CN1448618B - 往复式内燃机的润滑***和往复式内燃机的润滑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于往复式内燃机、特别是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的汽缸的汽缸壁的运行表面的润滑的润滑***，在汽缸中活塞沿运行表面往复运动地布置。汽缸具有至少一个布置在汽缸壁的凹槽中的润滑剂喷嘴，以便将润滑剂施加到运行表面上。如此布置和设计润滑剂喷嘴，从而润滑剂能够以至少一个细密的润滑剂射束被施加到汽缸壁的运行表面上，并且润滑剂射束通过润滑剂喷嘴的雾化可被大大的避免。另外还提出了一种用根据本发明的润滑***润滑往复式内燃机的汽缸的汽缸壁的运行表面的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于往复式内燃机、特别是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的润滑的润滑***，和一种用根据相应类属的独立权利要求的前序部分的润滑***润滑往复式内燃机的的方法。
背景技术
具有纵向扫气的二冲程大型柴油机通常用作于船舶的驱动单元，或者也可用在静态操作中，例如用于驱动大型发电站，以产生电能。在这方面，发动机通常在恒定的工况下运行相当的时间阶段，这提出了对工作可靠性和有效性的高要求。为此，特别是长的伺服间隔、低磨损和对燃料及工作材料的经济使用是操作者在选择机器时的核心。其中，这样的大缸径低速运行柴油机的活塞运行特性是伺服间隔长度和有效性的决定因素，而且通过润滑油的消耗也直接影响操作成本。二冲程大型柴油机的复杂的润滑问题因此变得越来越重要了。
对于带有纵向扫气的二冲程大型柴油机而言，活塞润滑通过润滑装置在汽缸壁上进行，润滑油通过该润滑装置被施加到汽缸壁的运行表面上，以使活塞和运行表面之间的摩擦最小，由此使运行表面的摩损最小。例如，对于现代发动机例如Sulzer RTA发动机而言，当前运行表面的磨损在1000小时的工作时间后至少小于0.05mm。这样的发动机的润滑油流量大约是1.3g/kWh或更小，但对于成本原因非常重要的是，该流量还应在可能的范围内被减少得更小。
已经公开了各种各样的关于润滑运行表面的润滑***的解决方案，既关于润滑装置的具体设计，又关于润滑方法。例如，在公开的润滑装置润滑油沿径向方向通过数个沿圆周方向容纳在汽缸壁中的润滑油孔施加到运行经过润滑油孔的活塞上，并通过活塞环同时沿圆周方向和沿轴向方向分布润滑油。由于通过这种方法润滑油没有被施加到汽缸壁的运行表面的一个大的面积上，而是或多或少地以点的形式在活塞环之间被施加到活塞的侧表面上，所以经常不能确保润滑油在运行表面上的足够的分布，这将会由于过度摩擦而导致增加的热负荷，最终结果是，活塞和运行表面的接触区域由于由此产生的材料破损而局部焊接起来，即活塞卡住。
