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控制器技术

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。控制器(11)用于控制经由所述喷射器(4)的润滑剂喷射的量和时机。控制器(11)包括定量给料单元(26)，所述定量给料单元(26)包括定量给料腔室(29)，在喷射阶段和随后的累积阶段之间循环操作，在喷射阶段将累积的润滑剂从定量给料腔室(29)分配到喷射器(4)，在累积阶段，润滑剂在定量给料腔室(29)中累积。连接至定量给料腔室(29)的流量计(31)测量在累积阶段流入定量给料腔室(29)的润滑剂的体积，以测量在上一个喷射阶段中润滑剂的喷射体积。

【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以及用于这种发动机和方法的控制器
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用于这种发动机和方法的控制器。
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，因为柴油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。因此在WO2011/150943A1、WO2011/116768A1、以及WO2007057027A1、EP2196639A1、WO2011/110181A1、WO2016015732A1、以及EP2722500A2中公开了润滑系统以及部件的实例。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油再次供应至润滑油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。国际专利申请WO2011/110181公开了在船用发动机的润滑系统中，润滑剂精确定量给料的重要性。对于定量给料的精确定时，公开了一种双阀系统，用于单独控制润滑剂喷射器的打开时间和关闭时间，使得能够将系统调节至短的定量给料周期。然而，精确调节定量给料周期对于精确定量给料的体积是不够的，因为分配的体积不仅由分配时长限定，也取决于润滑剂的压力以及粘度，粘度转而又取决于温度。作为附加的控制措施，WO2011/110181公开了一种流量计，其设置在润滑剂供应源和喷射器喷嘴之间的供给导管中，其测量分配润滑剂通过喷嘴期间，流过供给导管的润滑剂的体积。然而，尽管用于喷射器的SIP润滑系统和先进的定量给料系统通常具有这些明显的优势，但仍存在着不断改进的动力。尤其是，由于对减少油耗的要求越来越严格，因此需要对喷射体积的精确测量进行改进，以超出WO2011/110181中的系统所实现的水平。
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流量控制。特别地，目的在于改进大型低速二冲程发动机中SIP喷射器的润滑。这些目的通过如下所述的大型低速二冲程发动机中的系统以及方法来实现，并通过用于发动机和方法的控制器实现。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。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体积和时机。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多于一个喷嘴孔。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“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。如果频率为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，壳体包括基座，基座设有润滑剂入口端口，还包括流体室，通常是刚性圆柱流体室，其刚性地连接基座和喷嘴。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在汽缸壁的外侧。例如，喷射器包括基座上的法兰，用于安装到外侧汽缸壁上。术语“流量计”用于测量流过流量计液流的质量和/或体积的仪器。术语“流量测量”覆盖了体积和/或质量的测量。为了充分理解本专利技术，要指出的是，当将WO2011/110181的系统用于SIP喷射器中时，发现了到目前为止未意识到的问题。进一步的实验分析表明，仅在几毫秒量级的很短时间内打开的SIP喷射器，在喷射器关闭时将润滑剂通过流量计压回到润滑剂供应源，使得流量计无法精确地测量一个喷射周期中的喷射体积和/或质量，这是因为流量计被串联设置在润滑剂供应源和喷射器喷嘴之间的供应导管中。因此，本专利技术的目的是解决这个问题。与WO2011/110181的专利技术相比，本专利技术的系统和方法在此处说明了一种不同的方法来测量从喷射器喷嘴喷出的润滑剂的体积和/或质量，即不在通过喷射器分配润滑剂期间，而是在分配之后测量体积和/或质量、在喷射阶段之间测量。在实本文档来自技高网...

