CN101749073A - 气缸润滑系统以及具有气缸润滑装置的往复式活塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气缸润滑系统以及具有气缸润滑装置的往复式活塞内燃机，具体而言，本发明涉及一种用于润滑往复式活塞内燃机，特别是低速运行二冲程大型柴油发动机的气缸的气缸壁的运行表面的气缸润滑系统。活塞布置成在轴向方向上沿下死点位置和上死点位置之间的气缸的运行表面可来回地移动。在这方面，在气缸的入口区处提供驱气槽，以便在运行模式中新鲜空气可经由驱气槽供应至气缸的燃烧室。根据本发明，在气缸壁中的驱气槽和上死点位置之间的区域内提供排出口，以便可将润滑油导出气缸。此外，本发明涉及具有根据本发明的气缸润滑系统的往复式活塞内燃机。

Description

气缸润滑系统以及具有气缸润滑装置的往复式活塞内燃机

技术领域

本发明涉及气缸润滑装置以及往复式活塞内燃机，特别是涉及具有根据各类独立权利要求的前序部分所述的气缸润滑装置的低速运行的大型柴油发动机。

背景技术

大型柴油发动机常用作船的驱动单元，或者也用于定点作业(stationary operation)中，例如用于驱动用来产生电能的大型发电机。在这方面，发动机通常以连续运行模式运行相当长的时间周期，这对操作安全和可用性提出了高要求。尤其是对于长维护间隔的运营商而言，低磨损以及燃料和润滑剂的经济处理因而是发动机操作的中心标准。除此以外，这种大缸径低速运行的柴油发动机的活塞运行特性对于维护间隔的长度和可用性而言是决定因素，并因此经由润滑剂消耗而对运行成本而言也是决定因素，进而对成本效益而言也是决定因素。由于此原因，大型柴油发动机的润滑的复杂问题变得越来越重要。

然而，对于大型柴油发动机而言，不仅为了这些原因，通过布置在活塞中的润滑装置而获得了活塞润滑，活塞来回移动，或者将润滑装置布置在气缸壁中，且润滑油通过所述气缸壁被供给气缸壁的运行表面，以减少活塞和运行表面之间的摩擦，并从而使运行表面和活塞环的磨损最小化。因此，对于现代发动机，例如的RTA发动机，对于1000小时的运行周期，目前运行表面的磨损为小于0.05mm。这种发动机的润滑油流率为大约1.3g/kwh及更少，并且由于成本理由相当重要的是，在使磨损最小化的同时，应尽可能进一步降低润滑油流率。

对于相对于润滑装置自身的特定实施例以及相对于用于润滑的方法的运行表面的润滑，多种不同的解决方案均已知为润滑系统。因此，已知润滑装置，其中，润滑油通过沿气缸壁的外围方向设置的多个润滑剂开口供应到运行通过的活塞上，润滑剂通过活塞环沿外围方向和轴向方向分配。使用这种方法，润滑剂不会过量地供应在气缸壁的运行表面之上，而是多少选择性地在活塞环之间提供到活塞侧面上。

独立于通过其将润滑油应用到反运行部分上的方法，存在与十字头大型柴油发动机的气缸润滑相关的现在仍未解决的具体问题。

例如，一个问题是：接收室被润滑油大量污染，这种情况基本上总是发生。此问题的原因是：当活塞沿朝向下死点位置的方向通过向接收室变宽的驱气槽(scavenging slot)时，润滑油被吹出活塞环槽和/或吹出活塞环组件(piston ring package)，其中一定数量的润滑油总是被活塞环组件中盛行的正压力以润滑油云的形式存储到接收室中。

如本领域技术人员已知的那样，气压在燃烧室中和在迷宫式密封件中类似的方式通过活塞环组件，并且与位于活塞环组件中的润滑油存储在一起，并且只要活塞环组件密封地接触气缸壁的运行表面，实际上就不会泄漏。当沿朝向下死点位置UT的方向进行减压运动时，活塞通过驱气槽，存储在活塞环组件中的气压可以与存储在活塞环组件中的润滑油一起突然地选出，经由驱气槽以润滑油云的形式进入接收室，由此接收室被润滑油极大地污染。

