本发明涉及一种用于活塞发动机的润滑系统的压力调节设备。本发明还涉及一种用于调节活塞发动机的润滑系统中的压力的方法。
背景技术：
大型内燃发动机(如船舶或发电厂发动机)往往需要在非常不同的操作条件下操作。为了确保发动机各个部件有足够的润滑，润滑系统的设计需要管理(即使是最苛刻的操作条件)。这意味着润滑油泵的容量的尺寸要大，以用于更容易的操作条件。由于过大尺寸，流量和润滑油压力在发动机的大部分运行时间中都比所需的高。操作润滑油泵所需的功率与润滑系统中的流量和压力成比例，这意味着过量的流量和压力浪费能量。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于活塞发动机的润滑系统的改进压力调节设备。该压力调节设备包括：压力调节阀，该压力调节阀具有：入口，该入口能够被布置成与需要调节压力的润滑油线路流体连通；出口，该出口能够被布置成与压力释放线路流体连通；阀构件，该阀构件能够在防止所述入口和所述出口之间的流动的关闭位置与允许所述入口和所述出口之间的流动的打开位置之间移动；以及流体腔室，其中来自所述流体腔室的压力释放被配置成允许所述阀构件从所述关闭位置向所述打开位置移动。该压力调节设备进一步包括压力控制的第一控制阀，该第一控制阀被配置成当所述第一控制阀处的控制压力超过第一预定限值时从关闭位置移动到打开位置；控制线路，该控制线路能够被布置成与所述润滑油线路流体连通，以将控制压力传递到所述第一控制阀；以及用于在所述流体腔室和所述第一控制阀之间建立流体连通的装置。在所述第一控制阀的所述打开位置中流经所述第一控制阀的流动被配置成允许从所述压力调节阀的所述流体腔室流出以释放来自所述流体腔室的压力。
本发明的另一个目的是提供一种用于调节活塞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压力从润滑油线路释放到压力释放线路，所述压力调节阀包括流体腔室，其中来自所述流体腔室的压力释放被配置成允许所述压力调节阀打开；以及至少两个压力控制的控制阀，每个控制阀均被配置成当所述控制阀处的控制压力超过各自预定限值时打开，其中流经所述控制阀中的任一者的流动都被配置成允许从所述压力调节阀的所述流体腔室流出以释放来自所述流体腔室的压力。
根据本发明的所述压力调节设备包括：压力控制的第二控制阀，该第二控制阀被配置成当所述第二控制阀处的控制压力超过比所述第一预定限值低的第二预定限值时从关闭位置移动到打开位置；用于将控制压力传递到所述第二控制阀的装置；以及用于在所述流体腔室和所述第二控制阀之间建立流体连通的装置，其中在所述第二控制阀的所述打开位置中流经所述第二控制阀的流动被配置成允许从所述压力调节阀的所述流体腔室流出以释放来自所述流体腔室的压力，并且该压力调节设备进一步包括用于选择性地防止所述流体腔室和所述第二控制阀之间的流体连通的装置。
根据本发明的方法包括以下步骤：确定描述所述发动机的操作状态的一个参数或一组参数；根据所述参数，确定需要不同润滑油压力的至少两种不同的操作状态；监测所述发动机的操作状态；以及在所述发动机的检测到的每种操作状态下，将所述压力调节阀的所述流体腔室布置成至少与具有至少对应于所需润滑油压力的最低预定限值的那个控制阀流体连通，并且防止所述流体腔室与预定限值低于所需润滑油压力的那些控制阀之间流体连通。
通过根据本发明的压力调节设备和方法，可以很容易地将润滑系统中的压力水平从一定压力水平降低到较低压力水平。可调整所述压力水平，从而当第一控制阀负责压力调节时，润滑系统中的油压能满足发动机的苛刻操作状态的需要。另一方面，当低油压就足够时，第二控制阀可以调节压力，从而降低润滑系统的能耗。
