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用于大型低速二冲程 发动机的 润滑剂 注射器及其生产方法

阅读：910发布：2021-01-02

专利汇可以提供用于大型低速二冲程发动机的润滑剂注射器及其生产方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于向大型低速二冲程发动机，特别是船用柴油机注射润滑油的注射器，被证明当阀构件在其中滑动的滑动轴承使用硬化表面时，性能更均匀。此外，喷嘴处的阀座设置硬化表面也是改进。，下面是用于大型低速二冲程发动机的润滑剂注射器及其生产方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种向大型低速二冲程发动机汽缸(1)注射润滑油的注射器(4)，其中所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态以阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；其中或者
A)所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，第二表面设置成可滑动地紧靠第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；其中所述第一表面和第二表面为硬化表面；
或者
B)所述注射器壳体(12)包括圆柱腔部分(15’)，其具有处于所述喷嘴尖端(13)内的第一表面，所述喷嘴(14)从所述第一表面延伸穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)；其中所述阀构件(16)包括具有第二表面的圆柱密封头(25)，所述第二表面设置为滑动地紧靠所述第一表面，以便在关闭状态，密封头(25)密封地覆盖所述喷嘴(14)；其中所述第一表面和第二表面为硬化表面。
2.根据权利要求1所述的注射器，其特征在于：所述第一表面具有第一硬度，所述第二表面具有第二硬度，其中所述两个表面最软表面的硬度与所述两个表面最硬表面的硬度偏差小于40％。
3.根据权利要求2所述的注射器，其特征在于：所述两个表面最软表面的硬度与其他表面的硬度偏差小于10％。
4.根据上述任一权利要求所述的注射器，其特征在于：所述第一表面和第二表面中最硬的表面具有的表面硬度根据洛氏硬度为至少50。
5.根据上述任一权利要求所述的注射器，其特征在于：所述第一表面和第二表面是硬化钢表面。
6.根据上述任一权利要求所述的注射器，其特征在于：所述注射器为喷雾注射器，设置为当在预定油压水平工作时，将润滑油作为喷雾喷射，预定油压水平为25-100巴范围内。
7.根据上述任一权利要求所述的注射器，其特征在于：所述阀座(19)包括硬化表面。
8.根据权利要求7所述的注射器，其特征在于：所述阀座(19)的表面硬度根据洛氏硬度为至少50。
9.一种向大型低速二冲程发动机汽缸(1)注射润滑油的注射器(4)，其中所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态以阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；
其中所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，所述第二表面设置成可滑动地紧靠第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；其中所述阀座包括硬化表面。
10.根据权利要求9所述的注射器，其特征在于：所述注射器(4)是喷雾注射器，设置为当在预定油压水平工作时，将润滑油作为喷雾喷射，预定油压水平为25-100巴范围内。
11.根据权利要求9或10所述的注射器，其特征在于：对所述针尖进行硬化或将所述针尖设置为硬质材料，其硬度相当于所述阀座(19)硬化表面的硬度。
12.根据权利要求9-11任一项所述的注射器，其特征在于：所述阀座(19)的表面硬度根据洛氏硬度为至少50。
13.根据权利要求9-12任一项所述的注射器，其特征在于：用于与阀座密封配合的所述针尖(22)包括圆柱阀针(18)的圆锥端部或者不同于圆锥形地逐渐变细的端部，或者其中所述针尖(22)包括球(28)。
14.一种具有多个汽缸且每个汽缸内具有活塞的大型低速二冲程发动机，所述活塞在两个死点之间往复运动；每个汽缸具有用于燃料点火的点火室；其中至少三个根据上述任一权利要求所述的注射器(4)沿每个汽缸的内圆周安装在所述两个死点之间，用于点火室内汽缸壁的润滑。
15.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于：所述发动机是船用发动机。
16.根据权利要求14或15所述的发动机，其特征在于：设置有通过润滑供应线路连接至所述注射器的润滑油泵和控制器，所述润滑油泵设置为在预定油压水平向注射器提供润滑油，预定油压水平为25-100巴的区间内。
17.一种用于在大型低速二冲程发动机中的多个相同生产的润滑油注射器中实现均匀长期性能的方法，其特征在于：所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态以阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；其中
或者
A)所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，所述第二表面设置成可滑动地紧靠所述第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；
或者
B)所述注射器壳体(12)包括圆柱腔部分(15’)，其具有处于所述喷嘴尖端(13)内的第一表面，所述喷嘴(14)从所述第一表面延伸穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)；其中所述阀构件(16)包括具有第二表面的圆柱密封头(25)，所述第二表面设置为滑动地紧靠所述第一表面，以便在关闭状态，密封头(25)密封覆盖所述喷嘴(14)；
