JP3898083B2

JP3898083B2 - Method for injecting lubricating oil into a cylinder of an internal combustion engine

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Publication number: JP3898083B2
Application number: JP2002130267A
Authority: JP
Inventors: ユールゲン・メイアー
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: CN1384274A; KR20020085808A; DK176129B1; DK200101734A; JP2002349224A; DE10220015A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に、２行程クロスヘッドエンジンのシリンダ内に潤滑油を噴射する方法であって、潤滑点にてポンプの出口とノズル弁とを相互に接続する潤滑管に対し、所定の注入（投与）量の潤滑油を供給し得るようにポンプが定期的に作動され、潤滑管内の圧力が所定の開き圧力を上廻るとき、潤滑油をシリンダ内に噴霧すべくノズル弁が開くようにした、方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる方法は、国際出願第００／２８１９４号から既知であり、この国際出願には、ノズル弁がシリンダライナーの周縁に沿って列状に配分され、ノズルに近い位置に配置されたシリンダライナーの内面の一部分に潤滑油を噴霧するようにノズルの方向が設定されることが記載されている。潤滑油がライナーの全周に亙って分配されるようにするためには、１０個のような、多数個のノズルが使用される。
【０００３】
ノズルへの潤滑油の供給に関して、国際出願第００／２８１９４号は、潤滑管内で潤滑油が圧縮可能であることは、時間の点にて潤滑油を正確に供給することを困難にすることが１つの問題点であると記載している。潤滑油を意図するように噴霧するための１つの条件として、供給時、潤滑油は、通常の燃料の噴射から知られるノズル弁の開き圧力を上廻るものでなければならないことが記載されている。燃料の噴射時、油は極めて急速に且つ適宜に多量に供給され、このため、ポンプとノズル間の油管内の圧力が燃料ポンプの早期の油の供給時、急速にノズルの開き圧力を上廻り、この結果、噴射が開始したとき、開き圧力を得るのに必要な時間よりも１０乃至５０倍、長い時間、その量の燃料がポンプからシリンダに連続的に供給されることは通常のことである。
【０００４】
シリンダ内への潤滑油の噴霧は、１９９５年の日本国出願公開第７−３４８３７号から更に既知であり、この出願公開によれば、燃料を噴射するようなとき、潤滑油は、シリンダカバー内に配置されたノズル弁を通じて噴射される。この場合、潤滑油ポンプは、内燃機関のクランク軸に対し、行程方向連結されており、このため、エンジンが1回転する毎に、潤滑油は噴霧によりシリンダライナーの内面に供給される。
【０００５】
１９５４年の当該出願人のデンマーク国特許第８１２７５号には、潤滑油の供給がエンジンの回転数（ｒｐｍ）に対し間欠的に適応し得るようにされ、このため、例えば、エンジンの１回転毎、２回転毎又は３回転毎に、潤滑油がシリンダライナーの内面の潤滑箇所に供給されるようにした、潤滑油装置が記載されている。ピストンの動作に対して正確な時間にて潤滑箇所に潤滑油を供給し得るようにするため、各潤滑箇所の各々に極く近接して潤滑管内に制御された遮断弁が挿入されている必要がある。潤滑箇所を潤滑しなければならない度毎に、潤滑油ポンプは、ピストンが潤滑箇所に対向する位置となる迄、正確に設定した注入量の潤滑油を供給し、この潤滑油は遮断弁により低圧力に保持されるようにしなければならない。その正確な時点にて、遮断弁が作動され、潤滑油は吐き出され且つ潤滑箇所外に流れ、このときピストンリングがその油をシリンダライーの周方向に分配することができる。弁の作動時において、潤滑管内の圧力降下を防止するためには、ばね負荷式ピストンにより油が加圧状態に保たれる、小さい蓄積容積が管内に存在する必要がある。この型式の既知の潤滑装置において、潤滑油は、数バールの圧力にて供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これに反して、上述した潤滑油装置内の潤滑油は、潤滑油を噴霧することを許容するより高圧力にて供給される。より高い圧力は、潤滑油の供給側に多数の不利益な点をもたらし、その1つのとして、供給される潤滑油の量が漏洩に起因して変動する虞れがあることが挙げられる。１つのシリンダ当たりより多数のノズル弁が使用されるとき、これらの不利益な点はより顕著となり、それは、その場合、供給された潤滑油の量に比して潤滑管内の容積がこれに比例してより大きくなるからである。
【０００７】
本発明の目的は、高い圧力にて、比較的少量の潤滑油を確実に供給することを許容する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このことを鑑みて、本発明による方法は、ノズル弁がその開き圧力よりも低い圧力にて閉じること、潤滑油が逆止め弁を介してポンプから該逆止め弁とノズル弁との間の容積内に供給され、潤滑油がポンプからその容積に供給される間、圧力が漸進的に上昇するとき、潤滑油がその容積内に一時的に蓄えられること、及びその容積内の潤滑油の圧力がノズル弁の開き圧力を上廻るとき、ノズル弁を通じて噴霧することにより、蓄積された量の潤滑油が吐出されることを特徴としている。
【０００９】
ノズル弁は、高い開き圧力を有し、ポンプから供給された潤滑油が逆止め弁とノズル弁との間の容積内にて高い開き圧力まで加圧される。潤滑油はある量の空気を不可避的に保持しており、この空気は、圧縮されて潤滑油の圧力を上昇させる一方、更なる潤滑油が容積内に受け入れられるので、容積内に潤滑油が蓄積される可能性がある。蓄積された潤滑油の量が極めて多量となると、油の圧力がノズル弁の開き圧力を上廻り、ノズル弁が開いてシリンダ内に噴霧する。噴霧する間に供給される潤滑油の量は、ノズル弁の閉じ圧力に依存し、このため、閉じ圧力が低圧であるならば、高い閉じ圧力の場合よりも逆止め弁とノズル弁との間の容積からより多量の潤滑油が排出されることとなる。逆止め弁が供給端において容積を効果的に締切状態に保ち、このため、必然的にノズル弁を通じて潤滑油を排出しなければならないことになる。
【００１０】
１つの実施の形態において、潤滑油は、ポンプから逆止め弁を介して容積まで幾つかの注入量にて供給され、潤滑油の注入量がこの容積に供給されるとき、この容積内にて圧力は段階的に上昇し、直近に供給された潤滑油の注入量が容積内の潤滑油の圧力をノズル弁の開き圧力を上廻るものとするとき、潤滑油がノズル弁を通じて噴霧される。潤滑ポンプを複数回作動させることによって、潤滑油に必要な蓄積圧力を供給することができ、ポンプはより小さい寸法で済み、しかも完全な噴霧シーケンスに必要な潤滑油の総量を供給することができる。このように、ポンプはより小さい漏洩面積を有し、従って、漏洩に起因する圧力変動による影響を受け難い。潤滑油が蓄積する箇所たる、潤滑管の容積の自由端部における逆止め弁は、実質的に漏洩無しであり、また、長時間、潤滑管内で大きい過圧力にて圧力を維持することができるから、ポンプの２回の作動の間、潤滑油の供給を一時的に中断することは何ら問題とならない。この段階的な圧力蓄積は、例えば、ノズル弁を開き、シリンダ内へ噴霧することにより、数回又は多数回のポンプ行程動作によって蓄えられた量の潤滑油を解放する前に、数回又は多数回のエンジンの回転に亙って継続することができる。
【００１１】
エンジンサイクルに対し無関係に制御された潤滑ポンプを使用し、例えば、エンジンが一回転する間、潤滑油の噴霧が行われる直前に、迅速に連続的に一回又は数回、ポンプが作動され、その後に、運転停止となるようにすることが可能であるが、好ましくは、ポンプは、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）に比例して作動する、すなわち、所定のエンジン回転数の間、所定の回数だけ作動するようにすることが可能である。この比例的な作動の結果、エンジンの負荷が低下したとき、単位時間当たりの潤滑油の平均量が減少するように調節することができる。
【００１２】
ポンプは、潤滑油の一回の噴霧毎に２回乃至３０回、好ましくは、最大１０回だけ作動されるようにすることが適当である。このように、ポンプは、総潤滑油の量の僅かな一部分のみを供給すればよい。必要な油の量を供給するため、３０回以上作動させた場合、漏洩状態の改良は実現されないので、通常、作動回数は最大、１０回に保つことが望ましい。
【００１３】
比較的簡単なポンプを使用することを許容するため、ポンプからの個々の潤滑油の注入は、逆止め弁とノズル弁との間の容積内の圧力を、１００ｋＰａ乃至１０００ｋＰａ（１バール乃至１０バール）だけ、好ましくは、２００ｋＰａ乃至５００ｋＰａ（２バール乃至５バール）だけ上昇させることが好ましい。この供給は、ノズル側にて閉じられた管容積に対して制限された量の潤滑油を供給するためであるから、同様に、容積内の圧力が６０００ｋＰａ（６０バール）以上といった、かなり高圧のときに、潤滑油を供給する簡単なピストンポンプを使用することができる。
【００１４】
潤滑油の供給状態は、エンジン負荷に応じて変化させることができる。開き圧力を上廻るためには、内燃機関が全負荷にて運転するときよりも部分負荷にて運転するときの方がより多数回、ポンプを作動させなければならないようにすることが好ましい。このことは、部分負荷のとき、比較的大きい漏洩量を受容し、このため、ポンプはより大きい製造許容公差にて、従ってより長寿命となるように設計することができる。
【００１５】
この方法は、内燃機関の全負荷時のＰ％の部分負荷のとき、全負荷時のｋＷｈ当たりの潤滑量×Ｐ％の量よりもより多量のｋＷｈ当たりの潤滑油が供給されるように更に展開させることが好ましい。潤滑装置は、このようにして、その開き圧力がシリンダ圧力の降下と共に低下するノズル弁を提供し、これによりエンジンサイクルの圧縮行程の任意の特定の時間にてシリンダ圧力が全負荷時よりも部分負荷時の方が低いようにすることにより、潤滑油の量を自動的に変化させる設計とすることができる。
【００１６】
個々のシリンダ内のノズル弁の個数を少なくするため、潤滑油がシリンダ内に噴霧されるエンジンサイクルの時点にて、シリンダ圧力よりも１５００ｋＰａ乃至４０００ｋＰａ（１５バール乃至４０バール）越える範囲の所定の圧力にてノズル弁が開くようにすることが好ましい。この過圧力は、潤滑油を効率的に噴霧し、特に、圧力が３０００ｋＰａ乃至４０００ｋＰａ（３０バール乃至４０バール）の範囲にあるとき、噴霧は極めて効果的であり、このため、潤滑油はシリンダスペースを通じて適宜に遠方まで噴射することができ、これにより、シリンダライナーの内面の好ましい程に大きい部分に亙って均一に分配された状態で潤滑油を付与することができる。
【００１７】
ノズル弁の開き圧力は、潤滑油の噴霧の強さを制御する一方、噴霧の頻度、従って、一回の噴霧当たりの潤滑油の量は、ノズル弁の閉じ圧力によって制御することができる。
【００１８】
噴霧に対する反作用圧力は、シリンダ圧力の上昇に伴って上昇するが、ノズル弁はシリンダ圧力が内燃機関の最高圧縮圧力の４０％以上よりも高圧ととなる時点にて開くようにすることが好ましい。潤滑油は、ピストンリングに対するシリンダライナーの作動面の上方部分に噴霧することが好ましく、それは、その作動面にて、ライナー材料に加わる負荷が最大となるからである。上方ピストン行程の比較的後で作動面に対して潤滑油を噴霧することは、ピストンリングが丁度潤滑された作動面を経て移動する迄、噴霧が行うべき時間を短縮することになる。このことは、潤滑の必要性が最も大である、シリンダライナーの頂部に潤滑油を保つことに寄与する。
【００１９】
部分負荷時、適宜に潤滑し且つ潤滑油の圧送時、漏洩の損失を補償するため、潤滑油ポンプの一回の注入当たりの供給量を調節することができる。１回の注入当たり供給量は、エンジンが低回転数（ｒｐｍ）で部分負荷にて運転するとき、適宜に増大させることができ、このことは、部分負荷時の注入に対する供給時間が長くなるため、漏洩が増すにも拘らず、部分負荷時、逆止め弁とノズル弁との間の容積内に全負荷時と等しい量の潤滑油を供給することを可能にする。
【００２０】
別の実施の形態において、全負荷時、エンジンの１回転当たり平均的にシリンダ内に噴霧される潤滑油の量×Ｐ％よりも少量の潤滑油が内燃機関の全負荷時のＰ％の部分負荷時において、エンジンの１回転毎にシリンダ内に噴霧される。逆止め弁とノズルとの間の容積内に圧力が蓄積する結果として、細かく分配され、効果的に噴霧されることに加えて、潤滑油量を負荷に依存して調節することは、潤滑油の比消費量が減少する点にてコスト面の利点をもたらす。噴霧を吐出する前に、管容積内で圧力が蓄積することを通じて得られる有効な噴霧及びノズル当たりの潤滑油量が適宜に多量であることは、ライナーの内面における潤滑油の配分を良好なものにし、このため、部分負荷運転時、ライナーの内面におけるより低い温度レベルであることが潤滑油の供給量を少なくするために利用することもできる。この点に関して、比較的小型のポンプを使用してポンプを数回作動させて段階的であるか、又はより大型のポンプから供給することにより連続的であるかどうかは重要なことでない。
【００２１】
更なる実施の形態において、ポンプは、内燃機関の全負荷のＰ％の部分負荷のとき、ｋＷｈ当たりより多量の潤滑油を供給し、この量は、全負荷のときｋＷｈ当たりの潤滑油量×Ｐ％よりも多量である。上述したように、潤滑油の噴霧は、負荷に依存して潤滑油の注入量を自動調節して行われることが好ましい。この点に関しても、圧力の蓄積が比較的小型のポンプにてポンプを複数回作動させて段階的に行なわれるか、又はより大型のポンプから供給することにより連続的に行なわれるかは重要なことでない。
【００２２】
次に、極く概略図的な図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
簡略化のため、以下に説明する幾つかの実施の形態において、同一型式の部品は同一の参照番号で示す。
【００２４】
ＭＣ型の２行程クロスヘッドエンジン又はシリンダボアが２２ｃｍ以上の大型の４行程エンジンのような内燃機関には、シリンダ潤滑装置が設けられている。このエンジンは、例えば、４個乃至２８個のシリンダ数の範囲の多数のシリンダを備えることができる。シリンダボアは、例えば、２２ｃｍ乃至１２０ｃｍ、好ましくは、６０ｃｍ乃至１００ｃｍの範囲とすることができる。シリンダ１の各々は、シリンダカバーを有するシリンダライナーと、該ライナー内を走行するピストン８であって、その作動面１０上でライナー内面に沿って摺動するピストンリング９を有するピストン８とを備えている。
【００２５】
ピストンリング及びシリンダライナーの双方の磨耗を減少させるため、作動面は潤滑油にて潤滑しなければならず、この潤滑は、ライナーの周縁に沿って配分された幾つかのノズル弁３によって行われ、これらのノズル弁の各々は、弁座１２に当接し得るようにばね負荷状態とされた弁ニードル１１を有している。弁座の下流側には、噴霧中、潤滑油を噴霧すべき方向に向けて穿孔された１つ又は１つ以上の噴霧器穴１３がある。ノズル弁が閉じられているとき、弁座内で半径方向に配置された弁ニードルの先端１４は、ノズル弁３においてシリンダ内の圧力による影響を受け、その圧力は噴霧器の穴を通じて伝播する。ノズル弁が開いているとき、シリンダ内の圧力によって弁ニードルの先端全体のより大きい面積で影響を受け、このことは、弁は、閉じ圧力よりも開き圧力の方が高いことを意味する。
【００２６】
ノズル弁３の各々は、潤滑管４と接続されており、該潤滑管は逆止め弁５を介してポンプ６に接続される。このポンプは、作動されたとき、逆止め弁５とノズル弁３との間に画成された管容積１５に対しある注入量の潤滑油を供給する。潤滑油は、ポンプ圧力前の圧力にて導管７を通じて個々のポンプ６に供給される。潤滑油は全体として上述したように機能する。
【００２７】
