本发明涉及根据权利要求1的前序所述的用于活塞式发动机的润滑系统的压力调节排布结构。本发明还涉及如在其它独立权利要求中限定的、用于调节活塞式发动机的润滑系统中的压力的方法。
背景技术：
大型内燃机(如船舶发动机或发电厂发动机)通常需要在非常不同的运行状况下运行。为确保发动机各组件的充分润滑，润滑系统需要设计成即使在最恶劣的运行状况下也能进行管理。这意味着润滑油泵的容量超尺寸以用于更容易的运行状况。由于超大尺寸，流率和润滑油压力在大部分发动机运行时间都高于所需。用于运行润滑油泵所需的功率与润滑系统中的流率和压力成比例，这意味着过度的流率和压力会浪费能量。
技术实现要素：
本发明的一个目的是，提供一种用于活塞式发动机的润滑系统的改进压力调节排布结构。所述压力调节排布结构包括压力调节阀，该压力调节阀具有：入口，其可以被设置成与需要调节压力的润滑油管线流体连通；出口，其可以被设置成与泄压管线流体连通；以及阀构件，其在关闭位置和打开位置之间是可移动的，所述关闭位置防止所述入口与所述出口之间的流动，所述打开位置允许所述入口与所述出口之间的流动；第一压力控制式控制阀，该第一压力控制式控制阀被配置成当在所述第一控制阀处的控制压力超出第一预定限度值时，从关闭位置移动至打开位置，其中，所述第一控制阀的打开被配置成允许所述压力调节阀的所述阀构件从所述关闭位置移动至所述打开位置，以及控制管线，该控制管线可以被设置成与所述润滑油管线流体连通以将控制压力传送至所述第一控制阀。本发明的另一目的是，提供一种调节活塞式发动机的润滑系统中的压力的改进方法，该润滑系统包括：压力调节阀，该压力调节阀用于将来自润滑油管线的压力释放到泄压管线中；至少两个压力控制式控制阀，所述控制阀中的每一个被配置成当在所述阀处的控制压力超出单个(individual)预定限度值时打开，其中，任一个所述控制阀的打开被配置成打开所述压力调节阀。
在权利要求1的特征部分中给出了根据本发明的排布结构的特征化特征。在其它独立权利要求中给出了根据本发明的方法的特征化特征。
根据本发明，所述压力调节排布结构包括第二压力控制式控制阀，该第二压力控制式控制阀被配置成，当在所述第二控制阀处的控制压力超出第二预定限度值时，从关闭位置移动至打开位置，该第二预定限度值低于所述第一预定限度值，其中，所述第二控制阀的打开被配置成允许所述压力调节阀的所述阀构件从所述关闭位置移动至所述打开位置，并且所述压力调节排布结构还包括用于打开和关闭所述控制管线与所述第二控制阀之间的流体连通的能主动控制的阀。
根据本发明的方法包括以下步骤：确定描述所述发动机的运行状况的一参数或一组参数，基于所述参数，确定需要不同润滑油压力的至少两个不同运行状况，检测所述发动机的所述运行状况，以及在每个检测到的所述发动机的运行状况下，将控制压力从所述润滑油管线传送至至少那个具有对应于至少所需润滑油压力的最低预定限度值的控制阀，并且防止将控制压力传送至其中预定限度值低于所需润滑油压力的那些控制阀。
利用根据本发明的压力调节排布结构和方法，润滑系统中的压力水平可以容易地从特定压力水平降低至较低压力水平。可以调节压力水平，以使当第一控制阀负责压力调节时，所述润滑系统中的油压可以满足发动机的困难运行状况的需要。另一方面，当较低的油压是足够的时，第二控制阀可以调节该压力并降低所述润滑系统的能量消耗。
根据本发明的实施方式，压力调节排布结构包括第三压力控制式控制阀，该第三压力控制式控制阀被配置成，当在所述第三控制阀处的控制压力超出第三预定限度值时打开，该第三预定限度值低于所述第二预定限度值，其中，所述第三控制阀的打开被配置成允许所述压力调节阀的所述阀构件从所述关闭位置移动至所述打开位置，并且所述压力调节排布结构还包括用于打开和关闭所述控制管线与所述第三控制阀之间的流体连通的能主动控制的阀。
