CN101956628A - 用于大型发动机的气缸的活塞以及润滑设备和润滑方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于大型发动机的气缸的活塞以及润滑设备和润滑方法，具体而言，提出了用于大型发动机的气缸的活塞，该活塞具有包含用于接收润滑剂的存储空间(5)的活塞主体(34)，活塞主体(34)在周缘侧处由活塞侧壁(16)所限制。存储空间(5)通过润滑剂通道(10)连接到活塞侧壁(16)上，且设置有设计成用于可松开地连接到润滑剂源(2)上的进料部(7)，其中，进料部(7)通入存储空间(5)中，其中，润滑剂通道(10)通入润滑剂收集元件(14)中。另外，提出了润滑设备和润滑方法。

Description

用于大型发动机的气缸的活塞以及润滑设备和润滑方法

技术领域

根据各类别的独立权利要求的前序部分，本发明涉及用于大型发动机的气缸的活塞，以及涉及用于具有这种活塞的大型发动机的气缸的润滑设备和润滑方法。

背景技术

大型发动机、特别是可设计成两冲程或四冲程内燃机的大型柴油发动机型式的大型发动机，频繁地用作船舶的驱动单元，或者还用于固定式操作中，例如，为了驱动大型发电机来产生电能。就此而言，大型发动机通常运行相当长的时期，这对操作安全和可用性提出很高的要求。因此，尤其地，长的维修间隔、低磨损以及对操作供应物品(operating supply item)的经济性处理是重要的标准。

在操作状态中，活塞沿着气缸的壁的表面滑动，该表面充当工作表面(running surface)且通常设计成气缸衬套的形式。就此而言，设置有气缸润滑或活塞润滑。一方面，活塞必须在气缸中尽可能顺利地滑动，也就是说没有阻碍；另一方面，活塞必须尽可能地密封气缸中的燃烧空间，以确在保燃烧过程中释放的能量高效地转换成机械功。

因此，通常在大型柴油发动机的操作期间将润滑油引入气缸中，以实现活塞的良好的运动属性，且保持工作表面、活塞以及活塞环的磨损尽可能的小。另外，润滑油还起中和腐蚀性燃烧产物以及避免腐蚀的作用。由于这么多的需求，非常高品质且昂贵的物质被频繁地用作润滑剂。

因此在发动机的特别高效且经济性操作方面需要以尽可能小的润滑率工作。

一种经证实的方法是所谓的内部润滑，其中，润滑剂(通常为润滑油)被传送通过活塞的内部，然后通过在活塞的表面上设置的一个或多个润滑部位将润滑剂从活塞内部施加到活塞上或者施加到气缸工作表面上。这种方法例如在文件EP-A-0903473中公开。根据该文件所提出的解决方法，润滑剂由供应装置供给到活塞，该供应装置由十字头的运动促动。在文献JP-A-02-9903中，提出了一种润滑剂的供应装置，润滑剂可由该供应装置供给到活塞中。从而，润滑剂导管布置在活塞中，该导管通到最上部的活塞环。在该润滑剂导管中，布置了储压室，在该储压室中可借助弹簧促动的压力活塞来对润滑剂加压。该压力对应于注射压力。电磁阀布置在储压室和最上部的活塞环上的润滑剂排放开口之间，借此电磁阀可由气缸空间中的压力促动。如果气缸空间中的压力高于作用于电磁阀上的弹簧力，则电磁阀打开润滑剂导管中的连接通道，且润滑剂从储压室供应到最上部的活塞环。如果气缸空间中的压力下降，则连接通道关闭，且润滑被中断。该解决方法具有的优点是：在活塞安置在上部死区的区域中的那个时刻精确地执行活塞的润滑，这意味着精确润滑以及因此润滑剂消耗的优化是可能的。但是，多余的润滑剂会残留在气缸空间中，因此，如果润滑剂进入了燃烧室，则燃烧室的污染仍然是可能的。

发明内容

因此，基于现有技术，本发明的目标是提出一种用于大型发动机的气缸的活塞，以及润滑设备和对应的方法，该方法使得能够以低润滑率对大型发动机中的活塞或气缸进行尽可能高效且简单的润滑。大型发动机在下文中应理解为十字头发动机；术语应当特别地包括大型柴油发动机或燃气发动机。

此外，在活塞环组的活塞环之间相比于在其中施加了扫气空气压力的曲轴箱中施加更高的压力。该压降将对存在于活塞和活塞环之间的润滑剂喷射到下活塞侧(即在远离燃烧空间的活塞侧上)的气缸空间中产生影响。从而在气缸空间中产生润滑剂雾，该润滑剂雾部分地被吹入气缸中，并且因此部分地有助于活塞的润滑。但是，残留在气缸空间中的润滑剂的一部分在该气缸空间中燃烧、蒸发或者通过排气管作为烟被抽出。因此，润滑剂的这部分作为排放物而损失。这种排放物一方面具有损失润滑剂(其不可再用于润滑活塞)的后果，这种排放另一方面对环境带来潜在危害，因为燃烧产物可对环境造成不利的影响。

满足该目标的本发明的主题的特征在于独立权利要求的特征。

因此，根据本发明，提出了一种用于大型发动机的气缸的活塞，该活塞具有包含用于接收润滑剂的存储空间的活塞主体，其中，活塞主体在周缘侧处由活塞侧壁所限制，其中，存储空间通过润滑剂通道连接到活塞侧壁上，并且其中，设置了设计成用于可松开地连接到润滑剂源上的进料部(infeed)，其中，该进料部通入存储空间中，并且其中，润滑剂通道通入润滑剂收集元件中，由此，润滑剂收集元件形成为具有环形主体的活塞环。

