av forstøvet sylindersmøreolje inn i en tilhørende sylinder, et stempel (1) tilveiebragt ved den bakerste delen av dysestangen, og en regulerbar motor (37) som via en skrue (33) er forbundet med stempelet (1) for derved å justere pumpeslaget til stempelet (1). Videre innbefatter systemet en sentral datamaskin for regulering av ventilene (3, 27) og motoren (37) slik at det oppnås en nøyaktig regulering av mengden olje og en nøyaktig tidsstyring.

Description

Doseringssystem

Foreliggende oppfinnelse vedrører et smøresystem for store dieselmaskiner hvor sylindersmøreoljen påføres på sylinderoverflaten via et antall dyser som en tåke med oljedråper. Et system av denne typen er kjent fra f.eks. WO 02/28194.

Oljetilførselen til de individuelle dysene skjer ved hjelp av et konvensjonelt tidsstyrt smøreapparat hvorfra små stempelpumper sender ut porsjonerte porsjoner av olje ut til hver dyse via en ventil.

Et smøreapparat tilfører en maskinsylinder, eller en gruppe maskinsylindre og blir ofte drevet direkte av dieselmaskinen og synkront med denne når de nevnte oljeporsjonene skal doseres til sylinderoverflaten med tidsstyring, det vil si ved visse tidspunkter. Smøreapparatet er vanligvis plassert i en viss avstand fra hvert individuelle smørepunkt. I meget lange rør, vil komprimerbarheten til oljen ha en avgjørende påvirkning på presisjonen til doseringen. Selv om erfaringer med systemet har vist at med rør i lengder opp til 6-7 meter, synes det ikke å opptre noen store avvik til doseringspresisjonen, er det allikevel en fordel med så korte rørlengder som mulig mellom enheten som bestemmer doseringsmengden og tidsstyringen og doseringspunktene på sylinderveggen.

Ikke alle dieselmotorer muliggjør en direkte mekanisk drift av smøreapparatet synkront med omdreiningstallet. Videre er det et økende behov for en fleksibel og enkel tilpasning av den doserte mengden sylindersmøreolje for det aktuelle umiddelbare behovet til motoren, avhengig av diverse målbare motorparametre. Det er også ønskelig å kontinuerlig tilpasse tidsstyringen i henhold til den aktuelle driftssituasjonen på en fleksibel måte. Alle disse tilpasningene skal fortrinnsvis kunne reguleres sentralt.

Drift av smøreapparatene synkront med motorens omdreiningstall er mulig elektronisk, men er omfattende og kostbart. Tidsstyringen kan endres umiddelbart med et slikt system.

Siden sylindersmøreoljen skal doseres med en porsjon pr. motoromdreining, er den eneste muligheten for å justere doseringen å endre slaget til pumpene. Et system for dette er beskrevet i DK patent søknad nr. 4999/85. Dette systemet bruker en kammekanisme for å justere pumpeslaget avhengig av motorbelastningen. Endring av denne avhengigheten kan kun skje ved å bytte ut kammene med nye kammer med en annen transformasjonsfunksjon.

Fra WO 92/20909 er det kjent et doseringssystem for sylindersmøreolje for sylindre for store dieselmotorer. Fra denne publikasjonen er det også kjent at et tilførselsrør og et returrør er tilveiebragt med hver sin ventil.

Lignende systemer er også kjent fra DE 3044255, CH 673506 og GB 1285651.

Det har også blitt foreslått å regulere pumpeslaget ved hjelp av en regulerbar motor, f.eks. en trinnmotor. Dette har blitt brukt for punktsmøring men sistnevnte er vanskelig å implementere i forbindelse med konvensjonelle smøreapparater.

I forbindelse med tradisjonell sylinderveggsmøring, har det inntil nå vært praksis å anvende fjærbelastede kontrollventiler som kan motstå det indre trykket i sylinderen, men som gir en litt høyere eksternt injeksjonstrykk. I forbindelse med oppfinnelsen er det ønskelig og nødvendig at ventilsystemet kun åpner ved et langt høyere oljetrykk slik at oljeinjeksjonen fra begynnelsen kan anta karakteren til en forstøvningsinjeksjon. Det vedrører en trykkdifferansefaktor opp til flere hundre prosent.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system for sprøytesmøring av sylindre i store dieselmotorer hvorved det er mulig å oppnå en fleksibel sentral regulering av pumpeslag og derved mengden av olje i tillegg til nøyaktig regulering av tidsstyringen.

