CN1875170A - 大型柴油发动机的集中润滑 - Google Patents

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Abstract

描述了大型柴油发动机特别是海洋发动机的集中润滑***和润滑气缸面的方法。该***包括至少一个润滑装置(2)，润滑装置(2)具有用于优选地与柴油发动机的主轴(44)同步运行的旋转控制轴(18)。为了形成在润滑装置(2)和主轴(44)之间没有机械传动的***，该***构造有驱动控制轴(18)的交流马达(36)。基准装置(72、78)设置成与主轴(44)和探测基准装置位置的传感器装置(74、76、80)相关联，基准装置(72、78)指示主轴的角向位置。而且，该***包括一个接收来自传感器装置的信号的控制单元(40)，它包括探测基准装置的并由此探测主轴(44)的角向位置以及角速度的装置。控制单元(40)连接并控制交流马达(36)以调节控制轴(18)的旋转并由此控制提供气缸润滑的往复泵的驱动。

Description

大型柴油发动机的集中润滑
技术领域
本发明涉及大型柴油发动机特别是海洋发动机中的用于润滑气缸面的集中润滑***，它包括至少一个带有许多往复泵的润滑装置，往复泵由一个旋转控制轴上的凸轮驱动，该旋转控制轴优选地与柴油发动机主轴同步地被驱动。
另外，本发明涉及大型柴油发动机特别是海洋发动机中的用于润滑气缸面的方法，所述大型柴油发动机包括至少一个带有许多往复泵的润滑装置，往复泵由一个旋转控制轴上的凸轮驱动，该旋转控制轴优选地与柴油发动机的主轴同步地被驱动。
背景技术
润滑装置传统上设计成泵单元，泵单元安装成与它们各自的气缸紧密关联，并且连接到一个润滑油供应箱以及与在气缸内轮廓上的不同位置处的油注入喷嘴连接。每个泵单元包括许多往复泵，往复泵供应油到各个润滑点并且由一个其上装有凸轮的公共旋转控制轴驱动。通过该轴的旋转，凸轮与各自的轴向位移的活塞上的推力头相互作用。轴向位移的活塞在朝向控制轴的方向上被弹簧加载，以致通过该轴的旋转，活塞将作往复运动以驱动往复泵的活塞。
许多年来，润滑装置在这样的运行条件下运行，即往复泵的输出压力不必很高，因为标准做法是在发动机活塞的向上的回程时，即在压缩过程中，但在点火燃烧的持续工作冲程之前，润滑油注入气缸中。因此，目前一直是在注入或泵进压力级为10巴的条件下运行。
在最近几年中，已经有人提出通过雾化式喷嘴注油以在活塞向上运动过程中实现油雾润滑使润滑更有效的建议。但是，为了确保通过雾化式喷嘴的细小雾化作用，油是在很高的压力供应的，例如压力达到100巴或更大。
在两个***中，控制轴是通过与发动机曲轴直接或间接的机械连接而被驱动的。由此，建立用于泵驱动的动力和同时实现在发动机曲轴和润滑装置的控制轴之间的同步变成可能。
泵单元例如可以包括一个盒形的设备壳体，在壳体一个壁上支承着一排往复泵。该单元具有一个阀门壳体。阀门壳体上装有一个润滑油的进口、一个中间段和一个如此构成的用于往复泵的出口。中间段用于容纳一个伸进设备壳体的活塞。出口连接到一个连接器上，一些连接管从连接器发散到相关的例如数目为6～24个的发动机气缸上的润滑点。
活塞通过一个贯通的控制轴上的驱动凸轮/摇杆臂被驱动以压入，控制轴是与发动机曲轴同步旋转的。活塞被弹簧向驱动凸轮偏置。设置一个调整螺钉以限定一个相关联的驱动凸轮的极端位置。该调整螺钉可以***作以确定活塞的单个运行冲程并因此确定单个往复泵的相关产出量。
在机械连接的情况下，存在一种对用户控制注入时间的可能性的限制，该注入时间只是用于根据曲轴的旋转而被定时的同步润滑。另外，在将来润滑装置的机械传动将消失，可以被认为是现实的。
