СПОСОБ И СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА ДИЗЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
METHOD AND SYSTEM FOR REDUCED FUEL CONSUMPTION BY DIESEL ENGINE

Область техники
Изобретение относится к способу снижения потребления топлива дизельным двигателем, когда он работает на скорости, меньшей полной скорости. Кроме того, изобретение относится к системе снижения потребления топлива дизельным двигателем, когда он работает на скорости, меньшей полной скорости.
Уровень техники
Дизельные двигатели, используемые на борту судов определенного типа и/или используемые в определенных стационарных условиях, обычно представляют собой двигатели хорошо известного двухтактного типа или хорошо известного четырехтактного типа.
Двухтактные двигатели крейцкопфного типа, используемые на морских судах и/или на стационарных установках, оборудованы двумя отдельными системами подачи смазочного масла. Одна смазочная система содержит так называемую систему масла/систему смазочного вещества, которую обычно используют для смазки и охлаждения подшипников двигателя и, например, поршней, охлаждаемых маслом, а также для привода и/или управления различными клапанами или т.п. Другая смазочная система содержит полностью расходуемую смазку (масло для смазки цилиндров/смазку для цилиндров), которую обычно используют для смазки цилиндров двигателя, колец поршней и юбки поршня.
В типичных двухтактных двигателях крейцкопфного типа масло для смазки цилиндров постоянно расходуется при каждом обороте двигателя, в то время как масло для смазки системы, в принципе, не расходуется (за исключением небольших непреднамеренных утечек). Система смазки, содержащая масло для смазки цилиндров, также часто называется системой с "полным расходом" смазки, поскольку масло в ней расходуется. Использование различных типов масла (масел) для смазки системы и масла (масел) для смазки цилиндров хорошо известно в данной области техники.
Типичные масла для смазки цилиндров обычно имеют вязкость SAE (Ассоциация инженеров автомобилестроения), эквивалентную приблизительно 50, и, как правило, имеют суммарное щелочное число (BN) приблизительно 40-70 для нейтрализации кислотных продуктов, образующихся в процессе сгорания. Типичные масла для смазки системы обычно имеют вязкость SAE приблизительно 30 с относительно низким щелочным числом, обычно ниже 10. Эти примерные значения могут изменяться в зависимости от конкретного варианта применения и конкретной конструкции систем, в которых используются масла.
В конструкции разработанных в последнее время двухтактных двигателей крейцкопфного типа используются электронные и/или гидравлические средства управления и/или привода клапанов и т.д., в результате чего минимальные требования к рабочим характеристикам масла для смазки системы существенно увеличились по сравнению с более ранними конструкциями, в которых использовали традиционное механическое управление/привод.
Однако в четырехтактных двигателях (дизелях) с открытым поршнем обычно используется только один тип масла для смазки и охлаждения. Такие двигатели обычно используются как вторичные/вспомогательные или тяговые двигатели на судах, или в стационарных генераторах электроэнергии, или для перекачки жидкости/газа. Используемые здесь масла обычно имеют вязкость SAE приблизительно 30 или 40. Хотя масло для смазки системы двухтактных двигателей крейцкопфного типа обычно сохраняет указанные пределы рабочих характеристик в течение длительного периода времени, на масло двигателя с открытым поршнем постоянно воздействует процесс сгорания.
Уровень рабочих характеристик смазочных материалов обычно периодически измеряют, и он не должен выходить за определенные пределы, чтобы не подвергать опасности состояние смазываемых компонентов.