Dette blir oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse med et doseringssystem med et tilførselsrør og returrør hver tilveiebragt med sin ventil og forbundet med en sentral tilførselspumpe, og med et antall injeksjonsenheter tilsvarende antallet sylindre i motoren og forbundet med rørene, hvor hver enhet innbefatter - en injeksjonsdyse for injeksjon av forstøvet sylindersmøreolje inn i en tilhørende sylinder,

- et stempel anbragt ved den bakre enden av en dysestang, og

- en regulerbar motor som støter opp mot stempelet via en skrue for derved å regulere pumpeslaget til stempelet, hvilket system også innbefatter: - en sentral datamaskin for regulering av ventilene og motoren.

Med dette systemet kan slagene enkelt reguleres ved innstilling av den regulerbare motoren. Dette gjøres sentralt av datamaskinen fra mottatte data om motorens driftsparametre. Med systemet i henhold til oppfinnelsen er det derved mulig at driftsparametrene til motoren blir omdannet til endring av tidsstyringen og mengden av dosert sylindersmøreolje. Denne oljen kan doseres ved det ønskede tidspunkt i motorens driftssyklus. Siden det injisere en spray, muliggjøres det en spesielt effektiv smøring av maskinen.

I en sylinder kan det være en eller flere smøreenheter. Vanligvis vil antallet injeksjonsenheter være multipler av antallet sylindre.

I henhold til en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen, er systemet spesielt ved at dyser innbefatter en sylindrisk dysestang for anbringelse gjennom et hull i sylinderveggen, hvilken dysestang haren sentral kanal foret nåleventillegeme som er fjærbelastet i retning utover for lukking av et indre ventilsete i et dyseutløp til dysestangen, og en andre aksiell kanal for kontrollert tilførsel av trykksatt olje til et fremre trykkammer hvori den trykksatte oljen kan utøve en bakoverpressing av nåleventillegemet for åpning av det indre ventilsetet såvel som en overtrykksinjeksjon av olje gjennom den derved åpnede dysen inntil oljetrykket er redusert for effektiv lukking av nåleventilen, hvor den sentrale kanalen utgjøres av en ringformet sylindrisk rom mellom en ytre rørformet sylindrisk dysestang og et sentralt plassert gjennomgående rør for sentral plassering av nåleventillegemet.

I henhold til oppfinnelsen anvendes det en ventilkontrollert injeksjonsdyse for injeksjon av sylindersmøreolje inn i store dieselmotorsylindre. Herved oppnås det en ønsket forstøvning siden det opereres med et langt høyere injeksjonstrykk enn dersom smøreoljen kun strømmer inn gjennom smørehullene i sylindrene.

Enkelte dyseventiler, som skal arbeide under tilsvarende betingelser, er allerede kjent, nemlig forskjellige injeksjonsenheter for brennstoff til motorsylindre, men disse tidligere kjente anordningene vedrører ikke injeksjon av sylindersmøreolje og de er ikke umiddelbart tilpasset for denne hensikt siden de vil være anordnet under andre monteringsbetingelser enn de som tilsvarer innføring gjennom en sylindervegg.

I forbindelse med oppfinnelsen er det imidlertid funnet attraktivt å basere den nye ventilen på visse basistrekk fra disse tidligere kjente brennstoffventilene, nemlig primært med henvisning til deres utseende som runde stenger med en sentral kanal for å motta et ventillegeme med en fremre nåleventil for samvirke med et ventilsete meget nært den ytre dyseåpningen, og med en kompresjonsfjær beliggende bak for å føre ventillegemet og nålen mot setet, og med en væskekanal for å lede trykksatt fluid til et trykkammer foran ventillegemet, slik at dette, og derved ventilnålen, blir skjøvet tilbake når det nødvendige trykket er påført til væsken. Derved vil dysen kun åpnes når det høye trykket er dannet, det vil si en forstøvning av væsken kan skje umiddelbart fra begynnelsen av ventilåpningen og inntil det høyere væsketrykket er redusert så mye eller så lite at trykket ikke lenger kan overvinne virkningen fra den nevnte kompresjonsfjæren, det vil si forstøvningen vil stanse brått mens det fremdeles er et høyt trykk på væsken. Fra nevnte trykkammer vil det komme en liten lekkasje av væske bakover som derved kan tømmes ut gjennom den sentrale kanalen.

