Jyrki Sorsa 

Ruiskutussuuttimen mittauspenkin suunnittelu ja 
kokoonpano 

 

 

 

 

 

 

 

 
  

Vaasa 2021 

Tekniikan- ja innovaatiojohtamisen yksikkö 
Diplomi-insinöörin tutkinto  

Energiatekniikka 



2 

 

Alkusanat 

Tämän diplomityön tarkoituksena oli saattaa toimintakuntoon aikaisemmissa diplomi-

töissä pääperiaatteiltaan suunniteltu ruiskutussuuttimen mittauspenkki. Mittauspenkillä 

voidaan tutkia polttoaineen virtausta ruiskutussuuttimessa. Ruiskutussuuttimen ominai-

suuksia parantamalla kyetään vaikuttamaan moottorin hyötysuhteeseen ja päästöihin. 

 

Periaatesuunnitelmat ja pääkomponenttihankinnat mittauspenkille tekivät Pekka Isola ja 

Mikko Salminen diplomitöidensä puitteissa. Heidän työnsä kuuluivat FLEXe-tutkimusoh-

jelmaan ja Hercules-2 projektiin. Näiden ohjelmien tavoitteena oli kehittää joustavia ja 

kestäviä energiateknologioita sekä parantaa laivojen moottoreiden tehokkuutta ja vä-

hentää moottoreiden päästöjä. 

 

Kiitän professori Seppo Niemeä monitahoisesta ja mielenkiintoisesta diplomityön ai-

heesta. Työn ohjaajana toimi tekniikan tohtori Jukka Kiijärvi ja kiitän häntä asiantunte-

vista neuvoista ja kommenteista työni edetessä. Kiitän myös Michael Klemtiä Robert 

Bosch Oy: ltä sekä Antti Kiikeriä ja Olav Nilssonia monista käytännön toimista ja neuvoista. 

Kiitokset myös Wärtsilän laboratorion henkilöille sekä Tommy Hjerpelle, joilta sain apua 

mittauksiin liittyvissä asioissa.  

 

 

Vaasa 28.4.2021 

  



3 

 

VAASAN YLIOPISTO 
Tekniikan- ja innovaatiojohtamisen yksikkö 

Tekijä: Jyrki Sorsa 
Tutkielman nimi: Ruiskutussuuttimen mittauspenkin suunnittelu ja kokoonpano 
Tutkinto: Diplomi-insinöörin tutkinto 
Oppiaine: Energiatekniikka 
Työn valvoja: Seppo Niemi 
Työn ohjaaja Jukka Kiijärvi 
Valmistumisvuosi: 2021 Sivumäärä:  80 

TIIVISTELMÄ: 
Puristussytytteisessä diesel- ja monipolttoainemoottorissa nestemäinen polttoaine ruiskute-
taan 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. Mittaus-
penkin 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 mittaus-
tietojen tallennusjärjestelmän toteuttamiseksi. Ruiskutuspaine voidaan säätää ohjausjärjestel-
mällä portaattomasti. Voima-anturi tulee kohdistaa suihkuun tarkasti. Tätä varten suunniteltiin 
useaan suuntaan säädettävä ruiskutuskammio. Tulosten jälkikäsittelyä varten tehtiin mittaus-
tietojen tallennusjärjestelmä, joka hankittiin valmiina ulkopuoliselta toimittajalta. 
 
Kun mittauspenkki saatiin käyttövalmiiksi, tehtiin koeruiskutuksia. Näin kyettiin varmistamaan 
mittauspenkin toimivuus. Saadut mittaustulokset olivat samansuuntaisia aikaisempien tutki-
musten kanssa. Mittauspenkki toimii pääpiirteittäin suunnitellusti. Jatkotoimenpiteinä teknisillä 
parannuksilla sekä taajuusmuuttajan parametrien optimoinnilla on mahdollista saavuttaa lait-
teiston entistä vakaampi toiminta mittaustilanteessa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

AVAINSANAT: Korkeapaineruiskutus, mittauspenkki, puristussytytteinen mootttori, ruisku-
tussuutin, yhteispaineruiskutus. 

  



4 

 

UNIVERSITY OF VAASA 
School of Technology and Innovations 

Author: Jyrki Sorsa 
Title of the Thesis: Design and assembly of an injector test rig 
Degree: Master of science in technology 
Programme: Energy technology 
Supervisor Seppo Niemi 
Instructor: Jukka Kiijärvi 
Year: 2021 Pages: 80 

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 re-
sulting 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 equip-
ment, 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, in-
jector nozzle, injector test rig. 

  



5 

 

Sisällys 

Alkusanat 2 

1 Johdanto 11 

2 Suunnittelu 13 

2.1 Lähtötilanne ja tavoite 14 

2.2 Turvallisuusnäkökohdat 14 

2.3 Suunnittelun eteneminen 17 

2.4 Lisätoimet 17 

3 Mittauspenkin kokoonpano 19 

3.1 Mittauspenkin komponenttien asettelu 19 

3.2 Mittauspenkin pöytätaso 20 

3.3 Sähkömoottorin asennus 21 

3.4 Korkeapainepiiri 22 

3.4.1 Korkeapainepumppu 23 

3.4.2 Painevaraajat 26 

3.4.3 Korkeapaineputket 27 

3.4.4 Ruiskutusventtiili 29 

3.4.5 Ruiskutusventtiilin adapteri 30 

3.5 Matalapainepiiri 31 

3.5.1 Ruiskutuskammio 32 

3.5.2 Ruiskutuskammion telakointiasema 35 

3.5.3 Ruiskutetun polttoaineen mittaussäiliö 38 

3.5.4 Polttoainesäiliö 38 

3.5.5 Polttoaineen siirto- ja syöttöpumppu 39 

3.5.6 Polttoaineen suodatusjärjestelmä 41 

3.6 Jäähdytysjärjestelmä 44 

3.6.1 Jäähdytystase 45 

3.7 Sähkömoottori 47 

3.8 Voimansiirto 48 



6 

 

3.8.1 Hihnapyörät 50 

3.8.2 Kiilahihnat 51 

3.9 Sähköjärjestelmä 52 

3.9.1 Taajuusmuuttaja 53 

3.9.2 Kytkentäkaappi 55 

3.9.3 Teholähteet 56 

3.9.4 Magneettiventiilit 58 

3.10 Ruiskutuksen ohjausjärjestelmä 59 

3.11 Mitta-anturit 61 

3.12 Signaalivahvistimet 63 

3.13 Mittaustiedon tallennusjärjestelmä 64 

4 Testaus 65 

4.1 Testausjärjestelyt 65 

4.2 Testaussuunnitelma 66 

4.3 Polttoaineanalyysi 67 

4.4 Tulokset 67 

5 Pohdinta 70 

6 Johtopäätökset 74 

7 Yhteenveto 76 

8 Lähdeluettelo 77 

  



7 

 

Kuvat 

Kuva 1. Suunnittelun vaiheet. 13 

Kuva 2. Mittauspenkin pääkomponenttien sijoittelu. 19 

Kuva 3. Mittauspenkki ilman laitteistoja. 20 

Kuva 4. Sähkömoottorin kiinnikkeet. 21 

Kuva 5. 1 korkeapainepumppu, 2 painevaraajat. 23 

Kuva 6. Bosch CP4 korkeapainepumppu: 1 nokka-akseli, 2 työsylinterit, 3 

MPROP-venttiili (Bosch, 2021). 24 

Kuva 7. Ensimmäinen painevaraaja: 1 Tuloportit. 2 Suljetut lähtöportit. 3 

Lähtöportti jälkimmäiselle painevaraajalle. 27 

Kuva 8. Korkeapaineputkien kiinnitysperiaate: Kartio 60°, M14x1,5 

sisäkierteinen pyörömutteri. 28 

Kuva 9. Ruiskutusventtiili. 29 

Kuva 10. Ruiskutusventtiilin adapteri (Isola, 2017). 31 

Kuva 11. Ruiskutuskammio, voima-anturin mittapää sijoitettuna 

ruiskutuskammion sisään. 34 

Kuva 12. Ruiskutuskammio, voima-anturin mittapää ruiskutuskammion 

ulkopuolella. 1 O-rengas, pidin. 2 O-rengas, ovaali. 3 O-rengas, ruiskutusventtiili. 

4 Päätytiiviste, voima-anturin pidin. 5 O-rengas, työntötanko. 6 O-rengas, 

voima-anturin pidin. 7 Usit-tiiviste, poistoaukko. 8 Korotuskiila. 9 Voima-anturi.

 36 

Kuva 13. Telakointiasema: 1 Ruiskutuskammio. 2 Kammion pidin. 3 

Poistokanava. 4 Paineanturi. 37 

Kuva 14. Polttoaineen siirtopumppu. 40 

Kuva 15. Bosch CP4: 1 polttoaineen syöttöpumppu, 2 korkeapainepumppu. 41 

Kuva 16. Polttoaineensuodatus: 1 Esisuodatin. 2 Pääsuodatin. 3 Kiristinrengas. 

4 Käsipumppu. 5 Syöttöpumpun painemittari. 43 

Kuva 17. Jäähdytysjärjestelmän yksinkertaistettu kaavio. 45 

Kuva 18. Voimansiirto: 1 Hihnapyörä 71 mm. 2 Taper Lock 1108–20. 3 

Kiilahihnat. 4 Hihnankiristimet. 5 Hihnapyörä 100 mm. 6 Taper Lock 1610–42. 49 

https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491905
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491905
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491906
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491906
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491907
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491907
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491908
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491908
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491909
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491909
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491910
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491910
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491910
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491911
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491911
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491911
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491912
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491912
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491912
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491913
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491913
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491914
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491914
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491915
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491915
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491915
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491916
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491917
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491917
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491917
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491918
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491918
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491919
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491919
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491920
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491920
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491920
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491921
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491921
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491922
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491922
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491922
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491922


8 

 

Kuva 19. Vacon 100 Industrial taajuusmuuttaja. 55 

Kuva 20. Kytkentäkaappi: 1 Ohjausvirtojen säätö. 2 Teholähteet. 3 

Signaalivahvistimet. 4 Tiedonkeruumoduuli. 61 

Kuva 21. Koemittauksissa mitatut massavirta- ja voima-arvot. 69 

 

 

Taulukot 

Taulukko 1. Bosch CP4N2 korkeapainepumpun pääominaisuudet (Klemt, 2021); 

(Salminen, 2019). 26 

Taulukko 2. Polttoaineen suodattimien ominaisuuksia (Mann-Filter, 2021). 42 

Taulukko 3. Korkeapainepumpun tuottama laskennallinen maksimilämpövirta. 47 

Taulukko 4. Jäähdytysteho lämmönvaihtimessa ja ruiskutusventtiilin adapterilla.

 47 

Taulukko 5. Mittauspenkin kytkentäkaapin teholähteiden tärkeimmät 

ominaisuudet (Yleiselektroniikka, 2021). 57 

Taulukko 6. MPROP-venttiilin ja paineenrajoitusventtiilien viitteelliset 

ohjausvirrat ja vastaavat paineet painevaraajissa (Klemt, 2021). 58 

Taulukko 7. Mitta-anturit ja mittausketjun komponentit. 62 

Taulukko 8. Polttoaineanalyysin pääkohdat (ASG, 2020). 67 

Taulukko 9. Mittaustulokset eri painetasoilla. 69 

 

  

https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491923
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491923
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491924
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491924
https://wartsila-my.sharepoint.com/personal/jyrki_sorsa_wartsila_com/Documents/Documents/Other/Diplomityö/Diplomityö_Jyrki_Sorsa.docx#_Toc70491924


9 

 

Lyhenteet ja symbolit 

Lyhenteet 

3D tulostus Esineen valmistaminen kolmiulotteisella tulostimella  

CR Common rail. Yhteispaineruiskutusjärjestelmä 

DIN-kisko Standardoitu kiinnitin sähkö- ja asennuskoteloissa 

MPROP Magnetically controlled proportional valve. Magneettiohjattu säätö-

venttiili 

OL Open loop. Ei takaisinkytkentää 

PCV Pressure control valve. Paineensäätöventtiili 

PWM Pulse width modulation. Pulssin leveys modulaatio 

SLS Selective laser sintering. Laser sintraus 

TEDS The electronic data sheet. Elektroninen määritystiedosto 

VAC Voltage alternative current. Jännite, vaihtosähkö 

VDC Voltage direct current. Jännite, tasasähkö 

 

Symbolit 

Ac Sulkutulpan leikkautuva pinta-ala 

Ar Reiän poikkipinta-ala 

cv Veden ominaislämpökapasiteetti 

Dr Reiän halkaisija 

F Sulkutulppaan kohdistuva voima 

Fsuihku Suihkun tuottama voima 

ṁ Massavirta 

p Ylipaine 

Paxle Korkeapainepumpun akseliteho 

qv Polttoaineen tilavuusvirta 

Q Lämpövirta 

T1 Jäähdytysnesteen sisäänvirtauslämpötila 

T2 Jäähdytysnesteen ulosvirtauslämpötila 

vsuihku Suihkun virtausnopeus 



10 

 

 

Δpp Paine-ero suutinreiän sisä- ja ulkopuolella 

η Korkeapainepumpun hyötysuhde 

τ Sulkutulppaan kohdistuva leikkausvoima 



11 

 

1 Johdanto 

Maailman kaikesta rahtiliikenteestä kolme neljännestä kuljetetaan meriteitse. Merilii-

kenne on kaikkein energiatehokkain kuljetusmuoto mitattaessa energian kulutusta suh-

teessa kuljetettuun massaan per kilometri. Meriliikenteen päästöjä täytyy kuitenkin 

edelleen saada vähennettyä päästötavoitteiden saavuttamiseksi (IEA, 2021). 

 

Laivoissa yleisesti käytössä olevissa keskinopeissa- ja hidaskäyntisissä diesel- ja mo-

nipolttoainemoottoreissa pääpalotapahtuma sytytetään joko suoraan tai välillisesti ruis-

kuttamalla nestemäistä polttoainetta sylinteriin. Polttoaine syttyy puristuspaineen vai-

kutuksesta. Ruiskutustapahtuman hallinta on ratkaisevassa osassa pyrittäessä parem-

paan moottoreiden hyötysuhteeseen ja päästöjen vähentämiseen. Moottoreiden kehi-

tystyössä etsitään jatkuvasti uusia mahdollisuuksia parantaa tehokkuutta ja vähentää 

päästöjä (Wärtsilä, 2021). 

 

FLEXe-ohjelma, jonka tavoitteena oli kehittää joustavia ja kestäviä energiaratkaisuja sekä 

Hercules-2 projekti, jonka tavoitteena oli parantaa laivanmoottoreiden tehokkuutta ja 

vähentää päästöjä, olivat Isolan (Isola, 2017) ja Salmisen (Salminen, 2019) diplomitöiden 

perustana. He tekivät diplomitöissään periaatesuunnitelmat ja pääkomponenttihankin-

nat ruiskutussuuttimen mittauspenkin rakentamiseksi (FLEXe, 2021); (Hercules-2 Project, 

2021). 

