一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统

摘要

本发明的目的在于提供一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统，包括气缸油箱、输油泵、高压油泵、共轨管，共轨管包括圆环状共轨，两个圆弧状共轨之间通过直管相连，每个直管均通过两个油管与气缸油箱相连，直管上设置轨压传感器，圆环状共轨上连接有注油控制阀，所述注油控制阀包括壳体以及安装在壳体里的衔铁、弹簧和静铁芯，弹簧和静铁芯分别固定在壳体两端的内壁，衔铁位于弹簧和静铁芯之间并与弹簧相连，静铁芯上缠绕线圈，壳体上分别设置进油口和出油口，出油口连接位于气缸里的注油嘴。本发明注油过程不受高压气缸油产生过程的影响，可以实现注油压力、注油量、注油正时更为精确的控制，从而提高气缸润滑效果，节省气缸油消耗。

权利要求

1.一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统，其特征是：包括气缸油箱、输油泵、高压油泵、共轨管、控制器，所述共轨管包括圆环状共轨，两个圆弧状共轨之间通过直管相连，每个直管均通过两个油管与气缸油箱相连，所述两个油管其中之一设置滤清器、输油泵、高压油泵，所述两个油管中另一个油管与直管相连处设置压力限制阀，高压油泵上设置压力控制阀，直管上设置轨压传感器，圆环状共轨上连接有注油控制阀，所述注油控制阀包括壳体以及安装在壳体里的衔铁、弹簧和静铁芯，弹簧和静铁芯分别固定在壳体两端的内壁，衔铁位于弹簧和静铁芯之间并与弹簧相连，静铁芯上缠绕线圈，壳体上分别设置进油口和出油口，出油口位于衔铁的行程上，线圈通电时，衔铁向线圈移动使得出油口打开，线圈断电时，衔铁在弹簧作用下背向线圈移动使得出油口关闭，出油口连接位于气缸里的注油嘴，控制器通过信号线分别连接注油控制阀、轨压传感器和压力控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统，其特征是：所述圆环状共轨包括两段以上的圆弧管，圆弧管两端分别设置第一法兰和第二法兰，第一法兰上开有密封槽，相邻圆弧管通过其中一个圆弧管的第一法兰与另一个圆弧管的第二法兰相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统，其特征是：每个共轨管对应柴油机一个气缸，每个气缸上安装三个以上的注油嘴，每个注油嘴对应一个注油控制阀，注油嘴内设有防止气缸内气体进入注油嘴内部的单向阀。

说明书

一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种柴油机，具体地说是船舶柴油机的气缸润滑系统。

背景技术

[0002] 大型低速二冲程船舶柴油机多采用十字头式结构，在气缸下部开设横隔板，这样把气缸与曲轴箱空间隔开以免气缸内的脏油、烟灰和燃气等漏入曲轴箱，污损曲轴箱底部的滑油，这对燃烧重油的柴油机来说是很重要的。这样的结构特点决定了其气缸润滑必须采用气缸注油润滑系统。

[0003] 传统机械式气缸注油润滑系统都是通过凸轮轴驱动机械注油器来注油的，由凸轮顶动小柱塞做往复运动，它的泵油频率与柴油机转速同步，注油量的大小与主机转速的变化成线性关系，它的注油量调节主要依靠手动调节每个注油小单元的柱塞行程来实现。这种系统具有明显的缺点：注油压力低，定时粗放且不能随柴油机的负荷变化而变化，不仅浪费了气缸油，增加运行成本，也增加了对环境的污染和污油处理的工作量和费用；同时还造成活塞顶面、气口、排气阀处积炭，引起活塞环、排气阀的粘着，气流通道的不畅，多余气缸油进入活塞下部造成扫气箱着火。

[0004] 为提高柴油机运行性能，减少润滑油消耗和污染物排放，国内外不少公司和研究单位都进行了新一代气缸注油润滑系统的研究。

[0005] 丹麦汉斯延森气缸注油系统公司推出的SIP(Swirl Injection Principle——漩涡喷雾原理)注油器系统，通过安装于气缸内的SIP阀上的斜喷嘴针孔将润滑油高压雾化，直接强力喷射到气缸缸套内壁上区域，形成油雾滴云。油滴云随气缸中扫气气体的漩涡作用进行漩涡流流动，在离心力作用下均匀扩散分布到气缸壁的大片表面上，从而在活塞环即将上行经过之前在气缸壁的上半部分环形区域上形成与各个喷嘴相对的一层薄薄的均匀连续的扩散油雾膜，实现较为理想的气缸润滑条件。

