PL198331B1 - Sposób smarowania cylindrów w dużych silnikach wysokoprężnych i silnik wysokoprężny z układem smarowania ścian cylindrów - Google Patents

Abstract

1. Sposób smarowania cylindrów w du zych silnikach wysokopr eznych, takich jak silniki okr e- towe, w którym w powi azaniu ze skierowanym ku górze ruchem t loka nast epuje wytrysk oleju smarowego przez dysze wtryskowe w obszarze pier scieni usytuowanym w pewnym odst epie poni zej ka zdego odpowiedniego cylindra silnika, znamienny tym, ze olej smarowy wtryskuje si e pod wysokim ci snieniem przez dysze rozpylaj a- ce (3,4) w chwili bezpo srednio poprzedzaj acej przej scie ku górze wspomnianego obszaru pier- scieni przez zespó l pier scieni t lokowych na t loku, i wtrysk nast epuj acy z poszczególnych dysz (3,4) skierowuje si e ku obszarowi sciany cylindra (5) le zacemu w pobli zu ka zdej dyszy w t e stref e pier scieni, w której s a zamontowane dysze tak, ze przed rzeczywistym przej sciem pier scieni t lokowych rozpylony olej tworzy w przybli zeniu spójn a, pier scieniow a warstw e oleju smarowego na powierzchni cylindra. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób smarowania cylindrów w dużych silnikach wysokoprężnych i silnik wysokopr ężny z ukł adem smarowania ś cian cylindrów.

W tradycyjnych układach smarowania cylindrów, głównie do dużych 2-suwowych silników wysokoprężnych, stosuje się jedną lub więcej smarownicę centralną, każda do smarowania miejsc na jednym lub kilku cylindrach, to jest w ten sposób, że doprowadza pod ciśnieniem porcje oleju poprzez odpowiedni układ rur łączących do różnych miejsc smarowania w odpowiednich przedziałach czasowych. Patrz, na przykład, opis patentowy DK/EP 0678152. Tymi odpowiednimi przedziałami czasu mogą na ogół być chwile kiedy pierścienie tłokowe znajdują się naprzeciwko odpowiednich miejsc smarowania podczas suwu sprężania, kiedy to tłok przemieszcza się w górę.

W znanych ukł adach smarowania cylindrów ś ciś liwość oleju znajdują cego się w przewodach może utrudniać ustalenie prawidłowej synchronizacji czasowej. Długość przewodów instalacji olejowej stosowanej w praktyce jest często tak duża, że wprowadzenie stosunkowo małej ilości oleju na jednym końcu przewodu powoduje wzrost sprężenia oleju w rurze bez równoczesnego podwyższenia ciśnienia w stopniu wystarczającym do wytłoczenia odpowiedniej ilości oleju na drugim końcu na powierzchni cylindra. Olej często nie jest dozowany we wspomnianym powyżej czasie, natomiast w czasach kiedy ciśnienie w cylindrze jest odpowiednio małe, w zasadzie po minięciu tego miejsca przez tłok w ruchu ku górze lub ku dołowi. Jeżeli zjawisko to wystąpi podczas ruchu ku dołowi, olej jest rozprowadzany na powierzchni cylindra od miejsca smarowania i w dół w cylindrze, spływając po powierzchni zamiast w górę ku gorącemu końcowi cylindra, gdzie smarowanie jest najbardziej potrzebne.

Rozwój w kierunku jeszcze większego wykorzystania silników doprowadził do zwiększenia obciążenia mechanicznego i termicznego tulei cylindrowych i pierścieni tłokowych, które tradycyjnie jest kompensowane zwiększeniem dawki oleju do cylindra. Okazało się jednak, że w przypadku nadmiernego zwiększenia dawkowania poza pewną wartość graniczną, która nie jest określona, prędkość dopływu oleju do cylindra jest tak duża, że nie zostaje on na powierzchni cylindra, ale tworzy strumień w komorze cylindra i w ten sposób jest tracony. Jeż eli dawkowanie jest realizowane w miarę potrzeb, z równoczesną obecnością pierścieni tłokowych naprzeciwko tłoka, to nie jest to wielkością krytyczną, ale jeżeli dawkowanie następuje poza tym okresem, jak opisano powyżej, zwiększenie dawki oleju nie prowadzi do uzyskania oczekiwanych korzyści.

W tradycyjnym sposobie, w którym olej jest rozprowadzany na powierzchni cylindra wymaga stosowania dwóch skośnych szczelin na punkt smarowania w powierzchni cylindra, obie wychodzące z punktu smarowania i biegną ce w kierunku od góry cylindra. Kiedy pierś cienie tł okowe przechodzą przez taką szczelinę, następuje w niej spadek ciśnienia na pierścieniu tłokowym, co powoduje wytłoczenie oleju z punktu smarowania. Okazało się jednak w praktyce, że mogą powstać znaczne wahania w wyniku zużycia wzdłuż obwodu cylindra.