 

Tämän diplomityön tavoite oli saattaa ruiskutussuuttimen mittauspenkki käyttövalmiiksi 

Isolan ja Salmisen suunnitelmien pohjalta sekä suorittaa koeruiskutuksia mittauspenkin 

käytännön toimivuuden varmistamiseksi. Ruiskutustapahtuman tutkiminen määritettiin 

alkuperäisen suunnitelman mukaisesti suoritettavaksi mittaamalla suihkun aiheuttama 

voima sekä ruiskutettavan nesteen massavirta. Mittaustuloksia analysoimalla on mah-

dollista kehittää ruiskutussuuttimen ominaisuuksia paremmiksi (Kiijärvi, 2020). 

 

Olemassa olevista periaatesuunnitelmista huolimatta tähän työhön liittyi huomattavan 

paljon yksityiskohtien suunnittelua, joita ei ollut voitu ottaa huomioon 



12 

 

periaatesuunnittelussa. Työn eteneminen on kuvattu vaiheittain pääluvuissa alkaen 

suunnittelun kuvauksesta luvussa kaksi. Suunnittelu on jaettu neljään aliotsikkoon, jotka 

sisältävät kokoonpanon ja mittaustapahtuman suunnittelun vaiheet. 

 

Kolmannessa luvussa kerrotaan kokoonpanon käytännön vaiheet sekä kuhunkin osa-alu-

eeseen liittyviä täydentäviä tietoja. Täydentävinä tietoina kerrotaan valittujen ratkaisu-

jen perusteista sekä käytetyistä materiaaleista ja menetelmistä soveltuvin osin. 

 

Neljännessä luvussa esitetään ruiskutuksen mittauksen edellyttämät käytännön järjeste-

lyt, jotka on suoritettava ennen mittaustapahtumaa. Luvussa neljä esitetään lisäksi mit-

tausohjelma, jonka mukaan testimittaukset suoritettiin. Tämän työn tarkoituksena ei ol-

lut suorittaa virallisia mittauksia, vaan ainoastaan osoittaa, että laitteisto mahdollistaa 

ruiskutustapahtuman mittaamisen. Mittaustulokset on sisällytetty lukuun neljä. 



13 

 

2 Suunnittelu 

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä tarkat suunnitelmat ja suorittaa käytännön 

kokoonpano mittauspenkin saattamiseksi toimintakuntoon. Käytännössä suunnittelu 

tehtiin lomittain kokoonpanon kanssa edeten yksi osakokonaisuus kerrallaan. 

 

Työhön liittyi suuri määrä yksityiskohtia, joita ei ollut mahdollista suunnitella valmiiksi, 

ennen kuin edeltävät vaiheet oli todettu käytännössä toimiviksi. Kulloinkin valmistunut 

osasuunnitelma testattiin käytännössä, ja sitten siirryttiin suunnittelun seuraavaan vai-

heeseen. Suunnittelun haasteena oli huomioida alikokoonpanojen vaikutus mittauspen-

kin kokonaiskäytettävyyteen, kun ainoastaan osa suunnitelmista oli valmiina. Suunnitte-

lun periaatteellinen kulku on esitetty kuvassa 1. 

 

 

Kuva 1. Suunnittelun vaiheet. 



14 

 

2.1 Lähtötilanne ja tavoite 

Aikaisempien diplomitöiden tuotoksina periaatesuunnitelmat mittauspenkin toiminta-

periaatteesta ja pääkomponenteista olivat olemassa. Kaikki tarvittavat pääkomponentit 

oli hankittu. Lähtötilanne ja tavoite tähän työhön olivat selkeästi tuotu esille, mikä oli 

hyvänä pohjana tarkalle suunnittelulle. Tarkan suunnittelun lähtökohta oli aikaisempien 

diplomitöiden periaatepäätökset sekä luettelo hankituista komponenteista ja tarvik-

keista. 

 

 

2.2 Turvallisuusnäkökohdat 

Korkeapainepumpun tuottama maksimipaine nousee 200 MPa: iin, mikä oli otettava 

huomioon suunnittelussa. Vuodot tai komponenttien rikkoutuminen voivat aiheuttaa 

korkeapaineisen dieselöljyn suihkun tai irronneiden komponenttien sinkoutumisen mit-

tauspenkkiä käyttävien henkilöiden päälle. 

 

Esimerkiksi pieni vuoto korkeapainepiirissä saattaa olla huomaamaton, mutta aiheuttaa 

suuren vaaran. Pienestä reiästä vuotavan korkeapaineisen ruiskutusvirtauksen nopeus 

on suuri ja aiheuttaa vahinkoa, kun virtaus osuu johonkin kappaleeseen (Salminen, 2019). 

Korkeapainepiirin tärkeimpiä kohtia turvallisuuden kannalta ovat korkeapaineputkien lii-

tokset sekä painevaraajien ylimääräisiin tulo- ja lähtöporttien sulkemiseen käytetyt sul-

kutulpat. Sulkutulppiin kohdistuu korkean paineen vaikutuksesta suuri voima, ja tulpat 

voivat irrota sekä sinkoutua kierteiltään. Tulppaan kohdistuva voima F  lasketaan lausek-

keella 

 

𝐹 = 𝑝𝐴𝑟 =  𝑝
𝜋𝐷𝑟

2

4
,         (1) 

 

missä p on ylipaine, Ar  reiän poikkipinta-ala ja Dr  reiän halkaisija. 

 



15 

 

Lausekkeella 1 laskemalla saadaan 200 MPa paineella ja 9,00 mm reiän halkaisijalla sul-

kutulppaan kohdistuvan voiman tulokseksi 12,7 kN. Sulkutulppaan kohdistuva leikkaus-

jännitys τ ratkaistaan yhtälöstä 

 

𝜏 =  
𝐹

𝐴𝑐
,           (2) 

 

missä F  merkitsee sulkutulppaan vaikuttavaa voimaa, ja Ac sulkutulpan leikkautuvaa 

pinta-alaa (Salminen, 2019, ss. 51-52). 

 

Sulkutulpan leikkautuva pinta-ala saadaan kertomalla pyörömutterin vastinseinämän 

paksuus 7,3 mm seinämän kehän pituudella 39 mm. Leikkausvoimaksi saatiin 45 MPa. 

 

Painevaraajien ympärille suunniteltiin taivutetut, kolmen millimetrin vahvuiset teräsle-

vyt. Ne suojaavat, mikäli ylimääräisten porttien sulkutulpat irtoaisivat käyttötilanteessa. 

Teräslevyt toimivat samalla osana kiinnittimiä, joilla painevaraajat on kiinnitetty pöytä-

tasoon. 

 

Hihnapyörät ja kiilahihnat ovat pyöriviä ja liikkuvia komponentteja. Ne saattavat aiheut-

taa vakavan vaaran esimerkiksi vaatekappaleiden tartuttua niihin. Lisäksi hihnapyörät 

voivat irrota sijoiltaan. Kun mittauspenkkiä käytetään korkealla ruiskutuspaineella, saat-

tavat kiilahihnat alkaa värähdellä. Värähtelyn seurauksena kiilahihnat saattavat luisua 

pois hihnapyöriltä. Pahimmassa tapauksessa hihnat voivat katketa ja sinkoutua mittaus-

penkkiä käyttävien henkilöiden päälle. 

 

Hihnapyörien ja kiilahihnojen ympärille suunniteltiin kauttaaltaan peittävä ohutlevyko-

telo kahden millimetrin paksuisesta teräslevystä. Kotelo toimii suojana, mikäli kiilahihnat 

katkeaisivat tai hihnapyörät irtoaisivat sijoiltaan. Lisäksi ulkopuoliset esineet eivät pääse 

tarttumaan pyöriviin komponentteihin. Kotelon alaosaan jätettiin aukko tuuletusta ja kii-

lahihnojen visuaalista tarkastamista varten. 

 



16 

 

Korkean ruiskutuspaineen vaikutuksesta dieselöljy kuumenee voimakkaasti ja voi aiheut-

taa syttymis- höyrystymisvaaran. Lisäksi kuumaa dieselöljyä voi roiskua mittapenkkiä 

käyttävien henkilöiden päälle. Standardin EN 590:2014 mukaisen dieselöljyn leimahdus-

piste sallitaan olevan alimmillaan 55 celsiusastetta. Mittauspenkin polttoaineen leimah-

duspiste on 67,5 celsiusastetta (ASG, 2020). Leimahduspiste on alin lämpötila, missä ai-

neesta haihtuva höyry muodostaa ilman kanssa kipinästä syttyvän seoksen (Tekniikan 

kemia, 2008, s. 125). 

 

Dieselöljy alkaa höyrystyä 100 kPa paineessa 40 celsiusasteen lämpötilassa. Tällöin on 

mahdollista, että dieselöljy höyrystyy putkistossa ja aiheuttaa painevaihteluita korkea-

painepumpun syöttöpumpussa (Salminen, 2019, s. 61). Vaikka mittauspenkin polttoai-

nejärjestelmä on suljettu piiri, on mittaussäiliön kansi varustettu avattavalla luukulla ja 

polttoainesäiliön korkissa on ilmausruuvi. Mikäli luukku ja ilmausruuvi avataan polttoai-

neen lämpötilan ollessa yli höyrystymislämpötilan, saattaa höyrystynyttä dieselöljyä 

päästä hengitysilmaan. 

 

Polttoaineen jäähdyttämiseksi oli hankittu putkimallinen lämmönvaihdin. Lämmönvaih-

timessa on erilliset, suljetut kiertopiirinsä jäähdytysnesteelle ja jäähdytettävälle poltto-

aineelle. Lämpö siirtyy kuumasta polttoaineesta kylmään jäähdytysveteen. Polttoaineen 

lämpötila polttoainesäiliössä pystytään pitämään jäähdytysjärjestelmän avulla alle 40 

celsiusasteen. Tämän ansiosta syttymis- ja höyrystimisvaara kyetään välttämään. Poltto-

ainejärjestelmään suunniteltiin kaksi mittauspistettä polttoaineen lämpötilalle. 

 

Sähkömoottori on kyettävä ongelmatilanteessa sammuttamaan nopeasti ja varmasti. 

Taajuusmuuttajan ohjauspaneelissa on pysäytyspainike, mutta tämän lisäksi suunnitel-

tiin taajuusmuuttajan ja sähkömoottorin välille sähkökatkaisin, jolla sähkömoottori voi-

daan sammuttaa nopeasti vaaratilanteessa. 

 

Turvallisuus yleisesti huomioitiin suunnittelemalla kaikki korkeapainepiirin komponentit 

mittauspenkin toiseen päähän ja ohjauslaitteet toiseen päähän. Näin mittauspenkkiä 



17 

 

käyttävät henkilöt ovat etäällä korkeapainepiiristä. Tämä oli perusteltua lisäksi siitä 

syystä, että näin pystyttiin käyttämään mahdollisimman paljon vakioliitäntäputkia. Va-

kioliitäntäputket ovat käytännössä todettu turvallisiksi. Koko mittauspenkin ympärille on 

periaatetasolla suunniteltu polykarbonaattilevystä rakennettava turvakehikko. Turvake-

hikkoa ei ole vielä toteutettu. 

 

 

2.3 Suunnittelun eteneminen 

Tarkan suunnittelun haasteellisin seikka oli työhön liittyvien yksityiskohtien lukumäärä. 

Aivan pienimmätkin yksityiskohdat täytyi huomioida ja ratkaista, jotta suunnittelussa 

voitiin edetä. Tämän vuoksi suunnittelussa oli noudatettava periaatetta etenemisestä ai-

noastaan yksi osakokonaisuus kerrallaan, alkaen esimerkiksi voimansiirron suunnitte-

lusta ja edeten sitten seuraavaan vaiheeseen. Mittauspenkin toiminnallinen kokonaisuus 

oli koko ajan otettava huomioon, vaikka ainoastaan vasta osa alikokoonpanoista oli kul-

loinkin suunniteltu yksityiskohtaisesti. 

 

 

2.4 Lisätoimet 

Hankitun ruiskutuslaitteiston komponentit ovat vastaavia, joita käytetään Agco Powerin 

6-sylinterisissä työkoneiden moottoreissa. Työkoneeseen asennettuna ruiskutuslaitteis-

toa ohjataan integroidulla ohjausjärjestelmällä, joka huolehtii ruiskutuslaitteiston nor-

maalista ja turvallisesta toiminnasta. Mittauspenkin ruiskutusjärjestelmä oli hankittu il-

man ohjausjärjestelmää, minkä vuoksi mittauspenkkiin täytyi suunnitella kustannuste-

hokas ja tarkoitukseen sopiva ohjausmenetelmä. 

 

Pääkomponenttien kiinnittämiseksi pöytään kaikki kiinnikkeet oli suunniteltava ja han-

kittava tämän työn puitteissa. Tarvittavat kiinnikkeet suunniteltiin ensin konseptitasolla 

ja lopulliset suunnitelmat tehtiin Autodesk Inventor Professional 2019 mallinnusohjel-

malla. Suunnitelmat lähetetiin toimittajalle, joka valmistivat pyydetyt osat. Kiinnikkeet 



18 

 

valmistettiin 2–12 mm vahvoista teräslevyistä työstämällä ja hitsaamalla. Kiinnikkeet 

hankittiin Vaasan Kuljetuskanavat Oy: ltä, jolla on tarvittava osaaminen ja laitteisto kiin-

nikkeiden valmistamiseksi. 

 

Voima-anturin sijoittaminen suihkun voiman mittaamiseksi osoittautui hyvin vaativaksi. 

Jotta suihkun voima voidaan mitata luotettavasti, on suihku saatava osumaan täsmälli-

sesti mitta-anturiin. Suutinreiän halkaisija on vain 0,138 mm suuruinen, joten sen havait-

seminen on hankalaa ja vaikeuttaa suuttimen kohdistamista. Suutinreiän ruiskutus-

suunta suhteessa ruiskutusventtiilin runkoon on tunnettu, mutta suutinreiän sijainti kor-

keussuunnassa on vaikea todeta silmämääräisesti. 

 

Voima-anturi oli sijoitettava suljetun polttoainepiirin sisään, jotta polttoaineen kierto py-

syi suljettuna ja polttoaineen massavirta voitiin mitata. Voima-anturin signaaliliitäntäpää 

oli kuitenkin jätettävä suljetun polttoainepiirin ulkopuolelle signaalijohtimen kytke-

miseksi. Ensisijaisen voima-anturin pitimen rakenneratkaisun lisäksi suunniteltiin vaihto-

ehtoinen ratkaisu. Vaihtoehtoisella pitimellä voidaan voima-anturi tarvittaessa sijoittaa 

ruiskutuskammion ulkopuolelle. Tällöin suihkun voima välittyy voima-anturille työntö-

tangon välityksellä. 

 

Voima-anturille suunniteltiin ruiskutuskammio, jossa anturia voidaan liikutella eri suun-

tiin. Ruiskutuskammio ja sen telakointiasema valmistettiin 3D-tulostustekniikalla PA12 

muovimateriaalista. Tulostetut komponentit hankittiin Origo Engineering Oy: ltä. Origo 

Engineering Oy on paikallinen 3D-tulostukseen erikoistunut insinööritoimisto. 

