大型低速二冲程发动机及其润滑方法、用于这种发动机和方法的喷射器及阀系统及其应用技术方案

一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸中设有往复活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个喷射器(4)，用于在周长的不同位置将润滑剂喷射至汽缸(1)中；所述发动机还包括控制器(11)，用于控制所述喷射器(4)中的至少一个的润滑剂喷射的量和时机；其中每个喷射器(4)包括润滑剂入口(12)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；设有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，所述喷嘴(5)延伸进入汽缸(1)，用于在喷射阶段从入口(12)向汽缸(1)中喷射润滑剂；喷嘴(5)处的排出阀系统(15)，用于打开和关闭喷射循环期间流至喷嘴孔(5’)的润滑剂；所述排出阀系统(15)设置为在喷射阶段，当压力升高至高于排出阀系统(15)的预设阈值时，打开用于润滑剂流至喷嘴孔(5’)，并在喷射阶段后关闭排出阀系统(15)；从润滑剂入口(12)至排出阀系统(15)的润滑剂液流通路，用于润滑剂从润滑剂入口(12)流至喷嘴(5)，通过排出阀系统(15)并在喷嘴孔(5’)处流出喷射器(4)；其中每个喷射器(4)都包括电动进给阀系统(13)，电动进给阀系统(13)电连接至控制器(11)用于根据从所述控制器(11)接收的电控信号，通过打开或关闭从润滑剂入口(12)到排出阀系统(15)的润滑剂液流，调节通过喷嘴孔(5’)分配的润滑剂；其中电动进给阀系统(13)设置在喷嘴(5)上游，并间隔一段距离，并设置在排出阀系统(15)上游，并间隔一段距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】大型低速二冲程发动机及其润滑方法、用于这种发动机和方法的喷射器及阀系统及其应用
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、用于这种发动机和方法的润滑剂喷射器及阀系统及其应用。
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。经济方面之一所获得关注的增加在于减少了油耗，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。对于润滑大型低速二冲程船用柴油发动机，存在多种不同系统，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EP1767751中公开了用于船用发动机的润滑剂喷射器的一个实例，其中使用了单向阀来提供到汽缸套中喷嘴通路的润滑通道。单向阀包括阀座中的往复运动的弹簧压紧球，其正好处于喷嘴通路上游，其中加压的润滑剂使球发生位移。球阀是传统的技术方案，其基于可追溯至上世纪初的原理，例如自1923年公布的GB214922。另一种可替换的并且相比传统润滑较新的润滑方法，商业上称为旋涡喷射原理(SIP)。该原理是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的。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，壳体内设有往复阀构件，通常为阀针。该阀构件例如具有针尖，根据精确的定时，关闭和打开至喷嘴孔的通道。在当前的SIP系统中，雾化液滴喷雾在35-40巴的压力下实现，该压力大幅高于用于系统与引入汽缸中的压缩油喷射流一起工作的小于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式阀构件远离喷嘴孔，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直到高压润滑剂再次供应至润滑剂喷射器的下一个润滑循环。在这样的大型船用发动机中，多个喷射器设置为环绕汽缸的圆形，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传递至汽缸中。船用发动机中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。上文所提及的WO2012/126473和WO2016/173601，以及EP1426571和EP1586751公开了喷嘴处的机电排出阀。通电线圈在设有相应电磁响应部分的排出阀构件上施加电磁力。排出阀构件在激发下从其处于喷嘴孔处的阀座撤回，打开以使润滑剂从润滑剂源流出，并流经阀构件以及流出喷嘴。实际上，具有机电响应部分的排出阀构件相对较长，并且常常导致对排出阀构件作用的轻微延迟。然而这些系统使用机电驱动的排出阀构件，也可能使用油压将排出阀构件从阀座推回。如EP1426571公开的实例，其中使用了先导式机电阀，在排出阀构件后方提供导向压力，从而通过切换排出阀构件后方的导向压力在喷嘴孔处打开和关闭排出阀。导向压力的切换需要液流进入和流出排出阀后方的容积，这延迟了排出阀构件的迅速运动。与机电排出阀相比，这种先导式阀还具有这样的劣势：需要润滑剂回流管，从而清空排出阀构件后方的容积，这提高了该系统的成本和复杂度并增加了泄漏的风险。此外，先导式喷射阀对来自发动机汽缸的背压敏感。然而，对于SIP喷射，除了将油耗降至最低的目标外，精确控制的时机也是必不可少的。因此，应该优化SIP系统以在喷射周期内快速做出反应。因此，存在对于改进的稳定动机。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供本领域的改进。一个特别的目的在于提供喷射器的润滑剂喷射的更好的速度和容积控制。特别地，目的在于改进大型低速二冲程发动机中SIP阀的润滑。这些目的通过具有多个喷射器的大型低速二冲程发动机、一种润滑这种发动机的方法和用于这种发动机和方法的喷射器及其应用来实现，如下文所述。大型低速二冲程发动机包括汽缸，汽缸内设有的往复活塞和沿汽缸周长分布的多个喷射器，用于在喷射阶段，在周长的不同位置将润滑剂喷射至汽缸中。例如，大型低速二冲程发动机是船用发动机或发电厂中的大型发动机。通常地，该发动机燃烧柴油或气体燃料，例如天然气燃料。