大型柴油發動機的集中潤滑的製作方法
2023-05-21 05:21:56
專利名稱：大型柴油發動機的集中潤滑的製作方法
技術領域：
本發明涉及大型柴油發動機特別是海洋發動機中的用於潤滑氣缸面的集中潤滑系統，它包括至少一個帶有許多往復泵的潤滑裝置，往復泵由一個旋轉控制軸上的凸輪驅動，該旋轉控制軸優選地與柴油發動機主軸同步地被驅動。
另外，本發明涉及大型柴油發動機特別是海洋發動機中的用於潤滑氣缸面的方法，所述大型柴油發動機包括至少一個帶有許多往復泵的潤滑裝置，往復泵由一個旋轉控制軸上的凸輪驅動，該旋轉控制軸優選地與柴油發動機的主軸同步地被驅動。
背景技術：
潤滑裝置傳統上設計成泵單元，泵單元安裝成與它們各自的氣缸緊密關聯，並且連接到一個潤滑油供應箱以及與在氣缸內輪廓上的不同位置處的油注入噴嘴連接。每個泵單元包括許多往復泵，往復泵供應油到各個潤滑點並且由一個其上裝有凸輪的公共旋轉控制軸驅動。通過該軸的旋轉，凸輪與各自的軸向位移的活塞上的推力頭相互作用。軸向位移的活塞在朝向控制軸的方向上被彈簧加載，以致通過該軸的旋轉，活塞將作往復運動以驅動往復泵的活塞。
許多年來，潤滑裝置在這樣的運行條件下運行，即往復泵的輸出壓力不必很高，因為標準做法是在發動機活塞的向上的回程時，即在壓縮過程中，但在點火燃燒的持續工作衝程之前，潤滑油注入氣缸中。因此，目前一直是在注入或泵進壓力級為10巴的條件下運行。
在最近幾年中，已經有人提出通過霧化式噴嘴注油以在活塞向上運動過程中實現油霧潤滑使潤滑更有效的建議。但是，為了確保通過霧化式噴嘴的細小霧化作用，油是在很高的壓力供應的，例如壓力達到100巴或更大。
在兩個系統中，控制軸是通過與發動機曲軸直接或間接的機械連接而被驅動的。由此，建立用於泵驅動的動力和同時實現在發動機曲軸和潤滑裝置的控制軸之間的同步變成可能。
泵單元例如可以包括一個盒形的設備殼體，在殼體一個壁上支承著一排往復泵。該單元具有一個閥門殼體。閥門殼體上裝有一個潤滑油的進口、一個中間段和一個如此構成的用於往復泵的出口。中間段用於容納一個伸進設備殼體的活塞。出口連接到一個連接器上，一些連接管從連接器發散到相關的例如數目為6～24個的發動機氣缸上的潤滑點。
活塞通過一個貫通的控制軸上的驅動凸輪/搖杆臂被驅動以壓入，控制軸是與發動機曲軸同步旋轉的。活塞被彈簧向驅動凸輪偏置。設置一個調整螺釘以限定一個相關聯的驅動凸輪的極端位置。該調整螺釘可以被操作以確定活塞的單個運行衝程並因此確定單個往復泵的相關產出量。
在機械連接的情況下，存在一種對用戶控制注入時間的可能性的限制，該注入時間只是用於根據曲軸的旋轉而被定時的同步潤滑。另外，在將來潤滑裝置的機械傳動將消失，可以被認為是現實的。
在一些運行狀況下，將希望建立一種不同步的氣缸潤滑，即一種不取決於曲軸的旋轉和角向位置的氣缸潤滑。例如預潤滑氣缸就是這種情況，其中，通過在啟動發動機之前，因此在曲軸旋轉開始之前，通過提供氣缸潤滑，用戶有幹預的可能性。在一個關鍵時刻，例如在一個港口操作時，錯誤信號能夠引起發動機轉數減少，為了克服所謂的降速(slow-down)，也是這種情況。
發明內容
本發明的目的是提出一種系統和一個方法，由此可能以這樣一種方式建立氣缸潤滑，即用戶可以在所希望的運行狀況中選擇性地建立同步的氣缸潤滑以及不同步的氣缸潤滑。特別是這個目的，即這種氣缸潤滑可以出現在柴油發動機的主軸和潤滑裝置的控制軸之間不使用機械傳動的情況。
根據本發明，利用一種集中潤滑系統可以實現本發明的目的，所述集中潤滑系統包括-交流馬達，它與控制軸連接並驅動控制軸；-用於探測發動機活塞的運動速度和方向及位置的並且用於產生指示這些參數的數位訊號或電信號的裝置；-控制單元，它適合於接收數字/電信號且與交流馬達相連接並控制交流馬達，以調節控制軸的旋轉並因此調節往復泵的驅動。