Z tego względu stosowne jest poszukanie sposobów poprawy rozprowadzania oleju na obwodzie cylindra.

Sposób smarowania cylindrów w dużych silnikach wysokoprężnych, takich jak silniki okrętowe, w którym w powią zaniu ze skierowanym ku górze ruchem tł oka nastę puje wytrysk oleju smarowego przez dysze wtryskowe w obszarze pierścieni usytuowanym w pewnym odstępie poniżej każdego odpowiedniego cylindra silnika, odznacza się według wynalazku tym, że olej smarowy wtryskuje się pod wysokim ciśnieniem przez dysze rozpylające w chwili bezpośrednio poprzedzającej przejście ku górze wspomnianego obszaru pierścieni przez zespół pierścieni tłokowych na tłoku, i wtrysk następujący z poszczególnych dysz skierowuje się ku obszarowi ściany cylindra leżącemu w pobliżu każdej dyszy w tę strefę pierścieni, w której są zamontowane dysze tak, że przed rzeczywistym przejściem pierścieni tłokowych rozpylony olej tworzy w przybliżeniu spójną, pierścieniową warstwę oleju smarowego na powierzchni cylindra. Rozpylony olej z każdej dyszy wtryskuje się w tym poprzecznym kierunku, w którym wirujące powietrze przepłukujące występujące w cylindrze opływa strefę pierścieni. Olej smarowy dostarcza się pod ciśnieniem dostatecznie wysokim do doprowadzenia wtryskiwanego oleju do postaci mgły olejowej. Korzystnie olej smarowy doprowadza się pod ciśnieniem 500-100 · 10⁵ Pa.

Silnik wysokoprężny z układem smarowania ścian cylindrów, zawierający urządzenie do doprowadzania oleju smarowego pod ciśnieniem do szeregu dysz wtryskowych oleju usytuowanych w ścianie cylindra w obszarze pierścieniowym znajdującym się w pewnym odstępie od góry cylindra,

PL 198 331 B1 oraz zespół sterujący do realizacji wtrysku oleju przez dyszę podczas fazy suwu tłoka cylindra do góry, charakteryzuje się według wynalazku tym, że dysze wtryskowe są ukształtowane jako dysze rozpylające, a urządzenie do doprowadzania oleju jest urządzeniem doprowadzającym olej smarowy pod podwyższonym ciśnieniem do wtryskiwania oleju w postaci mgły olejowej, a zespół sterujący jest dostosowany do uruchamiania wtrysku mgły olejowej podczas fazy bezpośrednio poprzedzającej przejście zespołu pierścieni tłokowych w cylindrze przez obszar pierścieni. Dysze rozpylające są ukształtowane i zamontowane tak, że wylot każdej z nich jest skierowany ku blisko leżącemu obszarowi ściany cylindra w tym obszarze pierścieni, w którym są zamontowane dysze. Korzystnie dysze rozpylające zawierają sterowany za pomocą ciśnienia zawór, którego stopień otwarcia jest zależny od ciśnienia w połączonym z nim przewodzie zasilającym, zwiększając się do poziomu, przy którym jest wystarczający do skutecznego rozpylenia oleju przez dyszę.

W wynalazku olej jest również dawkowany porcjami w pewnych okresach czasu, ale jest rozprowadzany na powierzchni cylindra zanim tłok przejdzie przez punkty smarowania podczas swojego ruchu ku górze.

Okna do przepłukiwania powietrzem w przepłukiwanych wzdłużnie 2-suwowych silnikach wysokoprężnych są rozmieszczone w taki sposób, żeby podczas przepłukiwania mieszanka gazów była wprawiana w ruch wirowy w tym samym czasie kiedy gaz przemieszcza się ku górze cylindra i wypływała zaworem wydechowym w górnej części cylindra. Zatem gaz w cylindrze przemieszcza się wzdłuż linii spiralnej lub wirowej w trakcie ruchu od portów do przepłukiwania powietrzem ku zaworowi wydechowemu. W wyniku działania siły odśrodkowej, dostatecznie mała porcja oleju znajdująca się w wirze jest wytł aczana ku ś ciance cylindra i na koń cu zostaje na niej osadzona. Zjawisko to jest wykorzystywane w ten sposób, że doprowadza się porcje oleju do cylindra w postaci mgły cząstek oleju o odpowiednich wymiarach, rozpylonych z dyszy. Regulują c wymiary dysz, prę dkość wypł ywu oleju i ciśnienie przed dyszą moż na regulować średnią wielkość kropel oleju w mgle olejowej. Jeżeli cząstki oleju lub krople oleju są zbyt małe, to pływają one w strumieniu gazu zbyt długo i w końcu są odprowadzane przez okno do przepłukiwania powietrznego, nie dochodząc do ściany cylindra. Jeżeli krople te są zbyt duże, to ze względu na siły bezwładności przebywają za długo na początkowym etapie drogi i nie dochodzą do ściany cylindra, ponieważ są porywane przez tłok i osadzane na jego górnej powierzchni.

