諸如船用發動機的大型柴油發動機的汽缸的潤滑的製作方法

2023-06-02 20:28:26

專利名稱：諸如船用發動機的大型柴油發動機的汽缸的潤滑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來潤滑大型柴油發動機(如船用發動機)中的汽缸的方法，其中，潤滑油的注入經由多個注入單元進行，這些注入單元與發動機中的汽缸數量的倍數相對應，其中，潤滑油作為潤滑油的至少兩個部分的注入組合而供給，其中，潤滑油的所述至少兩部分在至少兩個不同的活塞位置處輸送，其中，所述至少兩個不同的活塞位置從在活塞於注入單元旁邊通過之前、期間及之後用於注射的活塞位置中選擇，並且其中，潤滑油的至少一部分通過直接注入在汽缸壁的環形區域上而供給。
背景技術：
本申請的背景技術是當今使用通常描述的三種不同方法用於汽缸潤滑。第一種方法包括常規汽缸潤滑。
為此，使用具有機械潤滑設備的系統，這些機械潤滑設備經由發動機的驅動鏈(chain drive)而直接驅動。由此實現潤滑設備和發動機的同步操作。這種系統典型地包括具有活塞泵和相關止回閥的機械潤滑設備。在潤滑設備的出口處設有止回閥，該止回閥通過潤滑油管而聯接到注入單元(注入器/止回閥)。在這種類型的系統中，潤滑油緊接在活塞的最上部活塞環通過注入單元之前而供給到汽缸。潤滑油典型地由每個發動機衝程供給到汽缸。在這些常規汽缸潤滑設備中，主要對於大型兩衝程柴油發動機使用兩個或更多個中央潤滑設備，每個中央潤滑設備在單個或多個汽缸中的各點處提供潤滑，即藉助於通過相應連接管線以相關的時間間隔將在壓力下的油的各部分進給到待被潤滑的各個點的方式。這些相關的時間間隔可以典型地是在當活塞正在向上運動時的壓縮衝程期間、活塞環設置為與相關潤滑點相對的時候。用於汽缸潤滑的第二種方法出現在較新的發動機上，並且被描述為高速汽缸潤滑。液壓動力潤滑設備用於這個目的，其中，機械驅動鏈由液壓系統替代，該液壓系統經由計時傳感器計時，這些計時傳感器直接安裝在船用發動機的飛輪上。對於這種汽缸潤滑，也典型地使用活塞泵。在這種系統中，潤滑油隨著活塞通過的同時進給到汽缸中，從而基本上全部潤滑油都直接供給到活塞上，典型地在最上部活塞環和最下部活塞環之間。當將潤滑油供給在這些活塞環之間時，期望它們更好地保持潤滑油，並且期望活塞隨後將潤滑油沿活塞的行進路徑進行分配。也具有例如在WO 2008/009291中公開的系統，其中，使用液壓動力設備，其中，既可以調整注入量，又可以調整用於注入量的輸送的計時。因為活塞泵的行程是恆定的，所以潤滑油被斷續地供給從而將量基於活塞泵的致動頻率進行調整。潤滑油通過這些系統經由注入單元供給，該注入單元包括傳統止回閥、注入器或霧化閥。這種技術的例子從例如DK 173 512或DE 101 49 125得知。具有這種高速潤滑的變型。因而提供一種系統，在該系統中不使用活塞泵原理。而是通過控制打開和關閉時間而控制潤滑油的注入量。這種技術的例子從例如EP I 426 571得知。注入可以藉助於活塞沿向上或向下方向的通過而發生。如果注入發生在向下運動期間，則潤滑油從待被潤滑的點分配在汽缸工作面上並且在汽缸套中向下。然而，優選的是，在活塞的向上通過期間相對於汽缸的熱端部進行注入，在該處對潤滑的需要最大。將油在汽缸表面上分配的傳統方式藉助於在汽缸表面上待被潤滑的每個點處建立兩個傾斜凹槽或槽溝，其中，兩個凹槽或槽溝都從潤滑點開始，並且被引導成遠離汽缸的頂部。當活塞環通過這樣的槽溝時，在活塞環上的槽溝中發生壓力降，將油壓離潤滑點。然而，這些和其它方法已經顯得不足，因為在實際中，觀察到存在沿汽缸的周緣發生的磨損的顯著變化。朝著發動機的更大利用率的發展已經導致汽缸套和活塞環上的增大的機械負載和熱負載，這在傳統上通過潤滑油的計量的增大而實現。然而，已經顯現的是，如果該計量增大到未清楚限定的某一極限以上，則當利用所述的傳統潤滑將潤滑油注入到汽缸中時，潤滑油的速度是如此高，從而並非保持在汽缸工作面上，而是它形成進入到汽缸腔中的射 流，並由此消失。如果在活塞環定位成與潤滑單元相對時如希望的那樣進行計量，則它不是那麼關鍵，但如果計量發生在這個時段之外，則計量的油的一部分沒有益處。上述兩種方法也可以認為是涉及其中通過潤滑油的活塞分配而建立潤滑的系統。用於汽缸潤滑的第三種方法使用這樣的系統，這些系統將潤滑油直接進給到汽缸中、直接進給到汽缸壁上並且在活塞通過之前。在這些系統中，使用注入器，該注入器將潤滑油按霧化形式或按一個或多個小型射流的形狀而供給。為了將潤滑油供給到注入器，使用傳統機械驅動潤滑設備或液壓設備。這種方法的優點是，在活塞通過之前，潤滑油已經很大程度上分配在汽缸壁上。根據這種方法，在活塞到達之前將潤滑油分配在汽缸的頂部處，並且期望活塞在膨脹衝程期間將潤滑油向下攜帶到汽缸中。這種技術的例子從例如WO 0028194、EP I 350 929或DK176 129 得知。在EP I 350 929中描述了一種方法，其中，潤滑油射流(其中最大程度地避免潤滑油的霧化)可在活塞通過之前、期間及/或之後通過注入而輸送到汽缸工作面。這意味著，潤滑油的總量以至少兩部分注入到汽缸工作面上，如在引言中指示的那樣。由於汽缸壁在活塞通過之前供有油，所以計時對於該第三種方法不如對於首先提到的兩種系統那樣重要，在首先提到的兩種系統中，在當活塞環與潤滑單元相對地定位時的非常短的時間間隔的過程中，要準確地供給油。