用于具有十字頭的大型低速運行雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥裝置制造方法
【專利摘要】一種用排氣閥設(shè)置，具有：排氣閥，在關(guān)閉位置和打開位置之間打開以對燃燒室進行掃氣，可操作地連接至排氣閥的氣彈簧，液壓致動器，可操作地連接至排氣閥，其包括收容在孔中的柱塞，并且在孔和柱塞之間限定致動室，以用于當(dāng)致動室被增壓時執(zhí)行打開沖程并且當(dāng)致動室連接至罐時允許排氣閥執(zhí)行返回沖程；高壓液壓流體源；罐；電子控制液壓控制閥可操作地連接至電子控制單元；致動室通過電子控制液壓控制閥選擇性地連接至高壓液壓流體源或罐；液壓通道將致動室連接至電子控制液壓控制閥；液壓通道包括在打開沖程的最后部分和排氣閥的返回沖程的第一部分的期間有效的流動限制以及旁路裝置，用于至少在返回沖程的第一部分期間旁路液壓通道中的流動限制。
【專利說明】用于具有十字頭的大型低速運行雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請涉及用于具有十字頭的大型低速運行雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥裝置。更具體地，本發(fā)明涉及包括通過電子控制液壓閥連接至液壓排氣閥致動器的高壓液壓流體源的排氣閥裝置。液壓致動器包括致動室，致動室限定在孔的末端和連接至排氣閥的往復(fù)柱塞或活塞之間。
【背景技術(shù)】
[0002]十字頭式大型低速運行雙沖程單流柴油發(fā)動機，例如航海船舶中的原動機，正變得越來越大。因此，用于這種發(fā)動機的排氣閥也越來越大。對于這些發(fā)動機中較大者而言，排氣閥可以是I米至2米高。這樣的排氣閥的閥軸可能重數(shù)百千克。為了抽空發(fā)動機氣缸的燃燒室，對于每個發(fā)動機循環(huán)，排氣閥必須打開和關(guān)閉。對于正常運行中的十字頭式大型雙沖程柴油發(fā)動機，排氣閥可能每分鐘60次至200次打開和關(guān)閉。為了阻止鄰接任何停止或結(jié)束表面的閥軸的大重量帶來的損傷，在閥軸接觸任何這樣的停止表面之前，閥軸的開啟行程必須被制動并被停止。因此，開啟沖程減振裝置的端部通常設(shè)置在這樣的排氣閥上。開啟沖程減振裝置的該端部可采取形成在閥軸的部件上的錐形面的形式，錐形面與主軸孔的部分的側(cè)壁共同作用從而關(guān)閉至致動室的液壓流體供給。這樣的機構(gòu)的例子在JP2004084670中示出。為了正常工作，這樣的錐形表面必須在閥軸的縱向方向上具有相當(dāng)大的延伸，并且如果閥軸的溫度改變，制動中的精度會損失，這會導(dǎo)致閥軸的長度有實質(zhì)地改變。由于例如不同的發(fā)動機負荷條件，并且特別是在發(fā)動機從冷卻狀態(tài)逐漸朝向運行溫度轉(zhuǎn)變啟動期間，發(fā)動機和排氣閥部件的部件的溫度改變。由于發(fā)動機中這樣的溫度不同，排氣閥軸膨脹并收縮，并且排氣閥軸的膨脹和收縮與主軸設(shè)置于其中的外殼的膨脹和收縮的比率不同。發(fā)動機越大，排氣閥越大，進而得到越大的閥軸。因此，閥軸的膨脹和收縮也大，并且如上所解釋的可能對于排氣閥的運行條件有影響。因此，錐形表面越長，在開啟相位的結(jié)束期間影響閥軸制動的精度的風(fēng)險就越大。進一步地，在排氣閥的返回沖程的第一部分期間，開啟沖程減振裝置的端部也是有效的，并且這對排氣閥的關(guān)閉運動的精度和重復(fù)性有不利影響。
[0003]W02006108438公開了依據(jù)權(quán)利要求1前序部分的一種大型低速運行柴油發(fā)動機。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在此背景下，本申請的目的是提供具有減振裝置的排氣閥裝置，所述減振裝置用于在閥打開沖程的結(jié)束時使排氣閥減速并停止，其解決了或至少降低了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。
[0005]這個目標(biāo)通過提供用于具有十字頭和多個氣缸的大型低速運行雙沖程單流柴油發(fā)動機的排氣閥裝置實現(xiàn)，該排氣閥裝置包括:排氣閥，該排氣閥在關(guān)閉位置和打開位置之間打開，在關(guān)閉位置處，排氣閥的盤部擱置在該發(fā)動機的氣缸的氣缸蓋中的閥座上，在該打開位置處，排氣閥的盤部并不擱置閥座上以用于該氣缸的燃燒室的掃氣，因此排氣閥在打開沖程和返回沖程中移動；氣彈簧，該氣彈簧可操作地連接至該排氣閥，并且該排氣閥通過該氣彈簧朝向該關(guān)閉位置彈性地偏置；液壓致動器，該液壓致動器可操作地連接至該排氣閥的主軸，該液壓致動器包括收容在孔中的柱塞并且在該孔和該柱塞之間限定致動室，以用于當(dāng)該致動室被增壓時執(zhí)行該打開沖程并且當(dāng)該致動室連接至罐時允許該排氣閥執(zhí)行返回沖程；高壓液壓流體源；罐，該罐用于液壓流體的返回；電子控制液壓控制閥，該電子控制液壓控制閥可操作地連接至電子控制單元；該致動室能夠通過該電子控制液壓控制閥選擇性地連接至該高壓液壓流體源或連接至該罐；液壓通道，該液壓通道將該致動室連接至該電子控制液壓控制閥；該液壓通道，該液壓通道包括在打開沖程的最后部分和該排氣閥的返回沖程的第一部分期間有效的節(jié)流以及旁路裝置，至少在該返回沖程的第一部分期間，該旁路裝置用于選擇性地旁路該液壓通道中的可變節(jié)流。