 

Mittaustulosten myöhempää analysointia varten tarvittiin mittaustulosten tallennusjär-

jestelmä. Työn muiden osa-alueiden laajuuden vuoksi mittaustietojen tallennusjärjes-

telmä päätettiin hankkia valmiina Insinööritoimisto A. Hänninen Oy: ltä. Järjestelmäksi 

valittiin yksinkertainen ja tehokas menetelmä, jossa kahdeksankanavainen tiedonkeruu-

moduuli muuntaa mittausten jännitetiedot digitaaliseen muotoon. Saadut mittaustiedot 

tallennetaan jännitearvoina Excel taulukkoon. 



19 

 

3 Mittauspenkin kokoonpano 

 

3.1 Mittauspenkin komponenttien asettelu 

Mittauspenkin pääkomponenttien asettelu toteutettiin sijoittamalla korkeapainepiirin 

komponentit mahdollisimman etäälle mittauspenkin ohjausyksiköltä. Ohjausyksikkö, 

taajuusmuuttaja, ruiskutuslaitteiston osat ja polttoaineen massavirran mittauslaitteet si-

joitettiin pöytätason yläpuolelle. Sähkömoottori, polttoainesäiliö, siirtopumppu ja läm-

mönvaihdin sijoitettiin pöytätason alapuolelle. Pääkomponenttien sijoittelu on esitetty 

yksinkertaistetussa kuvassa 2. Korkeapainepiirin komponentit on merkitty punaisella. 

 

  

Kuva 2. Mittauspenkin pääkomponenttien sijoittelu. 

 



20 

 

3.2 Mittauspenkin pöytätaso 

Mittauspenkin suurin yksittäinen komponentti on tukeva, metallinen pöytä. Pöydän taso 

on kokoa 2400 mm x 950 mm x 30 mm. Taso on valmistettu teräksestä. Tasoon on ko-

neistettu yhteensä 216 kpl läpireikää symmetrisesti 100 mm välein. Reiät ovat kiertei-

tetty M16 kiertein komponenttien kiinnittämiseksi pöytään. Pöydän yläpinta on 900 mm 

korkeudella lattiasta ja seisoo tukevien teräsjalkojen päällä. Kaikki mittauspenkin kom-

ponentit ovat kiinnitetty kyseiseen pöytään. Kuvassa 3 on esitetty mittauspenkki ilman 

laitteistoja. 

 

  

Kuva 3. Mittauspenkki ilman laitteistoja. 



21 

 

3.3 Sähkömoottorin asennus 

Sähkömoottorilla käytetään korkeapainepumppua, joka tuottaa järjestelmän ruiskutus-

paineen. Sähkömoottori on ABB: n valmistama suurikokoinen oikosulkumoottori. Sähkö-

moottorin massa on 72 kg. Sähkömoottori on esitelty tarkemmin kappaleessa 3.7. Säh-

kömoottori päätettiin sijoittaa pöytätason alle tilan säästämiseksi ja painopisteen alen-

tamiseksi. Sähkömoottorille täytyi suunnitella riittävän tukevat kiinnikkeet, jotta moot-

tori pystyttiin kiinnittämään pöytätason alapintaan. 

 

Kiilahihnojen kiristäminen on tehtävä sähkömoottoria siirtämällä, koska kiilahihnojen 

toinen kääntöpiste korkeapainepumpulla on kiinnitetty kiinteästi pöytätasoon. Kiinnik-

keet on suunniteltu kaksisuuntaisina siten, että ne toimivat sekä kiilahihnojen kiristys-

mekanismina että sähkömoottorin syvyyssäätönä pöydän päätyyn nähden. Sähkömoot-

torin ylälevyyn porattiin kahteen riviin 10 kpl 5 mm reikiä. Sopivalla työkalulla reikiä vas-

ten kampeamalla  pöydän yläpuolelta, voidaan hihnojen kiristämistä ja linjaamista hel-

pottaa. Sähkömoottorin kiinnikkeet on esitetty kuvassa 4. 

 

 

Kuva 4. Sähkömoottorin kiinnikkeet. 



22 

 

3.4 Korkeapainepiiri 

Mittauspenkin korkeapainepiirin maksimipaine on 200 MPa, jonka CP4-korkeapaine-

pumppu tuottaa. Korkeassa paineessa oleva polttoaine varastoituu painevaraajiin ja on 

moottorikäytössä kaikkien ruiskutussuutinten käytettävissä viiveettömästi. Peruste kor-

kealle ruiskutuspaineelle on vaatimus saada polttoaine leviämään ja hajoamaan moot-

torissa mahdollisimman tehokkaasti sylinterin uloimmille alueille saakka, tasaisen palo-

tapahtuman saavuttamiseksi (Isola, 2017, s. 13). Lisäksi korkea paine mahdollistaa useita 

ruiskutustapahtumia yhden työtahdin aikana. Tällä saavutetaan tehokkaampi ja puh-

taampi palaminen. Korkeapainepumppu ja painevaraajat muodostavat common rail (CR), 

eli yhteispaineruiskutusjärjestelmän toiminnallisen rungon (DieselNet, 2021). 

 
Mittauspenkissä korkeapainepiirin pääkomponentit ovat korkeapainepumppu, paineva-

raajat, korkeapaineputket sekä yksi ruiskutusventtiili. Valitut komponentit ovat vakio-

komponentteja, joita käytetään useissa Agco Powerin sarjatuotantomoottoreissa (Agco 

Power, 2021). Ainoastaan korkeapaineputki ensimmäiseltä painevaraajalta jälkimmäi-

selle suunniteltiin ja teetätettiin mittatilaustyönä erikoisliikkeessä. 

 
Normaalisti Agco Powerin kuusisylinterisen rivimoottorin korkeapainepiirissä käytetään 

ainoastaan yhtä painevaraajaa, mutta mittauspenkissä niitä on kaksi (Agco Power, 2021). 

Mittauspenkissä käytetään kahta rinnakkaista painevaraajaa painevaihteluiden tasaa-

miseksi. Mittauspenkissä painevaihteluiden suuruusluokaksi mitattiin 3,5 MPa. Yhden 

painevaraajan järjestelmässä painevaihtelut saattavat olla jopa 10 MPa (Klemt, 2021). 

Kuvassa 5 on esitetty korkeapainepumppu ja kaksi painevaraajaa. 



23 

 

 

 

 

3.4.1 Korkeapainepumppu 

Laitteiston korkeapainepumpuksi oli hankittu Boschin valmistama CP4-mallinen yhteis-

paineruiskutuspumppu. Malli on laajasti käytössä henkilöautoissa, kevyissä hyötyajaneu-

voissa ja työkoneissa. Valmistajan mukaan pumppu on suunniteltu moottorin korkean 

suorituskyvyn ja alhaisen polttoaineen kulutuksen saavuttamiseksi. CP4-pumppua on 

valmistettu yli 60 miljoonaa kappaletta eri mallivariaatioina. Bosch CP4 korkeapaine-

pumpun osaleikkaus on esitetty kuvassa 6 (Bosch, 2021). 

Kuva 5. 1 korkeapainepumppu, 2 painevaraajat. 



24 

 

 

Mittauspenkissä korkeapainepumpun nokka-akseli saa käyttövoimansa sähkömootto-

rilta kiilahihnojen välityksellä. Pumpun runko-osassa on kaksi kiinteätä työsylinteriä 90° 

kulmassa toisiinsa nähden. Jyrkkänousuiset ja pitkät nokat on sijoitettu nokka-akselille 

säteen suuntaisesti vastakkain 180° välein. Nokat käyttävät työsylintereiden mäntiä, 

jotka tuottavat korkean paineen. Nokka-akseli pyörii edestäpäin katsottuna myötäpäi-

vään. Työtahti tapahtuu tasaisesti 90° välein. Huolimatta tasavälisistä työtahdeista, CP4 

pumpun ominaisuuksiin kuuluvat suuret momenttihuiput. 

 

Momenttihuiput ovat seurausta nokkien jyrkistä nousukulmista. Momenttihuippujen 

vaikutus pumpun käytettävyyteen korostuu yhä, koska momenttihuippuja esiintyy sekä 

momenttikeskiarvon plus- että miinuspuolella. Jyrkät nokat ovat edellytys sille, että kor-

kea paine ja volyymi pystytään tuottamaan nopeasti. Työsylinterit ovat suunniteltu mah-

dollisimman pitkiksi työsylintereissä tapahtuvien ohivuotojen minimoimiseksi (Klemt, 

2021). 

 

Vertailutiedoiksi saatiin erään vastaavan pumpun suoritusarvoja. Varaajan paineen ol-

lessa noin 140 MPa ja pumpun pyörimisnopeuden 2100 r/min, keskimääräinen 

Kuva 6. Bosch CP4 korkeapainepumppu: 1 nokka-akseli, 2 työsylinterit, 3 MPROP-venttiili (Bosch, 
2021). 



25 

 

vääntömomentti oli 14 Nm. Pumpun ottoteho oli tuolloin noin 3,0 kW. Momenttihuiput 

tuossa käyttötilanteessa olivat välillä +50 Nm ja -15 Nm. Huomioitavaa on, että mainit-

tuja suoritusarvoja ei voi suoraan verrata mittauspenkin arvoihin, koska kyseisen käyttö-

tilanteen kaikkia muuttujia ei tunneta (Klemt, 2021). Vertailuarvot antavat kuitenkin kar-

keasti kuvan momenttihuippujen suuruusluokasta. Mittauspenkin sähkömoottorin mak-

simi nimellisvääntömomentti on 72 Nm. 

 

Pumpun nimellispyörimisnopeus on 3150 r/min. Pumppu kykenee tuottamaan maksimi-

paineen alkaen jo 1000 r/min pyörimisnopeudesta, jolloin pumpun maksimituotto on 

vähintään 0,83 litraa minuutissa. Pumpun tuottamaa painetta ja tilavuusvirtaa sääde-

tään pumppuun integroidulla magneettiohjatulla MPROP-venttiilillä. Venttiilille johde-

taan pulssimoduloitua sähkövirtaa (PWM) halutun ruiskutuspaineen mukaisesti 

(Vilenius, 2020). Pumpun maksimituotto on 2,5 litraa minuutissa (Klemt, 2021). Mittaus-

penkissä tarvittava tilavuusvirta on maksimissaan noin 0,53 litraa minuutissa mittausten 

suorittamiseksi (Salminen, 2019, s. 68). 

 

Mittauspenkissä ensisijainen säädettävä muuttuja on ruiskutuspaine, jota säädetään 

MPROP-venttiilin avulla. Pumpun pyörimisnopeus pidetään vakiona. Pumpun pyörimis-

nopeutta voidaan kuitenkin tarvittaessa muuttaa taajuusmuuttajan avulla vaivattomasti. 

Koeruiskutuksissa havaittiin, että mikäli ruiskutuspainetta nostettiin yli 100 MPa: n, al-

koivat kiilahihnat värähdellä momenttihuippujen seurauksena. Koeruiskutusten perus-

teella korkeapainepumpun optimaalisin pyörimisnopeus on noin 2250 r/min. Tällöin hih-

nojen värähtelyt olivat pienimmillään. 

 

Korkeapainepumpulle ei ole erillistä pyörimisnopeuden mittausta, mutta pyörimisno-

peus kyetään määrittämään kertomalla taajuusmuuttajalta saatava sähkömoottorin pyö-

rimisnopeus hihnapyörien välityssuhteella. Hihnapyörien välityssuhde on niiden jakohal-

kaisijoiden suhde: 100 / 71. Esimerkiksi sähkömoottorin pyörimisnopeus 1600 r/min 

tuottaa korkeapainepumpun pyörimisnopeudeksi 2253 r/min. Käytännössä kiilahihnat 

luistavat hieman, jota ei ole otettu laskelmassa huomioon. 



26 

 

 

Bosch CP4N2 on tehokas ja kompakti korkeapainepumppu, joka kykenee tuottamaan 

korkean paineen ja suuren tilavuusvirran alhaisella pyörimisnopeudella. Tehokkuuden 

haittapuolena on pumpussa esiintyvät suuret momenttihuiput. CP4-pumpun pääominai-

suudet on esitetty taulukossa 1. 

 

Taulukko 1. Bosch CP4N2 korkeapainepumpun pääominaisuudet (Klemt, 2021); (Salminen, 
2019). 

 

 

3.4.2 Painevaraajat 

Yhteispaineruiskutusjärjestelmän yksi suurimmista eduista on korkean ruiskutuspaineen 

tuottaminen kaikille ruiskutussuuttimille samanaikaisesti. Tämä yhdistettynä tarkasti ja 

nopeasti säätyviin ruiskutussuuttimiin mahdollistaa usean ruiskutustapahtuman suorit-

tamisen sylinterissä yhden työtahdin aikana. Ruiskuttamalla yhden työtahdin aikana 

useita eri pituisia ruiskutuksia, saadaan moottorin hyötysuhdetta parannettua ja pääs-

töjä vähennettyä (Perkins, 2021). 

Bosch CP4N2  

Maksimipaine 200 MPa 

Maksimituotto 2,5 L / min 

Nimellis-pyörimisnopeus 3150 r/min 

Maksimituotto alkaen 1000 r/min 

Paineen ja tuoton säätömenetelmä MPROP-venttiili 

Ohjausjännite 12 VDC 

Ohjausvirta, maksimi tuotto 0,4 A 

Ohjausvirta, minimi tuotto 1,6 A 

Laskennallinen tuottotarve mittauspenkissä 0,53 L / min (@200 MPa) 

Momenttipiikit keskiarvosta +50 Nm / -15 Nm (@140MPa/3,0 kW) 



27 

 

 

Mittauspenkin painevaraajat ovat kuusisylinteriselle moottorille tarkoitetut vakiomalli-

set painevaraajat. Painevaraajien valmistaja on Bosch. Korkeapainepumpulta saapuva 

polttoaine johdetaan ensimmäisen painevaraajan sisääntuloportteihin. Painevaraajien 

ylimääräisten tulo- ja lähtöporttien sulkemiseksi oli hankittu tarkoitukseen valmistettuja 

sulkutulppia. Sulkutulpat koostuvat kartiomallisesta suljinosasta, joka kiinnitetään pai-

nevaraajan porttiin M14 x 1,5 kierteisellä pyörömutterilla. Kuvassa 7 on esitetty ensim-

mäisen painevaraajan tulo- ja lähtöportit. 

 

 

 

3.4.3 Korkeapaineputket 

Mittauspenkin kaikki korkeapaineputket on valmistettu ruostumattomasta teräksestä. 

Putkien sisähalkaisija on 3 mm ja ulkohalkaisija 8 mm. Putket on taivuttelemalla muo-

toiltu asentoon, jossa ne sopivat täsmällisesti vastinkomponentteihinsa. Putkien päät on 

muotoiltu 60° vakiokartioiksi. Kartioliitäntä kiinnitetään vastinkomponentteihin pyörö-

mutterin avulla. Tällä menetelmällä saadaan korkeapaineputki liitettyä tiiviisti 

Kuva 7. Ensimmäinen painevaraaja: 1 Tuloportit. 2 Suljetut lähtöportit. 3 Lähtöportti jälkimmäi-
selle painevaraajalle. 