檢測已經表明，根據WO 0028194的汽缸潤滑(所謂的SIP潤滑)在汽缸中的磨損最大的地方提供最大油膜厚度，該磨損最大的地方與在頂部位置中和在最上部活塞環的區域中的活塞相對應。與此相對照地，已經出現的是常規潤滑或高速潤滑在行進表面的其餘部分上提供更厚的油膜。在泵與噴嘴之間的潤滑油管線中需要藉助於SIP潤滑而存在的壓力，以便保證旨在的霧化顯著地高於藉助於常規潤滑方法而存在的壓力所產生的霧化，這些常規潤滑方法藉助於幾bar的壓力而操作。SIP閥在35-40bar的預置壓力下操作。此外，潤滑油的供給具有中和汽缸壁上的酸作用的目的。酸作用通過含硫燃料的燃燒而產生，並且它們最好通過將潤滑油直接供給在汽缸的頂部處而抵消。測量表明，SIP潤滑提供最小磨損。在實際中出現的是，對於汽缸的服務壽命，腐蝕磨損是最關鍵因素。常規潤滑或高速潤滑的缺陷(它們兩者都是主要使用活塞來分配潤滑油的系統)在於需要某一過量潤滑，以便保證用於汽缸的頂部的足夠的潤滑油。具體地說，活塞上的潤滑要求與燃料的含硫量有關的潤滑油量增大，以便實現滿意的汽缸狀態。相應地，對於藉助於其中將潤滑油直接進給到汽缸壁上的系統的潤滑，缺點可能是當施加足以避免腐蝕磨損的潤滑油量時在汽缸的底部處提供不足的油量。這歸因於如下事實活塞環除上述分配功能以外，也產生一定刮削作用。測量表明，SIP潤滑與藉助於活塞分配的潤滑油的潤滑相比，產生潤滑油的更少的向下刮削。藉助於其中將潤滑油直接進給到汽缸壁的系統與藉助於活塞分配的潤滑系統的潤滑的另一種差別是，在汽缸中向下提供不同量的潤滑油的後果。因而由SIP潤滑(根據WO 0028194)比由藉助於活塞分配的潤滑的系統的排放廢油(scavenge drain oil)可測量地少，在藉助於活塞分配的潤滑的系統中，只有活塞分配潤滑油。這意味著，用於估計汽缸 狀態的參數之一(即在排放廢油中的Fe含量的測量)不能通過比較汽缸狀態而直接使用，因為相同的Fe含量將導致依據潤滑方法而變化的濃度。在縱向掃氣兩衝程柴油發動機中的掃氣空氣孔眼以這種方式布置，從而在掃氣期間，氣體混合物的轉動運動隨氣體在汽缸中向上移動而同時開始，使其通過在汽缸的頂部處的排氣閥而離開汽缸。汽缸中的氣體因而在其從掃氣空氣孔眼到排氣閥的路途中沿著螺旋路徑或渦旋(whirl)。由於離心力,位於這種渦旋中的足夠小的油粒將被迫觸擊汽缸壁，最終沉積在壁上。通過將油的各部分引入到汽缸中作為通過噴嘴而霧化的、適當尺寸的油粒霧而利用這種效果。通過調整噴嘴的尺寸、噴射速度、及在噴嘴之前的油壓力，可以控制在油霧中油滴的平均尺寸。如果油粒或油滴太小，則它將「浮」在氣體流中太長，最終由掃氣空氣移走而不撞擊汽缸壁。如果它太大，則它由於其慣性在其初始路徑中行進得太遠，並且不會到達汽缸壁，這是由於它被活塞追上，並且定位在活塞的頂部處。噴嘴相對於汽缸中的流的方位可以布置成使得汽缸中的各個液滴與氣體流之間的相互作用保證油滴在很大程度上與兩個潤滑點之間的圓周距離相對應的區域上撞擊汽缸壁。以這種方式，在活塞環通過之前，潤滑油或多或少地均衡地在汽缸表面上均勻分配。除此之外，可以調整噴嘴，從而油撞擊比噴嘴高的汽缸壁。因而，在被引入到汽缸中之前，潤滑油將不僅在汽缸表面上更好地分配，而且也將分配在更靠近汽缸頂部的、最需要潤滑的汽缸表面上。這兩個事實都將導致改進的油的利用，並且導致所認為的汽缸服務壽命與油消耗之間的關係的改進。在測量部分中實現油對於汽缸表面的供給，這幾乎是關於兩種上述傳統系統的情形。供給裝置可以是傳統潤滑系統，但也可以想到具有對應性能的其它供給裝置。為了保證汽缸中的壓力不返回到油管線中，將止回閥按通常方式布置在潤滑管線的端部處，緊在內部汽缸工作面的汽缸套之前。止回閥允許油從油管線到汽缸套的通過，但不讓氣體在相反方向上通過。這些止回閥通常具有適中的打開壓力(幾bar)。用來潤滑汽缸的三種上述方法的特性是-潤滑計時-在發動機循環中何時供給潤滑油？-供給量-如何調整相關注入量？-泵特性-如何和多快地供給潤滑油？
其關於通過提供大型柴油發動機(如船用發動機)的汽缸潤滑的改進來尋找使潤滑油消耗最少的方法。

發明內容
因此本發明的目的是提出一種在弓I言中指定類型的方法，在該方法中實現了潤滑油不僅在汽缸的周緣上而且也沿活塞在汽缸中的行進路徑的高效分配，以便由此減少潤滑油消耗，並且/或者減少整個汽缸中的磨損。根據本發明，其由一種在引言中指定類型的方法實現，該方法的特殊之處在於，潤滑油通過如下的組合而供給在活塞通過之前，在活塞上方將潤滑油的第一部分直接注入在汽缸壁的環形區域上；以及當在活塞通過期間將潤滑油的第二部分直接注入在活塞上時和當在活塞通過之後將潤滑油的第三部分直接注入在活塞下方的汽缸壁的環形區域上時，將潤滑油的第二部分和/或第三部分注入。優選地根據其中在每個發動機循環中只供給潤滑油一次的原理來供給至少兩個 部分的潤滑油。這意味著，潤滑油的第一部分在一個發動機循環中供給，而潤滑油的第二部分在另一個發動機循環中供給，等等。可選擇地，也可以將潤滑油的所有部分在同一發動機循環中供給。當使用潤滑油的幾個部分的組合時，將要發生控制的調整，從而產生算法，這些算法基於在不同潤滑時刻潤滑油的三個部分量的注入。通過本發明，因而應用了用於汽缸潤滑的現有技術方法的組合，從而可以實現每一種原理的優點，並且同時避免缺陷。在環形區域上的直接供給可以以霧化形式或以小型油射流形式發生。潤滑油的供給經由潤滑油注入器發生，這些潤滑油注入器構成注入單元的一部分，並且設置在汽缸壁中。