Kierunek dysz względem strumienia w cylindrze można ustalić tak, żeby oddziaływanie pomiędzy poszczególnymi kroplami oleju a strumieniem gazu w cylindrze zapewniało uderzanie kropel o ścianę cylindra na obszarze, który odpowiada wielkości obwodowej odległości pomiędzy dwoma punktami smarowania. W ten sposób olej jest już rozprowadzany bardziej lub mniej równomiernie na powierzchni cylindra przed przejściem pierścieni tłokowych. Ponadto dysza może być regulowana tak, żeby olej uderzał o ścianę cylindra powyżej niej. W wyniku tego, już po wprowadzeniu do cylindra, olej jest nie tylko lepiej rozprowadzony na jego powierzchni, ale również jest doprowadzany na powierzchnię cylindra bliżej jego górnej części, gdzie smarowanie jest najbardziej potrzebne. Skutkiem obu tych warunków jest lepsze wykorzystanie oleju, ze spodziewaną poprawą stosunku żywotności cylindra do zużycia oleju.

Doprowadzanie oleju na powierzchnię cylindra musi być wykonywane odmierzonymi porcjami, tak jak w przypadku wcześniej wspomnianych tradycyjnych układów rozrządu. Urządzeniem doprowadzającym olej może być tradycyjna smarownica, ale można również stosować inne urządzenia doprowadzające o odpowiednich charakterystykach.

W celu zapewnienia eliminacji przenoszenia się ciś nienia w cylindrze wstecz w przewodzie olejowym, na końcu przewodu smarującego, bezpośrednio przed powierzchnią wewnętrzną tulei cylindrowej, umieszcza się zawór zwrotny. Zawór zwrotny umożliwia przepływ oleju z przewodu olejowego na tuleję cylindrową, natomiast uniemożliwia przepływ gazów w kierunku przeciwnym. W takich zaworach zwrotnych ciśnienie w otworze jest umiarkowane (kilka barów).

Ciśnienie, jakie jest w nowym układzie, jest niezbędne w przewodach olejowych pomiędzy pompami a dyszami w celu zapewnienia, że zamierzone rozpylenie jest znacznie wyższe (rzędu

50-100 · 10⁵ Pa). Gdyby miało to być zapewnione poprzez znaczne zwiększenie ciśnienia w otworze w tradycyjnych zaworach zwrotnych, wymagałoby to silniejszych i zajmujących więcej miejsca sprężyn, z czym wiąże się również większy prześwit pomiędzy zaworem a dyszą. W tradycyjnych układach prześwit ten jest już o takiej samej wielkości co, albo większy, od ilości oleju, jaka musi być dozowana na porcję, i dlatego powoduje wzrost odpowiedniej niepewności co do ciśnienia przed dyszą. Dla zapewnienia niezbędnego rozpylenia konieczny jest dostęp do ciśnienia potrzebnego do rozpylenia

PL 198 331 B1 natychmiast po rozpoczęciu dozowania. Można zapewnić to, na przykład, stosując zawór, w którym każdy z przewodów olejowych uchodzi do cylindra i który jest otwierany przez ciśnienie w przewodzie olejowym pomiędzy smarownicą a zaworem kiedy ciśnienie to dochodzi do pewnej wartości, tak jak w przypadku występującym w tradycyjnych układach wtryskiwania oleju napędowego.

Ponieważ olej jest doprowadzany na ścianę cylindra przed przejściem tłoka, więc synchronizacja nie ma tak krytycznego znaczenia jak w układach, w których olej musi być doprowadzany dokładnie podczas bardzo krótkiego przedziału czasowego kiedy pakiet pierścieni tłokowych leży naprzeciwko punktu smarowania.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony na rysunku, który przedstawia konfigurację układu smarowania ścian cylindra.

