CN101321933B - 用于筒状活塞四冲程柴油机的提高的燃料效率 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于减少四冲程筒状活塞柴油机燃料消耗的系统(和对应的方法)，该系统包括：补充系统(102)，该补充系统被连接以从四冲程筒状活塞柴油机(100)接收机油并接收补充油(HFO)，其中补充系统(102)构造成混合机油和补充油，产生引入发动机(100)的混合油(103)。这样，通过补充机油减慢了机油的典型退化过程，以简单的方式减少或减慢或甚至避免了与退化过程相关的不利效果。因而该补充系统提供了初始机油的增强的和持续的性能，使部件磨损和设备寿命周期成本大大减少。而且，因为当机油可用时间长度延长时产生较少的废油形式的废物，所以提供了对环境较友好的系统。因而实现了较大经济节省和环境改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统。此外，本发明涉及一种减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的方法。
背景技术
用在某些类型的船舶上的和/或用在某些固定应用上的柴油机典型地是广为人知的二冲程类型或广为人知的四冲程类型。
用在船舶和/或固定应用上的二冲程十字头式发动机配备有两个分离的润滑油系统。一个润滑系统包括所谓的大型船用十字头柴油机轴承润滑油(system oil)/大型船用十字头柴油机轴承润滑剂(systemlubricant)，其通常用于发动机轴承和例如油冷活塞的润滑和冷却，以及用于各种阀或类似物的致动和/或控制。另一个润滑系统包括通常用于发动机的汽缸、活塞环和活塞裙的润滑的全消耗(all-loss)润滑剂(汽缸油/汽缸润滑剂)。
但是，四冲程筒状活塞柴油机典型地仅使用单个油的类型来润滑和冷却。这种发动机典型地用作在船舶上、固定发电或液体/气体传输应用中的次级/辅助或推进发动机。这种油典型地具有大约30或40的SAE粘度。
筒状活塞发动机的机油持续地受到暴露于燃烧过程的影响，由此筒状活塞发动机的机油的有用特性随着油越来越多地被消耗而随时间退化，直到最终油不得不被补充或完全更换。该退化过程无法通过隔离器或类似物逆转或停止。
除了简单地由使用引起的油退化之外，由发动机和部件磨损引起的污染、颗粒物污染(例如来自燃烧副产品)、氧化、水解等进一步使油的品质随时间退化，这加速了退化过程。退化过程的效果是增大机油的粘度。柴油机的摩擦损失主要是由于粘性特性。机油粘度的增大将会导致操作效率降低、燃料消耗增加、发动机效率降低、部件磨损增加和排放物增加。
如果被油润滑的部件的情况不受到危害，则油的性能水平通常被周期性地测量，并且不能超过某个限制。当机油接近其废弃限制(condemning limit)时，其必须被补充或更换。更换油通常通过排出(de-bunker)油而完成的，这是一个高成本的过程，或将油当作废物储存，用于以后的燃烧，该燃烧导致排放物。
为延长在这种发动机中使用的油的可使用时间，适当的添加剂或添加物(additive packages)被添加到基础油中以获得完全调配油。这种混合通常在专用陆地混合工厂中完成，并且完全调配油必须输送至轮船或者离岸工厂，以在发动机中使用。添加剂或添加物的加入显著地增加了机油的成本。
专利申请WO 02/087726 A1公开了一种辅助过滤系统和过滤方法，其中辅助过滤系统由辅助过滤装置、一体的油输送泵、电子压力传感器和流体导管构成，所述油输送泵通过电动马达控制，该电动马达通过控制单元控制。
机油在例如通过可选的冷却器返回至发动机的油底壳之前，从发动机的油底壳被泵送通过辅助过滤器。一种静电凝聚系统可用于提高过滤介质的性能。
该系统还可包括添加剂补充系统，该添加剂补充系统将添加剂供给至过滤介质以提高油的品质。添加剂补充的替代方法包括将特殊的化学涂层涂至过滤介质或将可更换并且可再生的添加剂释放筒(cartridge)安装到返回管线上。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于减少筒状活塞柴油机燃料消耗的系统和对应的方法，解决上述(和其它)缺点。另一个目的是以划算的并且简化的方式提供上述系统和方法，所述方式几乎不需要修改现有系统。
