一种大型低速二冲程发动机及其润滑方法，以及用于这种发动机和方法的具有液压驱动泵送系统的喷射器技术方案

一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸(1)内具有往复式活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个润滑剂喷射器(4)，用于在喷射阶段期间在周长上不同的位置将润滑剂喷射入汽缸(1)中。喷射器(4)包括带有液压驱动柱塞(29)的泵送系统(27、28、29)，其将喷射器(4)内的润滑剂加压至经由喷嘴孔(5’)喷出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种大型低速二冲程发动机及其润滑方法，以及用于这种发动机和方法的具有液压驱动泵送系统的喷射器专利
本专利技术涉及一种大型低速二冲程发动机及其润滑方法，以及具有泵送系统的喷射器，具体根据所附权利要求书中前述部分所述。
技术介绍
由于对环境保护的关注，正在努力减少船用发动机的排放。这也涉及到对这种发动机的润滑系统的稳定优化，特别是由于竞争的加剧。经济方面备受关注的一点在于减少油耗，不仅是因为环保，也因为这是船舶运营成本的重要组成部分。尽管减少了润滑剂体积，还要关注适当润滑的问题，因为柴油发动机的寿命不应该因减少油耗而受到损害。因此，在润滑方面需要稳定的改进。存在多种系统用于润滑大型低速二冲程船用柴油发动机，包括将润滑油直接喷射在汽缸套上或者注油管喷射在活塞环上。在WO00/28194A1和EP1586751A2中公开了润滑系统的实例。在EP1767751中公开了一种用于船用发动机的润滑剂喷射器的实例，采用了止回阀来提供润滑剂进入汽缸套内的喷嘴通道。止回阀包括刚好处于喷嘴通道上游的阀座中的往复弹簧压球，其中通过加压的润滑剂使该球发生位移。球阀是传统的技术方案，基于的原理可追溯至上世纪初，例如1923年的GB214922中所公开的。与传统润滑相比，另一种较新的润滑方法商业上称为旋涡喷射原理(SIP)。该原理基于将润滑剂雾化液滴喷雾喷射在汽缸中的吹扫空气涡流中。螺旋向上的涡流导致润滑剂被推向汽缸的上止点(TDC)，并朝外压向汽缸壁成为均匀的薄层。这在国际专利申请WO2010/149162和WO2016/173601中进行了详细解释。喷射器包括喷射器壳体，壳体内设有往复式阀构件，通常为阀针。该阀构件例如具有针尖，根据精确的时机关闭和打开至喷嘴孔的通道。在当前的SIP系统中，雾化液滴喷雾通常在35-40巴的压力下实现，该压力大幅高于采用引入汽缸的压缩油喷射流工作的系统中不足10巴的油压。在一些类型的SIP阀中，润滑剂的高压也用于克服弹簧弹力移动弹簧加载的阀构件远离喷嘴孔，这样使得高压油从该处释放为雾化液滴。油的喷出导致阀构件内油压降低，因此阀构件回到原位并保持在原位，直到下一次润滑循环中高压润滑剂再次供应至润滑剂喷射器。在这样的大型船用发动机中，多个喷射器环绕汽缸呈圆形设置，且每个喷射器包括顶端的一个或多个喷嘴孔，用于将润滑剂喷射流或喷雾从每个喷射器输送至汽缸中。船用发动机中的SIP润滑剂喷射器系统的实施例在国际专利申请WO2002/35068、WO2004/038189、WO2005/124112、WO2010/149162、WO2012/126480、WO2012/126473、WO2014/048438和WO2016/173601中公开。对于SIP喷射，除了使油耗最小化的目标之外，精确控制时机也是必不可少的。因此，为了在喷射循环过程中快速响应，对SIP系统进行了特殊设计。国际专利申请WO2011/110181讨论了船用发动机的润滑系统中精确的润滑剂定量给料的重要性。关于定量给料的精确时机，公开了一种双阀门系统，用于分开控制润滑剂喷射器的打开与闭合，使得系统能够调节到较短的定量给料周期。然而，由于分配量并不只是由分配时间的长度确定的，还取决于润滑剂的压力和粘度，而粘度又取决于温度，所以定量给料周期的精确调节不足以精确调节定量给料的量。WO02/3506公开了一种包括泵送系统的喷射器，其中往复式柱塞构件在喷射阶段朝着喷嘴向前移动，由此使得在喷射器内预定体积的润滑剂的压力上升，并通过喷射器孔泵送此预定体积的润滑剂。此泵送系统通过从控制器供应至喷射器的高压油来启动。控制器将高压油集中地输送到所有喷射器。每个喷射器具有可控制的电动致动器，以调节往复式柱塞的冲程长度。