28 

 

vastinkomponenttiinsa. Tämä on yleinen putkien liitäntätapa ruiskutuslaitteistoissa 

(Rocken Tech Products Inc, 2021). Korkeapaineputkien kiinnitysperiaate on esitetty ku-

vassa 8. 

 

 

Mittauspenkissä on yhteensä neljä korkeapaineputkea. Kaksi putkea kulkee korkeapai-

nepumpun työsylintereiltä ensimmäiselle painevaraajalle. Yksi putki kulkee ensimmäi-

seltä painevaraajalta jälkimmäiselle painevaraajalle ja viimeinen putki kulkee jälkimmäi-

seltä painevaraajalta ruiskutusventtiilille. Käytetyistä putkista kolme on vakiokom-

ponentteja ja ne on muotoiltu sopimaan Agco Powerin kuusisylinterisen moottorin ruis-

kutuslaitteiston asetteluun. Korkeapaineputkien pyörömuttereiden sisäkierteet ovat kai-

kissa mittauspenkin liitoksissa kokoa M14 x 1,5. Poikkeuksena on korkeapainepumpun 

lähtöliitännät, joiden sisäkierremitta on M16 x 1,5. 

 

Painevaraajat yhdistävää korkeapaineputkea ei ollut valmiina saatavissa. Alustava suun-

nitelma oli hankkia painevaraajien yhdistämiseksi joustava korkeapaineletku,  mutta es-

teeksi muodostui säännösten määräämä lyhyehkö kolmen vuoden käyttöikä ja korkea 

Kuva 8. Korkeapaineputkien kiinnitysperiaate: Kartio 60°, M14x1,5 sisäkierteinen pyörömutteri. 



29 

 

kustannus (Boström, 2020). Näin ollen painevaraajat yhdistävä korkeapaineputki päätet-

tiin tilata mittatilaustyönä teräsputkesta valmistettuna. Putkimateriaalin halkaisijatiedot 

ovat vakiintuneita ja putken muut mittatiedot saatiin mittauspenkistä. Putki mallinnet-

tiin ja siitä laadittiin piirustus. Valmistaja Rocken Tech Products Inc, toimitti määritetyn 

putken piirustuksen mukaisesti. 

 

 

3.4.4 Ruiskutusventtiili 

Solenoidiohjatun ruiskutusventtiilin pääosat ovat runko, ohjausventtiili, ohjauskammio, 

suutinneula ja suutinkärki. Polttoaine syötetään sivusyöttöputken kautta ruiskutusvent-

tiilin rungossa olevaan tuloporttiin, josta polttoaine etenee ohjausvaiheen jälkeen suu-

tinneulalle. Normaalissa moottorikäytössä suutinneula avautuu ja sulkeutuu solenoidin 

ja paineen vaikutuksesta. Solenoidia ohjataan moottorinohjausjärjestelmällä (Isola, 

2017, ss. 24-26). 

 

Mittauspenkissä polttoainetta ruiskutetaan mittaustapahtumassa yhden ruiskutusvent-

tiilin kautta ruiskutuskammioon yhtäjaksoisesti yhden minuutin ajan. Ruiskutusventtiiliä 

on muokattu mittauspenkin tarkoitukseen sopivaksi poistamalla siitä suutinneula. Lisäksi 

solenoidia ole kytketty sähköisesti. Näin ollen mittauspenkissä polttoaine kulkee suutti-

men läpi jatkuvana virtauksena. Ruiskutusventtiili on esitetty kuvassa 9. 

 

 

  

Kuva 9. Ruiskutusventtiili. 



30 

 

3.4.5 Ruiskutusventtiilin adapteri 

Ruiskutusventtiilin täytyy olla tukevasti ja tiiviisti kiinnitettynä alustaansa. Korkealla pai-

neella saapuva polttoaine ei saa vuotaa liitäntäkohdista ja ruiskutusvirtauksen on koh-

distuttava voima-anturille samassa asennossa koko mittaustapahtuman ajan. 

 

Mittauspenkkiin oli hankittu erillinen adapteri tätä tarkoitusta varten. Adapteri on ko-

neistettu ruiskutusventtiilin mittoihin sopivaksi ja ruiskutusventtiili asennetaan osittain 

adapterin lävitse ja lukitaan paikoilleen kiinnitysmekanismilla. Adapterin avulla polttoai-

neen sivusyöttöputki saadaan kiinnitettyä ruiskutusventtiiliin täsmällisesti. Adapterissa 

on polttoaineen ylivirtausliitäntä, mutta koska ruiskutusventtiilistä on suutinneula pois-

tettu, ylivirtausta ei synny ja kaikki polttoaine virtaa ruiskutuskammioon. Ylivirtauslii-

täntä on kuitenkin yhdistetty kumiletkulla adapterilta ensimmäisen painevaraajan ylivir-

tausputkeen. 

 

Ruiskutustapahtumassa polttoaineen lämpötila nousee voimakkaasti paineen vaikutuk-

sesta ja ruiskutusventtiiliä on jäähdytettävä. Adapteri on valmistettu siten, että sen si-

sällä olevin kanavien kautta adapteriin voidaan johtaa jäädytysnestettä. Ruiskutusvent-

tiilin ja polttoaineen lämpötila pystytään pitämään siten riittävän alhaisena. Jäähdytys-

liitännät on asetettu lähelle adapterin alatasoa, jotta jäähdytystä tapahtuu mahdollisim-

man lähellä suutinreikää. Jäähdytysnesteen lämpötilaa voidaan seurata adapteriin kyt-

ketyllä lämpötila-anturilla. Ruiskutusventtiilin adapteri on esitetty kuvassa 10 (Isola, 

2017). 



31 

 

 

 

 

3.5 Matalapainepiiri 

Mittauspenkin matalapainepiirin pääkomponentit ovat ruiskutuskammio, polttoaineen 

mittaussäiliö, polttoainesäiliö, polttoainepumput, lämmönvaihdin sekä suodattimet. 

Matalapainepiirissä vallitsee noin yhden ilmakehän paine (0,1 MPa), riippumatta onko 

mittaustapahtuma käynnissä vai ei. Kokonaisuudessaan polttoainepiiri on suljettu ja ma-

talapainepiiriin palautuu sama määrä polttoainetta kuin mitä sieltä poistuu korkeapaine-

piirille. Matalapainepiirin paine pysyy näin vakiona. Matalapainepiirissä on yksi mittaus-

piste paineen mittaamiseksi sijoitettuna ruiskutuskammioon. Korkea- ja 

Kuva 10. Ruiskutusventtiilin adapteri (Isola, 2017). 



32 

 

matalapainepiirien välissä toimii polttoaineen syöttöpumppu. Syöttöpumppu kuuluu 

matalapainepiiriin, mutta sen tuottama syöttöpaine korkeapainepumpulle on noin 0,6 

MPa. 

 

 

3.5.1 Ruiskutuskammio 

Ruiskutuskammio toimii korkea- ja matalapainepiirin rajapintana. Ruiskutusventtiili ja 

suutinkärki ulottuvat adapterin lävitse ruiskutuskammioon. Voima-anturi on kiinnitetty 

erillisellä pidikeholkilla ruiskutuskammion sivuun. Polttoainesuihku purkautuu suutinrei-

ästä ja osuu voima-anturin mittapäähän. Voima-anturin vaihtoehtoisessa kiinnitysta-

vassa voima-anturi on sijoitettuna ruiskutuskammion ulkopuolella ja polttoainesuihku 

osuu voiman välittävään työntötankoon. 

 

Suutinreiän sisääntulossa polttoaineen paine on korkea. Ruiskutuspaine on kulloisenkin 

mittaustilanteen mukaisesti säädetty, esimerkiksi 100 MPa. Suutinreiän ulostulon jäl-

keen polttoaineen paine laskee nopeasti. Koemittauksissa ruiskutuskammiossa mitatut 

paineet olivat tasaisesti noin 0,1 MPa, vaikka koemittauksia tehtiin eri ruiskutuspaineilla. 

Mittaussäiliön hana oli tällöin auki ja polttoainekierto oli jatkuva. 

 

Ruiskutuskammiolla on kolme pääasiallista toimintoa: 

 

• Mahdollistaa ruiskutuskammioon kiinnitetyn voima-anturin kohdista-

misen ruiskutusvirtauksen linjalle  

• Toimia pienenä polttoainesäiliönä, jotta ruiskutus tapahtuu nestepin-

nan alapuolelle, syttymisvaaran vähentämiseksi. 

• Mahdollistaa voima-anturin kiinnittämisen osittain polttoainepiirin si-

säpuolelle ja osittain ulkopuolelle 



33 

 

Ruiskutusventtiili ja adapteri olivat valmiita komponentteja ja niiden toimintaan tai ra-

kenteeseen ei voinut tehdä muutoksia. Ruiskutuskammio oli suunniteltava ja mitoitet-

tava ruiskutusventtiiliin ja adapteriin sopivaksi. Tämä asetti rajoituksia ruiskutuskam-

mion koolle ja muodolle. 

 

Voima-anturi on kiinnitetty kaksikerroksisen pidikeholkin sisään. Sisempi kuori kiinnittyy 

voima-anturin välityksellä metalliseen päätylieriöön. Päätylieriö oli teetätetty Kellosep-

päkoulun hienomekaniikkalinjalla. Sisemmät komponentit liikkuvat ulomman kuoren si-

sällä. Päätylieriö toimii O-renkaiden kanssa tiivistävänä komponenttina. Tämä rakenne 

mahdollistaa voima-anturin kohtisuoran syvyyssäädön ruiskutusvirtaukseen ulostulo-

aukkoon nähden. Kuvatuilla rakenteilla voima-anturin mittapää saatiin asennettua ruis-

kutuskammion sisään ja samanaikaisesti voima-anturin toinen pää jäi ruiskutuskammion 

ulkopuolelle ja signaalijohdin voitiin kiinnittää. 

 

Voima-anturin vaihtoehtoisessa kiinnitystavassa hyödynnettiin samaa ruiskutuskam-

mion rakennetta sekä päätylieriötä kuin ensimmäisessä kiinnitystavassa. Ainoastaan 

voima-anturin pidikeholkki mitoitettiin eri lailla siten, että voima-anturi sijoittuu ruisku-

tuskammion ulkopuolelle. Tällöin suihkun aiheuttama voima välittyy voima-anturin mit-

tapäähän työntötangon välityksellä. Työntötanko on tiivistetty pidikeholkkiin O-renkaalla. 

O-renkaan aiheuttama vaikutus mitattavaan voimaan arvioitiin merkityksettömäksi, 

koska voima-anturin mittapään pitkittäisliike on suuruudeltaan ainoastaan millimetrin 

kymmenesosia. 

 

Ruiskutuskammio on umpinainen, ontto lieriö, jonka nimellisulkohalkaisija on 74 mm ja 

sisätilavuus on noin 135 cm3. Ruiskutuskammiossa on aukot voima-anturille, ruiskutus-

venttiilille, paineanturille sekä polttoaineen poistokanavalle. Ruiskutusventtiilin aukko 

on ovaalin muotoinen. Polttoaineen poistokanava suuntautuu alaviistoon, voima-anturin 

vastakkaiselle puolelle. Polttoaineen poistokanavan letku on asetettu kulkemaan ruisku-

tuskammiota ylempänä ja mittaustilanteessa ruiskutuskammio täyttyy polttoaineesta. 



34 

 

Staattisen paineen ylittäessä poistoletkun paineen, polttoaine jatkaa kulkuaan mittaus-

säiliöön. 

 

Vaadittujen toimintojen ja hankalasti valmistettavien yksityiskohtien takia, ruiskutus-

kammio päätettiin toteuttaa 3D-tulostustekniikalla. 3D-tulostus on materiaalia lisäävää 

valmistusta, jolla voidaan valmistaa sellaisia monimutkaisia muotoja, joita ei pystytä val-

mistamaan esimerkiksi perinteisellä metallin koneistuksella. 

 

Nykyaikaiset 3D-tulostimet ja tulostusmateriaalit mahdollistavat valmistetuille kom-

ponenteille korkeat lujuus- ja lämmönkestoarvot. Ruiskutuskammio on valmistettu 

PA2200 – Polyamidi 12 materiaalista selective laser sintering (SLS) tekniikalla. Materiaa-

lin tiheys on 930 kg/m3 ja sulamispiste 176 celsiusastetta (Origo Engineering, 2021). 

Ruiskutuskammion havainnekuva on esitetty kuvassa 11. 

 

 

Kuva 11. Ruiskutuskammio, voima-anturin mittapää sijoitettuna ruiskutuskammion sisään. 



35 

 

3.5.2 Ruiskutuskammion telakointiasema 

Ruiskutuskammiota varten oli suunniteltava eräänlainen telakointiasema, jonka sisään 

ruiskutuskammio voitiin asettaa ja voima-anturin asentoa säätää. Telakointiaseman pää-

komponentit ovat kansi- ja pohjalieriöt sekä ruiskutuskammion pidin. Telakointiasemalle 

oli suunniteltava pöytäkiinnitin, jonka tehtävä on sitoa yhteen koko telakointiasema ja 

ruiskutusventtiilin adapteri. Muutoin muovitulosteissa olevat ruuvikierteet saattaisivat 

rikkoutua ajan kuluessa. Pöytäkiinnitin mahdollistaa telakointiaseman liikuttamisen, 

jotta sisään tuleva korkeapaineputki voidaan kohdistaa tarkasti sivusyöttöputkeen. 

 

Ruiskutuskammio ja voima-anturi liikkuvat pitimen sisässä X-akselin suhteen. Liikkumi-

nen mahdollistaa voima-anturin kohdistamisen haluttuun asentoon ruiskutuskulmaan 

nähden, oletuksena on kohtisuoruus suuttimen ulostuloaukkoon nähden. Suuttimen 

ruiskutuskulma on 76,1° alaviistoon ruiskutusventtiilin pystyakseliin nähden (Salminen, 

2019, s. 36). 

 

Voima-anturin kiinnitys ruiskutuskammioon olisi voitu suunnitella pysyvästi 76,1° arvoon, 

jolloin telakointiaseman rakennetta olisi voitu yksinkertaistaa. Tuolloin kuitenkin muiden 

liittyvien komponenttien asento täytyisi säilyä varmuudella muuttumattomina. Päätet-

tiin toteuttaa säädettävä rakenne. Säädettävä rakenne monipuolistaa mittausmahdolli-

suuksia esimerkiksi tilanteessa, jossa suutinmalli vaihdetaan toisen tyyppiseen. Ruisku-

tuskammion pitimeen suunniteltiin lisäksi ruuvisäätömekanismi, mutta O-renkaiden ai-

heuttamien kitkavoimien takia säätötilanteessa ruiskutuskammion liikuttelua X-akselin 

suhteen on avustettava manuaalisesti käsin. 

 

Ruiskutuskammion pidin puolestaan liikkuu kansi- ja pohjalieriöiden välissä Z-akselin 

suhteen. Lisäksi pidintä voidaan liikuttaa ylös / alas suunnassa telakointiaseman pohjassa 

olevalla ruuvimekanismilla. Voima-anturin asentoa voidaan säätää neljässä ei suunnassa 

suuttimen ulostuloaukkoon nähden. Ruiskutuskammion X-akselin suuntainen kohdistus 

on mitoitettu keskelle ruiskutussuutinta ja on näin ollen kiinteä. 