【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)，设置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；所述控制器(11)通过给料导管(9)连接至喷射器(4)中的至少一个，以供应润滑剂用于喷射入汽缸(1)；其特征在于，所述控制器(11)包括定量给料单元(26)，所述定量给料单元(26)包括定量给料腔室(29)和连接定量给料腔室(29)和给料导管(9)的腔室出口(29A)，其中所述定量给料单元(26)设置为在喷射阶段和随后的累积阶段之间循环操作，其中所述喷射阶段包括将润滑剂从定量给料腔室(29)经由腔室出口(29A)并经由给料导管(9)分配到喷射器(4)中的至少一个，且其中随后的累积阶段包括将润滑剂重新填充至定量给料腔室(29)中；所述控制器(11)还包括流量计(31)，所述流量计(31)连接至定量给料腔室(29)并设置为测量在累积阶段流入定量给料腔室(29)用于重新填充的润滑剂的质量和/或体积，且其中所述流量计(31)设置为提供相应的电子流量指示信号作为上一个喷射阶段所喷射的润滑剂的质量和/或体积的测量值。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 DK PA2017709351.一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)，设置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；所述控制器(11)通过给料导管(9)连接至喷射器(4)中的至少一个，以供应润滑剂用于喷射入汽缸(1)；其特征在于，所述控制器(11)包括定量给料单元(26)，所述定量给料单元(26)包括定量给料腔室(29)和连接定量给料腔室(29)和给料导管(9)的腔室出口(29A)，其中所述定量给料单元(26)设置为在喷射阶段和随后的累积阶段之间循环操作，其中所述喷射阶段包括将润滑剂从定量给料腔室(29)经由腔室出口(29A)并经由给料导管(9)分配到喷射器(4)中的至少一个，且其中随后的累积阶段包括将润滑剂重新填充至定量给料腔室(29)中；所述控制器(11)还包括流量计(31)，所述流量计(31)连接至定量给料腔室(29)并设置为测量在累积阶段流入定量给料腔室(29)用于重新填充的润滑剂的质量和/或体积，且其中所述流量计(31)设置为提供相应的电子流量指示信号作为上一个喷射阶段所喷射的润滑剂的质量和/或体积的测量值。


2.根据权利要求1所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述定量给料腔室(29)连接至润滑剂重填导管(13’)用于在累积阶段使用来自润滑剂重填导管(13’)的润滑剂重新填充定量给料腔室(29)，其中流量计(31)介于重填导管(13)和定量给料腔室(29)之间，用于测量在累积阶段从回流导管(13’)流经流量计(31)并进入定量给料腔室(29)的润滑剂的质量和/或体积。


3.根据权利要求2所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，流量计(31)介于润滑剂重填导管(13’)和给料导管(9)之间，用于润滑剂在累积阶段从重填导管(13’)流经流量计(31)并流经给料导管(9)，并流入定量给料腔室(29)。


4.根据权利要求3所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，在流量计(31)和给料导管(9)之间设置有止回阀(30)，以防润滑剂从给料导管(9)回流到流量计(31)中。


5.根据权利要求3或4所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述腔室出口(29A)具有双向液流，其中在喷射阶段，第一润滑剂流从定量给料腔室(29)流出、经由腔室出口(29A)进入给料导管(9)、并经由给料导管(9)到达喷射器(4)，而在累积阶段，第二润滑剂流从润滑剂重填导管(13’)经由流量计(31)、经过给料导管(9)的一部分、并经过腔室出口(29A)进入定量给料腔室(29)。


6.根据前述任一权利要求所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，定量给料单元(26)包括定量给料入口(26A)和在定量给料入口(26A)与腔室出口(29A)之间的柱塞(27)，柱塞(27)设置为在来自润滑剂流入定量给料入口(26A)的压力作用下向腔室出口(29A)移位，该移位导致定量给料腔室(29)中的容积减小，并相应地将润滑剂从定量给料腔室(29)经由腔室出口(29A)排出进入给料导管(9)。


7.根据权利要求6所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，控制器(11)包括第一阀(20A)，第一阀(20A)具有连接到润滑剂供给导管(12)的输入端口(12A)和连接到定量给料入口(26A)的输出端口(24A)，所述第一阀(20A)设置为在喷射阶段的第一状态和累积阶段的第二状态之间切换，在喷射阶段，当第一阀(20A)处于第一状态时，输入端口(12A)和输出端口(24A)相连接，用于将润滑剂从供给导管(12)经由输入端口(12A)和输出端口(24A)供应至定量给料入口(26A)，以将润滑剂从供给导管(12)供应至定量给料单元(26)，在累积阶段，当第一阀(20A)处于第二状态时，其中输入端口(12A)和输出端口(24A)断开连接，以防止润滑剂从供应导管(12)到达定量给料入口(26A)。