特别地，润滑剂收集元件的环形主体包括至少一个由两个唇状部限制的凹槽。唇状部有利地与工作表面接触，由此，可将润滑剂分配到工作表面上，且还可从工作表面上移除润滑剂。

由于对于这种活塞设置有用于润滑剂的存储空间以及在通到润滑部位的供给通道中的封闭部件，所以润滑可适于发动机的工作循环，而无需任何较大的设备消耗。润滑剂在活塞的存储空间中始终可供使用，且因此可在对工作循环而言尤其有利且高效的时候，将润滑剂施加于气缸工作表面或者施加于活塞表面。借助润滑剂收集元件来收集存在于工作表面上的润滑剂，且通过润滑剂收集元件中的开口来移除润滑剂。通过这种优化还可明显地降低所需润滑剂的量或润滑剂速率。已经借助润滑剂收集元件移除的润滑剂通过润滑剂线路进入存储空间中，且由此可用于进行进一步的润滑。对此备选地，可设置可连接到润滑剂通道上的润滑剂移除设备。

在一个优选实施例中，设置有从存放空间延伸直到设置在活塞的表面上的润滑部位的供给通道，从而可将润滑剂从存储空间导引到润滑部位，其中，在供给通道中设置有封闭部件。

可尤其在活塞中设置传送装置，以将润滑剂从存储空间通过供给通道传送到润滑部位。这个传送装置用作，在活塞的存储空间装填之后提高活塞的存储空间中的压力，从而用于使得输出润滑剂通过供给通道和润滑部位成为可能。

当传送装置包括用于润滑剂的传送活塞(该传送活塞如此设计和布置，即，使得其可在操作状态中被加载有气缸中的燃烧空间侧处的压力)时，得到了在设备方面特别简单的一种实施例。因此，可以简单的方式使用气缸的燃烧空间中的压力来将润滑剂输送到润滑部位。

根据在设备方面简单的另一种有利的实施例，传送装置包括弹簧加载的传送活塞，以将润滑剂从存储空间传送到润滑部位。

在一种优选实施例中，活塞具有多个活塞环，其中，润滑部位相对于活塞轴线所限定的轴向方向布置在两个活塞环之间。由于在活塞环之间而非不是在燃烧空间侧处(即相对于正常使用位置在活塞环上方或在润滑剂收集元件上方)引入润滑剂，所以至少显著地降低了润滑剂的不必要的燃烧以及与之相关联的不利的焦化。

这样的一种实施例是尤其有利的，即，在该实施例中，设置有三个活塞环以及两个润滑部位，两个润滑部位中的每一个通过设有封闭部件的供给通道连接到存储空间上，其中，这两个润滑部位相对于活塞轴线所限定的轴向方向分别布置在相邻活塞环之间。在该实施例中，在活塞向下运动时，通过最顶部的活塞环(即，定位成最接近燃烧空间的活塞环)分配润滑剂，在活塞向上运动时，通过最底部的活塞环分配润滑剂。相对于目前常用的方法(在其中，润滑剂被引入到最顶部的活塞环上方，即在最顶部的活塞环的燃烧空间侧处)，优点导致避免了将润滑剂刮入到燃烧空间中。也就是说，通过活塞环而运动到燃烧空间中的润滑剂不可再用来进行润滑，且仅导致高度的、不期望的焦化。

活塞侧壁在第一端处包围活塞表面，即活塞侧壁表示活塞表面的边界。该活塞表面与燃烧空间相邻，其中，润滑剂收集元件优选在活塞侧壁处布置在离燃烧空间最远的活塞环之外。由此，在活塞的压缩冲程中(即在活塞在燃烧空间的方向上运动的期间)，存在于气缸的工作表面上或存在于活塞侧壁处的任何润滑剂被导引到润滑剂收集元件中，且如有可能在存储空间的方向上被输送。因此，一旦润滑剂收集元件已经在燃烧空间的方向上沿着工作表面运动，工作表面的延伸到气缸空间中的部分就基本没有润滑剂。从而可防止气缸空间中的润滑剂沉积。

一种优选措施是设置设计成润滑剂分配器环的活塞环。这种润滑剂分配器环的主要目标是相对于气缸工作表面的周缘方向分配润滑剂。润滑剂分配器环可尤其布置在两个活塞环之间，这两个活塞环主要相对于轴向方向分配润滑剂。

可在润滑剂通道中设置有封闭部件。当润滑剂通道用作供给通道和润滑剂的移除通道时，这种布置特别有利。封闭部件可特别地如此调整，即，使得其具有从1至5bar、优选地为2至5bar、特别优选约4bar的打开压力。在这种情况下，只要未借助提升设备打开封闭部件来移除润滑剂或供应润滑剂，封闭部件相对于气缸空间中的压力就保持封闭状态。

另外，可在各个供给通道中设置封闭部件。

在各个供给通道中以及在润滑剂通道中的封闭部件优选设计成止回阀。由于止回阀在出口方向上打开时所处的打开压力，可对于工作循环以简单的方式调整润滑的时间。

在另一种优选实施例中，设置有闭锁装置，该闭锁装置如此地设计，即，使得其在与润滑剂源协作时封闭存储空间和各个供给通道之间的流连通。因此可确保，在装填存储空间期间，避免排放润滑剂通过供给通道和润滑部位。

此外，通过本发明还提出了一种用于大型发动机的气缸的润滑设备，包括：根据本发明的活塞，其中，活塞侧壁由润滑空间包围，以用于气缸的工作表面的润滑；并且包括具有装填装置的润滑剂源，该装填装置可可松开地连接到进料部上，且与活塞如此地协作，即，使得在装填装置连接到进料部上时，仅可将润滑剂从润滑剂源引入到存储空间中，其中，存储空间能够连接到润滑剂收集元件上，从而润滑剂可从润滑空间返回到存储空间中。通过这种措施，活塞的存储空间可根据需要装填润滑剂，其中，将把润滑剂输出到工作表面上和从工作表面上收集润滑剂与该过程分离。因此，活塞的存储空间被装填，但是仅在对于工作循环有利且高效时，才将润滑剂施加于工作表面。另外，可通过润可与进料部对接的滑剂移除设备从存储空间中移除从润滑剂收集元件导引到存储空间中的润滑剂。因此，例如可从存储空间中以及从供给通道中移除被污染的润滑剂，且可通过相应地纯净的润滑剂代替被污染的润滑剂。