根据本发明的一个实施方式，用于选择性地防止所述流体腔室和所述第二控制阀之间的流体连通的装置是选择阀，该选择阀选择性地允许从所述流体腔室流向所述第一控制阀或所述第二控制阀。代替选择阀，可以使用布置在所述流体腔室和所述第二控制阀之间的双向阀。用于防止流动到所述第二控制阀的阀可以是电控阀，诸如电磁阀。
根据本发明的一个实施方式，所述流体腔室和所述控制阀之间的所述阀被偏压至其中从所述流体腔室到所述第二控制阀的流动被阻止的位置。这确保了在所述阀不能有效地致动以选择适当控制阀的情况下也可获得足够的润滑油压力。
根据本发明的活塞发动机的润滑系统包括以上限定的压力调节设备。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中：
图1示出了活塞发动机的润滑系统的示例；
图2示出了根据本发明的一个实施方式的用于活塞发动机的润滑系统的压力调节设备；以及
图3示出了根据本发明的另一个实施方式的压力调节设备。
具体实施方式
在图1中示出了活塞发动机的润滑系统。该发动机是大型内燃发动机，如船舶的主发动机或辅助发动机或者在发电厂用于发电的发动机。该发动机的气缸孔至少为150毫米。发动机的额定功率至少为每缸150千瓦。在图1的实施方式中，该发动机包括直列布置的六气缸，但该发动机可以包括任何合理数量的气缸。这些气缸例如也可以以v形配置布置。润滑系统被配置成将润滑油输送到发动机的部件以用于润滑和/或冷却目的。例如，润滑系统向发动机的主轴承2供应润滑油，但是润滑油也可以供应到其它地方。
该润滑系统包括油泵1，该油泵1对润滑油加压并将其供送到润滑油线路4，其中润滑油被引导到需要润滑油的部件。润滑油从储油器6获取。在图1的实施方式中，该储油器是湿油底壳6。但是，发动机也可以设有干油底壳，在这种情况下，油将从单独的油箱获取，将油从干油底壳引入该油箱中。油泵1在发动机恒定转速下产生恒定流量。例如，油泵1可以是螺杆泵。该润滑系统还设有预润滑泵7，该预润滑泵确保在发动机启动时也可获得润滑油流量。预润滑泵7与油泵1平行布置。预润滑泵7是电驱动的。
油冷却器8布置在油泵1的下游，用于对加压润滑油进行冷却。旁通管道9与油冷却器8平行布置，以便在润滑油温度较低时，例如当发动机启动时，允许绕过油冷却器8。旁通阀10将旁通线路9在油冷却器8的下游侧连接至润滑油线路4。旁通阀10用于选择性地引导润滑油流从油泵1经过油冷却器8或经过旁通线路9。旁通阀10可以进行温度控制，以便自动地将润滑油温度保持在适当的温度范围内。
过滤器11布置在旁通阀10的下游。过滤器11是连接到反冲洗线路12的自动反冲洗过滤器。过滤器11的自动反冲洗确保过滤器11正常工作，并使维护需要最小化。反冲洗线路12设有离心过滤器13，该离心过滤器在油返回油底壳6之前从润滑油中除去微粒。反冲洗线路12还设有三通阀14，该三通阀14允许在需要时绕过离心过滤器13。
压力释放线路15在油泵1和油冷却器8之间连接至润滑油线路4。在图1的示例中，压力释放线路15在油泵1之后立即连接到润滑油线路4。压力释放线路15设有基于润滑油线路4中的压力来控制的压力调节阀16。当润滑油线路4中的压力超过预定限值时，压力调节阀16打开并允许润滑油从润滑油线路4经由压力释放线路15流入油底壳6，从而降低润滑油线路4中的压力。控制压力经由控制线路17传输到压力调节阀16。在图1的示例中，控制线路17在发动机主轴承2下游连接至润滑油线路4。因此，根据在主轴承2之后的润滑油线路4中检测到的压力来控制润滑系统中的压力。控制线路17连接到润滑油线路4的点是压力监测点。由于润滑系统中的流动阻力，主轴承2之后(即在压力监测点处)的压力低于紧接着油泵1之后的压力。润滑系统的压力也可以在润滑系统的其他一些点进行监测，而不是在如图1所示的点处进行监测。控制线路17的最合适的连接点取决于润滑系统的配置以及润滑系统的不同部件的润滑和/或冷却需要。
