ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ СМАЗЫВАНИЯ БОЛЬШИХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК F01M3/04 

Настоящее изобретение касается централизованной системы смазывания поверхностей цилиндров в больших дизельных двигателях, в частности в судовых двигателях, включающей по меньшей мере один смазочный аппарат с множеством возвратно-поступательных насосов, приводимых в действие кулачками на вращающемся валу управления, который приводится во вращение предпочтительно синхронно с главным валом дизельного двигателя.

Кроме того, настоящее изобретение касается способа смазывания поверхностей цилиндров в больших дизельных двигателях, особенно в судовых двигателях, включающего по меньшей мере один смазочный аппарат с множеством возвратно-поступательных насосов, приводимых в действие кулачками на вращающемся валу управления, который приводится во вращение предпочтительно синхронно с главным валом дизельного двигателя.

Смазочные аппараты традиционно разрабатываются как блоки насосов, установленные в непосредственной близости к соответствующим цилиндрам и связанные с резервуаром питания для смазочного масла и с форсунками впрыска масла в различных местах цилиндра. Каждый блок насосов включает множество возвратно-поступательных насосов, которые подают масло к различным точкам смазывания и управляются общим вращающимся валом управления с расположенными на нем кулачками. При вращении вала кулачки взаимодействуют с головками толкателей на соответствующих соосно расположенных поршнях, которые подпружинены в направлении к валу управления, так что при вращении вала поршни выполняют возвратно-поступательные движения, приводящие в движение поршни возвратно-поступательных насосов.

В течение многих лет смазочные аппараты работали при таких условиях эксплуатации, что давление нагнетания от возвратно-поступательных насосов могло быть не очень высоким, поскольку обычно масло вводилось в цилиндр в течение возвращения поршня двигателя из верхней мертвой точки, то есть в ходе такта сжатия, однако перед последующим рабочим тактом при сгорании смеси. Таким образом, при впрыске либо нагнетании обычное давление составляло 10 бар.

В последнее время были сделаны предложения для обеспечения более эффективного смазывания путем ввода масла через распыляющие форсунки для создания масляного тумана в течение движения поршня вверх. При этом, однако, требуется значительно более высокое давление масла для обеспечения качественного дробления через распыляющие форсунки, например давление до 100 бар или больше.

В обеих системах вал управления приводится в движение посредством прямой или косвенной механической связи с коленчатым валом двигателя, вследствие чего становится возможным передать усилие для приведения в действие насоса и одновременно достичь синхронизации между коленчатым валом двигателя и валом управления смазочного аппарата.

Блок насоса может, например, включать размещенный в корпусе аппарат, содержащий на стенке ряд возвратно-поступательных насосов. Блок содержит входной клапан для забора смазочного масла, промежуточную секцию для размещения поршня, которая выступает в корпус аппарата и таким образом формирует выход возвратно-поступательного насоса. Выход соединен с соединителем, от которого идут соединительные трубы к точкам смазывания на соответствующем цилиндре двигателя, например, в количестве 6-24.

Для создания давления поршни приводятся в движение посредством воздействия кулачков / качающихся рычагов от общего вала управления, который вращается синхронно с коленчатым валом двигателя. Поршни поджимаются пружинами к кулачкам, приводящим их в движение. Предусмотрен регулировочный винт, определяющий крайнее положение при воздействии приводного кулачка. Регулировочные винты могут использоваться для задания ходов отдельных поршней и, таким образом, производительностей отдельных возвратно-поступательных насосов.

При механических связях имеются ограничения в возможностях пользователя по управлению моментом впрыска только для синхронного смазывания, которое согласовано по времени с вращением коленчатого вала. Кроме того, в будущем может стать реальностью то, что механические приводы для аппаратов смазывания исчезнут.