一种变型在于，装填装置或润滑剂移除设备如此地布置，即，使得进料部和装填装置或润滑剂移除设备在操作状态中在活塞的运动的下死点处连接，且在活塞向上运动时分开。

另一种变型在于，装填装置或润滑剂移除设备如此地布置，即，使得进料部和装填装置或润滑剂移除设备在操作状态中在活塞的运动的上死点处连接，且在活塞向下运动时分开。

对适当的变型的选择取决于活塞的设计。

此外，通过本发明还提出了一种用于具有布置成可在气缸中来回运动的活塞的大型发动机的气缸的润滑方法，在该方法中，活塞的进料部在活塞的运动期间连接到润滑剂源的装填装置上，将润滑剂自润滑剂源通过进料部引入到活塞的存储空间中，活塞的进料部和装填装置之间的连接通过活塞的运动而分开，之后使润滑剂从存储空间通过供给通道运动到活塞侧壁上的润滑部位。

通过该方法以简单的方式可能的是，在各个情况下精确地在期望时间且利用正确的量的润滑剂执行气缸工作表面的润滑或活塞的润滑。这允许特别高效的润滑，这在经济性方面是有利的。另外，通过润滑剂收集元件可将任何多余的润滑剂导引回存储空间中。因此，避免了这样的情况：润滑剂运动到气缸空间中，使得润滑剂与存在于气缸空间中的空气中的氧气反生氧化反应，由此，在气缸空间中发生沉积，即可发生焦化。

在该方法的特别简单且不复杂的变型的方面，当活塞位于其运动的上死点或下死点处时，润滑剂优选被引入活塞的存储空间中。

此外，提出了配有根据本发明的活塞或根据本发明的润滑设备或使用根据本发明的方法来操作的一种大型发动机。

本发明的另外的有利措施和优选的实施例由从属权利要求产生。

附图说明

下面将参照实施例和附图在设备方面和技术过程方面更加详细地解释本发明。在示意图(未按比例绘制且部分地以截面)中：

图1显示了根据本发明的活塞以及润滑剂源的第一实施例；

图2显示了装填装置的实施例；

图3显示了用于说明气缸中的依赖于曲柄角的压力的图表；

图4显示了用于说明润滑剂供应的图表；

图5显示了根据本发明的活塞以及润滑剂源的第二实施例；

图6a显示了处于打开状态的闭锁装置的详细图示；

图6b显示了处于封闭状态的闭锁装置的详细图示；

图7以类似于图3、但针对第二实施例的方式显示；

图8显示了用于说明润滑剂供应的图表；

图9显示了活塞环的设计的变型；

图10显示了润滑剂分配器环的侧视图；

图11显示了图10的润滑剂分配器环的俯视图；

图12显示了根据本发明的活塞的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的、用于大型发动机(特别是大型柴油发动机)的活塞的第一实施例的纵向截面图示，其中，活塞总体上通过参考标号1指定。此外，显示了润滑剂源2的实施例，该润滑剂源2与活塞1一起形成根据本发明的润滑设备1，2的实施例。

大型柴油发动机可设计成二冲程式或四冲程式发动机。下文参考这样的情况，即，其为纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。

活塞1具有限定轴向方向的活塞轴线A，且以本质上已知的方式布置成可在气缸3中来回运动，该气缸3具有壁31，该壁31可设计成气缸套(cylinder insert)或衬套。活塞基本在气缸的内径中运动。壁31的面向内部的表面形成工作表面32，活塞1在操作状态中沿着该工作表面32运动。根据图示，活塞1利用其在顶部处的端部限制燃烧空间4，在该燃烧空间4中发生燃烧过程，且活塞1通常具有多个活塞环(本文为三个活塞环11，12，13)，这些活塞环也在总体上被指定为活塞环组。

在大型柴油发动机的操作期间，必要的是将润滑剂(例如润滑油)施加到工作表面32上，润滑剂对活塞1、活塞环组以及工作表面32进行润滑，以实现活塞1的良好的运动属性，且保持气缸壁、特别是工作表面32、活塞1以及活塞环11，12，13的磨损尽可能的小。此外，润滑剂用作中和腐蚀性燃烧产物，以及用作避免腐蚀(例如硫腐蚀)。润滑油在工作表面32上形成润滑油膜，所述润滑膜未显示且与活塞环11，12，13处于持续的接触。

根据本发明的活塞1设计成用于内部润滑，即润滑剂从活塞1的内部施加到工作表面32上或施加到活塞1的侧壁表面上。

在活塞1的内部中设置有润滑剂的存储空间5，且该存储空间5可设计成腔体或罐。设计成孔的两个供给通道6分别从该存储空间延伸直到活塞1的活塞侧壁16上的润滑部位61。

两个供给通道6的数量仅与轴向方向有关。可在相同的轴向高度处在周向方向上设置多个供给通道6。供给通道的数量取决于润滑剂要求。

在供给通道6中设置有各自的封闭部件62，封闭部件62在此处分别设计成压力保持阀或止回阀62。各个止回阀62设计成使得其在存储空间5的方向上闭锁，即该止回阀62防止润滑剂或其它流体(例如燃烧气体或扫气空气)从润滑部位61回流到存储空间5中。在从存储空间5到润滑部位61的出口方向上，一旦压差变得大于阀的打开压力(在下文中由p1指定)阀就打开。这意味着，一旦止回阀62的面向存储空间5的侧边上的压力比面向润滑部位61的侧边上的压力高出值p1，来自存储空间5的流连通就在润滑部位61的方向上打开。一旦压差降到打开压力p1的值以下，流连通就封闭。

对于两个止回阀61，打开压力p1可相同；但是，各个止回阀61具有不同的打开压力p1也是可能的。

润滑部位6相对于由活塞轴线所限定的轴向方向各自布置在两个相邻的活塞环11，12，13之间，即在第一活塞环11和第二活塞环12之间设置有两个润滑部位61中的一个，且在第二活塞环12和第三活塞环13之间设置有第二润滑部位61。就此而言，第一活塞环11是指最接近燃烧空间4的活塞环。