[0006]通過在排氣閥的返回沖程的第一部分提供旁路液壓通道中的限制的裝置，可以避免返回沖程的導(dǎo)致變化并破壞運動精度的緩慢和滯后部分，進而排氣閥的關(guān)閉時刻可以被更精確地控制。因為，排氣閥的關(guān)閉時刻對于確定下一個循環(huán)的壓縮壓力是決定性的，關(guān)閉時刻是精確的并可重復(fù)是絕對關(guān)鍵的。
[0007]在一個實施例中，旁路裝置包括旁路通道，旁路通道包括電子控制閥。
[0008]在一個實施例中，旁路裝置包括旁路通道,旁路通道包括止逆閥。
[0009]在一個實施例中，所述可變限制包括所述柱塞中與設(shè)置在所述孔中的凸緣配合的一個或多個軸向定向的狹縫。
[0010]在一個實施例中，通過致動室的頂部或末端，液壓通道連接至致動室，或者連接至孔的側(cè)壁中的端口。
[0011 ] 在一個實施例中，排氣閥裝置進一步包括連接至液壓控制閥并連接至液壓控制旁路閥的電子控制單元，以及被配置為在返回沖程的可變限制起作用的部分期間打開液壓控制旁路閥的控制裝置。
[0012]在一個實施例中，電子控制旁路閥是電子控制液壓閥的整體部分。
[0013]在一個實施例中，電子控制閥是比例式滑閥，所述比例式滑閥具有分配給所述電子控制旁路閥功能的一個端口和一個控制邊緣。
[0014]在一個實施例中，由柱塞中的窄孔形成限制。
[0015]依據(jù)本發(fā)明的排氣閥的進一步的目的、特征、優(yōu)點和性能從詳細的描述中將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在本說明書接下來的詳細說明部分，將參閱附圖中示出的示例性實施例更詳細地解釋本發(fā)明，其中:
[0017]圖1是示出了十字頭式的大型雙沖程單流柴油發(fā)動機的上部的剖視圖；
[0018]圖2是示出了依據(jù)示例實施例的排氣閥的剖視圖；
[0019]圖3是示出了圖2中排氣閥的上部的細節(jié)的剖視圖；
[0020]圖4是示出了依據(jù)在圖2和圖3中的排氣閥上部中形成的發(fā)明示例性實施例的排氣閥的主軸的軸延展器的剖視圖；以及[0021]圖5是示出了依據(jù)示例實施例的軸的上部的剖視圖。
[0022]圖6A至圖6G是示出了排氣閥的打開和關(guān)閉循環(huán)期間軸的行程的不同相位期間排氣閥的致動器部件中液壓流體的流的剖視圖，其中圖6A示出了當(dāng)閥被關(guān)閉并且準(zhǔn)備打開時處于頂部位置的軸，圖6B示出了在軸的下降運動期間的部分的軸，圖6C示出了當(dāng)軸進入其下降運動的致動相位時的位置處的軸，圖6D示出了在其最伸展位置處的軸，也就是當(dāng)排氣閥完全打開時的軸，圖6E示出了排氣閥的關(guān)閉的開始處的液壓流體的流，圖6F示出了流體開始流出制動室的位置處的軸；以及
[0023]圖7是示出了具有和不具有依據(jù)本發(fā)明的裝置的排氣閥的運動的圖。
【具體實施方式】
[0024]下文中，將關(guān)于設(shè)置有十字頭的大型低速運行雙沖程單流(unit flow)內(nèi)燃機描述依據(jù)發(fā)明的排氣閥裝置。依據(jù)發(fā)明的排氣閥設(shè)置將通過優(yōu)選實施例描述。
[0025]圖1示出了在具有十字頭的大型低速運行雙沖程單流柴油發(fā)動機中使用的單流式的活塞100。具有十字頭的大型低速運行雙沖程單流柴油發(fā)動機通常具有3至16個成直線布置的氣缸。每個氣缸100具有設(shè)置在風(fēng)箱103中的掃氣端口 102，從掃氣端口 102通過例如渦輪增壓器(未示出)供給增壓掃氣至掃氣接收器(未示出)。內(nèi)燃機可以是船舶中的推進發(fā)動機或者發(fā)電廠中的固定原動機。
[0026]排氣閥I安裝在氣缸蓋124中的每個氣缸100的頂部的中心處。在發(fā)動機的膨脹沖程結(jié)束時，在收容在相關(guān)氣缸中的發(fā)動機活塞105向下移動經(jīng)過掃氣端口 102，之前排氣閥I打開，由此，活塞105上的燃燒室106內(nèi)的燃燒氣體通過向外開口的排氣通道107流進排氣接收器108，并且新鮮掃氣空氣或氣體進入氣缸100內(nèi)的燃燒室。排氣閥I在活塞105向上運動期間在可調(diào)整的時刻上再次關(guān)閉，其中，該可調(diào)整的時刻取決于例如用于后續(xù)燃燒的所期望的有效壓縮比/壓縮壓力。在關(guān)閉移動期間，通過氣動彈簧123朝向氣缸蓋中排氣閥I的底座驅(qū)動排氣閥I。因此，通過氣動彈簧123朝向排氣閥I的底座彈性地偏置排氣閥I。
[0027]通過液壓驅(qū)動致動器109打開排氣閥I。增壓液壓流體，例如，液壓油通過壓力管道110在高壓下被供給，所述壓力管道110將致動器109上的端口 80和由操縱臺113支撐的分配器112的上表面上的控制端口連接。操縱臺113連接至高壓管道114，以便以可以例如在200巴至500巴范圍內(nèi)例如300巴的壓力從共軌(未顯示)供給液壓流體。共軌還可作為用于燃料噴射系統(tǒng)的高壓流體源。
