液压致动器和气体交换阀布置 |
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| 申请号 | CN201380012490.0 | 申请日 | 2013-02-26 | 公开(公告)号 | CN104160119B | 公开(公告)日 | 2016-08-31 |
| 申请人 | 瓦锡兰芬兰有限公司; | 发明人 | S·尼尼康佳斯; 马格努斯·松德斯滕; | ||||
| 摘要 | 用于打开内燃 发动机 的气体交换 阀 的液压 致动器 (35)包括驱动 活塞 (7)，该驱动活塞布置于 增压 室(9)中用于增压液压 流体 。具有两个 位置 的 液压阀 (10)被用于操作液压致动器(35)。本 发明 还涉及气体交换阀布置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种液压致动器(35)，该液压致动器用于打开内燃发动机的气体交换阀(1，1’)，所述液压致动器(35)包括： |
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| 说明书全文 | 液压致动器和气体交换阀布置技术领域背景技术[0002] 在大型内燃发动机中，诸如在船舶或者电厂发动机中，气体交换阀能够被机械或者液压地致动。操作进气阀和排气阀的最常规方式是使用凸轮驱动的阀打开机构，在该机构中，阀通过旋转凸轮的凸角被打开并且通过阀弹簧被关闭。这些种类的布置是可靠的，但也是不灵活的。阀正时难以调节，而且如果需要可变的阀关闭或者打开正时的话，阀机构会变得复杂。在电动液压系统中，阀正时能够易于改变。但是，灵活性的实现常常以降低可靠性为代价。 发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种用于打开内燃发动机的气体交换阀的改善的液压致动器。本发明的另一目的是提供一种改善的气体交换阀布置。 [0004] 根据本发明的液压致动器包括：增压室，该增压室用于增压液压流体；驱动活塞，该驱动活塞布置在增压室中，并且该驱动活塞将增压室分为至少一个输入部分和至少一个输出部分；入口导管，该入口导管用于将增压的液压流体引入增压室的输入部分中以移动驱动活塞；流体出口，该流体出口用于将液压流体从增压室的输出部分供给至气体交换阀；以及出口导管，该出口导管用于将来自增压室的输入部分的液压流体释放。致动器还包括液压阀，所述液压阀具有：第一位置，在该第一位置，允许从入口导管至增压室的输入部分的流动并且防止从输入部分至出口导管的流动；以及第二位置，在该第二位置，防止从入口导管至增压室的输入部分的流动并且允许从输入部分至出口导管的流动。 [0005] 根据本发明的气体交换阀布置包括：至少一个气体交换阀，该气体交换阀用于打开和关闭气体交换导管和发动机的气缸之间的流体连通，所述气体交换阀包括阀盖和阀杆；接收室；从动活塞，该从动活塞与所述阀杆机械连接并且布置在接收室中；以及由上述限定的液压致动器。 [0006] 利用根据本发明的液压致动器和气体交换阀布置，能够最小化气体交换阀致动机构中的电动部件的数量。因而致动器和该布置结合了机械阀打开系统的可靠性和电动液压系统的灵活性。因为阀升程由驱动活塞的冲程限制，所以可防止太高的阀升程。 [0007] 根据本发明的实施方式，致动器包括用于致动液压阀的控制阀。 [0008] 根据本发明的另一实施方式，驱动活塞将增压室的输出侧分为设置有第一流体出口的第一输出部分和设置有第二流体出口的第二输出部分。每个流体出口均能够用于向至一个气体交换阀供给液压流体。这保证了两个气体交换阀的同时打开。 [0009] 根据本发明的另一实施方式，驱动活塞的输出部分那一端由实心的柱形部分形成，驱动活塞的输入部分那一端由中空的柱形部分形成，该中空的柱形部分包括位于套筒中的至少一个开口，以允许至所述增压室的所述输入部分中的流入和从所述输出部分的流出。所述开口能够包括：凹槽，该凹槽布置于中空的柱形部分的外周；以及钻孔，该钻孔将凹槽连接至由中空的柱形部分限定的空间。由于所述凹槽，允许在驱动活塞的任何角度位置至所述增压室的所述输入部分中的流入或从所述输出部分的流出。 [0010] 根据本发明的另一实施方式，该致动器包括这样的装置，该装置用于在驱动活塞的移动开始时和/或结束时对流入增压室的输入部分和/或流出输入部分的流动进行节流。当流入和流出增压室的输入部分的流动被限制时，确保了驱动活塞的平滑的加速和减速。 当驱动活塞位于增压室的输入部分那一端和/或输出部分那一端时，能够通过将活塞的开口布置成仅局部对准将增压室的输入部分连接至液压阀的中间导管的端部来实现节流效应。 [0012] 根据本发明的另一实施方式，该致动器包括第二驱动活塞，该第二驱动活塞相比第一驱动活塞具有较大的直径和较小的冲程，并且该第二驱动活塞布置在增压室的输入部分中，用于在增压冲程的开始时辅助第一驱动活塞。利用第二驱动活塞，需要的液压压力较低并且能够节能。 [0013] 根据本发明的另一实施方式，与入口导管流体连通的流体室布置于液压阀的阀轴的一端处，并且布置控制阀以释放来自流体室的压力从而致动液压阀。因而不需要外部的流体供给导管来致动液压阀。 [0014] 根据本发明的实施方式，气体交换阀布置设置有蓄压器，该蓄压器连接至出口导管以从出口导管回收能量，并且所述蓄压器连接至入口导管以将能量供给至入口导管中。 [0016] 图1示出了根据本发明的实施方式的气体交换阀布置。 [0017] 图2示出了图1的布置，其中气体交换阀打开。 [0018] 图3示出了根据本发明的第二实施方式的气体交换阀布置。 [0019] 图4示出了根据本发明的第三实施方式的气体交换阀布置。 [0020] 图5示出了根据本发明的第四实施方式的气体交换阀布置。 [0021] 图6示出了根据本发明的第五实施方式的气体交换阀布置。 [0022] 图7示出了根据本发明的实施方式的阀致动器的一部分。 具体实施方式[0023] 现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方式。 [0024] 根据本发明的液压致动器和气体交换阀布置能够使用在大型内燃发动机中，诸如使用在船舶的主要或者辅助发动机中或者使用在电厂用于发电的发动机中。该布置包括至少一个气体交换阀1、1’，该气体交换阀打开以及关闭气体交换导管2和发动机的气缸之间的流动连通。气体交换阀1、1’能够是进气阀或者排气阀，因而气体交换导管2是进气导管或者排气导管。在附图所示的实施方式中，所述布置包括第一气体交换阀1和第二气体交换阀1’。在使用了该布置的发动机中，发动机的每个气缸均设置有根据本发明的气体交换阀布置。优选地，存在用于进气阀和排气阀两者的类似布置。气体交换阀1、1’布置在相应气缸的气缸盖4中。每个气体交换阀1、1’均包括阀杆1b、1b’和阀盖1a、1a’。阀盖1a、1a’与对应的阀座1d、1d’协作。阀弹簧16、16’布置于每个气体交换阀1、1’的阀杆1b、1b’的周围，用于关闭气体交换阀1、1’。气缸盖4设置有阀引导件17、17’，用于收纳气体交换阀1、1’。 [0025] 气体交换阀1、1’以电动液压的方式操作。为了操作气体交换阀1、1’，每个气体交换阀布置均包括液压致动器35。液压致动器35包括增压室9，驱动活塞7布置于该增压室9中。驱动活塞7将增压室9分为至少一个输入部分9a和至少一个输出部分9b。