Sverige (83) Deposition av mikroorganism: ---

Transkript

1 ..G I s 7 4, x, <0 ( 12) Patentskrift (10) SE C2 2 t iz, tåt1 trt/ MIN G) z vl r-- tåtå7 (21) Patentansökningsnummer: elffil :-2> l ' _, (45) Patent meddelat: ,f s, i-3,--1, ' d 1-) (41) Ansökan allmänt tillgänglig: (22) Patentansökan inkom: (24) Löpdag: Sverige (83) Deposition av mikroorganism: --- (30) Prioritetsuppgifter: --- (51) Internationell klass: GO1P 3/487 ( ) GO1D 5/14 ( ) GO1D 5/20 ( ) FO1L 1/047 ( ) FO1L 1/46 ( ) FO2D 41/38 ( ) (73) Patenthavare: Scania CV AB Södertälje SE (72) Uppfinnare: Stefan Jonsson, Täby SE Anne-Lise Deraedt, Vicq FR (74) Ombud: Scania CV AB / Mimmi Westman Södertälje SE (54) Benämning: Anordning för mätning av rörelsen hos pumpkolvens rulle då den rör sig mot kamaxeln i ett insprutningssystem (56) Anförda publikationer: --- (47) Sammandrag: Uppfinningen avser en anordning för att mäta hastigheten hos en rulle som rör sig relativt en kamaxel. Rullen är monterad i nedre änden av en kolv vilken ingår i en högtryckspump för ett bränsleinsprutningssystem hos en förbränningsmotor (101). Rullen är magnetisk och inuti kolven, i anslutning till rullens lagring, är en magnetisk fältsensor placerad. Då rullen rör sig mot kamaxeln genereras en periodisk signal vilken kan jämföras mot kamaxelns rotation och glidning hos rullen kan detekteras

2 SAMMANFATTNING Uppfinningen avser en anordning för att mäta hastigheten hos en rulle som rör sig relativt en kamaxel. Rullen är monterad i nedre änden av en kolv vilken ingår i en 5 högtryckspump för ett bränsleinsprutningssystem hos en förbränningsmotor (101). Rullen är magnetisk och inuti kolven, i anslutning till rullens lagring, är en magnetisk fältsensor placerad. Då rullen rör sig mot kamaxeln genereras en periodisk signal vilken kan jämföras mot kamaxelns rotation och glidning hos rullen kan detekteras.

3 1 ANORDNING FÖR MÄTNING AV RÖRELSEN HOS PUMPKOLVENS RULLE DA DEN RÖR SIG MOT KAMAXELN I ETT INSPRUTNINGSSYSTEM TEKNISKT OMRÅDE 5 Uppfinningen hänför sig till en anordning för att mäta en rörelse samt en förbränningsmotor och ett fordon med en sådan anordning. Särskilt beskriver uppfinningen en anordning för att mäta hastigheten med vilken pumpkolvens rulle rör sig mot kamaxeln i insprutningssystemet på en förbränningsmotor på ett tungt fordon. 10 BAKGRUND Ett sätt att reducera utsläppen av emissioner från dieselmotorer är att spruta in bränslet med ett mycket högt tryck. För att tillhandahålla insprutning med ett högt tryck i en dieselmotors förbränningsutrymmen är det vanligt att används ett s.k. "Common Rail system". Ett Common Rail system innefattar en högtryckspump som 15 pumpar bränsle med ett högt tryck till en ackumulatortank (Common Rail). Trycket i ackumulatortanken kan under drift vara inom området 250 bar till 1600 bar. Bränslet i ackumulatortanken är avsett att fördelas till samtliga cylindrar i förbränningsmotorn. Bränslet från ackumulatortanken sprutas in i de respektive cylindrarnas förbränningsutrymmen medelst elektronisk styrda insprutningsorgan. 20 Insprutningsorganen innefattar insprutningsventiler som ska kunna öppna och stänga mycket snabbt. Insprutningsorganen styrs av en elektrisk styrenhet som väsentligen kontinuerligt beräknar den mängd bränsle som ska tillföras till de respektive cylindrama med information från olika motorparametrar såsom bl.a. motorbelastning och varvtal. 25 Högtryckspumpen är en kolvpump där pumpkolven styrs genom att en rulle, lagrad på en axel i pumpkolvens nederkant, ligger an mot kammarna i en kamaxel. Högtryckspumpen har en egen kamaxel som oberoende av förbränningsmotoms kamaxel kan styra trycket i ackumulatortanken. Detta ger möjlighet att insprutning av bränsle kan ske vid behov och flera gånger per takt vilket bidrar till en tystare och 30 jämnare gång hos förbränningsmotorn samt medför fördelar emissionsmässigt.