这种系统的简单之处在于，其通过从控制器输送的高压油集中地调节喷射，对所有的喷射器在喷射的时间和频率方面的调节作用是一样的。然而，由于每个喷射器包括一个电动的剂量调节系统，因此这种喷射器相对复杂并且成本高昂。此外，每个喷射器设有一个电机这一事实增加了故障的风险，不仅因为电机本身，也因为必要的电气布线受到过热和机械损伤的风险。需要提供一种更加稳健的系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供本领域中的改进。具体目的在于提供一种稳健的喷射系统。特别地，目的在于改进大型低速二冲程发动机中采用SIP阀的润滑。这些目的中的一个或多个通过如下所述的大型低速二冲程发动机和方法，以及用于这种发动机和方法的控制器和喷射器来实现。该大型低速二冲程发动机包括汽缸，该汽缸包括内部的往复式活塞以及沿着汽缸周长分布的多个喷射器，喷射器用于在喷射阶段在周长上的不同位置将润滑剂喷射入汽缸中。例如，该大型低速二冲程发动机为船用发动机或发电厂中的大型发动机。该发动机通常燃烧柴油或气体燃料。该发动机还包括控制器。该控制器设置为在喷射阶段控制喷射器喷射润滑剂的量和时间。可选地，控制器还控制喷射的频率。为了精确的喷射，该控制器电连接至计算机或包括计算机是有利的，其中计算机监控发动机的实际状态及运动的参数。这些参数有利于优化喷射的控制。可选地，该控制器设置为附加系统，用于已有的发动机的升级。另一个有利的选择是将控制器连接至人机界面(HMI)，该人机界面包括用于监控的显示器和用于对喷射情况参数以及可选地对发动机状态的参数进行调节和/或编程的输入面板。可选地，电连接为有线连接或无线连接或其组合。术语“喷射器”用于表示喷射阀系统，该喷射阀系统包括带有润滑剂入口的壳体和带有用作润滑剂出口的喷嘴孔的单个喷嘴以及壳体内部的可移动构件，该可移动构件打开和关闭润滑剂进入喷嘴孔的通路。尽管喷射器具有延伸通过汽缸壁进入汽缸中的单个喷嘴，当喷射器恰当地安装时，喷嘴本身可选地具有超过一个喷嘴孔。例如在WO2012/126480中公开的具有多个孔的喷嘴。术语“喷射阶段”用于表示喷射器将润滑剂喷射入汽缸期间的时间。术语“闲置阶段”用于表示喷射阶段间隙的时间。术语“喷射循环”用于表示从开始一次喷射序列起到下一次喷射序列开始所花费的时间。例如，喷射序列包括单个喷射，在这种情况下，喷射循环则计算为从喷射阶段的开始到下一个喷射阶段的开始。喷射的术语“时机”用于表示通过调节喷射器相对于汽缸中活塞的具体位置来调节喷射阶段的开始。喷射的术语“频率”用于表示喷射器在发动机的每个工作循环内重复喷射的次数。如果频率为一，则是一个工作循环内喷射一次。如果频率为1/2，则是每两个工作循环内喷射一次。此术语与上述的现有技术是一致的。在实际的实施例中，喷射器的壳体包括基座，该基座具有用于接收润滑剂的润滑剂入口端口，还包括使该基座与喷嘴刚性连通的流体腔，通常为刚性的圆柱流体腔。流体腔是空心的，且由此使得润滑剂在流体腔中从基座流向喷嘴。当喷射器安装完成后，流体腔延伸穿过发动机的汽缸壁，使得喷嘴被牢牢地保持在汽缸中。由于该基座设置在流体腔的另一端，因此该基座通常位于汽缸壁上或位于汽缸壁的外侧。例如，喷射器包括位于基座处的法兰，以便安装至汽缸壁外侧。为了解决问题并实现一种比WO02/35本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸(1)内具有往复式活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个润滑剂喷射器(4)，用于在喷射阶段期间在周长上不同的位置将润滑剂喷射入汽缸(1)中；发动机还包括润滑剂给料导管(9)和压力控制导管(10)，其中润滑剂给料导管(9)包含处于第一压力的润滑剂，压力控制导管(10)包含压力高于第一压力的压力液体，/n其中，每个润滑剂喷射器(4)包括/n-与润滑剂给料导管(9)流体连通的润滑剂入口端口(4A)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；/n-具有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，喷嘴(5)延伸入汽缸(1)中，设置为在喷射阶段将润滑剂从入口端口(4A)喷射入汽缸(1)中；/n-喷嘴(5)处的出口阀系统(15