8.根据权利要求7所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述第一阀(20A)还包括回流端口(13A)，回流端口(13A)连接至润滑剂回流导管(13)，其中所述第一阀(20A)设置为在第二状态下将输出端口(24A)与回流端口(13A)连接，以在累积阶段，当柱塞(27)朝定量给料入口(26A)移动时，将润滑剂从定量给料入口(26A)排放到回流导管(13)中。


9.根据权利要求7或8所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述润滑剂重填导管(13’)连接至回流导管(13)，用于在累积阶段从回流导管(13)接收润滑剂以重新填充定量给料腔室(29)，其中回流导管(13)中的润滑剂的压力低于供给导管(12)中的润滑剂压力。


10.根据前述任一权利要求所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述喷射器(4)包括与给料导管(9)连通的喷射器入口端口(4A)和与压力控制导管(10)连通的压力控制端口(4B)；其中所述喷射器(4)包括与喷射器入口端口(4A)连通的给料容积(17)用于从给料导管(9)接收润滑剂；其中所述喷射器包括设有喷嘴孔(5’)的喷嘴(5)，所述喷嘴孔(5’)与给料容积(17)连通，所述喷嘴孔(5’)设置在汽缸(1)中用于将润滑剂从给料容积(17)经由喷嘴孔(5’)喷射入汽缸(1)中；其中所述喷射器(4)包括往复阀体(15)，往复阀体(15)设置有与给料容积(17)连通的第一侧和与压力控制端口(4B)连通的相对侧，用于根据喷射器入口端口(4A)和压力控制端口(4B)之间的压力差来控制阀体(15)的位置；所述阀体(15)设置为通过喷射器入口端口(4A)和压力控制端口(4B)之间的压力变化，在打开和关闭喷嘴孔(5’)之间切换。


11.根据权利要求10所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述控制器(11)包括第二阀(20B)，所述第二阀(20B)具有连接到供给导管(12)的输入端口(21B)和连接到压力控制导管(10)的输出端口(24B)以及连接到回流导管(13)的回流端口(13B)；所述第二阀(20B)设置为在第一状态和第二状态之间切换，其中所述输入端口(21B)和输出端口(24B)在第二阀(20B)的第一状态下相互连接，以将润滑剂从供应导管(12)供应到压力控制端口(4B)，且在第二阀(20B)的第二状态下，输出端口(24B)和回流端口(13B)相互连接，以将润滑剂从压力控制端口(4B)排放到回流导管(13)。


12.根据前述任一权利要求所述的大型低速二冲程发动机，其特征在于，所述给料导管(9)和所述压力控制导管(10)的长度差小于10％。


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)，所述汽缸(1)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)，所述控制器(11)设置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；所述控制器(11)通过给料导管(9)连接至喷射器(4)中的至少一个，以供应润滑剂用于喷射入汽缸(1)；其特征在于，所述控制器(11)包括定量给料单元(26)，所述定量给料单元(26)包括定量给料腔室(29)和连接定量给料腔室(29)和给料导管(9)的腔室出口(29A)；所述控制器(11)还包括连接至定量给料腔室(29)的流量计(31)，所述流量计(31)设置为测量流入定量给料腔室(29)的润滑剂的质量和/或体积；并且其中所述方法包括将所述定量给料单元(26)在喷射阶段和随后的累积阶段之间循环操作；在所述喷射阶段，润滑剂从定量给料腔室(29)经由腔室出口(29A)并经由给料导管(9)分配到喷射器(4)中的至少一个，并从所述喷射器(4)中的至少一个被喷射入汽缸(1)；在随后的累积阶段，将润滑剂重新填充至定量给料腔室(29)中，并通过流量计(31)测量流入定量给料腔室(29)用于重新填充的润滑剂的质量和/或体积；其中所述方法还包括通过所述流量计(31)提供相应的电子流量指示信号作为前述喷射阶段所喷射的润滑剂的质量和/或体积的测量值。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述定量给料腔室(...

【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