利用第三控制阀，所述润滑系统中的压力可以降低至第三压力水平，第三压力水平比第二压力水平更低。所述润滑系统由此可以根据所述发动机的运行状况按三种不同压力水平来操作。
用于打开和关闭控制管线与第二控制阀和/或第三控制阀之间的流体连通的所述阀例如可以是电磁阀。也可以使用单个阀来选择哪个控制阀与控制管线流体连通。
附图说明
下面参照附图对本发明的实施方式进行更详细地描述，其中，
图1示出了活塞式发动机的润滑系统的一个示例，以及
图2示出了根据本发明实施方式的用于活塞发动机的润滑系统的压力调节排布结构。
具体实施方式
图1中示出了活塞式发动机的润滑系统。该发动机是大型内燃机，如船舶的主发动机或辅发动机或者在发电厂用于发电的发动机。发动机的汽缸内径至少为150mm。发动机的额定功率每缸至少为150kw。在图1的实施方式中，该发动机包括采用直列设置的六个汽缸，但该发动机可以包括任何合理数量的汽缸。这些汽缸例如也可以采用v形构造来设置。该润滑系统被配置成，将润滑油递送至发动机的组件以用于润滑和/或冷却目的。润滑系统例如向发动机的主轴承2供应润滑油，但润滑油也可以供应至各种其它地方。
该润滑系统包括油泵1，其将润滑油加压并将其供给到润滑油管线4中，其中，润滑油被引导至需要润滑油的组件。润滑油从储油池6中取出。在图1的实施方式中，该油槽是湿油槽6。然而，发动机也可以设有干油槽，在这种情况下，油将从分离的油箱中取出，油从干油槽中引入该分离的油箱中。油泵1在恒定发动机转速下产生恒定的流率。油泵1例如可以螺杆泵。润滑系统也设有预润滑泵7，其确保在发动机起动时也可以获得润滑油流。预润滑泵7与油泵1平行设置。预润滑泵7经电驱动。
油冷却器8设置在油泵1的下游，用于冷却加压润滑油。旁通管道9与油冷却器8平行设置，用于在润滑油温度低时(例如，在发动机起动时)允许将油冷却器8旁路。旁通阀10将旁通管线9连接至油冷却器8下游的润滑油管线4。旁通阀10被用于选择性地引导来自油泵1的润滑流通过油冷却器8或者通过旁路管线9。旁通阀10可以经温度控制，以自动地将润滑油温度保持在适当的温度范围内。
过滤器11被设置在旁通阀10的下游。过滤器11是自动反冲过滤器，其连接到反冲管线12。过滤器11的自动反冲确保了过滤器11正常起作用并且最小化了对维护的需要。反冲管线12设有离心过滤器13，其在油返回至油槽6之前从润滑油中去除颗粒。反冲管线12还设有三通阀14，其允许在需要时绕过离心过滤器13。
在油泵1与油冷却器8之间的润滑油管线4上连接有泄压管线15。在图1的示例中，泄压管线15连接至恰好在油泵1之后的润滑油管线4。泄压管线15设有压力调节阀16，其基于润滑油管线4中的压力进行控制。当润滑油管线4中的压力超过预定限度值时，压力调节阀16打开并允许润滑油流从润滑油管线4经由泄压管线15流入油槽6，从而降低润滑油管线4中的压力。控制压力经由控制管线17被传送至压力调节阀16。在图1的示例中，控制管线17连接至发动机主轴承2下游的润滑油管线4。因此润滑系统中的压力基于在主轴承2之后的润滑油管线4中检测到的压力来控制。控制管线17连接至润滑油管线4的点是压力监测点。由于润滑系统中的流阻，导致主轴承2之后的压力(即，压力监测点处的压力)低于恰好在油泵1之后的压力。润滑系统的压力也可以在润滑系统的某一其它点处进行监测，而不是图1所示的点。控制管线17的最合适连接点取决于润滑系统的构造和润滑系统的不同组件的润滑和/或冷却需要。
应注意到，上述润滑系统仅是可以使用根据本发明的压力调节装置的润滑系统的示例。上面列出的所有组件不是必需的，而且另一方面，润滑系统可以包括许多附加组件。润滑油还可以被用于冷却目的，例如，喷射冷却发动机的活塞。