De angjeldende brennstoffventilene kan uten noen vanskeligheter i prinsippet fremstilles og plasseres i sylinderhodene til maskinen med den nødvendige dimensjoneringen av ventilstengene. Her er en avgjørende betingelse at det ved dette arrangementet er et tilstrekkelig rom for disse stengene til å fremstå med den nødvendige tverrsnittstørrelsen for å etablere den nevnte sentrale kanalen og den væsketilførende kanalen parallelt med denne, hvor brennstoffventilene har en vesentlig tykkelse.

I forbindelse med ventiler for sylinderveggsmøring, er det avgjørende at ventilstangdiameteren er minimalisert slik at, spesielt i eksisterende motorsylindre, det ikke skjer noe gjennombrudd med "smørehuN" større enn det som er forutsatt tillatt, og disse hullene er i praksis betydelig mindre enn hullene som er tilveiebragt i sylinderhodene for gjennomføring av brennstoffventilene.

På denne bakgrunn vil det være fordelaktig å anvende samme teknikk for sylinderveggsmøringen, ved at væsketilførselskanalen her kan være betydelig smalere som en konsekvens av at den nødvendige væsketilførselen her kun vil utgjøre en mindre fraksjon av brennstoffstrømmen slik at dette vil være til fordel for en liten diameter til ventilstangen. I praksis er ofte problemet imidlertid at det er meget vanskelig å fremstille en meget tynn kanal gjennom et relativt langstrakt stanglegeme, spesielt når denne kanalen skal anbringes på utsiden av den sentrale kanalen i stanglegemet. En direkte anvendelse av kjent teknikk vil derved medføre enten en urealistisk kostbar fremstilling av en smalt stanglegeme eller en uakseptabel stor tykkelse til stanglegemet.

Ved oppfinnelsen er det nå oppnådd at det kan gjøres en radikal forandring av disse forholdene ved at den desentraliserte

væsketilførselskanalen er anordnet som en ringformet kanal rundt den sentrale kanalen som et eller flere aksielle spor, henholdsvis i området mellom et sentralt indre rør og et omgivende stangrør. Ved en slik oppdeling i to rør, kan det uten noen vanskelig skjæreoperasjon, tilveiebringes en smal kanal som kan oppta minimal plass i radialretningen, og i praksis har det vist seg mulig å anpasse dyseventilene med en så liten tykkelse allikevel at det er fullstendig anpasset for den spesiell hensikten beskrevet her.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert under med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et system i henhold til oppfinnelsen med tre injeksjonsenheter, Fig. 2 viser en delvis snitt i forstørret skala langs linjen I I-l I i fig. 1 av en injeksjonsenhet, Fig. 3 viser et delvis snitt gjennom en ytterligere utførelsesform av en ventil for bruk i en doseringsenhet.

Systemet i henhold til oppfinnelsen i fig. 1 er vist som en installasjon med tre injeksjonsenheter/ventiler, men antallet er ikke begrenset til tre. Injeksjonsenheten innbefatter en doseringsenhet montert direkte på hver enkelt ventil.

Doseringsventilen, mer detaljert vist i fig. 2, består av et stempel 1 som kan ha et differensialstempel som vist. Stempelet holdes mot venstre av en fjær 1' når systemet er uten trykk. Når ventilen 3 er åpnet, blir kammeret 5 tilført med trykksatt olje fra en pumpe, som ikke er vist her, via trykkrøret 17, hvorved stempelet beveger seg mot høyre og oljen fortrengt av den høyre enden av stempelet ledes gjennom trykkventilen 7 via kanalene 9, 24 og 28 til kammeret 30 vør dysenålen 18 og videre gjennom dysekanalen 12 til dysen 11. Funksjonen til disse ventilene blir beskrevet nærmere under.