В некоторых ситуациях было бы желательным выполнять несинхронизированное смазывание цилиндра, то есть смазывание цилиндра, которое не зависит от вращательного и углового положения коленчатого вала. Это, например, имеет место при предварительном смазывании цилиндров, когда пользователь имеет возможность обеспечивать смазывание цилиндров до пуска двигателя, и, таким образом, до начала вращения коленчатого вала. Это также необходимо для преодоления так называемого замедления, когда сигнал ошибки может вызывать снижение оборотов двигателя в критические моменты, например при маневрировании в гавани.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему и способ, посредством которых возможно производить устойчивое смазывание цилиндра таким образом, что пользователь может произвольно устанавливать как синхронизированное смазывание цилиндра, так и несинхронизированное смазывание цилиндра в зависимости от условий эксплуатации, и, в частности, оно может происходить без использования механической связи между главным валом дизельного двигателя и валом управления смазочного аппарата.

Согласно настоящему изобретению, это достигается посредством централизованной системой смазывания, которая включает:

двигатель переменного тока, связанный с валом управления и приводящий его в движение;

средства для обнаружения скорости, направления движения и положения поршня двигателя и для генерации цифровых или электрических сигналов, указывающих эти параметры;

блок управления, который приспособлен для приема цифровых / электрических сигналов и который связан с двигателем переменного тока и управляет им для регулирования вращения вала управления и таким образом приведения в действие возвратно-поступательных насосов.

В способе согласно изобретению:

- вал управления приводят в движение двигателем переменного тока;

- выполняют обнаружение скорости, направления движения и положения поршня двигателя;

- генерируют цифровые или электрические сигналы, указывающие эти параметры;

- цифровые / электрические сигналы передают в блок управления, который связан с двигателем переменного тока и управляет им для регулирования вращения вала управления и, таким образом, для приведения в действие возвратно-поступательных насосов.

Можно сказать, что система согласно изобретению базируется на сервоуправлении, основанном на цифровом / электронном опорном сигнале, который указывает скорость, направление и положение поршня и, таким образом, обеспечивает смазывание в нужное время в такте поршня, и который используется для управления двигателем переменного тока / сервомотором. Этот мотор используется для приведения в движение вала управления смазочным аппаратом так, чтобы смазочный аппарат и главный вал могли быть приведены в согласованное движение (синхронное или асинхронное) посредством управления от блока управления. Управление может производиться в зависимости от того, что именно требуется в данных условиях эксплуатации, и, поскольку не имеется никакой прямой механической связи между главным валом и валом управления, они могут также двигаться асинхронно.

Для изобретения является второстепенным, откуда приходят сигналы и какими компонентами двигателя они порождаются. Сигналы могут, таким образом, порождаться различными частями / функциональными элементами дизельного двигателя.

Согласно предпочтительной реализации, система согласно изобретению содержит:

опорные средства, связанные с главным валом и непосредственно или косвенно указывающие положение главного вала и, таким образом, также положение поршня;

средства обнаружения положения опорных средств;

при этом блок управления связан со средствами обнаружения и принимает сигналы от них и включает средства для определения углового положения и угловой скорости опорных средств и, таким образом, главного вала / поршня двигателя.

Согласно предпочтительной реализации способ согласно изобретению отличается тем, что:

- цифровые / электрические сигналы формируют опорными средствами, которые связаны с главным валом и которые непосредственно или косвенно указывают положение главного вала и, таким образом, также положение поршня и средствами обнаружения, которые определяют положение опорных средств; и

- блок управления связан со средствами обнаружения и принимает сигналы от них и включает средства для определения углового положения, а также угловой скорости опорных средств и, таким образом, главного вала / поршня двигателя.

От двигателя переменного тока / смазочного аппарата опорный сигнал, представляющий собой комбинацию сигналов скорости, направления движения и положения дизельного двигателя и сигнала точки синхронизации смазочного аппарата, возвращается к блоку управления / сервоуправлению. Опорные сигналы сравниваются с опорным сигналом от главного вала или от датчика, определяющего положение поршня, и автоматически выполняется требуемое регулирование скорости двигателя переменного тока, если необходимо достичь требуемого режима смазывания цилиндра. Таким образом, для сервоуправления используются опорные сигналы от главного вала / поршней дизельного двигателя и двигателя переменного тока / смазочного аппарата.

Система согласно изобретению может базироваться на стандартных компонентах. Это является преимуществом, поскольку тем самым возможно осуществить относительно простое переоборудование существующих смазочных систем, чтобы реализовать преимущества настоящего изобретения. Вообще говоря, можно использовать аппараты смазывания существующих конструкций, что, конечно, является существенным преимуществом. Следовательно, требуется только ввести управляемый двигатель и цепи управления, которые могут сопрягать вращение вала управления с положением коленчатого вала / поршня дизельного двигателя.