图2示出了根据本发明实施方式的压力调节排布结构。该润滑系统的压力调节阀16形成压力调节排布结构的一部分。压力调节阀16包括入口22和出口23。压力调节阀16的入口22与润滑油管线4流体连通。压力调节阀16的出口23与泄压管线15流体连通。当压力调节阀16打开时，压力由此可以从润滑油管线4释放到泄压管线15中并且可以控制润滑系统中的压力。压力调节阀16包括具有关闭位置和打开位置的阀构件24。在图2中示出的关闭位置，防止了流从压力调节阀16的入口22流向压力调节阀16的出口。在阀构件24的打开位置，允许流从入口22流向出口23。压力调节阀16被配置成，使得压力调节阀16的入口22中的流体压力将阀构件24推向打开位置。在图2的实施方式中，阀构件24的端表面形成第一活塞表面29，在第一活塞表面29上施加了压力调节阀16的入口22中的压力。阀构件24的相反端部形成第二活塞表面30，第二活塞表面30限定了流体室27，该流体室设置在压力调节阀16内部。压力调节阀16包括弹簧28，弹簧28将阀构件24推向关闭位置。因此，流体室27中的压力与弹簧28的力一起产生闭合力，并且当由作用在第一活塞表面29上的流体压力产生的力超过作用在第二活塞表面30上的弹簧28和液压力的组合闭合力时，压力调节阀16打开。当流体室27中的压力被释放时，压力调节阀16的阀构件24因此被允许从关闭位置向打开位置移动。
压力调节阀16的流体室27经由致动管线34与润滑油管线4流体连通。当致动管线34中没有流时，流体室27中的压力由此与润滑油管线4中的压力大致相同。压力调节阀16的入口22和致动管线34连接至润滑油管线4的同一点，因此致动管线34中的压力与入口22中的压力大致相同。第二活塞表面30的面积大于阀构件24的第一活塞表面29的面积。在静态情况下，由弹簧28和流体室27中的流体压力施加至阀构件24的闭合力因此超过由压力调节阀16的入口22中的流体压力施加至阀构件24的开启力16，从而压力调节阀16保持在关闭位置。
致动管线34设有第一控制阀19，其布置在将压力调节阀16的流体室27连接至致动管线34的连接管线35的下游。第一控制阀19可以被用于控制压力调节阀16的开启。第一控制阀19的下游侧连接至泄压管线15。第一控制阀19是压力控制阀，其通过弹簧力被保持在关闭位置。第一控制阀19经由控制管线17与润滑油管线4流体连通。控制管线17将控制压力传送至第一控制阀19。在附图的实施方式中，控制管线17连接至靠近发动机的主轴承2的润滑油管线4。因此，压力调节阀16基于主轴承2中的润滑油压力进行控制。第一控制阀19被配置成当控制管线17中的压力超过第一预定限度值时打开。第一控制阀19的开启压力可调节。第一控制阀19被调节成在等于发动机主轴承2所需的最大润滑油压力的压力下打开。该压力例如可以是5巴(bar)。当控制管线17中的压力超过第一预定限度值时，第一压力调节阀19打开。因此允许来自流体室27的流体流流入泄压管线15。结果，由流体室27中的流体压力施加至压力调节阀24的阀构件24的闭合力减小，并且作用在阀构件24的第一活塞表面29上的液压力可以将阀构件24推向开打开位置，从而允许流从润滑油管线4流入泄压管线15。允许流从润滑油管线4经由致动管线34流入流体室27。然而，致动管线34设有第一节流阀31，第一节流阀31被配置成在润滑油流过第一节流阀31时引起压降。该压降允许流体室27中的压力降低并且阀构件24移向打开位置。连接管线35中设置有第二节流阀32。该节流阀35限制阀构件24的移动速度。