该发动机还包括控制器。该控制器设置为控制喷射器在喷射阶段进行润滑剂喷射的量和时机。可选地，喷射频率也由控制器控制。为了精确喷射，如果控制器电连接至计算机或包括计算机是有利的，其中该计算机监控发动机的实际状态和运动的参数。这些参数对于优化喷射的控制是有用的。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)，人机界面包括用于监视的显示器和对喷射配置以及可选地发动机状态的参数进行调整和/或规划的输入面板。电子数据连接可选地是有线或无线连接，或者二者的组合。术语“喷射器”用于喷射阀系统，喷射阀系统包括壳体，壳体设有润滑剂入口和设有喷嘴孔作为润滑剂出口的单个喷射喷嘴，还包括设置在壳体中的可动件，可动件打开和关闭润滑剂到喷嘴孔的通路。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，WO2012/1264820中所公开的具有多个孔的喷嘴。术语“喷射阶段”用于喷射器将润滑剂喷射入汽缸的时间。术语“空闲阶段”用于喷射阶段之间的时间。术语“空闲状态”用于处于空闲阶段的部件的状态。术语“空闲阶段位置”用于在空闲阶段处于空闲状态的可动件所处的位置，与喷射阶段位置形成对比。术语“喷射循环”用于开始喷射序列直到下一个喷射序列开始所用的时间。例如，喷射序列包括单次喷射，在该情况下，喷射循环的测量是从开始喷射阶段到开始下一次喷射阶段。术语喷射的“时机”用于相对汽缸中活塞的特定位置，通过喷射器调节喷射阶段的开始。术语喷射的“频率”用于发动机每个循环中，喷射器重复喷射的次数。如果频率是1，则每个循环有一次喷射。如果频率为1/2，则每两次循环有一次喷射。此术语与上述现有技术一致。在实际的实施例中，喷射器壳体包括基座，基座设有润滑剂入口用于接收润滑剂，还包括流体室，通常是刚性圆柱流体室，其刚性连接基座和喷嘴。流体室是中空的，从而允许润滑剂在流体室中从基座流至喷嘴。当安装了喷射器，流体室延伸穿过发动机的汽缸壁，使得喷嘴被流体室刚性固定在汽缸中。由于基座设置在流体室的相反端，其通常位于汽缸壁上或汽缸壁的外侧上。例如，喷射器包括基座上的法兰，用于安装到外侧汽缸壁上。为了充分理解本专利技术，要指出的是，已经发现了从泵系统到具有多个喷射器的汽缸的具有较长长度的润滑剂导管，造成了系统的不精确。当与高压润滑剂相接触时，长导管倾向于轻微膨胀和收缩，这导致喷射润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸中设有往复活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个喷射器(4)，用于在周长的不同位置将润滑剂喷射至汽缸(1)中；所述发动机还包括控制器(11)，用于控制所述喷射器(4)中的至少一个的润滑剂喷射的量和时机；/n其中每个喷射器(4)包括/n-润滑剂入口(12)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；/n-设有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，所述喷嘴(5)延伸进入汽缸(1)，用于在喷射阶段从润滑剂入口(12)向汽缸(1)中喷射润滑剂；/n-喷嘴(5)处的排出阀系统(15)，用于打开和关闭喷射循环期间流至喷嘴孔(5’)的润滑剂；所述排出阀系统(15)设置为在喷射阶段，当压力升高至高于排出阀系统(15)的预设阈值时打开,用于润滑剂流至喷嘴孔(5’)，并在喷射阶段后,关闭排出阀系统(15)；/n-从润滑剂入口(12)至排出阀系统(15)的润滑剂液流通路，用于润滑剂从润滑剂入口(12)流至喷嘴(5)，通过排出阀系统(15)并在喷嘴孔(5’)处流出喷射器(4)；/n其特征在于，每个喷射器(4)除了排出阀系统(15)，都包括电动进给阀系统(13)，其中所述进给阀系统电连接至所述控制器(11)，并设置在润滑剂入口(12)和排出阀系统(15)之间的液流通路中，用于根据从所述控制器(11)接收的电控信号，通过打开或关闭从润滑剂入口(12)到排出阀系统(15)的润滑剂液流，调节通过喷嘴孔(5’)分配的润滑剂；其中所述进给阀系统(13)设置在喷嘴(5)上游，并间隔一段距离，并设置在排出阀系统(15)上游，并间隔一段距离。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 DK PA201770936;20171213 DK PA2017709401.一种大型低速二冲程发动机，包括汽缸(1)，汽缸中设有往复活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个喷射器(4)，用于在周长的不同位置将润滑剂喷射至汽缸(1)中；所述发动机还包括控制器(11)，用于控制所述喷射器(4)中的至少一个的润滑剂喷射的量和时机；
其中每个喷射器(4)包括
-润滑剂入口(12)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；
-设有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，所述喷嘴(5)延伸进入汽缸(1)，用于在喷射阶段从润滑剂入口(12)向汽缸(1)中喷射润滑剂；
-喷嘴(5)处的排出阀系统(15)，用于打开和关闭喷射循环期间流至喷嘴孔(5’)的润滑剂；所述排出阀系统(15)设置为在喷射阶段，当压力升高至高于排出阀系统(15)的预设阈值时打开,用于润滑剂流至喷嘴孔(5’)，并在喷射阶段后,关闭排出阀系统(15)；
-从润滑剂入口(12)至排出阀系统(15)的润滑剂液流通路，用于润滑剂从润滑剂入口(12)流至喷嘴(5)，通过排出阀系统(15)并在喷嘴孔(5’)处流出喷射器(4)；
其特征在于，每个喷射器(4)除了排出阀系统(15)，都包括电动进给阀系统(13)，其中所述进给阀系统电连接至所述控制器(11)，并设置在润滑剂入口(12)和排出阀系统(15)之间的液流通路中，用于根据从所述控制器(11)接收的电控信号，通过打开或关闭从润滑剂入口(12)到排出阀系统(15)的润滑剂液流，调节通过喷嘴孔(5’)分配的润滑剂；其中所述进给阀系统(13)设置在喷嘴(5)上游，并间隔一段距离，并设置在排出阀系统(15)上游，并间隔一段距离。


