用于将润滑油定量注入汽缸，优选为二冲程柴油发动机的汽缸中的方法与系统，以及这种方法与系统的应用与流程

本发明涉及一种将润滑油定量注入汽缸的方法，该汽缸优选为二冲程柴油发动机，例如船用发动机的汽缸，该方法包括步骤：

-在压力下将润滑油从润滑油储油库经由压力润滑系统输送到设置在汽缸壁中的喷油器，使用了多个喷油器，各个喷油器适于将一定量的润滑油喷射到各个汽缸中；

-创建数据，表示喷油器中的润滑油、汽缸衬垫或喷油器、或其组合的温度；

-将温度数据存储在计算机中；

-创建至少一个由计算机控制的温度调节单元，该单元与输送来的润滑油相关联，以在润滑油被喷射入汽缸之前，建立润滑油的温度调节；

本发明还包括用于将润滑油注入汽缸的系统，该汽缸优选为二冲程柴油发动机，例如船用发动机的汽缸，该系统包括：

-润滑油储油库；

-连接至润滑油储油库的压力润滑系统；

-设置在汽缸壁中的与压力润滑系统连接的喷油器，使用多个喷油器，每个喷油器适于喷射定量润滑油至每个汽缸，润滑油在压力下从压力润滑系统输送至喷油器；

-测量单元，用于创建表示喷油器中的润滑油、汽缸衬垫或喷油器、或其组合的温度的数据；

-计算机，用于储存该温度数据；

-至少一个由计算机控制的温度调节单元，该单元与输送来的润滑油连接，用于在润滑油被喷射入汽缸之前创建润滑油的温度调节，以影响润滑油粘度，从而建立均衡的喷射；

本发明还涉及使用该方法或该系统，在压力润滑系统中，其中喷油器连接至具有恒定供油压力的公共油供应管线。

背景技术

在传统汽缸润滑系统中，主要用于大型二冲程柴油发动机，使用中央压力润滑系统，该系统可包括一个或多个润滑装置，每个装置在单个或多个汽缸中的点上提供润滑，即通过在相关时间间隔，经由相应的连接管线，在压力下将部分油供给至多个需要被润滑的点。例如在ep0678152中所示。这些相关间隔通常可以是，在活塞向上移动时的压缩冲程中，活塞环位于相关润滑点对面时。

润滑装置传统上设计为泵单元，泵单元与相应汽缸紧密结合安装，并连接至润滑油的供油储油库以及润滑点，润滑点的形式为处于汽缸壁上不同点的喷油器。每个泵单元包括由设有凸轮的公共旋转控制轴驱动的多个往复泵，向多个润滑点供给油。通过该轴的旋转，带有压头的凸轮作用于相应的轴向位移的活塞，活塞借助弹簧在朝向控制轴的方向偏置，这样使得活塞能够借助轴的旋转执行往复运动，从而启动往复泵的活塞。

多年来，润滑装置在活塞泵的排放压力不是很高的情况下运行，因为固定标准是，在发动机活塞向上的返回冲程期间，即在压缩动作期间、在随后点火燃烧的动力冲程之前，油被喷射入汽缸。因而必须在最多达10巴的喷射压力或泵压力大小进行操作。

压力润滑系统还能够作为润滑系统用于多个汽缸。每个汽缸配备有多个连接至公共润滑油供应管线的喷油器，公共润滑油供应管线具有恒定的供油压力，例如大小为30-100巴。供油压力由液压泵单元提供，润滑油储油库向液压泵单元供油。泵站可包括泵、过滤器和单向阀以防润滑油通过静止泵回流。

近年来，已经提出借助经由高压雾化喷嘴，在活塞向上运动期间实现喷雾润滑，从而提高润滑效率。然而，油因此在高得多的压力下应用，以确保所需的通过雾化喷嘴的雾化，例如压力高达100巴或更高。

已知这样的二冲程船用柴油发动机使用由汉斯延森注油器制造的sip喷油器，用于汽缸润滑。

润滑油喷入发动机的吹扫气体中，从而使油在汽缸壁上分布为薄而均匀的层。相比市场上其他润滑喷油器，sip喷油器具有的优势在于，实现了对最需要汽缸润滑的汽缸壁顶部更好的覆盖。