[0028]共軌中的液壓流體可被用于通過壓力放大器/壓力分離器直接或間接驅(qū)動閥致動器109，壓力分離器從共軌中的液壓流體中分離用于閥致動器109的液壓流體，所述液壓流體可能是，例如，燃油。共軌燃料系統(tǒng)中的壓力取決于發(fā)動機的操作狀態(tài)例如運行速度和負載條件而變化。典型地，用于大型雙沖程柴油發(fā)動機的共軌燃料系統(tǒng)中的壓力在800巴和2000巴之間變化。如果使用用于閥致動器109的專用的共軌，液壓流體可通過泵站(未示出)從儲罐(未示出)供給，并且液壓流體可能，例如，是標(biāo)準(zhǔn)液壓油，但是優(yōu)選地，發(fā)動機的潤滑油被用作液壓流體，并且從發(fā)動機的貯油槽供給該系統(tǒng)。
[0029]發(fā)動機的每個氣缸100可能與電子控制單元115相關(guān)，電子控制單元115通過線116接收通用的同步和控制信號，以及將電子控制信號例如通過線118傳遞給控制閥117等并且例如通過線173傳遞給氣動彈簧123。每個氣缸可有一個控制單元115或者多個氣缸與相同的電子控制單元115相關(guān)聯(lián)。電子控制單元115還可接收來自所有氣缸共用的總控制單元(未示出)的信號。
[0030]可選擇地(未示出)，氣動彈簧123和/或液壓控制閥117可通過凸輪控制，即機械液壓控制。
[0031]液壓控制閥117可以是任何常見類型，優(yōu)選地比例閥，例如滑閥。如圖3中所示，電子控制比例6/3式的滑閥適合用于本發(fā)明。本示例性實施例中控制閥117是電子控制電磁操作比例閥117形式的所謂FIVA (燃料注射&閥致動)閥。在本實施例中，控制閥117是6/3方式的滑閥，其具有三個閥面、連接至罐的兩個端口、通過供給管和返回管連接至端口 80的端口 191以及通過返回管195與管道85連接的端口 193以及在通道85和管道195之間建立液壓連接的端口 197。控制閥包括其中設(shè)置有主閥芯62的外殼、電子驅(qū)動導(dǎo)向閥(未示出)、電子調(diào)節(jié)器(未示出)以及線性位置發(fā)送器(未示出)。調(diào)節(jié)器接收來自電子控制單元115的命令信號以及來自線性位置發(fā)送器的反饋閥芯位置信號。調(diào)節(jié)器以公知的封閉圈的方式控制閥芯的位置。
[0032]當(dāng)希望打開排氣閥I時，來自控制單元115的控制信號致動控制閥117，以使得高壓液壓流體具有到壓力管道110并且因此到液壓流體供給端口 80的自由通路。當(dāng)要關(guān)閉排氣閥I時，控制閥117再次被致動，使得管道110中的高壓通過到返回管122的連接而被排出。隨著液壓致動器減壓，氣動彈簧123將朝向排氣閥11的關(guān)閉位置推動排氣閥11。
[0033]圖2示出了穿過排氣閥I和氣缸100的上部的截面的更多細節(jié)。排氣閥I具有用于例如，如圖1中的十字頭式大型雙沖程單流柴油發(fā)動機的類型。
[0034]排氣閥I具有從閥盤3豎直地突出的主軸(或桿)10，主軸(或桿)10具有底部或下端12、上端11以及中心部13。主軸10是細長形狀的并且具有縱軸A。
[0035]在圖2中，排氣閥的打開位置通過虛線示出的閥盤3’指示，該閥盤3’在關(guān)閉位置處的閥盤3的位置之下D距離處并且與跟氣缸蓋124 —體成型的閥底座4相接觸。主軸10的中心部13支撐固定安裝在主軸上的彈簧活塞125以使得被主軸10的中心部13被壓力密封以及在氣壓缸126中縱向位移。在彈簧活塞125之下具有通過合適的閥156連接至增壓空氣供給(未示出)的彈簧室127，其保持彈簧室以預(yù)定的最小壓力例如4.5巴的過壓充滿增壓空氣。因此，提供氣動彈簧123，氣動彈簧123在主軸10上提供向上偏置，并朝向閥底座4推動閥盤3。也可以使用其它氣壓，例如從3巴到10巴。最小壓力依據(jù)氣動彈簧123所需要的彈簧特性進行選擇。有可能相互連接多個不同氣缸上的彈簧室127，但是優(yōu)選地，在增壓空氣供給處通過止逆閥單獨切斷每個彈簧室127。彈簧室127中的增壓空氣在彈簧活塞125并且因此在主軸10上創(chuàng)建持續(xù)向上的力。因此，朝向閥底座4也就是在向上方向上持續(xù)地推動閥盤3。當(dāng)通過液壓閥致動器109 (見下文)使彈簧活塞125向下位移時向上的力增加，并且該向上的力壓縮彈簧室127中的空氣，通過止逆閥156防止該空氣向外流出。
[0036]外殼128限定在氣動彈簧123周圍以及上方的空腔129?？涨?29連接至排水管(未示出)使得空腔具有大氣壓力。
[0037]液壓閥致動器109由致動器氣缸131和主軸10的致動器部件10’構(gòu)成。致動器氣缸131可被殼128的頂部支撐,或者如所不出的,致動器氣缸131和外殼128 —體成型。[0038]現(xiàn)在參考圖3，主軸10的致動器部件10’收容在致動器氣缸131的中心孔6中，致動器氣缸形成用于閥致動器109的固定外殼，中心孔6形成軸孔5的上部。通過頂部封閉物132在致動器氣缸131的頂部關(guān)閉中心孔6，并且中心孔6對致動器氣缸131的底部打開，使得中心孔6與軸孔5的剩余部分連通。中心孔6被設(shè)置為與外殼128中的軸孔5共軸并且進一步地位于排氣閥I的下部。主軸的致動器部件10’形成中心孔6中的柱塞。