其中所述方法包括，在注射器生产期间，硬化所述第一表面和所述第二表面。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述第一表面和第二表面中最硬的表面，其硬度根据洛氏硬度为至少50。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于：所述两个表面最软的表面的硬度与最硬的表面的硬度偏差小于30％。
20.根据权利要求17-19任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括将所述表面设置为钢制表面并硬化所述钢制表面。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述方法包括通过碳氮共渗硬化钢制表面。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：所述方法包括通过在气氛中以850℃进行奥氏体碳氮共渗，在钢制表面加入0.5-0.8％的碳和0.2-0.4的氮来硬化钢制表面。
23.根据权利要求17-22任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括硬化阀座。
24.一种用于在大型低速二冲程发动机中的多个相同生产的润滑油注射器中实现均匀长期性能的方法，其特征在于：所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态以阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)可从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；其中
所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，所述第二表面设置成可滑动地紧靠所述第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；
其中所述方法包括硬化所述阀座(19)。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：将所述阀座设置为钢制表面并通过碳氮共渗对所述钢制表面进行硬化。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述方法包括通过在气氛中以850℃进行奥氏体碳氮共渗，在钢制表面加入0.5-0.8％的碳和0.2-0.4的氮来硬化钢制表面。
27.一种用于在大型低速二冲程发动机中的多个相同生产的润滑油注射器中实现均匀长期性能而进行表面硬化的应用；其特征在于：对于每个注射器，所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)可从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；其中或者
A)所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，所述第二表面设置成可滑动地紧靠所述第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；
或者
B)所述注射器壳体(12)包括圆柱腔部分(15’)，其具有处于所述喷嘴尖端(13)内的第一表面，所述喷嘴(14)从所述第一表面延伸穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)；其中所述阀构件(16)包括具有第二表面的圆柱密封头(25)，所述第二表面设置为滑动地紧靠所述第一表面，以便在关闭状态，密封头(25)密封覆盖所述喷嘴(14)；
其中所述表面硬化包括，在注射器生产期间，硬化所述第一表面和所述第二表面。
28.根据权利要求27所述的应用，其特征在于：所述第一表面和第二表面中最硬的表面具有的表面硬度根据洛氏硬度为至少50。
29.根据权利要求27或28所述的应用，其特征在于：所述两个表面最软的表面的硬度与最硬的表面的硬度偏差小于20％。
30.根据权利要求27、28或29所述的应用，其特征在于：所述方法包括硬化阀座。
31.一种用于在大型低速二冲程发动机中的多个相同生产的润滑油注射器中实现均匀长期性能而进行表面硬化的应用；其特征在于：对于每个注射器，所述注射器(4)包括注射器壳体(12),设置为安装在汽缸(1)的汽缸壁(3)中；所述注射器壳体(12)一端设有喷嘴尖端(13)，用于当所述注射器壳体(12)安装在所述汽缸壁(3)中时伸入所述汽缸(1)；其中所述喷嘴尖端(13)中设有喷嘴(14)，所述喷嘴(14)从所述注射器壳体(12)的内腔(15)延伸出来穿过所述喷嘴尖端(13)的壁(21)，以从所述内腔(15)通过所述喷嘴(14)向所述注射器壳体(12)外喷射润滑油；其中所述注射器壳体(12)中设有阀构件(16)，所述阀构件(16)安装为在注射器的打开和关闭状态间来回；当处于关闭状态阻止润滑油进入所述喷嘴(14)时，所述阀构件(16)密封覆盖所述喷嘴(14)，在打开状态阀构件(16)可从所述喷嘴(14)移开，以在油喷射阶段提供润滑油从所述内腔(15)至所述喷嘴(14)的通路；其中所述注射器壳体(12)包括具有第一表面的滑动轴承(23)，并且所述阀构件(16)包括具有第二表面的杆(17)，所述第二表面设置成可滑动地紧靠所述第一表面，以使所述杆(17)被所述滑动轴承沿所述杆(17)与所述滑动轴承(23)间的接触区域(24)往复引导；其中所述阀构件(16)包括与杆(17)同轴纵向延伸的阀针(18)；所述阀针(18)包括针尖(22)，当其紧靠与所述喷嘴尖端(13)的相匹配的阀座(19)时，所述针尖(22)关闭所述喷嘴(13)；
其中所述表面硬化包括，在所述注射器生产期间，硬化所述阀座。
32.一种用于润滑具有多个汽缸且每个汽缸内具有活塞的大型低速二冲程发动机的根据权利要求1-13任一项所述的多个注射器的应用，所述活塞在两个死点之间往复运动；每个汽缸具有用于燃料点火的点火室；其中所述多个注射器中的至少三个沿每个汽缸的内圆周安装在所述两个死点之间，用于点火室内汽缸壁的润滑。
33.根据权利要求32所述的应用，其特征在于：所述发动机是船用发动机。
34.根据权利要求32或33所述的应用，其特征在于：所述发动机包括通过润滑供应线路(9)连接至所述注射器(4)的润滑油泵和控制器(11)，其中在预设油压水平向所述注射器(4)提供润滑油，预设油压水平为25-100巴的区间内，且所述注射器用于提供润滑油喷雾。