基本上，使用注入潤滑油的第一部分和注入潤滑油的第二部分的組合將潤滑油的第一部分注入到汽缸中，直接注入到汽缸壁上並且是在活塞通過之前，從而該潤滑油的第一部分在活塞通過之前已經大體分配在汽缸壁上，從而實現在注入單元上方的更好的汽缸狀態；通過潤滑油的藉助於活塞分配的常規潤滑而注入潤滑油的第二部分，從而在注入單元下方得到增大的平均油膜厚度。由此汽缸狀態在汽缸頂部處的區域中以及在注入單元下方的區域中變得更好。這種組合的優點是，使磨損最小化，同時使潤滑油消耗最小化，因為可以藉助於最小的可能進給量(feed rate)而操作。總之，實現了一種更好的運行方法，其中，最好的方面從所有系統中獲取並且組合到新系統中。在用於潤滑油的第一和第二和/或第三部分的潤滑油量中的分配、以及在活塞上方/下方注入到活塞上的計時，分別地將優選是參數受控的。因而可以確定汽缸中的實際操作狀態，以便分配和計時。可以說，實現了與功能上確定的汽缸潤滑相組合的多種計時的汽缸潤滑。它可以應用在不同情形下，例如通過潤滑油的各個部分的依賴於硫的分配的方式，如下面描述的那樣。通過使用根據本發明的方法，可以實現根據本發明方法的應用的四個原理性的實施例。I)潤滑油的固定百分比。獨立於實際負載，潤滑油的總量的固定百分比直接供給到活塞上或活塞下方的汽缸壁上。這意味著，總潤滑油量的固定百分比也將供給到活塞上方的汽缸壁。
II)潤滑油的調節分配可以應用負載調節的潤滑油分配。這裡，可以應用分配算法，該分配算法從將潤滑油總量的固定量供給在活塞上或活塞下方而開始。這些算法可以基於在100%負載下需要的潤滑油的第一部分與第二部分之間的不同分配百分比。以相同方式，可以改變在第一部分和第三部分之間的潤滑油分配。另外，可以建立一種其中應用在第一、第二、及第三部分中的潤滑油分配的潤滑油分配。這些算法可以基於總潤滑油量的非減少狀態(除基於旋轉變化而減少以外)，這是將分配定義為在潤滑油量的第一部分和第二部分之間的固定比值的原因。藉助於潤滑油總量的減少而應用一種分配算法，該分配算法提供在潤滑油量的第一部分和第二部分之間的變化的關係。在第一實例中，可以使用在100%負載下例如1/10的給定比值，其中，將潤滑油總量的10%供給到活塞上，而將90%供給到活塞上方的汽缸壁上。第一部分和第二部分之間的分配變化成使得保證某一量(與在100%下計量泵的活塞的行程的1/10相對應)供給到活塞上。這意味著，通過使用其中改變用於潤滑油的泵活塞的行程的潤滑油調節算法，必須對其進行補償。泵活塞的行程的調節因而可以相當於在25%負載下行程的25%。這些例子在圖9中示出。可選擇地，可以應用MEP調節的潤滑油分配。這裡，也可以應用從將潤滑油總量的固定量供給在活塞上或活塞下方而開始的分配算法。這些算法可以基於在100%負載下需要的潤滑油的第一部分與第二部分之間的不同分配百分比。通過減少潤滑油的總量，藉助於MEP調節而應用一種提供潤滑油量的第一部分和第二部分之間的變化的關係的分配算法。調節可以對應地發生，如通過藉助於改變用於潤滑油的泵活塞上的行程而進行的負載調節。然而，典型地藉助於分配百分比的更小的變化而進行操作。在第一實例中，可以使用在100%負載下1/10的給定比值，其中，將潤滑油總量的10%供給到活塞上，而將90%供給到活塞上方的汽缸壁上。在60% RPM下的分配百分比因而可以帶來15%的分配百分比。這些例子在圖10中示出。III)藉助於斷續潤滑的潤滑油的固定分配或調節分配的對應實施例。以上實施例I和II預先假定在每個發動機衝程中供給潤滑油。然而，可以使用利用斷續潤滑的潤滑系統中的對應的解決方案。即，其中，潤滑油不是在每個發動機衝程中供給。IV)依賴於硫的分配。依據在汽缸中的供給燃料中的硫含量，人們可以改變在活塞向上運動期間在活塞上方直接供給到汽缸壁上的潤滑油的第一部分。對於更高的硫含量，人們因而可以增大在活塞向上運動期間在活塞上方直接供給到汽缸壁上的潤滑油的第一部分。由此，將增大在汽缸的頂部處的潤滑油量，以便中和相對更大量的酸，這些酸由於在供給燃料中的更高的硫含量而形成。將經驗地確定參數水平。然而，在圖11中示出的是分配可以如何進行的例子。除四個上述原理性的實施例I-IV之外，將具有用於這些實施例中的每一個的特殊實施例
a)設有電子控制裝置，油注入的時間用作用來調整潤滑油在汽缸的縱向方向上分配的參數，並且控制裝置自動地將潤滑油的不同部分分配到至少兩個不同活塞位置上。這些位置可以布置在汽缸中的同一高度處或在汽缸中的不同高度處，即通過藉助於同一注射單元或不同注射單元來操作以便注入潤滑油的不同部分。b)在a)中提到的系統的特殊之處在於，將固定百分比的潤滑油-在活塞向上或向下通過期間、汽缸活塞通過潤滑油注入器時，供給到汽缸活塞上。-在活塞向上運動期間、活塞已經通過潤滑油注入器之後，在活塞下方直接供給在汽缸壁上。-在汽缸活塞向下運動期間，汽缸活塞通過潤滑油注入器之前，直接供給到汽缸壁 上。在這些情形下，在活塞向上運動期間，潤滑油的其餘部分(第一部分)將在活塞上方直接供給到汽缸壁上。c)在a)中提到的系統的特殊之處在於，將固定量的潤滑油-在活塞向上或向下通過期間、汽缸活塞通過潤滑油注入器時，供給到汽缸活塞上。-在活塞向上運動期間、活塞已經通過潤滑油注入器之後，在活塞下方直接供給在汽缸壁上。-在汽缸活塞向下運動期間、汽缸活塞通過潤滑油注入器之前，直接供給在汽缸壁上。在這些情形下，在活塞向上運動期間，潤滑油的其餘部分(第一部分)將在汽缸活塞上方直接供給到汽缸壁上。這意味著潤滑油量通過負載調節或者通過MEP調節的另一種調節分配形式的使用將變得與例如實際負載、旋轉、等成比例。