CN1195938C - 操作往复式活塞内燃机的方法以及往复式活塞内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作往复式活塞内燃机的方法以及往复式活塞内燃机。在至少带有一个气缸(1)的往复式活塞内燃机中，所述气缸配备有一个包括一根燃料管路(5)的燃料供应装置(3)和一个包括一根润滑剂供应管路(9)和一根润滑剂排出管路(10)的润滑剂供应装置(7)，通过经润滑剂供应装置(7)配备一个配量装置(11)，借助于该配量装置(11)，使供应给各气缸(1)的润滑剂量可以作为供应给各气缸(1)的燃料的含硫量的直接或间接函数，与含硫量的变化同向变化，这样达到了很高的安全性和良好的经济性。

Description

操作往复式活塞内燃机的 方法以及往复式活塞内燃机
技术领域
本发明涉及一种操作一种往复式活塞内燃机的方法，特别是一种大型二冲程柴油发动机的方法，所述内燃机的气缸被供以燃料和润滑剂，本发明还涉及一种往复式活塞内燃机，特别涉及一种大型二冲程形式的柴油发动机，该内燃机至少有一个气缸，该气缸配备有一个包括一条燃料管路的燃料供应装置和一个包括一条供应管路和一条排出管路的润滑剂供应装置。
背景技术
已经发现在燃料含硫量与气缸衬套的磨损之间存在一种固定的相互关系。在某一个临界的含硫量以下，随着含硫量的增加，磨损大约呈线性地、相对较慢地增加。这此临界点之上，就发生了陡峭的增加。在恒定负荷的条件下，随着供应的润滑剂量增加，临界含硫量向高数值的方向移动。
至今，根据在给定的时间段内所容许的平均磨损程度，单位时间内供应的润滑剂量被规定为一个固定变量。然而，只要所采用的是一种含硫量相对较低的燃料，这种习惯做法会导致润滑剂不必要的高耗费。另外，过量的润滑剂会导致所谓的抛光，即润滑剂膜的附着力减小，这会导致腐蚀。因此，现在所采用的习惯做法被证明是不够经济和安全的。
发明内容
从上述的观点出发，本发明的目的是，提供一种开头所述类型的方法和一种往复式活塞内燃机，以确保相当高的经济性和安全性。
通过将各气缸的润滑剂供应量作为供给燃料含硫量的直接或间接函数，使所述润滑剂供应量与所述含硫量的变化同向变化，这样就在一般方法的范围内，实现了所述目的。
为此，在一般往复式活塞内燃机的范围内，将一个配量装置与所述润滑油供应装置连接起来，并且通过该配量装置使供应给每个气缸的润滑剂量作为供给燃料含硫量的函数，与所述含硫量的变化同向变化。
根据本发明的这些方法，产生了一种使润滑剂的供应最优化的有益方式。这样避免了润滑剂过量和润滑剂缺乏。这样，通过采用根据本发明的方法，完全避免了开头所描述的那些缺点，并且确保了高水平的安全性和成本效率。
上述的方法的优选实施例和适当改进都在本发明中得以揭示。在一个简单的实施例中，所用燃料的含硫量可以在加注燃料时事先确定并且被人工地输入配量装置中。同样的方法也可用于从一种燃料变为另一种燃料的情况。然而，根据上述的方法的第一优选实施例，适当的方法是对供给燃料含硫量进行连续测量，而将润滑剂量作为其一个函数而进行变化。这样有利地产生了一个控制装置，该控制装置确保了自动的操作方法，从而对于操作者是十分友好的。与此同时，可以确保对加注燃料的含硫量的偏差加以辨别，从而使润滑剂的供应与之匹配。
另一个优选的实施例包括，对一个参数进行连续监控，而润滑剂量作为该参数的一个函数而进行变化，该参数受供给燃料含硫量的影响，并且该参数可以在使用过的润滑剂中得到确定。这些方法有利地产生了一个闭环调节系统，因而有利地提供了高水平的精确度和安全性。另外，这个变型有利地开辟了对各具体的气缸分别进行润滑剂供应优化的可能性。
