ДОЗИРУЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 2006 года по МПК F01M1/08 

Предпосылки изобретения

Данное изобретение относится к смазочной системе для больших дизельных двигателей, в которых смазывающее цилиндр масло через сопла наносится в виде тумана из масляных капелек на поверхность цилиндра. Система такого типа известна, например, из международной публикации WO 00/28194.

Подача масла к отдельным соплам происходит посредством смазывающего устройства, которое обычным образом синхронизировано и из которого небольшие поршневые насосы посылают отмеренные порции масла наружу - каждый к своему соплу через клапан.

Одно смазывающее устройство снабжает один цилиндр двигателя или группу цилиндров двигателя и часто приводится в действие непосредственно дизельным двигателем и синхронно с ним, поскольку дозирование указанных порций масла на поверхность цилиндра должно быть синхронизировано по времени, т.е. происходить в определенные моменты времени. Смазочное устройство обычно размещается на некотором расстоянии от каждой отдельной точки смазки. В очень длинных трубах решающее влияние на точность дозирования оказывает сжимаемость масла. Даже несмотря на то, что опыт работы с такой системой показывает, что в трубах длиной до 6-7 метров, по-видимому, не происходит больших отклонений в точности дозирования, преимущественным всегда является использование труб, имеющих как можно более короткую протяженность между блоком, определяющим величину дозы и хронометрирование, и точкой дозирования на стенку цилиндра.

Не все дизельные двигатели способны обеспечить непосредственное механически осуществляемое срабатывание смазочного устройства синхронно с числом оборотов. Кроме того, наблюдается растущая необходимость в гибком и легком согласовании величины дозы масла для смазки цилиндра с реальной текущей потребностью двигателя, в зависимости от различных измеряемых параметров двигателя. Также желательно непрерывно и гибким образом согласовывать с реальной рабочей ситуацией настройки хронометрирования. В предпочтительном случае осуществлением всех этих согласований необходимо управлять централизованно.

Запуск смазочных устройств синхронно с числом оборотов двигателя в минуту возможно осуществлять с помощью электроники, однако это технически сложно и дорого. Тем не менее, в такой системе настройки хронометрирования можно регулировать мгновенно.

Поскольку масло для смазки цилиндра должно дозироваться в режиме одна порция на оборот двигателя, единственная возможность для регулирования дозировки заключается в изменении длины хода поршня насосов. Предназначенная для этого система описана в заявке на патент Дании DK 4999/85. В данной системе используется кулачковый механизм для регулировки длины хода нагнетания поршня в зависимости от нагрузки мотора. Изменение указанного соотношения может происходить только путем замены кулачков новыми кулачками с другой преобразующей функцией.

Также делались предложения по регулировке длины хода нагнетания поршня посредством управляемого мотора, например шагового электродвигателя. Его применяют для точечной смазки, однако осуществление последней при наличии обычных смазочных устройств является исключительно затруднительным.

При традиционной смазке стенок цилиндра до настоящего времени существовала практика использования простых стопорных клапанов со смещаемой пружиной, которые способны противодействовать внутреннему давлению в цилиндре, но смещаются вследствие немного большего внешнего давления впрыскивания. Применительно к данному изобретению необходимо и желательно, чтобы система клапанов открывалась только при гораздо большем давлении масла для того, чтобы впрыскивание масла могло с самого начала носить характер распылительного впрыскивания. Это относится к показателю перепада давлений в несколько сотен процентов.

Цель данного изобретения заключается в создании системы для распыленной смазки цилиндров больших дизельных двигателей, посредством которой можно обеспечить гибкое централизованное управление длиной хода нагнетания поршня и вследствие этого управление количеством масла и точное регулирование настроек хронометрирования.

