CN101842560B - 用于发动机气缸润滑的润滑装置和液压活塞 - Google Patents

Abstract

描述了一种例如船用发动机中的液压润滑装置和用于气缸润滑油的定量系统的液压活塞。该润滑装置包括至少一个可以由润滑油加压的液压活塞(106)、多个定量活塞(21)和在一侧与定量活塞(21)相接触、在另一侧与所述至少一个液压活塞(106)相接触的分配板(7)，所述液压活塞用于移动分配板以致动定量活塞。液压活塞(106)具有沿液压活塞的移动方向延伸的内钻孔(B)，该内钻孔设有包括插入气缸(C)的插入件(C5E)，气缸中设有与润滑油供给口(H)相接触的中空插入活塞(E)。因此可以实现的是，能够更快地移动液压活塞(106)，从而获得提高的压力和流量状态，进而在雾化喷嘴上获得显著增大的压力和流量，因此改进润滑系统的性能。

Description

用于发动机气缸润滑的润滑装置和液压活塞

技术领域

本发明涉及一种用于气缸润滑油的定量系统的液压润滑装置，例如在船用发动机中，该液压润滑装置以液压的方式被驱动以供给润滑油，并包括至少一个液压活塞，其中该装置可以被液压油加压，该装置还包括多个定量活塞和在一侧与定量活塞相接触、在另一侧与所述至少一个液压活塞相接触的分配板，所述液压活塞用于移动分配板以致动定量活塞。 

此外，本发明涉及一种用于上述润滑装置的液压活塞。 

技术背景

在传统的气缸润滑装置中，主要是对于大型双行程柴油发动机，使用两个或多个中央润滑装置，每个润滑装置在单个或多个气缸中提供多点润滑，即以相关的时间间隔在压力下将部分油通过相应连接管线提供到要被润滑的各个点，例如参见EP0678152。典型地这些相关的间隔是在活塞向上移动的压缩行程中当活塞环与相关的润滑点相对地布置时。 

润滑装置通常被设计成泵送单元，它们与相应的气缸紧密关联地安装，并且与润滑油的供油箱和气缸壁上的不同点处的喷油嘴形式的润滑点相连。每个泵送单元包括多个向不同的润滑点供给润滑油的往复泵，并且多个往复泵由在其上布置有凸轮的共同的旋转控制轴驱动。通过旋转该控制轴，具有挤压头的凸轮作用在相应的轴向位移的活塞上，这些活塞朝向控制轴的方向被弹簧偏压，使得活塞在轴旋转时将执行往复移动以用于触发往复泵的活塞。 

多年以来，润滑装置是在活塞泵的排出压力不是太大的条件下进行操作的，由于这是固定的标准，即润滑油在发动机活塞的向上返回 行程过程-也即压缩作用过程中-但是在随后的点火燃烧的动力行程之前被喷射到气缸内。因此，在喷射压力或泵压力为10bar量级的状态下进行操作是必要的。 

近年来，已经提出了通过加压雾化喷嘴来喷射润滑油以便在活塞的向上移动过程中实现油雾润滑从而提高润滑效率。但是，润滑油被施加更高的压力以确保通过雾化喷嘴得到精细的雾化，例如压力高至100bar或更高。 

此外，近年来的一种趋势是，更加广泛地生产基于电子技术的柴油发动机，并且在这些发动机上已经去除了传统上用于驱动机械润滑装置的机械驱动装置。 

因此，正如在本身请中所提到的，润滑点包括喷油嘴和/或加压雾化喷嘴。 

在两种系统中，控制轴通过与发动机曲轴直接或间接的机械耦合进行驱动，由此能够为触发泵提供动力，同时实现发动机曲轴和润滑装置的控制轴之间的同步。 

泵送单元例如包括箱形装置外壳，连接管从该外壳延伸到相关发动机气缸的润滑点上，例如数目为6-24个。 

传统上，通过贯穿控制轴上的触发凸轮/摇臂来操作这些活塞，所述控制轴与发动机的曲轴同步旋转。这些活塞朝向触发凸轮被弹簧偏压。设置有固定螺钉来限定相关触发凸轮的极限位置。该固定螺钉可被操作，以用于确定活塞的各个操作行程，并由此确定各个活塞泵的相关排量。 