对于传统喷射系统，喷射模式很大程度上受到喷射喷嘴的设计、流体的惯性和流体的性质的控制。

图4中示出的奥内佐格(ohnesorge)图，显示了通过雷诺数(re)和奥内佐格数(z)表示的这些因素之间的实验相关性。

其中，u为液体的速度，d为喷嘴孔的尺寸，ρ为液体的密度，μ为液体的粘度，σ为液体的表面张力。

存在两种机械方式改变sip阀的喷射模式，改变喷嘴的设计或者改变汽缸油的输送压力。

可通过改变sip阀中的弹簧的特性调节输送压力。当这些参数已经创建，需要人工干预来改变喷射模式。

对于商品化汽缸油，表面张力、密度和粘度基本上是相同的。然而，不同于表面张力和密度，粘度尤其依赖于油的温度。

实验测量了广泛的商品化汽缸油的粘度，已经确定粘度可通过阿伦尼乌斯方程(arrhenius’equation)的方式描述，即用方程3作为温度(t)的函数。

μ(t)＝0.0061·e^{1246/8.314·t}(3)

此方程示出了通过升高温度，汽缸油的粘度以指数方式降低。汽缸油的温度，参见奥内佐格(ohnesorge)图，将因此对喷射模式具有显著影响。

图5示出了温度对各种润滑油的粘度的影响。在40至300℃之间的区间，粘度急剧下降。在高于100℃时，曲线看起来趋于平稳并且温度变化仅引起粘度非常有限的变化。

与之前的可以改变喷射模式的两种方法相比，温度控制将是一种更灵活的解决方案。

在e·sigurdsson等人于2014年发表在《应用能源(appliedenergy)》，123期，37-46页的“大型二冲程船用柴油发动机吹扫气流与对流传热的数值分析(numericalanalysisofthescavengeflowandconvectiveheattransferinlargetwo-strokemarinedieselengines)”中提到，汽缸盖的汽缸衬垫温度大约为250℃，且汽缸衬垫底部的的扫气口温度大约为50℃。从汽缸盖到扫气口，温度按照一个二次多项式降低。

汽缸壁中的喷油器将与衬垫上喷油器所处的点的温度相同。

因此，喷油器的温度将发生巨大变化，因此喷油器喷射的润滑油的温度也将发生巨大变化。这些温度差异影响润滑油的粘度并从而影响所建立的喷射模式。

ep2484875a1公开了引言中提到类型的系统和方法。该文献没有描述润滑油储油库中的油的温度数据的登记。

需要控制喷射模式，以确保在使用尽可能润滑油时均衡、无误的润滑。

技术实现要素：

本发明的目的在于指出一种能够避免不均匀缺陷和所喷射润滑油的温度变化的方法和系统，从而提供均衡的喷射。

根据本发明，这通过引言中提到的那种方法实现，其特点在于，该方法还包括以下步骤：

-创建表示润滑油储油库中的润滑油温度的数据；

-将温度数据储存在计算机中；

-根据喷油器中润滑油的温度、汽缸衬垫的温度或者喷油器的温度或者其组合、以及润滑油储油库中润滑油的温度，控制润滑油的温度调节，计算机控制温度调节单元的加热/冷却，以影响润滑油的粘度，从而建立均衡的喷射。

根据本发明的系统的特点在于，还包括：

-测量单元，用于创建表示润滑油储油库中的润滑油温度的数据。

表示汽缸衬垫或喷油器、或其组合的温度的数据用于表达所喷射的润滑油的温度。在无法直接测量通过喷油器喷射的润滑油温度的情况下使用。或者，可以直接测量流经喷油器的润滑油中的润滑油温度。或者，可以使用这些温度测量的组合。

通过调节喷油器中润滑油的温度，可能以简单的方式调节油的粘度。因此，可以借助控制温度产生均衡的喷射。

值得注意的是，这不仅包括彻底的雾化。借助本发明，可以通过温度控制来控制雾化的程度。低粘度将导致低的雾化程度，高粘度将导致高的雾化程度。

通过控制温度，能够借助执行温度调节补偿不均匀的、变化的润滑油的温度，从而影响润滑油的粘度，并进而通过每一次润滑油输送提供均衡的喷射。

在本发明中，使用词语“喷射”作为润滑油注入汽缸的方式的术语。这可以通过施加更大或更小的压力，使得润滑油作为雾化喷雾或者完全或部分致密喷射流来实现。此外，注入可以这样的方式实现，即油几乎可以说是流入汽缸而不是说被喷射到汽缸中。