d)在a)、b)或c)中提到的系統，其中，脫機或聯機磨損測量在汽缸壁上進行，並且該系統的特殊之處在於，這些磨損測量用來校正在第一、第二及第三部分中的分配(並由此校正潤滑油的分配)。e)在上述a)_d)任一個中提到的系統，其中，脫機或聯機油膜厚度測量在汽缸壁上進行，並且該系統的特殊之處在於，這些油膜厚度測量用來校正在第一、第二及第三部分中的分配(並由此校正潤滑油的分配)。f)在a)中提到的系統，該系統的特殊之處在於，潤滑油的至少兩部分之間的分配直接或間接地依據供給到汽缸的燃料中的實際硫含量進行。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，在緊在活塞向上通過環形區域之前時並且與活塞向上通過相關聯地，進行潤滑油的第一部分的注入。隨著從每個注入單元輸送的潤滑油被導向環形區域中的每個注入單元附近的汽缸壁的區域(注入單元安裝在該環形區域中)，注入的潤滑油將在實際活塞通過之前，及時地在汽缸工作面上形成很大程度上粘附的環形潤滑油膜。在WO 0028194中和在EPl 350 929中更詳細地描述了優點。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，與活塞向上通過相關聯地並且在活塞的最上部和最下部活塞環之間的區域中，進行潤滑油的第二部分的注入。活塞由此在其向上運動期間被潤滑。最佳過程是，當上部活塞環在注入單元的前面時開始潤滑油的供給，並且當最後的活塞環正在通過時(大多數活塞具有四個活塞環)結束。然而，在某些情形下，可能需要與活塞環之間的分配進行折衷，因為注入時間是依賴於體積的，並且因為活塞速度也發生變化。可選擇地，通過具有止回閥的常規機械動力潤滑設備，人們可以典型地比第一活塞環通過的時間早地開始潤滑油的注入，從而確保當活塞正在通過時使潤滑油到位。可選擇地，如果看上去相比於預期對在活塞下方的汽缸壁的下部部分上的潤滑油有更大的需要，則可以在活塞的向下運動期間進行潤滑油的注入。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，使用相同注入單元用來注入潤滑油的注入部分中的每一個。
可以使用與在現有技術系統中應用的相同的注入單元。原則上，只要保證注入單元可在活塞通過之前、期間及也可能在之後供給潤滑油。將不要求改變在注入單元中的噴嘴/閥，而是只要求嵌入在控制單元中的控制，從而產生算法，這些算法依據操作參數(例如汽缸負載)而建立不同的潤滑時間和注入量/特性。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，潤滑油的第一部分的注入通過注入單元而在高壓下發生，並且在緊在活塞向上通過環形區域之前時發生，這些注入單元用來形成潤滑油的完全或部分霧化。由此實現SIP潤滑的優點，其中，潤滑油被霧化，並且經霧化的潤滑油將及時地在實際活塞通過之前在汽缸工作面上形成基本上粘附的環形潤滑油膜。在WO 0028194中更詳細地描述優點。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，潤滑油的第二和/或第三部分的注入通過注入單元而在高壓下發生，這些注入單元用來形成潤滑油的完全或部分霧化。由此，將油提供在汽缸壁中的凹槽中以便隨後由活塞環帶走，或者可選擇地，形成油的霧化噴射，該霧化噴射被注入在活塞上並且由活塞分配。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，進行用於實際汽缸負載的間接或直接參數的檢測，並且在潤滑油的第一和第二和/或第三部分之間進行分配，從而對於減小的汽缸負載，第二和/或第三部分成比例地增大。要注意的是，對於高壓而言，指的是在預置SIP閥中存在的壓力，例如上述的35-40bar的壓力。然而,也可以使用更高的壓力。可選擇地，可以在低的壓力下供給潤滑油，以便建立潤滑油的小型射流。依據操作參數，存在用來進行油注入的這種控制的幾種可能的選擇方式。可以使用一種系統，該系統經由汽缸壁中的傳感器測量磨損(例如，間接地呈溫度測量的形式)，並且基於此，改變以第一或第二部分(或者也可能作為用於在活塞通過之後輸送的第三部分)供給的潤滑油之間的分配。第一部分可作為SIP潤滑而供給，並且第二部分可根據傳統計時系統而供給。這意味著，除建立調整潤滑油量之外，人們也可以根據一個或另一個原理(例如作為檢測增大磨損的結果)來使用用於潤滑油的相對分配的參數。可選擇地，可以使用一種系統，其中，調整根據在第一、第二及第三部分中的分配(並由此根據潤滑油分配)而發生，該第一、第二及第三部分經由一個或多個傳感器將汽缸狀態的直接或間接測量用作參數。例如旋轉、汽缸套溫度、負載、注入燃料量、潤滑油質量、潤滑油粘度、潤滑油的TBN含量、對於排放廢油的分析結果(殘餘TBN、Fe含量等)。可以應用一種系統，該系統例如使用在燃料油中的硫測量。增大的硫含量需要更多潤滑油來中和硫。根據本發明的方法因此可以調整，從而可以通過在兩種潤滑原理之間切換而在注入單元的潤滑油注入器下方的位置處、在汽缸中更遠地向下的地方實現改進的中和關係。這裡參考在圖11中示出的原理。以這種方式，在注入單元上方和下方的中和狀態變得更均勻。可選擇地，可以使用在注入單元上方和下方的面積比來計算在活塞上供給的最小量。這裡，重要的是注意到，負載典型地在汽缸的頂部處最高，該負載包括活塞速度、溫度、壓縮和燃燒壓力。這意味著，不能只將面積關係用作參數。分配(即後者的基礎)則尤其發現作為在汽缸中的面積狀態的函數。可選擇地，人們可以基於汽缸套的整個面積或者只基於注入單元下方的面積來確定要供給到活塞上的潤滑油的最小量。分配(即後者的基礎)則尤其發現作為在汽缸中的面積狀態的函數(可能與其它參數的某些相結合)。