２行程エンジンにおいて、シリンダ１はユニフロー型とすることができ、この場合、シリンダの上端の排気弁１７が開いている間及びその後のシリンダの充填の間、掃気が、シリンダの下端の掃気ポート１６を通じて導入されて、旋回流動作で周知の仕方にて流れ（図２の矢印Ａ）シリンダを通って上昇する。
【００２８】
図２に図示するように、シリンダの周縁方向には幾つか、この場合、４つのノズル弁がある。ノズル弁３が周縁方向に均一に配分されることは、ノズル弁の各々が作動面の同様の領域にシリンダ潤滑油を供給するようにされた同一のノズル弁の設計とすることができるという有利な点をもたらす。シリンダ内にてノズル弁を相互に異なる高さにて配置することも可能であり、また、これらノズル弁は、更に又は代替的に、シリンダカバー内に取り付けることもできる。シリンダのノズル弁３の数は、シリンダの直径に依存し、通常、Ｂをｃｍで表わしたシリンダボアである場合、Ｂ／１０±２の数とすることが適当である。
【００２９】
好ましくは、ノズル弁の各々は１つのポンプ６と関係付ける。典型的に、単一の潤滑装置内にて何台かのポンプがまとめられる。この潤滑装置は、小型のエンジンにおいて、幾つかの又は全てのエンジンシリンダに作用し、また、より大型のエンジンにおいて、単一のシリンダの潤滑箇所に作用することができる。機械的に駆動されるか又はカム軸に接続された電気モータにより電気的に駆動されるカム軸によってポンプピストンを駆動することが可能であり、前者の場合の作動は、エンジンにおけるカム軸と駆動軸との間のチェーン駆動装置又は同様の駆動接続部を介して機械的に制御され、後者の場合、エンジンの回転に関する情報に基づいて電子的に制御される。しかし、好ましくは、ポンプピストンは、電子的制御信号に基づいて液圧アクチュエータにより、例えば、当該出願人の製造によるいわゆる、アルファ潤滑器（ＡｌｐｈａＬｕｂｒｉｃａｔｏｒ）により駆動されるものとする。アクチュエータ当たり１つのポンプピストンが存在するが、好ましくは、同一のシリンダと関係した幾つかのポンプピストンが単一のアクチュエータにより共に駆動されるものとする。
【００３０】
潤滑装置の一例は、図３に図示されており、この場合、タンク１８は、シリンダ潤滑油を保持しており、この潤滑油は詳細には説明しない、加熱装置１９によって予熱することができる。より大型のエンジン装置にて使用されるその他の全ての潤滑油と相違して、シリンダ潤滑油は、使用前に分離機内で遠心分離をしない。シリンダ潤滑油は、通常、炭酸カルシウムが油中に浮く状態を保ち得るように微粒子内に封入された錯体化合物内に炭酸カルシウムを保持する、高添加量の酸性中和化油である。遠心分離をすれば、これらの粒子はシリンダの潤滑油から除去される。遠心分離が行われない結果、シリンダの潤滑油は不可避的に微細な気泡を含む。
【００３１】
一次ポンプ２０は、潤滑油をフィルタ２１を通じて供給導管２２に圧送し、この導管２２から導管７は分岐してアクチュエータ２５に達し、ポンプはその一方のみを図面に図示した単一のシリンダ１と関係している。アキュムレータ２３は、ボンプに対するアクチュエータに接続され、ポンプの充填に伴う圧力変動を減衰させる。別のアキュムレータ２４は導管７内の圧力変動を減衰させる。ポンプ６は、信号線を介して電子的制御装置（図示せず）に接続されたソレノイド弁２６により制御される。フィードバックセンサ２７は、アクチュエータピストンの実際の作動に関する情報を制御装置に提供する。戻り支管２８は余剰な潤滑油をタンク１８に接続された戻し導管２９に戻す。圧力制御装置３０は、供給導管内の圧力を、例えば、１００ｋＰａ乃至６０００ｋＰａ（１バール乃至６０バール）の範囲、典型的に７００ｋＰａ乃至２０００ｋＰａ（７バール乃至２０バール）の範囲の所定の値に調節する。
【００３２】
図２に図示するように、ポンプ６は、ピストンポンプとすることができ、このピストンポンプにより供給される潤滑油の量は、ポンプの各行程中、所定の容積単位で注入され、このことは、実際上、潤滑油の空気量の僅かな変動が当該容積内の潤滑油の量に何ら顕著な影響を与えない、比較的低圧の一次ポンプの圧力にて行われるという利点をもたらす。
【００３３】
各作動中、ポンプ６は、シリンダ潤滑油を逆止め弁５を介して管の容積１５内に注入し、この容積は、ノズル弁３内の圧力チャンバ３１と直接連通している。ノズル弁が閉じているとき、ノズルハウジング、弁座１２及び弁ニードル１１により圧力チャンバが画成される。該ニードルは、圧縮ばね３２により弁座と当接するように圧縮される。圧力チャンバ内の圧力が、ばね力に対抗する開き力により圧力チャンバ内の弁ニードルの露出面積に影響を与える。ポンプ６からの一回又はより多数回の注入により、多量の潤滑油が圧力チャンバにより供給され、その内部の圧力がばね力よりも大きい力にて弁ニードルに影響を与えるならば、弁ニードルは弁座から離れるように変位し、また、これと同時に、加圧された潤滑油は噴霧装置の1つ又は１つ以上の穴に向けて前方に流れて、シリンダ内に噴霧される。ノズル弁が開いたとき、圧力チャンバ３１内の圧力は、弁ニードル全体の断面積に影響を与えるが、ノズル弁が閉じた位置にあるとき、この圧力は弁座によって遮断された中央領域に作用しない。開き位置にあるとき面積がより大きい結果、圧力チャンバ３１内の開き圧力よりも低い圧力は、ばね３２からの圧縮力に上廻り且つ弁ニードルを開き位置に保つことができる。弁ニードルは、圧力チャンバ内の圧力が閉じ圧力よりも降下したときにのみ、弁座１２と当接するその閉じた位置に変化する。この閉じ圧力は、ばね３２からの力が弁ニードル１１の断面積全体に作用する潤滑油の圧力を上廻るときの圧力である。
【００３４】
チャンバ３３内の液圧圧力のような、弁ニードル１１に閉じ力を発生させる圧縮ばね３２又は別の発生源がノズル弁の開き圧力を決定する。チャンバ３３内のばね力又は液圧圧力は、エンジンの現在の運転状態に対して開き力を変化させるように調節可能である。
【００３５】
潤滑管４の長さは、ポンプ６とノズル弁３との間の距離に依存する。典型的には、０．５ｍ乃至８ｍの範囲、例えば、３ｍ乃至５ｍの管の長さとすることが考えられ、管直径は、管内部の容積が十分に大きくなり、ノズル弁を一回作動させるのに必要なシリンダ潤滑油の量の容積となるように圧縮するのを許容するように適宜に大きいように選ぶことが好ましい。潤滑管４は、例えば、内径が５ｍｍであり及び逆止め弁５とノズル弁３との間の長さが４ｍであり、管容積が３１．４ｃｍ³となるようにすることができる。実験の結果、この容積に対するシリンダ潤滑油の供給量を約０．１ｃｍ³とすれば、約５００ｋＰａ（約５バール）だけ圧力が上昇することことが判明した。
【００３６】
内燃機関を始動させたとき、容積１５内の圧力は、最初に、一連のポンプの作動によってノズル弁の閉じ圧力Ｐｃに相応するレベルまで上昇し、この閉じ圧力は、例えば、４０００ｋＰａ乃至１５０００ｋＰａ（４０バール乃至１５０バール）の範囲、典型的に、５０００ｋＰａ乃至１３０００ｋＰａ（５０バール乃至１３０バール）の範囲とすることができる。これら多数回の作動は、エンジンを始動させる前又は始動中に行うことができる。ポンプ６からシリンダ潤滑油を連続的に供給するとき、容積１５内の圧力は、ある段階にてノズル弁の開き圧力Ｐｏを上廻り、そのとき容積内の圧力が閉じ圧力Ｐｃ以下に低下する迄、潤滑油は噴射される。このように、潤滑油の噴射量はノズル弁の開き圧力と閉じ圧力との差及び容積１５の寸法に依存する。これと同時に、潤滑油の噴射量は、ノズル弁の２回の作動の間、ポンプ６により供給される潤滑油の総量に相応する。
【００３７】
シリンダの潤滑油は高価であるから、シリンダにより発生されるｋＷｈ当たり消費される潤滑油の量を最小にすることが好ましい。潤滑油の消費量に合った効率的な潤滑を実現するため、ノズル弁の作動当たり、適宜に多量の量の潤滑油を噴射し、油が最適な仕方にて作動面に供給されるようにすることが望ましい。このことは、エンジンの１回転毎に潤滑せずに、２回転毎、３回転毎、４回転毎、５回転毎、６回転毎、７回転毎又は８回転毎といった多数のエンジン回転毎に１回だけ潤滑することが望ましいことを意味する。
【００３８】
図４には、ポンプがクランク軸の回転に比例して回転するように確実に駆動されるカム軸によってカム作動されるから、例えば、エンジンクランク軸が１回転する毎に、ポンプ６が1回作動される供給順序が図示されている。作動毎に、容積１５内の圧力は、最後の作動時の圧力がノズル弁の開き圧力を上廻る迄、段階的に上昇し、そのとき、シリンダ内への潤滑油の噴射が行われる一方、容積内の圧力は閉じ圧力Ｐｃまで急激に降下し、そのとき、圧力蓄積による新たなサイクルが開始される。
【００３９】
図５には、ノズル弁３が開く毎に供給される量に実質的に相応する供給量を作動毎に供給し得るような設計とされたポンプ６の供給順序が図示されている。このように、容積１５内の圧力は、エンジンの殆どの運転状態の間、閉じ圧力Ｐｃに相応するが、潤滑油の噴射を行うべき直前にポンプ６が作動されて、容積内の圧力が開き圧力Ｐｏを上廻るようにする量の潤滑油を供給し、そのとき、潤滑油が噴射される。
【００４０】
ポンプを、数回、素速く連続的に作動させることにより、より小型のポンプ６にて同一のエンジンサイクル中に圧力を適宜に大きく上昇させることが可能である。図６には、素速く連続的に４回作動させたときに得られた圧力順序が図示されており、最後の作動により、圧力はノズル弁の開き圧力を上廻るものとなる。このことは、作動時の供給量が適宜に大きい一方、ポンプの寸法が小さい結果、ポンプ６の漏洩面積が小さいという有利な点をもたらす。
【００４１】
エンジンは、例えば、５０００ｋＰａ乃至１４０００ｋＰａ（５０バール乃至１４００バール）の範囲、好ましくは７５００ｋＰａ乃至１２５００ｋＰａ（７５バール乃至１２５バール）の範囲の最大圧縮圧力を有するようにすることができる。ノズル弁の開き圧力は、例えば、１５００ｋＰａ乃至１５０００ｋＰａ（１５バール乃至１５０バール）の範囲、好ましくは３０００ｋＰａ乃至７０００ｋＰａ（３０バール乃至７０バール）の範囲とすることができる余剰な噴射圧力による噴射時、弁にてシリンダ内の現在の圧力を上廻るようにすることができる。この望ましい余剰な圧力は、完全に噴射の特徴に依存する。小さい潤滑油の粒子を極めて微細に分配された霧の形態にて噴射することが望ましいならば、余剰な圧力は、微細な噴霧を実現し得るように比較的高くなければならない。その代わり、シリンダ内の空気旋回流を通じて噴射し、良好な貫入状態が得られ、また作動面に安全に噴射することができる、より大きい液滴、すなわち、より連続したジェット又はファン（拡がった）形態にて潤滑油を噴射するならば、また、ノズル弁からの距離が比較的長いならば、余剰圧力はそれ程高い必要はない。潤滑油を大きい液滴、すなわち、より連続したジェット又はファン形状の噴射状態で噴射することは、シリンダ潤滑油を最も好ましい状態に分配することを可能にするものと考えられる。それは、その質量がより大きいため、大きい液滴はシリンダのガスの動きに依存する程度が小さく、これらが移動するときの変動による影響を受け難いからである。ノズルの幾何学的形態を使用して、所望の噴射状態を実現することができ、例えば、噴霧器の１つ又は１つ以上の穴の直径を大きくすれば、余剰圧力が同一のとき、液滴寸法はより大きくなり、また、穴の方向は潤滑油が噴射される方向を決定する。
【００４２】
本発明において、ノズル弁を通じて余剰圧力の潤滑油を供給することは、シリンダ潤滑油が微細に分配された粒子の霧の形態にてより大きい液滴、すなわち、ジェット、ファン形状、又は球状の潤滑油の噴射形態で噴射されるかどうかに関係なく、特別な特定噴霧である。
【００４３】
開き圧力Ｐｏは、シリンダの高さ方向へのノズル弁の配置位置に依存する。このことは、ピストンが上方に移動する間、シリンダ内の圧縮圧力が上昇することに依存する。ノズル弁がシリンダ内で上方に取り付けられる程、ピストンがその上昇動作中、ノズル弁を通る前に噴射が行うべきならば、同一の余剰圧力が実現するために必要な開き圧力はより高くなる。
【００４４】
ノズル弁がシリンダの下半分に配置されているとき、開き圧力Ｐｏは圧縮圧力によって殆ど影響を受けない。これに反して、ノズル弁が上方にすなわちシリンダの頂部に配置されるならば、圧縮圧力が噴霧器の穴を通って伝播し、開き方向に作用する力により弁座内で弁ニードルの領域に影響を与えるから、圧縮圧力の変化はノズル弁の開き圧力に影響を与える。
【００４５】
このことは、圧縮圧力が図７に図示した噴射の解放ファクタとなることを許容する。頂部の破線は、エンジンサイクルの間、開き圧力Ｐｏの変化を示し、段状の実線は、ポンプ６からの潤滑油の供給に起因する容積１５内の圧力の上昇を示す。容積１５内の圧力は、最低開き圧力Ｐｏよりも高いレベルまで上昇し、このことは、ピストンがその上死点（ＴＤＣ）に達する前に、潤滑油が噴射されることを確実にするものと考えられる。
【００４６】
適当な容積１５を提供する管径にて潤滑管４を設計することが容易に可能である。より短い管が所望であるならば、もちろん、管と接続された固定チャンバ又は局部的な管の膨張部分として形成されることが好ましい別個の補助的な要素と管を関係させることが可能である。
【００４７】
ノズル弁の閉じ圧力Ｐｃは、開き圧力Ｐｏの５０％乃至９６％、好ましくは開き圧力の７５％乃至９５％の範囲とすることが適当である。より低圧の開き圧力であるならば、より多量の注入量となり、ノズル弁が作動する間の間隔がより長くなり、又はその逆に開き圧力がより高ければ、ノズル弁が作動する間の間隔はより短くなる。
【００４８】
ノズル弁は潤滑油の噴射方向を効率的に制御することを許容し、このことは、シリンダの内面の潤滑油溝に対して浸透する低圧力にて潤滑油を供給する従来の方法に比して一連の供給方法の選択を可能にする。ノズル弁は、掃気ポート１６の真上の位置に配置し、またノズル弁はシリンダ内で上方に噴射するようにし、このことは、圧縮行程中、ピストンがノズル弁を通過する前に又は通過した後に噴射が行われるか問わず、低圧力にて噴射することを許容する。
【００４９】
また、ノズル弁３は、例えば、作動面の略中間にてシリンダ内で上方に配置することもでき、その場合、潤滑油のジェットは、ライナーの中間に方向設定し又は作動面の上方領域又は下方領域に向けて上方に又は下方に方向設定することができる。
【００５０】
また、ノズル弁３をライナーの上方部分に配置することも可能であり、この上方部分において、ノズル弁は、ピストンがノズル弁を通過する前に潤滑油を作動面に噴射することができる。
【００５１】
シリンダの潤滑油を方向決めして噴射することが可能であることは、シリンダの現在の必要性に対し潤滑油の供給を適応させる自由度をもたらすことになる。ノズル弁を取り付け得るようにシリンダの特定の位置にてシリンダ壁に貫通ボアを形成した場合でさえ、潤滑油をより上方に又はより下方といったようなその他の方向に噴射し得るように弁の方向を変更することにより、作動面における潤滑油の供給を変更することが可能である。
【００５２】
特許請求の範囲内にて上記の実施の形態の細部を組み合わせてその他の実施の形態にすることも可能である。また、エンジンのサイクル中、シリンダの潤滑油の１つ以上の噴射手順を実行することも可能である。更に、この噴射手順は、例えば、供給される潤滑油の量の変化から分かるエンジンの運転状態と共に、潤滑の必要量が一時的に増す、エンジン負荷又は負荷変化に相応して、変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダの側面図である。
【図２】４つのノズル弁を備える単一シリンダの図である。
【図３】シリンダ潤滑油の供給装置の線図である。
【図４】潤滑段階の一例を示す図である。
【図５】潤滑段階の別の例を示す図である。
【図６】潤滑段階の別の例を示す図である。
【図７】潤滑段階の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１シリンダ３ノズル弁
４潤滑管５逆止め弁
６ポンプ７導管
８ピストン９ピストンリング
１０作動面１１弁ニードル
１２弁座１３噴霧器穴
１４弁ニードルの先端１５管容積
１６掃気ポート１８タンク
１９加熱装置２０一次ポンプ
２１フィルタ２２供給導管
２３、２４アキュムレータ２６ソレノイド弁
２７フィードバックセンサ２８戻り支管
２９戻し導管３０圧力制御装置