Другая характеристика дизельных двигателей состоит в том, что их механическая эффективность существенно снижается при пониженной мощности или скорости двигателя или при уменьшенной производительности (только четверть мощности двигателя). В результате этого происходит повышенное удельное потребление топлива в конкретном двигателе, когда двигатель работает с пониженной мощностью. Дополнительная характеристика состоит в том, что при пониженной мощности двигателя снижается напряжение, возникающее в подшипниках двигателя. Кроме того, при пониженной мощности двигателя увеличивается толщина пленки масла на частях двигателя по сравнению с толщиной при полной/максимальной мощности двигателя, в результате чего уменьшается нагрузка на компоненты двигателя. Это справедливо для всех типов подшипников, которые представляют собой деталь кривошипно-шатунного механизма двигателя, если температура смазочных масел поддерживается, по существу, постоянной, независимо от нагрузки двигателя, к чему постоянно стремятся, используя соответствующие регулировки количества смазочного масла, подаваемого через соответствующие охладители масла, в которых обычно используется вода в качестве охладителя.
Фактическая мощность двигателя опосредованно определяет фактические условия давления в цилиндрах двигателя, то есть максимальное давление, давление сжатия и среднее давление, которые представляют собой основные факторы, определяющие напряжения или нагрузки, испытываемые подшипниками. Число оборотов также представляет собой известную функцию нагрузки двигателя для двигателей, которые непосредственно соединены с гребным винтом.
Кроме того, на напряжение или нагрузку, прикладываемую к подшипникам в любой момент времени, влияет удельная вязкость масла для смазки системы, на которую постоянно влияет, например, степень загрязнения масла при работе двигателя.
Потери на трение в дизельном двигателе, в основном, носят характер потерь из-за вязкости. Повышение вязкости масла для смазки системы, таким образом, приводит к снижению к.п.д., повышенному потреблению топлива и увеличенному выхлопу.
В патенте США №5485895 раскрыта система, имеющая первую смазку с низкой вязкостью и вторую смазку с большой вязкостью. Когда компонент подвергается определенному диапазону условий (такому, как определенный диапазон температуры), которые требуют регулировки, по меньшей мере, одного физического свойства смазочного материала, регулируют свойства смазки. При низкой рабочей температуре первая смазка является соответствующей. При более высоких температурах первую смазку (с малой вязкостью) и вторую смазку (с высокой вязкостью) смешивают, образуя третью смазку с другой вязкостью, соответствующей данным условиям.
В патенте США №6418887 раскрыт подвесной двигатель, содержащий четырехтактный двигатель, включающий в себя систему подачи смазки, в которой смазка циркулирует через двигатель для смазки движущихся компонентов двигателя внутреннего сгорания. Система подачи смазки включает в себя охладитель смазки, в обход которого выборочно пропускают смазку и/или охладитель для поддержания требуемого диапазона рабочей температуры смазки.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание способа и соответствующей системы снижения потребления топлива дизельным двигателем, когда он работает на меньшем уровне мощности, чем полная мощность, которые устраняют указанные выше (и другие) недостатки. Другой целью является решение этой задачи простым и эффективным способом.
Дополнительной целью настоящего изобретения является повышение механического к.п.д. и снижение потребления топлива дизельного двигателя, когда двигатель работает на мощности, меньшей полной мощности.
Другой целью является снижение уровня выхлопа дизельного двигателя, когда двигатель работает на мощности, меньшей полной мощности.
Эти цели, помимо других, достигаются с помощью способа (и соответствующей системы) снижения потребления топлива дизельным двигателем, при котором регулируют при работе двигателя на мощности, меньшей полной мощности, вязкость масла для смазки системы, поступающего из двигателя, в результате чего получают модифицированное масло для смазки системы, при этом вязкость регулируют таким образом, что повышается механический к.п.д. двигателя, когда модифицированное масло для смазки системы подают в двигатель, при этом регулирование выполняют на основе, по меньшей мере, одного параметра, представляющего фактическую нагрузку двигателя, и параметра вязкости масла для смазки системы.
Таким образом, механический к.п.д. двигателя, когда он работает на меньшей, чем полная, скорости/частичной скорости, увеличивается, поскольку изменение вязкости смазочного масла влияет на механический к.п.д. таким образом, что снижение вязкости приводит к повышению механического к.п.д. двигателя. Однако уменьшенная вязкость также создает повышенное напряжение или нагрузки в подшипниках двигателя и уменьшает толщину пленки масла.
