润滑装置和方法
【专利说明】润滑装置和方法 发明领域
[0001] 本发明涉及压燃式(柴油)发动机的润滑。特别地，虽然不是专门的，本发明涉及调 节慢速和中速柴油发动机(例如用于船舶、铁路或固定应用中的那些)的气缸润滑剂进料。
[0002] 发明背景
[0003] 慢速柴油发动机通常在低于约300rpm，例如在约50-250rpm范围内操作，通常具有 高的峰值功率输出/气缸，例如在2000-6000KW/气缸范围内。慢速柴油发动机通常是2-冲程 发动机且可具有例如十字头构造、直接耦合和直接反转。通常这样的发动机包含分离器，例 如隔板和填料盒，将动力缸与曲轴箱分离以阻止燃烧产物进入曲轴箱并与曲轴箱的油混 合。慢速柴油发动机往往使用显著量的含硫燃料，例如残余燃料油。
[0004] 中速柴油发动机在约300-1000rpm范围内操作，并可提供中等到高的峰值功率输 出/气缸，例如高达约2000KW/气缸。这样的发动机可以是4-冲程或2-冲程发动机并还可以 运行含硫燃料，例如残余燃料油。
[0005] 慢速或中速柴油发动机的气缸通过气缸润滑剂润滑。为了消减酸性硫物质引起的 腐蚀，气缸润滑剂提供有碱度储备(alkalinity reserve)，其由总碱值(TBN)定义，通常以 mg KOH/g表示并根据ASTM D2896测量。例如，通常提供具有气缸润滑剂的慢速2-冲程压燃 式发动机，所述气缸润滑剂具有在40-100mg范围内的TBN，这样的TBN通过在润滑剂基储料 中包含添加剂而获得。
[0006] 在慢速或中速发动机中，发动机运行温度和压力易于破坏在发动机气缸内壁上的 润滑剂膜，其可导致增加的磨损。气缸润滑剂因此以润滑剂进料速率基本上连续地供应。润 滑剂进料速率通常以g/KW h表示，即，随发动机功率输出而变化。
[0007] 已知调节重质柴油发动机中的气缸润滑剂进料速率不仅响应功率输出而且响应 发动机负荷条件、燃料中的硫含量或特别的发动机设计。这允许为了更好的发动机性能而 优化润滑剂进料。
[0008] US专利申请2003/0196632 A1公开了一种使用仪器来实现润滑剂流动速率的变化 或响应于实际发动机条件的性质的方法。该方法通常检测仪器的一个或多个发动机参数如 XRF以确定磨损金属或IR以用于碱值测量。测量的发动机参数用于计算润滑剂向发动机的 进料速率。
[0009] 还已知燃料的硫含量还可能对润滑要求产生影响。较高硫燃料的燃烧通常产生较 高的硫氧化物、氮氧化物和特别物质如烟尘和金属氧化物的排放。对于较低的硫燃料，低速 或中速柴油发动机可能能够以降低的润滑剂进料速率和/或较低的TBN运行。在这样的情况 下，在提供TBN的添加剂包(如超高碱性清洁剂）中的过量的未反应化合物可能造成形成沉 积物。因此，已知要改变气缸润滑剂的TBN以匹配燃料的硫含量。
[0010] 润滑剂组成的调节可以在定期检查之后或连续、并行地(on-board)进行。
[0011] US 2003/0159672 A1公开了一种方法，所述方法定期地检测全损耗润滑系统的一 个或多个发动机参数，并从发动机参数计算要求添加到基础润滑剂以产生在运行期间供应 到发动机的改性基础润滑剂的第二流体的量。
[0012] US 2006/0068995 A1公开了一种产生气缸油的方法，所述方法包括通过确定至少 一种初始流体的TBN、确定气缸油的期望TBN和通过将所述至少一种初始流体与合适的添加 剂共混来相应地调节所述至少一种初始流体的TBN，从而改性所述至少一种初始流体。