Согласно одному из вариантов, в системе согласно изобретению средства обнаружения включают два опорных датчика, которые взаимно смещены по окружности главного вала. Это позволяет обнаружить, в каком именно направлении вращается главный вал.

В частном простейшем случае предполагается, что опорными средствами являются зубцы зубчатого обода, который предпочтительно расположен на маховике главного вала. Зубчатый обод обычно имеется заранее, и зубцы, таким образом, являются хорошими опорными средствами, равномерно распределенными по окружности главного вала. Шаг зубца, таким образом, определяет точность системы. Например, при шаге зубца 3°, ошибка при впрыске смазки в наихудшем случае составит 3°. Зубцы обычно располагаются с настолько малым шагом, что возможная ошибка не будет иметь никакого практического значения для впрыска.

Согласно еще одному варианту, в системе согласно изобретению опорные средства включают индексные опорные средства, а средства обнаружения включают датчик индекса для обнаружения положения индексных опорных средств. Тем самым можно установить исходную точку. От этой исходной точки двумя опорными датчиками подсчитываются зубцы.

Основная задача системы состоит в том, чтобы гарантировать, что смазочные аппараты управляются в угловой синхронизации с главным валом дизельного двигателя так, чтобы было достигнуто расчетное смазывание цилиндра. Временной график может быть настроен согласно потребностям посредством блока управления.

Когда дизельный двигатель остановлен или работает, и требуется предварительное смазывание цилиндров, возможно выполнение предварительного смазывания цилиндров. Это производится путем управления двигателем переменного тока независимо от опорного сигнала от главного вала / поршней. Опорный сигнал может быть отключен посредством блока управления. После исполнения функции предварительного смазывания, синхронизация может быть возобновлена автоматически. В конкретной реализации это происходит после поворота главного вала на 360°.

Согласно частной реализации, предусматривается резервное сервоуправление и переключатель, чтобы в случае ошибки в системе переключение на резервное сервоуправление производилось автоматически. Это достигается посредством блока управления, который управляет переключателем. Резервное сервоуправление может быть как привязанным ко времени, так и не привязанным ко времени.

Опорные сигналы от главного вала могут поступать от углового кодирующего устройства или соответствующих средств обнаружения. Согласно частной реализации, предполагается, что угловое положение измеряется с точностью, которая должна быть не меньше, чем приблизительно 4°, и предпочтительно используются уровни сигналов, которые соответствует HTL или TTL уровню сигналов. В частной реализации опорные сигналы представлены в дублированных версиях, которые являются взаимно независимыми, в том числе и в отношении источника питания. Это является преимуществом в отношении надежности системы.

Альтернативно, опорные сигналы от главного вала могут быть получены посредством индуктивных датчиков, которые в совокупности обеспечивают информацию о положении, скорости и направлении вращения главного вала.

Опорные сигналы от электродвигателя / смазочного аппарата согласно частной реализации представлены комбинацией сигналов. Таким образом, особенностью такой частной реализации является то, что двигатель переменного тока связан с преобразователем угла поворота, который предназначен для выдачи в блок управления сигнала фактического углового положения двигателя переменного тока. Преобразователь угла поворота встроен в двигатель переменного тока, и по его сигналам средства управления могут определять скорость вращения, направление вращения и относительное положение вала двигателя переменного тока. На смазочном аппарате установлен индуктивный датчик, указывающий точку синхронизации смазочного аппарата, то есть положение смазочного аппарата. Путем объединения этих сигналов может быть получен истинный опорный сигнал от двигателя переменного тока / смазочного аппарата.

Согласно дальнейшей реализации системы согласно изобретению, предусматривается контролирующее приспособление, которое предназначено для автоматического переключения на резервное сервоуправление в случае ошибки. Кроме того, оно приспособлено для выдачи сообщения об ошибке на панель местного управления и на пост управления, который обычно находится на мостике судна, в котором используется данный дизельный двигатель.