这些和其它目的通过一种用于减少四冲程筒状活塞柴油机燃料消耗的系统实现，该系统包括补充系统，该补充系统被连接用于从四冲程筒状活塞柴油机接收机油并接收补充油，其中补充系统构造成用于混合机油和补充油，产生引入到发动机中的混合油。
由于机油的退化过程通过补充油而有效地减慢，因此上述退化过程的不利效果以简单的方式被减少、变慢或甚至被避免。因而，补充系统提供了初始机油增强的和持续的性能，结果大大减小部件磨损和设备寿命周期成本。更进一步，由于当机油可用周期的时间延长时会产生较少的废油形式的废物，因此提供了一种对环境较友好的系统。
另外，普通机油由于被补充而不需要包含太多的添加剂，因此可用较便宜的机油(因为它不需要包含添加剂或添加物)而不危及发动机的效率。
因为发动机在较长时间期间内使用具有较低粘度的油，所以其效率也增加了。
因而实现了较大的经济节省和环境改善。
另外，根据本发明的补充系统的增加仅需要现有系统的较小改动。
在一实施例中，补充系统包括混合单元，该混合单元接收补充油和机油，并按照预先确定的比率将其混合，产生混合油。
在一实施例中，补充系统构造成用于将机油和补充油以连续、近似连续或间断的方式(basis)混合。
在一实施例中，补充系统构造成用于将混合油以连续、近似连续或间断的方式引入到发动机。
在一实施例中，用于混合机油和补充油的比率取决于机油的至少一个测定的实际状态，其中响应于机油的至少一个实际状态而自动地调节混合的比率。
在一实施例中，补充油包括一种或多种添加剂或添加物，所述添加剂或添加物包括选自以下组的一种或多种，所述组包括钙清洁剂、碱金属清洁剂、碱土金属清洁剂、防磨损添加剂、分散剂、摩擦改良剂和抗氧化剂。
在一实施例中，发动机用于船舶或固定应用。
在一实施例中，发动机离岸使用、现场使用或在陆上工厂中使用。
在一实施例中，补充油选自重燃料油、船用燃油或残余燃料油。
本发明还涉及一种减少四冲程筒状活塞柴油机燃料消耗的方法，该方法对应于本发明的系统。
更具体地，本发明涉及一种减少四冲程筒状活塞柴油机燃料消耗的方法，所述方法包括以下步骤：
从四冲程筒状活塞柴油机接收机油并在补充系统中接收补充油；和
混合机油和补充油，产生引入到发动机中的混合油。
根据本发明方法的有利实施例在从属权利要求中限定并在下文中详细地描述。所述方法的实施例对应于所述系统的实施例，并由于相同的原因而具有相同的优点。
附图说明
本发明的这些和其它方面参考附图所示实施例阐述并会变得明显，其中：
图1示出一现有技术的四冲程筒状活塞发动机系统的示意性框图；
图2示出根据本发明一实施例的四冲程筒状活塞发动机系统的示意性框图；以及
图3示出根据本发明一实施例的补充系统的优选实施例的示意性框图。
具体实施方式
图1示出一现有技术的四冲程筒状活塞发动机系统的示意性框图。示出的是典型现有技术的四冲程筒状活塞发动机(100)，该四冲程筒状活塞发动机(100)连接到其油系统，该油系统用于在使用期间使油循环通过发动机，从而冷却和润滑发动机(100)及系统的其它部件。
从发动机(100)中抽出(tapped)的油通常通过泵(未示出)或类似物穿过第一过滤器(110)，其中过滤器(110)用于从油除去小颗粒、不溶物和磨损碎片等。此后，油被输送到发动机储油器(101)或类似物。连接至储油器(101)的是分离器或过滤器(111)(上文仅称为分离器)，该分离器或过滤器(111)接收来自储油器(101)的油的一部分并典型地通过旋转除去污垢、来自发动机部件的磨损碎片和水解产生的水等。分离器(111)也可除去有害的化学化合物，例如CaSO4等。产生的有害物质作为废物或淤积物从系统除去。
油取自储油器(101)，并在引入到发动机中用于重新使用之前穿过另一过滤器(112)，使用与第一过滤器(110)相同的或优选不同的技术(例如利用离心机构)除去小颗粒、不溶物、碎片等以及水和其它不同密度比重(SG)的物质。
如前所述，油通过该过程退化，导致发动机效率降低、燃料消耗增加等。当油接近其废弃限制时，油必须被补充或更换并作为废物丢弃或储存，用于以后的排出或燃烧。
图2示出根据本发明一实施例的四冲程筒状活塞发动机系统的示意性框图。所示出的系统包括所连接的四冲程柴油活塞发动机(100)、第一过滤器(110)、储油器(101)、分离器(111)和另一过滤器(112)，这些部件对应于接合图1示出和描述的部件。
还示出根据本发明一实施例的补充系统(102)。补充系统(102)被连接以在机油离开发动机(100)后例如经由三通阀(113)或某种其它流动和/或比率控制装置接收一部分机油。
