CN1111251C - 大型柴油机汽缸润滑方法及使用这种方法的柴油机 - Google Patents

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Abstract

对于船用柴油机汽缸的润滑，通常的作法是紧邻活塞环通过的时刻，通过逆止阀向汽缸上的一个环形区域定量地注入润滑油。其目的在于沿汽缸的环周均匀程度不等地分布一层润滑油。但可以肯定沿该区域各处的磨损程度有很大的不同。对于本发明，采用了雾化喷嘴的高压喷射，这样，如果形成了与各个喷嘴相对的扩散油雾，则油雾受汽缸中扫气流的影响，而在离心力作用下撞击到缸壁上，由此在活塞环即将经过之前，就在一个环形区域上形成了一层基本连续的油膜。因而就提高了润滑油的利用率—即节约了润滑油，降低了汽缸表面的磨损，并使磨损程度均匀，这还使得机油的定量注入时机不再像在普通润滑系统中那样致关重要了。

Description

大型柴油机汽缸润滑方法及使用这种方法的柴油机
在主要用于大型二冲程柴油机的传统汽缸润滑系统中，采用了一个或多个中央注油器，这些注油器的每一个都向一个或几个汽缸上的润滑点供油，也就是说，在相关的时间段内经各个连接油管按份定量地向多个润滑点压力输送润滑油。这例如可参见文献DK/EP 0678152。其中的相关时间段通常指在活塞向上运动的压缩冲程中，活塞环位置和对应润滑点相对时的那段时间。
但实践证明，由于在油管内的一定量机油会具有可压缩性，因而要建立起精确的“定时”关系是困难的。实际使用中的油管长度常常达到这样的长度：使得在油管一端输入的相对较少的机油只是使油管中的机油压力提高，但该压力根本不足以将相应量的机油从油管的另一端挤到汽缸表面上。所以机油通常并不能是在上述提到的时间段内注入，而是当汽缸内压力已经降到非常低时才能注入，通常是在活塞向上或向下的行经过后才注入的。如果是在活塞向下运动的过程中注入的，则机油在汽缸套上是从润滑点向下分布到汽缸面上，而不是向上扩散到汽缸最需要润滑的高温端。
目前的发展方向是进一步强化发动机，这就导致汽缸套和活塞环上机械负荷和热负荷不断增加，而这一问题通常是通过增大汽缸机油的注入量来解决的。但事实证明，当注入量的增加超过某一特定限度(该限度并不确定)之后，机油被注入到汽缸中的速度会大到机油不再是附着在汽缸表面上，而是在汽缸腔中形成了机油喷射，由此损失掉一些机油。如果像所希望的那样，机油的注入是当活塞环和活塞处于相对位置时进行的，则机油喷射这一问题还不是致关重要的，但如果机油的注入是在上述时间段之外进行的，则所注入机油的一部分将起不到任何作用。
按照通常的方式，机油在汽缸表面上的扩散是通过在汽缸表面上的各个润滑点处设置两条斜槽来实现的，这两条斜槽都从润滑点引出，并向远离汽缸顶部的方向延伸。当活塞环经过这样的斜槽时，横跨活塞环的那个斜槽中的压力会发生下降，这样就能从润滑点中压出机油。但是，这种方法以及其它的方法已被证明是不完善的，这是因为在实际情况中，沿汽缸的周面，各区域的磨损情况肯定会有相当大的差异。
因而，与此相关的是要研究一种能改善机油在汽缸周壁上分布状况的方法。
对于本发明，机油同样也是在某些具体的时间段内按份定量地注入的，但是在本发明中，在活塞向上运动的行经中，机油在活塞经过润滑点之前就已散布在汽缸的表面上了。
单向扫气式二冲程柴油机的扫气口是这样布置的：使得在扫气过程中，混合气在汽缸中向上移动的同时还能发生旋流，并经汽缸上部的排气阀排出汽缸。因而气体在汽缸中从扫气口流向排气阀的过程是按照螺旋线或涡旋线的路径运动的。由于离心力的作用，旋流中的尺寸足够小的油滴会被向外甩向汽缸壁，并最终沉积在壁面上。这样的效果是这样实现的：通过将机油由喷嘴雾化成油滴尺寸适当的“油雾”，并以油雾的形式将机油按份定量地导入到汽缸中。通过调节喷嘴的尺寸、机油射流速度、喷嘴前油压就可以控制油雾中油滴的平均尺寸大小。如果机油的油粒或油滴太小，则油滴就可能在气流中悬浮太久，并最终随扫气气流而排出，而不能撞击到汽缸的壁面上。如果油滴太大，则由于其惯性的作用，油滴会在其最初的路径方向上运动太长的距离，因为油滴会碰到活塞而沉积到活塞顶上，因而也不会到达汽缸壁。
喷嘴相对于汽缸中气流的方向可以这样设置：使单个油滴和汽缸中气流的相互作用能确保油滴冲射到汽缸壁上某一区域内，该区域大体上对应于两个润滑点之间的周向距离。以这样的方式，在活塞环滑过之前，就已经在汽缸表面上散布了一层均匀或不均匀的油膜。此外，喷嘴应能进行调整，以使机油能喷到汽缸壁上高于喷嘴的位置。因而，在机油已被喷入到汽缸内之后，机油不仅能很好地分布在汽缸表面上，而且会被带向靠近汽缸顶部的汽缸壁面，而这一区域是最需要进行润滑的区域。所有这两种情况的结果都是提高了机油的利用率，可以预计在汽缸寿命/机油消耗量方面会有一定的改善。
和上文提到的常规定时系统完全一样，向汽缸表面输送机油必须是按份定量地执行的。供油装置可以是传统的注油器，但也可考虑采用其它具有相应工作特性的供油装置。
为了确保汽缸中的压力不会反向传到机油管中，在润滑油管的端头以普通的方式设置了一个逆止阀，其紧邻汽缸套内侧表面的前方。该逆止阀能允许机油从机油管输向汽缸套，但不会使气流以相反的方向流动。这些逆止阀的通启压力通常为中等水平(几个巴左右)。
在新系统中，油泵和喷嘴之间的润滑油管中必须要建立一定的压力，以确保预期的雾化能达到相当高的程度(在50-100巴的数量级上)。如果雾化程度是通过显著提高传统逆止阀的通启压力来实现的，则就需要采用强度更高、空间更大的弹簧，这又导致在阀和喷嘴之间形成更大的“有害空间”。对于普通系统而言，该有害空间的大小就已经达到与每次喷注机油量的体积相同的程度，或者更大，因而就使喷嘴前方的压力相应地产生了不确定性。为了确保必要的雾化，就必须要在喷注一开始时，就能获得雾化所需的压力。这例如可通过在每根油管通入汽缸的位置处设置一个阀来保证，类似于通常的燃油喷射系统的情况，该阀由注油器和该阀之间油管中的压力来开启，当该压力达到一定数值时阀开启。
由于在活塞通过之前就已经在汽缸壁上喷注了机油，所以喷油的定时并不像其它系统那样是一个致关重要的因素，在其它的系统中，机油必须在活塞环组位于和润滑点相对的、非常短暂的时间段内精确地注入。
图1中表示了该系统一种可能的结构。
在汽缸套5中以适当的间隔设置了多个阀3，特征在于这些阀被设定成当油管2中的压力达到一定值时开启，其中的油管2从机油泵1引向各个阀3。在阀3的末端，在非常靠近汽缸内壁面的位置安装有一个喷嘴4，当油管2中的压力达到一个设定值时，机油经此喷嘴而被雾化。机油是从一个机油泵1输送到各根油管2中的，机油泵1由一组小油泵组成，即为每根油管2都设置了一个小油泵，油泵从供油罐7中抽取机油。机油泵能在设定的时间段内泵送定量的机油，机油泵例如可以是如PCT申请PCT/DK/00378(国际公布号为WO 96/09492)所描述的那种常规的时控汽缸注油器。该系统中阀3的构造是这样：如果发生了机油泄漏，则为泄漏的机油设置了一个回油管6，该回油管引回到供油罐7。图中的J指代喷嘴3喷出油雾的流动，而A表示汽缸壁上该喷流所指向区域的周向幅宽。