36 

 

Käytännössä voima-anturin lopullinen kohdistaminen tehdään liikuttamalla voima-antu-

rin pidintä ruiskutuksen ollessa käynnissä. Mittauslukemaa seurataan reaaliaikaisesti sig-

naalivahvistimen näytöltä ja suurimman voimalukeman kohdalla, voima-anturin kohdis-

tus lukitaan. Ruiskutuskammion pitimessä on kolme eri lukitusruuvia, joilla pidin lukitaan 

paikoilleen. 

 

Ruiskutuskammion pidin on valmistettu 3D-tulostustekniikalla PA12 materiaalista.  Liike-

ratojen mahdollistamiseksi ruiskutuskammin aukko ruiskutusventtiiliä varten suunnitel-

tiin ovaalin muotoiseksi. Ovaalin aukon ympärille suunniteltiin normaali O-rengasura tii-

viyden varmistamiseksi. Tiivistys osoittautui hyvin hankalaksi, koska koemittauksissa ha-

vaittiin, että polttoainetta vuotaa hyvinkin pienistä raoista. Tiiveys ovaalissa aukossa var-

mistettiin suunnittelemalla korotuskiila ruiskutuskammion ja pitimen väliin. Korotuskiila 

puristaa ruiskutuskammion yläpintaa pidintä vastaan ja O-rengas puristuu tasaisesti. 

Ruiskutuskammion tiivistys on esitetty kuvassa 12. 

 

Kuva 12. Ruiskutuskammio, voima-anturin mittapää ruiskutuskammion ulkopuolella. 1 O-rengas, 
pidin. 2 O-rengas, ovaali. 3 O-rengas, ruiskutusventtiili. 4 Päätytiiviste, voima-anturin 
pidin. 5 O-rengas, työntötanko. 6 O-rengas, voima-anturin pidin. 7 Usit-tiiviste, poisto-
aukko. 8 Korotuskiila. 9 Voima-anturi. 



37 

 

3D-tulosteet ovat periaatteessa hyvin mittatarkkoja, mutta täysin koneistusta vastaavaa 

mittatarkkuutta ei voida odottaa. Tulostustapahtuma kestää yleensä useita kymmeniä 

minuutteja tai jopa useita tunteja. Tulostusparametreillä ja lämpötiloilla on suuri vaiku-

tus lopputulokseen. Haasteeksi osoittautui 3D tulostettavien komponenttien mitoitus si-

ten, että toisiinsa liitettävien komponenttien välykset olivat hankalia määrittää tarkasti. 

Suurikokoiset komponentit, jotka sisältävät aukkoja tuottavat eri mittatarkkuuden kuin 

pienikokoiset komponentit, joissa ei ole suuria aukkoja (Henttinen, 2020). Ruiskutuskam-

mion telakointiasema on esitetty kuvassa 13. 

 

Kuva 13. Telakointiasema: 1 Ruiskutuskammio. 2 
Kammion pidin. 3 Poistokanava. 4 Pai-
neanturi. 



38 

 

3.5.3 Ruiskutetun polttoaineen mittaussäiliö 

Mittauspenkissä mitattavat suureet ovat massavirta ja suihkun aiheuttama voima. Mit-

taustilanteessa polttoaine siirtyy ruiskutuskammiosta kumiletkun kautta mittaussäiliöön. 

Mittaussäiliön alle on asetettu vaaka, jolla siirtyneen polttoaineen massa voidaan mitata. 

Mittaussäiliön alakulmissa on kumityynyt tärinöiden vaimentamiseksi. Yläkannessa on 

avattava luukku, josta voidaan tehdä tarkastuksia. Poistoletkussa on sulkuventtiili. Sulku-

venttiili asetetaan kiinni-asentoon, kun polttoaineen massavirtaa mitataan. Sulkuventtii-

lin ollessa kiinni-asennossa on huomioitava, että mittaussäiliön painen nousee hieman 

kerääntyneen polttoaineen ansiosta. Mittaussäiliön mitat ovat 30 cm x 30 cm x 21 cm ja 

sen tilavuus on noin 21 litraa. 

 

 

3.5.4 Polttoainesäiliö 

Polttoainesäiliönä käytetään muovista valmistettua, yleiskäyttöön tarkoitettua säiliötä. 

Säiliö asetettiin pöytätason alapuolelle ja kiinnitettiin teräspannoilla ja lukitusliinoilla 

paikoilleen. Säiliön tilavuus on noin 35 litraa. Järjestelmään on täytetty polttoainetta 

kaikkiaan noin 20 litraa. Polttoaineen lämpötilan mittaus sijoitettiin säiliön sisään metal-

lisella taskulla. K-tyypin termopari mittaa polttoaineen lämpötilaa olematta fyysisesti 

kosketuksessa polttoaineeseen. Polttoainesäiliön täyttökorkissa on pieni ilmausruuvi, 

jolla voidaan tarvittaessa tasata säiliön painetta. 

 

  



39 

 

3.5.5 Polttoaineen siirto- ja syöttöpumppu 

Mittauspenkin polttoainejärjestelmässä on kaksi erillistä polttoainepumppua. 

 

• Siirtopumppu, siirtää polttoaineen säiliöstä esisuodattimelle 

• Syöttöpumppu, syöttää polttoaineen pääsuodattimesta korkeapaine-

pumpulle. 

Polttoaineen siirtopumppu on paineilmalla toimiva kalvopumppu, joka siirtää polttoai-

netta polttoainesäiliöstä esisuodattimelle. Paineilma saa pumpun sisällä olevan kalvon 

liikkumaan edestakaisin ja polttoaineen virtaamaan. Paineilmaa syötetään siirtopum-

pulle kiinteistön paineilmaverkosta. Paineilman määrää säädellään täysin manuaalisesti 

paineilmaverkoston sulkuventtiilillä. Kun lisätään syötetyn paineilman määrää, siirto-

pumpun tuotto ja paine kasvavat. Siirtopumpun toimintaperiaatteen takia pumppu ai-

heuttaa siirrettävään polttoaineeseen jaksottaisia painesykäyksiä. Tällaiset painesykäyk-

set saattavat vaikuttaa polttoainepiirissä edempänä olevan syöttöpumpun tuottamaan 

paineeseen ei-toivottuja vaihteluita. Ilmiötä voidaan hallita rajoittamalla paineilman 

määrää minimiinsä, huomioiden kuitenkin polttoaineen riittävä kierto lämmönvaihti-

messa. Polttoaineen siirtopumppu on esitetty kuvassa 14. 



40 

 

 

 

Korkeapainepumpun yhteyteen on integroitu hammasratas -tyyppinen polttoaineen 

syöttöpumppu. Syöttöpumppu saa käyttövoimansa korkeapainepumpun nokka-akselilta. 

Syöttöpumpun tarkoitus on imeä polttoainetta esisuodattimelta ja syöttää sitä pää-

suodattimen kautta korkeapainepumpulle noin 0,6 MPa paineella. Erillinen painemittari 

asennettiin polttoaineen pääsuodattimen yhteyteen, jotta syöttöpumpun tuottamaa 

painetta voidaan seurata. 

 

Mittauspenkkiä käytettäessä on huomioitava, ettei esisuodattimelle ja sitä kautta syöt-

töpumpulle toimitetun polttoaineen paine nouse liian korkeaksi. Tämä on mittauspen-

kissä mahdollista lisäämällä polttoainepiirissä aikaisemmin olevan siirtopumpun tuottoa. 

Kuva 14. Polttoaineen siirtopumppu. 



41 

 

Mikäli saapuvan polttoaineen paine on liian suuri, voi syöttöpumpun hammasrattaat va-

hingoittua ja siitä voi aiheutua häiriöitä korkeapainepumpun tuottamaan paineeseen. 

Lisäksi koemittauksissa havaittiin, että polttoaineen esisuodattimen kiristin alkaa vuotaa 

siirtopaineen kasvaessa. Oikea polttoaineen syöttöpaine syöttöpumpulle on 50–100 kPa 

(Klemt, 2020b). CP4 korkeapainepumpun yhteyteen integroitu syöttöpumppu on esi-

tetty kuvassa 15. 

 

 

 

3.5.6 Polttoaineen suodatusjärjestelmä 

Nykyaikaisissa dieselmoottoreissa polttoaineen ruiskutuspaineet ovat korkeita polttoai-

netaloudellisuuden parantamiseksi. Tällaiset ruiskutuslaitteistot vaativat hyvin korkeaa 

polttoaineen suodatusta, ja polttoaineessa ei sallita juuri lainkaan partikkeleita tai vettä. 

Taulukossa 2 on esitetty ISO 4406: 2017 standardiin perustuva hiukkaskoon ja -määrän 

luokitusmenetelmä, jolla määritetään polttoaineen suodatukselle asetettuja vaatimuk-

sia. Liikennekäytössä dieselpolttoaineelle suositellaan tyypillisesti ISO 19/17/14 mu-

kaista luokitusta (Mann-Filter, 2021); (Parker, 2021). 

Kuva 15. Bosch CP4: 1 polttoaineen syöttöpumppu, 2 korkeapainepumppu. 



42 

 

Taulukko 2. Polttoaineen suodattimien ominaisuuksia (Mann-Filter, 2021). 

 

Mittauspenkin polttoainejärjestelmässä on kaksi varsinaista suodatinyksikköä. Niiden 

tarkoitus on varmistaa, että ruiskutuslaitteistoon ei pääse epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet 

kuluttavat ja tukkeuttavat hienomekaanisia komponentteja. 

 

Mittauspenkissä polttoaine saapuu ensin esisuodattimelle, joka erottelee polttoaineesta 

veden ja tekee ensimmäisen suodatuksen partikkeleille. Esisuodattimen yhteyteen on 

integroitu manuaalinen käsipumppu järjestelmän täyttämistä ja ilmaamista varten. Seu-

raavassa vaiheessa polttoaine siirtyy pääsuodattimelle, joka suorittaa lopullisen suoda-

tuksen ennen korkeapainepumppua. 

 

Varsinaisten suodattimien lisäksi on polttoainesäiliön imuputken läpivientiin asennettu 

pieni verkkosuodatin. Koemittauksissa havaittiin, että tämä verkkosuodatin siivilöi tehok-

kaasti asennuksesta aiheutuneita epäpuhtauksia. Polttoaineen esi- ja pääsuodatin on 

esitetty kuvassa 16. 

Moniastesuodatin-
materiaali 

Suodatuskyvyn taso ISO 19 (438) 
 
 4 µm (c) 6 µm (c) 

≥ 10 % ≥ 30 % 

Esisuodatin veden 
erotuksella 

Suodatuskyvyn taso ISO/TR 16 (332) 

Vesi 
 

≥ 93 % 



43 

 

 

 

 

Kuva 16. Polttoaineensuodatus: 1 Esisuodatin. 2 Pääsuodatin. 3 Kiristinrengas. 4 Käsipumppu. 5 
Syöttöpumpun painemittari. 



44 

 

3.6 Jäähdytysjärjestelmä 

Polttoaineen lämpötila nousee korkeimmilleen ennen purkautumistaan suutinreiän 

ulostulosta. Korkeapaineputkeen lähelle ruiskutusventtiiliä asennettiin paineanturi, joka 

sisältää myös lämpötilan mittauksen. Anturi sijaitsee kuitenkin niin etäällä ennen suutin-

reikää, että polttoaineen lämpötila nousee hieman vielä anturin mittauspisteen jälkeen. 

Koemittauksissa lämpötilaksi mitattiin anturilla noin 40 celsiusastetta korkeimmillaan. 

Arvioimalla voitiin todeta, että lämpötila mittaussäiliössä oli tätä arvoa suurempi, kor-

keimmillaan noin 50 celsiusastetta. Mittaussäiliön lämpötilaa arvioitiin mittaamalla säi-

liön ulkopinnan lämpötila infrapunalämpömittarilla ja termoparilla. 

 

Järjestelmän käyttölämpötilaksi matalapainepiirissä oli määritetty 40 celsiusastetta. 

Tämä on dieselöljyn höyrystymislämpötila 0,1 MPa paineessa. Polttoaineen lämpötila 

nousee mittauskammiossa hetkellisesti yli 40 celsiusasteen. Mittaussäiliöön ei suoraan 

voida asentaa jäähdytystä, koska ruiskutetun polttoaineen massan mittaus on osa koe-

järjestelyjä ja jäähdytysneste haittaisi massan mittausta. Mahdollista höyrystynyttä polt-

toainetta ei kuitenkaan pääse hengitysilmaan, koska polttoainepiiri pidetään suljettuna. 

 

Jäähdytysveden kierto toteutettiin siten, että jäähdytysvesi virtaa ensin lämmönvaihti-

meen, jossa vesi jäähdyttää polttoainesäiliön ja esisuodattimen välillä jatkuvasti kiertä-

vää polttoainetta. Lämmönvaihtimessa lämpöä siirtyy lämpimästä polttoaineesta kyl-

mään jäähdytysveteen. Tämän jälkeen jäähdytysvesi johdetaan ruiskutusventtiilin adap-

teriin, jossa ruiskutussuutin sijaitsee. Adapterin jäähdytys hillitsee polttoaineen lämmön 

nousua adapterissa, missä lämpötila on korkeimmillaan. Jäähdytysvesi johdetaan adap-

terin jälkeen lattiakaivoon. 

 

Tämä järjestely todettiin tehokkaimmaksi menetelmäksi, koska jäähdytysvesi on kylmim-

millään virratessaan lämmönvaihtimen läpi. Polttoaineen siirtopumppu kierrättää polt-

toainetta keskeytyksettä suurella volyymilla esisuodattimen ja polttoainesäiliön välillä. 

Tällä tavoin polttoainesäiliössä oleva polttoaine kiertää jatkuvasti lämmönvaihtimessa 

pitäen polttoaineen lämpötilan alhaisena. Lämmönvaihtimen jälkeen jäähdytysvesi 



45 

 

johdetaan adapteriin, joka on järjestelmän kuumin kohta. Jäähdytykseen käytetään kiin-

teistön vesijohtovettä, jonka lämpötila saadaan säädettyä alimmilleen noin 7 celsiusas-

teeseen. Ennen mittaustapahtuman alkua vesipisteen hana aukaistaan ja veden kierto 

pidetään käynnissä mittaustapahtuman loppuun saakka. 

 

Jäähdytysjärjestelmässä ei ole varsinaista korroosion estoa lämmönvaihtimelle ja ruisku-

tusventtiilin adapterille käytettäessä normaalia hanavettä jäähdytysnesteenä. Kun mit-

tauspenkkiä ei käytetä, kannattaa järjestelmä täyttää korroosionestoaineita sisältävällä 

glykolilla. Jäähdytysjärjestelmän yksinkertaistettu kaavio on esitetty kuvassa 17. Jäähdy-

tysputket on merkitty kuvaan sinisellä, lämpimän polttoaineen putket on merkitty pu-

naisella. 