由于气缸润滑油通常在发动机每转动一圈时被供给一部分剂量，因此调节该剂量的唯一可能是改变泵的行程。用于该目的的系统例如公开在DK专利申请4998/85中。该系统通过凸轮盘机构来操作，以便根据发动机负载来调节泵的行程。改变这种依赖性仅可通过以具有不同传递函数的其他凸轮盘来替换该凸轮盘而实现。 

还提出了通过可控马达，例如步进马达来调节泵的行程。这已被用于点润滑，但是很难建立起与传统润滑装置的连接。这种系统例如 公开在国际专利申请WO02/35068A1中。 

而且，从DE2827626也公开了一种润滑系统，其基于以预定时间间隔通过气缸壁中的孔并以测定量来供给润滑油。这里，没有指出在各个润滑点处执行剂量的无级控制的可能性。 

而且，从GB834533A、DK173512B1或CH673506A5公开了在引言中所述类型的系统，其中液压气缸通过分配板或类似的结构作用在多个定量活塞上。在这些设计中，将设置一个用于触发的液压气缸。如果液压气缸发生故障，这将导致所有定量活塞的操作中断。 

关于传统的气缸壁润滑，迄今的实践是使用简单的可抵抗气缸内压力的弹簧偏压止回阀，但是它受到较高的外部喷射压力。但是，在加压雾化喷射中，阀系统最好和必需只在高得多的油压下才打开，以便油的喷射从一开始便呈现加压雾化喷射的特征。 

在DK专利申请PA200501629中，在前面已经提出一种以液压方式被提供动力的润滑装置和用于定量在引言中所述类型的气缸润滑油的方法。关于在上述专利申请中描述的原理，能够以一种方式建立气缸润滑使得可以实现对供给润滑点的剂量进行灵活的电子控制和中央无级控制。而且，还可以获得精确简单的定时控制。在该系统中还描述了分配板的使用。 

关于液压系统，希望的是利用所述至少一个液压活塞和定量活塞的横截面面积之间的比率。因此在DK173512B1中指出了液压活塞的横截面面积是定量活塞的横截面面积的4倍，优选地是6至15倍，从而在润滑油中建立所需的压力状态。面积的大比率是不适宜的，因为这需要过大的空间。 

关于这些现有技术的润滑装置的试验，已经发现的问题是，润滑装置在例如EP1129275中所述类型的雾化喷嘴中使用时不能够足够快速地输送润滑油。这种现象尤其可在DK173512B1中所述类型的润滑装置中观察到，尽管该专利是为了寻求一种实现快速操作的气缸润滑系统的技术方案，所述气缸润滑系统能够正好在衬套内侧的润滑点提供快速和精确的剂量。已经进行了多个实验，在液压系统中增大压力， 但是它们都没有显示出任何明显的效果。其中的原因是，系统中的电磁阀没有足够的容量。不能容易地更换电磁阀，且该问题不能仅通过更换电磁阀就可以解决。 

希望的是解决该问题，以在现有的和新研发的气缸润滑系统中使用高效的加压雾化喷嘴。 

另外，DE20107681公开了一种引言中已知的系统，其中液压气缸经由分配板或类似结构作用在多个定量活塞上。在该设计中，公开了一种中空套筒，其作为用于液压活塞的端部位置的阻尼装置的一部分。但是，该文件没有公开液压活塞中的内钻孔，用于容纳具有中空活塞的插入气缸，中空活塞与液压油的供给管线连接。 

发明目的 

本发明的目的是减少上面的缺陷，并提出一种以液压的方式被提供动力的润滑装置，其能够提供非常可靠的且廉价的系统，其中能够在高操作压力下足够快速地供给润滑油，使得发生故障的危险被消除或减小。 

发明内容

根据本发明，通过引言中所述类型的液压润滑装置可实现上述目的，该液压润滑装置的特征在于，液压活塞具有沿液压活塞的移动方向延伸的内钻孔，该内钻孔设有包括插入气缸的插入件，插入气缸中设有与液压油供给口相接触的中空插入活塞。 