为了确保润滑油的较好的分布，即确保在运行表面上有一层更均匀的润滑油膜，在WO 00/28194中提出了一种润滑***，其中润滑油在高压下通过容纳在汽缸壁中的雾化喷嘴大体正切于汽缸壁地喷射到处于燃烧空间中的扫气用空气中，并使润滑油雾化成小颗粒。雾化后的润滑油因此精细地分布在扫气用空气中，并通过由扫气用空气所承担的角动量的离心力撞击汽缸壁的运行表面，因此润滑油颗粒便精细地分布在运行表面上。诚然，该方法与用径向润滑油喷射的方法相比，在运行表面上产生了更加均匀的润滑油膜；然而，该方法的一个严重的缺点在于，所用的润滑油的相当一部分与扫气用空气一起燃烧掉或在接下来的燃烧过程中燃烧掉。由此产生不必要的高润滑油消耗，这对操作成本具有非常不利的影响。另外，还导致对所能使用的润滑油的质量的特殊需要，因为不是所有的润滑油都适于被精细地雾化，因此对可得到的用于该润滑的润滑油的选择受到了限制。特别是，便宜的润滑油，即低质量的润滑油，通常是不能象高质量的润滑油那样好地雾化的，所以，当使用这样的润滑油时，该方法的有效性被进一步降低了。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种改进了的润滑***，该***用于往复式内燃机、特别是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的汽缸的汽缸壁的运行表面的润滑，通过该润滑***确保了润滑剂在汽缸壁的运行表面上较好分布，同时润滑剂的量与已知的润滑***相比被大大减小，因此可以实现这样的往复式内燃机的一种更为经济的工作。本发明的另一个目的是提出一种借助于根据本发明的润滑***将润滑剂施加到汽缸壁的运行表面上的相应方法。
本发明满足这些在装置和技术方法方面的目的的主题的特征分别在于各类独立权利要求的特征。从属权利要求涉及本发明特别有利的实施例。
根据本发明，从而提出了一种用于往复式活塞内燃机、特别是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的汽缸的汽缸壁的运行表面的润滑的润滑***，在汽缸中活塞沿运行表面往复运动地布置，汽缸具有至少一个布置在汽缸壁的凹槽中的润滑剂喷嘴，以便将润滑剂施加到运行表面上，其特征在于，润滑剂喷嘴具有数个用于润滑剂的喷出的排出口，所述排出口允许相同或不同的润滑剂通过量，如此布置和设计润滑剂喷嘴，从而润滑剂能够以多个致密的润滑剂射束被施加到汽缸壁的运行表面上。
通过根据本发明的润滑***的润滑剂喷嘴的布置和设计确保了：润滑剂可被直接施加到往复式内燃机的汽缸的汽缸壁的运行表面上。业已发现，由此同时确保了润滑剂的均匀施加和经济的使用。
在本发明的一个优选实施例中，该润滑***包括数个润滑剂喷嘴，这些润滑剂喷嘴沿往复式内燃机的汽缸的圆周线布置，出于对称性原因，优选按相等的间距布置。由该圆周线包围的区域在此优选垂直于沿汽缸延伸的汽缸轴线。在某些情况下，这当然也是可能的，即润滑剂喷嘴不是布置在这样的圆周线上，而是以不同的方式布置在汽缸壁上，例如布置在一个沿汽缸轴线方向延伸的螺纹轨迹上。另外可以设想，该润滑***包括数个沿数个平行的圆周线布置的润滑剂喷嘴。例如，润滑剂喷嘴可以布置在一个或多个处于汽缸中不同水平处，即例如，接近活塞在汽缸中运动的下反向点和/或接近上反向点和/或在该上和下反向点之间的这样的圆周线上。因此能够确保，运行表面在任何地方都被理想地施加有润滑油。
在这方面，润滑剂以大体致密的润滑剂射束直接施加到运行表面上。即，射束向精细颗粒的雾化被尽可能地避免了。为了在运行表面上的均匀施加，润滑剂喷嘴如此布置在汽缸壁中，从而润滑剂以大体与汽缸壁相切的润滑剂射束排出。在本申请的结构内的“相切”方向自然总是涉及汽缸壁中容纳有所讨论的润滑剂喷嘴的区域。