[0006] 芬兰瓦锡兰公司开发了脉冲润滑系统PLS(Pulse Lubricating System),其润滑模块单元的工作动力来自经过减压阀减压后的伺服油共轨系统中的高压伺服油，通过嵌置在环绕气缸壁四周方向上多达6～8个单序列油槽中的润滑油注油装置向气缸壁表面定向喷射加压的润滑油。每个注油器的喷嘴头部有多个喷油孔，以多头射流的脉冲方式从喷油孔各自定向向气缸壁表面的分离点位置喷射润滑油。实现了对注油量、注油压力和注油定时的智能电子控制，在满足柴油机活塞运动特性的前提下，减少了润滑油消耗，提高了柴油机运行的经济性。

[0007] 德国曼恩公司开发了阿尔法智能气缸润滑系统，即Alpha ACC(Alpha Adaptive Cylinder oil Control)，由多台油泵组成的液压动力供给单元(HPS)提供20MPa的共轨动力伺服油作为Alpha注油器的驱动力，采用自动控制方式定时定量把气缸油成扇面状喷入气缸壁，能够实现气缸油注油量与燃油含硫量相匹配，以及气缸油注油量与柴油机负荷相匹配。实际使用证明，使用Alpha注油器系统，比传统的机械注油器气缸油消耗有明显下降，气缸套的磨损也显著降低。

[0008] 国内武汉理工大学提出了一种机械与电控组合式气缸润滑系统，该系统由注油嘴、机械式注油器、电控式注油器、控制单元等部件组成，通过将机械式注油器和电控式注油器的油路并联，并在机械式注油器的摇臂轴上加设由控制单元控制的轴翻转装置。这样，当电控式注油器发生故障时，控制单元便切断电控式注油器，并使控制轴翻转动作，由机械式注油器继续给气缸注油。其优点是既能获得电控式注油器润滑效果好的特点，又可适当利用原有机械式注油器的资源，提高了润滑的可靠性。

[0009] 以上四种气缸注油润滑系统，虽然相比传统机械式气缸润滑系统有很大进步，但依然具有局限性，这主要表现在它们都采用柱塞式结构对气缸油加压然后喷射到气缸中(SIP注油系统和武汉理工的电控注油系统都采用凸轮机构驱动柱塞；PLS注油系统和Alpha ACC注油系统采用高压伺服油驱动柱塞)，即高压气缸油的产生过程和注油过程是耦合在一起的，这导致对注油压力的控制精度降低，系统响应速度变慢。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供注油过程不受高压气缸油产生过程的影响，可以实现注油压力、注油量、注油正时更为精确的控制，从而提高气缸润滑效果，节省气缸油消耗的一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统。

[0011] 本发明的目的是这样实现的：

[0012] 本发明一种船舶柴油机电控共轨式气缸注油润滑系统，其特征是：包括气缸油箱、输油泵、高压油泵、共轨管、控制器，所述共轨管包括圆环状共轨，两个圆弧状共轨之间通过直管相连，每个直管均通过两个油管与气缸油箱相连，所述两个油管其中之一设置滤清器、输油泵、高压油泵，所述两个油管中另一个油管与直管相连处设置压力限制阀，高压油泵上设置压力控制阀，直管上设置轨压传感器，圆环状共轨上连接有注油控制阀，所述注油控制阀包括壳体以及安装在壳体里的衔铁、弹簧和静铁芯，弹簧和静铁芯分别固定在壳体两端的内壁，衔铁位于弹簧和静铁芯之间并与弹簧相连，静铁芯上缠绕线圈，壳体上分别设置进油口和出油口，出油口位于衔铁的行程上，线圈通电时，衔铁向线圈移动使得出油口打开，线圈断电时，衔铁在弹簧作用下背向线圈移动使得出油口关闭，出油口连接位于气缸里的注油嘴，控制器通过信号线分别连接注油控制阀、轨压传感器和压力控制阀。

[0013] 本发明还可以包括：

[0014] 1、所述圆环状共轨包括两段以上的圆弧管，圆弧管两端分别设置第一法兰和第二法兰，第一法兰上开有密封槽，相邻圆弧管通过其中一个圆弧管的第一法兰与另一个圆弧管的第二法兰相连。

[0015] 2、每个共轨管对应柴油机一个气缸，每个气缸上安装三个以上的注油嘴，每个注油嘴对应一个注油控制阀，注油嘴内设有防止气缸内气体进入注油嘴内部的单向阀。

[0016] 本发明的优势在于：高压气缸油的产生过程和注油过程完全分离，使得注油过程不受高压气缸油产生过程的影响；通过高速注油控制阀的打开和关闭实现注油的开始和停止，使得系统的响应速度更快；通过压力控制阀和轨压传感器可以实现气缸油共轨压力的动态调节，从而灵活的调节注油压力；注油量完全取决于注油压力和注油控制阀打开的时间，使得注油量的控制更加精确；共轨在每个气缸周围都以圆环状布置，使得在气缸上均匀布置的各注油嘴到共轨的距离相等，从而使气缸的润滑更加均匀，这种布置方式也使得注油嘴和共轨之间的高压油管非常短，也提高了系统的响应速度。另外，共轨管采用多段式结构，加工和安装方便。