在一些运行状况下，将希望建立一种不同步的气缸润滑，即一种不取决于曲轴的旋转和角向位置的气缸润滑。例如预润滑气缸就是这种情况，其中，通过在启动发动机之前，因此在曲轴旋转开始之前，通过提供气缸润滑，用户有干预的可能性。在一个关键时刻，例如在一个港口操作时，错误信号能够引起发动机转数减少，为了克服所谓的降速(slow-down)，也是这种情况。
发明内容
本发明的目的是提出一种***和一个方法，由此可能以这样一种方式建立气缸润滑，即用户可以在所希望的运行状况中选择性地建立同步的气缸润滑以及不同步的气缸润滑。特别是这个目的，即这种气缸润滑可以出现在柴油发动机的主轴和润滑装置的控制轴之间不使用机械传动的情况。
根据本发明，利用一种集中润滑***可以实现本发明的目的，所述集中润滑***包括：
-交流马达，它与控制轴连接并驱动控制轴；
-用于探测发动机活塞的运动速度和方向及位置的并且用于产生指示这些参数的数字信号或电信号的装置；
-控制单元，它适合于接收数字/电信号且与交流马达相连接并控制交流马达，以调节控制轴的旋转并因此调节往复泵的驱动。
根据本发明的方法，其特征在于：
-由交流马达驱动控制轴；
-进行发动机活塞的运动速度、方向和位置的探测；
-产生指示这些参数的数字信号或电信号；
-将数字/电信号传输到控制单元，控制单元与交流马达连接并控制交流马达以调节控制轴的旋转并因此调节往复泵的驱动。
可以说根据本发明的***是基于伺服控制，基于指示活塞的速度、方向和位置的数字/电子基准信号，以便以此方式在活塞循环的适当时间进行润滑，并且该基准信号用于控制交流马达/伺服马达。该马达用于驱动润滑装置的控制轴，以致润滑装置和主轴可以通过控制单元的控制投入定时的运行(同步地或不同步地)。可以视在给定的运行条件下需要什么进行控制，因为在主轴和控制轴之间没有直接的机械传动，它们也可以投入不同步的运行。
关于本发明的功能，信号来自何处和来自产生信号的哪一个发动机部件是次要的。这些信号可以产生于柴油发动机上不同部件/功能件。
根据优选的实施例，根据本发明的***，其特征在于：
-基准装置(reference means)，它与主轴连接并直接或间接地指示主轴的位置且因此还指示活塞的位置；
-传感器装置，用于探测基准装置的位置；
-控制单元，它与传感器装置连接并接收来自传感器装置的信号，以及包括用于探测基准装置的角向位置以及角速度并因此探测主轴/发动机活塞的角向位置以及角速度的装置。
根据优选的实施例，根据本发明的方法，其特征在于：
-由基准装置和传感器装置建立数字/电信号，基准装置与主轴连接并直接或间接地指示主轴的位置以及因此还指示活塞的位置，传感器装置探测基准装置的位置；以及
-将控制单元与传感器装置连接并接收来自传感器装置的信号，控制单元包括用于探测基准装置的角向位置以及角速度并因此探测主轴/发动机活塞的角向位置和角速度的装置。
基准信号从交流马达/润滑装置返回到控制单元/伺服控制。这些基准信号和来自主轴或来自探测活塞位置的传感器的基准信号比较，如果必要为了实现气缸的所希望的定时润滑，自动进行交流马达的速度的可能调节。来自柴油发动机的主轴/活塞和交流马达/润滑装置的基准信号将用于控制所述伺服控制。
根据本发明的***可以基于标准部件。这是有利的，因为由此可能相对简单地进行重新构建现有的润滑***，以实现本发明的优点。基本上能够保留现有设计中的润滑装置，它当然是一个显著的优点。只要求设置一个驱动马达和一种控制，因此它们能够协调控制轴的旋转与柴油发动机的曲轴/活塞的位置。
根据一个具体的实施例，根据本发明的***，其特征在于，传感器包括两个基准传感器，两个基准传感器在主轴的圆周方向上相互移位，由此，能够探测主轴是否是旋转的还是其他方式的。
在一个具体简单的设计中，优选的是基准装置包括齿圈上的齿，该齿圈优选地放置在主轴的飞轮上。该齿圈通常是事先提供的，这样，齿提供了很好地限定的基准装置，齿沿主轴的整个圆周均匀分布。因此，齿距将确定***的精度。例如，采用齿距为3°，在最坏的情况将有3°的注射误差。通常以这样小的间距来设置齿，可能的误差对注入将没有任何实际影响。