在一个优选实施例中，润滑剂射束能够以一个关于汽缸轴线相切的方向按一个预定角度从润滑剂喷嘴排出，汽缸轴线的方向在本申请中通常被假定为平行于往复式内燃机的活塞的运行方向，即，垂直于汽缸的径向方向。可以以润滑剂的这样的螺旋施加方式同时沿圆周方向和沿轴线方向向运行表面理想地施加一个均匀的润滑剂膜。在这方面，润滑剂喷嘴也可以关于汽缸轴线在不同方向上相互对准，因此能够通过润滑剂喷嘴向运行表面的一个较大区域施加润滑剂。例如，从圆周方向考虑，每一个润滑剂喷嘴以相同或不同的角量在关于汽缸轴线的各个不同位置上交替排列。一个单一的润滑剂喷嘴也可以具有数个喷射润滑剂的排出口，所述允许相同或不同的润滑剂通过量，例如，排出口具有相同或不同的开口截面，并被如此设计和布置，从而润滑剂射束可从润滑剂喷嘴垂直于小汽缸轴线排出。另外，上述每一种变体的适当组合当然都是可设想的。
在另一个示例中，汽缸壁可以附加地具有一个例如以闭合的圆形线形式、沿圆周方向延伸用于存储施加到运行表面上的润滑油的槽。在这方面，围住该槽的运行表面可以垂直于或倾斜于汽缸轴线。该槽也可以以汽缸壁中的一条螺旋线的形式形成一个不闭合的曲线。也可以设想，该槽具有一个或多个单独的不以一条闭合曲线的形式在汽缸壁的整个特定区域上延伸的部段。不同形状的槽的适当的组合当然也是可以的。在工作中，过量的润滑剂可以例如被活塞环刮入这些槽中，从而在后面的时间中，这些润滑剂可再次用于活塞的润滑。
优选每一个润滑剂喷嘴通过一个单独的供给装置连接到一个测量单元上，该测量单元可使润滑剂喷嘴可在预先设置的时间得到所需量的润滑油。然而，也可以设想，借助于一个例如共轨***形式的共同的供给装置从该测量单元向这些润滑剂喷嘴中的一些或者所有的润滑剂喷嘴供给润滑剂。优选该测量单元受到一个自由程序控制单元的控制。因此，可以在工作中根据不同的工作参数，例如速度、负载、汽缸温度或其它的工作参数，或者也可以根据例如燃料质量、润滑剂质量或者其它工作材料的质量来固定待供给的润滑剂的量和/或定时。因此可能的是，润滑剂例如可以不必在每一个工作循环中从每一个润滑剂喷嘴施加到运行表面上，或者待施加的润滑剂的量可以根据工作状态和/或在汽缸中的位置而独立调整。当然，润滑剂供给定时和所供给的润滑剂的量这二者都可以例如根据活塞位置而附加地发生。
根据本发明的润滑往复式内燃机、特别是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的汽缸的汽缸壁的运行表面的方法，在汽缸中活塞沿运行表面往复运动地布置，以便将润滑剂通过至少一个布置在汽缸壁的凹槽中的润滑剂喷嘴被施加到运行表面上。在这方面，润滑剂以至少一个细密的润滑剂射束被施加到汽缸壁的运行表面上，并且润滑剂射束通过润滑剂喷嘴的雾化被大大的避免了。
润滑剂通过一个测量单元供给每一个润滑剂喷嘴，优选通过一个独立的供给线供给每一个润滑剂喷嘴，同时能够借助于一个自由程序控制单元来控制或调节该测量单元，从而供给每一个润滑剂喷嘴的润滑剂的量和/或定时可以根据不同的工作参数预定。
附图说明
下面结合附图更为详细地说明本发明。在此以不按比例的形式简要示出：
图1是在一个大型柴油机的一个汽缸中的根据本发明的润滑***的一个实施例；
图2是一个汽缸的根据图1沿线A-A剖开的剖视图，该汽缸具有一个润滑***、一个润滑剂喷嘴、一个测量单元和一个控制装置；和
图3是一个根据图2的润滑***，其具有一个润滑剂喷嘴和一个润滑剂射束。
具体实施方式