Контролирующее приспособление контролирует как основное, так и резервное средство управления в отношении ошибок, связанных с сервоуправлением опорными сигналами, двигателем переменного тока, источником питания и синхронизацией между опорными сигналами.

Система устроена таким образом, что сообщения об ошибке в резервной системе будут выдавать для главного двигателя сигнал на снижение оборотов одновременно с сообщением об ошибке на центральный пост управления. Если это необходимо в конкретной ситуации, посредством блока управления будет возможно отменить этот сигнал на снижение оборотов.

Изобретение объясняется подробно со ссылками на чертежи, где:

фиг.1 показывает поперечное сечение обычного смазочного аппарата, который может использоваться в системе согласно настоящему изобретению;

фиг.2 показывает продольное сечение смазочного аппарата, показанного на фиг.1;

фиг.3 показывает блок-схему элементов, образующих часть системы согласно изобретению;

фиг.4 показывает вид в перспективе части маховика дизельного двигателя и элементы, используемые для определения углового положения маховика;

фиг.5 показывает пример опорных сигналов, получаемых с использованием элементов, показанных на фиг.4, в способе согласно изобретению; и

фиг.6 показывает структурную схему цепи управления в способе согласно изобретению.

Аппарат, показанный на фиг.1 и 2, имеет корпус 2, на передней стенке 4 которого имеется ряд возвратно-поступательных блоков 6 насоса, один из которых показан на фиг.1. Блок имеет клапан 8 с нижним входным отверстием для смазочного масла, промежуточную секцию для размещения поршня 10, выступающего во внутреннюю часть корпуса 2, и верхний выход для сформированного таким образом возвратно-поступательного насоса. Выход связан с верхним соединителем 14 посредством расходомера 12, и от всего ряда этих соединителей соединяющие трубы уходят к точкам смазывания на соответствующем машинном цилиндре, например, в количестве 6-24.

Поршни 10 приводятся в движение для создания давления посредством приводных кулачков 16 на проходящем насквозь валу 18 управления, который вращается синхронно с коленчатым валом двигателя и который помещен в опорные подшипники 30. Поршни приводятся в движение не непосредственно, а посредством толкающих пят 20 на соответствующих качающихся рычагах 22, которые вращаются вокруг шеек 24 с эксцентрическими шейками 32 и имеют верхние плечи 26, которые взаимодействуют в верхней части с соответствующим регулировочным винтом 28, проходящим внутрь от передней стенки. Поршни 10 подпружинены в направлении внутрь к толкающим пятам 20, к которым они прижимаются внутрь до упора концов соответствующих верхних плеч в регулировочные винты 28. Тем самым для каждого насоса определяется начальное положение, от которого каждая из толкающих пят 20 будет нажиматься по мере движения связанного приводного кулачка 16.

При работе в некоторых ситуациях может иметь место определенное расстояние между верхним плечом 26 и регулировочным винтом 28, когда толкающая пята 20 в течение хода кулачка будет прижиматься наружу для рабочего хода поршня 10, и после этого хода она возвращается назад к упомянутому исходному положению под действием усилия пружины поршня. Регулировочные винты могут тем самым использоваться для индивидуального определения рабочих ходов поршней и, таким образом, производительности связанных соответствующих блоков насоса.

На фиг.3 показана блок-схема, которая иллюстрирует наиболее существенные элементы, образующие часть системы согласно изобретению. Для функционирования система должна также содержать дополнительные элементы, например источник электропитания, но такие дополнительные элементы могут быть выбраны произвольно в свете настоящего описания.

На фиг.3 показан смазочный аппарат 2 с его валом 18 управления, связанный с редуктором 34, который приводится во вращение двигателем переменного тока. Редуктор понижает скорость вращения двигателя 36 в отношении, выбранном исходя из желательной скорости вращения вала 18 смазочного аппарата. Преобразователь 38 угла поворота расположен на двигателе 36 переменного тока и предназначен для приема и передачи в блок 40 управления сигнала истинного углового положения двигателя переменного тока.