同样地，根据本发明的液压活塞的特征在于，液压活塞具有沿液压活塞的移动方向延伸的内钻孔，该内钻孔设有包括插入气缸的插入件，插入气缸中设有与液压油供给口相接触的中空插入活塞。 

本发明可以连同在上述专利申请中公开的装置一起使用，所述装置中使用了具有分配板的液压润滑装置。 

但是，本发明也可以和其他种类的润滑装置以及其他方法一起使用，在这些方法中采用液压活塞的液压润滑用于作用在包括用于气缸润滑油的定量活塞的喷射单元上，并且其中一个或多个液压活塞作用在分配板上，所述分配板用于致动定量活塞。 

因此，看起来插入件给液压活塞提供了变化的直径，由此确保液压活塞能够更快地移动，从而显著提高压力和流量状态，使得在雾化喷嘴中实现显著提高的压力和流量并由此改进润滑系统的性能。而且，改进的液压活塞确保流量不会对系统中的电磁阀有过多的要求，从而 获得雾化喷嘴最佳的压力和流量。这在技术上可以一种简单的方式实现，即仅通过改变所用的一个或多个液压活塞就可以使所述方式适于在现有的系统中使用。 

因此将需要更少量的液压油来致动定量活塞，由此可实现将润滑油充分和快速地供给到雾化喷嘴。 

根据另一个实施例，根据本发明的润滑装置和液压活塞的特征在于，插入活塞被旋入一钻孔，通过该钻孔可输送液压油。由此可通过向在插入活塞底部中减小的截面面积输送液压油确保紧密连接。 

根据另一个实施例，根据本发明的润滑装置和液压活塞的特征在于，所述至少一个液压活塞的横截面面积和所述定量活塞的横截面面积的比率小于7，优选地小于5。 

作为一个具体实例描述的是如下地改变图2和3中所示类型的液压活塞： 

-标准液压活塞： 

液压活塞： 

定量活塞： 

比率＝31^Λ2/(5×3.5^Λ2)＝15.7 

-改进的液压活塞： 

液压活塞插入件： 

定量活塞： 

比率＝16^Λ2/(5×3.5^Λ2)＝4.2 

通过这样的变化可使雾化喷嘴实现润滑油压力增大和压力减小的循环，通过根据本发明的液压活塞该循环要快50％。 

根据另一个实施例，根据本发明的润滑装置和液压活塞的特征在于，在插入活塞的外侧和液压活塞的内钻孔之间布置有液压油排放口。泄露的油可以通过液压活塞带走，使得布置有液压活塞的腔室内不会积聚液压油。如果是在上述的情况下，那么它将意味着液压油作用在腔室内的整个横截面面积上。由此不存在减小油流量的需要，也即实现本发明的技术优势的基础。 

根据另一个实施例，根据本发明的润滑装置和液压活塞的特征在于，液压活塞的内钻孔、插入气缸和插入活塞具有圆形横截面，并关 于一中心轴线同心地布置。这是一个特别简单的且容易制造的实施例。 

根据另一个实施例，根据本发明的润滑装置的特征在于，所述定量系统包括： 

-通过一个或多个用于供给液压油的阀门与润滑装置连接的供给管线和返回管线； 

-通过供给管线与液压气缸连接的中央液压油供给泵，每个液压气缸具有液压活塞并且会受到液压油的压力； 

-与发动机中多个气缸的数目相对应的多个喷射单元，所述喷射单元与各自的具有定量活塞的定量气缸相连； 

-用于气缸润滑油的供给管线。 

因此，可以确保液压油和润滑油的所需供给。应该注意，可以使用来自同一供给源的油，因为同种类型的油可以用于润滑和致动液压活塞。 

附图说明

下面参照附图更加详细地说明本发明，其中： 

图1示出了具有根据本发明的多个润滑装置的系统的示意图； 

图2示出了具有根据本发明的润滑装置的系统的第二实施例的示意图； 

图3示出了构成根据本发明的润滑装置的一部分的气缸润滑单元的一个实施例的纵向截面；以及 

图4示出了用于图1所示系统的根据本发明的润滑装置的另一个实施例。 

具体实施方式

图1示出了根据在PCT/DK2007/000364中的说明书制造的系统。 

图1示意性地示出了四个气缸250，每个气缸上有八个喷嘴251。润滑装置252与中央计算机252连接，通常每个单个的润滑装置252都配设有本地控制单元254。润滑装置252可如下文详细说明地那样 进行改变。 