在压力润滑系统中，使用根据本发明的方法或系统提供了特别的优点，其中喷油器连接至具有恒定供油压力的公共油供应管线。

压力润滑系统中还实现了一个优点，其中供油压力由泵单元提供，润滑油储油库向泵单元供应润滑油。由于粘度是表达液体内部摩擦的术语，温度变化提供了以简单的方式调节压力润滑系统在给定时间间隔输送的润滑油的量的可能性，其中喷油器连接至具有恒定供油压力的公共供油管线。

因此，所喷射的润滑油的温度越高，将导致粘度越低。这意味着润滑油中呈现出更少的摩擦，且因此在给定时间间隔内可以喷射出更大量的润滑油。

在压力润滑系统中，喷射时间是受控的，因此可能应用本发明来调节给定时间间隔内所喷射的润滑油的量。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，该方法还包括步骤：

-在计算机中为润滑油的温度和粘度之间的相关性建立算法或表格。

通过在计算机中设置算法，能够基于公式以及实际的测量值执行控制。

或者，也可以通过表格中列出的预设的实验相关数据来实现调节。在两种情况下，基于算法或表格，可以进行温度调节，这样获得所需的润滑油粘度，确保实现均衡的喷射模式，而不依赖于汽缸衬垫和喷油器中的温度变化。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，借助温度计对喷油器中润滑油的温度、汽缸衬垫或喷油器的温度进行测量，温度计处于汽缸壁中设置喷油器的区域中或者合并在喷油器中。

通过直接测量汽缸衬垫在喷油器处的温度或者喷油器自身的温度，实现对所喷射润滑油的温度的间接测量。如果并入喷油器中的温度计直接测量润滑油的温度，实现对所喷射润滑油中温度的测量。然后通过加热或冷却润滑油来提供补偿。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，检测发动机的运行情况，例如发动机上的负载，并使用这样的数据作为润滑油温度的指示。

在一些情况下，使用运行参数作为控制可能是有利的，例如发动机负载。发动机的运行情况将影响汽缸壁中的温度情况。或者，运行情况如负载可以用在控制中，用于调节润滑油温度之外的其他参数。用于发动机上负载的参数也可用于调节润滑油在汽缸壁高度上的分布。此外，可一起使用温度情况和其他运行参数，例如汽缸温度或排气温度。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于

-在温度调节单元与喷油器串联设置时，在润滑油通过喷油器之前进行温度调节；或者

-在温度调节单元设置为并入喷油器时，在润滑油通过喷油器时进行温度调节。

在一些情况下，温度调节单元优先设置为与喷油器串联。这可能是必需的，例如为了节约空间。在其他情况下，温度调节单元优先设置为并入喷油器。从而在润滑油马上要被喷油器喷射前，实现对润滑油温度最精确的控制。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，该方法还包括步骤：

-通过润滑油储油库中的温度计，检测润滑油的实际温度。

通过检测润滑油储油库中的润滑油温度，不仅能够调节喷油器中的润滑油，还能够调节润滑油储油库中的润滑油。润滑油储油库中的油从而可以被赋予尽可能接近喷油器中所需的润滑油温度。由此减少了与喷油器关联设置的温度调节单元中的加热/冷却的需要。这由与润滑油储油库相关联的温度调节单元提供。因此，润滑油储油库处的这种温度调节单元可以与喷油器处的温度调节单元结合使用。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，

-温度调节单元中的加热/冷却由循环液进行，优选为水，循环液与润滑油热交换连接；且

-调节液体的循环速度，以借此影响温度调节。

在大部分发动机中存在冷却液系统。因此如果加热/冷却由循环冷却液和润滑油之间的热交换进行，这将是特别有利的。可通过调节水循环的速度来以简单的方式进行调节。

作为由水加热/冷却的替代方案，可使用其他液体以及气体，或者可在温度调节单元中使用电。

根据进一步的实施例，根据本发明的方法的特点在于，润滑油的温度调节在0至250℃的温度范围内进行，优选为0到100℃。

如上所述，汽缸衬垫的温度可在大约50至250℃之间变化。0-250℃的温度范围因此将是合适的温度调节范围。由于粘度在100-250℃的温度范围中进一步表现为没有大的不同，在一些情况下，仅在0-100℃的温度范围内进行调节可能是有利的。在这样的情况下，假定100℃以上的粘度与100℃的粘度相当。