说明书全文

用于大型低速二冲程发动机的 润滑剂 注射器及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种将润滑油注入到大型低速二冲程发动机，例如船用柴油发动机或动力装置中的燃气或柴油发动机的汽缸中的注射器。它还涉及一种生产方法以及这种发动机。

背景技术

[0002] 对于大型低速二冲程船用柴油发动机的润滑，存在多种不同系统，包括直接向汽缸衬垫和/或活塞表面注射润滑油。另一种商业上称为漩涡喷射原理(SIP)的方法，是基于将润滑剂的雾化喷液注射在汽缸中的吹扫空气涡流中。涡流导致润滑剂向外压向汽缸壁成为均匀的薄层。在所有情况下，润滑剂注入的时机是至关重要的。润滑油注入阀，也被称为润滑油注射器，是单向阀，其包括注射器壳体，壳体内设有往复阀构件，通常为阀针。该阀构件，例如具有针尖，根据精确的定时，关闭和打开至喷嘴孔的通道。在这种大型船用发动机中，多个注射器在垂直于汽缸轴线的平面设置为围绕汽缸的圆圈状，并且每个注射器包括一个或多个在尖端的喷嘴孔，用于将润滑剂喷射流或喷雾从各个注射器传递入汽缸。船用发动机的润滑剂注射器的示例在国际专利申请WO02/35068、WO2004/038189、WO2005/124112、WO2012/126480、WO2012/126473和WO2014/048438中公开。

[0003] 具有阀体的燃料喷射器的一般原理是从汽车发动机中获知的，该阀体中设有往复运动以喷射燃料的针。为了长的工作寿命，已知在这种燃料阀的各种部件上进行表面硬化，例如在专利文献DE10013198、DE102005020143、EP1940577、EP2138705、US2011/133002、US2014/203109、US2015/083829中所公开的。尽管已知对这种喷射器通常进行表面硬化，但是主要硬化哪个部件没有明确的规则。

[0004] 然而，同燃料喷射器相比，润滑油注射器的条件及因此的要求和操作参数是不同的。特别地，润滑油的粘度高于柴油或汽油燃料的粘度。在25-100巴(bar)范围的压强下，高精度定时注入粘滞的润滑油，对注射器的性能提出了一些关键的要求，并且涉及到不同于燃料喷射器的问题。由于这些不同的条件和要求，用于大型低速二冲程船用柴油发动机的润滑油注射器沿着与汽车和摩托车发动机的燃油喷射器不同的路线发展，使得这两个技术领域被各自领域的专家视为独立的。

[0005] 与燃油喷射器供应商对比，润滑油注射器供应商面临的具体挑战之一是，由于油中的颗粒而引起的磨损增加。这是一个众所周知的问题，并通过油净化，例如通过离心式净油机作出了努力。然而，关于改进注射器本身，也作出了努力。在这方面，已知在润滑油注射器中的针上进行表面硬化。针在阀体的衬垫中往复运动，而针进行硬化，阀体不进行。润滑油注射器特别是SIP注射器，使用不同材料硬度的针和衬套的优点背后的理论，在牛津大学出版社2005年出版的由徐楠朴(Nam P.Suh)所编写的手册《复杂性：理论与应用》(Complexity：Theory and Applications)中进行了描述。在章节“7.2摩擦磨损机理的研究”中，研究了被包裹在滑动接触区域中的颗粒产生的所谓“犁削理论”，并对比了颗粒被压入两个不同硬度的表面中的较软材料中的情况和被压入两个相同硬度的表面中的情况。结论是“因此，当两个相同材料相对彼此滑动时，摩擦系数高于不同材料相对彼此滑动时的摩擦系数，因为在颗粒渗入两个表面时，当硬度相同时，渗入深度最大。”[0006] 由于注重环保，正在减少船用发动机的排放方面进行努力。这也涉及对这种发动机润滑系统的稳定优化。这加强了竞争力，在经济方面，也减少了油耗，而这正是船舶运营成本的重要组成部分。因此，在润滑油注射器，包括SIP注射器的精度和使用期方面需要稳定改进。