可選擇地，人們可以使用排放廢油的分析作為起作用的控制參數。排放油的分析可以聯機地進行，或者人工地進行。可以設有閉路調節，其中控制自動地試圖減小在第一位置中的磨損顆粒。磨損顆粒可以例如由Fe顆粒的數量代表。如果這沒有改進在給定時間段內的測量，人們可以改為增大潤滑油量或者增大量和分配鍵(key)。可選擇地，人們可以使用殘餘TBN的聯機測量的分析直接地用來調整分配，或者作為增大的潤滑油量和分配變化的組合。如以前提到的那樣，人們將典型地使用用來供給到活塞上或活塞上方的分配，但作為對於這種分配的可選擇分配方式，人們也可以將以上實施例與其中在活塞下方供給潤滑油量中的一些的系統相組合。由此可以增大「降落」到汽缸中的油量。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，潤滑油的第二和/或第三部分構成潤滑油總量的最少10%。存在對於限定要供給到活塞上的潤滑油的某一最小量的需要。這個最小量將由試驗確定，但將假定，潤滑油的最少10%始終直接供給到活塞上，即作為潤滑油的第二部分。因而可以如以上已經提到的那樣，基於實際負載和/或指示汽缸負載和/或狀態的另一種直接/間接參數而進行分配。這種分配可能意味著直接輸送到活塞上的潤滑油將始終構成潤滑油的總供給量的最小百分比。另外，這種分配可能意味著在活塞上方輸送的潤滑油將始終構成潤滑油的總供給量的最小百分比。分配可以與實際負載成比例地進行。作為例子，對於90%負載，因而可以實現在活塞上方的潤滑油的90%的供給，對於60%負載，可以實現在活塞上方的潤滑油的60%的供給，以及對於40%負載，可以實現在活塞上方的潤滑油的40%的供給，等等。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，直接或間接地檢測活塞的位置和運動，並且進行潤滑油的輸送的計時、潤滑油量的調整、及注入特性的確定。例如，可以應用基準裝置，這些基準裝置與主軸相連接，並且直接或間接地指示主軸的位置，並且由此也指示活塞的位置。它們可以與傳感器裝置和控制單元相互作用，這些傳感器裝置檢測基準裝置的位置，該控制單元連接至傳感器裝置，並且從傳感器裝置接收信號，並且該控制單元包括用來檢測基準裝置的角位置以及角速度、並由此檢測主軸的角位置以及角速度的裝置，並且該控制單元與活塞泵相連接並且控制活塞泵的致動，以便計量潤滑油。根據另外的實施例，根據本發明的方法的特殊之處在於，它包括方法的操作的計算機化控制、監控和/或檢測。這種計算機控制可以用作控制單元，該控制單元依據定製算法用來調節用於潤滑油注入的參數。根據本發明的方法可以容易地在EP 2 044 300中所描述的系統中實施，或者可選擇地在WO 2008/141650中所描述的系統中實施。這些文件都通過參考由此包括。在後一種系統中，可能的是，設備可以具有不同的行程。這些行程由電磁閥控制，這些電磁閥將液壓油壓力供給到分配器板。原則上，在活塞上的注入可以由一個電磁閥提供，並且在活塞上方的注入可以由另一個電磁閥提供。可選擇地，基於控制將可能的是，同一電磁閥在兩個不同時間提供計時，並由此用於在活塞上的注入和用於在活塞上方的注入。


現在將更密切地參照附圖來解釋本發明，其中圖I示出了穿過汽缸的示意剖視圖，其中將潤滑油的第一部分注入到汽缸中；圖2示出了與圖I的剖視圖相對應的剖視圖，但其中將潤滑油的第二部分注入到汽缸中；圖3示出了與圖I的剖視圖相對應的剖視圖，但其中將潤滑油的第三部分注入到汽缸中；圖4示出了根據用於潤滑油的第一部分和第二部分的注入的兩種不同原理的注入計時；圖5a+5b示出了用於潤滑油的第一部分和第二部分的注入的、調節的或固定的分配的兩種可能原理；圖6示出了在汽缸的縱向方向上油膜厚度的變化的例子；圖7示出了通過注入作為潤滑油的第一部分的潤滑油(SIP原理)而使得排放廢油減少的例子；圖8示出了通過注入作為潤滑油的第一部分的潤滑油(SIP原理)或者注入作為潤滑油的第二部分的潤滑油(傳統)的磨損過程的例子；圖9示出了與負載調節的潤滑油量相比利用作為潤滑油的第二部分或第三部分(在活塞上或在活塞下方)供給的固定量的潤滑油的分配算法；圖10示出了與所謂的MEP調節的潤滑油量相比，利用作為潤滑油的第二部分或第三部分(在活塞上或在活塞下方)供給的固定量的潤滑油的可選擇分配算法；圖11示出了利用供給到發動機的燃料中的不同硫含量的分配算法的例子；圖12示出了具有多個潤滑設備的系統的示意性概括圖，這些潤滑設備供根據本發明的方法使用 '及圖13示出了通過潤滑設備的實施例的剖視圖，這些潤滑設備供根據本發明的方法使用。
具體實施方式