润滑油的温度可以借助加热油的单元在其通过喷油器之前调节，或者通过合并在喷油器中的单元来调节。

根据进一步的实施例，根据本发明的系统的特点在于，

-温度调节单元与喷油器串联设置，使得润滑油在通过喷油器之前进行温度调节；或者

-温度调节单元并入喷油器，使得润滑油在通过喷油器期间进行温度调节。

结合该方法如上所述，空间上的考虑可使得将温度调节单元设置为与喷油器串联或者并入喷油器是有利的。

根据进一步的实施例，根据本发明的系统的特点在于，包括处于汽缸壁中设置喷油器的区域的温度计，用于测量汽缸衬垫在此区域的温度，或是并入喷油器中的温度计。

温度计可仅处于汽缸壁中或并入喷油器中。通过测量汽缸衬垫在喷油器处的温度或者喷油器的温度，或者通过测量喷油器中润滑油的温度，从而获得所喷射润滑油非常精确的温度显示，这样能够进行温度调节，并借此建立均衡的喷射。

根据进一步的实施例，根据本发明的系统的特点在于，包括热交换器单元，其中液体与润滑油连通为热交换连接，液体优选为水，以借此建立温度调节单元中的加热/冷却。

如上所述，使用循环水的热交换器单元与大型二冲程发动机相关联是有利的，因为后者通常设有冷却水系统。

所描述的系统仅为根据本发明的系统的示例。因此该系统可以用其他方式建立，例如具有喷射喷嘴形式的喷油器，喷嘴包括喷嘴杆及设置在其中的可替换阀体，这样使得阀被放置在喷嘴孔附近。

对于实际操作，需要附加元件。仅提到了解释本发明所必要的元件。

喷油器可设有雾化阀或者设有具备一个或多个喷射流/致密喷射流的阀。

在实施例中，喷油器可制造为仅被提供加压润滑油而不设回油管线。供油压力通常在30至100巴之间。

附图说明

下面将参照附图，将对本发明进行更详细的描述，其中：

图1示出了现有技术系统的一个实施例；

图2示出了根据本发明的系统的第一实施例；

图3示出了根据本发明的系统的第二实施例；

图4示出了奥内佐格(ohnesorge)图，显示了雷诺数(re)和ohnesorge数(z)之间的实验相关性；

图5示出了各种润滑油的温度和粘度之间的相关性。

具体实施方式

在图1、2和3中，示出了多个喷油器3，以合适的间距设置在汽缸衬垫5上。这些喷油器设置为在从润滑装置1到各个喷油器3的输油管线2中为特定压力时打开。

在喷油器3的端部，紧靠汽缸内表面，安装有喷嘴4，其具有喷嘴孔，当输油管线2中的压力达到预设值时，油通过喷嘴孔雾化。或者，油可以不经雾化喷射出。

从由多个小泵组成的润滑装置1将油供应至每个输油管线2，每个输油管线2一个小泵，从储油库7接收油。

油泵能够在给定时间间隔输送一定量的油，并能够例如为国际专利申请wo96/09492中所公开的传统定时汽缸润滑装置。将喷油器3设计为使得提供回油管线6在油发生泄漏时，将泄漏的油引导回储油库7。喷油器可适于机械或电子确定喷射时间。

j表示来自喷油器3的油喷射流，a表示该喷射流所指向的汽缸壁区域的外围的扩展。

图2示出了对应图1中所示出的系统的第一实施例，其中温度调节单元8耦合至喷油器3的油供应。

图3示出了对应图1中所示出的系统的第二实施例，其中温度调节单元9合并至喷油器3中。

喷入发动机的吹扫空气中的润滑油形成漩涡12，从而使油在汽缸壁5的内侧分布为薄而均匀的层。

在没有吹扫空气的情况下，将润滑油喷在活塞上或者活塞下也是可能的。这可以完成为替代或者结合在活塞上方的喷射。

一个或多个温度计13(仅示出1个)安装在汽缸壁5中喷油器3所处的区域。温度计14(仅在图3中示出)合并在喷油器中。温度计14可测量喷油器的温度或通过喷油器喷射的润滑油的温度，或者这些温度的组合。

这些温度计13、14经由有线(导线未示出)或无线通信连接至计算机10。

储油库7中设有温度计11，并经由有线(导线未示出)或无线通信连接至计算机10。

计算机10经由有线(导线未示出)或无线通信连接至温度调节单元8/9。

温度调节单元8/9经由导线15连接至加热/冷却元件16，这样使得温度调节单元8/9中的加热/冷却借助电或者介质热交换连接建立。