根據本發明的方法，其特徵在於-由交流馬達驅動控制軸；-進行發動機活塞的運動速度、方向和位置的探測；-產生指示這些參數的數位訊號或電信號；-將數字/電信號傳輸到控制單元，控制單元與交流馬達連接並控制交流馬達以調節控制軸的旋轉並因此調節往復泵的驅動。
可以說根據本發明的系統是基於伺服控制，基於指示活塞的速度、方向和位置的數字/電子基準信號，以便以此方式在活塞循環的適當時間進行潤滑，並且該基準信號用於控制交流馬達/伺服馬達。該馬達用於驅動潤滑裝置的控制軸，以致潤滑裝置和主軸可以通過控制單元的控制投入定時的運行(同步地或不同步地)。可以視在給定的運行條件下需要什麼進行控制，因為在主軸和控制軸之間沒有直接的機械傳動，它們也可以投入不同步的運行。
關於本發明的功能，信號來自何處和來自產生信號的哪一個發動機部件是次要的。這些信號可以產生於柴油發動機上不同部件/功能件。
根據優選的實施例，根據本發明的系統，其特徵在於-基準裝置(reference means)，它與主軸連接並直接或間接地指示主軸的位置且因此還指示活塞的位置；-傳感器裝置，用於探測基準裝置的位置；-控制單元，它與傳感器裝置連接並接收來自傳感器裝置的信號，以及包括用於探測基準裝置的角向位置以及角速度並因此探測主軸/發動機活塞的角向位置以及角速度的裝置。
根據優選的實施例，根據本發明的方法，其特徵在於-由基準裝置和傳感器裝置建立數字/電信號，基準裝置與主軸連接並直接或間接地指示主軸的位置以及因此還指示活塞的位置，傳感器裝置探測基準裝置的位置；以及-將控制單元與傳感器裝置連接並接收來自傳感器裝置的信號，控制單元包括用於探測基準裝置的角向位置以及角速度並因此探測主軸/發動機活塞的角向位置和角速度的裝置。
基準信號從交流馬達/潤滑裝置返回到控制單元/伺服控制。這些基準信號和來自主軸或來自探測活塞位置的傳感器的基準信號比較，如果必要為了實現氣缸的所希望的定時潤滑，自動進行交流馬達的速度的可能調節。來自柴油發動機的主軸/活塞和交流馬達/潤滑裝置的基準信號將用於控制所述伺服控制。
根據本發明的系統可以基於標準部件。這是有利的，因為由此可能相對簡單地進行重新構建現有的潤滑系統，以實現本發明的優點。基本上能夠保留現有設計中的潤滑裝置，它當然是一個顯著的優點。只要求設置一個驅動馬達和一種控制，因此它們能夠協調控制軸的旋轉與柴油發動機的曲軸/活塞的位置。
根據一個具體的實施例，根據本發明的系統，其特徵在於，傳感器包括兩個基準傳感器，兩個基準傳感器在主軸的圓周方向上相互移位，由此，能夠探測主軸是否是旋轉的還是其他方式的。
在一個具體簡單的設計中，優選的是基準裝置包括齒圈上的齒，該齒圈優選地放置在主軸的飛輪上。該齒圈通常是事先提供的，這樣，齒提供了很好地限定的基準裝置，齒沿主軸的整個圓周均勻分布。因此，齒距將確定系統的精度。例如，採用齒距為3°，在最壞的情況將有3°的注射誤差。通常以這樣小的間距來設置齒，可能的誤差對注入將沒有任何實際影響。
根據另一個實施例，根據本發明的系統，其特徵在於，基準裝置包括一個分度基準裝置，傳感器裝置包括一個分度傳感器用於探測分度基準裝置的位置。由此，能夠建立一個原點，從這個原點齒由兩個基準傳感器計數。
系統的主要任務是確保潤滑裝置與柴油發動機的主軸角向同步運行，以致實現定時的氣缸潤滑。定時可以根據需要通過控制單元來調節。
當柴油發動機停止或運行並需要氣缸的預潤滑時，實施氣缸的預潤滑是可能的。這是通過控制交流馬達不受來自主軸/活塞的基準信號的限制來實現的。基準信號可以通過控制單元被無效。在施加預潤滑作用之後，可以再自動實現同步。在一個具體的實施例中，這在主軸旋轉360°之後發生。
根據一個具體實施例，設置了備用伺服控制和開關。這樣，在系統錯誤的情況下切換到備用伺服控制是自動進行的，這是通過控制該開關的控制單元來實現的。備用伺服控制可以定時也可以不定時。