３１圧力チャンバ３２圧縮ばね
３３チャンバＰｃ閉じ圧力
Ｐｏ開き圧力ＴＤＣ上死点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for injecting lubricating oil into a cylinder of an internal combustion engine, in particular, a two-stroke crosshead engine, which is applied to a lubricating pipe that interconnects a pump outlet and a nozzle valve at a lubricating point. When the pump is periodically operated to supply a quantity of lubricating oil (dose) and the pressure in the lubricating pipe exceeds a predetermined opening pressure, the nozzle valve opens to spray the lubricating oil into the cylinder. It is related to the method.
[0002]
[Prior art]
Such a method is known from International Application No. 00/28194, which includes an inner surface of a cylinder liner in which nozzle valves are distributed in a row along the periphery of the cylinder liner and are located close to the nozzle. It is described that the direction of the nozzle is set so that the lubricating oil is sprayed on a part of the nozzle. Multiple nozzles, such as ten, are used to allow the lubricant to be distributed over the entire circumference of the liner.
[0003]
Regarding the supply of lubricant to the nozzle, International Application No. 00/28194 states that the ability to compress the lubricant in the lubrication tube makes it difficult to accurately supply the lubricant in terms of time. It is described as one problem. One condition for spraying the lubricant as intended is that, when supplied, the lubricant must exceed the nozzle valve opening pressure known from normal fuel injection. . When fuel is injected, the oil is supplied very quickly and appropriately in large quantities, so that the pressure in the oil pipe between the pump and the nozzle rapidly exceeds the nozzle opening pressure when the fuel pump supplies oil early. As a result, when injection starts, it is normal for that amount of fuel to be continuously supplied from the pump to the cylinder for 10 to 50 times longer than the time required to obtain the opening pressure. is there.
[0004]
The spraying of lubricating oil into the cylinder is further known from Japanese Published Application No. 7-34837 in 1995. According to this published application, the lubricating oil is injected into the cylinder cover when fuel is injected. It injects through the nozzle valve arrange | positioned. In this case, the lubricating oil pump is connected in the stroke direction to the crankshaft of the internal combustion engine. Therefore, every time the engine rotates, the lubricating oil is supplied to the inner surface of the cylinder liner by spraying.
[0005]
The Applicant's Danish patent 81275 in 1954 allows the supply of lubricating oil to be intermittently adapted to the engine speed (rpm), for example, for each engine revolution. A lubricating oil device is described in which lubricating oil is supplied to a lubricating portion on the inner surface of a cylinder liner every two or three revolutions. A controlled shut-off valve must be inserted in the lubrication pipe in close proximity to each lubrication location so that lubricating oil can be supplied to the lubrication location in a precise time for the piston operation. There is. Each time a lubrication point has to be lubricated, the lubrication pump supplies a precisely set amount of lubrication until the piston is in a position opposite the lubrication point, which is reduced by a shut-off valve. It must be kept under pressure. At that exact point, the shut-off valve is actuated and the lubricating oil is expelled and flows out of the lubricating point, at which time the piston ring can distribute the oil in the circumferential direction of the cylinder lie. In order to prevent a pressure drop in the lubrication tube during valve actuation, there must be a small accumulation volume in the tube that keeps the oil pressurized by the spring loaded piston. In a known lubricating device of this type, the lubricating oil is supplied at a pressure of several bars.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, the lubricating oil in the lubricating oil device described above is supplied at a higher pressure than allowing the lubricating oil to be sprayed. Higher pressure causes a number of disadvantages on the supply side of the lubricant, one of which is that the amount of lubricant supplied may vary due to leakage. These disadvantages become more pronounced when more nozzle valves are used per cylinder, in which case the volume in the lubrication tube is proportional to the amount of lubricant supplied. Because it becomes larger.
[0007]
An object of the present invention is to provide a method that allows a relatively small amount of lubricating oil to be reliably supplied at high pressure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of this, the method according to the present invention is such that the nozzle valve is closed at a pressure lower than its opening pressure, and the volume of lubricating oil from the pump through the check valve is between the check valve and the nozzle valve. When the pressure gradually increases while the lubricating oil is supplied to the volume from the pump, the lubricating oil is temporarily stored in the volume, and the pressure of the lubricating oil in the volume When the pressure exceeds the opening pressure of the nozzle valve, the accumulated amount of lubricating oil is discharged by spraying through the nozzle valve.
[0009]
The nozzle valve has a high opening pressure, and the lubricating oil supplied from the pump is pressurized to a high opening pressure within the volume between the check valve and the nozzle valve. Lubricating oil inevitably holds a certain amount of air, which is compressed to increase the pressure of the lubricating oil while additional lubricating oil is received in the volume so that the lubricating oil is contained in the volume. There is a possibility of accumulation. When the amount of accumulated lubricating oil becomes extremely large, the oil pressure exceeds the opening pressure of the nozzle valve, and the nozzle valve opens and sprays into the cylinder. The amount of lubricating oil supplied during spraying depends on the closing pressure of the nozzle valve, so if the closing pressure is low, there is a gap between the check valve and the nozzle valve than with a high closing pressure. A larger amount of lubricating oil is discharged from the volume of the oil. The check valve effectively keeps the volume closed at the supply end, which inevitably requires the lubricating oil to be discharged through the nozzle valve.
[0010]
