[发明专利]利用喷嘴中的可控空化润滑大型二冲程发动机的方法

说明书

一种润滑大型低速二冲程发动机的方法。选取润滑剂的粘度和压力，使得在喷嘴内形成空化，并且空化可能扩展至喷嘴出口。

技术领域

本发明涉及润滑大型二冲程发动机的方法。

背景技术

由于对环保的重视，一直致力于降低船用发动机的排放量。特别是由于越来越多的竞争，这还涉及到对此类发动机的润滑系统进行稳定的优化。经济方面备受关注的一方面是减少润滑剂的消耗，这不仅是因为环保，也因为这是船舶运营成本的非常大的一部分。然而，减少油耗不应当影响到发动机的使用寿命，因为必须始终确保恰当的润滑，从而使磨损最小化并延长发动机的使用寿命。因此，需要在润滑方面进行稳定的改进。

对于大型低速运转的二冲程船用柴油发动机的润滑，有几种不同的系统，包括将润滑剂直接喷射在汽缸衬垫上或用注油针喷射在活塞环上。

在欧洲专利EP1767751中公开了一种用于船用发动机的润滑剂喷射器的实例，其中使用止回阀使润滑剂能够进入汽缸衬垫内部的喷嘴通道。止回阀包括阀座中的往复式弹簧压球，刚好处于喷嘴通道的上游，通过受压的润滑剂使球在这里发生位移。球阀是一种传统的技术解决方案，其所基于的原理可追溯到上个世纪初，例如在1923年的德国专利GB214922中所公开的原理。

与传统润滑相比，另一种相对较新的润滑方法在商业上称为漩涡喷射原理(SIP)。它基于将润滑油的雾化液滴喷入汽缸内部的扫气涡流中。螺旋向上的涡流导致润滑剂被拉向汽缸的上止点(TDC)，并向外被压在汽缸壁上形成薄而均匀的一层。这在国际专利申请WO2010/149162和WO2016/173601中有详细的解释。喷射器包括喷射器壳体，喷射器壳体内部设置有往复式的阀部件，通常为阀针。阀部件，例如带有针尖的阀部件，会根据精确的定时来关闭和打开润滑剂进入喷嘴腔的通道。在当前的SIP系统中，在37巴的压力下实现了具有雾化的液滴的喷雾。相比之下，在使用被引入汽缸的紧凑型喷油嘴来工作的系统中，油压小于30巴，并且通常小于10巴。

在这种大型船用发动机中，多个喷射器沿着汽缸的周长布置，每个喷射器包括一个或多个位于尖端的喷嘴腔，用于从各个喷射器向汽缸中输送润滑剂射流或润滑剂喷雾。国际专利申请WO2002/35068、WO2004/038189、WO2005/124112、WO2010/149162、WO2012/126480、WO2012/126473、WO2014/048438，以及WO2016/173601中公开了船用发动机的SIP润滑剂喷射器系统的实例。

对SIP润滑喷雾的优化正在稳定发展中。尽管润滑喷射器与燃油喷射器有一些相似之处，对比也显示出不同的性能和不同的效果。这主要归因于喷射器的不同工作环境，导致了不同的效果，例如粘度、表面张力和液体压力。因此，燃料喷射研究的成果不能自动转化至润滑剂喷射，并且在某些情况下的性能差异令人惊讶。

喷雾形成的重要因素之一是喷嘴中的空化，即蒸发导致的在液体内部形成蒸汽空穴。喷嘴中的空化会影响液体的雾化，因为它会在液流中引入显著的扰动，从而使射流不稳定。在燃料喷射的领域中，已经对喷嘴中的这种空化进行了深入的研究，然而也有一些关于润滑剂喷射器中的空化的研究。在下文中，引用了多个参考文献，在本章节末尾按字母顺序排列，并且在下文中通过引用第一作者的名字来指代。

当液体的局部压力降到其蒸汽压力以下时，就会在喷嘴中形成蒸汽腔，由此被称为空化(Franc和Michel，2006；Li，2014)。在喷雾喷嘴中最著名的空化类型是几何形状引起的空化(Dumouchel等人，2013)。这种情况在液体流过的流动路径的几何形状变化导致压力下降到足够蒸发液体的程度时发生。

喷嘴中的空化会提高射流的雾化，因为它会引入大幅度的扰动，导致液流的随机行为并使得射流不稳定(Bergwerk，1959)。Payri等人(2004)研究了不同的喷嘴几何形状对柴油喷射器的影响，显示空化会导致喷雾锥角的增大和喷雾腔出口的速度的增大。