除接收室的污染外，此过程本身还具有很多其它消极结果。因此，吹入接收室的润滑油自然同样地至少部分地与供给燃烧室的新鲜空气一起在每个吸气循环中供应到燃烧室中，润滑油在燃烧室内被燃烧，并因此对于每个进一步的应用都最终被损失了。

特别是应尽可能地避免润滑油的损失，或者至少使润滑油的损失最小化以节约成本和原料，润滑油是非常昂贵的并对大型柴油发动机的运行成本有相当大的作用。

另一点是在驱气槽附近常导致润滑不佳，即在驱气槽的上方和下方以及在驱气槽本身处润滑不佳。这里，在反向运行的部件之间常常是几乎没有任何润滑剂可用，这尤其是还因为如上文所述润滑油通过驱气槽被吹出了活塞环组件。

发明内容

因而本发明的目的是为往复式活塞内燃机的气缸的运行表面的润滑提供改良的润滑装置，通过此装置避免了前述问题，尤其是大大地减少了润滑油对接收器的污染，并且优选地节约了润滑油及改善了驱气槽附近的润滑。

满足本发明这些目的的主题由独立权利要求1的特征来表征。

从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。

因此，本发明涉及用于润滑往复式活塞内燃机(特别是低速运行的二冲程大型柴油发动机)的气缸的气缸壁的运行表面的气缸润滑装置。活塞布置在气缸内，并可沿下死点位置和上死点位置之间的运行表面在轴向方向上来回地移动。在这方面，在气缸的入口区域处提供驱气槽以便在运行模式中新鲜空气可通过驱气槽供应给气缸的燃烧室。根据本发明，排出口提供在驱气槽和上死点位置之间的区域内的气缸壁中，以便可将润滑油导出气缸。

有可能首次通过根据本发明的排出口来有效地防止接收器和/或接收室被润滑油污染，润滑油之前以相对高的压力以润滑油云的形式通过驱气槽喷出活塞环组件，并进入接收室。

由于通过排出口导出气缸的润滑油优选地在油收集空间中收集，因为在油收集容器中收集的润滑油可被再次使用，所以可额外地节省润滑油。出于此目的，例如可以将润滑油供给净化装置和/或回收装置，其中，通过排出口从气缸中收集的润滑油被再次净化、重新处理并再次供应到润滑油路，其中，其例如重新供应回到用于润滑油的新油箱。

但是，在一个在实践中特别重要的实施例中，收集在油收集空间中的润滑油被带回出油收集空间，直接通过入口到达驱气槽附近的气缸运行表面，使得运行表面首次也可理想地且额外地在驱气槽附近被供应润滑油。

因而，可通过本发明阻止接收器被润滑油污染，改善驱气槽附近的气缸的运行表面的润滑，同时节省润滑油，因为先前损失到接收器的润滑油可用作润滑。

因而在一个优选实施例中，提供了一种用于将润滑油返回到气缸润滑装置的子系统内的返回器件。在这方面，子系统例如可以是气缸或气缸的气缸运行表面或净化装置和/或回收装置，其中，经由排出口导出气缸的润滑油被重新处理并重新供应回到润滑油路。特别地，子系统也有可能是处理容器，经由排出口排入该容器的润滑油被抛弃，因为它不能重新循环进入润滑油路。

如已经提及的，在对实践特别重要的一个实施例中，提供与排出口连通的油收集空间，使得来自气缸的润滑油可供应到油收集空间中并可存储在那中间。

在这方面，尤其优选的是如果前面提及的回油器件是入口，该入口提供在气缸壁中并与油收集空间连通，以便润滑油可流出油收集空间重新供应进入气缸，以用于润滑气缸的运行表面。

特别是出于节省空间的理由，油收集空间可以是气缸的气缸壁的整体部件，以便在气缸套的外部上不必提供占用空间的额外的油收集空间，尤其是，油收集空间自然也能够备选地或者另外地提供在气缸的外部上。

优选地，油收集空间形成为环形空间，其整个或部分地围绕气缸延伸。

在这方面，至少可提供两个油收集空间，收集空间例如可相对于彼此在外围方向上替代和/或相对于轴向方向替代，以便在一方面，来自活塞的活塞环组件的润滑油可通过油收集环更有效地收集，而在另一方面，所收集的润滑油可更好地再循环，并借助入口流过更大的区域到运行表面上。

出于此目的，优选地还可以提供多个入口，且油收集空间也被分成由中间壁彼此分离的多个油槽段(oil space segment)，使得被引导的润滑油可被独立地引导，并可能以不同种类和方式经由排出口通过这些入口进入各自的油槽段，并且也可根据特定油槽段的位置，为气缸运行表面的特定区域单独地且直接地提供来自对应油槽段的润滑油。

为此目的，可优选地在油收集空间处——优选地在各个油槽段处——提供压力阀和/或止回阀，以便通过回油器件可返回到子系统的润滑油的量(特别是可返回到气缸运行表面上的润滑油的量)可设定成可预定范围的值和/或以便通过回油器件再供应到子系统中的润滑油的量相对于外围方向和/或相对于轴向方向是可变的。

特别优选地，排出口和/或返回器件(尤其是入口)被形成为使得润滑油的流率是可设定的，并且尤其是因而使得可能对运行表面进行理想的且既和时间相关又和位置相关的可预设定的润滑。

此外，本发明涉及往复式活塞内燃机，尤其是二冲程大型柴油发动机，其具有如在本文档所描述的根据本发明的气缸润滑装置。

附图说明

下面将结合给出的示意性示图更加详细地描述本发明，其中：

图1是根据本发明的二冲程大型柴油发动机的气缸装置；

图2是具有油收集空间的一个实施例；

图2A是具有出口槽和入口槽的图2的实施例；

图3是根据图2的第二实施例；

图4是根据图2的第三实施例；

图5A-5D是活塞在驱气槽附近的减压运动。

具体实施方式

如本质上已知的，除了根据本发明的排出口外，根据图1的本发明的气缸装置是来自现有技术的用于纵向驱气的二冲程大型柴油发动机的典型的装置。

根据本发明的具有用于润滑气缸壁3的运行表面2的气缸润滑装置1的气缸装置包括气缸4(其也称为气缸套4)，在该气缸中活塞5布置成在下死点位置UT和上死点位置OT之间沿气缸4的运行表面2在轴向方向A上可来回地移动。活塞5包括活塞环组件50，该活塞环组件在这里仅示意性地用两个活塞环51、52来表示，也就是最接近燃烧室8的第一活塞环51(其也称为顶环51)和第二活塞环52(其例如可形成为根据EP1936245A1的油收集环52)。

根据图示说明，燃烧室8被具有喷嘴801和出口阀802(其在图1中是打开的)的汽缸盖800限制在顶部。

活塞经由活塞杆53以本质上已知的方式连接到十字头(在图1中未示出)上，由此活塞在大型柴油发动机的运行模式中的往复运动被传递到发动机的曲轴(同样未示出)。活塞杆53被引导通过接收室15，根据图示，该接收室在底部处邻接气缸套4；活塞杆53还通过密封箱151，密封箱151对下曲轴箱16密封接收室15，以便没有新鲜空气71(以箭头71表示，其中同样未示出的涡轮增压器以例如4bar的压力的高压向接收室15进行供给)可移出接收室15进入曲轴箱16。

在这方面，在操作模式中，只要活塞5的上侧在根据图示的下死点位置UT和驱气槽的上端之间，新鲜空气71就可从涡轮增压器以本质上已知的方式供应到燃烧室8中。

根据本发明，排出口9提供在气缸壁3中的驱气槽7和上死点位置OT之间的区域，以便润滑油10可排出气缸4。在图1的示例中，根据图示，排出口9提供在驱气槽附近的接收室15上方。

图2示出了本发明的一个简单特定实施例，其中，环形油收集空间13提供在气缸4的驱气槽7上方。图3和4显示了根据图2的示例的进一步发展。

用于润滑往复式活塞内燃机(在下列示例中为低速运行的二冲程大型柴油发动机)的气缸4的气缸壁3的运行表面2的气缸润滑装置1包括气缸4，在该气缸4中活塞5布置成沿下死点位置UT和上死点位置OT之间的运行表面2在轴向方向A上可来回地移动。如可以轻易地意识到的，活塞5正好定位于驱气槽7上方，该驱气槽7提供在接收室15(在图2未示出)内的气缸4的入口区6处，使得在运行模式下新鲜空气71可由涡轮增压器(出于清晰性的原因同样没有显示)经由驱气槽7供应至气缸4的燃烧室8。根据本发明，排出口9提供在气缸壁3中的驱气槽7和上死点位置OT之间的区域内，以便润滑油10可排出气缸4。

尽管在图2的截面图示中其不能被认为如此，但在图2的当前示例中，多个排出口9沿外围方向U分布，以便润滑油10可一致地在外围方向U的上方排出气缸4。

当活塞5在向下死点位置UT的方向运动经过多个排出口9时，润滑油10被吹出活塞环槽和/或被吹出活塞环组件50，其中，一定数量的润滑油10通过活塞环组件中盛行的正压力以润滑油云的形式被存储到排出口9中。

如本领域技术人员已知的那样，气压如在迷宫式密封件中一样在燃烧室8中行进通过活塞环组件50，并且与以一定量存在于活塞环组件50中的润滑油10一起被收集在那里，并且只要活塞环组件50密封地接触气缸壁3的运行表面2，就实际上可以不逸出。当活塞5然后沿朝向下死点位置UT的方向在其减压运动中通过排出口9时，存储在活塞环组件中的气压与存储在活塞环组件50中的润滑油一起可突然地以润滑油云的形式逸入排出口9。

在这方面，止回阀17防止润滑油10和/或润滑油云通过出口9逸回到气缸中。因而，止回阀17阻塞流出油收集空间13的流体返回气缸中。

润滑油云10然后以液体润滑油10的形式将其自身沉积在油收集空间13内，并在油收集空间13的底部在重力的影响下形成润滑油10的池和/或湖。以这种方式收集在油收集空间13中的润滑油10然后可再次用来润滑气缸壁3的运行表面2，并且由于此理由可通过入口111重新供应给运行表面2，该运行表面2形成气缸润滑装置1的子系统12。

在这方面，由于随活塞5的每一个膨胀冲程，润滑油云10进入油收集空间13，在油收集空间13的内部形成一定的静液压，通过静液压，收集在油收集空间13中的润滑油10通过入口111再循环到气缸壁3的运行表面2上。在另一方面，因而这样防止了润滑油云10逸入接收室并污染它。在另一方面，气缸4的较下区域内的运行表面2的润滑得到明显地改善，尤其是在驱气槽7附近。

同样在入口111中提供止回阀18，其防止润滑油、润滑油云的一部分或例如来自燃烧室8或来自接收室15的增压气体通过入口111进入油收集空间13。止回阀18因此阻塞流体从气缸4流入油收集空间13。

另外，在油收集空间13处提供压力阀14，其中在油收集空间13中可设定预设的静液压，使得通过返回器件11、111可重新供应的润滑油10的量——即此处为通过入口111可重新供应到子系统12中(即此处为供应到运行表面2上)的润滑油的量——能够设定为可预先设定范围的值。

为了防止润滑油云10在以液体润滑油10的形式沉积在油收集空间13之前又逸出油收集空间13，提供偏转金属片部件131、132作为帮助防止泄露的预防措施。

在这方面，也可能的是将排出口9和/或入口111提供于在气缸壁3中全部或部分地沿外围方向U延伸的出口槽90中和/或入口槽1110中，出口槽90和/或入口槽1110同时能够起储油池的作用，其中，用于润滑运行表面2的润滑油10可存储在其中间，如根据图2A示意性图示的那样。在此方面，出口槽90和/或入口槽1110自然不必如图2A示意性示出的那样以锯齿线的形状延伸。然而，图2A的示例性锯齿形延伸具有如下优点：多个排出口9和/或多个入口111可以变化的高度相对于轴向方向A布置，以便可从活塞环组件50收集更多的润滑油10，或例如，可通过入口111更长时间地应用到经过的活塞5，因为与相对于轴向方向A将所有排出口9和/或所有入口111提供在相同的高度处相比，在图2A的示例中，活塞5在其沿运行表面2的运动中在排出口9和/或入口111之间的有效区域内保持更长一段时间。

在这方面，出口槽90和入口槽1110可由气缸壁3中的一个且同一个槽形成，然而，也可为气缸4的气缸壁3中的出口槽90和/或入口槽1110提供相应的分开的槽。

在这方面，在另一个实施例中油收集空间13也可形成为气缸4的气缸壁3的整体部件。一个此类示例通过参考图2A示意性地图示。在这方面，在图2的特定实施例中，多个排出口9和多个入口111相对于轴向方向A在运行表面2中彼此上下布置。

自然地，根据图2B的变型的特定优势在于，由于油收集空间13是气缸壁3的整体部件，因此油收集空间13无需额外的空间。

在另一个未在图中明显示出的特定实施例中，也可能的是，通过排出口9收集的润滑油10可整个地或部分地供给润滑油处理装置12，因而，该润滑油处理装置12同样形成根据本发明的气缸润滑装置1的子系统12。例如，润滑油处理装置12可以是净化装置12，收集的润滑油10通过该净化装置12可再次净化并且随后可再次提供给润滑油路。

在另一个同样未在图中示出的实施例中，通过排出口9收集的润滑油10根本不再可用，例如因为它被污染得太重或因为未提供返回器件11、111，使得通过排出口9收集的润滑油10在这种情况下被适当地丢弃。

根据图2的本发明的另一个示例性的有利实施例通过参考图3和图4而呈现。

在图3的实施例中，因而另外以弯管133的形状提供了污垢金属片部件133，以便污垢沉积物100被阻止在油收集空间13中，尤其是不能进入止回阀18，并且也不能到运行表面2之上，以便可防止止回阀18的阻塞并使破坏性污垢远离运行表面2。

在图4的示例中，额外地提供具有出口活栓的出口阀134，使得污垢100可不时地去除或也可持续地并自动地从油收集空间13去除。

在这点上应该明确提及的是，独立于在此申请范围中描述或提及的实施例而认识到，在各种情况下根据本发明的气缸润滑装置1具有如下优点：存储在活塞环组件50中的润滑油10不被吹入接收室并且因此不污染接收室。

参考图5A至5D，活塞5的减压运动示出为：从根据图5A的活塞环组件50仍在排出口9之上的位置到根据图5D的活塞5在下死点位置UT附近的驱气槽7之下的位置。

在根据图5A的位置，活塞环组件50仍然完全地在排出口9和/或入口111之上，以便以一定气压存储在活塞环组件50中的润滑油10基本上可以不从活塞环组件50中逸出。在这种位置上，既没有来自气缸4的润滑油10流或润滑油10云通过排出口9进入油收集空间，也没有任何润滑油10的回流通过入口111返回到气缸运行表面2上。

根据图5B，现在活塞环组件50相对于轴向方向A在排出口9和/或入口111的水平处。由于油收集空间13的足够大的容积，大部分的润滑油云10现在在存储在活塞环组件50中的气压影响下流过排出口9进入油收集空间13。仅非常小的一部分润滑油云10损失到下活塞端。

根据图5C，活塞环组件现在已经移到入口111以下的位置，润滑油云10基本上已经全部带入油收集空间13。在图5C中，现在在油收集空间13中的液静压或又简单地在重力的影响下，较早收集的润滑油10通过入口111被带回到运行表面2上，以便从而在驱气槽7的区域中改良运行表面2的润滑。因为入口111的横截面被选择成适当的小，油收集空间13中的压力减少因此仅为非常的缓慢，以致对于足够长的一段时间润滑油通过入口111缓慢地并且持续地供应回到运行表面2上，使得活塞甚至可以受益于在启动压缩冲程时稍后在油收集空间中收集的润滑油。

根据图5D，活塞5现在基本上在驱气槽7之下。由于接收室15(现在与燃烧室8连通)中的较低压力，润滑油10可有助于通过入口111流回到运行表面2上，因而进一步改善活塞5在下死点位置UT区域的润滑。

Claims (15)

1.一种用于润滑往复式活塞内燃机，特别是低速运行二冲程大型柴油发动机的气缸(4)的气缸壁(3)的运行表面(2)的气缸润滑装置，其中，活塞(5)布置成在轴向方向(A)上沿下死点位置(UT)和上死点位置(OT)之间的气缸(4)的运行表面(2)可来回地移动，并且其中，在气缸(4)的入口区(6)处提供驱气槽(7)，以便在运行模式中新鲜空气能够经由所述驱气槽(7)供应至所述气缸(4)的燃烧室(8)，其特征在于，在所述气缸壁(3)中所述驱气槽(7)和所述上死点位置(OT)之间的区域内提供排出口(9)，以便能够将润滑油(10)导出所述气缸(4)。

2.根据权利要求1所述的气缸润滑装置，其特征在于，提供返回器件(11，111)来将所述润滑油(10)返回到所述气缸润滑装置的子系统中。

3.根据权利要求1或2所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述子系统(12)是所述气缸(4)的所述气缸壁(3)的运行表面(2)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述子系统(12)是润滑油再处理装置(12)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，提供与所述排出口(9)连通的油收集空间(13)，以便能够将润滑油(10)导出所述气缸(4)到达所述油收集空间(13)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述返回器件(11)是提供在所述气缸壁(3)中并与所述油收集空间(13)连通的入口(111)，以便所述润滑油(10)能够自所述油收集空间(13)返回进入所述气缸(4)内。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述油收集空间(13)是所述气缸(4)的所述气缸壁(3)的整体部件。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述油收集空间(13)提供在所述气缸(4)的外侧。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述油收集空间(13)形成为环形空间。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，提供至少两个油收集空间(13)，其在外围方向(U)上相互替代和/或相对于所述轴向方向(A)相互替代。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，提供多个入口(111)，和/或所述油收集空间(13)被分成由中间壁彼此分开的多个油槽段。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，在所述油收集空间(13)处提供压力阀(14)和/或止回阀(17，18)，优选地在每个油槽段处提供，以便通过所述返回器件(11，111)能够返回到所述子系统(12)的润滑油(10)的量，尤其是能够返回到所述气缸运行表面(2)上的润滑油(10)的量能够设定为预先可设定范围的值。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，通过所述返回器件(11，111)能够返回到所述子系统(12)中的润滑油(10)的量相对于所述外围方向(U)和/或相对于所述轴向方向(A)是可变的。

14.根据权利要求2至13中任一项所述的气缸润滑装置，其特征在于，所述排出口(9)和/或所述返回器件(11)，尤其是入口(111)，形成为以便所述润滑油的流率是可设置的。

15.一种往复式活塞内燃机，尤其是二冲程大型柴油发动机，具有根据权利要求1至14中任一项所述的气缸润滑装置(1)。

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