[0007] 大体公开了用于冷却活塞的润滑油注射阀的硬化表面，例如在US2005/252997和US2015/068471中所公开的。在这些情况中，阀通过管连接到喷嘴孔，并且油以喷射流从喷嘴孔喷射到活塞的曲轴侧的活塞表面上，该活塞表面与活塞的燃料燃烧侧相对。这与使用上述SIP阀是非常不同的原理，并且通常提到的硬化阀并未指出如何改进针在阀衬垫中滑动并关闭喷嘴孔的SIP注射器的任何具体情况。

发明内容

[0008] 因此本发明的目的是提供本技术领域的改进。特别地，为大型低速二冲程发动机提供改进的润滑油注射器。另一个目的是改进SIP注射器。该改进特别针对注射的精度和多个喷射器的性能的一致性。此外，还有一个目的是延长工作寿命。这些目的通过如下所述的润滑油注射器实现。

[0009] 特别地，如下文所将更详细描述的，发现当具有滑动阀构件的滑动轴承使用硬化表面时，注射器表现出更一致的性能。喷嘴处的阀座硬化表面也是一个改进。

[0010] 尽管现有的注射器在汽缸衬垫内部已经提供足够的和显然合适的润滑，但是更长期的研究显示，在一个单汽缸中作为整体已经运行一段时间的其他方面完全相同的润滑油注射器在性能方面显示一些变化。这组注射器中的一些在运行相对较短的时间后性能就产生变化，而其他的则具有更长的寿命。一些注射器被卡住，而其他的似乎正常工作较长时间。然而，油中的颗粒造成的普通磨损是预期之中的并且是众所周知的，所发现的性能变化不能仅仅归于普通磨损。

[0011] 为此，为了解决这个问题，对于变化的生产技术进行了各种测试和实验。结果证明，这些问题可以通过改变生产使得滑动紧靠彼此的阀构件的表面和滑动轴承的表面都被硬化以产生相同的表面硬度或在硬度上仅有很小程度的差异来克服。这与本领域认为阀针杆和滑动轴承沿其接触区域具有显著不同的硬度应当是最佳的理念是相违背的。虽然尚未证明迄今为止使用的摩擦学理论是不正确的，不过结果表明，两个相互滑动紧靠的硬化表面的使用确实产生了显著的改进。尽管通常使用期的增加可以归因于磨损的减少，而不能归因于相同生产的注射器的大的性能变化的消除。性能改善的确切原因是未知的，但是认为两个表面而不是仅仅一个表面的硬化引起其中尺寸公差已改进的产品的参数一致性提高或者引起尺寸公差维护的改进。该理念源于在增加的工作寿命期间，观察到了非常一致的性能且正常运行的事实。

[0012] 下文对用于向大型低速二冲程发动机的汽缸中注射润滑油的注射器进行说明，该注射器具有改进的性能。通常，这种发动机包括与润滑油泵功能性连接的控制器，该泵通过润滑供应线路流体流动连通至注射器，用于在25-100巴(bar)之间的预设油压水平提供润滑油。

[0013] 注射器的典型用途是用于船用发动机。然而，注射器也适用于动力装置中使用的大型发动机。例如，燃烧柴油或燃气的发动机。

[0014] 注射器包括被设置为安装在发动机汽缸的汽缸壁中的注射器壳体。注射器壳体包括在注射器壳体的一端的喷嘴尖端，当注射器壳体安装在汽缸壁中时，喷嘴尖端进入汽缸。例如，喷嘴尖端是注射器壳体的组成部分，但并不总是如此。喷嘴尖端设有喷嘴。喷嘴从注射器壳体内的内腔中延伸出来并穿过喷嘴尖端的壁，使得内腔中的润滑油在通常为25-100巴(bar)的高压下通过喷嘴被压出注射器壳体以提供喷雾。阀构件安装在注射器壳体内，用于在注射器的打开和关闭状态间沿其纵向轴线往复滑动。当阀构件处于关闭状态阻止润滑油进入喷嘴时，阀构件密封覆盖喷嘴，且在打开状态时，阀构件从喷嘴移开，以在油喷射阶段允许润滑油从内腔进入喷嘴。

[0015] 在一个实施例中，注射器壳体包括具有第一表面的滑动轴承，并且阀构件包括具有第二表面的杆，第二表面设置成可滑动地紧靠第一表面，以使杆被滑动轴承沿杆与滑动轴承间的接触区域往复引导。该阀构件包括与杆同轴纵向延伸的阀针。阀针包括针尖，当其紧靠与喷嘴尖端的相匹配的阀座时，针尖关闭喷嘴。例如，该注射器的原理如WO02/35068、WO2004/038189或WO2005/124212中所公开的单个喷嘴孔注射器，或如WO2012/126480中所公开的多个喷嘴孔注射器。或者，类似于WO2012/126473中公开的注射器。现有技术中公开了其它实例。