致动管线34设有支管36，支管36连接至控制管线17。支管36设有止回阀33，止回阀33允许在超出止回阀33的预定压力差时，流从致动管线34流向控制管线17。该预定压力差例如可以是3巴。这种排布结构确保了在压力调节阀16连接点处的润滑油管线4中的压力超出一限度值(例如，由于过滤器11的堵塞)的情况下，压力调节阀16打开并防止油泵1处的过压。控制管线17设有第三节流阀37，这确保了当止回阀33打开时支路36中的压力不会经由控制管线17消失，但在压力调节阀16连接到润滑油管线4的点处的润滑油管线4内的压力成为第一控制阀19的控制压力。第三节流阀37还防止控制管线17中的脉动。
第一控制阀19将润滑油管线4的压力监测点处的压力保持在第一预定限度值附近。第一预定限度值被选择成，使得即使在发动机的恶劣运行状况下，发动机主轴承2的润滑也是足够的。然而，这种润滑油压力只是偶尔需要，通过将润滑油压力保持在该水平而浪费了能量。因此，根据本发明的压力调节排布结构甚至包括第二控制阀20。第二控制阀20也是压力控制阀。第二控制阀20被配置成，当第二控制阀20处的控制压力超出第二预定限度值时打开，该第二预定限度值低于第一限度值。而且，第二控制阀20的开启压力可调节。第二预定限度值例如可以是4巴。借助于第二控制阀20，发动机主轴承2处的润滑油压力因此可以调节成比由第一控制阀19选择的压力更低的水平。
第二控制管线38将第二控制阀20连接至控制管线17。第二控制管线38设有能主动控制的阀25，其可以被用于打开和关闭控制管线17与第二控制阀20之间的流体连通。因此，控制压力只有在阀25打开时才被传送至第二控制阀20。在附图的实施方式中，阀25是电磁阀。阀25是常闭阀。当阀25的螺线管未通电时，阀25因此保持在关闭位置，防止流从控制管线17流向第二控制阀20。第二连接管线39将第二控制阀20连接至致动管线34。当阀25切换至打开位置时，允许流从控制管线17流向第二控制阀20。第二控制阀20的下游侧连接至泄压管线15。当控制管线17中的压力超出第二预定限度值时，第二控制阀20打开，允许流从压力调节阀16的流体室27流入泄压管线15。压力调节阀16因此打开并将压力监控点处的润滑油管线4中的压力保持在第二预定限度值附近。第一控制阀19接收与第二控制阀20相同的控制压力，但是由于第一预定限度值大于第二预定限度值，因而，第一控制阀19不打开。第二控制管线38设有过滤器40，过滤器40保护电磁阀25。在图2的实施方式中，阀25是3/2阀。当阀25处于闭合位置时，阀25和第二控制阀20之间的容积连接至油箱。这确保了通过阀25的可能泄漏不会增加阀25下游的第二控制管线38中的压力并且第二控制阀20保持关闭。
在图2的实施方式中，该压力调节排布结构甚至包括第三控制阀21。第三控制阀21也是压力控制阀。第三控制阀21被配置成当第三控制阀21处的控制压力超出第三预定限度值时打开，该第三预定限度值低于第二限度值。第三控制阀21的打开压力也是可调的。第三预定限度值例如可以是3巴。借助于第三控制阀21，发动机主轴承2处的润滑油压力因此可以被调节成比由第一控制阀19或第二控制阀20选择的压力低的水平。
第三控制管线41将第三控制阀21连接至控制管线17。在图2的实施方式中，第三控制阀21连接至电磁阀25上游的第二控制管线38，但是第三控制管线41也可以直接连接至控制管线17。第三控制管线41设有能主动控制的阀26，其可以被用于打开和关闭控制管线17与第三控制阀21之间的流体连通。因此，控制压力只有在阀26打开时才从控制管线17传送至第三控制阀21。在附图的实施方式中，阀26是电磁阀。阀26是常闭阀。当阀26的螺线管未通电时，阀26因此保持在关闭位置，防止流从控制管线17流向第三控制阀21。