4 2 För att högtryckspumpen ska fungera optimalt krävs att anliggningen mellan rullen och kamarna är perfekt. Förbränningsmotom smörjs och kyls kontinuerligt under drift med hjälp av olja. Under drift av motorn utsätts oljan för höga temperaturer vilket påverkar den negativt genom att den blir sur och korrosiv. Den axel som rullen är 5 lagrad på är vanligen tillverkad av mässing och då den utsätts för degenererad olja så korroderar den och dess diameter ökar. Rullen kommer då inte att rotera fritt kring axeln och glidning mellan rullen och kamaxeln uppstår. Detta medför ett slitage på kamaxelns kammar vilket så småningom kan leda till att de går sönder och insprutningen till motorn påverkas negativt. 10 US2008/ beskriver en magnetisk sensor som kan användas för att mäta rotationshastigheten hos en axel i ett fordon. Sensom är skrymmande och fristående ifrån de av fordonets komponenter som ska mätas. En sådan sensor är omöjlig att utnyttja där utrymmet är begränsat. Det finns således ett behov av en förbättrad och mindre skrymmande sensor som 15 kan mäta hastigheten av en rulle mot en axel för att kunna detektera glidning. SYFTE MED UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som löser de problem som återfinns hos den kända tekniken. Särskilt syftar uppfinningen till en anordning för att mäta hastigheten hos rullen i en kolvpump i ett insprutningssystem till en 20 förbränningsmotor för att kunna detektera glidning hos rullen. SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Genom uppfinningen löses ovan nämnda problem genom en anordning enligt patentkrav 1. I och med att rullen görs magnetisk så kan mätningen av rullens hastighet göras 25 direkt på en av de i kolvpumpen ingående komponenterna. Antalet komponenter som tillförs kolvpumpen för att kunna utföra mätningen blir därmed få. Detta är fördelaktigt då det tillgängliga utrymmet är mycket begränsat. Ingen bearbetning av rullens yta krävs heller vilket medför att kontaktytan mellan rullen och kammarna är oförändrad. Ingen påverkarn av smörjningen hos rullen sker heller. Genom att placera senorn 30 inuti kolvpumpen i anslutning till kolpumpens urtag, så erhålls en kompakt installation

5 3 av sensorn, som kräver minimal påverkan på kolvpumpens övriga komponenter. Därmed blir anordningen enligt uppfinningen billig och enkel att installera. Enligt en utföringsform av uppfinningen är sensorn en magnetisk fältsensor. Enligt en annan utföringsform är sensorn en Hall-sensor. Det är en vanlig typ av 5 magnetisk fältsensor som är lätt att få tag på. Hall-sensorer är också tillräckligt små för att få plats i det begränsade utrymme som finns i pumpkolven. Mätvärdet hos en Hall-sensor är inte beroende av rullens rotationshastighet utan lika bra signaler uppfattas oavsett hur snabbt rullen roterar. Enligt ytterligare en utföringsform har rullen magnetiserats före montering. Genom att 10 lägga på ett givet magnetfält på rullen så säkerställs att mätsignalema blir tillräckligt starka för att kunna mätas och risken för att rullen har ett för svagt magnetfält minskar. Enligt en utföringsform är sensorn ansluten till en styrenhet som är anordnad att i beroende av den avkända signalen, identifiera glidrörelse hos rullen. Då styrenheten 15 detekterat glidning hos rullen kan till exempel en handhavare eller en servicetekniker uppmärksammas på det och vidta åtgärder för att förhindra vidare slitage. Enligt ännu en utföringsform ingår uppfinningen i ett bränsleinsprutningssystem av common rail typ hos en förbränningsmotor, och kolvpumpen utgörs av en högtryckspump. Därigenom kan uppfinningen användas för att upptäcka slitage på 20 kamaxelns kammar som uppstår då rullen glider mot dem och inte endast rullar. Bränsleinsprutningssystemet får då en högre driftsäkerhet. Uppfinningen avser också en förbränningsmotor med en anordning enligt uppfinningen, samt ett fordon med en sådan förbränningsmotor. FIGURFÖRTECKNING 25 Figur 1 visar schematiskt ett fordon enligt uppfinningen. Figur 2 visar schematiskt insprutningssystemet för en motor enligt uppfinningen. Figur 3 visar schematiskt en högtryckspump för bränsleinsprutningen enligt uppfinningen.