此外设置有进料部7，该进料部7在本文中被计成进料槽道或进料通道，而且根据图示，该进料部7始于活塞1的下侧处，且通入存储空间5中。进料部7设计成用于与润滑剂源2可松开连接，如将在下面还要进一步所解释的那样。在进料部7中设置有设计成压力保持阀或止回阀72的其它封闭部件72。该止回阀72的闭锁功能防止润滑剂通过进料部7从存储空间5流出。在相反的方向上，一旦所施加的压差超过止回阀72的打开压力p2，止回阀72就打开。

润滑剂源2相对于发动机壳体处于固定位置处，且润滑剂源2包括存储容器21(在该存储容器21中设置有润滑剂)、装填装置22(该装填装置22设置成与进料部7协作)以及泵23(该泵23将润滑剂从存储容器21传送到装填装置22)。装填装置具有可设计成止回阀的封闭部件24。封闭部件24防止润滑剂从装填装置22中排出。

在根据图示的存储空间5的顶部端部处设置有传送装置8，以将润滑剂从存储空间5通过供给通道6传送到润滑部位61。在该实施例中，传送装置8设计成具有隔膜81的隔膜活塞。根据图示，延伸穿过活塞1且在第一活塞环11上方(即在第一活塞环的燃烧空间侧处)通入活塞1的表面中的通道82邻接在隔膜81之上。隔膜81的远离存储空间5的侧边通过通道82被加载有燃烧空间4中的压力或带有气缸中的在第一活塞环11之上的压力。隔膜活塞8的面向存储空间5的侧边被加载有存储空间5中的润滑剂的压力。

根据本发明的活塞1的基本操作如下：润滑剂源2与装填装置22一起充当“装填站”，以用于装填活塞中的存储空间5。活塞1中的存储空间5和润滑剂源2通过进料部7和装填装置22在活塞运动的上(或下)死点处周期性地联接，使得活塞1中的存储空间5在该协作期间装填润滑剂。从而，至少在活塞1的一个工作循环中可使用足够的润滑剂来进行润滑。

防止润滑剂从润滑剂源2流出的封闭部件24在联接期间或在进料部7和装填装置22彼此连接时是打开的，使得润滑剂可从润滑剂源2流出到存储空间5中。可通过纯机械方式或通过电动、液压或气动控制来进行封闭部件24的这种打开。

存储空间5通过润滑剂通道10连接到活塞侧壁16上，其中，润滑剂通道10通入润滑剂收集元件14中。润滑剂收集元件14布置在活塞侧壁的环形凹部19中。

因此，根据图1，润滑剂收集元件14是具有环形主体的活塞环，该环形主体优选具有由两个唇状部26，27限制的至少一个凹槽28。唇状部26，27与工作表面32处于接触。外周缘的凹槽28形成于唇状部之间。因此，唇状部26，27形成沿着工作表面32滑动的且与工作表面32处于摩擦性接触的润滑剂收集元件14的相对工作表面。通过在周缘方向上形成的凹槽28，润滑剂收集元件14可在操作状态中在凹部19中进行收集和存储，从而使得可收集局部多余的润滑剂。这种收集到的润滑剂不再在工作表面32上供使用，但是可在需要时在具有提高的润滑剂要求的位置处从凹部再次施加到气缸工作表面。

因此，润滑剂收集元件14不仅在大型柴油发动机的操作状态中充当润滑剂的收集元件，而且还可从工作表面上移除润滑剂。在该功能中，润滑剂收集元件14类似于润滑剂刮环。另外，润滑剂收集元件14还具有润滑剂分配器元件的功能。主体29可特别地包含开口30，通过该开口30，可将润滑剂从润滑剂源引入到润滑剂收集元件的凹槽28中，或者相反地，可从工作表面32上移除多余的润滑剂。

润滑剂收集元件与工作表面32处于接触，因为润滑剂收集元件承担相对于来自包含曲轴的气缸空间20的气体的密封功能。在大型柴油发动机中，该气缸空间20也被称为接收器空间，该接收器空间容纳通常通过涡轮增压器(未显示)提供的新鲜空气。因此，在气缸空间中施加新鲜空气的压力，当活塞1位于下死点的区域中时，通过扫气切口将所述新鲜空气供应到燃烧空间4。新鲜空气处于过大的压力下，该压力通常在从1至5bar的范围中，优选地为2至5bar，尤其例如大约4bar。

为了将润滑剂收集元件压向工作表面，可设置有弹簧元件33，该弹簧元件33位于润滑剂收集元件的主体29和凹部19之间。

在下文中，将参照图2对装填装置22的实施例进行更加详细的解释。图2显示了装填装置22和封闭部件24的截面图。装填装置22具有装填空间221，来自泵23的供给通道222通入该装填空间221中。在供给通道222中设置有止回阀223。装填空间221还具有部分成圆锥形地延伸的出口224，封闭部件24的圆锥部241位于该出口224中。圆锥部241由弹簧244压入到出口224的圆锥形部分中，使得圆锥部241在图2中所示的封闭状态中封闭出口224。圆锥部241具有内通道242，该内通道242通过孔243连接到圆锥部241的外部空间。

通过泵23将润滑油或润滑剂泵送通过供给通道222到装填装置22的装填空间221中。泵23在装填压力p3下将润滑剂引入到装填空间221中。

在此处描述的实施例中，在进料部7开口处在活塞1的下侧处设置具有内孔的塞子73，从而润滑剂可通过塞子73流入到进料部73中。塞子73设计成使得其可穿入到装填装置22的出口中。