Опорный сигнал углового положения главного вала 44 (см. фиг.4) передается от маховика дизельного двигателя 42 (см. фиг.4) в основной сервопривод 46, который посредством блока 40 управления управляет двигателем переменного тока так, чтобы управлять смазочным аппаратом в угловой синхронизации с главным валом 44. Основной сервопривод 46 содержит программируемый регулятор и элемент управления. Преобразователь 48 сигнала используется для преобразования / адаптации опорного сигнала от маховика и подключен между основным сервоприводом 46 и блоком 40 управления.

Соответственно, система включает резервный сервопривод 50 и преобразователь 52 резервного сигнала. Они используются для чрезвычайных действий в случае появления ошибок в основной системе.

Система включает датчик 54 индекса, который расположен в соединении с валом 56 двигателя, соединенным с редуктором 34 и валом 18 управления. Этот датчик 54 индекса используется для определения абсолютного положения смазочного аппарата. Так как преобразователь 38 угла поворота помещен в двигатель переменного тока и так как редуктор 34 расположен между двигателем 36 переменного тока и валом 18 управления смазочного аппарата, для определения абсолютного положения вала 18 управления смазочного аппарата требуется датчик индекса. Сигнал от датчика 54 индекса передается к блоку 40 управления.

Блок 40 управления принимает опорные сигналы от датчиков положения главного вала 44 и двигателя 36 переменного тока / смазочного аппарата 18. Кроме того, блок 40 управления контролирует функционирование элементов системы и может посредством переключения управляющего переключателя 56 переключаться на резервную систему, если в основной системе возникает ошибка. Управляющий переключатель 56 будет, таким образом, использоваться для переключения между основным сервоприводом 46 и резервным сервоприводом 50, подключенными к двигателю 36 переменного тока.

Система включает панель 58 местного управления. На ней имеются ключ 60 для выполнения предварительного смазывания и ключ 62 для переключения между ручным или автоматическим режимом работы. Кроме того, имеются сигнальные индикаторы 64 и индикаторы 66 состояния.

Блок 40 управления связан с регулировочной рукояткой 68 для настройки времени введения смазочных материалов в цилиндр. Диапазон настройки - между 0 и 360°.

На фиг.4 показан маховик 42, включающий зубчатый обод 70, который образуется зубцами 72 по его окружности. Зубцы 72 используются в качестве опорных средств для определения углового положения главного вала и таким образом также положения поршня. Предусмотрены два датчика 74 и 76, которые приспособлены для обнаружения присутствия зубца 72 напротив датчика и которые взаимно смещены по окружности главного вала. Благодаря этому может быть определено направление вращения главного вала 44 на основе обнаружения времени задержки датчиками 74, 76.

Сбоку от зубчатого обода 70 предусмотрена индексная опорная метка 78 для угла 0° в виде продолговатого стержня, которая обнаруживается датчиком индекса 80. Тем самым обеспечивается начальная точка для отсчета зубцов 72. Положение индексной метки 78 относительно положения поршня / главного вала используется для установки точки синхронизации смазочного аппарата 2. Все три датчика 74, 76 и 80 - предпочтительно индуктивные датчики зазора.

На фиг.5 показаны два примера 82, 84 опорных сигналов, снимаемых датчиками 74, 76 и 80. Эти два примера 82, 84 показывают вращение главного вала в противоположных направлениях. Различие в обнаружении сигналов зубцов 72 датчиками 74 и 76 отражает направление вращения.

Цепь управления, как показано на фиг.6, включает индикатор 86 углового положения и измеритель 88 угловой скорости. Сигнал индикатора 86 углового положения передается к первому регулятору 90 вместе с опорным сигналом от главного вала / поршня. Регулировочный сигнал затем передается ко второму регулятору 92 вместе с сигналом от измерителя 88 угловой скорости для возможной компенсации / корректирования на основе угловой скорости. Результирующий сигнал передается к элементу 94 управления, который производит возможное регулирование двигателя 36 переменного тока. Используя эту двойную петлю управления, можно на основе скорости предсказывать ожидаемое будущее положение опорной точки и, таким образом, весьма точно управлять двигателем переменного тока.