Lekkasjeolje fra ventilen blir ledet gjennom kanalene 13,15 og 21

til returrøret 23. Kammeret 25 rundt fjæren 1' er i konstant forbindelse med returrøret 23 via hullet 19, slik at det varierende oljevolumet i dette kammeret 25 ikke forstyrrer funksjonen. Når stempelet 1 har nådd sin bunnposisjon, åpnes ventilen 27 og ventilen 3 lukkes. Herved bli kammeret 5 forbundet med returrøret 28, fjæren V vil presse stempelet 1 tilbake til sin ytterste venstre posisjon, og kammeret 5 blir tilført med ny olje via sugeventil 31 i stempelet 1. Sugeventilen er ikke nødvendigvis plassert i stempelet 1.Pumpeslaget bli justert med skruen 33 som blir dreid av en regulerbar motor 37.

Åpning og lukking av ventilene 3 og 27 og regulering av motoren 37 kan skje sentralt fra en datamaskin (ikke vist) som mottar driftsparametre fra motoren og omdanner disse til endringer av henholdsvis tidsstyring og pumpeslag.

Den beskrevne doseringsenheten må nødvendigvis ikke være montert på hver enkelt dyseenhet, men kan f.eks. være montert sammensatt med doseringsenhetene for andre dyseenheter for en sylinder slik at slagjusteringen kan utføres med en enkelt motor 37 for alle doseringsenhetene. Doseringsenheten er da forbundet med ventilene i sylinderveggene ved hjelp av rørforbindelser. Siden doseringsenhetene var små sammenlignet med et konvensjonelt smøreapparat, kan doseringsenheten koblet sammen være montert på ethvert sted når smørepunktene uten å være gjenstand for begrensningene forbundet med de store, konvensjonelle smøreapparatene. Herved kan de nødvendige rørforbindelsene mellom doseringsenheten og ventilene fremdeles holdes forholdsvis korte.

Enheten vist i fig. 3 innbefatter et langstrakt, tynt ytre rør 2 som er tilsiktet for innføring i en tverrgående boring 4 vist med stiplede linjer i en sylindervegg, som er avgrenset mellom stiplede buede linjer 6a og 6b. Ved den indre veggen 6a til sylinderen, ender dette røret med en innsatt dyseplugg 8 som har sin munning i et dysefremspring 10 med en ytre skrånende dysekanal 12 for forstøvning av trykksatt olje som tilføres via en sentral adkomstkanal 14.

I denne kanalen 14, er et ytre endeparti 16 til en ventilnål 18 huset, nålen 18 blir aksielt ledet i et blokkparti 20 festet til et indre rør 22 som strekker seg ut gjennom hele det ytre røret 2 ved en viss radiell avstand fra dette, slik at en sylindrisk ringformet kanal 24 blir avgrenset mellom disse rørene- Denne ringformede kanalen brukes til å lede trykksatt olje fra et forbindelseshus 26 rett utenfor den ytre veggen 6b til motorsylinderen til blokkpartiet 20 i hvilket det er dannet skrånende kanaler 28 som kan lede den trykksatte oljen nedover og fremover for kommunikasjon med kammeret 30 foran en fortykkelse 32 på ventilnålen 18. herved vil den tilføres oljen undertrykk utvise en tilbaketrykkskraft på ventilnålen.

Ved den bakre ende støter ventilnålen 18 på en kompresjonsfjær 32 som er innleiret i det indre røret 22 og understøttet ved den fremre enden av en sylindrisk glider 34 som langsgående glir i det indre røret 22 hvori det kan justeres til og fra ved hjelp av en skrue 36 ved den bakre enden av blokkpartiet 26, hvor skruen er i stand til å roteres ved hjelp av en motor 37. Glideren 34 holdes igjen mot rotasjon ved hjelp av en føring 35. Den sylindriske kanalen 24 i blokkpartiet 26 er forbundet med en radiell kanal 38 som for forbundet via et filter 40 til en rørforbindelse 42 for trykksatt olje. Innsiden av det indre røret 22 er forbundet vie en kobling 44 med et andre rørkobling 46, nemlig for drenering av lekkasjeolje som kan penetrere tilbake fra området til dyseenden gjennom det indre røret hvor det ikke opptrer noen spesiell tetning.