[0016] 通过不仅将杆的表面设置为高硬度，还将滑动轴承的表面设置为高硬度，已经实现了大体的改进。由于这个原因，对第一表面和第二表面均进行表面硬化是有利的。或者，从一开始就将杆设置为非常硬的材料，例如陶瓷，且将轴承的表面即第一表面进行表面硬化以提供沿接触区域紧靠彼此的硬化的表面，其中在该接触区域中杆在滑动轴承中滑动。

[0017] 可选地，或者可替代地，阀座包括硬化表面。在这种情况下，针尖由于表面硬化或通过设置阀针为硬质材料，如陶瓷而具有硬的表面。相应地，阀座也进行表面硬化，特别是当它是注射器壳体的一部分时。针尖和阀座硬度一致。例如，阀针包括在原本的圆柱形阀针的端部的圆锥部分，尽管作为替代，端部还可以不同于圆锥形地逐渐变细。作为另一种选择，针尖包括形成最前端部分并与阀座密封地配合的球。根据洛氏硬度C(HRC)，阀座的有用硬度至少为50，例如至少为55或至少为60。

[0018] 在另一个实施例，注射器壳体包括圆柱腔部分，其具有处于喷嘴尖端内的圆柱第一表面。圆柱腔沿阀构件的往复运动平行延伸。喷嘴从第一表面延伸穿过喷嘴尖端的壁。阀构件包括具有圆柱第二表面的圆柱密封头，该第二表面设置为滑动地紧靠第一表面，以便使得当注射器为关闭状态时，密封头密封地覆盖喷嘴。例如，注射器的原理如WO2014/048438所公开。

[0019] 通过将圆柱密封头及腔壁沿腔壁表面和圆柱密封头表面之间的接触区域设成高硬度,实现了大体的改进，其中腔壁表面为第一表面，圆柱密封头表面为第二表面。为此，将第一表面和第二表面都进行表面硬化是有利的。或者，从一开始就将阀构件的圆柱密封头设置为非常硬的材料，例如陶瓷，并将腔壁的表面进行表面硬化以提供沿接触区域相互紧靠的硬表面，其中圆柱密封头在圆柱腔内滑动。

[0020] 这种表面的表面硬化的使用提高了用于大型低速二冲程发动机，特别是船用发动机或动力装置的发动机，例如柴油发动机或燃气发动机的多个相同润滑油注射器的长期性能的均一性。在生产注射器期间，对第一表面和第二表面或对阀座或对第一表面、第二表面及阀座进行硬化。可选地，还可对针尖硬化或将针尖设置为硬质材料，该硬质材料硬度相当于硬化的材料的硬度。

[0021] 用于本发明目的的表面硬化的有用材料是碳钢或低合金钢。一种有用的钢类型是88型。这种钢包含0.42-0.48％的碳，0.10-0.30％的硅，1.35-1.65％的锰，小于
0.04％的磷和0.24-0.33％的硫。虽然钢的名称是商标，但根据现有数据表，这种钢具有的化学元素含量和物理性质保持不变。

[0022] 例如，硬化方法包括通过碳氮共渗硬化钢的表面，可选地，本领域通常已知的奥氏体碳氮共渗作为钢材硬化方法。合适温度的一个例子是850℃左右。它在含有碳和氮和少量氧的气体气氛中进行。一个例子就是在气氛里加入0.5至0.8％之间的碳和0.2至0.4％之间的氮。可选地，在扩散之后，将部件立即浸入油中。另一个选择是在150-200℃的温度下进行后续回火。

[0023] 或者表面硬化工艺为气体渗氮，这是本领域通常已知的钢材硬化方法。通常地，在520℃左右进行。另一种可替代的选择是氮碳共渗，其类似于气体渗氮但是添加碳化气体。
硬化表面的硬化层厚度受到工艺中气体组分的影响。现有技术的另一种工艺是气态铁素体氮碳共渗，其也以商品名和各种其他的商品名已知。

[0024] 以洛氏硬度C(HRC)表达的ETG88钢材的硬度是28。这是用于这种类型注射器壳体的典型材料。在现有技术中，本文描述的通常类型注射器，使用了针阀并将其硬化至洛氏硬度62。这是两个值之间商大于2的实质性的硬度差异。在将壳体硬化至洛氏硬度值58后，壳体与针阀的硬度相比，差异为(62-58)/62＝6％。这产生了好的实验结果。然而，人们相信如果具有最低硬度的部件的表面硬度与最高硬度的差异小于40％，例如小于30％或20％，甚至更好地小于10％，则实验结果同样有效。第一表面或第二表面最硬的有用硬度至少为洛氏硬度50，例如至少55或至少60。

