Ruiskutussuuttimen mittauspenkin suunnittelu ja kokoonpano

TIIVISTELMÄ: Puristussytytteisessä diesel- ja monipolttoainemoottorissa nestemäinen polttoaine ruiskutetaan palotilaan. Palotilassa suihku hajoaa ja leviää virtauksen sekä aerodynaamisten voimien vaikutuksesta. Ruiskutuksella on merkittävä vaikutus palamiseen ja siten moottorin päästöihin. Ruiskutustapahtuman kaikkia ilmiöitä ei tunneta aukottomasti. Ruiskutusta tutkimalla kyetään kehittämään ruiskutussuuttimen ominaisuuksia päästöjen vähentämiseksi. Tämän diplomityön tarkoitus oli tehdä tarkat suunnitelmat ruiskutussuuttimen mittauspenkkiä varten ja koota mittauspenkki käyttövalmiiksi. Mittauspenkki koostuu tukevasta teräspöydästä, johon on kiinnitetty ruiskutuslaitteisto, voimansiirto sekä sähkö- ja ohjausjärjestelmät. Mittauspenkin ruiskutustapahtumassa dieselpolttoainetta ruiskutetaan yhden ruiskutussuuttimen läpi maksimissaan 200 MPa paineella jatkuvana virtauksena. Ruiskutuksesta mitataan massavirta ja suihkun aiheuttama voima. Tarkat suunnitelmat tehtiin ruiskutuksen ohjausjärjestelmän, ruiskutuskammion sekä mittaustietojen tallennusjärjestelmän toteuttamiseksi. Ruiskutuspaine voidaan säätää ohjausjärjestelmällä portaattomasti. Voima-anturi tulee kohdistaa suihkuun tarkasti. Tätä varten suunniteltiin useaan suuntaan säädettävä ruiskutuskammio. Tulosten jälkikäsittelyä varten tehtiin mittaustietojen tallennusjärjestelmä, joka hankittiin valmiina ulkopuoliselta toimittajalta. Kun mittauspenkki saatiin käyttövalmiiksi, tehtiin koeruiskutuksia. Näin kyettiin varmistamaan mittauspenkin toimivuus. Saadut mittaustulokset olivat samansuuntaisia aikaisempien tutkimusten kanssa. Mittauspenkki toimii pääpiirteittäin suunnitellusti. Jatkotoimenpiteinä teknisillä parannuksilla sekä taajuusmuuttajan parametrien optimoinnilla on mahdollista saavuttaa laitteiston entistä vakaampi toiminta mittaustilanteessa. AVAINSANAT: Korkeapaineruiskutus, mittauspenkki, puristussytytteinen mootttori, ruiskutussuutin, yhteispaineruiskutus.ABSTRACT: In a compression ignited diesel or dual fuel engine, liquid fuel oil is injected into a combustion chamber. In the combustion chamber the fuel oil spray is atomized and spread further by the effects of flow and aerodynamical forces. The injection process has a significant effect to the combustion thus to the engine emissions. All the phenomena in the injection process are not completely known. Researching the injection event, injector performance can be improved resulting in less emissions from the engine. The purpose of this thesis was to make accurate plans for the injector test rig functions and accomplish the practical construction project. The injector test rig consists of injection equipment, drivetrain, electrical- and control units assembled on a solid table of steel. In an injection test session diesel fuel oil is injected through one injector as a constant flow with the maximum pressure of 200 MPa. At the injection test session, the fuel oil mass flow and the force resulted from fuel oil spray are measured. The accurate plans were made for creating an injection control system, an injection chamber, and a data acquisition system. The injection pressure can be steplessly adjusted by the injection control system. The force sensor needs to be aligned accurately to the fuel oil spray. For this purpose an injection chamber was developed. The injection chamber can be adjusted in several directions. For post-processing the measured data, data acquisition system was defined. The actual data acquisition system was acquired from a local supplier as a turn-key solution. After the test rig construction work was accomplished, test run sessions were held. This way the planned features of the test rig were confirmed to be functioning as expected. The recorded parameter values during the test session were aligned with the results of previous studies in the field. In broad outline the injector test rig is functioning as expected. As further development, technical improvements and frequency converter parameter optimization may result in even better equipment operational stability during the test sessions. KEYWORDS: Common rail injection, compression ignited engine, high pressure injection, injector nozzle, injector test rig