优选地，补充系统(102)在机油经过分离器(111)后接收机油，因此机油比直接从储油器(101)抽出更清洁。或者，补充系统(102)可直接从储油器(101)接收机油，因此不需要三通阀(113)，或者从发动机系统的另一位置接收机油。
补充系统(102)将从足够的源(如容器、箱或类似物)接收的补充油(120)(例如重燃料油(HFO)、残余燃料油、船用燃油或类似物)与接收的机油混合，从而产生混合油(103)，该混合油(103)由于与新鲜或较新鲜的油混合而有效地被消耗较少。然后除了按图1所述从储油器(101)被正常地引入的机油之外，混合油(103)被引入到发动机中。
混合油(103)能以连续、近似连续或间断的方式供给到发动机(100)。
在一实施例中，补充油(120)(HFO、残留燃料、船用燃油等)也包含一种或多种添加剂或添加物。该添加剂可例如包括钙清洁剂、碱金属清洁剂、碱土金属清洁剂、防磨损添加剂、分散剂、摩擦改良剂、抗氧化剂等，以某种方式改善发动机/系统状态和/或效率。
补充系统(102)可构造成用于以连续、近似连续或间断的方式混合机油和补充油(120)。
由于机油的退化过程通过补充机油而有效地减慢，因此退化过程的上述不利效果被减少或变慢或甚至避免。因而，补充系统提供了初始机油的增强的和持续的性能，使得部件磨损和设备寿命周期成本大大减少。更进一步，因为当机油可用时间长度延长时会产生较少的废油形式的废物，所以提供了一种对环境较友好的系统。
另外，普通机油由于被补充而不需要包含太多的添加剂，因此可用较便宜的机油(因为它不需要包含添加剂或添加物)而不危及发动机的效率。
因为发动机在较长时间期间内使用具有较低粘度的油，所以其效率也增加了。
另外，根据本发明的补充系统的增加仅需要现有系统的较小改动。
根据本发明的发动机(100)可例如用于船舶或岸上和离岸的固定应用。
图3示出根据本发明一实施例的补充系统的优选实施例的示意性框图。示出对应于图2中的发动机系统的发动机系统，增加了补充系统(102)较详细的实施例。该实施例中，补充系统(102)包括混合或混匀单元(114)(上文仅称为混合单元)或类似物，其经由三通阀(113)从分离器(111)(或者直接从储油器(101))接收机油，并接受新鲜(或至少比机油衰退较少(less spent)的油)重燃料油(HFO)、船用燃油、残余燃料油等。混合单元(114)混合HFO和用过的机油，产生衰退较少的混合油(113)，该混合油(113)被引入到发动机(100)中。
混合单元(114)可以是能按要求的比率混合油的任意标准混合单元。
在一优选实施例中，混合的比率取决于油的至少一个测定的实际状态。例如，测定的状态可以是机油的污染水平或废弃水平。在一优选实施例中，响应于机油的至少一个实际状态自动调节混合的比率，所述至少一个实际状态优选地也是自动测定的，并且提供给混合单元(114)。
在混合单元(114)和发动机系统(101/111)的其余部分之间可插入有保持箱(104)或类似物。该保持箱(104)可用作来自分离器(111)的机油的储蓄器。如果混合油(113)引入到发动机中的速率不同于机油穿过分离器(111)的速率，则这是有用的。另外，由于额外的油添加到该系统从而增加油的总体积，因此如果储油箱(101)不具有足够的尺寸，则具有额外的储存容积可能是必要的。
在混合单元(114)之后也可插入有额外的油箱(105)，用于在混合油(113)引入到发动机(100)中之前保持混合油。额外的油箱(105)例如可以是只要操作需要就能排空到发动机中的“非全时(day)”或保持箱，这简化了将混合油(103)引入发动机的过程。也可应用将混合油(113)引入发动机的其它速率。
这样，通过补充机油减慢了其典型退化过程，以非常简单的方法减小、减慢或甚至避免了与退化过程相关的不利效果。因而补充系统提供了初始机油的增强的和持续的性能，使得部件磨损和设备寿命周期成本大大减少。更进一步，因为当机油可用时间长度延长时产生较少的废油形式的废物，所以提供了一种对环境较友好的系统。此外，实现了较大的经济节省和环境改善。
在权利要求书中，放置在圆括号之间的任何附图标记都不应被理解为限制权利要求。词语“包括”不排除除了权利要求中列出的部件或步骤之外的部件或步骤的存在。部件前的词语“一”不排除多个这种部件的存在。
Claims (16)
1.一种用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，所述系统包括：