在圖I至3中示出了穿過汽缸51的剖視圖，該汽缸51具有活塞52和多個注入單元53，這些注入單元53布置在汽缸壁55的環形區域54中，並且與未示出的潤滑設備相連接。在圖I中，看到了活塞52位於下部位置中。油58的注入從直接在汽缸壁55的環形區域54上的每個注入單元進行。緊在活塞在其向上運動期間通過環形區域54之前，注入發生在活塞52上方的位置處。在圖2中，活塞52示出在中間位置中，其中，注入單元53位於上部活塞環56與下部活塞環57之間的位置處。在活塞向上運動通過環形區域54期間，來自每個注入單元的油58在上部活塞環56與下部活塞環57之間直接地注入到活塞52上。在圖3中，活塞52出現在上部位置中。油59的注入從每個注入單元直接地在汽缸壁55的環形區域54上進行。緊在活塞在其向上運動期間通過環形區域54之前，注入發 生在活塞52下方的位置處。在圖4中，根據SIP潤滑或傳統潤滑示出了兩個不同的潤滑時間。在兩種情況下，潤滑油都在活塞向上運動期間輸送到汽缸中。這意味著從下死點(BDC)到上死點(TDC)。其中將對於SIP計時的「窗口」位於活塞通過潤滑油注入器之前。用於傳統潤滑的「窗口」更窄，並且簡單地表達為，位於活塞頂部已經通過潤滑油注入器之後。圖5a示出了依賴於負載的潤滑分配，其中，改變SIP和傳統潤滑之間的分配，從而對於低負載，潤滑油更大程度地沿汽缸壁進一步向下供給。圖5b示出了恆定的潤滑分配。這意味著，不使SIP和傳統潤滑之間的分配依賴於操作參數。而是，將固定分配鍵設置在控制中。同時可以考慮在汽缸壁上向下更遠是否需要更多的潤滑油。在該情況下，這將基於磨損的測量或由汽缸壁的視覺檢查而考慮。在圖6中示出的是，依據使用SIP還是傳統潤滑，在汽缸的縱向方向上油膜厚度如何變化的例子。即，依據採用藉助於潤滑油的第一部分的注入還是通過潤滑油的第二部分的注入的潤滑。在圖中，示出了沒有對於SIP閥機加工的情況下的注入單元3的孔60。當處於操作中的活塞在頂部位置處時(即更靠近汽缸頂部61時)，該點叫做上死點。在汽缸的底部處，定義了對應的下死點位置63，並且在該位置中，暴露了掃氣空氣埠 62。在該圖中，在不同負載下並且依據它是SIP還是傳統潤滑而示出了上部油膜厚度和下部油膜厚度。在不同負載下進行油膜厚度測量。「帶」的寬度表示了在不同負載下油膜變化到某一程度。該圖原則上示出在最高負載和最低負載兩者下的油膜。在圖中示出了 SIP閥(也稱為潤滑油注入器)。當觀看汽缸頂部與潤滑油注入器之間的區域時，看到的是在這個區域中的油膜對於SIP潤滑比對於傳統潤滑厚。這要與如下事實相比較進給量(每單位功率供給油的量)在示出的例子中低25%。所以趨勢是清楚的。觀看在潤滑油注入器下方的區域，進一步看到，對於傳統潤滑形成了顯著更厚的油月旲。在圖7中，示出了通過注入作為潤滑油的第一部分的潤滑油(SIP原理)而得到減少的排放廢油的一組例子。這些值被編號，並且來自於與在圖6中原始使用的號碼相同的試驗。該圖示出了六個不同的汽缸，其中，前三個柱形圖示出了利用傳統計時運行的汽缸，並且其中，後三個柱利用SIP計時而運行。由圖示出了排放油的明顯差別(在前三個汽缸與後三個汽缸之間的量的差別)，這又示出了作為第一部分供給的潤滑油(SIP原理)產生更少的排放油。在圖8中，示出了當使用SIP潤滑時汽缸在縱向方向上如何不同地磨損。在這個圖中，進行與平均油膜厚度的結合，以便指示油膜厚度與磨損之間的關係。在該圖中，虛線表示傳統潤滑，而實線表示SIP潤滑。兩條上部曲線A和B表示每1000小時的磨損率，而兩條下部曲線C和D表示圖6中示出的值的平均值。同時，該圖示 出了 SIP潤滑通常減小磨損水平。圖9示出了分配算法，該分配算法從活塞上或者在活塞下方供給的固定量的潤滑油開始。編號為I至10的不同線示出在100%負載下需要哪種分配百分比。由圖示出的是，例如藉助於在圖中標記「2」的線，總衝程的20%的固定部分(按100%發動機負載)作為第二部分或第三部分供給。同時，該圖預示潤滑油量的負載調節的應用。這意味著，當在以100%以下的發動機負載操作時，總衝程減小。例如，對於50%發動機負載，僅使用滿負載潤滑油量的50%。負載調節的潤滑油量則意味著對於作為第二部分或第三部分輸送的限定的固定量，潤滑油分配將對此考慮。在例子中，對於100%發動機負載具有總衝程的20%的固定部分，這意味著，改變潤滑油分配，從而最高達潤滑油的50%作為第二部分或第三部分輸送。如果在沒有潤滑油量的任何減少的情況下操作(除旋轉的減少之外)，則在活塞上或在活塞下方供給的油的固定的量可以限定為由恆定百分比值表示的固定部分。圖10示出了不同的分配算法。這裡，採取的基礎是保持潤滑油的固定部分供給在活塞上或在活塞下方，並且在通過所謂的MEP調節而成比例地減小潤滑油量之後進行校正。示出的是，根據在圖10中示出的曲線的MEP調節意味著百分比分配的小的變化。圖11示出了利用在供給到發動機的燃料中的不同硫含量的分配算法的例子；依據在供給燃料中的硫含量，人們可以改變潤滑油的第一部分，即在活塞向上運動期間直接供給到在活塞上方的汽缸壁上的潤滑油的部分。可以進行變化，從而通過更高的硫含量而增大在活塞向上運動期間直接供給到在活塞上方的汽缸壁上的潤滑油的第一部分。以這種方式，增大在汽缸的頂部處的潤滑油的量，從而實現相對更大量的酸的改進中和，這種酸由於在供給燃料中的更高的硫含量而形成。在該圖中，示出了兩種不同潤滑油的進給量，但依據潤滑油的進給量以及獨立於潤滑油的進給量，都可以實現潤滑油分配的變化。圖12和13描述了本身從上述EP 2 044 300已知的設計。圖12示意地示出了四個汽缸250，並且在每個汽缸上具有八個注入噴嘴251。潤滑設備252與中央計算機253相連接，該中央計算機253具有本地控制單元254，該本地控制單元254典型用於每單個潤滑設備252。中央計算機253與另外的控制單元255並行地相聯接，該控制單元255構成用於中央計算機的備用設備。另外，建立有監控泵的監控單元256、監控負載的監控單元257、及監控曲軸的位置的監控單元258。