Согласно данному изобретению это достигается посредством дозирующей системы, имеющей подающую трубу и возвратную трубу, каждая из которых снабжена своим клапаном и соединена с центральным питающим насосом, и впрыскивающие блоки, которые по своему количеству соответствуют числу цилиндров в двигателе и соединены с указанными трубами, при этом каждый из указанных блоков содержит:

- впрыскивающее сопло, предназначенное для впрыскивания в соответствующий цилиндр распыленного масла, смазывающего цилиндр,

- поршень, расположенный на заднем конце стержня сопла,

- управляемый мотор, соединенный с поршнем посредством винта с обеспечением регулирования хода нагнетания поршня, причем система содержит

- центральный компьютер для управления клапанами и мотором.

В этой системе ход поршня можно легко регулировать настройкой управляемого мотора. Это централизованно делается компьютером на основании полученных данных о рабочих характеристиках мотора. Также посредством компьютера можно управлять открытием и закрытием клапанов. Таким образом, в предложенной системе возможно преобразование рабочих характеристик мотора для изменения настроек хронометрирования и количества дозируемого масла для смазки цилиндра. Это масло может дозироваться в требуемый момент времени рабочего цикла мотора. Поскольку впрыскивается распыленное масло, смазка двигателя является эффективной.

В цилиндре может присутствовать по меньшей мере один впрыскивающий блок. Обычно количество впрыскивающих блоков кратно количеству цилиндров.

Согласно частному варианту выполнения изобретения особенностью системы является то, что сопло содержит цилиндрический стержень, предназначенный для установки в отверстии, выполненном в стенке цилиндра и имеющий центральный проход для основной части игольчатого клапана, подпружиненной в наружном направлении для закрытия внутреннего седла клапана, расположенного в выпускном отверстии стержня сопла, и второй осевой проход для управляемой подачи масла под давлением в переднюю напорную камеру, в которой это масло может вызвать обратное давление на основную часть игольчатого клапана для открытия внутреннего седла клапана, а также вызвать впрыскивание масла при повышенном давлении через открытое вследствие этого сопло до тех пор, пока давление масла не понизится с обеспечением эффективного закрытия игольчатого клапана, при этом центральный проход образован кольцевой цилиндрической полостью, расположенной между наружным трубчатым цилиндрическим стержнем сопла и расположенной по центру сквозной трубой, предназначенной для центрального размещения основной части игольчатого клапана.

Поршень может быть подпружинен пружиной, действующей на него в направлении камеры снабжения маслом, когда система не находится под давлением, а сопло может иметь внешний наклонный распылительный канал.

Согласно изобретению для впрыскивания смазывающего цилиндр масла в цилиндры больших дизельных двигателей используют впрыскивающее сопло с клапанным управлением, причем указанное сопло и управляемый мотор могут быть расположены концентрично относительно общей оси. Именно за счет этого обеспечивается требуемое распыление, поскольку функционирование происходит при гораздо большем давлении, нежели в случае, когда смазочное масло лишь вытекает через отверстия для смазки в цилиндрах.

Пружина, действующая на основную часть игольчатого клапана, может упираться в ползун, который установлен с возможностью продольного перемещения и длина хода которого задается управляемым мотором. В этом случае ползун может удерживаться направляющим элементом с предотвращением вращения, а пружина, действующая на основную часть игольчатого клапана, может испытывать предварительную нагрузку, соответствующую требуемому давлению открытия игольчатого клапана.

Из уровня техники известны некоторые сопловые клапаны, предназначенные для работы при соответствующих условиях, а именно различные устройства для впрыскивания топлива в цилиндры двигателей. Однако эти известные из уровня техники устройства не относятся к впрыскиванию смазочного масла, и их нельзя сразу же использовать для этой цели, поскольку они приспособлены под другие условия установки, отличные от тех, что соответствуют введению через стенку цилиндра.