作为对上述的方法的更进一步的改进，可以对使用的润滑剂中的Fe-含量进行连续监控，而该铁含量可以用来测定实际的磨损，该实际的磨损作为燃料含硫量的函数，可以与润滑剂供应中的容许磨损相比较，在出现不容许的偏差时就可能触发一个报警器。在这方面，要假设除了供给燃料含硫量之外，还有更多的因素会引起磨损，这些因素是偶然发生的，例如水渗漏、吸入空气被沙粒和/或来自燃料的磨蚀颗粒污染等等。在这种情况下触发报警器，可以有利地在早期辨别出其它引起磨损的原因，从而可以在早期采用纠正措施。因此上述的改进有利地产生了很高水平的安全性能。
配量装置适当地构成了一个自动控制装置或一个自动调节装置，该装置包括一个可编程计算机，该计算机有输入实测数据信号的输入端，并且有向至少一个配置在气缸和/或一个报警装置上游的润滑剂管路中的配量单元输出的输出端。这些方法产生了一种简单和全面的设计和很高的运行可靠性，操作舒适性。
上述方法的其它优选实施例和适当的改进在本发明中得到揭示，并且将在以下借助于附图所作的示范性描述中得到进一步的详细说明。
附图说明
在下述的附图中：
图1是一个说明往复式活内燃机的示意图，该内燃机上带有一个根据本发明优化润滑剂供应的第一装置，
图2显示了气缸衬套磨损与燃料含硫量之间的相互关系，
图3显示了在给定容许磨损程度的条件下，所需润滑剂量作为燃料含硫量的函数的情况，
图4是根据图1装置的变型的示意图，
图5显示了使用过的润滑剂中氢氧化钙含量与燃料含硫量的相互关系，
图6显示了气缸衬套磨损与使用过的润滑剂中剩余氢氧化钙含量的相互关系，和
图7显示了润滑剂供应量变化与使用过的润滑剂中剩余氢氧化钙含量变化的相互关系。
具体实施方式
本发明的主要应用领域是大型发动机，特别是例如用于船的驱动的大型二冲程柴油发动机。这种发动机的结构和操作方法本身就是已知的，因此在本发明中不需要作进一步的说明。
图1到4所示的上述类型的发动机包括一组气缸1，每个所述气缸包括一个喷射装置，该喷射装置由与之相连的喷嘴2表示。与气缸1相连的喷射装置由燃料供应装置3供应燃料。后者包括一根从油箱设备4延伸出的燃料管路5，该管路在发动机一侧分岔为配备给各气缸1的支管5a。该油箱设备4包括一组油箱，在此是包括了两个油箱4a和4b，这些油箱与不同质量的燃料例如重油和轻油连接，并且这些油箱可以借助一个选择装置6依次地与燃料管路5连接。
没有进一步详细表示的气缸1的气缸衬套上被用已知的方式设置了一些润滑孔，借助于润滑剂供应装置7向这些润滑孔中供应合适的、通常为润滑油形式的润滑剂。该润滑剂供应装置7包括一根从一个润滑剂供应容器8供应管路9，该管路在发动机一侧分岔为配备给各气缸1的支管路9a。该润滑剂供应装置7还包括一根排出管路10，该排出管路10在发动机一侧分岔为配备给各气缸1的进口管路10a，该排出管路10用来排出使用过的润滑剂。可以将从气缸1排出并且经排出管路10排出的润滑剂引到一个没有显示的排出容器中，使该润滑剂在此被储存或者再供应给一个没有显示的清洁装置，在该清洁装置中该润滑剂得到清洁，可以被重新使用，因而可以供应到润滑剂供应容器8中。
供应给气缸1的润滑剂作为加到发动机上的制动负荷的函数而被配量。所述负荷越大，所供应的润滑剂就越多。根据本发明，以一个容许磨损速率为条件，与负荷相关的润滑剂供应量作为供应给气缸1的燃料S-含量(含硫量)的直接或间接函数而进行变化。
如图2所示，试验显示了产生的磨损与所用燃料S-含量的严格关系。在此，气缸衬套磨损为每千小时毫米，而燃料S-含量为体积百分数，两条曲线A、B显示了不同的操作状态。曲线A显示的是润滑剂供应量相对较低并且恒定的操作情况。曲线B显示的是润滑剂供应量较大并且恒定的操作情况。在低S-含量的范围内，曲线A、B非常平，几乎是线性上升，而在S-含量较高的范围内，上升更加陡峭。在从第一范围到第二范围的过渡处，实际产生了一个临界含硫量SK。曲线B中的SKB值比曲线A中的SKA值更靠右。这样，随着润滑剂的增加，临界含硫量向高的方向移动。这种认识是将气缸的润滑剂供应量作为含硫量的函数而进行变化的基础。