Однако подшипники двигателя разработаны с учетом наибольшего возможного напряжения или нагрузки в подшипниках при работе, то есть при полной нагрузке/мощности/скорости, в результате чего подшипники имеют избыточно увеличенные размеры, когда двигатель работает при частичной или меньшей, чем полная, нагрузке/мощности/скорости. Конкретная степень избыточности размеров зависит от конкретного типа подшипника, назначения двигателя (например, работает ли двигатель с постоянными оборотами/постоянной скоростью или переменными оборотами/переменной скоростью) и т.д.
Путем регулирования вязкости в соответствии с настоящим изобретением, учитывая фактическую нагрузку, можно обеспечить наибольшее увеличение механического к.п.д. в данной ситуации без возникновения избыточного напряжения или нагрузки в подшипниках двигателя.
Повышенный механический к.п.д. приводит к снижению потребления топлива и уменьшению эмиссии двигателя.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения при регулировании вязкости повышают температуру масла для смазки системы, в результате чего снижается вязкость масла.
Таким образом, получают очень простой способ регулирования вязкости.
В одном варианте осуществления изобретения повышение температуры масла для смазки системы обеспечивают путем пропускания части масла для смазки системы в обход охладителя масла и пропускания остального масла для смазки системы через охладитель масла, причем такое количество зависит от, по меньшей мере, одного параметра, представляющего фактическую нагрузку двигателя, и параметра вязкости. Такая регулировка вязкости может быть выполнена, например, путем управления с помощью клапанов количеством масла для смазки системы, которое пропускают в обход охладителя масла, направляя, таким образом, некоторое количество масла для смазки системы в обход охладителя, что, в целом, повышает температуру масла для смазки системы, когда его подают обратно в двигатель. Клапаном управляют, используя указанные параметры, в соответствии с настоящим изобретением. Чем большее количество масла для смазки системы будет пропущено в обход охладителя, тем в большей степени будет повышена температура.
В одном варианте осуществления изобретения параметр вязкости представляет собой фактически измеренное значение вязкости масла для смазки системы. Измеренное значение вязкости масла для смазки системы может быть получено с использованием стандартного оборудования, такого как, например, измеритель вязкости или т.п.
Таким образом, при регулировании вязкости учитывают фактическое значение текучей вязкости масла для смазки системы. Этот момент может представлять собой важный аспект, поскольку на напряжение или нагрузку подшипников в любой момент времени будет влиять конкретное значение вязкости масла для смазки системы, на которое постоянно влияет, например, степень загрязненности масла при работе двигателя. Учитывая фактическую вязкость масла для смазки системы, можно исключить чрезмерное увеличение вязкости и, таким образом, обеспечить максимальное возможное повышение эффективности использования топлива.
В альтернативном варианте осуществления изобретения параметр вязкости представляет собой номинальную или расчетную вязкость масла для смазки системы. Номинальная или расчетная вязкость масла для смазки системы представляет собой вязкость, которую масло для смазки системы имеет, когда оно новое или когда его впервые заливают в двигатель. Номинальная или расчетная вязкость рекомендована конструктором конкретного двигателя и зависит от конструкции и модели конкретного типа двигателя.
Таким образом, регулирование вязкости масла для смазки системы в соответствии с настоящим изобретением упрощается, поскольку номинальная или расчетная вязкость используется как оценка действительной или текущей вязкости масла для смазки системы. Это позволяет исключить оборудование, требуемое для измерения фактической или текущей вязкости масла для смазки системы, что позволяет снизить затраты. Номинальное или расчетное значение вязкости в качестве оценки, предпочтительно, следует использовать только тогда, когда настоящее изобретение применяется в двигателе с несущественной или незначительной степенью загрязнения в нем масла для смазки системы, поскольку такое загрязнение влияет на вязкость масла для смазки системы и, таким образом, на напряжение или нагрузку подшипников двигателя.