在圖12的上部部分中，示出有液壓站259，該液壓站259包括馬達260，該馬達260驅動用於液壓油的油箱262中的泵261。此外液壓站259包括冷卻器263和過濾器264。系統油經由供給管線265經由閥220泵送到潤滑設備上。此外液壓站與返回管線266相連接，該返回管線266也經由閥與潤滑設備相連接。潤滑油從潤滑油供給箱(未示出)經由管線267運送到潤滑設備252。潤滑油從潤滑設備經由管線110運送到注入噴嘴251。經由本地控制單元，人們可以調節潤滑油量(以頻率和衝程的形式)和注入計時。基於各種潤滑油調節算法(例如，依賴於負載的潤滑油減少)和用於注入時間的分配鍵(由此改變在第一、第二及第三部分之間的比值)，通過變化的操作狀態，可以自動地進行注入時間和量的調節。這些變化可以基於發動機負載和狀態以及直接地或者間接地基於對於汽缸狀態所必需的參數(例如，旋轉、汽缸套溫度、發動機負載、注入燃料量、潤滑油量、潤滑油粘度、潤滑油的TBN含量、用於排放廢油的分析結果(殘餘TBN、Fe-含量等))而進行。圖13示出了潤滑設備的實施例，這些潤滑設備供根據本發明的方法使用。
潤滑設備包括底部部分110，在該處安裝用來致動設備的電磁閥115和116。在底部部分110的側部處，設有用於系統油壓力供給142和返回到油箱143的系統油壓力的螺
紋管套接頭。驅動的油可以藉助於兩個電磁閥來提供，在這兩個電磁閥中一個是初級電磁閥116,而另一個是次級電磁閥115。在初始位置中，初級電磁閥116是工作的。由此驅動的油從相關供給螺紋管套接頭142被引導到初級電磁閥116，並且經由開關閥117被引導到設備中，通過分配通道145被引導到相關液壓活塞組。在初級電磁閥116失效的情況下，可以自動地連接次級電磁閥115。通過致動次級電磁閥115而連接該閥。由此加壓相關分配通道146。這種壓力使得開關閥117移動到右邊，由此中斷初級電磁閥116與相關分配通道145之間的連接。由此將壓力從液壓活塞除去，這些液壓活塞連接到該電磁閥116上。通過致動次級電磁閥115，使得相關分配通道146和相關液壓活塞加壓。這引起分配板7隨後由油驅動，這些油經由次級電磁閥115引導到設備中。開關閥117可以裝備有彈簧119。在缺少通過次級電磁閥的供給壓力的情況下，彈簧因而將自動地把開關閥117放回到以上初始位置。開關閥可以裝備有節流器，從而開關閥的這種返回可被延遲。以這種方式，避免/限制了開關閥117在致動之間來回地往復。在圖12中，節流由凹槽確定，該凹槽形成在排出銷118與開關閥117之間。當電磁閥的每一個連接到液壓活塞的單獨的組上時，保證了電磁閥之間的獨立性。當在初級電磁閥116與次級電磁閥115之間切換時，開關閥117將保證將壓力從初級液壓活塞組除去，並由此使得次級電磁閥115能夠操作，即使在其中停用初級電磁閥的情況下也是如此。位置121 示出了閉塞螺釘(blanking screw)。位置122示出了組合的閉塞螺釘/端部擋塊，它部分地起用於開關閥117的棘爪120的端部擋塊的作用，並且部分地具有也經由(未示出)密封件(packing)的密封功能。
在液壓活塞6上方設有分配板7。該板在這裡表示為具有上部分配板部件125和下部分配板部件123的兩部分設計。計量活塞21安裝在上部分配板部件125中/上。在其中各種油用於驅動和潤滑的設備中，在上部分配板部件和下部分配板部件之間設有活塞密封件124。原則上，人們也可以滿足於使用一種油用於驅動油以及用於潤滑油。在計量活塞21周圍，設有普通返回彈簧9，在脫開液壓活塞6上的供給壓力之後，該普通返回彈簧9使活塞21返回。在返回彈簧9周圍，設有小的潤滑油儲腔147，該潤滑油儲腔147在外部由基部體111定界。潤滑油通過單獨的螺紋管套接頭供給，該單獨的螺紋管套接頭具有密封件138和139。該設備可以選擇性地裝備有通氣螺釘(venting screw),該通氣螺釘具有密封件15和16。在基部體111上方布置汽缸體112，在該處布置計量活塞21以便它們的往復運動。在計量活塞21上方設有泵腔室148。在該腔室中設有出口，該出口具有止回閥球13，該止回閥球13由彈簧14偏壓。此外，設有螺紋管套接頭128，該螺紋管套接頭128與在汽缸壁中的止回閥/SIP閥直接連接。
為了調整衝程，在這個實施例中，示出了具有馬達132的裝置，該馬達132聯接到蝸杆傳動裝置131，該蝸杆傳動裝置131經由蝸輪130通過改變在定位銷/定位螺釘66上的位置而調整衝程。在這個實施例中，可以通過改變衝程擋塊的位置而調整衝程。這與以前的實施例不同，在以前的實施例中，使用固定的原始點並且衝程隨後調整。為了控制實際衝程長度，將傳感器/拾取單元114安裝在定位銷/定位螺釘66的延續部分中，以便檢測衝程，該傳感器/拾取單元114例如呈編碼器或電位計的形式。位置113示出了用於定位銷/定位螺釘裝置的外殼。位置124示出了兩個空隙149和147之間的活塞密封件密封，使洩漏油分別避開(bypass)在底部處的驅動油側的液壓活塞6以及在頂部處的潤滑油。位置127示出了在基部體111與汽缸體112之間的0形圈密封。位置133示出了緊固螺釘，該緊固螺釘用來緊固用於蝸輪130的支承殼體。位置134示出了在底部板110與基部體111之間的0形圈密封。
權利要求