In one embodiment, the lubricating oil is supplied from the pump through the check valve to the volume at several injection volumes, and when the lubricating oil injection volume is supplied to the volume, within this volume The pressure rises stepwise, and when the amount of the most recently supplied lubricating oil exceeds the pressure of the lubricating oil in the volume above the opening pressure of the nozzle valve, the lubricating oil is sprayed through the nozzle valve. By operating the lubrication pump multiple times, the accumulated pressure required for the lubricant can be supplied, the pump can be of smaller dimensions and still supply the total amount of lubricant required for a complete spray sequence . Thus, the pump has a smaller leakage area and is therefore less susceptible to pressure fluctuations due to leakage. The check valve at the free end of the volume of the lubrication tube, where the lubricant accumulates, is substantially free of leakage and can maintain pressure with a large overpressure in the lubrication tube for a long time. Thus, temporarily interrupting the supply of lubricating oil between the two operations of the pump is not a problem. This gradual pressure build-up can occur several times or many times, for example by opening the nozzle valve and spraying into the cylinder, before releasing the amount of lubricant stored by several or many pump strokes. Can continue over the course of the engine rotation.
[0011]
Using a lubrication pump that is controlled independently of the engine cycle, for example, during one revolution of the engine, immediately before the spraying of lubricating oil is performed, the pump is operated once or several times in quick succession, After that, it is possible to stop the operation, but preferably, the pump operates in proportion to the rotational speed (rpm) of the internal combustion engine, that is, for a predetermined engine speed. It is possible to actuate a number of times. As a result of this proportional operation, when the engine load decreases, the average amount of lubricating oil per unit time can be adjusted to decrease.
[0012]
Suitably, the pump is operated from 2 to 30 times, preferably up to 10 times per spray of lubricant. Thus, the pump need only supply a small portion of the total amount of lubricating oil. In order to supply the required amount of oil, since it is not possible to improve the leakage state when operated 30 times or more, it is usually desirable to keep the number of operations at a maximum of 10 times.
[0013]
In order to allow the use of relatively simple pumps, the injection of individual lubricants from the pumps causes the pressure in the volume between the check valve and the nozzle valve to be from 100 kPa to 1000 kPa (1 bar to 10 bar). ), Preferably 200 kPa to 500 kPa (2 bar to 5 bar). Since this supply is to supply a limited amount of lubricating oil to the closed tube volume on the nozzle side, similarly, the pressure in the volume is quite high, such as over 6000 kPa (60 bar). Sometimes a simple piston pump that supplies lubricant can be used.
[0014]
The supply state of the lubricating oil can be changed according to the engine load. In order to exceed the opening pressure, it is preferable that the pump must be operated more times when the internal combustion engine is operated at partial load than when it is operated at full load. This accepts a relatively large amount of leakage at part load, so that the pump can be designed with greater manufacturing tolerances and thus longer life.
[0015]
This method is further adapted to supply a larger amount of lubricating oil per kWh than the amount of lubricating amount per kWh at full load × P% when the partial load is P% at the full load of the internal combustion engine. It is preferable to develop. The lubrication device thus provides a nozzle valve whose opening pressure decreases with decreasing cylinder pressure, so that at any particular time during the compression stroke of the engine cycle, the cylinder pressure is less than at full load. By making the load lower, it can be designed to automatically change the amount of lubricating oil.
[0016]
In order to reduce the number of nozzle valves in each cylinder, a predetermined pressure in the range of 1500 kPa to 4000 kPa (15 bar to 40 bar) exceeding the cylinder pressure at the time of the engine cycle in which the lubricating oil is sprayed into the cylinder It is preferable that the nozzle valve is opened. This overpressure effectively sprays the lubricating oil, especially when the pressure is in the range of 3000 kPa to 4000 kPa (30 bar to 40 bar), so that the spray is very effective in the cylinder space. Through this, the oil can be sprayed as far as possible, whereby the lubricating oil can be applied in a state of being uniformly distributed over a preferable large portion of the inner surface of the cylinder liner.
[0017]
The opening pressure of the nozzle valve controls the strength of the spray of lubricating oil, while the frequency of spraying, and thus the amount of lubricating oil per spray, can be controlled by the closing pressure of the nozzle valve.
[0018]
The reaction pressure against the spray increases as the cylinder pressure increases, but it is preferable that the nozzle valve be opened when the cylinder pressure becomes higher than 40% of the maximum compression pressure of the internal combustion engine. Lubricating oil is preferably sprayed onto the upper portion of the cylinder liner working surface relative to the piston ring, because at that working surface the load on the liner material is maximized. Spraying the lubricant onto the working surface relatively later in the upper piston stroke reduces the time that the spray should take until the piston ring moves through the just lubricated working surface. This contributes to keeping the lubricating oil on top of the cylinder liner where the need for lubrication is greatest.
[0019]
In order to properly lubricate during partial load and compensate for loss of leakage when lubricating oil is pumped, the amount of supply per injection of the lubricant pump can be adjusted. The supply per injection can be increased as appropriate when the engine is operated at a partial load at low rpm (rpm), because this increases the supply time for the injection at the partial load. In spite of the increased leakage, it is possible to supply the same amount of lubricating oil in the volume between the check valve and the nozzle valve at the partial load as at the full load.
[0020]
In another embodiment, the amount of lubricating oil sprayed into the cylinder on average per revolution of the engine at full load × P% is a portion of P% at full load of the internal combustion engine. At the time of load, it is sprayed into the cylinder every rotation of the engine. In addition to being finely distributed and effectively sprayed as a result of pressure build-up in the volume between the check valve and the nozzle, adjusting the amount of lubricant depending on the load This brings about a cost advantage in that the specific consumption of is reduced. The effective spray obtained by accumulating pressure in the tube volume before the spray is discharged and the amount of lubricating oil per nozzle being appropriately large is a good distribution of lubricant on the inner surface of the liner. Therefore, the lower temperature level on the inner surface of the liner during partial load operation can also be used to reduce the amount of lubricant supplied. In this regard, it is not critical whether the pump is run several times using a relatively small pump or is continuous by feeding from a larger pump.