如果现在活塞1在柴油发动机的操作状态中向下运动(根据图1和图2中的图示)，则塞子73朝向装填装置22运动，如在图2中由箭头C所表明的那样。当活塞1接近下死点时，塞子73穿入到出口中，并且因此克服弹簧244的力将圆锥部241推动到装填空间221中。圆锥部241现在处于打开状态。润滑剂可通过孔243穿入到内通道242中，且通过进料部7运动到活塞1中的存储空间5中。在活塞1的随后的向上运动中，圆锥部241再次由弹簧244压到其座部中，从而出口224封闭。另外，润滑剂不再能够流入存储空间5中，且止回阀72防止润滑剂通过进料部7流出。止回阀62确保在存储空间5的装填期间没有润滑剂通过供给通道6进入到润滑部位61。在装填之后，润滑剂基本以装填压力p3位于存储空间5中，该装填压力p3低于止回阀62的打开压力p1且大于止回阀72的打开压力。

在活塞已经与装填装置22分开之后，气缸3中的空气在活塞1向上运动期间在活塞1的燃烧空间侧上被压缩。燃烧空间4中或第一活塞环11的燃烧空间侧上的压力还通过槽道82施加到传送装置8的隔膜81处。从而，隔膜活塞8使存储空间5中的压力升高。当压力已经升高到这种程度，即，使得止回阀62上的压差变得大于比止回阀62的打开压力p1时，止回阀62打开，且润滑剂通过供给通道6运动到润滑部位61，且从润滑部位61运动到工作表面32。润滑开始。一旦活塞1已经运动通过上死点(燃烧过程发生上死点区域中)，在活塞1向下运动时，燃烧空间4中的压力就再次降低，自然也是因为排气阀(未显示)的打开。活塞1的燃烧空间侧上的压力(该压力通过通道82同样加载在隔膜81上)一下降到这样的程度，即，使得止回阀62上的压差变得小于其打开压力p1时，这些止回阀62就封闭供给通道61，使得润滑剂不再能够运动到润滑部位61。润滑结束。

隔膜活塞8如此地调整，即，使得其在固定压力以上尽可能精确地起反应。因此，相对于工作循环将润滑剂精确地在需要的地方或者最高效的地方引入到气缸3中是可能的。选择通道82的开口足够大，使得在操作期间该开口不会发生焦化。此外，通过润滑剂未被注射到第一活塞环11之上(即未被注射到第一活塞环的燃烧侧处)，而是相反被注射到活塞环11，12，13之间，有效地避免了焦化。从而确保了安全操作。

隔膜活塞8如此地设计，即，使得其在固定压力以上在其活塞路径上使尽可能精确地预设的量的润滑剂从存储空间5排出，且通过供给通道6将润滑剂压到活塞环通道中。从而有利地确保了取决于载荷的润滑。

将参照图3和4对此进行更加详细的解释。图3显示了带有取决于标绘在横轴上的曲柄角KW的气缸3中的压力变化p的图表。在曲柄角0°处以及在曲柄角360°处，活塞1在下反转点处，即在该处发生存储空间5的装填。由ps指定气缸中的这样的极限压力，即，在该极限压力下，在止回阀62上的压降正好与止回阀62的打开压力p1一样大。因此，如果气缸3中的压力(该压力表示第一活塞环11的燃烧空间侧处的压力)变得高于极限压力ps，则将润滑剂从存储空间5中传送出来通过供给通道6到润滑部位61；如果气缸3中的压力小于极限压力ps，则润滑剂不再能够运动通过供给通道6到润滑部位61。

图3中的实心曲线显示了大型柴油发动机的平均载荷范围的压力变化，而虚线曲线显示了在较高载荷下的压力变化。如图3所示，润滑剂只在曲柄角W1和W2之间才可运动到润滑部位61，因为在该曲柄角范围中气缸3中的压力高于极限压力ps。在极限压力ps以上的曲线下面的面积描述了润滑剂量的载荷依赖性。该载荷依赖性可与平均有效压力的计算结合。在较高的载荷(虚线曲线)处，封闭过程(在该封闭过程下通过封闭止回阀62来结束润滑)在曲柄角方面移位到后面的(较高的)值。

对于借助于隔膜活塞8进行润滑剂供应而言存在这样的可能性，即，在带有隔膜活塞8的恒定冲程的情况下工作。那么，如果在曲柄角W1处超过极限压力ps，则润滑剂以恒定的传送速率运动到润滑部位61，直到气缸3中的压力再次降到值ps以下为止。另一种可能性是将隔膜活塞8设计成比例阀，使得在曲柄角W1和W2之间每单位时间传送的润滑剂量跟随气缸中的压力变化。为此，隔膜活塞8如此地设计，即使得其冲程或由其经过的路径跟随气缸3中的压力。图4中的图表示出了这两种可能性。

在图4中，以类似于图3的方式在上图示中再次显示了取决于曲柄角KW的气缸3中的压力变化，其中，在图4中仅为一种载荷显示了压力变化。

在此之下的两个图示显示了取决于曲柄角KW的润滑剂的传送量F1或F2。就此而言，传送量F1对应于带有隔膜活塞8的恒定冲程的方案；传送量F2显示了当隔膜活塞8的冲程跟随气缸3中的压力变化时的情况。

以这种方式，可非常精确地调整引入到气缸3中的润滑剂量；海可非常精确地控制润滑的时间或时间间隔。由此可导致润滑剂的非常高效的使用，从其中还导致非常低的消耗。可实现例如0.6g/kWh的润滑率。

取决于应用情况，存储空间5不必在各个工作循环中都进行装填是可能的，即不是每当活塞1在下死点处时都要对存储空间5进行装填。为此，那么例如可如此地控制润滑剂源2的泵23，即，使得其仅在每个第二工作循环或第三工作循环或第四工作循环等才将润滑剂传送到存储空间中。同样可能的是利用传感器监测存储空间5的装填水平，以及仅在需要时如此地控制泵23，即，使得润滑剂被传送到存储空间中。