根据另一个实施例，根据本发明的***，其特征在于，基准装置包括一个分度基准装置，传感器装置包括一个分度传感器用于探测分度基准装置的位置。由此，能够建立一个原点，从这个原点齿由两个基准传感器计数。
***的主要任务是确保润滑装置与柴油发动机的主轴角向同步运行，以致实现定时的气缸润滑。定时可以根据需要通过控制单元来调节。
当柴油发动机停止或运行并需要气缸的预润滑时，实施气缸的预润滑是可能的。这是通过控制交流马达不受来自主轴/活塞的基准信号的限制来实现的。基准信号可以通过控制单元被无效。在施加预润滑作用之后，可以再自动实现同步。在一个具体的实施例中，这在主轴旋转360°之后发生。
根据一个具体实施例，设置了备用伺服控制和开关。这样，在***错误的情况下切换到备用伺服控制是自动进行的，这是通过控制该开关的控制单元来实现的。备用伺服控制可以定时也可以不定时。
来自主轴的基准信号可以来自一个角编码器(angle encoder)或相应的探测装置。根据一个具体的实施例，优选地角向位置以一个不少于4°的精度被指示，并且它优选地具有保持HTL或TTL信号水平的信号水平。在一个具体的实施例中，基准信号是以备份形式出现的，它们是相互独立的，电源电压也是如此。这对于***的可靠性是有利的。
可选地，来自主轴的基准信号可以通过若干感应传感器来建立，这些感应传感器一起提供主轴的位置、速度和方向。
根据一个具体实施例，来自电动机/润滑装置的基准信号是通过信号的组合来建立的。一个分解器安装在交流马达上，根据分解器的信号，控制能够确定交流马达的旋转速度、旋转方向和相对位置。在润滑装置上安装了指示润滑装置的定时点即润滑装置的位置的感应传感器。通过组合这些信号，交流马达/润滑装置得到一个很好地限定的基准信号。
根据本发明的***的另一个实施例，设置了一个监视装置，该监视装置是为了有错误情况下自动切换到备用伺服控制而布置的。而且，它适合于提供一个错误信息到就地操作盘和到总控制台，该总控制台通常可以在采用柴油发动机的船舶的桥台上。
在关于伺服机构、基准信号，交流马达，电源电压和基准信号同步的错误方面，监视装置监督主控制和备用控制。
该***是这样设置的，以致备用***中的错误信息将产生一个用于主发动机的降速信号，同时将一个错误信息给总控制室。如果在该状况中必要的话，通过控制单元跨越(coverride)这个降速信号将是可能的。
附图说明
本发明在下面参照附图详细说明，其中：
图1示出一个可以用于根据本发明的***中的常规润滑装置的实施例的剖视图；
图2示出图1所示润滑装置的一个纵向断面；
图3示出构成根据本发明的***的一部分的元件的方块图；
图4示出柴油发动机的飞轮和用于指示飞轮的角向位置的元件的局部透视图；
图5示出通过利用图4所示的元件，利用根据本发明的方法所取得到的基准信号的一个例子；
图6示出利用本发明的方法的一个控制环路的简要流程图；
具体实施方式
图1和2所示的润滑装置有一个盒状的设备壳体2，设备壳体2在前壁4上支承着一排往复泵单元6，图1仅示出其中的一个。该单元有一个阀门壳体8，壳体8上带有一个下部的润滑油进口，一个中间部分和一个如此构成的上部的往复泵出口。所述中间部分用于容纳一个活塞10，活塞伸进设备壳体2。该出口通过一个流量指示器12连接到一个上部连接器14，连接管从整排的这些连接器发散到相关的例如数目为6～24个发动机气缸上的润滑点。
活塞10通过一个贯通的控制轴18上的驱动凸轮16被驱动以压入。控制轴18与发动机的曲轴同步旋转并坐落在轴承套30内。活塞不是直接被驱动的，而是通过各自摇臂22上的推力垫块20被驱动。摇臂22绕一个带有偏心端轴颈32的固定轴颈24转动并具有向上延伸部26。该延伸部26在顶部和各自的调节螺钉28相互作用，调节螺钉28从前壁向内突出。活塞10是弹簧加载的，沿向内方向靠住推力垫块20。那么，推力垫块20将保持向内受压，直至各自的上臂端部与调节螺钉28接合。由此，对于每个泵单元，确定初始位置。从该初始位置，在相关驱动凸轮16经过处每个推力垫块20将被向外压。