來自主軸的基準信號可以來自一個角編碼器(angle encoder)或相應的探測裝置。根據一個具體的實施例，優選地角向位置以一個不少於4°的精度被指示，並且它優選地具有保持HTL或TTL信號水平的信號水平。在一個具體的實施例中，基準信號是以備份形式出現的，它們是相互獨立的，電源電壓也是如此。這對於系統的可靠性是有利的。
可選地，來自主軸的基準信號可以通過若干感應傳感器來建立，這些感應傳感器一起提供主軸的位置、速度和方向。
根據一個具體實施例，來自電動機/潤滑裝置的基準信號是通過信號的組合來建立的。一個分解器安裝在交流馬達上，根據分解器的信號，控制能夠確定交流馬達的旋轉速度、旋轉方向和相對位置。在潤滑裝置上安裝了指示潤滑裝置的定時點即潤滑裝置的位置的感應傳感器。通過組合這些信號，交流馬達/潤滑裝置得到一個很好地限定的基準信號。
根據本發明的系統的另一個實施例，設置了一個監視裝置，該監視裝置是為了有錯誤情況下自動切換到備用伺服控制而布置的。而且，它適合於提供一個錯誤信息到就地操作盤和到總控制臺，該總控制臺通常可以在採用柴油發動機的船舶的橋臺上。
在關於伺服機構、基準信號，交流馬達，電源電壓和基準信號同步的錯誤方面，監視裝置監督主控制和備用控制。
該系統是這樣設置的，以致備用系統中的錯誤信息將產生一個用於主發動機的降速信號，同時將一個錯誤信息給總控制室。如果在該狀況中必要的話，通過控制單元跨越(coverride)這個降速信號將是可能的。
本發明在下面參照附圖詳細說明，其中圖1示出一個可以用於根據本發明的系統中的常規潤滑裝置的實施例的剖視圖；圖2示出圖1所示潤滑裝置的一個縱向斷面；圖3示出構成根據本發明的系統的一部分的元件的方塊圖；圖4示出柴油發動機的飛輪和用於指示飛輪的角向位置的元件的局部透視圖；圖5示出通過利用圖4所示的元件，利用根據本發明的方法所取得到的基準信號的一個例子；圖6示出利用本發明的方法的一個控制環路的簡要流程圖；具體實施方式
圖1和2所示的潤滑裝置有一個盒狀的設備殼體2，設備殼體2在前壁4上支承著一排往復泵單元6，圖1僅示出其中的一個。該單元有一個閥門殼體8，殼體8上帶有一個下部的潤滑油進口，一個中間部分和一個如此構成的上部的往復泵出口。所述中間部分用於容納一個活塞10，活塞伸進設備殼體2。該出口通過一個流量指示器12連接到一個上部連接器14，連接管從整排的這些連接器發散到相關的例如數目為6～24個發動機氣缸上的潤滑點。
活塞10通過一個貫通的控制軸18上的驅動凸輪16被驅動以壓入。控制軸18與發動機的曲軸同步旋轉並坐落在軸承套30內。活塞不是直接被驅動的，而是通過各自搖臂22上的推力墊塊20被驅動。搖臂22繞一個帶有偏心端軸頸32的固定軸頸24轉動並具有向上延伸部26。該延伸部26在頂部和各自的調節螺釘28相互作用，調節螺釘28從前壁向內突出。活塞10是彈簧加載的，沿向內方向靠住推力墊塊20。那麼，推力墊塊20將保持向內受壓，直至各自的上臂端部與調節螺釘28接合。由此，對於每個泵單元，確定初始位置。從該初始位置，在相關驅動凸輪16經過處每個推力墊塊20將被向外壓。
在工作時，在一些狀況下，在臂部26和調節螺釘28之間存在一定的距離，以致推力墊塊20在凸輪經過時將被向外壓以操作活塞10。在凸輪經過之後，推力墊塊20將通過活塞在彈簧力的作用下返回到所述初始位置。該調節螺釘可以因此操作以確定活塞的各自的工作衝程，並且因此確定各自的泵單元的有關產出量(yields)。
在圖3中，示出一個方塊圖，圖中示出構成根據本發明的系統的一個實施例的一部分的主要元件。為了運行，系統必須包含另外的元件例如電壓源，但是這樣的另外元件將在本領域技術人員根據本說明書選擇的範圍內。