2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述进给阀系统(13)包括可动电动进给阀构件(26、26’)，其设置为从空闲阶段位置移动至喷射阶段位置，所述进给阀构件(26、26’)在空闲阶段在空闲阶段位置阻挡液流通路，在喷射阶段在喷射阶段位置打开液流通路，用于润滑剂流过液流通路。


3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，通过进给阀弹簧(28)将所述进给阀构件(26、26’)朝空闲阶段位置预紧，其中所述进给阀系统(13)还包括电动刚性位移件(31)，用于对抗弹簧(28)的应力将所述进给阀构件(26、26’)从空闲阶段位置移动至喷射阶段位置。


4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述位移件(31)是推动件，用于对抗来自所述进给阀弹簧(28)的应力将所述进给阀构件(26)从其空闲阶段位置推至其喷射阶段位置，用于喷射阶段的润滑剂喷射。


5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述位移件(31)并未固定至进给阀构件(26)；其中位移件(31)在空闲状态设置在距离进给阀构件(26)一定距离处，并设置为朝进给阀构件(26)加速，以在撞击到进给阀构件(26)之前获得速度，并通过撞击将进给阀构件(26)从空闲阶段位置位移。


6.根据权利要求4或5所述的发动机，其特征在于，设有另一弹簧(34)，用于在润滑剂喷射阶段后将位移件(31)收缩回空闲状态。


7.根据权利要求3-6任一项所述的发动机，其特征在于，所述进给阀系统(13)包括电磁柱塞(33)和电磁线圈(32)的装置，且其中所述位移件(31)连接至电磁柱塞(33)和电磁线圈(32)的装置，用于在电磁线圈(32)被电激励时被驱动。