油补充系统(102)，所述油补充系统(102)被连接以接收来自所述四冲程筒状活塞柴油机的机油和补充油(120)，其中所述油补充系统(102)构造成用于混合机油和补充油(120)，所产生的混合油(103)引入到所述四冲程筒状活塞柴油机(100)中，
其特征在于，所述油补充系统包括混合单元(114)，所述混合单元(114)接收补充油(120)和机油，并根据预先确定的比率混合补充油和机油，产生混合油(103)。
2.如权利要求1所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中所述油补充系统(102)构造成用于以连续或间断的方式混合机油和补充油(120)。
3.如权利要求1所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中所述油补充系统(102)构造成用于将混合油(103)以连续或间断的方式引入到四冲程筒状活塞柴油机(100)。
4.如权利要求1所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中用于混合机油和补充油(120)的比率取决于机油的至少一个测定的实际状态，其中响应于机油的所述至少一个实际状态自动地调节混合的比率。
5.如权利要求1-4中的任意一项所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中补充油(120)包括一种或多种添加剂或添加物，所述添加剂或添加物包括选自以下组的一种或多种，所述组包括钙清洁剂、碱金属清洁剂、碱土金属清洁剂、防磨损添加剂、分散剂、摩擦改良剂和抗氧化剂。
6.如权利要求1所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中所述四冲程筒状活塞柴油机(100)用于船舶或固定应用。
7.如权利要求1所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中所述四冲程筒状活塞柴油机(100)离岸使用、现场使用或在陆上工厂中使用。
8.如权利要求1-4或6-7中的任意一项所述的用于减少四冲程筒状活塞柴油机的燃料消耗的系统，其中补充油(120)选自重燃料油(HFO)、船用燃油或残余燃料油。
9.一种用于减少四冲程筒状活塞柴油机(100)燃料消耗的方法，所述方法包括：
在油补充系统(102)中从四冲程筒状活塞柴油机接收机油，
在所述油补充系统(102)中接收补充油(120)，以及
混合机油和补充油(120)，
将混合油(103)引入到四冲程筒状活塞柴油机(100)中，
其特征在于，所述油补充系统(102)包括混合单元(114)，并按照预先确定的比率混合补充油(120)和机油，产生所述混合油(103)。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述油补充系统(102)以连续或间断的方式混合机油和补充油(120)。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述油补充系统(102)以连续或间断的方式将混合油(103)引入到四冲程筒状活塞柴油机(100)。
12.如权利要求9所述的方法，其中用于混合机油和补充油(120)的比率取决于机油的至少一个测定的实际状态，其中响应于机油的至少一个实际状态自动地调节混合的比率。
13.如权利要求9-12中的任意一项所述的方法，其中所述补充油(120)包括一种或多种添加剂或添加物，所述添加剂或添加物包括选自以下组的一种或多种，所述组包括钙清洁剂、碱金属清洁剂、碱土金属清洁剂、防磨损添加剂、分散剂、摩擦改良剂和抗氧化剂。
14.如权利要求9所述的方法，其中所述四冲程筒状活塞柴油机(100)用于船舶或固定应用。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述四冲程筒状活塞柴油机(100)离岸使用、现场使用或在陆上工厂中使用。
16.如权利要求9-12或14-15中的任意一项所述的方法，其中补充油(120)选自重燃料油(HFO)、船用燃油或残余燃料油。
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