附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图；

[0018] 图2为本发明法兰一示意图；

[0019] 图3为本发明法兰二示意图；

[0020] 图4为本发明注油控制阀示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

[0022] 结合图1～4，本发明主要包括气缸油箱1、滤清器2、输油泵3、高压油泵4、压力控制阀5、共轨管6、注油控制阀7、注油嘴8、轨压传感器9、压力限制阀10、控制器11、信号线12、油管13。

[0023] 共轨管为分段式结构，柴油机每个气缸周围都安装一个圆环状共轨，且圆环状共轨由多段圆弧管组成，各圆环状共轨之间通过直管联接，各段端部均设有法兰一或法兰二，并通过螺栓联接在一起。

[0024] 法兰一上开有密封槽，通过与法兰二的配合实现共轨管各段之间的密封。

[0025] 柴油机每个气缸上均匀安装多个注油嘴，注油嘴内设有单向阀，可防止气缸内的气体进入注油管路中。每个注油嘴都对应一个注油控制阀。

[0026] 注油控制阀包括进油口、壳体、衔铁、静铁芯、线圈、弹簧和出油口等部件。其进油口常开，当线圈通电时，出油口打开，线圈断电时，出油口关闭。

[0027] 输油泵3可采用外啮合式齿轮泵，由凸轮轴驱动。

[0028] 高压油泵4可采用类似于日本电装公司HP0型高压油泵的结构，同样由凸轮轴驱动。

[0029] 共轨管6由圆环管部分和直管部分组成，每个圆环管部分对应一个柴油机气缸，相邻圆环管部分之间用直管部分联接，图1中只给出了两个气缸时的情况。而圆环管部分可根据实际情况由多段圆弧组成，图1中只给出了两段圆弧的形式。共轨管各段端部均有法兰一14或法兰二15，法兰一上开有密封槽16，通过与法兰二的配合实现密封。

[0030] 注油控制阀7包括进油口17、壳体18、衔铁19、静铁芯20、线圈21、弹簧22和出油口23等组成。结合图4，当线圈通电时，衔铁在电磁力作用下向右移动，出油口打开；当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在弹簧力作用下，克服气缸油压力，向左移动，出油口关闭。

[0031] 柴油机每个气缸周围可根据需要安装多个注油嘴8以及对应的注油控制阀7，图1中只画出了一个注油嘴和注油控制阀。注油嘴中设有单向阀，可阻止气缸内的高压气体进入注油管路。

[0032] 本发明在工作过程中，输油泵将气缸油经滤清器从气缸油箱中泵出。

[0033] 当高压油泵在凸轮轴驱动下，柱塞下行时，压力控制阀开启，低压气缸油经压力控制阀流入柱塞腔；

[0034] 柱塞上行时，若压力控制阀处于开启状态，则气缸油在没有压力增加的情况下，经由压力控制阀流出柱塞腔返回到低压油路；

[0035] 当控制器计算出柱塞腔内的剩余气缸油为工况必要的供油量时，使压力控制阀关闭，切断回油通道，柱塞腔内气缸油被压缩升压，高压气缸油顶开高压油出口处的单向阀被输送到共轨管内，输送的气缸油相当于压力控制阀关闭后柱塞有效行程所产生的供油量。如果控制器根据轨压传感器传来的轨压信号及其它工况信号改变压力控制阀的开启时间，则供油量随之改变，从而可以控制共轨压力。当共轨压力超过一定限度时，压力限制阀10开启，共轨内的高压气缸油经压力限制阀流回气缸油箱，提高了系统的安全性。

[0036] 当凸轮越过最大升程后，柱塞下行，柱塞腔内的压力降低，高压出油口处的单向阀关闭，停止向共轨输油。压力控制阀再次开启，低压气缸油被吸入柱塞腔内，如此循环。

[0037] 控制器根据柴油机曲轴转角信号、主机负荷信号以及燃油含硫量等数字信号，计算后给出注油定时和注油量，使得注油控制电磁阀在合适的时间通电打开，则气缸油共轨内的高压气缸油经注油控制阀，进入注油嘴，顶开注油嘴中的单向阀，喷入气缸内；注油持续适当时间后，注油控制阀断电，出油口关闭，注油停止。

[0038] 本发明中，注油开始和结束时刻完全取决于高速注油控制阀的打开和关闭，而注油量完全取决于气缸油共轨压力和注油控制阀打开的时间，注油压力就是气缸油共轨压力。各个注油嘴到共轨管的距离非常近，避免了较长高压油管使压力波的传递时间加长，以致注油起点和终点滞后的问题；而且各个注油嘴到共轨管的距离相等，使得气缸的润滑更加均匀。

[0039] 综上，本发明中注油正时、注油量、注油压力都可以根据需要进行精准控制，实现柴油机气缸的良好润滑，提高了柴油机运行性能，并可避免气缸油的浪费。