1.一種用於潤滑諸如船用發動機的大型柴油發動機中的汽缸的方法，其中，潤滑油的注入經由多個注入單元來進行，這些注入單元與發動機中的汽缸數量的倍數相對應，其中，以至少兩個部分的潤滑油的注入組合來供給潤滑油，其中，將所述至少兩個部分的潤滑油在至少兩個不同的活塞位置處輸送，其中，所述至少兩個不同的活塞位置在活塞於注入單元旁邊通過之前、期間及之後用於注入的活塞位置中選擇，以及其中，將潤滑油通過直接注入在汽缸壁的環形區域上而供給，其特徵在於，將潤滑油通過如下的組合而供給在活塞通過之前，在活塞上方將潤滑油的第一部分直接注入在汽缸壁的環形區域上；以及，當在活塞通過期間將潤滑油的第二部分直接注入在活塞上時和當在活塞通過之後在活塞下方將潤滑油的第三部分直接注入在汽缸壁的環形區域上時，將潤滑油的第二部分和/或第三部分注入。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在緊在活塞向上通過環形區域之前時並且與活塞向上通過相關聯地，進行潤滑油的第一部分的注入。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，與活塞向上通過相關聯地並且在活塞的最上部活塞環和最下部活塞環之間的區域上，進行潤滑油的第二部分的注入。
4.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，使用相同的注入單元，用於注入潤滑油的各注入部分中的每一個。
5.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，潤滑油的第一部分的注入在緊在活塞向上通過環形區域之前時通過注入單元而在高壓下發生，這些注入單元用於形成潤滑油的完全或部分霧化。
6.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，潤滑油的第二部分和/或第三部分的注入通過注入單元而在高壓下發生，這些注入單元用於形成潤滑油的完全或部分霧化。
7.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，進行用於實際汽缸負載的間接或直接參數的檢測，並且進行在潤滑油的第一部分和第二部分和/或第三部分之間的分配，從而對於減小的汽缸負載而成比例地增加第二部分和/或第三部分。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，潤滑油的第二部分和/或第三部分構成潤滑油總量的最少10%。
9.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，直接或間接地檢測活塞的位置和運動，並且進行潤滑油輸送的計時、潤滑油量的調整以及注入特性的確定。
10.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，該方法包括方法操作中的計算機化控制、監控及/或檢測。
11.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，提供電子控制裝置，將潤滑油注入的時間用作用於調整潤滑油在汽缸的縱向方向上的分配的參數，並且所述控制裝置將潤滑油的不同部分在所述至少兩個不同的活塞位置上自動地分配。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，將固定百分比的潤滑油 -在活塞向上或向下通過期間、汽缸活塞在潤滑油注入器旁邊通過時，供給在汽缸活塞上；或者 -在活塞向上運動期間、活塞已經通過潤滑油注入器之後，在活塞下方直接供給在汽缸壁上；或者-在汽缸活塞向下運動期間、汽缸活塞通過潤滑油注入器之前，直接供給在汽缸壁上。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，將固定量的潤滑油 -在活塞向上或向下通過期間、汽缸活塞在潤滑油注入器旁邊通過時，供給在汽缸活塞上；或者 -在活塞向上運動期間、活塞已經通過潤滑油注入器之後，在活塞下方直接供給在汽缸壁上；或者 -在汽缸活塞向下運動期間、汽缸活塞通過潤滑油注入器之前，直接供給在汽缸壁上。
14.根據上述權利要求11-13中的任一項所述的方法，其特徵在於，在汽缸壁上進行脫機或聯機磨損測量，並且將這些磨損測量用於校正分配。
15.根據上述權利要求11-13中任一項所述的方法，其特徵在於，在汽缸壁上進行脫機或聯機油膜厚度測量，並且將這些油膜厚度測量用於校正分配。
16.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，直接或間接地依據供給到汽缸的燃料中的實際硫含量來進行所述至少兩個部分的潤滑油之間的分配。
全文摘要
公開了一種用於諸如船用發動機的大型柴油發動機的汽缸潤滑的方法。潤滑油的注入經由多個注入單元進行，這些注入單元與發動機中的汽缸數量的倍數相對應。這裡希望的是不僅在汽缸的周緣上，而且也在活塞在汽缸中的行程範圍上來將潤滑油高效地分配，以便由此減少潤滑油的消耗。這能夠被實現是因為潤滑油通過如下的組合而供給在活塞通過之前，將潤滑油的第一部分直接注入到汽缸壁的環形區域上；和在活塞通過期間，將潤滑油的第二部分直接注入到活塞上。
文檔編號F01M1/14GK102803666SQ201080035373
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月18日 優先權日2009年6月23日
發明者P·巴克 申請人:漢斯延森潤滑油有限公司