自然也可设置其它传送装置8(诸如液压传送装置、气动传送装置、电动传送装置或它们的组合)来代替隔膜活塞，以在装填了存储空间5之后以及在进料部7与装填装置22分离之后，在可预先设定的曲柄角或时间下如此地提高存储空间5中的压力，即，使得超过止回阀62的打开压力p1且开始进行润滑。备选地或附加地，通过其它可控封闭部件62(例如通过电可控的阀)代替止回阀62自然也是可能的。

另外，其它位置和/或不同数量的润滑部位61也是可能的。因此，尤其可能的是，例如在活塞环中的一个中设置至少一个润滑部位，使得还发生润滑通过活塞环。这种活塞环例如可设计为润滑剂分配器环。

可设置润滑剂收集元件14代替各个活塞环，除了最接近燃烧空间4的活塞环之外。

图5显示了根据本发明的活塞1以及润滑剂源2的第二实施例。功能相同或等同的部件设有与图1中相同的参考标号。在下文中，主要将涉及与第一个实施例的差别。结合根据本发明的活塞1的第一实施例的所有解释同样以类似的方式或对应地相同的方式应用于第二实施例。

在第二实施例中，存放容器5设计成布置在活塞1的内部中的腔体51中的罐。存储空间5在其壁中具有两个出口开口52，润滑剂可通过这些出口开口52从存储空间5运动到供给通道6中。在存储空间5中设置有传送活塞8作为传送装置，该传送活塞8通过弹簧83支承在根据图示的存储空间5的端部处。在存储空间5的装填过程中，根据图示，传送活塞8克服弹簧83的力向上运动。由于由此产生的弹簧张力，根据图示，传送活塞8在装填过程之后向下运动，并且从而将润滑剂压过供给通道6和润滑部位61而进入到活塞环组中。在第二实施例中，进料部7集成到存储空间5中，且具有止回阀72。在第二实施例中，自然也可能的是将进料部7设计成进料部通道或者设计成通道或孔，以及/或者设置如图2所示的塞子73。

在第二实施例中，存储空间5以可相对于轴向方向运动的方式布置在腔体51中，且通过复位弹簧9支承在腔体51的面向燃烧空间4的端部处。从而，设计成罐的存储空间5与复位弹簧9一起作为闭锁装置而起作用，该闭锁装置在与润滑剂源2协作时来封闭存储空间5和各个供给通道6之间的流连通，如将在下面更加详细地所解释的那样。

在装填存储空间5时，必须克服弹簧83的力对传送活塞8进行加载。这意味着装填压力p3必须至少与传送活塞8由于其弹簧载荷而可施加到润滑剂上的最大压力一样大。为了使该最大压力足以打开供给通道6中的止回阀62来进行润滑，最大压力必须大于止回阀62的打开压力p1。在没有用于封闭供给通道6的闭锁装置的情况下，将具有的结果是：在装填存储空间5时润滑剂的至少一部分已经直接通过供给通道6运动到润滑部位61且在该处被排放。闭锁装置防止了这一点，如现在将参照图6所解释的那样。

图6在左边的图示中显示了在打开位置中的闭锁装置，以及在右边的图示中显示了在在装填过程期间所采用的封闭位置中的闭锁装置。当活塞1在其向下运动时到达下死点时，根据图示，存储空间5通过润滑剂源2的提升装置25(见图5)克服复位弹簧9的力在轴向方向向上移位，且采用图6的右边的图示中所显示的位置。在该位置中，存储空间5的壁封闭了通入供给通道6中的入口；排放开口52与供给通道6不再对准，使得没有润滑剂可运动到供给通道6中。

由传送活塞8和存储空间5所限制的补偿空间45可特别地容纳可压缩的介质。传送活塞8在其周缘处设有密封元件46，该密封元件46以不漏流体的方式使补偿空间45与包含润滑剂的存储空间分开。

提升装置25例如设计为止动件(abutment)，在装填装置22的封闭部件24打开之前，存储空间5抵靠着该止动件运动。现在以与结合第一实施例所描述的类似相同的方式进行存储空间5的装填。就此而言，传送活塞8在存储空间5中被加载，也就是说根据图示，传送活塞8克服弹簧83的力向上运动。在装填之后，封闭部件封闭，活塞1向上运动，且存储空间5失去与提升装置25的接触。从而，根据图示，通过复位弹簧9的弹簧力使存储空间5相对于活塞1向下运动，且存储空间5采用图6中在左边的图示中所示的位置。在该打开位置中，出口开口52与供给通道6对准，使得润滑剂现在可通过出口开口52运动离开存储空间5到供给通道6中，且运动到润滑部位61。

不同于第一实施例，在第二实施例中引起了将润滑剂引入到活塞环组中的不同的特性。此处只要气缸中的压力保持在极限压力ps以下，就会发生润滑剂的引入。在装填存储空间5即刻之后，当活塞1仍然在下死点附近时，与工作循环有关在润滑部位61处或在供给通道6中存在最低压力(即基本是扫气空气压力)。那么，止回阀62上的压降基本由通过传送活塞8在存储空间5中产生的压力和气缸侧处的止回阀62上的压力载荷(其大致相应于扫气压力)的差别确定。只要该压差大于止回阀62的打开压力p1，就可通过供给通道6和润滑部位61将润滑剂从存储空间5排放到活塞环组中。当活塞1向上运动继续时，气缸3中的压力升高，并且因此在气缸侧处加载到止回阀62上的压力也升高。从而，止回阀62上的压降下降。在达到气缸中的极限压力ps时，止回阀62上的压差变得小于其打开压力，从而其封闭供给通道6。润滑结束。一旦活塞1已经运动通过上死点(在该处发生燃烧)，气缸中的压力就随着活塞继续向下运动越降越多。当在压力ps下的止回阀上的压差达到止回阀62的打开压力的值p1时，润滑再次开始。

图7在类似于图3的图示中说明了这一点，在该图示中，为一个工作循环并为一种发动机的负载状态显示了取决于曲柄角KW的气缸中的压力p。在以阴影线显示的区域中进行润滑。在下死点附近的区域中(即在曲柄角0°和360°处)没有进行润滑，如图7中的两根小垂线所表示的那样，因为在存储空间5的装填过程中，通过闭锁装置使供给通道6相对于存储空间5而封闭。