Fjæren 32 holdes under en passende forbelastning tilsvarende det ønskede åpningstrykket for ventilnålen, og når oljetrykket i koblingen 42 er bygget opp til dette nivået, vil ventilnålen bli presset et lite stykke bakover via oljetrykket på nålefortykkelsen 32, slik at ventilnålspissen forlater sin setekontakt ved enden av en smal kanal ut til dysekanalen 12 og vil derved helt fra starten av åpningen indusere høytrykk forstøvning av oljeutsprøytingen angitt 48 fra dysen. Denne situasjonen opprettholdes inntil det initieres en trykkreduksjon i den tilførte oljen hvorved forstøvningen ved dysen stanser brått.

Det vil kunne innses at hele rørpartiet kan opptre med en relativt liten diameter, at tilførsels og utløpskanalene for henholdsvis trykksatt olje og ledeolje, ikke krever noen spesiell kutteoperasjon, bortsett fra de ytre skrånende kanalene 28, at fjæren 32 meget godt kan være anbragt i det indre røret 22, og at blokkpartiet 20 kan opptre med en liten størrelse blant annet på grunn av det faktum at det ikke inneholder fjæren 32.

I fig. 3 er dysen vist med en radiell orientering gjennom sylinderveggen 6a, 6b. Alternativt kan dysen være orientert i en skrå vinkel i forhold til en radian. Dette avhenger av plassbetingelsene, materialtykkelse etc.

Det bør nevnes at tilførselen av trykksatt olje alternativt kan dannes via en eller flere langstrakte spor i enten det ytre røret 2 eller det indre røret 22, noe som vil innebære den samme forenklingen av produksjonen som tidligere diskutert.

Claims (8)

1. Et doseringssystem for sylindersmøreolje for sylindre for store dieselmotorer, f.eks. i marinemotorer, med et tilførselsrør og et returrør tilveiebragt med hver sin ventil (3, 27) og forbundet med en sentral tilførselspumpe, og med et antall injeksjonsenheter tilsvarende antallet sylindre i motoren og forbundet med rørene, karakterisert vedat hver av enhetene innbefatter: - en injeksjonsdyse for injeksjon av forstøvet sylindersmøreolje inn i en tilhørende sylinder, - et stempel (1) anbragt ved den bakre enden av en dysestang, og - en regulerbar motor (37) som støter opp mot stempelet (19 via en skrue (33, 36) for derved å justere pumpeslaget til stempelet (1), hvilket system også innbefatter - en sentral datamaskin for regulering av ventilene (3, 27) og motoren (37).

2. Et system i henhold til krav 1, karakterisert vedat dysen innbefatter en sylindrisk dysestang 12) for anbringelse gjennom et hull (4) i en sylindervegg, hvilken dysestang har en sentral kanal (14) for et nåleventillegeme (18) som er fjærbelastet i en retning utover for lukking av et indre ventilsete i et dyseutløp til dysestangen, og en andre aksiell kanal (24) for kontrollert tilførsel av trykksatt olje til et fremre trykkammer (30) i hvilket den trykksatte oljen utviser et bakoverrettet press på nåleventillegemet for åpning av det indre ventilsetet såvel som en overtrykksinjeksjon av olje gjennom den derved åpnede dysen inntil oljetrykket er redusert for effektiv lukking av nåleventilen, hvor den sentrale kanalen utgjøres av et ringformet, sylindrisk rom (24) mellom en ytre rørformet sylindrisk dysestang (2) og et sentralt anbragt gjennomgående rør (22) for sentral plassering av nåleventillegemet (18).

3. Et system i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat stempelet (1) er belastet av en fjær (1') som presser stempelet mot et oljetilførselskammer (5) når systemet er uten trykk.

4. Et system i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert vedat dysen (11) er tilveiebragt med en ytre, skrånende dysekanal 812).

5. Et system i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat injeksjonsdysen og den regulerbare motoren er anbragt konsentrisk om en felles akse.

6. Et system i henhold til hvilket som helst av kravene 2-5, karakterisert vedat fjæren (32) som virker på nåleventillegemet er støter opp mot en langsgående forskyvbar glider (34), hvis slag er bestemt av den regulerbare motoren (37).

7. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat glideren (34) holdes rotasjonsmessig fiksert av en føring (37).

8. Et system i henhold til hvilket som helst av kravene 2-7, karakterisert vedat fjæren (32) som virker på nåleventillegemet har en forbelastning tilsvarende det ønskede åpningstrykket for ventilnålen (18).