应当注意，以上描述的润滑系统仅仅是能够使用根据本发明的压力调节设备的润滑系统的示例。以上列出的所有部件都不是必要的，另一方面，润滑系统可以包括许多附加部件。润滑油也可用于冷却目的，例如用于发动机活塞的喷射冷却。
图2示出了根据本发明的一个实施方式的压力调节设备。润滑系统的压力调节阀16形成了该压力调节设备的一部分。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与润滑油线路4流体连通。压力调节阀16的出口23与压力释放线路15流体连通。当压力调节阀16打开时，可以因此将压力从润滑油线路4释放到压力释放线路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。在关闭位置(如图2所示)，将阻止从压力调节阀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，允许从入口22流向出口23。压力调节阀16被构造成使得压力调节阀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，压力调节阀16的入口22中的压力被施加在第一活塞表面上。阀构件24的相反端形成第二活塞表面30，该第二活塞表面界定布置在压力调节阀16内的流体腔室27。压力调节阀16包括弹簧28，该弹簧28将阀构件24推向关闭位置。因此，流体腔室27中的压力与弹簧28的力一起产生关闭力，当作用在第一活塞表面29上的、由流体压力产生的力超过弹簧28和作用在第二活塞表面30上的液压压力的组合关闭力时，压力调节阀16打开。因此，当流体腔室27中的压力被释放时，允许压力调节阀16的阀构件24从关闭位置向打开位置移动。
压力调节阀16的流体腔室27经由致动线路34与润滑油线路4流体连通。当在致动线路34中没有流动时，流体腔室27中的压力因此与润滑油线路4中的压力基本相同。压力调节阀16的入口22和致动线路34连接到润滑油线路4的同一点，因此，致动线路34中的压力与入口22中的压力基本相同。阀构件24的第二活塞表面30的面积大于第一活塞表面29的面积。在静态情况下，由弹簧28和流体腔室27中的流体压力施加到阀构件24上的关闭力因而超过由压力调节阀16的入口22中的流体压力施加至阀构件24的打开力，因此压力调节阀16保持在关闭位置。
所述致动线路34设有第一控制阀19，所述第一控制阀布置在将压力调节阀16的流体腔室27连接至致动线路34的连接线路35的下游。第一控制阀19可用于控制压力调节阀16的打开。第一控制阀19的下游侧连接到压力释放线路15。第一控制阀19是压力控制阀，该压力控制阀通过弹簧力保持在关闭位置。第一控制阀19经由控制线路17与润滑油线路4流体连通。控制线路17将控制压力传输到第一控制阀19。在附图的实施方式中，控制线路17靠近发动机主轴承2连接至润滑油线路4。因此，基于主轴承2中的润滑油压力来控制压力调节阀16。第一控制阀19被配置成当控制线路17中的压力超过第一预定限值时打开。第一控制阀19的打开压力是可调整的。第一控制阀19被调整为在与发动机的主轴承2所需的最大润滑油压力相等的压力下打开。例如，该压力可以是5巴。当控制线路17中的压力超过第一预定限值时，第一控制阀19打开。当第一控制阀19与压力调节阀16的流体腔室27处于流体连通且处于打开位置时，允许从流体腔室27通过第一控制阀19流出到压力释放线路15中，并从流体腔室27释放压力。因此，允许压力调节阀16的阀构件24从关闭位置移动到打开位置。
第一控制阀19可以用于将润滑油线路4的压力监测点处的压力保持在第一预定限值左右。选择第一预定限值，使得即使在发动机的恶劣工作条件下，发动机的主轴承2的润滑也是足够的。然而，这种润滑油压力只是偶尔需要，由于将润滑油压力保持在这一水平而浪费能量。因此，根据本发明的压力调节设备甚至包括第二控制阀20。另外，第二控制阀20是压力控制阀。第二控制阀20被配置为当第二控制阀20处的控制压力超过低于第一预定限值的第二预定限值时打开。此外，第二控制阀20的打开压力是可调整的。例如，第二预定限值可以是2巴。通过第二控制阀20，可以因此将发动机主轴承2处的润滑油压力调整到低于第一控制阀19所选择的压力的水平。