6 4 Figur 4 visar schematiskt en perspektivvy av en pumpkolv enligt uppfinningen. Figur 5 visar schematiskt en vy underifrån av en pumpkolv enligt uppfinningen, med en sensor monterad. Figur 6 visar schematiskt en rulle enligt uppfinningen. 5 Figur 7 visar en mätsignal för rullens hastighet. Figur 8 visar en mätsignal för rullens hastighet då glidning uppstått. DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar schematiskt ett fordon 100 med en förbränningsmotor 101 enligt uppfinningen. På figuren är fordonet visat som en tung lastbil, men uppfinningen kan 10 även användas på andra typer av fordon, t ex anläggningsbilar och bussar, eller fristående motorer som t ex i reservkraftanläggningar eller på fartyg. Figur 2 visar ett insprutningssystem för att spruta in bränslet med ett mycket högt tryck i en förbränningsmotor i form av en schematiskt indikerad dieselmotor 101. Genom att spruta in bränslet med ett mycket högt tryck reduceras utsläppen av 15 emissioner från dieselmotorn 101. Insprutningssystemet innefattar en bränsleledning 102 för att tillföra bränsle från en bränsletank 103 till dieselmotorns 101 cylindrar. En bränslepump 104 är anordnad i bränsleledningen 102 för att transportera bränsle från bränsletanken 103, via ett filter 105, till en högtryckspump 106. Högtryckspumpen 106 är anpassad att trycksätta bränslet så att det med ett högt 20 tryck matas in i en ackumulatortank 107 som utgörs av en s.k. Common Rail. Insprutningsorgan 108 är anordnade i var och en av förbindningama mellan ackumulatortanken 107 och förbränningsmotorns 101 respektive cylindrar. Var och en av insprutningsorganen 108 innefattar en tryckförstärkare 108a för att möjliggöra insprutning av bränslet medelst en insprutningsventil 108b med ett ännu högre tryck 25 p2 än det tryck pi som råder i ackumulatortanken 107. En elektrisk styrenhet 109 är avsedd att styra driften av bränslepumpen 104, högtryckspumpen 106 och insprutningsorganen 108. Den elektriska styrenheten 109 kan utgöras av en datorenhet som är försedd med en lämplig programvara 109a för att tillhandahålla en sådan styrning. En trycksensor 107a är monterad i ackumulatortanken 107 för att