为了实现这种变型，提供了一个配量装置11。在图1中该装置构成了一个自动控制装置，而在图4中该装置构成了一个自动调节装置，该装置包括一个计算机12，该计算机起一个控制单元或调节器的作用，并且是可以编程的。计算机12有所需实测数据的输入端和产生控制信号的输出端。在通向气缸1的润滑剂供应管路9的支管路9a中设置了配量装置13，这些配量装置13构成了阀门等零件，并且例如可以通过图1中的一条信号线14以及图4中的一组信号线14而被计算机12操纵。
在图1所示的作为控制装置的配量装置11的实施例中，由作用在发动机上的制动负荷规定的润滑剂量，是作为供应气缸1的燃料的S-含量的直接函数而进行变化的。这样，对于给定的容许磨损速率，在权衡了修理费用和供应润滑剂费用之后，就产生了图3所示的、以克每PS-小时为单位的所需润滑剂量与以体积百分数为单位的供应给气缸1的燃料的S-含量之间的关系。图3所示的曲线还表现为，在低S-含量的范围内缓慢地、大约呈线性地上升，在一个给定的S-含量值之后变为陡峭上升。如图1所示，一条这种类型的曲线实际上被编程到计算机12中。
计算机12以适当的方式构成，这样对应于各负荷的润滑剂量被首先计算出来，然后将计算结果作为燃料S-含量的函数而进行变化。计算机12包括一个与负荷信号相连的输入端15。油箱4a、4b中燃料的S-含量已在将该燃料注入时就得到采集，并且储存在计算机12中。为此，计算机12可以带有一个适当的存储器16和一个与一个人工操作输入装置相连的输入端17。根据油箱4a、4b中的哪一个经过选择装置6被连接到燃料管路5上，采用一个或另一个S-含量值作为计算的基础。也可以用人工来输入哪个油箱起作用的信息。然而，为此给选择装置6装上阀门并且提供给计算机12相应的信号，这种做法也是可行的，这种情况由从选择装置6处延伸出的信号线18表示，在这种场合，该信号线连接到计算机12的一个适当的输入端上。
在图1所示的实施例中，S-含量不是由人工输入的，而是被连续采集的。为此，在燃料管路5上、在选择装置6的上游设置了一个传感器19，该传感器19经一条信号线20连接到输入端21上。通过连续采集S-含量，可以有利地对油箱中燃料的含硫量的波动进行采集，从而确保很高的安全性。
在各种情况下，配量单元13都根据图3所示的相互关系而动作。因此产生了一个最优的对气缸1的润滑剂供应量，也即以容许磨损程度为基础，对应于S-含量，供应的润滑剂量总是所需要的量，而不会更多。采用这种方式，可以优化操作成本，该操作成本一方面包括预期的修理费用，另一方面包括润滑剂的费用。供应给气缸1的润滑剂量作为燃料S-含量的函数所进行的变化被适当地限制在一个给定的范围内。适当的方法是，上界值设置在超过正常消耗量50％的点位，所述正常值即当不存在根据本发明的、作为S-含量的函数而进行的变化时，所消耗的润滑剂量。在该界线值之上，从润滑剂的高成本来看，更有利的是接受更迅速的磨损。在各种情况下，下界线值是为了从气缸衬套的工作表面排出杂质和为了使活塞环保持充分的液力润滑条件所需要的润滑剂量。
除了供应气缸1的燃料的S-含量之外，当然还有其它原因引起磨损，如水渗透到气缸1中或吸进空气中被灰尘和/或沙粒和/或来自燃料的磨蚀颗粒污染等等。在这种情况下，为了提供一个迅速的解决方案，在根据图1和图4的两个实施例中都设置有一个控制装置。为此，从气缸1中排出的润滑剂的含铁量(Fe-含量)被监控。为此，在排出管路10中至少提供一个传感器22，该传感器22经一条信号线23连接到计算机的输入端24上。在最简单的情况下，只要将一个位于连接管路10a出口下游的Fe传感器连接到排出管路10上就足够了。