[0039]現(xiàn)在參考圖4，示出了排氣閥I的閥致動器109的頂部上的特寫，致動器氣缸131的中心孔6被分開成具有不同直徑(或者橫截面面積)的共軸部:最上部6’具有最大的直徑，中間部6’’具有中間直徑，最下部6’’’具有最窄的直徑。在最上部6’和中間部6’’之間，形成第一面向上凸緣7。在中間部6’’和最下部6’’’之間形成第二面向上凸緣8。如例如圖3和圖6A中所示出的，中心孔6的最下部6’ ’ ’延伸至閥致動器109的底部，閥致動器109在其底部連接至氣動彈簧123。通過底部封閉133 (見圖3)關(guān)閉中心孔6的最下部6’ ’ ’。底部封閉133具有容納主軸10的致動器部件10’的下部的第二直徑減小部16’ ’的孔。參考圖3，在中心孔6的最下部6’’’形成兩個室。室的形式是中心孔6的最下部6’’’的第一加寬部65’和中心孔6的最下部6’ ’ ’的第二加寬部65’ ’。第一加寬部65’形成在第二加寬部65’’之上。第一加寬部65’通過端口 83與通道85連通，通道85形成在致動器氣缸131中。第二加寬部65’’通過端口 80與壓力管道110連通。在第一加寬部65’和第二加寬部65’’之間形成中間部66，中間部66是中心孔6的最下部6’’’的部并具有相同的直徑或者橫截面面積。中間部66具有上邊緣66’(見圖6A),壁66’’和下邊緣66’’’，壁66’’具有平行于中心孔6的最下部6’’’的表面的表面。
[0040]如可從圖5中所理解的，主軸10的致動器部件10’具有上部14。上部14具有直徑dl。直徑dl適合在中心孔6的最下部6’’’中滑動。致動器部件10’進一步將下部成三部分，第一直徑減小部分16’、具有與上部14相同直徑dl的密封部分16，以及密封部分16之下的第二直徑減小部分16’ ’。第一直徑減小部分16’和第二直徑減小部分16’ ’可具有相同的直徑(如果不是圓柱形或者也可具有相同的橫截面面積)，或者它們具有不同的直徑，但是它們均比上部14和密封部分16的直徑小。位于最下的第二部分16’’與氣動彈簧123中的主軸10的中心部13相連接。
[0041]密封部分16 (與底部封閉物133 —起)密封中心孔6以防止液壓油泄露至室或空腔129 (此處大氣壓力為主)。
[0042]上圓環(huán)表面15形成在主軸10的致動器部件10’的上部14的上端14’處。面向下凸緣18形成在上部14的下端14’’和第一直徑減小部分16’之間。面向上凸緣17形成在第一直徑減少部分16’和部分16之間。面向下凸緣17’形成在部分16和第二直徑減少部分16’’之間。
[0043]至少一個狹縫19形成在上部14的下端14’ ’的外表面處。一個或多個狹縫19可沿著與主軸10的縱軸A平行的縱向伸長，并被形成為上部14的下端14’中的凹部或凹槽。每個狹縫19具有上端19’和下端19’’。每個狹縫19朝向其下端19’’和面向下凸緣18深度漸增，并且狹縫19通向面向下凸緣18。可以提供一個狹縫，或者可以是圍繞上部14周邊設(shè)置的一系列的狹縫。優(yōu)選地，這里有3至20個狹縫19。當(dāng)這里多于一個狹縫19時，所有的狹縫可能具有相同的長度(在軸A的方向上從上端19’到下端19’’)。在可替換的實施例(未示出)中，狹縫19具有不同的長度。[0044]在另一個實施例(未示出)中，狹縫19可替換地形成在作為中心孔6的下部6’ ’ ’的一部分的中間部66的壁中。一個或多個狹縫19沿著與主軸10的縱軸A的縱向平行的方向伸長，并形成為中間部66中的凹部或凹槽。每個狹縫19具有上端19’和下端19’’。每個狹縫19朝向其上端19’和中間部66的上邊緣66’以及第一加寬部65’深度漸增，并且狹縫19通向第一加寬部65’?？梢蕴峁┮粋€狹縫，或者可以是中間部66的周邊設(shè)置的一系列的狹縫。優(yōu)選地，這里有3至20個狹縫19。當(dāng)這里多于一個狹縫19時，所有的狹縫可能具有相同的長度(在軸A的方向上從上端19’到下端19’’)。在可替換的實施例(未示出)中，狹縫19具有不同的長度。
[0045]在進一步的實施例(未示出)中，以上所描述的狹縫19形成在中間部66中以及形成在主軸10的上部14的下端14’ ’中。
[0046]在本申請中可以理解，狹縫、理解凹槽以及凹部是相對于另一個表面形成的凹下的底面。這里其它表面是主軸10的圓柱形上部14的外表面。如果狹縫19形成在中心孔6的下部6’ ’ ’的中間部66中，則其它表面是該位置處的孔6的壁。
[0047]活塞90可滑動地設(shè)置在中心孔6 (其形成軸孔5的上部)中?；钊?0具有圓柱形主體91和設(shè)置在主體91之上的套管92。活塞90具有中心孔90’，中心孔90’適合于在其上端11處滑動地容納主軸10的上部14。套管92具有比活塞90的主體91更大的直徑(或者橫截面面積)。主體91的直徑與將要被滑動地設(shè)置在中心孔6的中間部6’’(可替換地被稱作中部6’ ’ )中的微小間隙相適應(yīng)。套管92的直徑與將要被滑動地設(shè)置在中心孔6的最上部6’中的微小間隙相適應(yīng)。面向下內(nèi)部凸緣93形成在套管92和活塞90的中心孔90’中的主體91之間。內(nèi)部凸緣93適合于至少與軸10的上圓環(huán)表面15的外部接合。活塞90進一步具有形成在套管92上的向上上表面94。該套管92上的上表面94是與主軸10的上圓環(huán)表面15類似的環(huán)形。然而,上表面94的表面面積比主軸10的上圓環(huán)表面15的面積要大很多。