)，用于在喷射循环中打开或关闭去往喷嘴孔(5’)的润滑剂液流；/n-喷射器(4)内处于润滑剂入口端口(4A)和出口阀系统(15)之间的前腔室(16D)，用于在喷射阶段之前从入口端口(4A)接收并蓄积预定体积的润滑剂；/n-其中出口阀系统(15)设置为在喷射阶段期间，当前腔室(16D)内和出口阀系统(15)处的压力上升至高于预定压力限值时，出口阀系统(15)就打开以便润滑剂从前腔室(16D)经由出口阀系统(15)流向喷嘴孔(5’)，且/n出口阀系统(15)设置为在喷射阶段之后关闭；/n-与压力控制导管(10)流体连通的压力控制端口(4B)，用于在喷射阶段从压力控制导管(10)接收压力液体；/n-与压力控制端口(4B)相连通的压力腔(27)，用于在喷射阶段周期性地从压力控制端口(4B)接收压力液体并且在喷射阶段之后将其排出；/n-与压力腔(27)相接触的往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)，其被致动柱塞弹簧(28A、29B)的弹簧荷载预紧，并设置为在喷射阶段通过压力腔(27)/n内的压力液体驱动进行运动，并且设置为通过其在喷射阶段的运动使前腔室(16D)内的压力上升至预定压力限值之上；/n其中发动机还包括冲程长度调节机构，用于变化地调节往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)的冲程长度；/n其特征在于，冲程长度调节机构设置为变化地调节在喷射阶段间隙从压力腔(27)排放出的压力液体的量。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 DK PA2017709381.一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸(1)内具有往复式活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个润滑剂喷射器(4)，用于在喷射阶段期间在周长上不同的位置将润滑剂喷射入汽缸(1)中；发动机还包括润滑剂给料导管(9)和压力控制导管(10)，其中润滑剂给料导管(9)包含处于第一压力的润滑剂，压力控制导管(10)包含压力高于第一压力的压力液体，
其中，每个润滑剂喷射器(4)包括
-与润滑剂给料导管(9)流体连通的润滑剂入口端口(4A)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；
-具有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，喷嘴(5)延伸入汽缸(1)中，设置为在喷射阶段将润滑剂从入口端口(4A)喷射入汽缸(1)中；
-喷嘴(5)处的出口阀系统(15)，用于在喷射循环中打开或关闭去往喷嘴孔(5’)的润滑剂液流；
-喷射器(4)内处于润滑剂入口端口(4A)和出口阀系统(15)之间的前腔室(16D)，用于在喷射阶段之前从入口端口(4A)接收并蓄积预定体积的润滑剂；
-其中出口阀系统(15)设置为在喷射阶段期间，当前腔室(16D)内和出口阀系统(15)处的压力上升至高于预定压力限值时，出口阀系统(15)就打开以便润滑剂从前腔室(16D)经由出口阀系统(15)流向喷嘴孔(5’)，且
出口阀系统(15)设置为在喷射阶段之后关闭；
-与压力控制导管(10)流体连通的压力控制端口(4B)，用于在喷射阶段从压力控制导管(10)接收压力液体；
-与压力控制端口(4B)相连通的压力腔(27)，用于在喷射阶段周期性地从压力控制端口(4B)接收压力液体并且在喷射阶段之后将其排出；
-与压力腔(27)相接触的往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)，其被致动柱塞弹簧(28A、29B)的弹簧荷载预紧，并设置为在喷射阶段通过压力腔(27)
内的压力液体驱动进行运动，并且设置为通过其在喷射阶段的运动使前腔室(16D)内的压力上升至预定压力限值之上；
其中发动机还包括冲程长度调节机构，用于变化地调节往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)的冲程长度；
其特征在于，冲程长度调节机构设置为变化地调节在喷射阶段间隙从压力腔(27)排放出的压力液体的量。