8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述位移件(31)是连接至电磁柱塞(33)的推杆或者是电磁柱塞(33)的一部分，用于在电磁线圈(32)被激励时与电磁柱塞(33)一起位移；且其中所述位移件(31)具有第一端，用于与进给阀构件(26)接触，以将进给阀构件(26)位移。


9.根据权利要求2-8任一项所述的发动机，其特征在于，所述进给阀系统(13)包括进给单向阀(25)，其包括进给阀座(27)和进给阀构件(26)，其中在空闲阶段，通过所述进给阀弹簧(28)将所述进给阀构件(26)预紧抵靠在进给阀座(27)上，用于通过进给阀构件(26)阻挡液流通路，且其中所述单向阀(25)设置为用于在润滑剂喷射期间，在喷射阶段，当进给阀构件(26)借助电动的刚性位移件(31)对抗进给阀弹簧(28)的应力从进给阀座(27)位移时，吞吐从润滑剂入口(12)到排出阀系统(15)的润滑剂。


10.根据权利要求2-8任一项所述的发动机，其特征在于，所述进给阀构件(26)是往复件(26’)；其中所述进给阀系统(13)包括固定阀构件(53)，所述阀构件(53)包括圆柱套管(54)，电动圆柱往复件(26’)设置在圆柱套管(54)中，其圆柱轴与所述套管(54)的圆柱轴相同；其中所述往复件(26’)在套管(54)中沿圆柱轴在用于空闲阶段的空闲阶段位置与用于喷射阶段的喷射位置之间往复移动；
其中第一管道(56)设置在所述套管(54)的一侧，第二管道(57)设置在所述套管(54)的另一侧，其中所述第一管道(56)与润滑剂入口(12)连通，所述第二管道(57)与排出阀系统(15)连通；
其中横向管道(58)延伸穿过所述固定阀构件(53)和所述套管(54)，用于将所述第一管道(56)与所述第二管道(57)通过所述套管(54)连接起来；所述横向管道(58)具有连接所述第一管道(56)和所述套管(54)的第一横向管道部分(58A)以及连接所述套管(54)和所述第二管道(57)的第二横向管道部分(58B)；
其中所述往复件(26’)包括横向吞吐部(26A)，用于润滑剂相对圆柱轴横向地流过往复件(26’)或在往复件(26’)周围流动；其中所述往复件(26’)的吞吐部(26A)设置为在空闲阶段位置远离所述横向管道(58)，以关闭横向管道(58)并防止润滑剂从第一横向管道部分(58A)流向第二横向管道部分(58B)；且其中所述往复件(26’)的吞吐部(26A)设置为只有在喷射位置与所述横向管道(58)对齐，用于润滑剂在喷射阶段连续地从润滑剂入口(12)流过第一管道(56)、流过第一横向管道部分(58A)、流过吞吐部(26A)、流过第二横向管道部分(58B)、流过第二管道(57)并流至排出阀系统(15)。


11.根据权利要求10所述的发动机，其特征在于，所述吞吐部(26A)设置为窄部，用于润滑剂在喷射阶段从所述第一横向管道部分(58A)围绕所述套管(54)中的所述往复件(26’)的窄部(26A)流动并流入第二横向管道部分(58B)。


12.根据权利要求10或11所述的发动机，其特征在于，所述套管(54)处的所述第二横向管道部分(58B)具有直径为d的管道入口开口(58C)，其中往复件(26’)具有的第一直径D大于d，用于往复件(26’)被第一横向管道部分(58A)中的润滑剂的压力预紧抵靠在管道入口开口(58C)上。