然而，对于每一根从气缸1伸出的连接管路10a，也可以适当地提供一个相应的传感器22，该传感器22连接到计算机12相关的输入端上，如图1附加所示的那样。采用这种方式，各气缸1的磨损可以分别进行采集。从测到的Fe-值，计算机12测定出实际磨损程度，并将其与理想的即容许的磨损程度作比较。一旦实际磨损程度较高，则表示出现了其它原因引起的磨损。为了及时进行纠正，在这种情况下触发一个报警器。为此，提供一个报警器25，该报警器经一条信号线26连接到计算机12的相关输出端。额外短时间地增加润滑剂供应量也是可行的。
与上述根据图1的实施例相反，在图4所示的实施例中，不是直接测量燃料的S-含量，而是测量一个受燃料含硫量影响并且可以在润滑剂中检测的参数。采用这种方式，就形成了一个闭环调节系统。在这种场合，配量装置11相应地构成了一个调节装置。
一个适合的上述类型的参数是中和能力，即中和剂的含量，例如润滑剂中的氢氧化钙含量。在本技术领域，氢氧化钙的体积百分数含量被称为BN(基数)。随着润滑剂流过往复式活塞内燃机，作为供应给气缸1的燃料的含硫量即酸含量的一个函数，润滑剂的BN值，即以氢氧化钙为基的中和能力会下降，这是因为中和剂的消耗量是含酸量的函数。在这种情况下其相关的关系如图5所示。随着供应给气缸1的燃料的含硫量的增加，可以从气缸1排出的润滑剂中测定到的剩余BN值就会减少，即随着燃料含硫量的增加，BN值的减少量也增加。因此，如图6所示，磨损程度与可以从气缸1排出的润滑剂中即使用过的润滑剂中测定的剩余BN值之间存在固定的相互关系。剩余含量越大，即在通过气缸1时BN减小得越小，磨损程度越小。这样，对BN值的减小量来说有与图2所示类似的相互关系。
如上所述，假定BN值的减小量直接依赖于所使用的燃料的S-含量，在给定的、容许磨损程度基础上，润滑剂消耗量有与图3所示相似的关系。BN的减小越大，润滑剂消耗量也越大。由于所采用的润滑剂通常相对较为昂贵，所以通常在预期的修理费用和润滑剂成本之间寻找一个折衷方案。在此，上述的界值设置也为超过正常消耗量50％的量以及为排出杂质和维持充分的液力润滑条件而绝对必需的量。
这些界值在图6中由BN1和BN2表示。仅仅在BN1和BN2之间的范围内，供应给气缸1的润滑剂量才作为所考察的、使用过的润滑剂中剩余BN含量的函数而进行变化。当磨损程度稍为高于BN2时，所需的润滑剂量是如此之大，以致于根据润滑剂的成本，从经济的角度来看这是很不合算的。在BN1之下，润滑剂量是如此之低，以致气缸工作表面上的杂质不能被带走，并且也不再能够维持液力润滑条件。因此，BN值不应该在值BN1以下。
因此，对计算机12的编程是这样进行的，即使给定的值BNS是在BN1和BN2之间的范围内选择的值，该值BNS来自于上述的在修理费用和润滑剂成本之间的折衷方案。由计算机12将该值与在使用过的润滑剂中实际测得的剩余BN含量相比较。如果差是正值，即如果测到的剩余BN值小于所选择的值BNS，则需要增加供应给气缸1的润滑剂量，反之亦然。这种关系由图7表示，并且被编程到计算机12中，如图4所示。
对使用过的润滑剂中剩余BN含量进行连续监控并且通过计算机12与未使用过的润滑剂的BN值进行比较，就得出了润滑剂通过往复式活塞内燃机时BN的减小量。为了确定剩余的BN含量，至少要在排出管路10中提供一个传感器30，该传感器30经一根连接信号线31连接到计算机12的相关输入端32上。