[0013] US 2008/0318818 A1公开了一种润滑船舶柴油2-冲程发动机的方法，所述方法涉 及检测发动机的性能参数，以及通过原位共混至少两种不同流体(其中一种包含具有清洁 剂的添加剂包)来制备合适的润滑剂组合物。
[0014] 虽然有这些发展，但与气缸润滑相关的操作问题持续出现，例如至今未解释的擦 伤或过度的腐蚀磨损。
[0015] 本发明的目的是提供一种用于润滑在含硫燃料上运行的柴油发动机、特别地低速 和中速类型的柴油发动机的改进方案，和/或解决至少一个与现有技术相关的问题。
【发明内容】
[0016] 根据本发明的第一方面，提供了润滑使用含硫燃料运行的柴油发动机的方法，所 述方法包括供应润滑剂进料到柴油发动机的气缸，其中所述进料基于发动机的进气的湿度 进行调节。
[0017] 已发现在柴油发动机中用于燃烧含硫燃料的进气的湿度对进料到这样的发动机 中的气缸的润滑剂的TBN的消耗具有影响。
[0018] 发动机的进气的湿度可以以任何合适的方式确定或推断，且该方法可相应地包括 测量或检测湿度。湿度可以是绝对湿度或相对湿度。在本发明的一个实施方式中，基于绝对 湿度调节润滑剂进料。在本发明的另一个实施方式中，基于相对湿度、特别是在给定空气温 度下调节润滑剂进料。可以使用表示进气湿度的任何度量来调节润滑剂进料。适宜地，可以 通过湿度传感器来测量或检测进气的湿度。为了特别精确，进气的湿度可有利地在发动机 的扫气空间中测量或检测。
[0019] 润滑剂进料可以横跨在任何特定的进气温度(°C)下测量的进气的相对湿度(Ο-? 00 % ) 或绝对湿度 的整个范围内 调节。
[0020] 在一个实施方式中，基于湿度的调节通过对排放油样品的一个或多个之前的测量 进行校准。例如，所述方法可包括在多个湿度下测量排放油样品的ΤΒΝ和/或金属含量的初 始步骤，以校准基于湿度的调节。
[0021] 可以进行定期测量以检测、评估或推断在一段时间期间（例如至少5分钟、至少10 分钟、至少1小时或至少1天）的湿度。
[0022]如从图1所示的非限制性实例可以看出，在给定的发动机负荷、固定的燃料硫含量 和固定的润滑剂进料速率下，碱度储备(碱值)的消耗与进气湿度之间的关系被发现遵从线 性关系，在较高湿度下观察到较低的碱度储备(碱值）。
[0023] 本发明允许通过考虑进气的湿度因素而将润滑剂进料优化为更好的性能。但是， 润滑剂进料还可以基于除了进气湿度之外的其它因素进行调节。在一个实施方式中，该方 法还包括基于选自以下的一个或多个因素来调节润滑剂进料:发动机和/或每个气缸的功 率输出、发动机负荷、发动机使用的燃料的硫含量、润滑剂的ΤΒΝ、磨损、沉积物、和/或腐蚀。
[0024] 在一个实施方式中，进料作为进气湿度的函数，在一段时间期间（如至少5分钟、至 少10分钟、至少1小时或至少1天）内被调节(或保持）。
[0025] 进料可以通过改变进料速率和/或进料组成进行调节。因此，进料速率随进气湿度 而变化。
[0026] 在一个实施方式中，进料速率调节为约0.50至约1.4g/kw h(即g/h/kw发动机功 率)范围内。在一个实施方式中，进料速率调节为约0.50至1.2、约0.5至1.1、约0.6至1.4、约 0.6至1.2或约0.6至1. lg/kw h范围内。进料速率的特定水平将取决于发动机类型且可以考 虑其他因素如上面列举的那些。
[0027] 在一个实施方式中，当进气湿度提高时，进料速率调节为趋于较高的进料速率