[0048]面向下外部凸緣95形成在活塞90的外表面上的套管92和主體91之間。主體91進一步包括進一步具有下表面96。該下表面96是圓形的或環(huán)形的。
[0049]減振室81形成在頂端封閉物132中，減振室81通向中心孔6的最上部6’。減振室81提供在排氣閥I的開啟相位期間用于液壓流體的入口，在排氣閥的關(guān)閉期間于液壓流體的出口，并且減振室81制動軸的向上運動(進一步參見下文)。減振室81通向致動器氣缸131中的中心孔6。
[0050]活塞90可如上所述相對于在主軸10的上端11上的上部14并且相對于中心孔6的部6’、6’’以及6’’’滑動。
[0051]容積可變的閥致動室60限定在中心孔6的上部6’、頂部封閉物132的面向下表面132、減振室81、活塞90的向上頂表面以及主軸10的上端11之間。容積可變的閥致動室60還包括減振室81。優(yōu)選地，中心孔6的上部6’和減振室81通過錐形表面32的最下部和減振室81的壁之間的微小間隙處于永久流體連通?？商鎿Q地或另外地一系列的狹縫39允許中心孔6的上部6’和減振室之間的永久流體連通。
[0052]如所提及的，液壓流體經(jīng)由端口 80供給至閥致動器109并且經(jīng)由端口 80從閥致動器109排放液壓流體。端口 80與壓力管道110相連接，壓力管道110的端部110’從圖6A中可見。通過控制閥117將端口 80經(jīng)由壓力管道110交替地與高壓源和返回線路122連接。
[0053]容積可變的閥致動室60經(jīng)由減振室81中的端口 82、經(jīng)由管道85 (見圖6A)以及端口 83連接至第一壓力室65。第一壓力室65限定在如下元件之間:
[0054]-中心孔6的最下部6’’’，
[0055]-主軸10的上部10’的部14，
[0056]-中心孔6的第一加寬部65’，
[0057]-中心孔6的第二加寬部65’’，以及
[0058]-形成在主軸10的直徑減小部分的上部16’和下部-16’’之間的主軸10的密封部分
[0059]16。
[0060]供給端口 80連接至第二加寬部65’’。第二加寬部65’’通過中心孔6的部6’’’’(見圖3)連接至第一加寬部。至少一個端口 83將第一加寬部65’連接至通道85 (每個端口 83 —個通道85)。每個通道85通過通道85和減振室81之間的端口 82連接至減振室81。
[0061]再次參考圖4，滑動件30形成在主軸的上端11中的孔20中，滑動件通過彈簧40在向上方向中偏置，并且可在孔20的長度方向(平行于軸A)上滑動?；瑒蛹?0具有面向上表面31以及錐形表面32(見圖5)，錐形表面32適合與上述減振室81共同作用從而在排氣閥的關(guān)閉期間制動主軸10的向上行程?；瑒蛹?0用作主軸的長度調(diào)節(jié)機構(gòu)。在其他個實施例中，主軸10的上端11可替換地?zé)o需主軸長度調(diào)節(jié)機構(gòu)即可形成，使得主軸具有固定的長度。在此情況(未示出)下，面向上表面31可與環(huán)形表面15齊平，對應(yīng)的錐形表面32直接形成在主軸10的上部14的上端。
[0062]將參考圖6A至圖6H，描述排氣閥的打開和關(guān)閉循環(huán)。在此實施例中，電液控制閥通過兩個獨立的電液控制閥120和121形成。電液控制閥120被配置為依據(jù)來自電子控制單元的命令，選擇性地將端口 80連接至壓力源或至罐，并且電液控制閥121被配置為依據(jù)來自電子控制單元的命令，選擇性地將端口 197連接至罐或關(guān)閉到達罐的端口 197的連接。
[0063]當(dāng)排氣閥I將要被打開以抽空燃燒室或從燃燒室106中排氣時，燃燒室106中的壓力是非常高的。因此，在閥軸10和閥盤3的初始向下行程期間，需要較大的力去打開排氣閥I。如以下將描述地，活塞90通過增加閥致動器109的壓力表面的有效面積，輔助處于該初始相位。
[0064]為了打開排氣閥1，控制閥117供給高壓流體至端口 80，并且液壓流體增壓第一壓力室65和容積可變的致動室60 (通過通道85)。通過圖6A中的箭頭指示該流動。在第一壓力室65中，液壓流體用作在主軸10的直徑減少的上部16’和部分16之間的向上凸緣17。以下將提供關(guān)于第一壓力室65及其功能的更多細節(jié)。
[0065]液壓流體經(jīng)過由通道85提供的流體連接的流入將增加容積可變閥致動室60中的壓力，所述容積可變閥致動室60包括減振室81和中心孔6的最上部6’。壓力作用在滑動件30的表面31、主軸10的上表面15以及活塞90的上表面94上,從而在向下方向上一起移動活塞90和主軸10。
[0066]圖6B中的箭頭指示有液壓流體流入第一壓力室65，這增加第一壓力室65中的壓力。壓力作用在主軸的部分16上的向上凸緣17上從而迫使面向下方向中的主軸從而打開排氣閥I。