[0025] 术语硬化表面是指表面相比下面基体材料具有更高硬度。为了更高程度的产品均匀性和更好的尺寸公差设置这样的硬化表面。此外，公差具有更长的寿命，直至尺寸发生很大程度的变化。另一个优势是降低磨损，可能是由于更好的尺寸公差。磨损也影响工作寿命。附图说明

[0026] 将参照附图对本发明进行更详细的说明，其中：

[0027] 图1示出了大型低速二冲程发动机，如船用柴油机的汽缸润滑系统；

[0028] 图2a)、b)和c)示出了三种类型的润滑油注射器；

[0029] 图3示出了具有a)硬化杆和b)硬化杆及硬化滑动轴承的注射器的压力测量；

[0030] 图4a和b示出了船用柴油发动机中根据发动机的a)第一汽缸和b)第二汽缸的注射器的压力测量表。

具体实施方式

[0031] 图1示出了大型低速二冲程发动机，例如船用柴油发动机的汽缸的一半。该汽缸包括设置在汽缸壁3内侧的汽缸衬垫2。在汽缸壁3内，设有多个沿圆形分布的润滑油注射器4，相邻注射器之间角距离相等。注射器4从润滑泵和控制系统11通过润滑供应线路9接收润滑油。一些润滑油通过润滑回流线路10回到泵。润滑泵和控制系统11以与发动机1中的活塞运动同步的精确计时脉冲向注射器4供应加压的润滑油。对于该同步，润滑泵和控制系统11包括电脑，电脑监控发动机的实际状态参数和运动参数，包括曲轴的速度、载荷和位置，后者揭示了汽缸中活塞的位置。

[0032] 每个注射器4具有喷嘴5，小液滴7的喷雾在高压下从喷嘴中射入汽缸，汽缸1中的吹扫空气涡流9将喷雾8压向汽缸衬垫2，使得润滑油能够平均分配在汽缸衬垫2上。这种润滑系统在本领域称为漩涡喷射原理，SIP，尽管也设想了与改进注射器有关的其他原理，例如具有指向汽缸衬垫的液流的喷射器。可选地，汽缸衬垫设有平滑切口6，用于为注射器的喷雾或液流提供足够的空间。

[0033] 图2a示出了第一种润滑油注射器4a。该注射器的一般原理与WO02/35068、WO2004/038189或WO2005/124212中公开的单个喷嘴孔注射器或WO2012/126480中公开的多个喷嘴孔注射器的原理相似。这些参考文献还提供了此处示出的注射器的额外技术细节以及功能解释，为了方便起见，此处不再重复。

[0034] 注射器4a包括注射器壳体12，其一端具有与注射器壳体为一体的喷嘴尖端13。具有喷嘴孔14’的喷嘴14设置在喷嘴尖端13处，以喷出润滑油。喷嘴14还包括从喷嘴孔14’延伸穿过喷嘴尖端13的壁21进入注射器壳体12的圆柱内腔15的管道20。阀构件16设置在注射器壳体12内。阀构件16包括杆17，该杆17被滑动地引导着在滑动轴承23内往复运动，在所示的实施例中，该滑动轴承23是处在注射器壳体内的单独静止部件，尽管其本身也可以是注射器壳体12的一部分。作为杆17的同轴纵向延伸，阀针18设置在注射器壳体12的内腔15中。阀针18的直径小于内腔15的直径，使得当处于阀针18的端部的针尖22，例如圆锥端部，从阀座19缩回至管道14的第二端时，润滑剂能够沿着阀针18流至管道20并流出喷嘴孔14'，使得管道20打开以使润滑液流从其被喷出的地方到达喷嘴孔14’。阀构件16和阀针18的位置通过作用在阀构件的相对端上的适度的弹簧压力朝着喷嘴尖端13向前预紧；并且通过腔15中油压的增加，具有阀针18的阀构件16被向后偏置远离阀座19。这在本文引用的现有技术参考文献中有更详细的解释。

[0035] 沿滑动轴承23和阀构件16的杆17之间的接触区域24，在杆17和滑动轴承23上设有硬化表面使得两个硬化表面沿彼此的接触区域24滑动。此外，可替代地或者可选地，阀座19包括处于阀座19和阀针18的针尖22接触区域之间的硬化表面。作为进一步的选择，针尖22也包括硬化表面。