 

 

 

3.6.1 Jäähdytystase 

Lämmönvaihtimessa on kaksi toisistaan eristettyä nesteen kiertopiiriä. Toisessa piirissä 

kiertää kuuma polttoaine ja toisessa kylmä jäähdytysvesi. Kuuma kiertopiiri on asetettu 

Kuva 17. Jäähdytysjärjestelmän yksinkertaistettu kaavio. 



46 

 

kiertämään kylmän piirin sisällä, jolloin lämpöä siirtyy polttoaineesta jäähdytysveteen. 

Lämmönvaihtimena käytetään Bowman DC90-XAA putkimallista polttoainejäähdytintä. 

Jäähdytyksen järjestelmästä poistama lämpövirta Q  lasketaan kaavalla 

 

𝑄 = 𝑚̇𝑐𝑣(𝑇2−𝑇1),          (3) 

 

missä ṁ merkitsee jäähdytysveden massavirtaa, cv  veden ominaislämpökapasiteettia, 

T1  jäähdytysnesteen sisäänvirtauslämpötilaa ja T2  jäähdytysnesteen ulosvirtauslämpö-

tilaa. 

 

Mittauspenkin lämmöntuottoa arvioitiin korkeapainepumpun kokonaisottotehon ja ruis-

kutukseen kuluvan tehon erotuksena. Ideaalitilanteessa korkeapainepumpun hyöty-

suhde olisi 100 %, jolloin kaikki ottoteho kuluisi ruiskutukseen. Toisena ääriarvona hyö-

tysuhteelle käytettiin arvoa 55 %. Näiden hyötysuhteiden mukaisten ottotehojen ero-

tusta käytettiin arvioinnin perusteena. Laskentakaavana käytettiin lauseketta (Salminen, 

2019, s. 54). 

 

𝑃axle = 𝑞𝑣∗ ∆𝑝𝑝

𝜂
,           (4) 

 

missä Paxle tarkoittaa korkeapainepumpun akselitehoa, 𝑞𝑣  on polttoaineen tilavuusvir-

taa, ∆𝑝𝑝 paine-eroa ja 𝜂 korkeapainepumpun hyötysuhdetta. 

 

Mittaustilanteessa, jossa jäähdytysveden massavirta oli noin 12 kg / minuutissa, jäähdy-

tysveden ulos- ja sisäänvirtauslämpötilat olivat 8,0 ja 7,0 celsiusastetta lämmönvaihti-

mella. Ulos- ja sisäänvirtauslämpötilat ruiskutussuuttimen adapterilla olivat 9,0 ja 8,0 

celsiusastetta.  Kokonaisjäähdytystehoksi saatiin 1,6 kW. 

 

Järjestelmän maksimilämmöntuotoksi arvioitiin 200 MPa paine-erolla ja 0,53 L / min ti-

lavuusvirralla 1,5 kW. Tämän perusteella voitiin arvioida, että riittävä jäähdytysteho saa-

vutettiin, eikä polttoaineen lämpötila nouse kumulatiivisesti. Huomioitavaa on, että 



47 

 

ainoastaan ruiskutusventtiilin adapterissa on kiinteä lämpötila-anturi ja muiden mittaus-

pisteiden lukevat on mitattu ulkopuolisilla menetelmillä ja voivat poiketa todellisista. 

Lämpövirran säteilyä tai vapaata konvektiota ympäristöön ei otettu huomioon laskel-

massa. Korkeapainepumpun laskennallinen maksimi lämmöntuotto on esitetty taulu-

kossa 3. Taulukossa 4 on esitetty jäähdytysjärjestelmän suoritusarvot koemittauksessa. 

 

Taulukko 3. Korkeapainepumpun tuottama laskennallinen maksimilämpövirta. 

 

Taulukko 4. Jäähdytysteho lämmönvaihtimessa ja ruiskutusventtiilin adapterilla. 

 

 

3.7 Sähkömoottori 

Mittauspenkin sähkömoottorina käytetään ABB: een valmistamaa 11 kW: n tehoista oi-

kosulkumoottoria. Moottori toimii 3-vaihe sähköllä, käyttötaajuus on 50–60 Hz ja pää-

jännite on 400 VAC. Moottori on 4-napainen ja sen nimellispyörimisnopeus kuormitta-

mattomana on 50 Hz:llä 1500 r/min. Nimellisvääntömomentti on 72 Nm. Moottorin 

CP4 Paine- 
ero 

Ruiskutuksen 
tilavuusvirta 

Kokonais- 
ottoteho 
(η=0,55) 

Ruiskutukseen 
kulunut teho 
(η=1,00) 

Arvioitu 
lämpötuotto 

 200 MPa 0,53 L / min 3,2 kW 1,7 kW 1,5 kW 

Jäähdytys- 
järjestelmä 

Jäähdytys 
massavirta 

T.Out T.IN Jäähdytys 
teho 

Lämmönvaihdin 12 kg / min 8,0 °C 7,0°C 0,8 kW 

Ruiskutussuutti-
men adapteri 

12 kg / min 9,0 °C 8,0°C 0,8 kW 

Yhteensä    1,6 kW 



48 

 

runkokoko on 160M. Moottori on niin kutsuttu jalka- ja laippamoottori (ABB, 2021). Taa-

juusmuuttajan avulla sähkömoottorin pyörimisnopeutta voidaan helposti säätää välillä 

1200–1700 r/min. Tämä vastaa taajuusmuuttajalla noin 40–57 Hz lähtötaajuusarvoja. 

Sähkömoottori toimii mittauspenkissä kolmiokytkennässä (Kiikeri, 2020). 

 

Koemittauksissa havaittiin, että kiilahihnat värähtelevät voimakkaasti korkeapainepum-

pun kuormituksen ollessa korkea. Vaikka selvitysten perusteella selittäväksi tekijäksi 

osoittautui korkeapainepumpun nokkien jyrkät nousukulmat, päätettiin sähkömoottorin 

kunto kuitenkin tarkistaa. Sähkömoottori on päällisin puolin hyvässä kunnossa, mutta 

moottori on todennäköisesti yli 20 vuotta vanha. 

 

Sähkömoottorin roottori irrotettiin ja kaikki näkyvät liitännät ja komponentit tarkistettiin 

silmämääräisesti. Mitään selvää vikaa ei havaittu, ainoastaan moottorin sisällä, staatto-

rin pinnalla näytti olevan ylimääräistä hartsia. Hartsia käytetään käämien suojaamiseen, 

mutta normaalisti sitä ei jätetä staattorin pinnalle. Juuri tämä ilmarako staattorin ja root-

toriin välillä, jossa hartsia oli, on tärkeä tekijä sähkömoottorin toiminnassa. Ylimääräinen 

hartsi poistettiin mekaanisesti, mutta sillä ei ollut sanottavaa vaikutusta moottorin toi-

mintaan. Moottorin laakerit vaihdettiin uusiin. Roottorin akselilla, laakereiden kiinnitys-

kohdassa, oli havaittavissa pientä kulumaa. Kytkentäkotelossa alimmat Abiko-liittimet ki-

ristettiin. Liittimet olivat löystyneet todennäköisesti tärinän vaikutuksesta. 

 

 

3.8 Voimansiirto 

Voimansiirron tehtävänä mittauspenkissä on välittää pyörittävä voima sähkömoottorilta 

korkeapainepumpun akselille. Korkeapainepumpun tarvitsema teho oli laskettu ja tarvit-

tava sähkömoottori oli hankittu. Mittauspenkin voimansiirto oli suunniteltu toteutetta-

vaksi kiilahihnojen välityksellä. Voimansiirron hihnapyörillä voidaan muuttaa järjestel-

män välityssuhdetta. 

 



49 

 

Kiilahihnakäytön etuna on yksinkertainen ja edullinen rakenne sekä vähäinen huollon 

tarve. Tarvittavia komponentteja ovat ainoastaan hihnapyörät, hihnat ja kiristimet. Huol-

totoimenpiteitä ovat hihnojen linjaus, kireyden tarkistaminen ja hihnojen uusiminen. 

Hihnatyypiksi oli valittu teollisuudessa yleisesti käytetyt SPZ / XPZ tyypin kiilahihnat 

(Salminen, 2019, s. 54). 

 

Hihnojen joustavuus mahdollistaa sähkömoottorin pehmeän käynnistyksen ja sammut-

tamisen. Taajuusmuuttajalla voidaan säätää sähkömoottorin kiihdytys- ja hidastuvuus-

aikoja. Nämä seikat yhdessä vähentävät voimansiirron komponenteille tulevaa rasitusta 

(Salminen 2019). Koemittauksissa havaittiin, että kiilahihnat vaimentavat korkeapaine-

pumpun aiheuttamia momenttipiikkejä. Haittapuolena on kuitenkin hihnojen värähtely, 

ja hihnat luistavat suhteessa hihnapyöriin. Voimansiirron komponentit on esitetty ku-

vassa 18. 

 

Kuva 18. Voimansiirto: 1 Hihnapyörä 71 mm. 2 Taper Lock 1108–20. 3 Kiilahihnat. 4 Hihnankiris-
timet. 5 Hihnapyörä 100 mm. 6 Taper Lock 1610–42. 



50 

 

3.8.1 Hihnapyörät 

Teollisuudessa on yleisesti käytössä menetelmä, jossa hihnapyörät kiinnitetään lieriön 

muotoiselle akselille Taper-Lock holkin välityksellä. Holkin kehä on katkaistu ja lieriön 

muotoinen sisäreikä kiristyy akselin ympärille. Holkin ulkopinta on kartio ja vastaa hih-

napyörän sisäreiän kartiota. Holkki kiristetään kahden pienen pysäytinruuvin avulla hih-

napyörän sisään. Holkki ikään kuin liukuu hihnapyörän kartiota pitkin ja kiristyy saman-

aikaisesti sekä hihnapyörään, että akselille. Näin hihnapyörä saadaan kiinnitettyä luotet-

tavasti ja helposti suoralle akselille. 

 

Kiilahihnakäytön suunnittelun yhteydessä oli määritelty hihnapyörien tyyppi ja koko.  

Ratkaisuksi oli valittu yksiuraiset hihnapyörät. Sähkömoottorin akselille oli määritelty ja-

kohalkaisijaltaan 106 mm hihnapyörä ja korkeapainepumpulle 71 mm hihnapyörä. Hih-

napyörien jakohalkaisijat määräävät hihnakäytön välityssuhteen. Valittujen jakohalkaisi-

joiden perusteella välityssuhde oli 106 mm / 71 mm, eli 1,49. 

 

Mittauspenkissä voimansiirron rajoittavana tekijänä on sähkömoottorin akselin suuri 

halkaisija suhteessa korkeapainepumpun akseliin. Akseleiden halkaisijat rajoittivat saa-

tavissa olevien hihnapyörien koot siten, että korkeapainepumpun hihnapyörä on pie-

nempi kuin sähkömoottorin hihnapyörä. Normaalisti vedettävän laitteen hihnapyörä on 

suurempi kuin vetävän hihnapyörä (Gates, 2021, ss. 28,45). 

 

Sähkömoottorin akseli on lieriön muotoinen, suora akseli. Hihnapyörän kiinnittäminen 

siihen sujui ongelmitta Taper-Lock holkilla. Korkeapainepumpun hihnapyörän kiinnitys 

akselille toteutettiin samalla periaatteella, mutta holkkia jouduttiin muokkaamaan. 

Koska korkeapainepumpun akselilla hihnapyörän kiinnityspinta on kartio, jouduttiin nor-

maalin Taper-Lock holkin sisäreikä koneistamaan kartioksi. Kartiokulma ja muut mitoi-

tustiedot olivat tunnettuja ja holkki valmistettiin MK-koneistus Oy: n toimesta halutuilla 

mittatiedoilla onnistuneesti. 

 



51 

 

Koemittauksissa havaitun kiilahihnan voimakkaan värähtelemisen takia päätettiin hank-

kia kaksiriviset hihnapyörät. Ajatuksena oli, että välitettävä teho jakautuisi kahdelle rin-

nakkaiselle kiilahihnalle tasaisemmin ja värähtely vaimenisi. Kahden rinnakkaisen hihnan 

asentaminen ei kuitenkaan vaikuttanut merkittävästi hihnojen värähtelyyn. Kaksirivisiä 

hihnapyöriä sähkömoottorin akselin halkaisijalla oli vielä rajoitetummin saatavissa kuin 

yksirivisiä. Lopulliseksi välityssuhteeksi muodostui hihnapyörien jakohalkaisijoiden 

suhde 100 mm / 71 mm, eli 1,41. Alkuperäisten Taper-Lock holkkien mitoitus on yhteen-

sopiva kaksirivisten hihnapyörien kanssa. 

 

 

3.8.2 Kiilahihnat 

Mittauspenkissä voidaan käyttää joko SPZ tai XPZ kiilahihnoja. SPZ hihna on kontaktipin-

naltaan sileä. XPZ hihnassa on sisäpinnassa uritus, joka hieman vähentää hihnan kontak-

tipinta-alaa, mutta parantaa hihnan kääntyvyyttä pienillä hihnapyörähalkaisijoilla. SPZ ja 

XPZ hihnojen nimellisleveys on 9,7 mm ja nimelliskorkeus on 8 mm. Hihnan poikkileik-

kaus muodostaa kiilamaisen V-kuvion, jonka avautumiskulma on noin 38° (Gates, 2021, 

s. 42). 

 

Autoteollisuudessa käytössä oleva AVX 10 hihna on yhteensopiva edellisten hihnojen 

kanssa. Erona on, että AVX hihnojen pituusmitta ilmoitetaan toisin. Mittauspenkissä käy-

tössä olevien SPZ ja XPZ hihnojen jakopituus on 1162 mm. Vastaavan pituisen AVX 10 

hihnan pituusmerkintä on 1175 mm. Hihnojen värähtelyn takia mittauspenkissä kokeil-

tiin kaikkia kolmea eri hihnatyyppiä. Eri hihnatyyppien välillä ei havaittu mainittavia eroja 

värähtelyn suhteen. 

 

Laskennallinen tehonsiirron tarve ruiskutuksen paine-erolla 200 MPa ja polttoaineen ti-

lavuusviralla 0,53 L / minuutissa, oli korkeapainepumpulla 2,06 kW (Salminen, 2019, s. 

69). Koemittauksissa havaittiin 140 MPa paine-erolla taajuusmuuttajan arvojen perus-

teella, että sähkömoottorin ottoteho oli noin 2,1 kW. Mittauspenkissä käytössä olevien 

kiilahihnojen teoreettisena tehonsiirron ylärajana voidaan pitää 2,5 kW (XPZ) ja 1,8 kW 



52 

 

(SPZ) per yksi hihna (Gates, 2021, ss. 48,56). Mittauspenkissä on asennettuna kaksi kiila-

hihnaa rinnakkain. 

 

Kiristyspyöriä käytetään hihnakäytöissä useista eri syistä. Hihnojen kireyden ylläpitämi-

sen lisäksi niitä käytetään hihnojen ohjaamiseen. Mittauspenkissä hihnojen esikiristämi-

nen tehdään liikuttamalla sähkömoottoria etäämmälle korkeapainepumpulta. Kiristämi-

sen yhteydessä on huolehdittava, että hihnojen linjaus pysyy suorassa. Hihnojen linjaa-

misen apuna käytettiin kahta rinnakkaista linjalautaa, joilla hihnapyörien asento saatiin 

kohdistettua. 