中央计算机253与另一个控制单元255并联连接，该控制单元构成中央计算机的备份。此外，设置监控泵(可以是液压泵或液压台)的监控单元256、监控负载的监控单元257和监控曲轴位置的监控单元258。 

在图1的上部示出的是液压台259，其包括驱动液压油箱262中的泵261的马达260。液压台259还包括冷却器263和过滤器264。系统油通过供给管线265泵送经由阀220到达润滑装置。液压台还与返回管线266连接，所述返回管线也经由阀与润滑装置连接。 

润滑油从润滑油供给箱(未示出)通过管线267流到润滑装置252。润滑油通过管线110从润滑装置流到喷嘴251。 

在图2和3中可以看到在原理上如DK专利173512的描述所公开类型的系统。 

图2示出了气缸润滑系统，其中示出了两个气缸2。每个气缸2具有四个润滑点6，所述润滑点设有喷射单元6′。每个喷射单元6′通过连接管线29与中央润滑单元30连接，所述中央润滑单元与控制阀31连接。通过管线32，控制阀31与电子控制单元9连接。此外还示出了压力控制单元33，所述压力控制单元通过管线34、35与控制单元9连接，以及通过润滑油供给管线36、37与气缸润滑单元30连接。 

图3更加清楚地示出了气缸润滑单元30。 

图3的截面示出了中央气缸润滑单元30具有用于润滑油的供给闸门38。而且，它还具有用于驱动油的返回闸门39，在示出的实施例中所述驱动油与润滑油相同。控制阀31与调节油供给和排出的阀40连接。气缸润滑单元30包括具有凸缘42的液压活塞41。每个凸缘42接合定量活塞43，从而通过闸门44和连接管线29将润滑油供给到润滑点6，如图2所示。 

因此图3示出了具有凸缘42的液压活塞41，所述凸缘由于作用在若干个定量活塞43上而用作分配板。 

中央气缸润滑单元30具有可调节的止动元件45，用于确定液压 活塞41的行程。止动元件45确定液压活塞41的行程，由此也确定用作定量泵的定量活塞43的行程。 

压缩弹簧46沿开始位置的方向给液压活塞41预加载。可调节的止动元件45旋进单元端部48中的螺纹47中。因此旋进可调节的止动元件45将限制液压活塞41的行程，由此限制从定量活塞43排出的润滑油部分。这样可调节的止动元件45就起到充当往复泵行程的调节装置的作用。可调节的止动元件45与电控调节装置49连接。所述调节装置49通过电线50与中央电控单元9连接。这样就能够对往复泵行程进行电子控制，使得能够以灵活的方式在单个润滑点6处执行中央无级剂量控制。 

液压活塞41为圆柱形并布置在腔室A中，在传统的润滑装置中该腔室用作气缸，活塞可在气缸中移动。液压活塞41具有中央钻孔B，其中安装有插入气缸C。该插入气缸C是中空的且具有内钻孔D，其中容纳有插入活塞E，插入气缸在封闭的底部F终止。插入活塞E通过螺纹G安装在开口H中以便将液压油供给到腔室A中。插入活塞E具有内钻孔，液压油可流过该内钻孔，以作用于插入气缸中的底部F上。因此，液压活塞被移动，由此也使凸缘42移动，从而致动定量活塞。液压活塞41具有排出口J，使得泄露油可以在插入气缸C的外侧和钻孔B之间渗出并从排出口J流出。因此，避免了油在液压活塞41之后聚积在腔室A中。 

图4示出的润滑装置包括安装有用于触发装置的电磁阀115和116的底部110。在底部110的侧面，布置有用于系统油压力供给142和系统油压力返回143到油箱的螺旋接头。 