7 5 avkänna det rådande trycket pi i denna och sända en signal till styrenheten 109 med information om avkända tryckvärden. Under drift av dieselmotorn 101 mottar styrenheten 109 väsentligen kontinuerligt styrsignaler avseende motorparametrar såsom, exempelvis, belastning och varvtal. 5 Med hjälp av denna information beräknar styrenheten 109 den mängd bränsle som behöver tillföras till dieselmotorns 101 cylindrar. Styrenheten 109 mottar även information avseende det momentana trycket pi i ackumulatortanken 107 från trycksensorn 107a och den kan därmed uppskatta det andra trycket 13 2 med kännedom om tryckförstärkarens 108a egenskaper. Med bl.a. denna information kan 10 styrenheten 109 reglera insprutningsventilerna 108b så att de öppnar och stänger vid tidpunkter så att en önskad mängd bränsle med det andra höga trycket 132 kan sprutas in i dieselmotorns 101 respektive cylindrar. I figur 3 visas högtryckspumpen 106 i detalj. Högtryckspumpen är försedd med tre i rad anordnade cylindrar varav figur 3 endast visar en cylinder. För sin drivning har 15 högtryckspumpen 106 en kamaxel 12 med tre kammar 14, 14, 14 vilka var och en har två motsatta kamnockar 16, 16. Varje kam 14 står i kamingrepp med vardera en pumpkolv 18 (endast en visas) som är förskjutbart lagrad i ett cylinderlopp 24 i ett pumphus 22. Ovanför varje pumpkolv 18 är avgränsad en pumpkammare 26 i cylinderloppet 24. I pumpkammaren 26 finns en ej visad fjäder som ligger an mot 20 pumpkolven 18 och den övre änden av pumpkammaren 26. Fjädern trycker på pumpkolven 18 så att den hela tiden ligger an mot kamaxelns 12 kammar 14. Varje pumpkammare 26 har ett inlopp 28 och ett utlopp 32. I anslutning till inloppet 28 och utloppet 32 finns ventiler 30 resp. 34 för dosering av bränsle till och från pumphuset Bränsle matas till högtryckspumpen 106 via en matarpump 104 från bränsletanken 103 genom en inloppsledning 102. Bränslet matas därefter under högt tryck ut ur bränslepumpen 106 till dieselmotorn 101 via en utloppsledning 46. Bränslepumpens 106 kamaxel 12 drivs av en utgående axel 52 hos förbränningsmotorn 50 via en drivtransmission 60 som typiskt innefattar en ej närmare visad kuggväxel I figur 4 visas en pumpkolv 18 enligt uppfinningen. Pumpkolven 18 är ihålig och vid ungefär halva sin höjd avdelad men en inre vägg 185. I den inre väggen 185 finns en öppning 186 genom vilken olja kan flöda för att smörjning. I pumpkolvens 18

8 6 mantelyta finns ett urtag 181 i ovankant vilket övergår i ett dike 187 i den inre ytan av pumpkolvens 18 mantelyta. Diket 187 fortsätter längs den inte väggen 185 och avslutas i ett hål 182 vilket leder genom den inre väggen nederkant av pumpkolven 18 finns urtag 183 i vilka en rulle 19 är lagrad på en axel 191 (se figur 5 3). 1 figur 5 visas pumpkolven 18 enligt uppfinningen underifrån. En sensor 184 är anordnad i anslutning till urtagen 183. Sensorn 184 kommer därmed nära rullen 19 och kan mäta den periodiska signal som uppstår då den magnetiska rullen 19 roterar. 10 När sensorn monteras dras kablarna genom urtaget 181, vidare i diket 187 och genom hålet 182 så att sensorn kan monteras i anslutning till urtagen 183. Det är av stor vikt att kablarna till sensorn 184 monteras på ett sådant sätt att de inte skadas under pumpkolvens 18 rörelse i pumphuset 22. Därför är det önskvärt att diket 187 görs så djupt som möjligt och att kablarna fästs noga med till exempel lim eller tejp. 15 Rullen 19 visas närmare i figur 6. Rullen 19 är formad som en cirkulär cylinder med ett genomgående hål 192 i vilket axeln 191 införs vid montering. Rullen 19 är tillverkad av ferromagnetiskt material och har ett visst magnetfält redan vid tillverkningen. Det här magnetfältet skiljer sig dock mellan olika tillverkningsbatcher och kan vara mycket svagt. För att säkert veta vilket magnetfält rullen 19 har så 20 magnetiseras den på känt sätt innan den monteras på pumpkolven 18 genom att ett visst, bestämt magnetfält läggs på rullen 19. Vid magnetiseringen läggs ett yttre magnetfält på rullen 19 och materialet i rullen 19 kommer då att bibehålla ett visst magnetfält efter att det yttre fältet lagts av. Då det yttre magnetfältet är känt är också det magnetfält som rullen 19 kommer att ha kvar, efter att det yttre magnetfältet lagts 25 av, känt. Rullen 19 kan vara tillverkad av låglegerat stål med minst 0,98% C och 1,30%-1,60% Cr och kan därför fungera som en permanentmagnet. Även andra legeringar och magnetiseringsmetoder är möjliga. Det centrala för uppfinningen är att rullen 19 kan förses med ett givet magnetfält som den bibehåller under sin livslängd. 30 När rullen 19 rör sig mot kamaxelns 12 kammar 14 kommer dess magnetfält ge upphov till en periodisk signal, se figur 7. Till exempel kan Sensorn 184 skicka