圖3示出一個潤滑裝置2，其控制軸18連接到一個由交流馬達驅動的傳動裝置34。傳動裝置34以根據潤滑裝置的軸18的所希望的旋轉速度而選擇的比率降低馬達36的旋轉速度。一個分解器(resolver)38安裝在交流馬達36上，適合於探測關於交流馬達的實際角向位置的信號並將該信號傳輸到控制單元40。
主軸44(見圖4)的角向位置的基準信號(reference signal)是從柴油發動機的飛輪42(見圖4)傳輸到主伺服機構(servo drive)46，主伺服機構46通過控制單元40控制交流馬達，以致潤滑裝置可以與主軸44角向同步運行。主伺服機構46包含可編程的調節器和控制元件。信號轉換器48用於轉換/適應來自飛輪的基準信號並且連接在主伺服機構46和控制單元40之間。
相應地，該系統包括備用伺服機構50和備用信號轉換器52。它們在主系統故障的情況下用於應急運行。
該系統包括一個分度傳感器(index sener)54，它被放置成與驅動軸56相結合，驅動軸56連接傳動裝置34和控制軸18。這個分度傳感器54用於確定潤滑裝置的絕對位置。由於分解器38安置在交流馬達上以及傳動裝置34安置在交流馬達36和潤滑裝置的控制軸18之間，需要所述分度傳感器來確立潤滑裝置的控制軸18的絕對位置。來自分度傳感器54的信號被傳輸到控制單元40上。
控制單元40接收來自傳感器的關於主軸44和交流馬達36/潤滑裝置18的位置的基準信號。而且，控制單元40監視系統元件的功能以及如果主系統存在故障可以通過控制轉換開關56切換到備用系統。因此，控制轉換開關56將用於在主伺服機構46或備用伺服機構50連接到交流馬達36之間切換。
該系統包括一個就地操作盤58。它有一個用於建立預潤滑的開關60和一個用於在手動或自動運行之間切換的開關62。而且，它有報警指示器64和狀態指示器66。
控制單元40連接到一個調節鈕68，調節鈕68用於調整注射潤滑油注入氣缸的定時。調整能力是在0和360°之間。
圖4示出飛輪42，它包括一個齒圈70，沿齒圈70圓邊布置了齒72。齒72用於一個基準裝置以指示主軸的角向位置並因此也指示活塞的位置。設置兩個傳感器74、76，它們被布置成用於探測相對著傳感器的齒72的出現。並且在主軸的圓周方向上相互移位(matuallydisplaced)。由此，如果主軸44以一種方式或其它方式在轉動，根據傳感器74、76檢測到的時間延遲，齒72的出現可以被探測到。
在齒圈70的側面，設置一個0°分度基準78，該分度基準在形狀上為一個突出的銷子，它由一個分度傳感器80來探測。可以由此提供齒72的計數開始點。與活塞/主軸的位置相關聯的分度基準78的位置用於整定潤滑裝置2的定時點。所有三個傳感器74、76和80優選地是鄰近感應式傳感器(inductive proximity sensors)。
圖5示出了由傳感器74、76和80收集的基準信號的兩個例子82、84。這兩個例子82、84示出主軸在相反方向的旋轉。利用傳感器74和76在探測齒72上的差異表示旋轉方向。
控制環路，如圖6所示，包括一個角向位置指示器86和一個角速度儀88。角向位置指示器86的信號連同來自主軸/活塞的基準信號一起傳輸到第一調節器90。調整過的信號然後連同來自角速度儀88的信號一起傳輸到第二調節器92，用於根據角速度可能的補償/調節。形成的信號被傳輸到控制元件94，控制元件94執行交流馬達36的可能調節。通過利用這種雙控制環路，人們可以根據速度預測基準點的預計的未來位置，並且因此可以很精確地控制交流馬達。
權利要求
1.一種集中潤滑系統，用於在大型柴油發動機中特別是海洋發動機中潤滑氣缸面，它包括至少一個潤滑裝置，所述至少一個潤滑裝置帶有多個由旋轉控制軸上的凸輪驅動的往復泵，該旋轉控制軸優選地與所述柴油發動機的主軸同步地被驅動，其特徵在於，它包括-交流馬達，它與控制軸連接並驅動控制軸；-用於探測發動機活塞的運動速度和方向及位置的並且用於產生指示這些參數的數位訊號或電信號的裝置；-控制單元，它適合於接收數字/電信號且與交流馬達相連接並控制交流馬達，以調節控制軸的旋轉並由此調節往復泵的驅動。