Однако, что касается данного изобретения, было найдено привлекательным разработать новый клапан на основе известных топливных клапанов, точнее на основе их некоторых главных свойств, которые в первую очередь связаны с внешним видом, подразумевающим наличие круглых стержней, имеющих центральный проход для размещения основной части клапана, имеющей переднюю иглу, предназначенную для взаимодействия с седлом клапана, которое расположено очень близко к наружному отверстию сопла, пружину сжатия, расположенную позади и предназначенную для продвижения основной части клапана и иглы к седлу клапана, и жидкостный канал для подвода жидкости под давлением к напорной камере, расположенной перед основной частью клапана, вследствие чего эта часть, а следовательно, и игла клапана перемещаются назад, когда на жидкость действует требуемое давление. Таким образом, сопло открывается только при установлении высокого давления, т.е. распыление жидкости может происходить сразу же, начиная с открытия клапана, и до тех пор, пока более высокое давление жидкости уменьшится до такой степени, что оно не сможет больше преодолевать действие упомянутой пружины сжатия, т.е. распыление резко прекратится, но очень большое давление жидкости все еще будет присутствовать. Из указанной напорной камеры обратно в небольшом количестве выходит просачивающаяся жидкость, которая далее может выпускаться только через указанный центральный проход.

Упомянутые топливные клапаны могут быть без принципиальных сложностей изготовлены и установлены в головках цилиндров двигателя, при этом стержни клапанов могут иметь требуемые размеры. Здесь важным условием является то, что при такой конструкции имеется много пространства, вследствие чего размер поперечного сечения этих стержней является достаточным для ограничения центрального прохода и параллельного ему подающего жидкость канала, которые в топливных клапанах имеют существенную толщину.

Применительно к клапанам для смазки стенок цилиндра, условия, относящиеся к размерам клапанов и к их установке, совершенно другие. Ключевым фактором является то, что диаметр стержня клапана должен быть минимальным, поскольку не допускается (особенно в существующих цилиндрах двигателей) расширение «отверстий для смазки», превышающее по размеру изначально предполагаемые, и эти отверстия на практике значительно меньше отверстий, выполненных в головках цилиндров для прохождения через них топливных клапанов.

В связи с этим было бы желательно использовать те же самые принципы для смазки стенок цилиндра, тогда канал подачи жидкости может быть существенно по причине того, что необходимое количество подаваемой жидкости в этом случае будет представлять собой только малую часть от потока топлива. В результате этого преимущество конструкции будет заключаться в малом диаметре стержня клапана. На практике, однако, возникает проблема, заключающаяся в сложности выполнения очень тонкого канала, проходящего через относительно длинный ствол стержня, в особенности, если этот канал должен проходить снаружи центрального прохода в стволе стержня. Таким образом, непосредственное применение известной ранее техники либо значительно увеличит стоимость изготовления узкого ствола стержня, либо неприемлемо увеличит его толщину.

В результате данного изобретения установлено, что при этих обстоятельствах можно сделать радикальное изменение путем использования канала, децентрализованно подающего жидкость и выполненного в виде кольцевого канала, который проходит вокруг центрального прохода, выполненного в виде соответственно по меньшей мере одного осевого паза, и который расположен в зоне между центральной внутренней трубкой и окружающей трубкой стержня. При таком разделении на две трубки можно выполнять узкий канал, не применяя сложную операцию резания, причем этот канал может занимать минимум пространства в радиальном направлении. Кроме того, практика показала, что вообще можно приспосабливать сопловые клапаны столь малой толщины, так что они будут полностью подходить для конкретных, описанных в данной заявке назначений.

Описание чертежей

Ниже данное изобретение поясняется со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает предложенную систему с тремя впрыскивающими блоками,

фиг.2 в увеличенном масштабе изображает частичный разрез впрыскивающего блока, выполненный по линии II-II на фиг.1,

фиг.3 изображает частичный разрез еще одного варианта выполнения клапана, используемого в дозирующем блоке.

На фиг.1 предложенная система показана в виде установки с тремя впрыскивающими блоками/клапанами, однако их число не ограничивается только тремя. Впрыскивающий блок содержит дозирующий блок, установленный непосредственно на каждом отдельном клапане.