在工作时，在一些状况下，在臂部26和调节螺钉28之间存在一定的距离，以致推力垫块20在凸轮经过时将被向外压以操作活塞10。在凸轮经过之后，推力垫块20将通过活塞在弹簧力的作用下返回到所述初始位置。该调节螺钉可以因此操作以确定活塞的各自的工作冲程，并且因此确定各自的泵单元的有关产出量(yields)。
在图3中，示出一个方块图，图中示出构成根据本发明的***的一个实施例的一部分的主要元件。为了运行，***必须包含另外的元件例如电压源，但是这样的另外元件将在本领域技术人员根据本说明书选择的范围内。
图3示出一个润滑装置2，其控制轴18连接到一个由交流马达驱动的传动装置34。传动装置34以根据润滑装置的轴18的所希望的旋转速度而选择的比率降低马达36的旋转速度。一个分解器(resolver)38安装在交流马达36上，适合于探测关于交流马达的实际角向位置的信号并将该信号传输到控制单元40。
主轴44(见图4)的角向位置的基准信号(reference signal)是从柴油发动机的飞轮42(见图4)传输到主伺服机构(servo drive)46，主伺服机构46通过控制单元40控制交流马达，以致润滑装置可以与主轴44角向同步运行。主伺服机构46包含可编程的调节器和控制元件。信号转换器48用于转换/适应来自飞轮的基准信号并且连接在主伺服机构46和控制单元40之间。
相应地，该***包括备用伺服机构50和备用信号转换器52。它们在主***故障的情况下用于应急运行。
该***包括一个分度传感器(index sener)54，它被放置成与驱动轴56相结合，驱动轴56连接传动装置34和控制轴18。这个分度传感器54用于确定润滑装置的绝对位置。由于分解器38安置在交流马达上以及传动装置34安置在交流马达36和润滑装置的控制轴18之间，需要所述分度传感器来确立润滑装置的控制轴18的绝对位置。来自分度传感器54的信号被传输到控制单元40上。
控制单元40接收来自传感器的关于主轴44和交流马达36/润滑装置18的位置的基准信号。而且，控制单元40监视***元件的功能以及如果主***存在故障可以通过控制转换开关56切换到备用***。因此，控制转换开关56将用于在主伺服机构46或备用伺服机构50连接到交流马达36之间切换。
该***包括一个就地操作盘58。它有一个用于建立预润滑的开关60和一个用于在手动或自动运行之间切换的开关62。而且，它有报警指示器64和状态指示器66。
控制单元40连接到一个调节钮68，调节钮68用于调整注射润滑油注入气缸的定时。调整能力是在0和360°之间。
图4示出飞轮42，它包括一个齿圈70，沿齿圈70圆边布置了齿72。齿72用于一个基准装置以指示主轴的角向位置并因此也指示活塞的位置。设置两个传感器74、76，它们被布置成用于探测相对着传感器的齿72的出现。并且在主轴的圆周方向上相互移位(matuallydisplaced)。由此，如果主轴44以一种方式或其它方式在转动，根据传感器74、76检测到的时间延迟，齿72的出现可以被探测到。
在齿圈70的侧面，设置一个0°分度基准78，该分度基准在形状上为一个突出的销子，它由一个分度传感器80来探测。可以由此提供齿72的计数开始点。与活塞/主轴的位置相关联的分度基准78的位置用于整定润滑装置2的定时点。所有三个传感器74、76和80优选地是邻近感应式传感器(inductive proximity sensors)。
图5示出了由传感器74、76和80收集的基准信号的两个例子82、84。这两个例子82、84示出主轴在相反方向的旋转。利用传感器74和76在探测齿72上的差异表示旋转方向。