[0021]
In a further embodiment, the pump supplies a greater amount of lubricating oil per kWh at P% partial load of the full load of the internal combustion engine, which amount is the amount of lubricating oil per kWh at full load × Larger than P%. As described above, the spraying of the lubricating oil is preferably performed by automatically adjusting the injection amount of the lubricating oil depending on the load. In this respect as well, it is important whether the pressure accumulation is performed stepwise by operating the pump several times with a relatively small pump or continuously by supplying from a larger pump. Not.
[0022]
The invention will now be described in more detail with reference to the very schematic drawings.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For simplicity, in some embodiments described below, the same type of component is indicated by the same reference number.
[0024]
A cylinder lubrication device is provided in an internal combustion engine such as an MC type two-stroke crosshead engine or a large four-stroke engine having a cylinder bore of 22 cm or more. The engine may comprise a number of cylinders, for example in the range of 4 to 28 cylinders. The cylinder bore can be, for example, in the range of 22 cm to 120 cm, preferably 60 cm to 100 cm. Each of the cylinders 1 includes a cylinder liner having a cylinder cover, and a piston 8 that travels in the liner and has a piston ring 9 that slides on the operating surface 10 along the liner inner surface. ing.
[0025]
In order to reduce wear on both the piston ring and the cylinder liner, the working surface must be lubricated with lubricating oil, which is performed by several nozzle valves 3 distributed along the periphery of the liner. Each of these nozzle valves has a valve needle 11 that is spring loaded so that it can abut against the valve seat 12. Downstream of the valve seat is one or more sprayer holes 13 drilled in the direction in which the lubricant should be sprayed during spraying. When the nozzle valve is closed, the tip 14 of the valve needle arranged radially in the valve seat is influenced by the pressure in the cylinder at the nozzle valve 3, and the pressure propagates through the hole in the sprayer. When the nozzle valve is open, the pressure in the cylinder is affected by a larger area of the entire tip of the valve needle, which means that the valve has a higher opening pressure than a closing pressure.
[0026]
Each nozzle valve 3 is connected to a lubrication pipe 4, and the lubrication pipe is connected to a pump 6 via a check valve 5. When activated, this pump supplies a certain amount of lubricating oil to the tube volume 15 defined between the check valve 5 and the nozzle valve 3. Lubricating oil is supplied to individual pumps 6 through conduits 7 at a pressure before the pump pressure. The lubricant functions as described above as a whole.
[0027]
In a two-stroke engine, the cylinder 1 can be of a uniflow type, in which case scavenging is performed while the exhaust valve 17 at the upper end of the cylinder is open and during subsequent filling of the cylinder, the scavenging port 16 at the lower end of the cylinder. Through the cylinder in the flow (arrow A in FIG. 2) in a well-known manner in swirl operation.
[0028]
As shown in FIG. 2, there are several, in this case four nozzle valves, in the circumferential direction of the cylinder. The uniform distribution of the nozzle valves 3 in the circumferential direction can advantageously be the same nozzle valve design in which each of the nozzle valves is adapted to supply cylinder lubricant to a similar area of the working surface. Bring a special point. It is also possible to arrange the nozzle valves at different heights in the cylinder, and these nozzle valves can also or alternatively be mounted in the cylinder cover. The number of the nozzle valves 3 of the cylinder depends on the diameter of the cylinder, and normally, when the cylinder bore is represented by B in cm, it is appropriate that the number is B / 10 ± 2.
[0029]
Preferably, each nozzle valve is associated with one pump 6. Typically, several pumps are grouped together in a single lubricator. This lubrication device can work on some or all engine cylinders in small engines, and can act on the lubrication points of a single cylinder in larger engines. It is possible to drive the pump piston by a camshaft which is mechanically driven or electrically driven by an electric motor connected to the camshaft, the operation in the former case being driven by the camshaft in the engine It is mechanically controlled via a chain drive or similar drive connection to the shaft, and in the latter case it is electronically controlled based on information about engine rotation. Preferably, however, the pump piston is driven by a hydraulic actuator on the basis of an electronic control signal, for example a so-called Alpha Lubricator manufactured by the applicant. There is one pump piston per actuator, but preferably several pump pistons associated with the same cylinder are driven together by a single actuator.
[0030]
An example of a lubrication device is illustrated in FIG. 3, in which case the tank 18 holds cylinder lubricating oil, which can be preheated by a heating device 19, not described in detail. Unlike all other lubricants used in larger engine devices, cylinder lubricants do not centrifuge in the separator prior to use. Cylinder lubricating oil is usually an acid neutralized oil with a high addition amount that retains calcium carbonate in a complex compound encapsulated in fine particles so that the calcium carbonate can be kept floating in the oil. These particles are removed from the cylinder lubricant by centrifugation. As a result of the lack of centrifugation, the cylinder lubricant inevitably contains fine bubbles.
[0031]
The primary pump 20 pumps the lubricating oil through the filter 21 to the supply conduit 22, from which the conduit 7 branches off to reach the actuator 25, the pump only being associated with the single cylinder 1 shown in the drawing. is doing. The accumulator 23 is connected to an actuator for the pump, and attenuates pressure fluctuations accompanying filling of the pump. Another accumulator 24 attenuates pressure fluctuations in the conduit 7. The pump 6 is controlled by a solenoid valve 26 connected to an electronic control device (not shown) via a signal line. The feedback sensor 27 provides information on the actual operation of the actuator piston to the control device. The return branch 28 returns excess lubricating oil to a return conduit 29 connected to the tank 18. The pressure control device 30 adjusts the pressure in the supply conduit to a predetermined value, for example in the range of 100 kPa to 6000 kPa (1 bar to 60 bar), typically in the range of 700 kPa to 2000 kPa (7 bar to 20 bar). .
[0032]
As shown in FIG. 2, the pump 6 can be a piston pump, and the amount of lubricating oil supplied by the piston pump is injected in a predetermined volume unit during each stroke of the pump. In practice, this has the advantage that slight variations in the air quantity of the lubricating oil take place at a relatively low pressure of the primary pump without any significant effect on the quantity of lubricating oil in the volume.