[0036] 图2b示出了第二种类型的润滑油注射器4b。该注射器的一般原理与WO2014/048438中公开的原理相似。该参考文献还提供了此处示出的注射器的额外的技术细节以及功能解释，为了方便起见，此处不再重复。

[0037] 注射器4b包括注射器壳体12，其一端具有与注射器壳体为一体的喷嘴尖端13。喷嘴孔14’设置在喷嘴尖端13处，用于喷出润滑油。在注射器壳体12的腔13中设有阀构件16，其包括杆17和滑动设置在圆柱腔部分15’中的圆柱密封头25，圆柱腔部分15’位于注射器壳体12的喷嘴尖端13处。阀构件16的位置通过弹簧26被预加应力预紧向后远离喷嘴尖端13，并且通过穿过通道28施加在杆的后部27的油压向前偏置，油压与弹簧26的应力相对抗。喷嘴孔14’被密封头25密封覆盖，密封头25紧靠着喷嘴尖端13的圆柱腔部分15’，除非阀构件16被向前推动使得密封头25滑过并离开喷嘴孔14’才允许润滑油从内腔15流过喷嘴孔14’喷出。

[0038] 在紧靠内腔15的圆柱部分15’的圆柱密封头25的接触区域29处，内腔15的圆柱部分15’及密封头25均具有硬化的表面。

[0039] 图2c示出了第三种类型的润滑油注射器4c。该注射器的一般原理与WO2012/126473中公开的原理相似。该参考文献还提供了此处示出的注射器的额外技术细节以及功能解释，为了方便起见，此处不再重复。

[0040] 注射器4c包括具有喷嘴尖端13的注射器壳体12，喷嘴尖端13上设有带有管道20和喷嘴孔14’的喷嘴14，喷嘴孔14’在管道20的第一端。管道20从喷嘴孔14’延伸穿过喷嘴尖端13的壁进入注射器壳体12的内腔15中。在注射器壳体12的腔15中设有阀构件16，阀构件16包括杆17，杆17被滑动地引导着在滑动轴承23内往复运动，在所示的实施例中，该滑动轴承
23是在注射器壳体内的单独静止部件，尽管其本身也可以是注射器壳体12的一部分。阀构件16的位置通过弹簧26朝着喷嘴尖端13向前预紧。在WO2012/126473中公开了一种可能的回缩机制，其中电子线圈对配备有相应电磁响应部件的阀构件施加电磁力。然而原则上来说，也可能通过合适的结构使阀构件16被腔15中作用于阀构件16上的升高油压的应力向后偏置，该油压与弹簧26的应力相对抗。作为杆17的同轴纵向延伸，阀构件16包括阀针18，其上固定有密封球构件28作为针尖22的一部分，当关闭阀时，该密封球构件28被按压抵在阀座19上以关闭管道20，当打开阀时，该密封球构件28被偏置为与阀座19相隔一段距离以允许润滑油从内腔15流过带有球28的针尖22进入管道20并从喷嘴孔14’流出。通过O形环31，内腔15对注射器壳体12内的其余部分向后密封。

[0041] 为了防止球构件28的重复撞击造成磨损从而延长使用期，阀座19包括在阀座19和球构件28之间的密封接触区域30中的硬化表面。可替换地或额外可选地，杆17的表面和滑动轴承23的表面上设置硬化表面使得两个硬化的表面在接触区域24沿彼此滑动。

[0042] 术语硬化表面是指该表面相对下方的基体材料具有更高的硬度。两个表面上都设置这样的硬化表面以获得长使用寿命下高度的产品一致性和更好的尺寸公差。另一个优点是减少了磨损，可能归因于更好的尺寸公差。紧靠表面应当具有相同的硬度，或者至少硬度差异在40％以内，例如硬度差异小于30％或20％，或者甚至小至小于10％。

[0043] 注射器壳体的通常尺寸为直径10-30mm，长度50-130mm，尽管注射器包括能够稍长的后端，后端中设有相连通的供应线路。阀构件16的通常长度为40-80mm且杆直径为5-7mm，阀针18的直径更小。外壳尖端13通常直径为6-10mm，取决于注射器外壳12的总尺寸。

[0044] 图3a和图3b示出了4a类型的杆直径6mm、排出量2mm的润滑油注射器的压力测试的测量值。图3a是从4a类型润滑油注射器中取得的测量值曲线图，其中仅仅硬化阀构件16的杆17的表面而不硬化滑动轴承23的表面。图3b是从本来相同的4a类型润滑油注射器中取得的测量值曲线图，但是其具有的接触区域24中，杆17的表面和滑动轴承23的表面均被硬化。九缸二冲程船用柴油发动机中的注射器在运行后进行实验，其中每个汽缸具有十个沿汽缸衬垫的外周分布的SIP喷雾注射器。