Дозирующий блок, более ясно изображенный на фиг.2, содержит поршень 1, который может представлять собой показанный двухступенчатый поршень. Когда в системе нет давления, поршень удерживается слева пружиной 1'. Когда клапан 4 открыт, в камеру 5 подается масло под давлением из насоса (который здесь не показан) через нагнетательную трубу 17, при этом поршень смещается вправо, а масло, перемещаемое правым концом поршня, проходит через нагнетательный клапан 7 и через каналы 9, 24 и 28 к камере 30, расположенной перед иглой 18 распылителя, и далее через распылительный канал 12 сопла 11. Действие клапана более подробно описано ниже.

Вытекание масла из клапана в возвратную трубу 23 происходит по каналам 13, 15 и 21. Камера 25 вокруг пружины 1' постоянно сообщается с возвратной трубой 23 через отверстие 19, так что изменение объема масла в этой камере 25 не влияет на функционирование. Когда поршень 1 достигает своего нижнего положения, клапан 27 открывается, а клапан 4 закрывается. Вследствие этого камера 5 соединяется с возвратной трубой 29, пружина 1^' отжимает поршень 1 обратно в его крайнее левое положение, и через впускной клапан 31 в поршне 1 в камеру 5 поступает новое масло. Впускной клапан необязательно должен находиться в поршне 1. Ход нагнетания поршня регулируется винтом 3, поворачиваемым управляемым мотором 37.

Открытие и закрытие клапанов 4 и 27, а также управление мотором 37 может осуществляться посредством центрального компьютера (не показан), получающего информацию о рабочих характеристиках мотора и преобразующего ее соответственно для корректирования настроек хронометрирования и хода нагнетания поршня.

Описанный дозирующий блок необязательно должен быть установлен на каждом отдельном сопловом блоке; он, например, может быть установлен в сборке с дозирующими блоками для других сопловых блоков цилиндра, вследствие чего регулировку хода поршня для всех дозирующих блоков можно осуществлять одним единственным мотором 37. Дозирующий блок присоединен к клапанам в стенке цилиндра посредством соединительных трубных элементов. Поскольку дозирующие блоки имеют небольшой размер по сравнению с обычным смазочным устройством, эти блоки, соединенные вместе, можно устанавливать в любом месте вблизи точек смазки, не подвергая их ограничениям, накладываемым при наличии обычного смазочного устройства, имеющего больший размер. При этом необходимые соединительные трубные элементы между дозирующим блоком и клапанами могут по-прежнему быть достаточно короткими.

Показанный на фиг.3 блок содержит удлиненную тонкую наружную трубу 2, предназначенную для введения в обозначенное пунктиром поперечное отверстие 104, выполненное в стенке цилиндра, границы которой показаны пунктирными линиями 6а и 6b. У внутренней стенки 6а цилиндра эта труба оканчивается вставленной сопловой заглушкой 8, которая имеет выпускное отверстие, расположенное в сопловом выступе 10 и выполненное в виде наружного наклонного распылительного канала 12 для распыления масла под давлением, подаваемого через центральный проход 14.

В этом проходе 14 расположена наружная концевая часть 16 иглы 18 клапана, причем игла 18 направлена в осевом направлении в блокирующей части 20, прикрепленной к внутренней трубе 22, которая проходит через всю трубу 2 на определенном радиальном расстоянии от нее, вследствие чего две эти трубы ограничивают цилиндрический кольцевой канал 24. Этот кольцевой канал используется для пропускания масла под давлением из соединительного корпуса 26, располагаемого снаружи внешней стенки 6b цилиндра мотора, к блокирующей части 20, в которой выполнены наклонные каналы 28, по которым может проводиться масло под давлением по нисходящей и восходящей траекториям для сообщения с камерой 30, расположенной перед утолщением 32, выполненным на игле 18 клапана. При этом подаваемое под давлением масло может оказывать усилие противодавления на иглу клапана.