利用第二实施例引起了润滑剂供应的不同的可能性，因为此处主要在气缸3的工作表面32的下区域中进行润滑。由此，同样引起了润滑剂的传送量F的改变的特性。在图8中以类似于图4的图示针对第二实施例显示了这一点。

为了实现在整个冲程中或在活塞1的整个工作循环中引入润滑剂，可能的是将第一实施例与第二个实施例彼此组合。为此，例如，设置两个存储空间5，同样设置两个润滑剂源2，其中，如关于第一实施例所描述的那样装填和清空存储空间5中的一个，并且如关于第二实施例所描述的那样装填和清空另一个存储空间5。

两个实施例的另一种变型是，当活塞位于上死点处时，以类似相同的方式进行存储空间5的装填。

在下文中，现在将针对润滑剂在工作表面32上的分布来对关于活塞环组的设计的另一种可能性进行描述。将参照图9、10和11进行所解释的这些变型尤其不仅适用于第一实施例而且适用于第二实施例，或者适用于根据以下根据图12所描述的第三实施例。但是，各个变型不限于这些实施例，而是相反适用于大型柴油发动机的气缸中的所有活塞。因此，各个变型还适于不是根据本发明所设计的活塞。

图9显示了具有活塞环11、12和13的活塞环组的截面图。在图9中省略了供给通道6的表示；供给通道6优选如此地布置，即，使得润滑部位61如上文所描述的那样各自布置在两个相邻的活塞环之间。

如在图9中以稍微放大的形式所显示的那样，第一活塞环11和第三活塞环13各自设计成球形或者设计成不对称。就此而言，第一活塞环11在其远离燃烧空间4的侧边处以成圆形的形式设计，而第三活塞环13在其面向燃烧空间4的侧边处以倒圆的方式设计。

不同于目前普遍的润滑方法(在这些方法中，在活塞向上运动时由最顶部活塞环分配润滑剂)，第一活塞环11在活塞1向下运动时分配润滑剂。这具有的优点是：没有润滑剂会被刮入到燃烧空间4中，且因此对于润滑不会损失润滑剂。从而可降低润滑剂消耗。同时，该优点使得阻止度焦化，从而，例如可使得“抗抛光环(anti-polishingring)”的使用为多余的。

在活塞向上运动时，第三活塞环13将润滑剂分配在工作表面32上。

另一个有利的措施是将布置在另外两个活塞环11或13之间的第二活塞环12设计成润滑剂分配器环。润滑剂分配器环主要用来将润滑剂分配到工作表面32的周缘上。图10和11中显示了一种可能的实施例。图10显示了设计成润滑剂分配器环的活塞环12的侧视图，而图11显示了活塞环12的俯视图。活塞环在其外侧壁表面(该外部侧壁表面在操作状态中面向气缸3的壁31)上具有多个倾斜地延伸的凹槽122，在图10和图11中分别只显示了凹槽122中的一个。

一方面由于在第一活塞环11和第二活塞环12之间的环空间中的压差，另一方面由于第二活塞环12和第三活塞环13之间的环空间中的压差(由于第二活塞环12上的压降)，具有切向分量并因此促进润滑剂的周缘分配的流被迫通过凹槽122。

关于润滑剂分配环的其它轮廓自然也是可能的。

图12显示了根据本发明的活塞的第三实施例。

仅显示了其一部分的活塞1具有如在之前的实施例中一样的参考标号1。此外，示意性地显示了润滑剂移除设备40。该润滑剂移除设备可选地可由润滑剂源2代替，如结合第一实施例或第二实施例所描述的那样。相对于前面的实施例的显著区别在于，存储空间5不包含任何传送装置8，润滑剂借助该传送装置8在两个相应的活塞环11，12，13之间被导引通过供给通道进入到润滑空间中。润滑空间在活塞侧壁16和气缸3的壁31处的工作表面32之间延伸。

润滑剂通过润滑剂收集元件14被分配在润滑空间中，且通过润滑剂收集元件14从润滑空间中被移除润，且通过润滑剂通道10被供应到存储空间5。存储空间5是装填了润滑剂的贮存器，该贮存器布置在活塞主体34中。从存储空间5起，一方面至少一个润滑剂通道10通到润滑剂收集元件14，以及至少一个进料部7通到气缸空间20。封闭部件72布置在进料部中，以防止包含在存储空间5中的润滑剂能够以不期望的方式流出到气缸空间中。封闭部件72尤其设计成止回阀。

润滑剂源(未显示)可连接到进料部7上，且润滑剂源的操作对应于图1和图中2所示的润滑剂源。借助润滑剂源可定期或按需要将润滑剂引入到存储空间5中。在存储空间中可布置有测量设备，该测量设备输送关于存储空间中的润滑剂的状态的测量值，例如，测量润滑剂的压力。如果测量值降到阈值以下，则润滑剂源连接到进料部7上。对此备选地，测量设备也可布置在润滑空间中，该测量设备输送与润滑剂的量和状态有关的参数。

只要润滑空间中的压力保持在极限压力(极限压力在此处同样应指定为ps)之下，就以如结合第二实施例所描述的类似的方式将润滑剂引入到润滑空间中。在下死点附近将最低压力(也就是基本上气缸空间20中的压力，即扫气空气压力)施加在润滑剂收集元件处。润滑剂的压力高于气缸空间中的压力以及润滑剂收集元件14和润滑剂通道10上的压降。因此，润滑剂从存储空间5流动到润滑空间中。保持这种润滑剂流如此长，直到润滑空间中的压力达到极限压力ps，即直到润滑空间中的压力等于存储空间5中的压力加上润滑剂收集元件14和润滑剂通道10上的压降。