[0045] 图3a中横坐标示出了重复测量之间的时间约2秒，图3b中则为2.7秒，尖峰表示测量的开始。纵坐标是单位为巴(bar)的压力。在图3a中，压力从测量开始的63.5巴(bar)下降约10巴(bar)，直到下一次测量之前的53.5巴(bar)。在图3b中，压力在63巴(bar)和64巴(bar)之间，变化小于0.7巴(bar)。非常显然，如果杆和滑动轴承都进行硬化，则注射器可以获得更好的性能。

[0046] 通过奥氏体碳氮共渗进行表面硬化，碳氮共渗使碳和氮进入硬化部件的表面中。碳氮共渗在气氛中以850℃左右的温度下进行，在碳钢或低合金钢的表面加入0.5-0.8％的碳和0.2-0.4(＜5％)的氮。扩散后，部件马上浸入油中。通常硬化深度不高于0.7mm，其不单单取决于碳氮共渗深度还取决于淬火温度和冷却时间。随后在150-200℃的温度进行回火能够加深硬化深度，并降低脆性。

[0047] 图4a示出了具有注射器性能标示的表格。左侧列示出了测量数据的日期，列上方的标题栏示出了汽缸的十个注射器的标号。表中每个条目的数字示出了注射器的工作时间小时数。浅灰色标示对应0-1巴(bar)的轻微压降，例如在图3b中所示的。稍微深的灰色阴影对应1-5巴(bar)的压降，这是可以接受的。深灰色标示示出了超过5巴(bar)的压降，这大幅影响喷射特性。在图4a中，可以观察到，即使在同等工作时间后，注射器的性能也非常不同。第一注射器(栏1)在工作仅200小时后性能就发生了改变，而其他的稳定工作达到640小时工作时间。

[0048] 在表格下部，示出了壳体硬化的注射器的测量值。因此，杆和滑动轴承之间的接触区域的两个表面都进行了硬化。这种注射器在2014年5月7日插入1号汽缸中，全部10个注射器表现良好达4280个小时。8号注射器观察到了轻微泄露，然而这不重要。

[0049] 由于整个壳体的硬化，阀针的座也被硬化并可能影响整个结果，然而相信其较接触区域双面硬化的影响小。

[0050] 在图4b中，示出了同一发动机中的2号汽缸中的测量值，该汽缸中的注射器仅仅硬化杆表面而不硬化滑动轴承的表面。对于图4b，还设有表示停止操作的黑色标示。看到在将注射器更换为改进注射器前，其中注射器性能的实质性变化类似于图4a中的模式。

[0051] 总之，不仅对于工作寿命，而且特别是对于性能的均一性，钢杆表面及钢制滑动轴承表面均进行硬化的注射器的性能显著提高。

[0052] 上述提到的现有技术文献通过引用并入本文。提供具体实施方式中的示例用于说明，并不限制本发明的原理

[0053] 标号

[0054] 1 汽缸

[0055] 2 汽缸衬垫

[0056] 3 汽缸壁

[0057] 4 油注射器

[0058] 4a 第一种类型油注射器

[0059] 4b 第二种类型油注射器

[0060] 4c 第三种类型油注射器

[0061] 5 喷嘴

[0062] 6 衬垫上的平滑切口

[0063] 7 喷雾液滴

[0064] 8 单个注射器中的喷雾

[0065] 9 润滑供应线路

[0066] 10 润滑回流线路

[0067] 11 润滑泵和控制系统

[0068] 12 注射器壳体

[0069] 13 注射器壳体12的喷嘴尖端

[0070] 14 喷嘴孔

[0071] 15 注射器壳体12的内腔

[0072] 15’ 内腔15的圆柱部分

[0073] 16 具有杆17的阀构件

[0074] 16’ 具有匹配的球的密封前端部分

[0075] 17 阀构件16的杆

[0076] 18 阀构件16的阀针

[0077] 19 阀座19

[0078] 20 从内腔15穿过喷嘴尖端13至喷嘴孔14’的管道

[0079] 21 喷嘴尖端13的壁

[0080] 22 阀针18的针尖，例如圆锥部分

[0081] 23 滑动轴承

[0082] 24 杆17和滑动轴承23之间的接触区域

[0083] 25 圆柱密封头

[0084] 26 弹簧

[0085] 27 阀构件26的后部

[0086] 28 形成针尖22的球构件

[0087] 30 阀座19处的密封接触区域

[0088] 31 O形环

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用于大型低速二冲程发动机的润滑剂注射器及其生产方法

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