[0067]液壓流體增加容積可變的閥致動室60中的壓力，該壓力作用在活塞90的上表面、上圓環(huán)表面15以及主軸10的上部11的上表面31 (以及作用在向上凸緣17)上。面向下內(nèi)凸緣93鄰接主軸10的上圓環(huán)表面15的部分。這將在下方向中推動主軸10以及向活塞90 (見圖 6B)。
[0068]在向下方向移動一定距離后，活塞90的面向下外凸緣95將在鄰接至中心孔6的最上和中間部6’、6’ ’之間的向上凸緣7之前達到并停止，見圖6B。
[0069]被形成為中心孔6的孔最上部6’’中的細長凹口并且平行于細長軸B的凹槽99(見圖4)允許液壓流體通過活塞90上的空間和活塞90下的空間之間。隨著活塞90被迫向下推動(下表面95的面積小于向上表面94的面積)，液壓流體從活塞90下面?zhèn)鬟f到活塞90上面。一個或多個凹槽99在高于形成在中心孔6的最上和中間部6’、6’’之間的凸緣7一定距離處終止。當(dāng)活塞90的面向下外凸緣95經(jīng)過一個或多個凹槽99的底部時，防止液壓流體從活塞90下面的空間傳遞到活塞90上面的空間。這將導(dǎo)致活塞90下的空間中的壓力增加，該壓力增加將減速并完全停止活塞90的面向下移動。因此，形成用于制動活塞90的向下行程的小的液壓燃料壓力室，該室的作用有點類似液壓彈簧。
[0070]因此，活塞90的向下移動停止，然而主軸10繼續(xù)其向下運動，見圖6C?；钊倪M一步的向下行程被阻止。在圖6C中，仍然通過向上凸緣7擱置活塞90，然而主軸10繼續(xù)其向下運動。致動器部件10’的上部14已經(jīng)相對于活塞90向下移動。
[0071]因此，活塞90已經(jīng)為容積可變閥致動室60中的壓力提供較大的面積從而在排氣閥開啟期間起作用，進而用作加速機構(gòu)，并且輔助抵擋燃燒室106的高壓打開排氣閥。在閥盤3已經(jīng)從閥底座4移開時，通過經(jīng)由排氣導(dǎo)管107離開室106的燃燒氣體降低燃燒室106中的壓力。因此，為了保持排氣閥I在面向下方向移動從而完全打開，需要比打開的初始相期間小得多的力。因此，在活塞90已經(jīng)停止后，容積可變閥致動室60中的壓力將只作用在上圓環(huán)表面15上和主軸10的上部11的上表面31 (在本文中，上表面設(shè)置在滑動件30上)上。
[0072]因此，主軸10將繼續(xù)其向下運動直到主軸10的上部14的面向下凸緣18切斷流至容積可變閥致動室60的液壓流體流為止，并且主軸10開始減速并停止。這將在以下進一步詳細解釋。
[0073]在排氣閥I的打開相期間主軸10的向下行程期間，主軸10的上部14上的面向下凸緣18經(jīng)過形成在上加寬部65’和下加寬部65’’之間的中心孔的中間部66上的上邊緣66’。這個情況在圖16C中闡明。上邊緣66’的該經(jīng)過將開始從而切斷流至通道85并且進而流至容積可變的閥致動室60的流。形成在主軸10的上部14的下端中的一個或多個狹縫19將允許到達容積可變的閥致動室60的流動，直到狹縫19的上端19’已經(jīng)經(jīng)過中心孔的中間部66上的上邊緣66’為止。從狹縫19的下端19’’到上端19’，狹縫19因此提供到達容積可變的閥致動室60的逐漸減小的流動面積。在圖6C中，這將通過縮短的箭頭303示出。流至容積可變閥致動室60的逐漸減小的流將導(dǎo)致主軸10的向下移動的制動，因為容積可變的閥致動室60中的壓力被作用在向上方向上的氣動彈簧123提供的壓力平衡。
[0074]在圖6D中示出了狹縫19的上端19’如何經(jīng)過上邊緣66’。此處沒有到達容積可變致動室60的流動。進一步地，主軸10已經(jīng)向下移動了短的附加距離，使得主軸10的部分16上的面向下凸緣17’接近在底部封閉133上的接合點。主軸10已經(jīng)被制動并且停止。壓力繼續(xù)作用在凸緣17上(如通過圖6D中的箭頭304示出的)并且作用在容積可變閥致動室60中，以平衡通過氣動彈簧123提供的壓力，并且保持排氣閥I打開直到燃燒室106已經(jīng)完全抽空為止。
[0075]狹縫19已經(jīng)示出相對于現(xiàn)有技術(shù)對制動排氣閥I的打開期間主軸的向下移動的制動提供巨大的改進。狹縫19的應(yīng)用而不是錐形面的應(yīng)用已經(jīng)進一步降低處于完全打開位置中時的的排氣閥I的振動。
[0076]圖6E示出了在壓力是不連續(xù)的并且剛好在主軸將由于氣動彈簧123提供壓力的而開始其向上運動之前的實例中緊急情況。凸緣17上的壓力降低。容積可變閥致動室60和端口 80之間的流動依然被依然堵住室65’的主軸10的上部14阻止。
[0077]為了關(guān)閉排氣閥I，當(dāng)如圖6F中所示，燃燒室106已經(jīng)換氣時，通過由控制閥117(或者控制閥120和121)改變電動液壓控制閥117的位置來斷開液壓流體供給的壓力，使得端口 80和端口 197被連接至罐，并且允許液壓流體經(jīng)由端口 197和80流回。氣動彈簧123將向上推動主軸IO，因而壓出第二壓力室65和容積可變閥致動室60中的液壓流體。自從控制閥117 (或者控制閥120和121)改變位置的時刻起，返回至罐的流滿足相對小的阻力，由于返回的流動不一定通過由狹縫19形成流動限制(流動的小部分將繼續(xù)經(jīng)由狹縫通過但是返回至罐的流動的大部分將經(jīng)由端口 197和管道195前進，特別地在排氣閥的返回沖程的第一部分處，其中，在該第一部分中由狹縫強加的限制是最強的)。