[0033]
During each operation, the pump 6 injects cylinder lubricating oil into the tube volume 15 via the check valve 5, which volume is in direct communication with the pressure chamber 31 in the nozzle valve 3. When the nozzle valve is closed, the pressure chamber is defined by the nozzle housing, the valve seat 12 and the valve needle 11. The needle is compressed by the compression spring 32 so as to contact the valve seat. The pressure in the pressure chamber affects the exposed area of the valve needle in the pressure chamber by an opening force that opposes the spring force. If one or more injections from the pump 6 cause a large amount of lubricating oil to be supplied by the pressure chamber and its internal pressure affects the valve needle with a force greater than the spring force, the valve needle will Displaced away from the valve seat and at the same time, pressurized lubricating oil flows forward toward one or more holes in the spraying device and sprayed into the cylinder. When the nozzle valve is opened, the pressure in the pressure chamber 31 affects the overall cross-sectional area of the valve needle, but when the nozzle valve is in the closed position, this pressure acts on the central area blocked by the valve seat. do not do. As a result of the larger area when in the open position, a pressure lower than the open pressure in the pressure chamber 31 can exceed the compressive force from the spring 32 and keep the valve needle in the open position. The valve needle changes to its closed position against the valve seat 12 only when the pressure in the pressure chamber drops below the closing pressure. This closing pressure is a pressure when the force from the spring 32 exceeds the pressure of the lubricating oil acting on the entire cross-sectional area of the valve needle 11.
[0034]
A compression spring 32 or another source that generates a closing force on the valve needle 11, such as a hydraulic pressure in the chamber 33, determines the opening pressure of the nozzle valve. The spring force or hydraulic pressure in the chamber 33 can be adjusted to change the opening force for the current operating state of the engine.
[0035]
The length of the lubrication pipe 4 depends on the distance between the pump 6 and the nozzle valve 3. Typically, the length of the pipe is considered to be in the range of 0.5 m to 8 m, for example, 3 m to 5 m, and the pipe diameter is sufficiently large so that the nozzle valve is operated once. It is preferable to select a size that is appropriately large so as to allow compression so as to obtain a volume corresponding to the amount of cylinder lubricating oil necessary for this. The lubrication tube 4 has, for example, an inner diameter of 5 mm, a length between the check valve 5 and the nozzle valve 3 of 4 m, and a tube volume of 31.4 cm. ^Three Can be. As a result of the experiment, the cylinder lubricant supply amount for this volume was about 0.1 cm. ^Three It was found that the pressure increased by about 500 kPa (about 5 bar).
[0036]
When the internal combustion engine is started, the pressure in the volume 15 is first raised to a level corresponding to the closing pressure Pc of the nozzle valve by operating a series of pumps, for example 4000 kPa to 15000 kPa (40 Bar to 150 bar), typically 5000 kPa to 13000 kPa (50 bar to 130 bar). These multiple operations can take place before or during engine startup. When cylinder lubricating oil is continuously supplied from the pump 6, the pressure in the volume 15 exceeds the nozzle valve opening pressure Po at a certain stage until the pressure in the volume drops below the closing pressure Pc. The lubricating oil is injected. As described above, the injection amount of the lubricating oil depends on the difference between the opening pressure and the closing pressure of the nozzle valve and the size of the volume 15. At the same time, the amount of lubricating oil injected corresponds to the total amount of lubricating oil supplied by the pump 6 during the two actuations of the nozzle valve.
[0037]
Since cylinder lubricants are expensive, it is preferable to minimize the amount of lubricant consumed per kWh generated by the cylinder. In order to achieve efficient lubrication that matches the consumption of the lubricating oil, a large amount of lubricating oil is appropriately injected per nozzle valve operation so that the oil is supplied to the operating surface in an optimal manner. It is desirable to do. This is not lubricated every engine revolution, and is 1 every multiple engine revolutions such as every 2 revolutions, every 3 revolutions, every 4 revolutions, every 5 revolutions, every 6 revolutions, every 7 revolutions or every 8 revolutions. It means that it is desirable to lubricate only once.
[0038]
In FIG. 4, the cam is operated by a camshaft that is reliably driven so that the pump rotates in proportion to the rotation of the crankshaft. Therefore, for example, every time the engine crankshaft rotates, the pump 6 is rotated once. The supply sequence that is activated is illustrated. At each operation, the pressure in the volume 15 rises in steps until the pressure at the last operation exceeds the opening pressure of the nozzle valve, at which time the lubricating oil is injected into the cylinder, The pressure in the volume drops sharply to the closing pressure Pc, at which time a new cycle with pressure build-up is started.
[0039]
FIG. 5 shows the supply sequence of the pump 6 designed so that a supply amount substantially corresponding to the amount supplied each time the nozzle valve 3 is opened can be supplied for each operation. Thus, the pressure in the volume 15 corresponds to the closing pressure Pc during most engine operating conditions, but the pump 6 is actuated just before the lubricating oil injection is to be performed and the pressure in the volume opens. An amount of lubricating oil is supplied so as to exceed the pressure Po, and then the lubricating oil is injected.
[0040]
By operating the pump quickly and continuously several times, it is possible to increase the pressure appropriately and greatly during the same engine cycle with the smaller pump 6. FIG. 6 shows the pressure sequence obtained when four quick and continuous actuations are performed, with the last actuation causing the pressure to exceed the nozzle valve opening pressure. This has the advantage that the amount of leakage during operation is small as a result of the small pump size, while the supply amount during operation is reasonably large.
[0041]