Claims (5)

1.一种大型柴油机汽缸润滑方法，在此方法中，润滑油的喷射与活塞向上的运动相对应通过喷油嘴(3)在各个相关的发动机汽缸(5)顶部之下隔开的一个环形区域中进行喷射，其特征在于：润滑油是在活塞的活塞环装置就要向上经过所述环形区域之前以高压经雾化喷嘴(3)喷射的；各个喷嘴(3)所执行的喷射都指向汽缸(5)壁的一个区域，所述区域靠近位于安装了喷嘴的环形区域中的各个喷嘴，这样，在活塞环装置实际经过之前，雾化的油可以在汽缸表面上形成一层大体均匀粘附的环状润滑油膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从各个喷嘴喷出的雾化油都喷向侧边方向，其中汽缸(5)中的旋流扫气在该侧边方向上掠过所说的环形区域。
3.一种带有按照权利要求1所述方法工作的汽缸壁润滑系统的柴油机，包括：用于向设置在一个与汽缸顶部隔开的汽缸壁(5)中的环形区域中的多个润滑油喷嘴(3，4)供给高压润滑油的供油装置(1)，以及用于在汽缸活塞向上冲程的一个阶段中通过所述喷嘴进行润滑油喷射的控制装置，其特征在于：喷嘴(3，4)设计成雾化喷嘴，并且供油装置(1)构造成可以在50-100巴的足够高的压力下供给润滑油，以将润滑油喷射调节成油雾，而且所述控制装置正好在汽缸的活塞环装置经过所述环形区域之前的一个阶段中启动油雾喷射。
4.根据权利要求3所述的柴油机，其特征在于：雾化喷嘴的构造和安装方式使得它们所喷出的油雾都朝向环形区域中紧邻的缸壁区域，所述喷嘴都安装在所述的环形区域中。
5.根据权利要求3所述的柴油机，其特征在于：雾化喷嘴设有一个受压力控制的阀，该阀的开启取决于和该阀相连的供油管中的压力是否升高到足以使喷嘴执行有效的油雾化的程度。
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