2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，冲程长度调节机构包括压力调节器(31C)，用于在喷射阶段间隙变化地调节压力腔(27)内的闲置压力，其中闲置压力低于预定压力限值，用于仅部分地抵消致动柱塞弹簧(28A、29B)作用在致动柱塞(28、29)上的弹簧荷载且用于变化地调节致动柱塞(28、29)的回缩位置，由此调节致动柱塞(28、29)的冲程长度和喷射阶段喷射的预定体积的润滑剂的量。


3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，发动机包括回流导管(13)，回流导管(13)设置为在喷射阶段间隙将压力液体从压力控制端口(4B)经由压力控制导管(10)排出，其中压力调节器(31C)为可调压力阀(31)的一部分，可调压力阀(31)设置为将压力控制导管(10)与回流导管(13)流体连通，且设置为调节压力控制导管(10)、压力控制端口(4B)以及压力腔(27)内的闲置压力。


4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，发动机包括供给导管(12)，用于向压力控制导管(10)供应压力液体；其中冲程长度调节机构还包括切换阀(30)，切换阀(30)包括连接至供给导管(12)的切换阀入口端口(30A)、连接至压力控制导管(10)的切换阀出口端口(30B)、经由可调压力阀(31)连接至回流导管(13)的切换阀回流端口(30C)以及设置为在第一状态和第二状态之间切换的切换阀构件(32)，其中在第一状态下，切换阀入口端口(30A)与切换阀出口端口(30B)连通，以便压力液体从供给导管(12)经由切换阀(30)并经由压力控制导管(10)流向压力控制端口(4B)；在第二状态下，切换阀出口端口(30B)与切换阀回流端口(30C)连通，以便压力液体从压力控制导管(10)经由切换阀(30)排放到切换阀回流端口(30C)，经由可调压力阀(31)排放至回流导管(13)。


5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，切换阀回流端口(30C)经由可调压力阀(31)连接至回流导管(13)。


6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，可调压力阀(31)是无级可调的。


7.根据权利要求4-6中任一项所述的发动机，其特征在于，供给导管(12)和回流导管(13)是发动机的润滑剂循环系统的一部分，其中润滑剂给料导管(9)流体连通至回流导管(13)，用于将润滑剂供应至喷射器的入口端口(4A)以喷射入汽缸(1)中。


8.根据前述任一权利要求所述的发动机，其特征在于，发动机包括控制器(11)，用于控制至少一个喷射器(4)喷射润滑剂的量和时间，其中控制器(11)远离喷射器(4)设置，且包括冲程长度调节机构。


9.根据前述任一权利要求所述的发动机，其特征在于，弹簧荷载沿着远离喷嘴(5)的方向，且致动柱塞(28、29)设置为在喷射阶段被推向喷嘴(5)；其中喷射器(4)包括刚性的润滑剂导管(16’)，润滑剂导管(16’)将润滑剂入口端口(4A)和喷嘴(5)相连通，以便润滑剂从入口端口(4A)流向喷嘴(5)；其中润滑剂导管(16’)包括喷嘴(5)处的前腔室(16D)和远离喷嘴(5)的后腔室(16A)，后腔室(16A)与入口端口(4A)相连通，前腔室(16D)包含预定的润滑剂容积，且具有取决于致动柱塞(28、29)的位置的可变尺寸；其中喷射器(4)包括处于前腔室(16D)与后腔室(16A)之间的阀(26)，阀(26)设置为在喷射阶段间隙使前腔室(16D)与后腔室(16A)之间流体连通，以便润滑剂从后腔室(16A)流向前腔室(16D)；且阀(26)设置为在喷射阶段切断前腔室(16D)与后腔室(16A)之间的连接，以便在通过致动柱塞(28、29)的运动使前腔室(16D)内的润滑剂被加压并从前腔室(16D)经由喷嘴孔(5’)被排出时，防止润滑剂从前腔室(16D)回流。


10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，致动柱塞(28、29)包括阀(26)，其中阀(26)为止回阀，所述阀(26)设置为在喷射阶段，在致动柱塞(28、29)运动期间对预定体积的润滑剂进行加压的过程中，被前腔室(16D)内的压力保持关闭，还设置为在致动柱塞(28、29)回缩的过程中被前腔室(16D)内的压降打开，以使得润滑剂从后腔室(16A)经由阀(26)被吸入前腔室(16D)中，由此重新填充前腔室(16D)。


11.根据权利要求9或10所述的发动机，其特征在于，致动柱塞(28、29)包括往复式致动构件(28)和从致动构件(28)延伸出的单独的往复式柱塞构件(29)，柱塞构件(29)设置为被致动构件(28)推动从而与致动构件(28)一起移动；其中致动柱塞弹簧(28A、29B)包括致动弹簧(28A)和柱塞弹簧(29B)；其中致动弹簧(28A)的弹簧荷载将致动构件(28)朝向压力腔(27)预紧，且致动构件(28)接触压力腔(27)，致动构件(28)设置为在喷射阶段被压力腔(27)内的压力液体驱动对抗致动弹簧(28A)的弹簧荷载；其中柱塞弹簧(29B)的弹簧荷载将致动柱塞(28、29)朝向致动构件(28)预紧，且致动柱塞接触前腔室(16D)，致动柱塞设置为在喷射阶段，当致动构件(28)推动柱塞对抗柱塞弹簧(29B)的弹簧荷载时，致动柱塞的运动引起前腔室(16D)内的压力上升至预定压力限值之上；其中阀(26)设置在致动柱塞(28、29)中。