控制环路，如图6所示，包括一个角向位置指示器86和一个角速度仪88。角向位置指示器86的信号连同来自主轴/活塞的基准信号一起传输到第一调节器90。调整过的信号然后连同来自角速度仪88的信号一起传输到第二调节器92，用于根据角速度可能的补偿/调节。形成的信号被传输到控制元件94，控制元件94执行交流马达36的可能调节。通过利用这种双控制环路，人们可以根据速度预测基准点的预计的未来位置，并且因此可以很精确地控制交流马达。

Claims (10)

1.一种集中润滑***，用于在大型柴油发动机中特别是海洋发动机中润滑气缸面，它包括至少一个润滑装置，所述至少一个润滑装置带有多个由旋转控制轴上的凸轮驱动的往复泵，该旋转控制轴优选地与所述柴油发动机的主轴同步地被驱动，其特征在于，它包括：
-交流马达，它与控制轴连接并驱动控制轴；
-用于探测发动机活塞的运动速度和方向及位置的并且用于产生指示这些参数的数字信号或电信号的装置；
-控制单元，它适合于接收数字/电信号且与交流马达相连接并控制交流马达，以调节控制轴的旋转并由此调节往复泵的驱动。
2.根据权利要求1的集中润滑***，其特征在于：
-基准装置，它与主轴连接并直接或间接地指示主轴的位置且因此还指示活塞的位置；
-传感器装置，用于探测基准装置的位置；
-控制单元，它与传感器装置连接并接收来自传感器装置的信号，以及包括用于探测基准装置的角向位置以及角速度并因此探测主轴/发动机活塞的角向位置和角速度的装置。
3.根据权利要求2的集中润滑***，其特征在于，所述传感器包括两个基准传感器，所述两个基准传感器在所述主轴的圆周方向上相互移位。
4.根据权利要求2或3的集中润滑***，其特征在于，所述基准装置包括齿圈上的齿和一个分度基准装置，齿圈优选地设置在主轴的飞轮上，所述传感器装置包括用于探测所述分度基准装置位置的分度传感器。
5.根据任一前述权利要求的集中润滑***，其特征在于，所述交流马达与分解器连接，所述分解器适合于提供交流马达的实际角向位置的信号给控制单元。
6.一种用于润滑气缸面的方法，所述气缸面在大型柴油发动机中特别是海洋发动机中，所述大型柴油发动机包括至少一个润滑装置，所述至少一个润滑装置带有多个由旋转控制轴上的凸轮驱动的往复泵，该旋转控制轴优选地与所述柴油发动机的主轴同步地被驱动，其特征在于：
-由交流马达驱动所述控制轴；
-进行发动机活塞的运动速度、方向和位置的探测；
-产生指示这些参数的数字信号或电信号；
-将数字/电信号传输到控制单元，控制单元与交流马达连接并控制交流马达以调节控制轴的旋转并由此调节往复泵的驱动。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于：
-由基准装置和传感器装置建立所述数字/电信号，基准装置与主轴连接并直接或间接地指示主轴的位置以及因此还指示活塞的位置，传感器装置探测基准装置的位置；以及
-将控制单元与传感器装置连接并接收来自传感器装置的信号，所述控制单元包括用于探测基准装置的角向位置以及角速度并由此探测主轴/发动机活塞的角向位置和角速度的装置。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，用于所述主轴位置的基准信号是备份的并且以至少两个相互独立形式提供，电源电压也是如此。
9.根据权利要求6-8中的任何一个权利要求的方法，其特征在于，用于所述交流马达/润滑装置的基准信号是以发动机的速度、方向和位置的信号与所述润滑装置定时点的信号的组合提供的。
10.根据权利要求6-9中的任何一个权利要求的方法，其特征在于，伺服控制被监视并且在***错误的情况下切换到备用伺服控制是自动进行的。
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