第二控制线路38将第二控制阀20连接到控制线路17。经由第二控制线路38，控制压力因此被传输到第二控制阀20。第二连接线路39将第二控制阀20连接到致动线路34。第二控制阀20的下游侧连接到压力释放线路15。当控制线路17中的压力超过第二预定限值时，第二控制阀20打开。当第二控制阀20处于打开位置并与压力调节阀16的流体腔室27流体连通时，允许经由第二控制阀20从流体腔室27流出到压力释放线路15。因此，压力从压力调节阀16的流体腔室27释放，并且允许压力调节阀16的阀构件24从关闭位置向打开位置移动。因此，第二控制阀20可以将润滑油线路4中的压力监测点处的压力保持在第二预定限值左右。
当允许流体从压力调节阀16的流体腔室27经由控制阀19、20中的一者流入压力释放线路15时，由流体腔室27中的流体压力施加到压力调节阀24的阀构件24的关闭力减小。因此，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推向打开位置，从而允许从润滑油线路4流入压力释放线路15。允许从润滑油线路4经由致动线路34流入流体腔室27。然而，所述致动线路34设有第一节流阀31，所述第一节流阀31被配置成在润滑油流过该第一节流阀时引起压降。该压降允许流体腔室27中的压力降低，并且允许阀构件24移动到打开位置。第二节流阀32布置在连接线路35中。该节流阀35限制阀构件24的移动速度。
所述致动线路34设有与控制线路17连接的分支36。分支36设有止回阀33，当超过止回阀33上的预定压差时，该止回阀33允许从致动线路34流向控制线路17。例如，该预定压差可以是3巴。该布置确保在润滑油线路4中与压力调节阀16连接的点处的压力超过限值时(例如由于过滤器11堵塞)，压力调节阀16打开并防止油泵1处过压。控制线路17设有第三节流阀37，该第三节流阀37确保当止回阀33打开时分支36中的压力不会经由控制线路17消失，但是润滑油线路4中与压力调节阀16连接的点处的压力变成第一控制阀19和第二控制阀20的控制压力。第三节流阀37还防止在控制线路17中的脉动。
压力调节设备还设有用于选择性地防止压力调节阀16的流体腔室27和第二控制阀20之间的流体连通的装置。通过防止从流体腔室27流向具有比第一控制阀19更低的打开压力的第二控制阀20，可以将压力监测点处的润滑油压力调整到对应于第一预定限值的水平，即第一控制阀19的打开压力。在图2的实施方式中，压力调节设备设有选择阀40，该选择阀40可以用于选择性地打开流体腔室27与第一控制阀19或第二控制阀20之间的流体连通。选择阀40是具有两个位置的3/2阀。在选择阀40的第一位置，允许从流体腔室27流向第一控制阀19，而防止流向第二控制阀20。在选择阀40的第二位置，允许流向第二控制阀20而防止流向第一控制阀19。选择阀40是主动可控阀。选择阀40可以是电控阀，例如电磁阀。选择阀40例如由弹簧偏压向第一位置。这确保当选择阀40无法致动时，也可获得更高的润滑油压力。例如在选择阀40的螺线管发生故障的情况下就可能发生这种情况。控制阀19、20和选择阀40可以集成在阀模块18中。