传感器30除了可设置在连接管路10a出口的下游处之外，也可以将对应的传感器30适当地设置在各连接管路10a所在的区段上，以便记录剩余BN含量，该传感器30与计算机12上各个相关的输入端相连，这种连接由图4中在连接管路10a上的传感器30处伸出的点划的信号线来表示。采用这种方式，可以分别测定各气缸1的BN减小值。
未使用过的润滑剂的BN值通常是已知的，并且可以经一个适当的输入端33提供给计算机12。在图4所示的实施例中，未使用过的润滑剂的BN值也被连续测定。为此，在供应管路9的支管路9a的上游设置了一个传感器34。该传感器34经一根连接信号线35连接到计算机12的输入端，在此是连接到已经提及的输入端33上。
为各气缸1单独地进行BN减小量的测定，有利的结果是供应给各气缸1的润滑剂量也可以单独变化。因此，配量单元13都是经连接信号线14单独地连接到计算机12的各相关的输出端，如图4所示。
以上已经说明，BN值和剩余BN值还可以应用于其它中和剂含量和剩余物含量，因此通常可以应用于润滑油的中和能力和剩余物容量。在各种情况下，可以假设，在通过发动机的过程中，中和能力作为S-含量的函数而减小，这样该减小量与S-含量相关。
为了对整体磨损进行控制，在现在这种情况下也可以对使用过的润滑剂中的Fe-含量进行监控，这种监控是由上述的以及图4所示的带有连接信号线23的传感器22、相关的计算机输入端24以及带连接信号线26的报警装置25来进行的。

Claims (20)

1.一种用于操作往复式活塞内燃机的方法，所述发动机的气缸被供以燃料和润滑剂，其特征在于：供应给各气缸的润滑剂量作为供给燃料的含硫量的直接或间接函数，同向地随所述含硫量的变化而变化。
2.根据前述权利要求1的方法，其特征在于：供应给各气缸的润滑剂量作为作用在所述往复式活塞内燃机上的负荷的函数，与所述负荷同向变化，所述与各负荷相关联的润滑剂量作为供给燃料的含硫量的直接或间接函数，同向地随所述含硫量而变化。
3.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于：无论供给燃料的含硫量和负荷为何值，所供应的润滑剂量只减小到一个最小量，所述最小量是为了排出杂质所必需的。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：无论供给燃料的含硫量为何值，所供应的润滑剂量只增加到一个最大量，所述最大量为超过与负荷相关的正常消耗量50％的量。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：连续测量所述供给燃料的含硫量，并且使润滑剂量作为所述含硫量的一个函数而进行变化。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：连续监控一个参数，而所述润滑剂量作为所述参数的函数而进行变化，所述参数受供给燃料的含硫量的影响，并且可以在使用过的润滑剂中检测出来。
7.根据前述权利要求6的方法，其特征在于：连续测定在所述润滑剂通过所述往复式活塞内燃机时形成的其中和能力的减小量，并且使润滑剂量作为其函数进行增加或减小。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于：连续监控使用过的所述润滑剂的含铁量，并且在所述含铁量的基础上测定实际磨损程度，并将所述实际磨损程度与容许的磨损程度进行比较，当出现不允许的偏差时释放一个报警信号。
9.根据前述权利要求8的方法，其特征在于：对于每一个气缸，单独监控已使用过的润滑油的含铁量和/或当润滑剂通过往复式活塞内燃机时其氢氧化钙含量的减小量，并且使供应给各气缸的润滑剂量单独进行变化。