[0078]在圖6G中，凸緣18已經(jīng)穿過到室65’之外，提供從容積可變閥致動室60經(jīng)由端口 80和197流出的流的完全通路，如通過圖(圖6G)中的較長箭頭306所指示的。
[0079]在圖6F中所示出的情況中，只有主軸10自身是向上移動的，活塞90仍然被向上凸緣7擱置。因此只有上表面31和圓環(huán)表面15推動液壓流體從容積可變閥致動室60出來。
[0080]隨著主軸10向上移動，并且如圖6G所示的，主軸10的上圓環(huán)表面15將最終鄰接活塞90的面向下內(nèi)凸緣93，并且迫使活塞90與主軸10 —致地在向上方向中從它的下支架(活塞90的外凸緣93通過向上凸緣7擱置在那里)移動。
[0081]由于活塞上表面94比15和31的結(jié)合表面更大,現(xiàn)在大得多的表面面積將作用在容積可變閥致動室60中的液壓流體上。這將導(dǎo)致主軸10的向上行程的制動。
[0082]當(dāng)主軸10的上部11的頂端處的錐形表面32進入減振室81并逐漸關(guān)閉中心孔6的上部6’和減振室81之間的流體連接時，主軸10向上運動將制動并且完全停止。當(dāng)錐形表面32投入減振室時，通過迫使液壓流體經(jīng)由端口 80流出減振室來吸收大部分殘余動能，并且主軸10的上部11的上表面33輕輕地鄰接在頂端封閉132的面朝下表面132’上。圖6H示出當(dāng)主軸10已經(jīng)到達其頂部位置時的情況，并且排氣閥I關(guān)閉并準(zhǔn)備好新打開和關(guān)閉循環(huán)。
[0083]當(dāng)排氣經(jīng)由排氣管道107，也就是當(dāng)排氣閥I打開時，閥軸10的設(shè)置在排氣管道107中部分上的一組葉片214迫使主軸10旋轉(zhuǎn)。因此，主軸10將由于排氣閥的每次打開而旋轉(zhuǎn)至少一點。因而，保證閥盤3、閥座4以及主軸10和軸孔5的鄰接外緣的更均勻磨損。
[0084]圖7顯示了用于示出排氣閥I的打開和關(guān)閉運動的圖。在縱軸上并且時間表示在橫軸上表不排氣閥的移動。[0085]虛線表示未使用本發(fā)明的排氣閥I的移動，也就是在將要從致動室60抽出的液壓流體在排氣閥的關(guān)閉運動的第一部分期間需要經(jīng)受由狹縫19形成的限制的情況中的曲線。這導(dǎo)致排氣閥的打開運動開始期間的延遲。在t=To處，電子控制液壓閥117通過根據(jù)來自電子控制單元115的命令改變位置以開始閥打開相，從而將致動室連接至高壓流體源。在t=Tc處，電子控制液壓控制閥117通過根據(jù)來自電子控制單元115的命令改變位置來開始閥關(guān)閉相，從而將致動室連接至罐。在關(guān)閉運動的第一部分期間對流動的限制減慢了開啟運動并對關(guān)閉運動的重復(fù)性產(chǎn)生負面影響，這意味著不能通過控制電子控制液壓控制閥117開始關(guān)閉相處的瞬間來準(zhǔn)確地確定排氣閥的實際關(guān)閉時刻。然而，為了精確控制后續(xù)壓縮壓力，控制排氣閥的精確關(guān)閉時刻是重要的。
[0086]不間斷的線表示利用本發(fā)明的排氣閥I的移動，也就是利用用于旁路在排氣閥的關(guān)閉沖程的第一部分期間將致動室連接至罐的液壓通道中的限制的配置。如從圖中可見的，在t=Tc之后，在排氣閥的打開移動中實質(zhì)上沒有直接延遲。排氣閥的關(guān)閉移動已經(jīng)被證明是更加可重復(fù)的，并且因而通過控制排氣閥關(guān)閉移動開始的時刻，可以準(zhǔn)確地控制排氣閥的關(guān)閉移動的準(zhǔn)確性。
[0087]在與參照圖1至圖6描述的實施例基本相同的發(fā)明的另一個示例性實施中(未示出)，在打開沖程的最后部分和返回沖程的第一部分期間起作用的流動限制不是通過排氣閥I的閥桿中的狹縫而形成。相反，該限制是通過柱塞中的窄孔而形成。柱塞被布置在所述閥軸的端部。柱塞設(shè)置有開口朝向致動室的凹部。電子控制液壓控制閥將致動室通過與徑向孔285相配合的通道選擇性地連接至罐或連接至高壓液壓流體源，徑向孔285形成在柱塞中并且將柱塞的徑向外表面與凹部連接。電子控制液壓控制閥被連接至電子控制單元。端口連接至致動室并且在排氣閥的打開沖程期間不被柱塞阻擋。端口通過管道連接至電子控制旁路閥。當(dāng)電子控制旁路閥212處于其打開位置時，電子控制旁路閥212將管道連接至罐。根據(jù)來自電子控制單元的命令，在排氣閥的返回沖程的第一部分期間，電子控制旁路閥將致動室連接至罐。因此，由孔強加的流動限制不阻礙排氣閥的返回沖程的第一部分，并且返回沖程的第一部分因此是可重復(fù)的并且快的。
[0088]在一實施例中，以上描述的氣動彈簧123可被返回沖程壓力室和用于推進第一活塞至內(nèi)縮位置的活塞表面面積取代。這個實施例(未示出)將需要稍微改進的控制閥，該稍微改進的控制閥能夠供給加壓液壓流體至用于推動活塞至內(nèi)縮位置的壓力返回沖程室。以上描述的相同的原理可被用于控制與第一活塞的位置相關(guān)的返回沖程壓力室中的壓力。