驱动油可从两个电磁阀供给，其中一个电磁阀是主电磁阀116，另一个是辅助电磁阀115。 

在初始位置，主电磁阀116是触发的。由此驱动油从相关联的供给螺旋接头142被引导到主电磁阀116，并经开关阀117通过分配通道引入装置到达一组关联的液压活塞。 

在主电磁阀116发生故障的情况下，可以自动地连接辅助电磁阀 115。该阀通过触发辅助电磁阀115进行连接。 

由此关联的分配通道被加压。该压力使得开关阀117向右移动，以切断主电磁阀116和关联的分配通道的连接。因此该压力从连接到该电磁阀116的液压活塞上去除。 

通过触发辅助电磁阀115，关联的分配通道和关联的液压活塞被加压。这导致分配板7随后被通过辅助电磁阀115引导到装置中的油驱动。 

开关阀117可以配设有弹簧119。在缺少通过辅助电磁阀的供给压力的情况下，所述弹簧将自动使开关阀117回复到上述初始位置。 

开关阀可以配有限流器，使得可以延迟该开关阀的回复。通过这种方式可以避免/限制开关阀117在各触发之间来回移动。在图4中，所述限制由在排出孔塞118和开关阀117之间形成的狭槽确定。 

当各个电磁阀与单组液压活塞连接时，可以确保电磁阀之间的独立性。当在主电磁阀116和辅助电磁阀115之间切换时，开关阀117将确保压力从第一组液压活塞上去除，由此能够操作辅助电磁阀115，甚至在主电磁阀阻塞的情况下。 

位置121示出了截止螺钉。 

位置122示出了组合的截止螺钉/端部止动件，其部分地用作开关阀117的棘爪120的端部止动件，并且还可通过(未示出的)密封垫部分地具有密封功能。 

液压活塞106上方是分配板7。这里该分配板示出为两部分的设计，其具有上分配板构件125和下分配板构件123。定量活塞21安装在上分配板构件125中/上。在使用不同油来驱动和润滑的装置中，在上分配板构件和下分配板构件之间有活塞密封垫124。原则上，也可以使用一种油作为驱动油以及润滑油。 

每个液压活塞106为圆柱形并布置在腔室A中，在传统的润滑装置中该腔室用作气缸，活塞可在其中移动。液压活塞106具有中央钻孔B，其中安装有插入气缸C。该插入气缸C是中空的且具有内钻孔D，其中容纳有插入活塞E，插入气缸在封闭的底部F终止。插入活 塞E通过螺纹G安装在开口H中以便将液压油供给到腔室A中。插入活塞E具有内钻孔，液压油可流过该内钻孔，以作用于插入气缸中的底部F上。因此，液压活塞被移动，由此也使分配板7移动，从而致动定量活塞21。液压活塞1061具有排出口J，使得泄露油可以在插入气缸C的外侧和钻孔B之间从排出口J渗出。因此，避免了油在液压活塞106后面聚积在腔室A中。 

定量活塞21周围是普通的复位弹簧109，所述复位弹簧在断开液压活塞106上的供给压力后使活塞21复位。复位弹簧109周围是小的润滑油储器147，其外部由基块111限定。润滑油通过单独的带密封垫138和139的螺旋接头供给。所述装置可选地配设有带密封垫的通气螺钉。 

基块111上面布置有气缸体112，其中设有定量活塞21以便其往复运动。定量活塞21上面是泵室148。在该泵室中，布置有带止回阀球113的出口，所述止回阀球被弹簧13偏压。而且，布置有与气缸壁中的止回阀/SIP阀直接连接的螺旋接头128。 