10.根据前述权利要求1的方法，其特征在于：所述往复式活塞内燃机是一种大型二冲程柴油发动机。
11.根据前述权利要求7的方法，其特征在于：所述中和能力的减小量是氢氧化钙含量的减小量。
12.一种用来实现根据前述权利要求之一的方法的往复式活塞内燃机，它带有至少一个气缸(1)，所述气缸配备有一个包括一条燃料管路(5)的燃料供应装置(3)和一个包括一条供应管路(9)和一个排出管路(10)的润滑剂供应装置(7)，其特征在于：一个配量装置(11)连接在所述润滑剂供应装置(7)上，借助于所述配量装置(11)，供应给各气缸(1)的润滑剂量可以作为供给燃料的含硫量的直接或间接函数同向地随所述含硫量的变化而变化。
13.根据权利要求12的往复式活塞内燃机，其特征在于：所述往复式活塞内燃机是一种大型二冲程柴油发动机。
14.根据权利要求12的往复式活塞内燃机，其特征在于：所述配量装置(11)设计成一个自动控制装置或自动调节装置，所述配量装置(11)包括一个可编程计算机(12)，所述计算机(12)具有用于与实测值匹配的信号的输入端和用于至少一个配置在气缸(1)前的润滑剂供应管路(9)中的配量单元(13)和/或一个报警装置(25)的输出端。
15.根据权利要求14的往复式活塞内燃机，其特征在于：所述计算机(12)包括一个输入端(15)，用来输入与作用在所述往复式活塞内燃机上的负荷相应的信号，并且该计算机(12)可以这样编程，使得对应于所述负荷的润滑剂量作为所述供给燃料的含硫量的函数而进行变化。
16.根据权利要求14或15的往复式活塞内燃机，其特征在于：其燃料供应装置(3)包括一组配备有不同燃料的油箱(4a、4b)，借助于一个选择装置(6)，所述油箱可以有选择地与燃料管路(5)连接，所述计算机(12)配备有一个用于储存所有燃料的含硫量值的存储器(16)，所述计算机(12)包括一个用于输入所述选择装置(6)的一个信号的输入端，而且所述计算机(12)被这样编程，使得对应各供给燃料的存储值被用于改变所述润滑剂量。
17.根据权利要求12到15之一的往复式活塞内燃机，其特征在于：在所述燃料管路(5)的区段内设置一个传感器(19)，该传感器(19)采集所述供给燃料的含硫量，并且其输出信号被提供给所述计算机(12)。
18.根据权利要求12到15之一的往复式活塞内燃机，其特征在于：有至少一个传感器(30)设置在润滑剂排出管路(10)中，该传感器(30)确定一个受供给燃料的含硫量影响的参数，并且所述传感器(30)的输出信号被提供给计算机(12)，所述计算机(12)将在往复式活塞内燃机后测到的参数值与在未使用过的润滑剂中的同一种参数值进行比较，并且使供应给气缸(1)的润滑剂量作为所述比较得出的差值的函数而进行变化。
19.根据权利要求12到15之一的往复式活塞内燃机，其特征在于：有至少一个传感器(22)设置在润滑剂排出管路(10)中，该传感器(22)采集润滑剂的含铁量，并且其输出信号被提供给计算机(12)，所述计算机(12)根据使用过的润滑剂的含铁量测定磨损程度，将所述磨损程度与容许的磨损程度进行比较，当出现不允许的偏差时启动一个报警器装置(25)。
20.根据权利要求12到15之一的往复式活塞内燃机，其特征在于：在排出管路(10)的离开各气缸(1)的各连接管路(10a)处各设置一个用于一个受燃料的含硫量影响的参数的传感器(30)和/或设置一个用于含铁量的传感器(22)，并且供应给各气缸(1)的润滑剂量可按单独的计算进行调整。
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