在附图的实施方式中，增压室9被分为一个输入部分9a以及第一输出部分9b和第二输出部分9b’。驱动活塞7能够在增压室9中往复运动。当压力介质被引入增压室9的输入部分9a中时，驱动活塞7在增压室9的输出侧9b、9b’增压液压流体。在增压室9中布置复位弹簧18，用于朝向增压室9的输入部分9a推动驱动活塞7。然而，驱动活塞7的返回冲程还可以通过将液压流体引入增压室9的输出部分9b中来实施。液压致动器35包括液压阀10，用于打开和关闭压力源(诸如液压泵12)和增压室9的输入部分9a之间的流动连通。液压阀10还防止以及允许从增压室9的输入部分9a的流出。液压阀10布置在液压泵12和增压室9的输入部分9a之间。在液压阀10的第一位置，允许从入口导管15至增压室9的输入部分9a中的流动并且防止从输入部分9a至出口导管21中的流动，如图2所示。在液压阀10的第二位置，防止从入口导管15至增压室9的输入部分9a中的流动并且允许从输入部分9a至出口导管21中的流动，如图1所示。因而同一液压阀10被用于控制气体交换阀1、1’两者的阀打开和关闭正时。液压致动器35还包括流体出口9d、9d’，用于将液压流体从增压室9的输出部分9b、9b’供给至气体交换阀1、1’。 [0026] 从动活塞1c、1c’布置成与每个气体交换阀1、1’的阀杆1b、1b’机械连接。因而气体交换阀1、1’与从动活塞1c、1c’一起移动。从动活塞1c、1c’布置在接收室5、5’中，接收室5、5’与增压室9的输出部分9b、9b’流体连通。增压室9的第一输出部分9b借助第一连接导管6连接至第一气体交换阀1的接收室5，而增压室9的第二输出部分9b’借助第二连接导管6’连接至第二气体交换阀1’的接收室5’。因为液压致动器35设置有自己的输出部分9b、9b’以用于每个气体交换阀1、1’，所以被增压的液压流体同时被供给至气体交换阀1、1’两者。 [0027] 当液压流体被引入增压室9的输入部分9a时，驱动活塞7移动并且增压增压室9的输出部分9b、9b’中的液压流体。液压流体从增压室9的输出部分9b、9b’流入接收室5、5’，并且气体交换阀1，1’被打开。当液压流体从增压室9的输入部分9a被释放时，驱动活塞7能够通过复位弹簧18向后移动。因而液压流体能够从接收室5、5’流回增压室9的输出部分9b、9b’中，并且气体交换阀1、1’能够通过阀弹簧16、16’被关闭。 [0028] 在图1和图2的实施方式中，在液压阀10和增压室9之间布置中间导管20，用于将增压室9的输入部分9a连接至液压阀10。液压阀10是液压致动的滑阀。液压阀10是三通阀，并且包括：第一端口10a，其连接至入口导管15；第二端口10b，其连接至出口导管21；以及第三端口10c，其连接至中间导管20。液压阀10包括具有第一位置和第二位置的阀轴22。在阀轴22的第一位置，第一端口10a和第三端口10c之间的流动连通被关闭，第二端口10b和第三端口10c之间的流动连通被打开。因而液压流体能够从入口导管15流入中间导管20中，但防止从中间导管20到出口导管21中的流动。在阀轴22的第二位置，第一端口10a和第三端口10c之间的流动连通被打开，第二端口10b和第三端口10c之间的流动连通被关闭。因而液压流体能够从中间导管20流入出口导管21中，但防止从入口导管15到中间导管20中的流动。液压阀10设置有弹簧19，当液压阀10未被致动时弹簧19将阀轴22保持在第一位置。当外力施加至阀轴22时，阀轴22移动至第二位置。为了在阀轴22上施加力，液压致动器35设置有控制阀11。控制阀11是用螺线管操作的液压阀。控制阀11还可以是其他一些类型的电动致动阀。 当控制阀11处于图2的位置时，液压流体被引入阀轴22的压力表面23上以使阀轴22移动。