9 mätsignalen till styrenheten 109. Då rullen rör sig mot kamaxeln utan att glida är signalen kontinuerlig, vilket i figur 7 visas som en regelbunden sinuskurva 701. I figur 7 visas amplituden av det uppmätta magnetfältet på y-axeln och tiden på x-axeln. Om glidning däremot uppstår kommer spikar 801 att uppstå i signalen vilket visas i 5 figur 8.!figur 8 visas amplituden av det uppmätta magnetfältet på y-axeln och tiden på x-axeln. Om glidning detekteras kan styrenheten vara anordnad att avge en motsvarande signal till ett indikeringsorgan, exempel att en varning skickas till föraren genom att ett meddelande tänds på informationsklustret. Alternativt kan styrenheten innefatta ett minne som lagrar informationen om glidningen och som kan 10 avläsas som en felkod då motorn är på verkstad. Med uppfinningen erhålls en anordning för att detektera slitage på kamaxeln hos en högtryckspump i ett insprutningssystem hos en förbränningsmotor. Genom att magnetisera den rulle hos kolvpumpen som ligger an mot kamaxeln och mäta den periodiska signal som därmed uppstår, kan glidning mellan rullen och kamaxeln 15 detekteras. Signalen kan behandlas av en styrenhet som kan uppmärksamma en förare eller en servicetekniker på att glidning uppstått så att problemet kan åtgärdas innan kammarna på kamaxeln gått sönder, eller att annan skada uppkommit i kontakten mellan pumpkolven och kamaxeln. Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna 20 utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

10 8 PATENTKRAV 1. Anordning för en kolvpump innefattande ett pumphus (22), 5 en pumpkolv (18) vilken är förskjutbart anordnad i ett cylinderlopp (24) i pumphuset (22), och i sin nedre ände uppbär en roterbart lagrad rulle (19) vilken anligger mot en kam (14) på en kamaxel (12) för att vid drift åstadkomma fram- och återgående pumprörelse hos pumpkolven (18), vilken rulle (19) är roterbart lagrad på en axel (19) anordnad i 10 pumpkolvens (18) nedre ände kännetecknad av att rullen (19) är magnetisk och att en sensor (184) är monterad inuti pumpkolven (18) vilken sensor avkänner magnetfältet hos den roterande rullen. 2. Anordning enligt krav 1 kännetecknad av att sensorn (184) är en Hall- 15 sensor. 3. Anordning enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att rullen (19) har magnetiserats före montering. 4. Anordning enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att sensorn (184) är ansluten till en styrenhet (109) som är anordnad att i 20 beroende av den avkända signalen, identifiera glidrörelse hos rullen. 5. Anordning enligt krav 4 kännetecknad av att styrenheten (109) är anordnad att avge en signal om glidrörelse hos rullen (19) detekterats. 6. Anordning enligt något av ovanstående krav kännetecknad av att anordningen ingår i ett bränsleinsprutningssystem av common rail typ 25 hos en förbränningsmotor (101) och att kolvpumpen utgörs av en högtryckspump (106). 7. Förbränningsmotor (101) kännetecknad av att den innefattar en anordning enligt något av ovanstående krav.

11 8. Fordon (100) kännetecknad av att den innefattar en förbränningsmotor (101) enligt krav 7. 9

12 1/ Fig. 1 Fig. 2

13 2/4 Fig. 3

14 185 3/ Fig. 4 Fig Fig. 6

15 4/ ,1 I\ U..9 V d V -0,40-0,30-0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,5) Fig k -0,40-0,30-0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 Fig. 8