第三连接管线42将第三控制阀21连接至致动管线34。当阀26切换至打开位置时，允许流从控制管线17流向第三控制阀21。第三控制阀21的下游侧连接至泄压管线15。当控制管线17中的压力超出第三预定限度值时，第三控制阀21打开，允许流从压力调节阀16的流体室27流入泄压管线15。因此，压力调节阀16打开并将压力监控点处的润滑油管线4中的压力保持在第三预定限度值附近。如果第二控制管线38中的阀25打开，那么，第一控制阀19和第二控制阀20接收与第三控制阀21相同的控制压力，但是由于第一预定限度值和第二预定限度值大于第三预定限度值，因而，第一控制阀19和第二控制阀20不打开。第三控制管线41连接至过滤器40下游的第二控制管线38，其因此也保护第三控制管线41中的电磁阀26。在图2的实施方式中，第三控制管线41中的阀26也是3/2阀。当阀26处于闭合位置时，阀26和第三控制阀21之间的容积连接至油箱。这确保了通过阀26的可能泄漏不会增加阀26下游的第三控制管线41中的压力并且第三控制阀21保持关闭。
控制阀19、20、21和电磁阀25、26可以集成在阀模块18中。
当发动机运行时，润滑系统所需的压力根据发动机的运行状况而变化。包括根据本发明的压力调节装置的润滑系统中的压力可以被调节，使得可以避免使用过度润滑油压力。
所需润滑油压力可以取决于几个不同的因素，如发动机负荷、发动机转速以及使用可变进气门关闭正时(vic)。例如，当使用vic功能时或者当发动机负荷高并且发动机活塞的喷射冷却需要更大的冷却油流率时，可能需要更高的润滑油压力。为了在润滑系统中实现最佳压力调节，可以确定描述发动机的运行状况的一参数或一组参数。该参数例如可以包括，发动机负载、发动机转速以及vic功能的状况(开/关)。基于该参数，确定不同的发动机运行状况。针对每个运行状况，确定对应的所需润滑油压力。当发动机运行时，监测发动机的运行状况。
基于所检测的运行状况，来自润滑油管线4的控制压力被传送至该控制阀19、20、21，其将压力监测点处的润滑油压力设定成与至少所需的润滑油压力相对应的最低可能水平。防止控制压力传送至具有比所需的润滑油压力低的运行压力的控制阀19、20、21。
作为一示例，可以监测vic功能的状况。当vic功能接通时，它可以被视为对要求润滑油压力为5巴的运行状况的指示。当控制压力为5巴时，第一控制阀19被调节成打开，当控制压力为4巴时，第二控制阀20被调节成打开，而当控制压力为3巴时，第三控制阀21被调节成打开。因此，只有第一控制阀19可以将压力监测点处的压力保持在所需水平。由此防止控制压力传送至第二控制阀20和第三控制阀21，并且第一控制阀19调节压力。
作为另一示例，可以监测发动机的负载。将特定负载视为对运行状况的指示，其中4巴的润滑油压力足够了。此时，第二控制管线38中的阀门25可以打开，以将控制压力从控制管线17传送至第二控制阀门20。第三控制管线41中的阀26保持关闭。第二控制阀20因此调节在压力监测点保持大约4巴压力的压力。
如果发动机的运行状况仅需要3巴的润滑油压力，那么，通过打开第三控制管线41中的阀26，可以将控制压力传送至第三控制阀21。第二控制管线38中的阀25可以打开或关闭。现在，第三控制阀21调节压力，将压力监测点处的压力保持在3巴左右。
本领域技术人员应当清楚，本发明不限于上述实施方式，但可以在所附权利要求的范围内改变。例如，控制阀的开启压力不需要是可调节的。代替三个控制阀，该压力调节排布结构可以包括四个或更多个控制阀或仅两个控制阀。代替图2中呈现的电磁阀，例如，可以使用气动控制阀。该压力调节排布结构也可以设有用于选择哪个控制阀连接至控制管线的单个阀，代替两个或多个电磁阀。