В одном варианте осуществления изобретения двигатель имеет постоянное число оборотов при работе.
В альтернативном варианте осуществления изобретения двигатель имеет переменное число оборотов при работе.
В одном варианте осуществления изобретения регулирование дополнительно выполняют на основе фактического числа оборотов двигателя.
Таким образом, фактическое число оборотов можно использовать как показатель или оценку фактической нагрузки двигателя, поскольку число оборотов представляет собой известный показатель или функцию нагрузки двигателя для двигателей, которые непосредственно соединены с гребным винтом или т.п.
В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один параметр, представляющий фактическую нагрузку двигателя, содержит: параметр, представляющий напряжение или нагрузку подшипников двигателя, и/или параметр, представляющий максимальное давление в цилиндрах двигателя, и/или параметр, представляющий давление сжатия в цилиндрах двигателя, и/или параметр, представляющий среднее давление в цилиндрах двигателя.
Таким образом, учитывают еще лучшие показатели фактической нагрузки двигателя при определении возможной степени регулирования вязкости без ухудшения характеристик двигателя, поскольку фактические условия давления в цилиндрах двигателя, то есть максимальное давление, давление сжатия и среднее давление, представляют собой основной фактор, определяющий напряжения или нагрузки в подшипниках.
В одном варианте осуществления изобретения регулировку выполняют непрерывно, практически непрерывно или с перерывами.
Настоящее изобретение также относится к системе, предназначенной для снижения потребления топлива в дизельном двигателе, когда он работает на скорости, меньшей полной скорости, которая соответствует способу согласно настоящему изобретению и, по тем же причинам, имеет те же преимущества.
Более конкретно, изобретение относится к системе снижения потребления топлива дизельным двигателем, содержащей устройство регулирования вязкости, выполненное с возможностью регулирования при работе двигателя на скорости, меньшей полной скорости, вязкости масла для смазки системы, поступающего из двигателя, в результате чего получают модифицированное масло для смазки системы, при этом вязкость регулируется так, что повышается механический к.п.д. двигателя, когда модифицированное масло для смазки системы подается в двигатель, причем регулировка вязкости выполняется на основе, по меньшей мере, одного параметра, представляющего фактическую мощность двигателя, и параметра вязкости масла для смазки системы.
Предпочтительные варианты осуществления системы согласно настоящему изобретению определены в зависимых пунктах формулы изобретения и подробно описаны ниже. Варианты осуществления системы соответствуют вариантам осуществления способа и, по тем же причинам, имеют те же преимущества.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из следующего описания, приведенного со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, показанные на чертеже, на котором представлена блок-схема одного варианта осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На чертеже показана блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения. Здесь представлена схема, по меньшей мере, одного дизельного двигателя 300, например двухтактного дизельного двигателя крейцкопфного типа. Примерный двигатель имеет одну систему смазки, содержащую так называемое масло 301 для смазки системы, которое обычно используют для смазки и охлаждения подшипников двигателя, цилиндров и, например, охлаждаемых маслом поршней, а также для привода и/или управления различными клапанами или тому подобное. Другая система смазки содержит постоянно расходуемое смазочное вещество или масло 302 для смазки цилиндров, которое обычно используют для смазки цилиндров двигателя, колец поршня и юбки поршня. Другие типы дизельных двигателей представляют собой четырехтактные дизельные двигатели с открытым поршнем (которые не содержат масло для смазки цилиндров). В принципе, изобретение можно использовать для всех типов поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Двигатель 300 соответствует хорошо известным дизельным двигателям предшествующего уровня техники за исключением того, что будет пояснено далее.
Здесь также представлена система 100 модификации вязкости, содержащая устройство 101 регулировки вязкости, в соответствии с настоящим изобретением, которое подключено с возможностью получения масла 301 для смазки системы, предпочтительно, из двигателя (двигателей) 300. В качестве альтернативы, система 101 модификации вязкости может получать масло для смазки системы из резервуара (не показан) или т.п., а не непосредственно из двигателя.