Сзади игла 18 клапана упирается в пружину 32 сжатия, вставленную во внутреннюю трубу 22 и удерживаемую на переднем конце цилиндрического ползуна 34, продольно скользящего во внутренней трубе 22, в которой его положение может регулироваться назад и вперед посредством винта 36, расположенного в заднем соединительном корпусе 26, где этот винт может поворачиваться мотором 37. Вращение ползуна 34 предотвращено посредством направляющего элемента 35. Трубчатый канал 24 внутри соединительного корпуса 26 сообщается с радиальным каналом 38, который через фильтр 40 связан с соединительным трубным элементом 42 для масла под давлением. Внутренняя сторона трубы 22 соединена через соединительный элемент 44 со вторым соединительным трубным элементом 46, а именно с соединительным трубным элементом для отвода просачивающегося масла, которое может проникать обратно из зоны распылительного конца через внутреннюю трубу, не имеющую специальной герметизации.

Пружина 32 удерживается под подходящей начальной нагрузкой, соответствующей требуемому давлению открытия иглы клапана, и когда давление масла в элементе 42 доходит до этого уровня, игла клапана немного смещается назад вследствие давления масла, действующего на утолщение 32 иглы, так что острие иглы клапана покидает свое посадочное контактное место в конце узкого канала вне распылительного канала 12, и, следовательно, сразу после начала открытия при высоком давлении из сопла начинается распыление масла, обозначенного номером 48 позиции. Это состояние поддерживается до тех пор, пока давление подаваемого масла не начнет падать, в результате чего распыление из сопла резко прекращается.

Таким образом, очевидно следующее: вся труба может иметь относительно малый диаметр; подающий и нагнетательный каналы, предназначенные соответственно для масла под давлением и пропускаемого масла, не требуют какой-либо специальной обработки резанием, за исключением внешних наклонных каналов 28; пружина 32 может целиком размещаться во внутренней трубе 22; блокирующая часть 20 может иметь малый размер, в том числе благодаря тому, что в ней не должна помещаться пружина 32.

На фиг.3 сопло показано проходящим в радиальном направлении через стенку 6а, 6b цилиндра. В альтернативном случае сопло может быть ориентировано под наклонным углом относительно радиуса. Это зависит от пространственных условий, толщины материала и т.д.

Следует отметить, что подача масла под давлением в альтернативном случае может осуществляться по меньшей мере через один продольный паз, выполненный либо в трубе 2, либо в трубе 22, что, как указывалось выше, предполагает некоторое упрощение изготовления.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в смазочных системах больших двигателей, например судовых дизелей. Дозирующая система имеет подающую трубу и возвратную трубу, каждая из которых снабжена своим клапаном и соединена с центральным питающим насосом. Система содержит впрыскивающие блоки, соединенные с указанными трубами. Каждый блок содержит впрыскивающее сопло, предназначенное для впрыскивания распыленного масла для смазки цилиндров в соответствующий цилиндр, поршень, расположенный в задней части стержня сопла, и управляемый мотор, который посредством винта соединен с поршнем с обеспечением регулирования хода нагнетания поршня. Кроме того, система содержит центральный компьютер, предназначенный для управления клапанами и мотором, вследствие чего обеспечивается точное управление количеством масла и настройками хронометрирования. Изобретение позволяет управлять подаваемым количеством масла и регулировать настройку хронометрирования. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дозирующая система для смазочного масла, предназначенная для смазки цилиндров больших дизельных двигателей, например судовых двигателей, и содержащая подающую трубу и возвратную трубу, каждая из которых снабжена своим клапаном (4, 27) и соединена с центральным питающим насосом, и впрыскивающие блоки, которые по своему количеству соответствуют числу цилиндров в двигателе и которые соединены с указанными трубами, при этом каждый из указанных блоков содержит

впрыскивающее сопло, предназначенное для впрыскивания в соответствующий цилиндр распыленного масла, смазывающего цилиндр,

поршень (1), расположенный на заднем конце стержня сопла, и

управляемый мотор (37), соединенный с поршнем (1) посредством винта (3) с обеспечением регулирования хода нагнетания поршня (1),

причем система содержит центральный компьютер для управления клапанами (4, 27) и мотором (37).