W tulei cylindra 5 jest rozmieszczonych w odpowiednich odstę pach szereg zaworów 3 cechują cych się tym, że są skonstruowane tak, że otwierają się przy pewnym ciśnieniu w przewodzie olejowym 2 prowadzącym od urządzenia 1 do doprowadzania oleju w postaci pompy olejowej do poszczególnych zaworów 3. Na końcu zaworu 3, bezpośrednio w wewnętrznej powierzchni cylindra, znajduje się dysza 4, przez którą olej jest rozpylany kiedy ciśnienie w przewodzie olejowym 2 dochodzi do pewnej z góry zadanej wartości. Zawór 3 wraz z dyszą 4 stanowią dyszę wtryskową ukształtowaną jako dysze rozpylające. Olej jest doprowadzany do każdego przewodu olejowego 2 z urządzenia 1 do doprowadzania oleju w postaci pompy olejowej złożonej z szeregu małych pompek, po jednej na każdy przewód olejowy 2, pobierających olej ze zbiornika zasilającego 7. Pompy olejowe są zdolne do doprowadzania odmierzonych porcji oleju w zadanych przedziałach czasowych i mogą, na przykład, być tradycyjnie synchronizowaną smarownicą cylindra, jak opisano w zgłoszeniu PCT nr PTC/DK/00378, publikacja międzynarodowa WO 96/09492, według której zawory 3 są skonstruowane w taki sposób, żeby na wypadek pojawienia się przecieków oleju, był w nich przewód powrotny 6 dla wyciekającego oleju prowadzący z powrotem do zbiornika zasilającego 7. J wskazuje strumień mgły olejowej z dyszy 4 z zaworem 3, a A wskazuje rozciągłość obwodową tego obszaru ściany cylindra, na który jest skierowany strumień.

Claims (7)

1. Sposób smarowania cylindrów w dużych silnikach wysokoprężnych, takich jak silniki okrętowe, w którym w powiązaniu ze skierowanym ku górze ruchem tłoka następuje wytrysk oleju smarowego przez dysze wtryskowe w obszarze pierścieni usytuowanym w pewnym odstępie poniżej każdego odpowiedniego cylindra silnika, znamienny tym, że olej smarowy wtryskuje się pod wysokim ciśnieniem przez dysze rozpylające (3, 4) w chwili bezpośrednio poprzedzającej przejście ku górze wspomnianego obszaru pierścieni przez zespół pierścieni tłokowych na tłoku, i wtrysk następujący z poszczególnych dysz (3, 4) skierowuje się ku obszarowi ściany cylindra (5) leżącemu w pobliżu każdej dyszy w tę strefę pierścieni, w której są zamontowane dysze tak, że przed rzeczywistym przejściem pierścieni tłokowych rozpylony olej tworzy w przybliżeniu spójną, pierścieniową warstwę oleju smarowego na powierzchni cylindra.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpylony olej z każdej dyszy wtryskuje się w tym poprzecznym kierunku, w którym wirują ce powietrze przepłukujące występujące w cylindrze (5) opływa strefę pierścieni.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że olej smarowy dostarcza się pod ciśnieniem dostatecznie wysokim do doprowadzania wtryskiwanego oleju do postaci mgły olejowej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że olej smarowy doprowadza się pod ciśnieniem

500-100 · 10⁵ Pa.

5. Silnik wysokoprężny z układem smarowania ścian cylindrów, zawierający urządzenie do doprowadzania oleju smarowego pod ciśnieniem do szeregu dysz wtryskowych oleju usytuowanych w ścianie cylindra w obszarze pierścieniowym znajdującym się w pewnym odstępie od góry cylindra, oraz zespół sterujący do realizacji wtrysku oleju przez dyszę podczas fazy suwu tłoka cylindra do góry, znamienny tym, że dysze wtryskowe (3, 4) są ukształtowane jako dysze rozpylające, a urządzenie (1) do doprowadzania oleju jest urządzeniem doprowadzającym olej smarowy pod podwyższonym ciśnieniem do wtryskiwania oleju w postaci mgły olejowej, a zespół sterujący jest dostosowany do uruchamiania wtrysku mgły olejowej podczas fazy bezpośrednio poprzedzającej przejście zespołu pierścieni tłokowych w cylindrze przez obszar pierścieni.

PL 198 331 B1

6. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że dysze rozpylające są ukształtowane i zamontowane tak, że wylot każdej z nich jest skierowany ku blisko leżącemu obszarowi ściany cylindra w tym obszarze pierś cieni, w którym są zamontowane dysze.

7. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że dysze rozpylające zawierają sterowany za pomocą ciśnienia zawór, którego stopień otwarcia jest zależny od ciśnienia w połączonym z nim przewodzie zasilającym, zwiększając się do poziomu, przy którym jest wystarczający do skutecznego rozpylenia oleju przez dyszę.