12.一种大型低速二冲程发动机的润滑方法，发动机包括汽缸(1)，汽缸(1)内具有往复式活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个润滑剂喷射器(4)，用于在喷射阶段期间在周长上不同的位置将润滑剂喷射入汽缸(1)中；发动机还包括润滑剂给料导管(9)和压力控制导管(10)，其中润滑剂给料导管(9)包含处于第一压力的润滑剂，压力控制导管(10)包含压力高于第一压力的压力液体，
其中，每个润滑剂喷射器(4)包括
-与润滑剂给料导管(9)流体连通的润滑剂入口端口(4A)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；
-具有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，喷嘴(5)延伸入汽缸(1)中，设置为在喷射阶段将润滑剂从入口端口(4A)喷射入汽缸(1)中；
-喷嘴(5)处的出口阀系统(15)，用于在喷射循环中打开或关闭去往喷嘴孔(5’)的润滑剂液流；
-喷射器(4)内处于润滑剂入口端口(4A)和出口阀系统(15)之间的前腔室(16D)，用于在喷射阶段之前从入口端口(4A)接收并蓄积预定体积的润滑剂；
-其中出口阀系统(15)设置为在喷射阶段期间，当前腔室(16D)内和出口阀系统(15)处的压力上升至高于预定压力限值时，出口阀系统(15)就打开以便润滑剂从前腔室(16D)经由出口阀系统里(15)流向喷嘴孔(5’)，且出口阀系统(15)设置为在喷射阶段之后关闭；
-与压力控制导管(10)流体连通的压力控制端口(4B)，用于在喷射阶段从压力控制导管(10)接收压力液体；
-与压力控制端口(4B)相连通的压力腔(27)，用于在喷射阶段周期性地从压力控制端口(4B)接收压力液体并且在喷射阶段之后将其排出；
-与压力腔(27)相接触的往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)，其被致动柱塞弹簧(28A、29B)的弹簧荷载预紧，并设置为在喷射阶段通过压力腔(27)内的压力液体驱动进行运动，并且设置为通过其在喷射阶段的运动使前腔室(16D)内的压力上升至预定压力限值之上；
其中发动机还包括冲程长度调节机构，用于变化地调节往复式液压驱动的致动柱塞(28、29)的冲程长度；
其中方法包括循环操作：
-喷射阶段中，在压力控制端口(4B)和压力腔(27)内提供压力液体，通过压力液体在致动柱塞(28、29)上施加力并通过所述力驱动致动柱塞(28、29)运动，通过所述运动引起喷射器(4)内的预定润滑剂体积(16D)内的压力上升，一旦压力上升至预定限值之上，将此预定体积的润滑剂经由出口阀系统(15)和喷嘴孔(5’)泵送入汽缸(1)中；
-喷射阶段后，通过从压力腔(27)排放出压力液体使致动柱塞(28、29)回缩；
-在回缩过程中，向前腔室(16B)重新填充润滑剂用于下一个喷射阶段；
其特征在于，冲程长度调节机构设置为变化地调节在喷射阶段间隙从压力腔(27)排放出的压力液体的量，其中所述方法包括通过调节喷射阶段后从压力腔(27)排放出的压力液体的量来在喷射循环间隙调节冲程长度。


13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，冲程长度调节机构包括压力调节器(31C)，用于在喷射阶段间隙变化地调节压力腔(27)内的闲置压力，其中闲置压力低于预定压力限值，用于仅部分地抵消致动柱塞弹簧(28A、29B)作用在致动柱塞(28、29)上的弹簧荷载且用于变化地调节致动柱塞(28、29)的回缩位置，由此调节致动柱塞(28、29)的冲程长度和喷射阶段喷射的预定体积的润滑剂的量；其中所述方法包括，在多个循环操作期间，通过压力调节器(31C)调节闲置压力来调节冲程长度。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，发动机包括回流导管(13)，用于在喷射阶段间隙将压力液体从压力控制端口(4B)以及压力控制导管(10)排出，其中压力调节器(31C)为可调压力阀(31)的一部分，其中所述方法包括经由可调压力阀(31)将压力控制导管(10)与回流导管(13)流体连通，并通过可调压力阀(31)中的压力调节器(31C)调节压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮尔·巴克，
申请(专利权)人：汉斯延森注油器公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK