CN102278163A - 具有气缸润滑装置的大型发动机和用于润滑其气缸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有气缸润滑装置的大型发动机和用于润滑其气缸的方法。该发动机包括具有孔径和纵向轴线的至少一个气缸，在气缸中布置有可沿工作表面往复移动的活塞，为进行气缸润滑而设置有润滑装置，该润滑装置包括润滑剂可经由其应用于工作表面的至少两个润滑点及用于将润滑剂从润滑剂供给部输送到润滑点的润滑管路。润滑装置包括泵、分配器、至少两个润滑管路及布置在每个润滑管路中的至少一个相应的阻塞元件。只要阻塞元件保持在打开位置，润滑剂就可通过泵输送到分配器中并被从分配器通过润滑管路输送到润滑点。阻塞元件的位置可由中央单元根据大型发动机的操作状态调节。

Description

具有气缸润滑装置的大型发动机和用于润滑其气缸的方法

技术领域

本发明涉及一种具有气缸润滑装置的大型发动机以及一种用于润滑大型发动机的气缸的气缸壁的工作表面的方法。

背景技术

大型发动机是往复式活塞内燃机，该往复式活塞燃烧机具体用作例如造船业中的低速运行大型柴油发动机。大型发动机常常用作船舶的驱动装置或者也用于静止作业，例如驱动大型发电机以产生电能。在这方面，发动机通常以连续操作模式运行相当长的一段时间，该连续操作模式对操作安全和可用性提出了很高的要求。为此，在特别长的维护间隔中，有限的磨损以及燃料和工作物质的经济处理对于操作机器的操作员是中心标准。除了其他方面以外，这种大缸径低速大型发动机的活塞运行性能对于维护之间的间隔时间的长短、可用性是决定因素，并且通过润滑油消耗，也直接对操作成本并因此对经济效益是决定因素。为此，大型柴油发动机的润滑的复杂问题永远是更重要的。

在大型柴油发动机中，但不仅仅是对于这些柴油发动机，经由布置在往复地移动的活塞中，或布置在气缸壁中的润滑装置进行活塞润滑，通过该润滑装置将润滑油应用于气缸壁的工作表面，以减小活塞和工作表面之间的磨擦，从而减小工作表面和活塞环之间的磨损。例如，对于现代发动机，诸如瓦锡兰

公司的RTA-发动机，工作表面的磨损在1000小时的操作周期内小于0.05mm。为这种发动机输送的润滑油的量大约是1.3g/kWh以下，并且至少为了成本应该更进一步地尽可能减小，并且磨损应该同时被减到最小。

不管是就当前发动机的具体设计而言还是就润滑方法而言，对于润滑工作表面的润滑系统，公知大不相同的方案。例如，已知这样的润滑装置，其中在气缸壁的周向中布置有多个润滑油开口，通过这些润滑油开口将润滑油应用在运行通过润滑油开口的活塞上，其中润滑油通过活塞环沿周向和轴向分布。润滑油不被广泛地应用在气缸壁的工作表面上，而是或多或少地选择性地在活塞的侧表面处应用在活塞环之间。

在这方面也已知不同的方法。例如，WO00/28194提出了一种润滑系统，其中，通过布置在气缸壁中、基本上与气缸壁相切的喷雾嘴以高压将润滑油喷射到存在于燃烧室中的扫气空气中，其中润滑油被雾化成非常小的颗粒。通过此过程，雾化的润滑油被细密地分布在扫气空气中，并且由于支承扫气空气并因此也支承细密分布的润滑油的离心力引起的漩涡，颗粒被猛掷在气缸壁的工作表面上。

多个润滑剂喷嘴优选地以不同方法设置在移动的活塞中，其中，术语“润滑剂喷嘴”可以包括简单的出口孔和/或具有止回阀的单元，使得润滑剂可以被简单地在任意位置应用在工作表面的总高度内。

润滑剂如何被应用于气缸壁的工作面的类型和方式、其计量以及润滑剂被引入大型发动机的气缸的时间点对润滑的质量有至关重要的影响。

每单位时间和每单位表面应用在工作表面之上的润滑剂的量在大型发动机运转期间取决于许多不同参数。例如，使用的燃料的化学成分，特别是其含硫量起着重要作用。除润滑气缸，即减小活塞和气缸工作表面之间，更具体地是活塞环和气缸壁的工作表面之间的摩擦之外，润滑剂还用于中和在燃烧过程期间出现在发动机的燃烧室中的侵蚀性酸，特别是含硫酸。为此，可以根据所用的燃料使用不同类型的润滑剂，其中，润滑剂的中和能力不同，其中润滑剂的所谓的BN值是中和能力的计量标准。例如，与具有较低含硫量的燃料相比，对于具有高含硫量的燃料使用具有较高BN值的润滑剂是有利的，因为具有较高BN值的润滑剂对于酸具有较大的中和作用。

然而，也常常可能发生同一类型的润滑剂必须用于不同质量的燃料。例如，燃烧产物中较高或较低的酸含量可以通过相应地增加或减少在这种情况下使用的润滑剂的量来补偿。

与待应用的润滑剂的量的计量相关联的另一问题在往复活塞式燃烧机的操作状态下润以滑膜的状态，特别是润滑膜的厚度的适时和/或局部偏差为代表。

自然地，所需的润滑剂的量例如也可以取决于不同的操作参数，诸如转数、燃烧温度、发动机的温度、用于冷却发动机的冷却能力、负荷以及许多其他操作参数。例如，可能的是，与相同转数但低负荷相比，对于预定的转数和较高的负荷，必须将不同数量的润滑剂应用于气缸的工作表面。

此外，而且内燃机本身的状态可对润滑剂的量有影响。例如，已知，待使用的润滑剂的量可以根据气缸工作表面、活塞环以及活塞的磨损状态等等而截然不同。例如，在具有新的尚未试运转的气缸工作表面的气缸和/或新的活塞环的试运转阶段期间，也可能期望在一定程度上增大摩擦力的量，使得相反的工作配对件，即，例如活塞环、活塞环槽以及工作表面可以磨合并且因此理想地相互同步。其中，这可以实现的原因是，与已经工作了相当长的工作小时数的气缸相比，在气缸的试运转阶段期间气缸通常使用不同量的润滑剂。为此，润滑剂的量，特别是用于每个气缸的润滑剂的量，在具有多个气缸的机器中常常可分别设定。

气缸工作表面根据执行的工作小时数通常也沿周向和纵向磨损。这例如对于活塞环和活塞自身来说也同样适用。

因此，对于往复活塞式燃烧机，润滑剂的量不但必须根据执行的工作小时数设定，而且润滑剂的量也应该及时计量并且根据要求在气缸壁的工作表面的不同位置处在同一个气缸内局部不同。

为此，早已知在不同区域中在气缸的工作表面中或者运动的活塞中设置优选地可以被单独控制的润滑剂喷嘴，使得润滑剂的量可以及时地并且可以根据需要局部地灵活变化。

已知确定将在特定时间由专门的润滑剂喷嘴引入的润滑剂的量的不同方法。在简单的情况下，润滑剂的量简单地根据往复式燃烧机的操作状态被以受控的方式引入，例如，根据负荷或者转数，可能考虑燃料质量和当前所用的润滑剂，其中也可以基于已经执行的工作小时考虑相反的工作配对件的磨损状态。

例如，本领域技术人员区分出所谓的流体动力润滑领域与较差润滑和混合润滑的状态之间的区别。当已在相反的工作配对件，即，例如，气缸壁的工作表面和活塞的活塞环之间形成这种厚度的润滑膜，使得相反的工作配对件的表面通过该润滑膜而相互分离，从而它们不会接触时，将论及流体动力润滑。不同的边界情况以所谓的混合摩擦或混合润滑的状态为代表。在混合摩擦的情况下，相反的工作配对件之间的润滑膜至少部分地很薄，以致相反的工作配对件直接地相互接触。在该情况下，发生磨伤的危险并且最后形成抱缸。在这两种边界情况之间，所谓的较差润滑是可能的。在较差润滑的状态下，润滑膜刚好厚到致使相反的工作配对件不再互相接触；然而，相反的工作配对件之间的润滑剂的量不足以使流体动力润滑可能发生。之前，尽可能防止混合润滑状态和较差润滑的状态。这意味着，优选地，润滑膜的厚度被选择为使得在相反的工作配对件之间设定流体动力润滑。

流体动力润滑领域中的操作自然地导致相应的润滑剂的高消耗。也就是说，一方面，不但非常不经济，而且也令人惊讶地显示，润滑剂不足和润滑剂过量都可能会导致气缸中相反的工作配对件的损害。

通过在操作状态下借助传感器确定润滑膜的特征尺寸，并且在通过调节单元评价传感器信号之后，优化工作表面上的润滑膜的状态参数，特别是通过相应地计量润滑剂供应而优选地局部优化润滑膜的厚度，所述问题首次被满意地解决。相应的装置和相关的方法已经由申请人在EP 1505270A1中详细地讨论了。

尽管该创新方法理想地解决了确定必须被输送到气缸工作表面上的特定位置所需的润滑剂量的问题，但是在确定将润滑剂注入到气缸内的理想的时间点方面仍始终存在问题。

在这方面，理想的时间点可以取决于许多参数，具体地取决于内燃机操作的不同操作状态。在这方面起作用的参数中有许多参数与和正确的润滑膜厚度相关并且已经在上面提及的那些参数相同。具体地，正确的时间点自然地主要取决于上述不同的润滑方法。例如，注入润滑剂的时间点自然敏感地取决于润滑剂例如是否应被注入扫气空气中或者例如是否应直接被注入到运转通过的活塞上，例如活塞的活塞环组件(piston ring package)上。

显然清楚，其中，润滑油注入的时间点也取决于大型发动机的静态和动态几何参数，具体地取决于在下死点区和上死点区之间活塞相对于润滑剂喷嘴的位置。这意味着，为确保将润滑剂理想地注入气缸，必须尽可能准确地知道活塞在注入润滑剂的时间点相对于气缸的纵向轴线的位置，即位置X。

至此，之所以确定在下死点区和上死点区之间每个活塞在气缸中的位置X是因为，根据不同方法，发动机中的每个活塞的大型发动机当前曲柄角是例如通过借助于轴直接联接至润滑剂泵的链条传动由单个中心曲柄角测量法来确定的。

一般而言，大型发动机的当前曲柄角目前仍在操作状态下测量，并且从该中心曲柄角测量法，可以计算出气缸中所有活塞的位置。然后从活塞在气缸中的位置X计算出将润滑剂注入相关气缸的时间点，其中活塞的位置X是从测量的曲柄角计算出的。

然而，迄今为止使用的方法具有决定性的缺点，借助该方法计算出的活塞在气缸中的位置关联有大的误差，这特别是在特定的工作条件下，诸如在全负荷或较高或最大的转数或其他极端的工作条件下实际上是不能容忍的。

然而，在正常工作条件下，这些误差可也能会导致以下结果，润滑剂仅仅是不能在理想的时间点被引入气缸，会导致过早磨损、减小维护间隔，从而增大成本，在最坏的情况下导致气缸部件的相当大的损害。

所述错误的位置确定的原因还在于发动机以及其可动部件和不可动部件的弹性，以及曲柄轴的大规模振动和扭转运动。

具体地，这具有以下后果，即，在大型发动机的某一位置或某一部件处计量的曲柄角不能以明确地与气缸中某一活塞的当前位置正确地相互关联，而是至多以包括不能计算的误差的准确度相关联，并且取决于状态，例如，取决于大型发动机的负荷，或者转数，或者取决于大型发动机的可以容易地折合为多个曲柄角度的其他操作参数。因此，可能在完全错误的时间点注入润滑剂。在最坏的情况下，润滑剂甚至不被用于润滑，如，例如在压缩冲程期间，润滑剂不被注入到活塞壁上，而是注入到活塞下方，从而至少在该活塞冲程期间甚至不会有助于润滑。

使问题变大的是以下事实，即，大型发动机的每个气缸的误差具有不同误差，如上述振动、扭转等，其中大型发动机常常但并不总是具有许多气缸，例如优选地串联布置的超过6、8、10、12、14个气缸，其他振幅，或者其他频谱具有不同的影响，这取决于气缸被定位在曲柄轴的哪一部分上和/或气缸被定位在曲柄轴的哪一位置处。

除此之外，以下事实，即，发动机的微调和/或每个气缸中压缩的微调、活塞的上死点区是例如通过专门的支承盘和/或分离的支架被分别调节的，这意味着，在附接活塞、活塞杆、十字头，或者附接活塞的其他元件的适当位置处为每个气缸分别设置所谓的“压缩垫片”，由此使每个气缸中的压缩最优化。这导致以下事实，即，即使活塞气缸的位置能准确地与在某一位置测量的曲柄角相互关联，气缸的位置仍不能被准确地计算出来，因为每个活塞的位置的计算都必须通过不同的且通常不已知的校正系数执行，这是由通过压缩垫片进行各个活塞的不同调整引起的。

然而，因为这些校正系数不是已知的，所以在计算当前执行的气缸中活塞的位置期间，误差通常会增大。

另外，电子调节的润滑系统不能必然地防止到达工作表面的润滑剂的量太高。其原因在于，在加入预定量的润滑剂时，不能判断大型发动机是否在全负荷条件下操作。

润滑剂的计量通常在如例如EP2177720A1中所示的润滑系统中被预先确定。该润滑系统包括泵喷嘴单元，该泵喷嘴单元为位于气缸的工作表面的每个润滑点提供预定量的润滑剂。泵被设计为往复式活塞泵。存在于泵空间中的润滑剂通过工作活塞的冲程而被输送到一个或至多两个润滑点。工作活塞通过液压介质操作。当通向工作活塞的液压管路通过开关阀而被打开时，开始冲程，使得液压介质被应用于工作活塞。

开关阀根据大型发动机的操作状态，诸如速度、负荷、曲柄轴的定位和/或位置而开关。大型发动机的操作状态通过传感器单元检测，并被转换成注入调节单元的电信号。调节单元监控电信号是否与操作状态对应，该操作状态使润滑剂的供应成为必要并且可能将相应的输出信号传输到开关阀。

仅可以为润滑点或一对润滑点提供由泵空间的尺寸限定的单一且预定量的润滑剂的事实是该布置的不利之处。预定量必须大到足以在大型发动机在全负荷下操作期间也确保足够的润滑。

然而，假如大型发动机在部分负荷下操作，则供应至润滑点的润滑剂的量可能太大以致润滑到达上述的流体动力润滑的领域。

在EP1426571B1中也建议为每个润滑点提供各自的阀，其开启时间被单独控制。为此，使用用于润滑剂的中央蓄压器，从该中央蓄压器，可以为大型发动机的所有气缸的所有润滑点提供润滑剂。通过利用该润滑系统精确地调节开启时间可以设定润滑剂的量，然而，必须监控相当多的操作参数。当必须长时间确保操作安全时，除增大成本之外，这样的调节需求还需要付出相当大的努力。

此外，提供有输送到蓄压器内的泵。假如因为大型发动机例如在部分负荷下操作，而蓄压器中的润滑剂的量不是完全必需的，则连接至蓄压器的阀被打开，使得润滑剂可以被输送到回路中。

因此，输送到润滑点的润滑剂的量仅由定位在蓄压器和润滑点之间的润滑管路中的开关阀的开启时间确定。

在文献EP1582706中，已经建议，通过通向每个气缸所有的喷射器的润滑剂通道从所有气缸共有的润滑剂供应装置中的单个泵传送润滑剂。因此每个润滑部位均具有其自己的喷射器。这些喷射器中的每一个均设置有电磁阀从而为每个喷射部位独立地提供润滑剂。那意味着，根据该过程，可以任意设定润滑剂的量和用于润滑剂输送的时间点。

从EP0368430也已知预见布置在通至每个气缸的润滑剂供应通道中的小的润滑剂存储器或储蓄器。通过单个共用电磁阀控制将润滑剂供应至气缸处的润滑部位。电磁阀布置在储蓄器和润滑剂分配阀之间。润滑剂分配阀可以打开通向具体气缸处的所有润滑部位的所有通道。那意味着，根据该方案，可以控制润滑的时间点和供应至该气缸的润滑剂的量。然而，由于在润滑剂分配阀的下游没有布置关闭元件，不能再影响供应至每个润滑部位的润滑剂的量。因此不能相互独立地实现润滑剂的量的控制和润滑的时间点的控制。

然而，已经表明不利的是，当开关阀(例如EP1582706A2的电磁阀)的开启时间保持相同时，供应至每个气缸的润滑剂的量不能改变。这意味着，润滑剂的量仅可以通过开关阀的开启时间来改变。然而，每单位时间通过开关阀的体积流量被确定成固定。

此外，已经不利地表明，需要监控润滑剂的粘性，因为润滑剂必需行进从中央蓄压器到润滑点的长路径。在其通向润滑点的路上，润滑管路所经受的温度可能会强烈地变化，这对润滑剂粘性产生相当大的影响。具体地，应该避免润滑剂在各个润滑管路中凝固，从而堵塞管路。为解决该问题，必须在特别长或者必须通过低温区的润滑管路中规定粘性和/或温度。

为此，EP1767751A1中开发了另一种润滑系统，其中，每个气缸均与其自己的润滑模块相关联。润滑模块包括进行间歇输送的润滑剂泵，通过该润滑剂泵计量润滑剂并且将润滑剂以类脉冲方式输送到润滑剂喷嘴。该泵形成为具有多个进给活塞的往复式活塞泵。该进给活塞可移动地布置在泵空间中。该泵空间确定通过每次冲程可以被输送到每个润滑点的润滑剂的体积。

每个润滑点均与进给活塞相关联。当泵执行冲程时，存在于泵空间中的一定体积的润滑剂被输送到相应的润滑点。这意味着，某一不变体积的润滑剂通过每个冲程到达润滑点。冲程频率意味着在某一时间间隔内进给冲程的数量，该冲程频率是可以被改变的。泵是用伺服油操作的。进给活塞通过执行冲程的工作活塞移动。工作活塞用伺服油撞击。开关阀控制工作活塞的运动。根据内燃机的操作参数控制开关阀。这意味着每单位时间的冲程数量可以通过控制开关阀的调节单元而改变。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种改进的润滑装置和一种改进的用于润滑大型发动机的气缸的工作表面的方法，通过该润滑装置和方法可以避免上述问题，并且通过该润滑装置和方法的使用可以确定将润滑油引入气缸的理想的时间点。

实现该目的的关于设备方面和关于工艺过程方面的主题以相应的第一方面和第二方面的特征为特征。

相应的其他方面涉及本发明的特别有利的实施方式。

根据本发明的第一方面，一种大型发动机包括至少第一气缸和第二气缸，每个气缸均具有孔(B)和纵向轴线(A)，并且在所述气缸中布置有可沿工作表面往复地移动的活塞。为进行气缸润滑而设置有润滑装置，该润滑装置包括至少两个润滑点，经由该润滑点，可将润滑剂应用于所述工作表面，并且所述润滑装置还包括用于将润滑剂从润滑剂供给部输送到所述润滑点的润滑管路。所述润滑装置包括：用于每个所述气缸的泵、分配器、至少两个润滑管路以及布置在每个所述润滑管路中的至少一个相应的阻塞元件。只要所述阻塞元件被保持在打开位置，所述润滑剂就能够由所述泵输送到所述分配器并且能够从所述分配器通过所述润滑管路输送到所述润滑点。可以根据所述大型发动机的操作状态，通过中央单元来调节所述阻塞元件的位置，使得：可以根据所述大型发动机的操作状态在任意可预定的时间点打开所述阻塞元件，从而能够发生为相应的所述润滑点提供所述润滑剂；所述润滑剂可以应用于相应的所述气缸的所述工作表面。可以独立于所述时间点来调节所述阻塞元件根据所述大型发动机的操作状态保持打开的持续时间，从而可根据所述发动机的所述操作状态任意地设定输送至所述润滑点的所述润滑剂的量。

例如，转数、负荷、气缸温度、燃烧室温度和/或其他当前的操作参数可以被确定为操作参数。

如，具体地，除了其他参数以外，所用的操作材料和它们的性质，例如所用的燃料的性质，特别是所用燃料的含硫量、所用润滑剂的类型和/或所述润滑剂的BN值对于理想的喷射时间和/或理想的喷射润滑剂的持续时间起着重要的作用，这些也可以有利地用于确定设定值，并且如果必要的话或者如果有利，则可以在操作期间由适当的测量装置监控。

自然应该理解，可以有利地使用确定理想的时间点和/或喷射润滑剂的时间间隔的设定值可考虑的以上所列的参数和/或往复式活塞燃烧发动机的操作状态的数据，该数据和参数不是唯一确定的，而是还可以包括用于确定所述设定值的进一步相关的参数和数据。

所述阻塞元件可以至少在所述大型发动机的每隔两次旋转期间被保持打开，使得能够发生将润滑剂供应至所述润滑点。具体地，润滑可以始终在相同的时间或者在相同的活塞位置发生，使得润滑过程可以被非常精确地确定。

从每十分之一秒至少一次到每分钟至少一次的范围内保持所述阻塞元件打开，使得可为所述润滑点提供润滑剂。因此，可以实现所述润滑过程的特别简单的控制。具体地，在应急润滑的情况下，可能必须确保向所述润滑点周期性地供应润滑剂。每半秒的进给周期是特别有利的。

具体地，可以通过测量所述大型发动机的曲柄角、转数、扭矩和/或所述活塞在所述气缸中的位置来确定所述操作状态。

所述分配器可以被设计为润滑剂的共轨存储器(common rail reservoir)，该共轨存储器被连接至相应的气缸的所有润滑管路。因此可以确保在每个所述润滑管路中存在相同的压力。

所述润滑点可以相对于由所述气缸的所述纵向轴线(A)限定的轴向方向布置在气缸壁的不同位置处。当在沿着气缸周向分布而且处于不同轴向位置的多个点处喷射润滑剂时，所述润滑剂可以在所述工作表面的较大的表面积范围内被均匀地分布。就此而言，所述润滑剂的供应可以同时发生，这意味着，所有的阻塞元件在相同的时间点被打开。然而，也可以在不同的时间点执行润滑剂的喷射。例如这意味着润滑先于所述活塞的运动而发生。

具体地，所述泵可以被构造为具有多个进给活塞的活塞泵。所述进给活塞优选地被凸轮轴驱动。具体地，所述凸轮轴可以由电马达驱动。所述凸轮轴的转数意味着每单位时间的进给冲程的数量，这样的转数可通过所述电马达在预定的转数区域内变化。根据另一变型例，所述进给活塞也可以被连接至工作活塞，其中，所述工作活塞可通过流体压力装置移动，从而可以执行进给冲程。

所述进给活塞将润滑剂输送到所述分配器中。当旋转式活塞泵的所述进给活塞相继地执行它们的进给冲程时，可以减小所述分配器中的压力偏差，尤其是当所述凸轮轴的凸轮以相互具有角位移的方式布置时。

所述流体压力装置可以是从另外的润滑剂供给部提供的润滑剂。具体地，该润滑剂供给部可以在比用于润滑的润滑剂供给部高的压力下被加压。该润滑剂供给部可以在高达50bar的压力下被加压。用于所述润滑装置的所述润滑剂具体地由在高达30bar的压力下加压的润滑剂供给部提供。两个润滑剂供给部的使用，这通常意味着不同压力下的两个润滑剂存储器或润滑剂容器的使用，允许用润滑剂操作所述泵。因此，不需要提供驱动流体和工作流体之间的密封，即，用于润滑的润滑剂。因此，可以忽略在所述泵中设置密封件，这导致了所述泵的更节省成本的生产以及操作和维护期间的简化。

用于所述润滑装置的所述润滑剂供给部的压力优选地小于用于致动所述泵的所述工作活塞的所述润滑剂供给部的压力。

根据本发明的第二方面，本发明还涉及一种用于润滑大型发动机的气缸的工作表面的方法，其中，所述气缸具有孔(B)和纵向轴线(A)，并且在所述气缸中活塞沿所述工作表面往复移动，由此设置有用于进行气缸润滑的润滑装置，所述润滑装置包括设置在气缸壁中的至少两个润滑点，经由该润滑点将润滑剂应用在所述工作表面上，其中，所述润滑剂从润滑剂供给部到达所述润滑点。泵将润滑剂从所述润滑剂供给部输送到分配器内，其中，当所述分配器和相应的所述润滑点之间存在流体输送连接时，所述分配器经由至少两个润滑管路并且经由分别布置在每个该润滑管路中的至少一个阻塞元件将所述润滑剂输送到位于所述气缸壁的所述工作表面处的所述润滑点，使得只要所述阻塞元件处于打开位置，所述润滑剂就被从所述润滑管路输送到所述润滑点，其中，所述阻塞元件的位置是根据所述大型发动机的操作状态来调节的，使得所述阻塞元件根据所述大型发动机的操作状态而在任意时间范围的任意时间点被保持打开，以便发生将润滑剂提供给相应的所述润滑点，其中，大型发动机具有至少第一气缸和第二气缸，并且所述润滑装置包括用于每个所述气缸的至少一个泵。

优选地，所述阻塞元件的设定是根据所述大型发动机的负荷而进行的。因此，所述润滑剂供给部可以更加准确地和需求匹配。

所述阻塞元件的设定是根据所述大型发动机的曲柄角和/或转数和/或扭矩和/或所述活塞在所述气缸中的位置而进行的。

根据特别简单的变型例，当气缸空间中的压力大于润滑剂的进给压力时，中断将所述润滑剂输送到所述气缸壁的所述工作表面。因此可以确保当所述活塞在上死点附近时，没有润滑剂到达所述气缸的燃烧室。因此可以防止润滑剂在燃烧过程期间存在于所述燃烧室中，而如果润滑剂在燃烧过程期间存在于所述燃烧室中，则将可能导致润滑剂的燃烧，进而导致不受欢迎的沉积物和废气。

所述分配器中所述润滑剂的压力例如可以通过压力传感器测量并且可以被传输到中央单元。所述中央单元检查所述压力是否在预定的压力范围内，该预定的压力范围由上阈值和下阈值限定，在超过所述压力范围的所述上阈值时，喷射过程被延长、所述阻塞元件被强制保持打开、安全阀被致动和/或所述泵被关闭，并且在降到压力水平之下时开始报警。降到压力水平之下，特别是长时间地降到压力水平之下，可能表示所述润滑装置泄漏了，必须尽快地检查该泄漏，以防止因缺乏润滑剂而受损害。

附图说明

将在下面参照示意图详细地描述发明。示出有：

图1是具有传统的润滑装置的两冲程大型柴油发动机的气缸；

图2是具有根据本发明的润滑装置的两冲程大型柴油发动机的气缸；

图3是根据第一变型例的依据曲柄角以及润滑剂的压力的燃烧室中的压力分布的曲线图；

图4是根据第二变型例的依据曲柄角以及润滑剂的压力的燃烧室中的压力分布的曲线图；

图5是根据图1的系统的喷射特性；

图6a是根据本发明的喷射特性；以及

图6b是图6a的压力分布。

具体实施方式

图1中以剖面图的形式示意性地示出了具有普通润滑装置的两冲程大型柴油发动机的气缸。两冲程大型柴油发动机的每个气缸均与其自己的润滑模块100相关联。润滑模块包括进行间歇输送的润滑剂泵101，通过该润滑剂泵可以计量润滑剂并且以脉冲方式将其输送到润滑剂喷嘴107、117。泵101被构造为具有多个进给活塞138的往复式活塞泵。进给活塞138以可移动的方式布置在泵空间136中。泵空间136限定通过每次冲程可以被输送到每个润滑点的润滑剂的体积。进给活塞138与每个润滑点相关联。当泵101执行冲程时，存在于相应的泵空间136中的一定体积的润滑剂被输送到相应的润滑点。这意味着对于每次冲程，特定的、不变体积的润滑剂到达润滑点，即，到达每个润滑剂喷嘴107、117。

泵101的泵空间136都具有相同的尺寸，使得相同量的润滑剂可以被输送到每个润滑点。

冲程频率是指在某一时间单位内进给冲程的数量，该冲程频率可以被改变。泵是用伺服油操作的。进给活塞138通过用于执行冲程的工作活塞133而移动。工作活塞133由伺服油撞击。开关阀132控制工作活塞的运动。开关阀132根据燃烧发动机的操作参数而被控制。这意味着每单位时间的冲程数量可以通过控制开关阀132的调节单元150被改变。

因为泵101是用伺服油操作的，所以需要相对于工作活塞空间134的进给活塞侧密封工作活塞空间135的驱动侧。润滑剂被注入工作活塞空间134的进给活塞侧，润滑剂例如由共轨存储器111供给。润滑管路112从共轨存储器111通向工作活塞空间134。对于每个气缸重复该布置，在本情况下，显示了另一个润滑管路162，该润滑管路162通向用于两冲程大型柴油发动机的另一个气缸的未更近距离示出的润滑模块200。

被注入工作活塞空间134的润滑剂经由相应的开口139到达泵空间136。只要工作活塞位于工作活塞空间134中，开口139就连接至工作活塞空间134，这意味着泵的冲程尚未开始。一旦工作活塞被用伺服油撞击，工作活塞空间135就克服返回装置137的阻力而开始移动。每个开口139均由进给活塞138关闭，并且存在于泵空间136中的润滑剂被压缩。当泵空间中润滑剂的压力达到所需的压力时，开启阀163打开并且润滑剂到达通向相应的润滑剂喷嘴107、117的润滑管路108、118。当泵空间都具有相同的容积时，对于每个进给冲程都有相同量的润滑剂到达每个润滑点。

因此该润滑剂的量不能被改变。当两冲程大型柴油发动机例如在部分负荷下被操作时，实际上仅需要所提供的润滑剂量的一小部分。因此通过传统的润滑模块不可能与当前所需的润滑剂的量进行匹配。

为操作根据现有技术的润滑模块，需要两个另外的回路，一个是由共轨存储器111表示的润滑剂回路，而另一个是由伺服油供给容器130、131表示的伺服油回路。

图2中以剖面图的形式示意性地示出了具有根据本发明的润滑装置10的两冲程大型柴油发动机的气缸。图2的两冲程大型柴油发动机包括多个气缸20，其中，为了清楚仅例示了一个气缸20。气缸20包括气缸壁22，该气缸壁以本身已知的方式沿周向限制气缸20的内部空间23。活塞25被设置在气缸20内，该活塞被布置为能相对于气缸20的轴向A沿着气缸壁22的工作表面21往复移动。在图2的具体实例中，工作表面21被设置在表面区域层24上，该表面区域层例如通过热喷涂而被应用在气缸壁22的表面上。在气缸壁22中布置至少一个润滑点7、17，具体地是在气缸壁22中布置润滑剂喷嘴26、46，该润滑剂喷嘴通过泵1以本身已知的方式被供给润滑剂，使得在操作状态下，润滑膜可以被应用在气缸壁22的工作表面21上。

根据本发明，润滑点7、17经由润滑管路8、18连接至泵1。每个润滑管路均包括阻塞元件5、15。润滑管路是分配器3的一部分，该分配器也可以被构造为共轨存储器。泵1将润滑剂从润滑剂供给部30经由分配器3输送到润滑点7、17。

泵1可以具有与图1已经示出的相同类型的结构。然而，与现有技术形成对比，泵是用润滑剂而不是用伺服油操作的。这意味着润滑剂供给部30在大约20bar的压力下提供润滑剂。泵1的工作活塞33是用从润滑剂供给部31输送的润滑剂操作的，润滑剂供给部31的压力比润滑剂供给部30的压力高。通常，润滑剂供给部31中的压力在40和50bar之间，特别是在大约50bar。

被注入工作活塞空间34的润滑剂经由相应的开口39到达进给空间36。只要工作活塞位于工作活塞空间34中，开口39就与工作活塞空间34相连接。这意味着泵1的冲程尚未开始。一旦工作活塞受到工作活塞空间35中的润滑剂的撞击，工作活塞就克服返回装置37的阻力而移动。每个开口39均由进给活塞38关闭，并且存在于进给空间36中的润滑剂被压缩。因为进给空间36与分配器3成流体输送连接的关系，存在于分配器和/或润滑管路8、18中的润滑剂也被压缩。

当完成进给冲程时，润滑剂已达到润滑管路8、18中所需的压力。通过分配器3中的压力传感器，可以监控压力当前是否在确保润滑所需的预定带宽内。该带宽通常在20至50bar的范围中。

因此，润滑剂被提供在润滑管路8、18中，使得它可以在希望的时间点被应用在气缸20的工作表面21上。希望的时间点由中央单元50确定，该中央单元经由信号传输线42、43传输用于打开相应的阻塞元件5、15的信号。因此，润滑的时间点可由中央单元完全自由地确定。

自然地，关闭阻塞元件5、15的时间点也可以由中央单元50任意确定。因此，该具体的润滑周期所需的润滑剂的量可以被精确地设定。

图2中示例性地示出了测量装置40，通过该测量装置可以检测两冲程大型柴油发动机的操作状态的特征值。测量装置40产生标识特征值的电信号并且在信号传输线41中将该信号传输到用于控制润滑系统的中央单元50。信号在中央单元50中被评价。假如该评价确定需要润滑剂，则信号被从中央单元经由信号传输线42、43传输到阻塞元件5、15，使得这些元件被致动，这意味着阻塞元件被打开或关闭以使润滑剂通流。信号也可以被用于控制泵1。此外，这也可以被用于能改变进给流的泵，诸如，例如，用于旋转式泵，诸如离心泵、叶轮泵。例如，驱动泵的马达的转数可以被改变，使得每单位时间由泵输送的体积流量可以被改变。对于旋转式活塞泵也具有该可能性。这种旋转式活塞泵通常包括多个活塞，该多个活塞通过由电马达驱动的凸轮轴移动。通过增加凸轮轴的转数，每单位时间的活塞冲程的数量被增大，因此由泵输送的体积流量被改变。自然地，也可以使用具有单个进给活塞的泵，其中，进给活塞可以液压地或通过凸轮轴移动。在本情况下，开关阀32的开关频率可以被改变。在该情况下，信号被从中央单元50经由信号传输线44传输到开关阀32。开关阀32被具体地形成为电磁阀。开关阀32可以采取两个位置。在第一位置中，工作活塞33和润滑剂供给部30之间的连接被打开，使得润滑剂可以被从工作活塞33所在的进给活塞空间34引导回到润滑剂供给部30内。润滑剂供给部30和进给空间36之间的连接管路被打开，使得润滑剂可以流入进给空间36。

工作活塞33被返回装置(在本情况下是弹簧)37带到其上端位置，并且现在准备执行进给冲程。当开关阀32从中央单元50收到用于执行进给冲程的信号时，现在开关阀开关，使得至润滑剂供给部31的连接被打开。高压润滑剂被从润滑剂供给部31注入工作活塞空间35，并且工作活塞33执行进给冲程，这意味着润滑剂通过进给活塞38从进给空间泵入分配器3。此外，工作活塞不必与进给空间密封地分离。因此，不需要相对于工作活塞空间34的进给活塞侧来密封工作活塞空间35的驱动侧。

阻塞元件5、15中的每个均基于测量装置40的测量值而被打开特定的一段时间，使得润滑剂被应用在工作表面21上。每个阻塞元件5、15保持打开的所述一段时间可被单独地修改，并且取决于由测量装置40检测的测量值。

自然地，可以设置多个测量装置，该测量装置确定大型发动机的不同的特征值。

对泵的进给流的调节完全不必与对闭塞元件的打开时间的调节相关联。

根据本发明的用于操作润滑装置的方法包括下列步骤：根据大型发动机的不同操作参数确定将润滑剂喷射到气缸20的工作表面21上的时间点和/或持续时间的设定值。具体地，根据转数、负荷、气缸温度、曲柄角和/或不同的操作参数，以及/或者根据所用的燃料的成分、所用的润滑剂和/或所用的其他操作材料来设定。借此，当前时间点和/或将润滑剂注入气缸的持续时间可以根据不同的相关的当前操作参数B和/或根据用于大型发动机的特定的全局操作参数B确定，以及/或者根据所用的燃料的成分(尤其是所用的燃料或者所用的润滑剂来确定)，和/或考虑其他相关因素来确定。

在大型发动机的操作状态下，喷射润滑剂的时间点和/或持续时间在就此而言被优化到设定值。

例如，测量值可以通过位置传感器测量，该位置传感器与活塞的位置X和/或位置X的时时分布对应，并且测量出的值可以被输送到中央单元50，该中央单元具体地包括数据处理系统以及调节装置。在这方面，优选地，为确定活塞的位置X而设置有沿轴向A相互间隔开的多个位置传感器。这种位置传感器也可以被用于测量曲柄角。

当位置传感器例如是无源声发射传感器时，则尤其是通过确定由位置传感器检测到的信号的传播时间差和/或考虑相关信号的已知技术(这意味着研究信号的相应的相关函数)，可特别是与时间相关地确定活塞的位置X。

自然应当理解，实际上也可以有利地使用其它类型的位置传感器代替声发射传感器，所述其他类型的位置传感器尤其是压力传感器，通过该压力传感器可以测量气缸20的内部中的气体的压力和/或气体的压力的时间相关性，和/或可以测量以特征性方式与气缸中活塞的位置X相关的压力的特征值。

然而，也可以有利地使用其它类型的传感器，诸如电位置传感器，例如感应式位置传感器。根据所用的传感器类型，活塞还可以包括标记装置，例如磁标记装置，使得活塞的轮廓可以由位置传感器更好地识别。

另外，可以设置另外的测量装置，这里未示出该测量装置，该测量装置测定不同的操作参数B，诸如尤其是大型发动机的转数、负荷或气缸温度，并且可能又将这些操作参数输送到中央单元50。

当弹簧加载的阻塞元件被设置在润滑点时，产生了特别简单的变型例，这仅在气缸内部空间中的压力在某一范围内时允许润滑剂进入气缸内部空间。

也可以设定润滑剂的压力，使得该压力处于燃烧室中的最大压力和燃烧室中的最小压力之间。燃烧室中的压力至少在压缩冲程的最后阶段期间、在点燃燃料空气混和物的时间点以及在膨胀阶段开始时，高于润滑剂的压力，使得没有润滑剂能进入燃烧室。仅当在膨胀阶段期间、供给新鲜空气期间或压缩冲程的第一阶段期间，燃烧室中的压力低于润滑剂的压力时，才可能将润滑剂喷射在气缸的工作表面上。对此可替代地，在压缩冲程期间当活塞已经经过润滑点时，喷射润滑剂是可行的。这意味着，润滑点通向充满扫气空气的气缸空间，该扫气空气处于相应的扫气空气压力下。扫气空气压力在这方面通常典型地略高于环境压力，通常大约为3bar。因此，在润滑点的位置和活塞之间存在一种关联。假如活塞被定位在润滑点上方，即，活塞环组件位于润滑点上方，扫气空气压力基本存在于阻塞元件处，而燃烧室(该燃烧室意味着活塞组件和出口阀之间的气缸空间)中的压力明显地更高。图3和图4示出了曲线图，这些曲线图示出了燃烧室中的取决于曲柄角的压力。在x轴上示出曲柄角，在y轴上示出燃烧室中的压力。润滑剂的压力分布60由图3中的水平连续线表示。在该情况下润滑剂的压力是不变的。

因此，当润滑点在压缩冲程期间位于被活塞环组件覆盖的区域时，这可以具有以下效果，即，当活塞被定位在上死点附近时，因为在气缸空间中扫气空气侧的压力大大低于燃烧侧的压力，所以润滑剂到达气缸空间中。

在图4中，示出了润滑剂的压力分布60随曲柄角变化的情况。这个变化例如可以由于泵的进给量的调节而发生。

通过根据本发明的润滑装置或本发明的方法，不但可以显著增大活塞、活塞环以及气缸工作表面的寿命，而且也同时减少润滑剂消耗量，并且还相当大程度地延长了维护间隔。此外，根据本发明的润滑装置仅需要非常简单的并且因此而不容易产生误差的调节回路，相对于诸如例如在EP1426571B1中示出的系统，该润滑装置显著地减小了故障的可能性。

图5示出了通过具有根据图1的润滑模块101的润滑剂喷嘴的喷射分布。图5所示的曲线图示出了根据时间的压力分布，其中压力分布在y轴上示出，时间在x轴上示出。本测量是在发动机停止时针对每个润滑剂喷嘴具有310mm³喷射体积的RT-flex96C-B型发动机而执行的。

曲线图示出了大的波动，其中压力分布是在泵出口处记录的，泵出口意味着出口阀163的直接下游。

图6a示出了在根据图2的润滑装置10的情况下在润滑点7、17处的喷射分布。图6所示的曲线图示出了根据时间的体积流量，其中体积流量在y轴示出，时间在x轴示出。通过模拟建立的该体积流量的分布认可以下结论，即，小的压力变化是存在的，因为在根据图6b的相关的图中示出了该压力变化，其中图6b是根据图2的分配器3、8、18中的压力分布。因此图6b示出了根据时间在润滑点处的压力分布。

自然地，根据本发明的效果不受限于图中所示的具体实施方式，而是根据本发明的每个润滑系统的结果。

Claims (15)

1.一种大型发动机，该大型发动机包括至少第一气缸和第二气缸(20)，该第一气缸和第二气缸均具有孔径(B)和纵向轴线(A)，并且在所述第一气缸和第二气缸中布置有活塞(25)，该活塞能够沿工作表面(21)往复移动，其中为进行气缸润滑而设置有润滑装置(10)，该润滑装置包括至少两个润滑点(7，17)，经由该至少两个润滑点，润滑剂能够被应用于所述工作表面(21)，并且所述润滑装置还包括用于将所述润滑剂从润滑剂供给部(30)输送到所述润滑点(7，17)的润滑管路，所述大型发动机的特征在于，所述润滑装置(10)包括用于各所述气缸的泵(1)、分配器(3)、至少两个润滑管路(8，18)以及布置在各所述润滑管路(8，18)中的至少一个相应的阻塞元件(5，15)，其中，只要所述阻塞元件(5，15)被保持在打开位置，所述润滑剂就能够由所述泵(1)输送到所述分配器(3)中并且能够从所述分配器(3)通过所述润滑管路输送到所述润滑点(7，17)，其中所述阻塞元件(5，15)的位置能够由中央单元(50)根据所述大型发动机的操作状态来调节，以使得：

所述阻塞元件(5，15)能够根据所述大型发动机的操作状态而在任意可预定的时间点打开，从而能够发生将润滑剂供给到相应的所述润滑点(7，17)；

所述润滑剂能够被应用于相应的所述气缸(20)的所述工作表面(21)；以及

所述阻塞元件(5，15)根据所述大型发动机的操作状态而保持打开的持续时间能够独立于所述时间点调节，从而使输送到所述润滑点(7，17)的润滑剂的量能够根据所述大型发动机的操作状态而被任意地设定。

2.根据权利要求1所述的大型发动机，其中，所述阻塞元件(5，15)在所述大型发动机的每次旋转期间打开一次，至少每隔两次旋转打开一次，使得能够发生将所述润滑剂供给到所述润滑点。

3.根据权利要求1或2所述的大型发动机，其中，所述阻塞元件(5，15)在从每十分之一秒至少一次至每分钟至少一次的范围内保持打开，使得所述润滑点(7、17)能被供给润滑剂。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的大型发动机，其中，所述操作状态是通过测量所述大型发动机的曲柄角、转数、扭矩和所述活塞(25)在所述气缸(20)中的位置中的至少一项来确定的。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的大型发动机，其中，所述分配器(3)被设计为所述润滑剂的共轨存储器，该共轨存储器被连接至相应气缸(20)的所有润滑管路(8，18)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的大型发动机，其中，所述润滑点(7，17)相对于由所述气缸(2)的所述纵向轴线(A)限定的轴向方向布置在气缸壁(22)的不同位置处。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的大型发动机，其中，所述泵(1)是具有多个进给活塞(38)的活塞泵。

8.根据权利要求7所述的大型发动机，其中，所述进给活塞能够通过凸轮轴来驱动。

9.根据权利要求7或8所述的大型发动机，其中，所述进给活塞将所述润滑剂输送到所述分配器(3)中。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的大型发动机，其中，在所述分配器(3)中布置有压力传感器。

11.一种润滑大型发动机的气缸(20)的气缸壁(22)的工作表面(21)的方法，其中，所述气缸(20)具有孔径(B)和纵向轴线(A)，并且在所述气缸(20)中一活塞(25)沿着所述工作表面(21)往复移动，由此设置有用于进行气缸润滑的润滑装置(10)，该润滑装置包括设置在所述气缸壁(22)中的至少两个润滑点(7，17)，经由该至少两个润滑点，润滑剂被应用在所述工作表面(21)上，其中，所述润滑剂从润滑剂供给部(30)到达所述润滑点(7，17)，其中，一泵(1)将所述润滑剂从所述润滑剂供给部(30)输送到分配器(3)，其中，当在所述分配器(3)和相应的所述润滑点(7，17)之间存在流体输送连接时，所述分配器(3)经由至少两个润滑管路(8，18)以及分别在各所述润滑管路(8、18)中布置的至少一个阻塞元件(5，15)而将所述润滑剂输送到位于所述气缸壁(22)的所述工作表面(20)处的所述润滑点(7，17)，使得只要所述阻塞元件(5，15)处于打开位置，所述润滑剂就被从所述润滑管路(8，18)输送到所述润滑点，其中，所述阻塞元件(5，15)的位置是根据所述大型发动机的操作状态来调节的，以使得所述阻塞元件(5，15)根据所述大型发动机的操作状态而在任意时间点以任意时间范围保持打开，从而发生将润滑剂供给到相应的所述润滑点(7，17)，其中，所述大型发动机具有至少第一气缸和第二气缸，并且所述润滑装置(10)包括用于各所述气缸的至少一个泵(1)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述阻塞元件(5，15)的设定是根据所述大型发动机的负荷来进行的。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，对所述阻塞元件(5，15)的设定是根据所述大型发动机的曲柄角、转数、扭矩和所述活塞(25)在所述气缸(20)中的位置中的至少一项来进行的。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，当气缸空间中的压力大于所述润滑剂的进给压力时，中断将所述润滑剂输送到所述气缸壁(22)的所述工作表面(21)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述润滑剂的压力是在所述分配器(3)中测量的并且被传输到中央单元(50)，其中，所述中央单元检查所述压力是否处于由上阈值和下阈值限定的预定的压力范围中，其中，在超过该压力范围的所述上阈值时，进行喷射过程被延长、所述阻塞元件被强制保持打开、安全阀被启动和所述泵(1)被关掉中的至少一项操作，并且在下降到所述压力之下时开始报警。

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