The engine may have a maximum compression pressure in the range of, for example, 5000 kPa to 14000 kPa (50 bar to 1400 bar), preferably in the range of 7500 kPa to 12500 kPa (75 bar to 125 bar). The opening pressure of the nozzle valve can be, for example, in the range of 1500 kPa to 15000 kPa (15 bar to 150 bar), preferably in the range of 3000 kPa to 7000 kPa (30 bar to 70 bar). Can exceed the current pressure in the cylinder. This desired excess pressure depends entirely on the characteristics of the injection. If it is desirable to inject small lubricant particles in the form of a very finely divided mist, the excess pressure must be relatively high so that a fine spray can be achieved. Instead, larger droplets, i.e. more continuous jets or fans (spread), that can be injected through a swirling air flow in the cylinder to obtain good penetration and can be safely injected onto the working surface If lubricating oil is injected in the form, and if the distance from the nozzle valve is relatively long, the excess pressure need not be so high. Injecting the lubricant in large droplets, ie, more continuous jet or fan-shaped injection conditions, is believed to allow the cylinder lubricant to be distributed to the most favorable state. This is because, due to its larger mass, large droplets are less dependent on cylinder gas movement and are less susceptible to fluctuations as they move. The nozzle geometry can be used to achieve the desired injection state, for example by increasing the diameter of one or more holes in the sprayer, the drop pressure can be reduced when the excess pressure is the same. The dimensions are larger and the direction of the hole determines the direction in which the lubricant is injected.
[0042]
In the present invention, supplying excess pressure lubricating oil through the nozzle valve means that the cylinder lubricating oil is larger in the form of finely distributed particles mist, ie, jet, fan shaped, or spherical lubrication. Regardless of whether it is injected in the form of oil injection, it is a special specific spray.
[0043]
The opening pressure Po depends on the arrangement position of the nozzle valve in the height direction of the cylinder. This relies on the compression pressure in the cylinder increasing while the piston moves upward. The more the nozzle valve is mounted in the cylinder, the higher the opening pressure required to achieve the same surplus pressure if the piston is to be injected during its ascent operation before passing through the nozzle valve.
[0044]
When the nozzle valve is arranged in the lower half of the cylinder, the opening pressure Po is hardly affected by the compression pressure. On the other hand, if the nozzle valve is positioned upwards, i.e. at the top of the cylinder, the compression pressure propagates through the hole in the sprayer and affects the area of the valve needle within the valve seat by the force acting in the opening direction. Therefore, the change in the compression pressure affects the opening pressure of the nozzle valve.
[0045]
This allows the compression pressure to be the injection release factor illustrated in FIG. The top dashed line shows the change in the opening pressure Po during the engine cycle, and the stepped solid line shows the increase in pressure in the volume 15 due to the supply of lubricating oil from the pump 6. The pressure in the volume 15 rises to a level higher than the minimum opening pressure Po, which ensures that the lubricant is injected before the piston reaches its top dead center (TDC). Conceivable.
[0046]
It is easy to design the lubricating tube 4 with a tube diameter that provides a suitable volume 15. If a shorter tube is desired, it is of course possible to associate the tube with a separate auxiliary element which is preferably formed as a fixed chamber connected to the tube or as an expanding part of the local tube. .
[0047]
The closing pressure Pc of the nozzle valve is suitably 50% to 96% of the opening pressure Po, preferably 75% to 95% of the opening pressure. If the opening pressure is lower, the injection amount will be larger, and the interval during which the nozzle valve is activated will be longer, or conversely, if the opening pressure is higher, the interval during which the nozzle valve is activated will be Shorter.
[0048]
The nozzle valve allows the oil injection direction to be controlled efficiently, which is compared to the conventional method of supplying the oil at a low pressure that penetrates into the oil groove on the inner surface of the cylinder. This makes it possible to select a series of supply methods. The nozzle valve is positioned directly above the scavenging port 16 and the nozzle valve is allowed to inject upwards in the cylinder, which passes before or after the piston passes the nozzle valve during the compression stroke. Regardless of whether the injection is performed later, the injection is allowed at a low pressure.
[0049]
The nozzle valve 3 can also be arranged in the cylinder, for example, approximately in the middle of the working surface, in which case the jet of lubricating oil is directed in the middle of the liner or in the region above the working surface or It can be oriented upwards or downwards towards the lower region.
[0050]
It is also possible to arrange the nozzle valve 3 in the upper part of the liner, in which the nozzle valve can inject lubricating oil onto the working surface before the piston passes through the nozzle valve.
[0051]
The ability to direct and inject cylinder lubricant provides the freedom to adapt the lubricant supply to the current needs of the cylinder. The direction of the valve so that lubricating oil can be injected in other directions, such as upwards or downwards, even when a through-bore is formed in the cylinder wall at a specific position of the cylinder so that a nozzle valve can be installed By changing, it is possible to change the supply of lubricating oil on the operating surface.
[0052]
Within the scope of the claims, it is possible to combine the details of the above embodiments into other embodiments. It is also possible to perform one or more injection procedures of cylinder lubricant during the engine cycle. Furthermore, this injection procedure can be modified in response to an engine load or a change in load, for example, where the required amount of lubrication temporarily increases with the operating conditions of the engine as seen from changes in the amount of lubricating oil supplied. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a cylinder.
FIG. 2 is a diagram of a single cylinder with four nozzle valves.
FIG. 3 is a diagram of a cylinder lubricant supply device.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a lubrication stage.
FIG. 5 is a diagram showing another example of the lubrication stage.
FIG. 6 is a diagram showing another example of the lubrication stage.
FIG. 7 is a diagram showing another example of the lubrication stage.
[Explanation of symbols]
1 cylinder 3 nozzle valve
4 Lubrication tube 5 Check valve
6 Pump 7 Pipe
8 Piston 9 Piston ring
10 working surface 11 valve needle
12 Valve seat 13 Sprayer hole
14 Valve needle tip 15 Tube volume
16 scavenging port 18 tank
19 Heating device 20 Primary pump
21 Filter 22 Supply conduit
23, 24 Accumulator 26 Solenoid valve
27 Feedback sensor 28 Return branch
29 Return conduit 30 Pressure control device
31 Pressure chamber 32 Compression spring
33 Chamber Pc Closing pressure
Po opening pressure TDC Top dead center