在下文中将用参考标号1整体表示的根据本发明的用于往复式内燃机的润滑***特别适用于具有纵向扫气的、例如在船舶建筑中广泛使用的二冲程大型柴油机。图1以纵截面部分地示出了一个具有纵向扫气的二冲程大型柴油机的一个汽缸4的截面，其具有用于理解本发明的重要的部分，并示出了根据本发明的润滑***的一个示例。为简明起见，略去了对这样的众所周知的汽缸4的其它的构件的图示。
图1示出了一个二冲程大型柴油机的一个汽缸4在容纳有润滑***1的区域中的截面。汽缸4大体包括一个汽缸壁3和一个活塞5，该汽缸壁在汽缸4的内部由一个运行表面2界定，该活塞在汽缸4的内部沿运行表面可往复运动地布置。该活塞以已知的方式具有一个活塞杆51和一个面对燃烧空间15的活塞表面52，该活塞杆与一个曲轴(未示出)相连以驱动活塞5。一个或多个活塞环54被以众所周知的方式和功能容纳在活塞5面对运行表面2的侧表面53中。在这方面，燃烧空间15按已知的方式由活塞表面52、由汽缸壁3和由一个与活塞表面52相对的汽缸盖(未示出)界定。
汽缸壁3包括一个或多个凹槽6，优选在这些凹槽中容纳有各自的润滑剂喷嘴7，以将润滑剂8施加到运行表面2上。在一个优选实施例中，滑剂喷嘴7沿汽缸4的一个外周线布置，并优选(但不是必需的)按相等的间距，以使由外周线包围的区域垂直于沿汽缸4延伸的汽缸轴线10。在这方面，润滑***1可以包括数个沿一个或多个平行的外周线布置的润滑剂喷嘴7。润滑剂喷嘴7以钻孔的方式容纳在汽缸壁3中的凹槽6中，从而活塞在其运动时能够经过凹槽6而不会受到妨碍。在图1所示的示例中，汽缸壁3具有至少一个沿圆周方向延伸的槽11，以存储施加到运行表面2上的润滑剂8，若具有数个槽11则是特别有利的。在这方面，槽11能够沿一个闭合的线，例如以一个围绕汽缸壁3的整个圆周的圆形线形式延伸。然而，也可以设想槽11具有一个或多个独立的不以封闭的曲线在汽缸壁3的整个圆周上延伸的部段。可通过润滑剂喷嘴7施加到运行表面2上的润滑剂8能够借助于一个单独的供给线12而供给每一个润滑剂喷嘴7。
在该往复式内燃机的工作中，活塞5以一种已知的方式在图示顶部处的一个反向点OT和一个在图示底部处的一个反向点UT之间运动，从而活塞5的表面52在其上和下反向点之间运动时都经过汽缸壁3的至少一个凹槽6和/或至少一个槽11，从而汽缸壁4的至少一个凹槽6和/或至少一个槽11不时地被活塞5的侧表面53覆盖。所有凹槽6和/或所有槽11在汽缸壁3中的位置都与燃烧空间15相连；并且当活塞处于上反向点OT位置时，汽缸壁3中的所有凹槽6和/或所有槽11都与汽缸4在活塞5下面的内部空间相连。
图2按一个根据图1沿线A-A的剖面示出了一个汽缸4，其包括一个根据本发明的一个润滑***1的示例，其具有一个润滑剂喷嘴7、一个测量单元13和一个控制装置14。润滑剂8可借助于一个供给装置12从测量单元13供给到润滑剂喷嘴7，润滑剂8经一个供给线131被集中地供给该测量装置。优选一个单独的管线从测量单元13引导到每一个润滑剂喷嘴7，从而润滑剂8向每一个润滑剂喷嘴7的供给可以根据往复式内燃机的不同工作参数，例如速度、负载、汽缸温度或其它的工作参数而独立地设置。润滑剂8向润滑剂喷嘴7的供给自然也可以按预定的方案与往复式内燃机的工作参数无关的进行。特别是，也可以设想将一个或多个润滑剂喷嘴7通过一个共同的供给线12在一个预定的工作压力下与测量单元13相连。优选润滑剂喷嘴7具有一个阀72，例如一个以一种已知方式弹簧加载的阀72。在这方面，可以如此设置阀72，从而它可以在等候在供给线12中的润滑剂8的工作压力的作用下自发地打开，从而润滑剂8可以从供给线12中流出进入润滑剂喷嘴7，并能够通过排出口以一种脉冲式的方式被供给到运行表面上。另外可以通过一个在润滑剂喷嘴7处或中的止回阀73保护供给线12在汽缸侧免受过压。优选如此设计阀72，从而它可以如止回阀73那样同时满足其功能。