为了调节行程，在该实施例中示出了一种布置，其中马达132与蜗杆传动131连接，通过改变固定销/固定螺钉66的位置，所述蜗轮传动可通过蜗轮130调节行程。 

在该实施例中，可以通过改变行程停止的位置来调节行程。这与前面使用了固定的起始点和随后调节行程的实施例不同。 

为了控制实际的行程长度，传感器/传感单元114安装在固定销/固定螺钉66的延长部中，用于检测行程，所述传感器的形式例如是编码器或电位计。 

位置113示出了用于固定销/固定螺钉结构的支架。 

位置124示出了在两个空间149和147之间密封的活塞密封垫，同时泄露油在分别在底部的驱动油侧和在顶部的润滑油侧旁通过液压活塞6。 

位置127示出了在基块111和气缸体112之间的O形环密封。 

位置133示出了用于紧固蜗轮130的轴承壳的紧固螺钉。 位置134示出了在底板110和基块111之间的O形环密封。 

Claims (13)

1.一种用于气缸润滑油的定量系统的液压润滑装置，所述液压润滑装置以液压的方式被提供动力从而供给润滑油，所述液压润滑装置包括至少一个液压活塞，其中所述液压润滑装置会受到液压油的压力，所述液压润滑装置还包括多个定量活塞和在一侧与所述多个定量活塞接触、在另一侧与所述至少一个液压活塞接触的分配板，所述至少一个液压活塞用于移动分配板以致动定量活塞，其特征在于，所述液压活塞具有沿其移动方向延伸的内钻孔，所述内钻孔设有包括插入气缸的插入件，所述插入气缸中设有与液压油供给口相接触的中空插入活塞。

2.按照权利要求1所述的液压润滑装置，其特征在于，所述插入活塞被旋入一钻孔，通过所述钻孔输送液压油。

3.按照权利要求1或2所述的液压润滑装置，其特征在于，所述至少一个液压活塞的横截面面积和所述定量活塞的横截面面积的比率小于7。

4.按照权利要求1或2所述的液压润滑装置，其特征在于，所述至少一个液压活塞的横截面面积和所述定量活塞的横截面面积的比率小于5。

5.按照权利要求1或2所述的液压润滑装置，其特征在于，在所述插入活塞的外侧和所述液压活塞的内钻孔之间布置有液压油排放口。

6.按照权利要求1或2所述的液压润滑装置，其特征在于，所述液压活塞的内钻孔、所述插入气缸和所述插入活塞具有圆形横截面并且关于一中心轴线同心地布置。

7.按照权利要求1或2所述的液压润滑装置，其特征在于，所述定量系统包括通过一个或多个用于供给润滑油的阀门与润滑装置连接的供给管线和返回管线、通过供给管线与液压气缸连接的中央液压油供给泵、与发动机中多个气缸的数目相对应的多个喷射单元、以及用于气缸润滑油的供给管线，每个所述液压气缸具有液压活塞并且会受到液压油的压力，所述多个喷射单元与各自的具有定量活塞的定量气缸相连。

8.一种在用于气缸润滑油的定量系统的液压润滑装置中使用的液压活塞，所述液压润滑装置被以液压的方式提供动力从而供给润滑油，所述液压润滑装置包括至少一个液压活塞，其中所述液压润滑装置会受到液压油的压力，所述液压润滑装置还包括多个定量活塞和在一侧与所述多个定量活塞接触、在另一侧与所述至少一个液压活塞接触的分配板，所述至少一个液压活塞用于移动分配板以致动定量活塞，其特征在于，所述液压活塞具有沿其移动方向延伸的内钻孔，所述内钻孔设有包括插入气缸的插入件，所述插入气缸中设有与液压油供给口相接触的中空插入活塞。

9.按照权利要求8所述的液压活塞，其特征在于，所述插入活塞被旋入一钻孔，通过所述钻孔输送液压油。

10.按照权利要求8或9所述的液压活塞，其特征在于，所述至少一个液压活塞的横截面面积和所述定量活塞的横截面面积的比小于7。

11.按照权利要求8或9所述的液压活塞，其特征在于，所述至少一个液压活塞的横截面面积和所述定量活塞的横截面面积的比小于5。

12.按照权利要求8或9所述的液压活塞，其特征在于，在所述插入活塞的外侧和所述液压活塞的内钻孔之间布置有液压油排放口。

13.按照权利要求8或9所述的液压活塞，其特征在于，所述液压活塞的内钻孔、所述插入气缸和所述插入活塞具有圆形横截面并且关于一中心轴线同心地布置。

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