 

Kokeiluissa havaittiin, että paras tapa kiristää ja linjata hihnat samanaikaisesti, on tehdä 

hihnojen peruskiristys sähkömoottorilla. Tämän jälkeen lopullinen kiristys tehdään kah-

della, vastakkaisilla puolilla olevilla kiristinpyörillä. Korkeapainepumpusta syntyvät mo-

menttipiikit aiheuttavat värähtelyä sekä hihnan veto- että vapaalla puolella. Havaittiin, 

että värähtelyä pystytään vaimentamaan kiristinpyörien avulla. 

 

 

3.9 Sähköjärjestelmä 

Mittauspenkin sähköjärjestelmän pääosat ovat sähkömoottori, taajuusmuuttaja, mitta-

anturit, anturivahvistimet, DC-teholähteet, magneettiventtiilit, katkaisimet ja johtimet. 

Pääsähkönsyöttö mittauspenkille on 50 Hz taajuista 3-vaihe vaihtosähköä, jossa vaihei-

den välinen jännite on 400 VAC. Toissijainen sähkönsyöttö on 50 Hz yksivaiheista vaih-

tosähköä, jonka jännite on 230 VAC. Voima-anturilla on erillinen, kytkentäkaapin ulko-

puolinen signaalivahvistin. Voima-anturin vahvistimelle sekä punnitusvaa’alle otetaan 

oma sähkönsyöttönsä jatkojohdolla sähkökeskuksesta. 

 

Sekä 400 VAC, että 230 VAC sähkönsyötöt otetaan mittauspenkin viereisestä sähkökes-

kuksesta kumikaapelilla. Pääsyöttö johdetaan taajuusmuuttajan kautta sähkömoottorille. 

Toissijainen sähkönsyöttö johdetaan kytkentäkaappiin, jossa 230 VAC jännite 



53 

 

muunnetaan antureille ja antureiden vahvistimille 5, 12 ja 24 VDC jännitteiksi DC-te-

holähteiden avulla. 

 

 

3.9.1 Taajuusmuuttaja 

Taajuusmuuttaja on tehoelektroniikkalaite, jolla voidaan ohjata moottorin nopeutta ja 

momenttia portaattomasti moottorin syöttöjännitteen taajuuden avulla. Mitä suurempi 

syötetty taajuus on, sitä korkeampi on moottorin pyörimisnopeus. Taajuusmuuttaja 

mahdollistaa hallitut käynnistämis- ja pysäyttämistoiminnot, jotka vähentävät mekaani-

sia rasituksia ja tehopiikkejä (Kettunen, 2015). 

 

Taajuusmuuttajaksi oli hankittu Vacon 100 Industrial laite. Sen syöttöjännitteenä voidaan 

käyttää 3-vaiheista vaihtosähköä 380–500 V ja 50–60 Hz alueilla. Taajuusmuuttajan ulos-

tulojännitealue on 0–500 V taajuusalueella 0–320 Hz. Maksimi ulostulovirta on 31 A ja 

teho on 15 kW. Mittauspenkissä taajuusmuuttajaa hallitaan taajuusmuuttajan etupanee-

lissa olevalla näppäimistöllä. 

 

Taajuusmuuttajilla voidaan nykyään ohjata sähkömoottoreita yhä useammissa käyttö-

kohteissa ja ne sisältävät valmiiksi määriteltyjä sovellusohjelmia eri tarkoituksiin. Vacon 

100 Industrial taajuusmuuttaja sisältää kuusi erilaista valmista sovellusta, esimerkiksi va-

kio- ja PID-säätösovellukset. Valmiit sovellukset helpottavat taajuusmuuttajan käyttöön-

ottoa ja laajentavat käyttömahdollisuuksia (Kettunen, 2015). 

 

Eri sovellusohjelmavaihtoehtojen lisäksi Vacon 100 Industrial taajuusmuuttajassa on 

mahdollista valita käytettävä ohjaustapa. Usein ohjaustapana käytetään taajuusohjausta. 

Taajuusohjauksessa sähkömoottoria käytetään annetun taajuusohjeen perusteella. Mit-

tauspenkissä esimerkiksi 50 Hz annettu taajuusohje tuotti koemittauksissa sähkömoot-

torilla noin 1495 r/min pyörimisnopeuden. Tällöin moottori oli kuormittamaton. 

 



54 

 

Kiilahihnojen voimakkaan värähtelyn johdosta taajuusmuuttajan ohjaustapa muutettiin 

taajuusohjauksesta OL-momentinohjaukseen. Open loop (OL) ohjauksessa ei ole takai-

sinkytkentää säädettävästä parametristä, taajuusmuuttaja kykenee silti säätämään para-

metriä tarkasti ja nopeasti (Kettunen, 2015). Muutoksen ansiosta hihnojen värähtelyä 

saatiin pienennettyä merkittävästi jo pelkästään momentinohjaustavan parametrien ole-

tusarvoilla. Parametrejä edelleen muuttamalla saatiin värähtelyä yhä pienennettyä. Kaik-

kia parametrien yhdistelmiä ei ollut kuitenkaan mahdollista testata tämän työn puit-

teissa. 

 

Vacon 100 Industrial taajuusmuuttaja sisältää kokonaisuudessaan useita kymmeniä eri 

parametrejä, joita käyttäjä voi muutella parhaan säätämistavan löytämiseksi. Momen-

tinohjaustilassa useilla parametreillä on vaikutusta toisiinsa, ja eri parametriyhdistel-

mien määrittäminen on haastavaa. Mittauspenkkiä käyttävien henkilöiden tulee pereh-

tyä tarkasti kaikkien oleellisten parametrien vaikutukseen ja kokeilemalla hakea opti-

maalisin parametrien yhdistelmä. 

 

Kiilahihnat absorboivat momenttipiikkejä, joten niiden välittävät momenttipiikit sähkö-

moottorille ovat erisuuruisia kuin alkuperäiset momenttipiikit korkeapainepumpulla. 

Kuitenkin kokeilemalla parametrien ja niiden yhdistelmien vaikutusta taajuusmuuttajaan 

ja sähkömoottoriin, voidaan optimaalisin asetus löytää. Vacon Live on taajuusmuutta-

jalle tarkoitettu hallintaohjelma. Vacon Live helpottaa huomattavasti parametrien mää-

ritystä. Lisäksi tällä ohjelmalla voidaan tehdä reaaliaikaista prosessin seurantaa. Vacon 

Live on ladattavissa internetistä veloituksetta (Danfoss, 2021). Kuvassa 19 on esitetty Va-

con 100 Industrial taajuusmuuttaja. 



55 

 

 

 

 

3.9.2 Kytkentäkaappi 

Kytkentäkaappiin on sijoitettu mittauspenkin ohjaukseen ja mittaustietoihin liittyvät 

komponentit. Kytkentäkaapin materiaali on lasikuidulla vahvistettua kyllästämätöntä po-

lyesteriä. Ovessa on PU-vaahtotiiviste ja kaappi sisältää sinkityn asennuslevyn, johon 

Kuva 19. Vacon 100 Industrial taajuusmuuttaja. 



56 

 

järjestelmien laitteet on kiinnitetty (Salonen, 2020). Ohjausjärjestelmään kuuluvat po-

tentiometrit sijoitettiin kytkentäkaapin etupaneeliin käytettävyyden helpottamiseksi. 

 

 

3.9.3 Teholähteet 

Mittauspenkissä teholähteitä käytetään muuntamaan 230 V vaihtojännite tasajännit-

teeksi. Teholähteiden avulla voidaan kytkentäkaapille johdettu 230 V vaihtojännite jakaa 

ja muuntaa helposti tasajännitteeksi teholähteiden monipuolisten kytkentäominaisuuk-

sien ansiosta. Tasajännitettä tarvitaan mittauspöydässä painevaraajien paineantureille, 

magneettiventtiileille ja signaalivahvistimille. 

 

Teholähteiksi valittiin Mean Well DRA- ja MDR-sarjan teholähteitä. Niiden tuottama ta-

sajännite on toteutettu pulssinleveysmodulaatio-tekniikalla (PWM). Tarvittavat teholäh-

teet löytyivät samasta tuoteperheestä. Teholähteet ovat kooltaan kompakteja, ja te-

holähteet voitiin asentaa kytkentäkaappiin käyttämällä valmiita DIN-kiskoja. Teholäh-

teitä hankittiin yhteensä 6 kpl. Voima-anturilla on näiden lisäksi erillinen signaalinvahvis-

tin, jossa on oma teholähde. 

 

Hankituissa teholähteissä on kussakin kaksi lähtöporttia kuormalle, esimerkiksi kaksi sig-

naalivahvistinta pystyttiin kytkemään yhteen teholähteeseen. Tämä vähensi teholähtei-

den kokonaismäärän tarvetta. Teholähteiden ulostulojännitettä voidaan hienosäätää 

säätöruuvilla. DRA-sarjan laitteiden ominaisuuksiin kuuluu ulos lähtevän virran rajoitus-

mahdollisuus kolmella eri menetelmällä. Tätä ominaisuutta tarvitaan magneettiventtii-

lien ohjaamisessa. Ominaisuutta hyödynnettiin siten, että säätöporttiin kytkettiin poten-

tiometri. Tällä tavoin ulostulovirtaa kyetään rajoittamaan portaattomasti. Teholähteiden 

tärkeimmät ominaisuudet on esitetty taulukossa 5 (Yleiselektroniikka, 2021). 

  



57 

 

Taulukko 5. Mittauspenkin kytkentäkaapin teholähteiden tärkeimmät ominaisuudet 
(Yleiselektroniikka, 2021). 

 

  

Teho- 
lähde 

Syöttö 
jännite 

Ulostulo 
jännite 

Max 
virta 

Käyttö 1 Käyttö 2 

MDR-40-
5 

230 VAC 5 VDC 6,0 A Painevaraaja, 
Bosch paineanturi 
1 

Painevaraaja, 
Bosch paineanturi 
2 

MDR-40-
24 

230 VAC 24 VDC 1,7 A Kistler 4624 signaa-
livahvistin 
paine/lämpötila-
anturi 4067e 

Kistler 4624 sig-
naalivahvistin pai-
neanturi 4075a 

MDR-40-
24 

230 VAC 24 VDC 1,7 A Nokeval 6821 sig-
naalivahvistin ter-
mopareille 

 

DRA-40-
12 

230 VAC 12 VDC 3,34 A MPROP-magneetti-
venttiili 

* Virran rajoitta-
minen mahdol-
lista 

DRA-40-
12 

230 VAC 12 VDC 3,34 A Paineenrajoitus-
magneettiventtiili 
1 

* Virran rajoitta-
minen mahdol-
lista 

DRA-40-
12 

230 VAC 12 VDC 3,34 A Paineenrajoitus-
magneettiventtiili 
2 

* Virran rajoitta-
minen mahdol-
lista 



58 

 

3.9.4 Magneettiventiilit 

Magneettiventtiilillä voidaan kontrolloida venttiilin avautumista portaattomasti. Mag-

neettiventtiilit sisältävät käämin, johon johdetaan pulssimoduloitua tasajännitteellistä 

sähkövirtaa. Johdetun sähkövirran kasvaessa avautumiseen tarvittava voima kasvaa. Mi-

käli magneettiventtiileihin ei johdeta sähkövirtaa lainkaan, ne vaativat pienemmän voi-

man avautuakseen (Klemt, 2020a); (Vilenius, 2020). 

 

Mittauspenkissä on yhteensä kolme magneettiventtiiliä. Yksi on korkeapainepumpun 

MPROP-venttiili, jolla säädellään korkeapainepumpun tuottamaa tilavuusvirtaa ja pai-

netta. Kaksi muuta ovat painevaraajien päädyissä sijaitsevat paineenrajoitusventtiilit, 

Pressure control valve (PCV). Mittauspenkin paineenrajoitusventtiilien ei ole tarkoitus 

aueta ja sulkeutua edestakaisin. Ne toimivat järjestelmän turvalaitteina ja avautuvat ai-

noastaan silloin, kun varaajien paine ylittää säädetyn maksimipaineen (Klemt, 2020a). 

 

Mittauspenkissä magneettiventtiilejä ohjataan ruiskutuksen ohjausjärjestelmällä. Kor-

keapainepumpun ja paineenrajoitusventtiilien minimi- ja maksimiohjausvirrat ja niiden 

tuottamat polttoaineen paineet painevaraajissa on esitetty taulukossa 6 (Klemt, 2021); 

(Vilenius, 2020). 

 

Taulukko 6. MPROP-venttiilin ja paineenrajoitusventtiilien viitteelliset ohjausvirrat ja vastaavat 
paineet painevaraajissa (Klemt, 2021). 

 

Sijainti Magneetti-
venttiili 

Ohjausvirta minimi / 
rail paine 

Ohjausvirta maksimi / 
rail paine 

Korkeapaine-
pumppu 

MPROP 0,0 A / 200 MPa 1,6 A / 0,0 MPa 

Painevaraaja 1 PCVN2-25 0,0 A / 89 MPa 1,26 A / 220 MPa 

Painevaraaja 2 PCVN2-25 0,0 A / 89 MPa 1,26 A / 220 MPa 



59 

 

3.10 Ruiskutuksen ohjausjärjestelmä 

Mittauspenkin ruiskutuksen ohjausjärjestelmän pääperiaate on ohjata järjestelmässä 

olevia magneettiventtiilejä johtamalla niille kulloinkin halutun ruiskutuspaineen mukai-

sesti sähkövirtaa. Magneettiventtiilit toimivat 12 VDC nimellisjännitteellä. Normaali 230 

VAC vaihtosähkö muunnetaan teholähteiden avulla 12 VDC tasasähköksi. Magneetti-

venttiilejä varten hankittiin säädettävät teholähteet, joiden tuottamaa sähkövirtaa voi-

daan rajoittaa ja haluttu ohjausvirta saavutetaan. 

 

Korkeapainepumpussa oleva MPROP-venttiili toimii siten, että jos venttiilille ei johdeta 

sähkövirtaa, pumppu tuottaa maksimivirtauksen ja -paineen. Jos venttiilille johdetaan 

noin 1,6 A virtaa 12 VDC tasajännitteellä, pumppu ei tuota lainkaan tilavuusvirtaa eikä 

painetta. Säätämällä sähkövirran määrää 0–1,6 A välillä, saadaan haluttu paine paineva-

raajiin ja ruiskutusventtiiliin (Vilenius, 2020). 

 

Painevaraajien paineenrajoitusventtiilit (PCV) toimivat seuraavasti: mikäli venttiileille ei 

johdeta lainkaan sähkövirtaa, määräytyy avautumispaine venttiileissä olevien jousivoi-

mien perusteella. Painevaraajien paineeksi mitattiin likimain 89 MPa koemittauksissa, 

joissa paineenrajoitusventtiileille ei johdettu sähkövirtaa. Kun paineenrajoitusventtii-

leille johdetaan suunnilleen 1,26 A sähkövirta 12 VDC jännitteellä, on venttiilien avautu-

mispaine noin 220 MPa (Klemt, 2020a). 