优选借助于一个自由程序控制装置14控制和调节测量单元13，并同样相对于供给线12装配止回阀(未示出)，从而供给每一个润滑剂喷嘴7的润滑剂8的量或定时可以根据往复式内燃机的不同工作参数，例如速度、负载、汽缸温度或其它的工作参数设置。例如，润滑剂8的量和/或燃料或其它工作材料的量不仅能够和定时共同确定，也可以同所供给的润滑剂8的量共同确定。这些工作参数可由传感器(在此未示出)读取，并通过数据线141供给通过一个通讯线相应控制或调节测量单元的自由程序控制装置14。
在图3中以一种简要的方式示出了润滑剂射束9润滑剂是如何以一种优选的方式被施加到运行表面2上的。润滑剂喷嘴7具有一个排出口71，该排出口是如此设计的，从而使润滑剂8以致密的润滑剂射束9排出，即润滑剂射束9通过润滑剂喷嘴7的雾化被大大的避免了。特别是一种向处于汽缸中的扫气用空气和/或气体中的雾化被大大的避免了。润滑剂8以脉冲的方式按致密的射束被相当直接地施加到运行表面上。优选将凹槽6设计为一个倾斜的槽，从而从排出口71中排出的润滑剂射束9被有利地沿一个大体关于运行表面2相切的方向排出到燃烧空间15中，从而润滑剂8被直接地施加到运行表面2的处于润滑剂射束9的方向中的区域91上。区域91例如从排出口71向上似向上地延伸到另一个沿圆周最近的凹槽6处，从而运行表面2可以使润滑剂8沿圆周方向施加到其上一个可由润滑剂射束9的几何形状限定的区域中。在这方面，每一个润滑剂喷嘴7能够被布置在汽缸壁3的凹槽6中，从而润滑剂射束9以一个大体相切的方式，但是是以各自关于汽缸轴线10的预定角度从润滑剂喷嘴7排出。因此可以将润滑剂射束9沿汽缸轴线10的两个方向之一在汽缸4的圆周方向上螺旋地施加到运行表面2上。润滑剂射束9自然也可被垂直于汽缸轴线10并大体沿一个切向方向地排出，从而润滑剂8能够在圆周方向上主要以一个平面的方式施加到运行表面2上，即不是以螺旋方式。
在这方面，润滑剂射束9或者在活塞经过凹槽6之前和/或过程中和/或之后以一种脉冲方式通过润滑剂喷嘴7施加到运行表面2上，此外还同时沿圆周方向和沿轴向方向通过活塞5的运动或活塞环54的运动被均匀地分布在汽缸壁3的运行表面2上。在每一个润滑剂喷嘴7处分配的润滑剂的量和定时可借助于测量单元13通过控制单元14的相应控制或调节而优化。为了使所用的润滑剂8的量最小，润滑剂8向运行表面2上的供给可以停止例如往复式内燃机的一个或多个工作循环，因此所用的润滑剂8的消耗便可被进一步减小。汽缸壁3可以具有一个或多个在圆周方向上延伸的槽11，在这些槽中可以存储一定量的所施加的润滑剂8。例如，处于运行表面2上的一定量的润滑剂8能够被活塞环54刮入槽11中，并暂时存储在那里，在稍后的时间润滑剂8可以从所述槽11回到运行表面2，从而再次有助于润滑，即一个同样大体有助于润滑剂8的节省的过程。