[0089]盡管已經(jīng)為了說明的目的而詳細描述本申請的教導(dǎo)，但是可以理解的是這些細節(jié)僅僅用于說明的目的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本申請的教導(dǎo)的范圍下可在其中進行變形。
[0090]權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟。權(quán)利要求中使用的術(shù)語“一個”不排除多個的情況。單個處理器和其他單元可實現(xiàn)權(quán)利要求書中所引用的多個裝置的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有十字頭和多個氣缸(100)的大型低速運行雙沖程單流柴油發(fā)動機的排氣閥裝置，所述排氣閥裝置包括: 排氣閥(1)，所述排氣閥(I)能夠在關(guān)閉位置和打開位置之間打開，其中，在所述關(guān)閉位置中排氣閥的盤部(3)擱置在所述發(fā)動機的氣缸(100)的氣缸蓋(124)中的閥座(4)上，在所述打開位置中排氣閥(I)的頭部(3)不擱置在閥座(4)上以便所述氣缸(100)的燃燒室(101)的掃氣，所述排氣閥(I)因而在打開沖程和返回沖程中移動， 氣彈簧(123)，所述氣彈簧(123)可操作地連接至所述排氣閥(I )，并且通過所述氣彈簧(123)朝向所述關(guān)閉位置彈性地偏置所述排氣閥(I )， 液壓致動器(109)，所述液壓致動器(109)可操作地連接至所述排氣閥(I)的主軸(10)，所述液壓致動器(109)包括收容在孔(6)中的柱塞(10’，201’)，并且在所述孔(6)和所述柱塞(10’，210’)之間限定致動室(60)，以用于當(dāng)所述致動室(60)被增壓時執(zhí)行所述打開沖程并且當(dāng)所述致動室(60)連接至罐時允許所述排氣閥(I)執(zhí)行返回沖程， 高壓液壓流體源， 用于液壓流體的返回的罐， 電子控制液壓控制閥(117、120、217)，所述電子控制液壓控制閥(117、120、217)可操作地連接至電子控制單元(115)； 所述致動室(60)能夠經(jīng)由所述電子控制液壓控制閥(117)選擇性地連接至所述高壓液壓流體源或所述罐，其特征在于，包括: 液壓通道(80、85)，所述液壓通道(80、85)將所述致動室(60)連接至所述電子控制液壓控制閥(117)； 所述液壓通道(80、85)包括在所述排氣閥(I)的打開沖程的最后部分和返回沖程的第一部分期間起作用的流動限制(19)，以及 旁路裝置(117、121)，所述旁路裝置(117、121)用于至少在所述返回沖程的第一部分期間旁路所述液壓通道(80、85 )中的流動限制(19 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣閥裝置，其中，所述旁路裝置包括旁路通道(195)，所述旁路通道(195)包括電子控制閥(117、121)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣閥裝置，其中，所述限制通過所述柱塞中的窄孔形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的排氣閥(I)裝置，其中，所述可變限制包括所述柱塞(10’ )中與設(shè)置在所述孔(6)中的凸緣66’’配合的一個或多個軸向定向的狹縫(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的排氣閥裝置，其中，所述液壓通道(80、85)連接至所述致動室(60)的所述壁中的端口(297)或者經(jīng)由所述致動室的末端或頂部的端口(81)連接至所述致動室(60)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣閥裝置，進一步包括連接至所述電子控制液壓閥(117、120)和所述液壓控制旁路閥(121)的電子控制單元(115)，并且所述電子控制單元(115)被配置為在返回沖程的所述限制起作用的部分期間打開所述液壓控制旁路閥(121)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣閥裝置，其中，所述電子控制旁路閥(121)是所述電子控制液壓閥(117)的整體部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的排氣閥裝置，其中，所述電子控制液壓控制閥(117)是比例類型滑閥，所述比例類型滑閥具有分配給所述電子控制旁路閥功能的一個端口和一個控制邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的排氣閥裝置，其中，由將所述柱塞(10’ )的徑向外表面連接至所述柱塞(10’ )中的徑向 凹部的徑向通道形成所述限制，所述軸向凹部打開到所述致動室(60)。
【文檔編號】F01L9/02GK103742218SQ201410043060
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】延斯·諾比·漢森, 波爾·岑克 申請人:曼柴油機歐洲股份公司曼柴油機德國分公司