13.一种润滑大型低速二冲程发动机的方法，所述发动机包括汽缸(1)，汽缸中设有往复活塞和沿汽缸(1)周长分布的多个喷射器(4)，用于在喷射阶段，在周长的不同位置将润滑剂喷射至汽缸(1)中；所述发动机还包括控制器(11)，用于控制所述喷射器(4)中的至少一个的润滑剂喷射的量和时机；
其中每个喷射器(4)包括
-润滑剂入口(12)，用于从润滑剂给料导管(9)接收润滑剂；
-设有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，所述喷嘴(5)延伸进入汽缸(1)，用于在喷射阶段从润滑剂入口(12)向汽缸(1)中喷射润滑剂；
-喷嘴(5)处的排出阀系统(15)，用于打开和关闭喷射循环期间流至喷嘴孔(5’)的润滑剂；所述排出阀系统(15)设置为在喷射阶段，当压力升高至高于排出阀系统(15)的预设阈值时打开，用于润滑剂流至喷嘴孔(5’)，并在喷射阶段后关闭排出阀系统(15)；
-从润滑剂入口(12)至排出阀系统(15)的润滑剂液流通路，用于润滑剂从润滑剂入口(12)流至喷嘴(5)，通过排出阀系统(15)并在喷嘴孔(5’)处流出喷射器(4)；
其特征在于，每个喷射器(4)除了排出阀系统(15)，都包括电动进给阀系统(13)，其中所述进给阀系统电连接至所述控制器(11)，并设置在润滑剂入口(12)和排出阀系统(15)之间的液流通路中，用于通过根据从所述控制器接收的电控信号，打开或关闭从润滑剂入口(12)到排出阀系统(15)的润滑剂液流，调节通过喷嘴孔(5’)分配的润滑剂；其中所述进给阀系统(13)设置在喷嘴(5)上游，并间隔一段距离，并设置在排出阀系统(15)上游，并间隔一段距离；
所述方法包括从控制器(11)向电动进给阀系统(13)发送电控信号，用于开始喷射阶段，其导致润滑剂从润滑剂给料导管(9)流过润滑剂入口(12)，流过进给阀系统(13)并流入将进给阀系统(13)和排出阀系统(15)流体连通的导管(16’)中，通过流入导管(16’)的润滑剂提高导管(16’)中和排出阀系统(15)处的压力，通过压力提高引发排出阀系统(15)打开，用于润滑剂从导管(16’)流至喷嘴孔(5’)，并通过喷嘴孔(5’)将润滑剂喷射进入汽缸(1)；在喷射阶段结束时，改变从控制器(11)至进给阀系统(13)的电控信号，并导致进给阀系统(13)关闭从润滑剂入口(12)去往导管(16’)的润滑剂供应。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述进给阀系统(13)包括可动电动进给阀构件(26、26’)，其设置为从空闲阶段位置移动至喷射阶段位置，所述进给阀构件(26)在空闲阶段在空闲阶段位置阻挡液流通路，在喷射阶段在喷射阶段位置打开液流通路，用于润滑剂流过液流通路；所述方法包括通过进给阀系统接收来自控制器的控制信号，接收到控制信号后，将进给阀构件(26)从空闲阶段位置移动至喷射阶段位置用于喷射阶段，并使得润滑剂在喷射阶段从润滑剂给料导管(9)流过润滑剂入口(12)到达喷嘴(5)，并且在喷射阶段后，收缩位移件(31)以使得进给阀构件返回空闲阶段位置，并关闭喷射阶段从润滑剂入口(12)至导管(16’)的润滑剂供应。


15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过进给阀弹簧(28)将所述进给阀构件(26、26’)预紧在空闲阶段位置上，其中进给阀系统(13)还包括电动刚性位移件(31)，用于对抗弹簧(28)的应力将进给阀构件(26、26’)从空闲阶段位置移动到喷射阶段位置。


16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述位移件(31)是推动件，且所述方法包括在润滑剂喷射期间，通过位移件(31)对抗来自进给阀弹簧(28)的应力，将进给阀构件(26)推离空闲阶段位置。


17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述位移件(31)没有固定至进给阀构件(26)；其中所述位移件(31)在空闲状态设置在距所述进给阀构件(26)一定距离处；且其中所述方法包括借助控制信号，引发位移件(31)朝进给阀构件(26)的加速，在撞击进给阀构件(26)之前获得速度，并通过撞击将进给阀构件(26)从空闲阶段位置位移，保持进给阀构件在预设周期的时间内远离空闲阶段位置，随后撤回推动件(31)的移动并造成进给阀构件(26)回到空闲阶段位置。


18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述进给阀系统(13)包括电磁柱塞(33)和电磁线圈(32)的装置，且其中所述位移件(31)连接至电磁柱塞(33)和电磁线圈(32)的装置，且其中所述方法包括在电磁线圈(32)被激励时，通过所述装置驱动位移件(31)，其中所述位移件(31)为推杆，所述推...

【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