Заявленная группа изобретений м.б. использована в судовых дизелях. Система включает, по меньшей мере, один смазочный аппарат, имеющий вал управления, вращающийся предпочтительно синхронно с главным валом дизельного двигателя. Система не имеет механической связи между смазочным аппаратом и главным валом и выполнена с двигателем переменного тока, приводящим в движение вал управления. Предусмотрены опорные средства, связанные с главным валом и указывающие угловое положение главного вала, и средства обнаружения, обнаруживающие положения опорных средств. Кроме того, система содержит блок управления, принимающий сигналы от средств обнаружения, который включает средства определения углового положения и угловой скорости опорных средств и, таким образом, главного вала. Блок управления подключен к двигателю переменного тока и управляет им для регулирования вращения вала управления и, таким образом, приведения в действие возвратно-поступательных насосов, обеспечивающих смазывание цилиндра. Приведен способ смазывания. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Централизованная система смазывания поверхностей цилиндров в больших дизельных двигателях, в частности в судовых двигателях, включающая, по меньшей мере, один смазочный аппарат с множеством возвратно-поступательных насосов, приводимых в действие кулачками на вращающемся валу управления, который приводится в движение предпочтительно синхронно с главным валом дизельного двигателя, отличающаяся тем, что она включает двигатель переменного тока, связанный с валом управления и приводящий его в движение, средства для определения скорости, направления движения и положения поршня дизельного двигателя и для генерации цифровых или электрических сигналов, указывающих эти параметры, блок управления, который приспособлен для приема цифровых / электрических сигналов и который связан с двигателем переменного тока и управляет им для регулирования вращения вала управления и таким образом приведения в действие возвратно-поступательных насосов.2. Централизованная система смазывания по п.1, отличающаяся тем, что она содержит опорные средства, связанные с главным валом и непосредственно или косвенно указывающие положение главного вала и, таким образом, также положение поршня, средства обнаружения положения опорных средств, при этом блок управления связан со средствами обнаружения и принимает сигналы от них и включает средства для определения углового положения и угловой скорости опорных средств и, таким образом, главного вала / поршня двигателя.3. Централизованная система смазывания по п.2, отличающаяся тем, что средства обнаружения включают два опорных датчика, которые взаимно смещены по окружности главного вала.4. Централизованная система смазывания по п.2 или 3, отличающаяся тем, что опорные средства включают зубцы зубчатого обода, который предпочтительно расположен на маховике главного вала, и индексное опорное средство, а средства обнаружения включают индексный датчик для обнаружения положения индексного опорного средства.5. Централизованная система смазывания по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что двигатель переменного тока связан с преобразователем угла поворота, который предназначен для выдачи в блок управления сигнала фактического углового положения двигателя переменного тока.6. Способ смазывания поверхностей цилиндров в больших дизельных двигателях, в частности, в судовых двигателях, включающих, по меньшей мере, один смазочный аппарат с множеством возвратно-поступательных насосов, приводимых в действие кулачками на вращающемся валу управления, который приводится в движение предпочтительно синхронно с главным валом дизельного двигателя, отличающийся тем, что вал управления приводят в движение двигателем переменного тока, выполняют обнаружение скорости, направления движения и положения поршня дизельного двигателя, генерируют цифровые или электрические сигналы, указывающие эти параметры, цифровые / электрические сигналы передают в блок управления, который связан с двигателем переменного тока и управляет им для регулирования вращения вала управления и, таким образом, для приведения в действие возвратно-поступательных насосов.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что цифровые / электрические сигналы формируют опорными средствами, которые связаны с главным валом и которые непосредственно или косвенно указывают положение главного вала и, таким образом, также положение поршня, и средствами обнаружения, которые обнаруживают положение опорных средств, и блок управления связан со средствами обнаружения и принимает от них сигналы и включает средства для определения углового положения, а также угловой скорости опорных средств и, таким образом, главного вала / поршня двигателя.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что опорные сигналы положения главного вала дублируют и предоставляют по меньшей мере в двух взаимно независимых версиях, в том числе в отношении источника питания.9. Способ по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что опорные сигналы от двигателя переменного тока / смазочного аппарата представляют собой комбинацию сигналов скорости, направления движения и положения дизельного двигателя и сигнала точки синхронизации смазочного аппарата.10. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что сервоуправление контролируют, и в случае ошибки в системе производят автоматическое переключение на резервное сервоуправление.