Claims

内燃機関内に潤滑油を噴射する方法であって、潤滑点にて、ポンプの出口とノズル弁（３）とを相互に接続する潤滑管（４）に対し、潤滑油の所定量毎の注入を供給し得るようにポンプ（６）が定期的に作動され、前記ノズル弁がその開き圧力よりも低い圧力にて閉じ、前記ポンプ（６）から供給された潤滑油が、前記潤滑管（４）内に一時的に蓄えられることにより、潤滑管（４）内の圧力を漸増させ、前記潤滑管（４）内の圧力が前記ノズル弁の開き圧力を上廻ったときに、前記潤滑油がノズル弁（３）を通じて噴霧される方法において、前記ポンプ（６）は、潤滑油の１回の噴霧毎に２乃至３０回ずつ作動され、前記ポンプ（６）からの潤滑油の注入は、逆止め弁（５）を介して前記逆止め弁と前記ノズル弁との間の容積（１５）内に供給され、前記潤滑油の注入の前記容積への供給が繰り返されるにしたがって、前記容積内の圧力が段階的に上昇し、直近に供給された潤滑油の注入により前記容積（１５）内の潤滑油の圧力がノズル弁の開き圧力を上廻るものとなったときに、潤滑油が前記ノズル弁（３）を通じて噴霧されることを特徴とする、方法。A method of injecting lubricating oil to the internal combustion engine Kannai at lubrication points, lubrication pipe for connecting the pump outlet and the nozzle valve and (3) to each other with respect to (4), the injection of a predetermined amount for each of the lubricating oil pump so as to supply (6) is actuated periodically, closed Ji said nozzle valve is at a lower pressure than that opening pressure, lubricating oil supplied from the pump (6) is, the lubricant pipe (4 by) temporarily stored et al is that in, gradually increasing the pressure in the lubricating tube (4), when the pressure of the lubricating tube (4) within has Uwamawa' the opening pressure of the nozzle valve, the lubricant Is sprayed through the nozzle valve (3), the pump (6) is actuated 2 to 30 times for each spray of lubricant, and the injection of lubricant from the pump (6) is: In a volume (15) between the check valve and the nozzle valve via a check valve (5) As the supply of the lubricating oil is repeatedly supplied to the volume, the pressure in the volume increases stepwise, and the lubrication in the volume (15) is caused by the injection of the most recently supplied lubricating oil. A method characterized in that lubricating oil is sprayed through the nozzle valve (3) when the pressure of the oil exceeds the opening pressure of the nozzle valve .

請求項１による方法において、前記内燃機関は、２行程クロスヘッドエンジンであることを特徴とする、方法。The method according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a two-stroke crosshead engine.

請求項１又は２による方法において、ポンプ（６）が、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）に比例して作動される、すなわち所定のエンジン回転数の間、所定の回数だけ作動されることを特徴とする、方法。 3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the pump (6) is operated in proportion to the rotational speed (rpm) of the internal combustion engine, i.e. is operated a predetermined number of times during a predetermined engine speed. And the method.

請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、ポンプが、潤滑油の１回の噴霧毎に最大１０回だけ作動されることを特徴とする、方法。 4. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pump is activated at most 10 times for each spray of lubricating oil.

請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、ポンプ（６）からの個々の潤滑油の注入が、逆止め弁（５）とノズル弁（３）との間の容積（１５）内の圧力を１００ｋＰａ乃至１０００ｋＰａ（１バール乃至１０バール）だけ上昇させることを特徴とする、方法。5. The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the injection of the individual lubricating oil from the pump (6) is a volume (15) between the check valve (5) and the nozzle valve (3). Increasing the internal pressure by 100 kPa to 1000 kPa (1 bar to 10 bar).

請求項５による方法において、ポンプ（６）からの個々の潤滑油の注入が、逆止め弁（５）とノズル弁（３）との間の容積（１５）内の圧力を、２００ｋＰａ乃至５００ｋＰａ（２バール乃至５バール）だけ上昇させることを特徴とする、方法。6. The method according to claim 5 , wherein the injection of the individual lubricating oil from the pump (6) causes the pressure in the volume (15) between the check valve (5) and the nozzle valve (3) to be 200 kPa to 500 kPa ( 2) to 5 bar).

請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、開き圧力を上廻るためには、内燃機関が全負荷にて運転するときよりも部分負荷にて運転するときの方がより多数回だけポンプ（６）を作動させなければならないことを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 1 to 6, in order of more than opening pressure, it is more numerous times when operating at partial load than when the internal combustion engine is operated at full load A method, characterized in that only the pump (6) has to be activated.

請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、内燃機関の全負荷時のＰ％の部分負荷のとき、全負荷時のｋＷｈ当たりの潤滑量×Ｐ％の量よりもより多量のｋＷｈ当たりの潤滑油が供給されることを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 1 to 7 , wherein when the partial load of P% at the full load of the internal combustion engine is a partial load of P%, the amount of lubrication per kWh at the full load is larger than the amount of P%. A method characterized in that lubricating oil per kWh is supplied.

請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、潤滑油がシリンダ（１）内に噴霧されるエンジンサイクルの時点にて、シリンダ圧力よりも１５００ｋＰａ乃至４０００ｋＰａ（１５バール乃至４０バール）越える範囲の所定の圧力にてノズル弁が開くことを特徴とする、方法。A method according to any one of claims 1 to 8, at the time of engine cycles the lubricating oil is sprayed into the cylinder (1), exceeds 1500kPa to 4000 kPa (15 bar to 40 bar) than the cylinder pressure A method characterized in that the nozzle valve opens at a predetermined pressure in the range.

請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、ノズル弁が、シリンダ圧力が内燃機関の最高圧縮圧力の４０％以上となる時点にて開くことを特徴とする、方法。A method according to any one of claims 1 to 9, the nozzle valve, and wherein the opening at the time the cylinder pressure is equal to or more than 40% of the maximum compression pressure of the internal combustion engine, method.

請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法において、潤滑油ポンプの１回の注入当たりの供給量が調節可能であること、及びエンジンが部分負荷にて運転するとき、該供給量が適宜に増大することを特徴とする、方法。11. The method according to any one of claims 1 to 10 , wherein the supply rate per injection of the lubricating oil pump is adjustable, and when the engine is operating at partial load, the supply rate is A method characterized by increasing appropriately.

請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、内燃機関の全負荷時のＰ％の部分負荷のとき、全負荷時にエンジンの１回転毎に平均的にシリンダ内に噴霧される潤滑量×Ｐ％の量よりもより少量の潤滑油がシリンダ（１）内に噴霧されることを特徴とする、方法。A method according to any one of claims 1 to 11, when the P% of partial load at full load of the internal combustion engine, lubricating sprayed into averagely cylinder for each rotation of the engine at full load A method, characterized in that a smaller amount of lubricating oil is sprayed into the cylinder (1) than the amount x P%.

請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、内燃機関の全負荷時のＰ％の部分負荷のとき、ポンプが、全負荷時のｋＷｈ当たりの潤滑量×Ｐ％の量よりもより多量のｋＷｈ当たりの潤滑油を供給することを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 1 to 11 , wherein when the internal load engine has a partial load of P% at the full load, the pump is more than a lubrication amount per kWh at the full load x an amount of P%. Supplying a larger amount of lubricating oil per kWh.

請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法において、ノズル弁（３）の開き圧力が調節可能であることを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the opening pressure of the nozzle valve (3) is adjustable, the method.

請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法において、ノズル弁（３）の閉じ圧力が調節可能であること特徴とする、方法。A method according to any one of claims 1 to 14, wherein it closes the pressure of the nozzle valve (3) is adjustable, the method.