图3示出了根据本发明的另一个实施方式的压力调节设备。该实施方式类似于图2的实施方式，但不是使用图2的选择阀40，而是使用不同的阀来选择控制阀19、20中的哪一个阀负责压力调节。在图3的实施方式中，布置在压力调节阀16的流体腔室27和第二控制阀20之间的双向阀41用于选择性地防止流体腔室27和第二控制阀20之间的流体连通。双向阀41布置在第二连接线路39中。阀41是具有关闭位置和开启位置的开/关阀。在阀41的打开位置，允许在流体腔室27和第二控制阀20之间进行流体连通。在阀41的关闭位置，防止流体腔室27和第二控制阀20之间的流体连通。阀41是主动可控阀。它可以是电控阀，如电磁阀。阀41例如被弹簧偏压向关闭位置。这确保在双向阀41不能被控制(例如由于螺线管故障)的情况下由第一控制阀19负责压力控制。
压力调节设备可以包括多于两个的控制阀19、20。例如，压力调节设备可以包括第三控制阀，该第三控制阀被配置成当第三控制阀处的控制压力超过第三预定限值时打开，该第三预定限值位于第一预定限值和第二预定限值之间。压力调节设备还包括用于将第三控制阀与压力调节阀16的流体腔室27流体连通地布置的装置、用于将控制压力传递到第三控制阀的装置以及用于选择性地防止流体腔室27与第三控制阀之间的流体连通的装置。因此，可以选择三种不同的压力水平。
当发动机操作时，润滑系统中所需的压力随发动机的操作状态而变化。包括根据本发明的压力调节设备的润滑系统中的压力可以被调节，从而可以避免使用过大润滑油压力。
所需的润滑油压力可以取决于几个不同的因素，如发动机负荷、发动机转速和使用可变进入阀关闭正时(vic)。例如，当使用vic功能时或当发动机负荷高且发动机活塞的喷射冷却需要更大的冷却油流量时，可能需要更高的润滑油压力。为了在润滑系统中进行最优的压力调节，可以确定描述发动机操作状态的参数或一组参数。例如，这些参数可以包括发动机负荷、发动机转速和vic功能状态(开/关)。根据这些参数，确定不同的发动机操作状态。对于每种操作状态，确定相应的所需润滑油压力。当发动机操作时，对发动机的操作状态进行监测。
根据检测到的操作状态，将压力调节阀16的流体腔室27布置成在与控制阀19、20流体连通，该控制阀将压力监测点处的润滑油压力设置为与至少所需润滑油压力对应的最低可能水平。防止流体腔室27与具有低于所需润滑油压力的打开压力的这些控制阀19、20之间的流体连通。
例如，可以监测vic功能状态。当vic功能被开启时，它可以被认为是需要5巴的润滑油压力的操作状态的指示。第一控制阀19被调整为在控制压力为5巴时打开，第二控制阀20被调整为当控制压力为2巴时打开。因此，只有第一控制阀19能够将压力监测点的压力保持在所需水平。允许在压力调节阀16的流体腔室27和第一控制阀19之间进行流体连通，并且阻止流体腔室27和第二控制阀20之间的流体连通。控制压力经由控制线路17传递到两个控制阀19、20。然而，由于不允许从流体腔室27经由第二控制阀20流出，因此第二控制阀20不影响压力调节，但第一控制阀19调节压力。因此，压力监测点处的压力保持在5巴左右。
如果发动机的操作状态只需要2巴的润滑油压力，则可以允许在压力调节阀16的流体腔室27和第二控制阀20之间进行流体连通。控制压力经由控制线路17传递到两个控制阀19、20。当控制压力超过2巴时，第二控制阀20打开，并且压力监测点处的压力保持在2巴左右。该压力不足以打开第一控制阀19，因此第一控制阀19保持关闭。因此，第二控制阀20负责压力调节。在图2的实施方式中，防止从压力调节阀16的流体腔室27流向第一控制阀19。在图3的实施方式中，允许流向第一控制阀19，但它不影响压力调节，因为控制压力保持在太低而无法打开第一控制阀19的水平。
如果压力调节设备设有多于两个的控制阀，则能允许从压力调节阀16的流体腔室27流动到打开压力比润滑油线路中所需的压力高的所有控制阀。需要防止流向打开压力比润滑油线路4中压力监测点处所需的压力低的这些控制阀。
本领域技术人员将认识到，本发明不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求书的范围内变化。例如，控制阀的打开压力不需要是可调整的。