 

Huomioitavaa on, että sähkövirran rajoittaminen tehdään manuaalisesti säätämällä po-

tentiometrin asentoa. Tällöin on mahdollista, että venttiilien avautumispaine kasvate-

taan liian korkeaksi, jolloin voi syntyä turvallisuusriski. Mittaustilanteessa on varmistut-

tava, että paineenrajoitusventtiileille johdettava sähkövirta ei ylitä 1,26 A arvoa. Pai-

neenrajoitusventtiilien suurin sallittu jatkuvakestoinen sähkövirtaraja on 1,8 A (Klemt, 

2020a). 

 

Käytännössä magneettiventtiilien virran rajoittaminen tehdään kytkentäkaapin etupa-

neeliin asennettujen potentiometrien avulla. Korkeapainepumpun MPROP-venttiili on 



60 

 

merkitty tekstillä ”CP4 Pressure control” ja paineenrajoitusventtiilien potentiometrit on 

merkitty teksteillä ”PCV 1” ja ”PCV 2”. 

 

Korkeapainepumpun tuottamaa tilavuusvirtaa ja painetta säädetään siis muuttamalla 

etupaneelin potentiometrin asentoa. Tämä muuttaa MPROP-venttiilille menevän sähkö-

virran suuruutta, joka puolestaan säätää korkeapainepumpulla tuotantoon menevän 

polttoaineen määrää. Mittaustilanteessa painevaraajien paineesta saadaan reaaliai-

kaista mittaustietoa ja haluttu paine voidaan säätää. 

 

Paineenrajoitusventtiilien PCV 1 ja PCV 2 tehtävä mittauspenkissä on toimia turvalait-

teina, jotka avautuvat vain silloin kun paine ylittää määritetyn rajan. Paineenrajoitus-

venttiilien ohjausvirrat pidetään vakioina, eikä niitä säädetä mittaustilanteessa. Ainoas-

taan jos painevaraajien maksimipaineen arvoa halutaan muuttaa, ohjaussähkövirran ar-

voa muutetaan. Koemittauksissa paineenrajoitusventtiilien ohjausvirta pidettiin vakiona, 

noin 1,26 A. Tämä vastaa suurin piirtein 220 MPa: n avautumispainetta (Klemt, 2020a). 

 

Magneettiventtiileiden ohjaussähkövirran määrä voidaan mitata näkyvillä olevista liitti-

mistä yleismittarilla tai vaihtoehtoisesti avoimista johtimista pihtivirtamittarilla. Kytken-

täkaappiin asennetut sähkövirran rajoituspotentiometrit sekä liittyvät komponentit on 

esitetty kuvassa 20. 



61 

 

 

 

 

3.11 Mitta-anturit 

Mittauspenkissä on yhteensä seitsemän mittauspistettä ja mittausanturia. Korkeapaine-

putken paineanturissa on lisäksi integroitu lämpötilan mittaus, mittaustietoa saadaan 

yhteensä kahdeksasta eri parametristä. Kaikki mittauspenkin anturit ovat analogisia ja 

mitatut arvot saadaan signaalivahvistimilta 0–10 V tai -10 V–10 V jännitesignaaleina tie-

donkeruumoduulille. Mitta-anturitiedot on esitetty taulukossa 7. 

  

Kuva 20. Kytkentäkaappi: 1 Ohjausvirtojen säätö. 2 Teholähteet. 3 Signaalivahvistimet. 4 Tiedon-
keruumoduuli. 



62 

 

Taulukko 7. Mitta-anturit ja mittausketjun komponentit. 

 

Mitta-antureiden lisäksi mittauspenkissä on vaaka, jolla mitataan siirtynyt polttoaineen 

massa. Vaaka on Kern DS 30K-mallin vaaka, jonka mittauskapasiteetti on 30 kg ja erotte-

lukyky on 0,1 g. Mittauspenkissä polttoaineen mittaussäiliö asetetaan vaan päälle ja siir-

tyneen polttoaineen massa voidaan lukea digitaaliselta näytöltä. Mittauspenkissä vaakaa 

ei ole kytketty tiedonkeruujärjestelmään. Vaa’assa on RS232-liitin, jolla mittaustietoja 

voidaan siirtää ulkopuolisiin laitteisiin. Vaa’an valmistajalta on hankittavissa ohjelmisto 

mittaustietojen siirtämiseen tietokoneelle (Kern, 2021). 

 

Mittaus Anturi Vahvistin Teholähde Kanava 

Voima-anturi Kistler         
9215A 

Kistler 5018 Oma tehon-
syöttö 

ln0 

Ruiskutuspaine kor-
keapaineputkessa 

Kistler 
4067E3000DS 

Kistler 4624A MDR-40-24 ln1 

Lämpötila korkea-
paineputkessa 

Kistler 
4067E3000DS 

Kistler 4624A MDR-40-24 ln2 

Ruiskutuskammion 
vastapaine 

Kistler   
4075A500 

Kistler 4624A MDR-40-24 ln3 

Paine, rail 1 Bosch DS-HD-
RPS4-20 

Ei vahvistinta MDR-40-5 ln4 

Paine, rail 2 Bosch DS-HD-
RPS4-20 

Ei vahvistinta MDR-40-5 ln5 

Lämpötila polttoai-
nesäiliössä 

K-tyyppi, termo-
pari 

Nokeval 6821–
1. kanava 

MDR-40-24 ln6 

Lämpötila jäähdy-
tys, adapteri 

K-tyyppi, termo-
pari 

Nokeval 6821–
2. kanava 

MDR-40-24 ln7 



63 

 

3.12 Signaalivahvistimet 

Mitta-anturit tarvitsevat signaalivahvistimet, jotta anturin mittaama analogiasignaali 

saadaan muunnettua ja vahvistettua tiedonkeruumoduulille yhteensopivaksi. Tiedonke-

ruumoduulin sisään tulevat jännitesignaalit täytyy olla -10 VDC ja +10 VDC välillä. Mit-

tauspenkissä on käytössä kaksi eri tyyppistä Kistler signaalivahvistinta ja yksi signaalivah-

vistin termopareille lämpötilojen mittaamista varten (Hänninen, 2020). 

 

Voima-anturin toimintaperiaate on tuottaa pieni sähkövaraus voiman kohdistuessa sen 

mittapäähän. Sähkövarauksen vahvistamiseksi mittauspenkissä on Kistler 5018a vahvis-

tin. Vahvistinta hallitaan laitteeseen integroidun näyttöpaneelin ja painikkeiden avulla. 

Kistler 5018a vahvistimella on oma sisäinen teholähteensä ja vahvistimen ulostulosig-

naali johdetaan kaapelilla tiedonkeruumoduulille. Vahvistimen mukana toimitetulla tai 

internetistä ladattavissa olevalla ohjelmistolla voidaan vahvistin kytkeä tietokoneeseen 

(Kistler 2020a). 

 

Mittauspenkissä on kaksi Kistler 4624A-vahvistinta. Kytkentäkaapissa vasemmanpuolei-

seen vahvistimeen on kytketty korkeapaineputken paine–lämpötila-anturi. Tämä anturi 

sisältää elektronisen määrittelytiedoston (TEDS), jonka vahvistin lukee automaattisesti, 

eikä manuaalista määrittelyä tarvita. Kytkentäkaapin oikeanpuoleiseen vahvistimeen on 

kytketty ruiskutuskammion vastapaineanturi. Tämä anturi on manuaalisesti määriteltävä 

vahvistimen Ethernet portin kautta (Kistler 2020b). 

 

Polttoaineen ja jäähdytysnesteen lämpötilan mittaamiseksi asennettiin K-tyypin termo-

parit polttoainesäiliöön ja ruiskutusventtiilin adapteriin. Termoparien vahvistimeksi va-

littiin Nokeval 6821-vahvistin. Vahvistin on kaksikanavainen ja sen ominaisuuksiin kuuluu 

hyvä ohjelmoitavuus. Esimerkiksi eri tyyppisiä termopareja voidaan käyttää ja mittaus-

alueet voidaan asettaa etupaneelista (Nokeval, 2020). 

 



64 

 

3.13 Mittaustiedon tallennusjärjestelmä 

Mitta-antureiden mittaustiedot johdetaan signaalivahvistimien kautta tiedonkeruumo-

duulille. Tiedonkeruumoduulille saapuva tieto on analogista jännitesignaalia, jonka mo-

duuli muuntaa digitaaliseen muotoon. Moduulista mittaustieto johdetaan ja tallenne-

taan tietokoneelle. 

 

Mittaustiedon tallennusjärjestelmä tilattiin ulkopuoliselta toimittajalta. Tavoitteena oli 

pelkistetty, mutta tehokas sovellus. Ensisijainen vaatimus oli saada koottua kaikkien 

mitta-antureiden mittaustiedot samanaikaiseksi sekä kirjoittaa ne Excel tiedostoon myö-

hempää tarkastelua varten. Toisiksi tavoitteiksi asetettiin mahdollisuus asettaa eri näyt-

teenottovälejä sekä järjestelmän hyvät laajennus- ja parannusmahdollisuudet jatkossa. 

 

Tiedonkeruumoduuliksi valittiin USB-1608FS-Plus laite. Moduulissa on kahdeksan itse-

näistä mittauskanavaa, joille saapuvaa jännitesignaalia muunnetaan digitaaliseen muo-

toon kaikilta kanavilta samanaikaisesti. Jokaisella kanavalla on oma analog–digital muun-

nin (A/D). Moduuli kykenee 16-bitin erottelukykyyn. Mittaustilanteessa tiedonkeruumo-

duuli liitetään tietokoneeseen USB-kaapelilla. Näytteenottoväli voidaan valita suoritetta-

vaksi 50 Hz, 100 Hz, 500 Hz ja 1000 Hz taajuuksilla. 

 

Tallennusjärjestelmään liitettävään tietokoneeseen on asennettava InstaCal-sovellus, 

joka tunnistaa mittauspenkin tiedonkeruumoduulin ja ilmoittaa, että moduuli on käytet-

tävissä. InstaCal-sovelluksella voidaan lisäksi testata, että moduuli toimii oikein. 

 

Muut mittaustiedon tallentamiseksi tarvittavat sovellukset ovat neljä eri näytteenotto-

taajuudella toimivaa tallennussovellusta. Huomioitavaa on, että tallennetut mittaustie-

dot Excel tiedostossa ovat käytettävissä vasta mittauksen jälkeen ja suurella näytteenot-

totaajuudella tulostettu rivimäärä on suuri. Tämän vuoksi tietokoneelle kannattaa asen-

taa DAQami-sovellus, jolla näkee mittausarvot reaaliajassa tietokoneen näytöllä. 

 



65 

 

4 Testaus 

 

4.1 Testausjärjestelyt 

Ennen mittaustapahtuman alkua täytyy varmistua, että mittauspenkin laitteisto on toi-

mintakunnossa ja mittaustiedot voidaan tallentaa. Taajuusmuuttajan asetukset ja sähkö-

moottorin pyörimisnopeus on määritettävä ennen varsinaisia mittauksia. 

 

Laitteiston kannalta on tärkeintä, että kiilahihnojen kireys on tarkistettu ja että näkyvää 

polttoainevuotoa tai muuta ongelmaa ei ole havaittavissa. Mittaustietojen tallenta-

miseksi on tietokonesovellukset ja vaaka käynnistettävä. Mittauspöytäkirjaan tulee mer-

kitä mittauksien alku- ja loppuajankohdat, painetaso sekä mitattu siirtyneen polttoai-

neen massa. Mittaustietojen kirjaamisessa voidaan käyttää apuna videokuvausta, jonka 

tallenteesta mittausjakson ajoituspisteet voidaan tarkistaa. 

 

Ennen tapahtuman ensimmäistä mittausta tulee vähintään seuraavat kohdat tarkistaa: 

 

• Visuaalinen / tunnusteleva tarkastus yleisesti, kiilahihnat, vuodot, ym. 

• Jäähdytysnesteen ja polttoaineen kierto käynnistetty 

• Virranrajoituspotentiometrien asetukset tarkistettu 

• Mittaustietojen tallennus valmiina tietokoneella 

• Mittaustietojen tallennus valmiina vaa’alla 

• Ajanotto ja mittauspöytäkirja järjestetty 



66 

 

4.2 Testaussuunnitelma 

Mittauspenkin toimivuuden toteamiseksi tehtiin sarja koemittauksia. Koemittauksissa oli 

tarkoitus tutkia ainoastaan laitteiston toimivuutta. Mittaustulosten analysointia ei tehty 

syvällisesti. 

 

Koemittaukset päätettiin toteuttaa viidellä eri painetasolla. Ensimmäinen korkealla pai-

neella ja sitten alentaen painetta vaiheittain. Mittaukset tehtiin kahden mittauksen sar-

joina. Mittaussarjoista laskettiin suihkun voiman ja paine-eron keskiarvot. Massavirran 

arvo saatiin vertaamalla vaa’an mittauslukemia mittauksen alussa ja lopussa. Yhden mit-

tausjakson kesto oli 60 sekuntia. 

 

Koemittaukset toteutettiin seuraavan käytännön mukaisesti: 

 

1. Koemittaus: painetaso 160 MPa: 2 x 60 s – Voima- ja massavirrat per mittaus + kes-

kiarvot per kaksi mittausta 

 

2. Koemittaus: painetaso 140 MPa: 2 x 60 s – Voima- ja massavirrat per mittaus + kes-

kiarvot per kaksi mittausta 

 

3. Koemittaus: painetaso 80 MPa: 2 x 60 s – Voima- ja massavirrat per mittaus + keskiar-

vot per kaksi mittausta 

 

4. Koemittaus: painetaso 40 MPa: 2 x 60 s – Voima- ja massavirrat per mittaus + keskiar-

vot per kaksi mittausta. 

 

5. Koemittaus: painetaso 10 MPa: 2 x 60 s – Voima- ja massavirrat per mittaus + keskiar-

vot per kaksi mittausta. 

 

 



67 

 

4.3 Polttoaineanalyysi 

Ennen koemittauksia käytetystä polttoaineesta toimitettiin analyysi Vebicin polttoaine-

laboratorion toimesta. Analysoinnin päätarkoitus oli selvittää polttoaineen tiheys ja vis-

kositeetti. Polttoaineanalyysin tärkeimmät tulokset on esitetty taulukossa 8. 

 

Taulukko 8. Polttoaineanalyysin pääkohdat (ASG, 2020). 

 

 

4.4 Tulokset 

Mittauspenkin mittaustapahtumassa tutkittiin suihkun aiheuttamaa voimaa sekä poltto-

aineen massavirtaa. Suoritetuissa koemittauksissa voima-anturi oli kiinnitettynä ruisku-

tuskammion ulkopuolelle. Suihkun voima mitattiin työntötangon välityksellä noin 7 mm 

etäisyydeltä ruiskutussuuttimen ulostuloreiästä. Työntötangon mittapään poikkileik-

kauksen halkaisija on noin 5,9 mm. Massav