2.根據權利要求1的集中潤滑系統，其特徵在於-基準裝置，它與主軸連接並直接或間接地指示主軸的位置且因此還指示活塞的位置；-傳感器裝置，用於探測基準裝置的位置；-控制單元，它與傳感器裝置連接並接收來自傳感器裝置的信號，以及包括用於探測基準裝置的角向位置以及角速度並因此探測主軸/發動機活塞的角向位置和角速度的裝置。
3.根據權利要求2的集中潤滑系統，其特徵在於，所述傳感器包括兩個基準傳感器，所述兩個基準傳感器在所述主軸的圓周方向上相互移位。
4.根據權利要求2或3的集中潤滑系統，其特徵在於，所述基準裝置包括齒圈上的齒和一個分度基準裝置，齒圈優選地設置在主軸的飛輪上，所述傳感器裝置包括用於探測所述分度基準裝置位置的分度傳感器。
5.根據任一前述權利要求的集中潤滑系統，其特徵在於，所述交流馬達與分解器連接，所述分解器適合於提供交流馬達的實際角向位置的信號給控制單元。
6.一種用於潤滑氣缸面的方法，所述氣缸面在大型柴油發動機中特別是海洋發動機中，所述大型柴油發動機包括至少一個潤滑裝置，所述至少一個潤滑裝置帶有多個由旋轉控制軸上的凸輪驅動的往復泵，該旋轉控制軸優選地與所述柴油發動機的主軸同步地被驅動，其特徵在於-由交流馬達驅動所述控制軸；-進行發動機活塞的運動速度、方向和位置的探測；-產生指示這些參數的數位訊號或電信號；-將數字/電信號傳輸到控制單元，控制單元與交流馬達連接並控制交流馬達以調節控制軸的旋轉並由此調節往復泵的驅動。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於-由基準裝置和傳感器裝置建立所述數字/電信號，基準裝置與主軸連接並直接或間接地指示主軸的位置以及因此還指示活塞的位置，傳感器裝置探測基準裝置的位置；以及-將控制單元與傳感器裝置連接並接收來自傳感器裝置的信號，所述控制單元包括用於探測基準裝置的角向位置以及角速度並由此探測主軸/發動機活塞的角向位置和角速度的裝置。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，用於所述主軸位置的基準信號是備份的並且以至少兩個相互獨立形式提供，電源電壓也是如此。
9.根據權利要求6-8中的任何一個權利要求的方法，其特徵在於，用於所述交流馬達/潤滑裝置的基準信號是以發動機的速度、方向和位置的信號與所述潤滑裝置定時點的信號的組合提供的。
10.根據權利要求6-9中的任何一個權利要求的方法，其特徵在於，伺服控制被監視並且在系統錯誤的情況下切換到備用伺服控制是自動進行的。
全文摘要
描述了大型柴油發動機特別是海洋發動機的集中潤滑系統和潤滑氣缸面的方法。該系統包括至少一個潤滑裝置(2)，潤滑裝置(2)具有用於優選地與柴油發動機的主軸(44)同步運行的旋轉控制軸(18)。為了形成在潤滑裝置(2)和主軸(44)之間沒有機械傳動的系統，該系統構造有驅動控制軸(18)的交流馬達(36)。基準裝置(72、78)設置成與主軸(44)和探測基準裝置位置的傳感器裝置(74、76、80)相關聯，基準裝置(72、78)指示主軸的角向位置。而且，該系統包括一個接收來自傳感器裝置的信號的控制單元(40)，它包括探測基準裝置的並由此探測主軸(44)的角向位置以及角速度的裝置。控制單元(40)連接並控制交流馬達(36)以調節控制軸(18)的旋轉並由此控制提供氣缸潤滑的往復泵的驅動。
文檔編號F16N7/38GK1875170SQ200480031746
公開日2006年12月6日 申請日期2004年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者I·H·內爾森 申請人:漢斯延森潤滑油有限公司