Устройство 101 регулировки вязкости модифицирует (по меньшей мере, часть) получаемое масло 301 для смазки системы или, более конкретно, регулирует вязкость полученного масла 301 для смазки системы в соответствии с рядом параметров, в результате чего получается модифицированное масло 301' для смазки системы. В предпочтительном варианте осуществления вязкость полученного масла для смазки системы модифицируют просто путем повышения температуры полученного масла для смазки системы, в результате чего снижается вязкость масла для смазки системы.
Регулировка вязкости в одном варианте осуществления может быть выполнена с помощью клапана, который управляет количеством масла для смазки системы, которое пропускают в обход охладителя масла, направляя, таким образом, некоторое количество масла для смазки системы в обход охладителя, повышая, таким образом, его температуру. Этим клапаном управляют с использованием указанных выше параметров. Чем больше масла для смазки системы будет пропущено в обход охладителя, тем в большей степени будет повышена температура, что обеспечивает очень простой способ регулировки вязкости в зависимости от соответствующих параметров.
Такая регулировка обеспечивает повышение механического к.п.д. двигателя 300, когда модифицированное масло 301' для смазки системы подают обратно в двигатель 300.
Параметры, в соответствии с которыми выполняют регулировку, содержат, по меньшей мере, один параметр, представляющий фактическую нагрузку двигателя 300, и параметр вязкости масла 301 для смазки системы.
Параметр вязкости может представлять собой, например, измеренное фактически/текущее значение вязкости масла 301 для смазки системы, который полезно применять в случае, когда вязкость, вероятно, изменилась из-за загрязнений и т.д., как описано выше. В качестве альтернативы, параметр вязкости представляет собой номинальную или расчетную вязкость масла 301 для смазки системы, что позволяет исключить оборудование, предназначенное для измерения фактического/текущего значения вязкости, что позволяет сэкономить средства и уменьшает сложность системы.
Двигатель может иметь постоянное число оборотов при работе. В качестве альтернативы, двигатель может иметь переменное число оборотов при работе. В одном варианте выполнения регулировку дополнительно выполняют на основе фактического числа оборотов двигателя, в результате чего фактическое число оборотов можно использовать как дополнительную оценку фактической нагрузки двигателя, поскольку число оборотов представляет собой известный показатель или функцию нагрузки двигателя для двигателей, которые непосредственно соединены с гребным винтом или т.п. Также возможно постоянно или практически постоянно измерять фактическую нагрузку двигателя, например, с помощью торсиометра или т.п.
В одном варианте осуществления этот, по меньшей мере, один параметр, представляющий фактическую нагрузку двигателя, содержит: параметр, представляющий напряжение или нагрузку подшипников двигателя, и/или параметр, представляющий максимальное давление в цилиндрах двигателя, и/или параметр, представляющий давление сжатия в цилиндрах двигателя, и/или параметр, представляющий среднее давление в цилиндрах двигателя.
Таким образом, еще лучшие показатели фактической нагрузки двигателя учитывают при определении возможной степени регулировки вязкости без ухудшения рабочих характеристик двигателя, поскольку фактическое состояние давления в цилиндрах двигателя, то есть максимальное давление, давление сжатия и среднее давление, представляет собой основной определяющий фактор напряжения или нагрузки подшипников.
Также возможно постоянно или практически постоянно измерять указанное выше давление в цилиндрах двигателя, например, используя известные коммерчески доступные инструменты.
Таким образом, получают уменьшение потребления топлива (и, таким образом, выбросов) дизельного двигателя, когда двигатель работает на скорости, меньшей полной скорости.
В формуле изобретения любую ссылочную позицию, указанную в скобках, не следует рассматривать как ограничение пункта формулы изобретения. Термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, кроме тех, которые представлены в пункте формулы изобретения. Кроме того, упоминание элементов в единственном числе не исключает наличие множества таких элементов.