特别是通过根据本发明的润滑***的润滑剂喷嘴的布置和设计确保了：润滑剂被直接施加到往复式内燃机的汽缸的汽缸壁的运行表面上。在这方面，根据本发明的润滑***的特征在于，其特别简单的设计，特别是润滑剂喷嘴的设计，其中，由于它们的简单设计，成本驱动的附加的设备构件，例如溢流管或类似构件就可以略去。业已发现，因此与现有技术相比可以得到一种更加均匀的润滑剂施加，即润滑剂可以同时沿轴向方向和圆周方向理想地分散到汽缸的运行表面上，从而汽缸的运行表面或活塞的运行表面的磨损便可被减小很多。由于润滑剂被直接施加到运行表面上，并不通过一个中间步骤，例如通过润滑剂射束向扫气用空气中的雾化，所以确保了所用润滑剂的特别经济和有效地使用。
Claims (12)
1.一种用于往复式活塞内燃机的汽缸(4)的汽缸壁(3)的运行表面(2)的润滑的润滑***，在汽缸(4)中活塞(5)沿运行表面(2)往复运动地布置，汽缸(4)具有至少一个布置在汽缸壁(3)的凹槽(6)中的润滑剂喷嘴(7)，以便将润滑剂(8)施加到运行表面(2)上，其特征在于，润滑剂喷嘴(7)具有数个用于润滑剂(8)的喷出的排出口(71)，所述排出口(71)允许相同或不同的润滑剂通过量，如此布置和设计润滑剂喷嘴(7)，从而润滑剂(8)能够以多个致密的润滑剂射束(9)被施加到汽缸壁(3)的运行表面(2)上。
2.如权利要求1所述的润滑***，其中，该润滑***包括数个润滑剂喷嘴(7)，这些润滑剂喷嘴沿汽缸(4)的圆周线布置，以使由该圆周线包围的表面垂直于沿汽缸(4)延伸的汽缸轴线(10)。
3.如权利要求2所述的润滑***，其中，所述润滑剂喷嘴沿汽缸的圆周线按相等的间距布置。
4.如上述权利要求1或2所述的润滑***，其中，该润滑***包括数个润滑剂喷嘴(7)，这些润滑剂喷嘴沿数个平行的圆周线布置。
5.如上述权利要求1所述的润滑***，其中，每一个润滑剂喷嘴(7)布置在汽缸壁(3)的凹槽(6)中，从而润滑剂射束(9)能够以各自关于汽缸轴线(10)的预定角度从润滑剂喷嘴(7)排出。
6.如上述权利要求1所述的润滑***，其中，至少一个润滑剂喷嘴(7)布置在汽缸壁(3)的相关凹槽(6)中，从而润滑剂射束(9)能够从润滑剂喷嘴(7)垂直于汽缸轴线(10)排出。
7.如上述权利要求1所述的润滑***，其中，汽缸壁(3)具有一个沿圆周方向延伸的槽(11)，用以存储施加到运行表面(2)上的润滑剂(8)。
8.如上述权利要求1所述的润滑***，其中，润滑剂(8)能够借助于一个单独的供给线(12)从一个测量单元(13)被供给每一个润滑剂喷嘴(7)。
9.如上述权利要求8所述的润滑***，其中，测量单元(13)可借助于一个自由程序控制装置(14)控制或调节，从而供给每一包括转速、负载、汽缸温度，或者根据多个工作材料包括燃料的量、润滑剂(9)的量对每一个润滑剂喷嘴(7)进行单独地设置。
10.如上述权利要求1至3中任一项所述的润滑***，其中，所述往复式活塞内燃机是具有纵向扫气的二冲程大型柴油机。
11.一种润滑往复式活塞内燃机的汽缸(4)的汽缸壁(3)的运行表面(2)的方法，在汽缸(4)中活塞(5)沿运行表面(2)往复运动地布置，以便将润滑剂(8)通过至少一个布置在汽缸壁(3)的凹槽(6)中的润滑剂喷嘴(7)被施加到运行表面(2)上，其特征在于，润滑剂(8)通过所述润滑剂喷嘴的多个出口以多个致密的润滑剂射束(9)被施加到汽缸壁(3)的运行表面(2)上。
12.一种往复式内燃机，其包括一个根据权利要求1-10中任一项所述的润滑***。
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