润滑剂收集元件在极限压力以下满足润滑剂分配器元件的功能。如果活塞现在在上死点的方向上进一步运动，则润滑空间中的递增的内部压力将阻止润滑剂从润滑剂收集元件中排放。润滑剂收集元件在极限压力ps以上充当收集元件，也就是说两个唇状部26，27接收存在于润滑空间中的润滑剂，且将润滑剂导引到开口30中，导引到润滑剂通道10中、以及导引到存储空间5中。通过该措施阻止将润滑剂引入到燃烧空间4中，且另一方面确保润滑空间中存在足够的润滑剂。

对此备选地，润滑剂移除设备40可连接到进料部7上。借助润滑剂移除设备可从润滑剂回路中移除受污染的或消耗了的润滑剂。润滑剂移除设备40包括打开元件，以便以机械的方式打开封闭部件72。由于润滑剂处于比气缸空间20中的压力高的压力之下，所以在润滑剂移除设备在大气压力下工作的情况下，润滑剂从存储空间5中流出，以及存在于润滑剂通道10中或存在于润滑剂收集元件14中的任何润滑剂也从存储空间5中流出。为了提高流出速度，润滑剂移除设备也可在小于大气压力的压力下工作。

另外，代替进料部7或除了进料部7之外，可通过另外的流出通道(此处未显示)来放出润滑剂。自然也可在活塞主体的不同点处设置多个这种流出通道，特别是当存储空间5制造成环形或通入环形通道(该环形通道在活塞主体中延伸，且通到多个润滑剂收集元件的多个润滑剂通道从该环形通道中分支出来)中时。

在两个相应的活塞环之间设置一个或多个润滑剂收集元件也是可能的。润滑剂收集元件的定位取决于活塞侧壁16处或相关联的工作表面32处的润滑剂的要求。

润滑剂收集元件可沿着活塞侧壁的周缘分配，尤其可以彼此相等的间隔来布置。

Claims (15)

1.一种用于大型发动机的气缸的活塞(1)，所述活塞(1)具有包含用于接收润滑剂的存储空间(5)的活塞主体(34)，其中，所述活塞主体(34)在周缘侧处由活塞侧壁(16)所限制，其中，所述存储空间(5)通过润滑剂通道(10)连接到所述活塞侧壁(16)上，并且其中，设置有进料部(7)，所述进料部(7)设计成用于可松开地连接到润滑剂源(2)上，其中，所述进料部(7)通入到所述存储空间(5)中，其特征在于，所述润滑剂通道(10)通入到润滑剂收集元件(14)中，其中，所述润滑剂收集元件(14)形成为具有环形主体的活塞环。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述环形主体包括由两个唇状部(26，27)限定的至少一个凹槽(28)。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述唇状部(26，27)与工作表面接触。

4.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，设置有供给通道(6)，所述供给通道(6)从所述存储空间(5)延伸直到设置在所述活塞(1)的表面处的润滑部位(61)，从而可将润滑剂从所述存储空间(5)导引到所述润滑部位(61)，其中，在所述供给通道(6)中设置有封闭部件(62)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，设置有传送装置(8)，以从所述存储空间(5)起将所述润滑剂传送通过所述供给通道(6)到所述润滑部位(61)，其中，所述传送装置(8)包括用于所述润滑剂的传送活塞，所述传送活塞如此地设计且布置，即，使得其可被加载有在燃烧空间侧处的所述气缸(3)中的压力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，在所述活塞侧壁(16)处设置有多个活塞环(11，12，13)，其中，所述润滑部位(61)相对于由活塞轴线(A)所限定的轴向方向布置在两个活塞环之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞侧壁(16)在第一端(17)处包括邻近燃烧空间(4)的活塞表面(18)，其中，所述润滑剂收集元件(14)在所述活塞侧壁(16)处布置在离所述燃烧空间(4)最远的活塞环(13)之外。

8.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，设置有设计成润滑剂分配器环的活塞环(12)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，在所述润滑剂通道(10)中设置有封闭部件(35)，所述封闭部件(35)在所述润滑剂通道(10)中设计成止回阀。

10.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞包括闭锁装置(5，9)，所述闭锁装置(5，9)如此地设计，即，使得其在与所述润滑剂源(2)协作时封闭所述存储空间(5)和各个供给通道(6)之间的流连通。

11.一种用于大型发动机的气缸的润滑设备，所述大型发动机包括根据前述权利要求中任一项所述的活塞(1)，其中，润滑空间包围活塞侧壁，以用于气缸的工作表面的润滑；并且包括具有装填装置(22)的润滑剂源(2)，所述装填装置(22)可可松开地连接到进料部(7)上且如此地与所述活塞(1)协作，即，使得当所述装填装置(22)连接到所述进料部(7)上时，仅可将润滑剂从所述润滑剂源(2)引入到存储空间(5)中，其中，所述存储空间(5)能够连接到润滑剂收集元件(14)上，从而润滑剂可从所述润滑空间返回到所述存储空间(5)中。

12.一种用于具有布置成可在气缸中来回运动的活塞的大型发动机的气缸的润滑方法，在所述方法中，所述活塞(1)的进料部(7)在所述活塞(1)的运动期间连接到润滑剂源(2)的装填装置(22)上，润滑剂自所述润滑剂源(2)起被引入通过所述进料部(7)到所述活塞(1)的存储空间(5)中，所述活塞(1)的进料部(7)和所述装填装置(22)之间的连接通过所述活塞(1)的运动而分开，且随后使所述润滑剂从所述存储空间(5)起运动通过供给通道(6)到活塞侧壁(16)上的润滑部位(61)。

13.根据权利要求12所述的润滑方法，其特征在于，当所述活塞(1)位于其运动的上死点处或下死点处时，所述润滑剂被引入到所述活塞(1)的存储空间(5)中。

14.根据权利要求12所述的润滑方法，其特征在于，借助润滑剂移除设备(40)从所述存储空间中移除润滑剂。

15.一种具有根据权利要求1-10中任一项所述的活塞或具有根据权利要求11所述的润滑设备或者使用根据权利要求12-14中任一项所述的方法来操作的大型发动机。

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