在图1和图2的实施方式中，接收室5、5’布置于阀杆1b、1b’的周围，从动活塞1c、1c’是阀杆1b、 1b’的突起。此布置能够实现气缸盖4的紧凑设计。 [0029] 驱动活塞7的输出部分那一端是由实心的柱形部分7b形成的，驱动活塞7的输入部分那一端是由中空的柱形部分7a形成的。实心柱7b的输入部分那一端形成这样的表面，液压流体的压力被施加在该表面上。液压流体通过中空柱7a的套筒被引入增压室9的输入部分9a中。因此套筒设置有至少一个开口，所述开口由凹槽13A和钻孔13b组成。在附图的实施方式中，两个钻孔13b与凹槽13a连接。因为凹槽13a围绕中空柱的整个外周布置，所以允许在驱动活塞7的任何角度位置穿过钻孔13b进行流动。凹槽13a朝向中空柱的外表面扩宽，并且当驱动活塞7位于增压室9的输入部分那一端时仅局部对准中间导管20。因此，当液压阀10移动至第二位置并且允许从液压泵12向增压室9中的流体供给时，至增压室9的输入部分 9a中的流动被节流。结果，驱动活塞7平滑地加速。当驱动活塞7向前移动时，凹槽13a变得完全对准中间导管20，并且允许向增压室9的输入部分9中进行最大程度的流动。当驱动活塞7接近增压室9的输出部分那一端时，凹槽13a变得再次与增压室9的壁部分地重叠。因而到增压室9的输入部分9a中的流动被限制，并且驱动活塞7减慢。驱动活塞7在相反方向的移动以类似方式进行。因为从增压室9的输入部分9a的流出的流在驱动活塞7移动的开始时和结束时被节流，所以驱动活塞7的加速和减速都是平滑的。 [0030] 还存在用于实现节流效应的其他方式。图7示出了阀致动器35的一部分，其中驱动活塞的开口是直的钻孔13b。液压阀10和增压室9的输入部分9a之间的中间导管20连接至环绕增压室9的内表面的凹槽13c。当驱动活塞7位于增压室9的输出部分那一端时(如图7所示)或者位于增压室9的输入部分那一端时，驱动活塞7的钻孔13b仅局部对准增压室9的输入部分9a的凹槽13c。因而从增压室9的输入部分9a的流出或者至该输出部分中的流入被节流。凹槽13c被开槽为使得在驱动活塞7的移动开始时和结束时流动面积非常小。 [0031] 驱动活塞7还包括穿孔39，其将增压室9的输入部分9a连接至输出部分9b。第二穿孔40将输入部分9a连接至第二输出部分9b’。通过穿孔39、40，来自阀致动器35的输出侧的泄漏能够被补偿。穿孔39、40的直径非常小，因而通过穿孔39、40的流动不干扰液压致动器35的功能。增压室9的输入部分9a和输出部分9b、9b’还设置有空气移除端口41、42、43，用于从液压系统移除空气。空气移除端口41、42、43的直径非常小以防止液压流体的过度泄漏。 空气移除端口41、42、43还能够设置有节流阀41a、42a、43a，用于降低液压流体的泄漏，如图 4所示。 [0032] 就液压阀10的构造而言，图3示出的实施方式不同于图1和图2的实施方式。图3的液压阀10包括第四端口10d。液压致动器35包括第一中间导管20和第二中间导管28。液压阀10的第一端口10a连接至入口导管15，第三端口10c连接至第一中间导管20。第二端口10b连接至出口导管21，第四端口10d连接至第二中间导管28。在液压阀10的第一位置，阀轴22允许从入口导管15至第一中间导管20中的流动并且防止从第二中间导管28至出口导管21中的流动。在液压阀10的第二位置，阀轴22允许从第二中间导管28至出口导管21中的流动并且防止从入口导管15至第二中间导管28中的流动。液压流体通过第一中间导管20被引入增压室9的输入部分9a中。液压流体通过第二中间导管28从增压室9的输入部分9a被释放。在图3的实施方式中，不需要对控制阀11进行单独的流体供给。入口导管15借助控制导管26连接至布置在阀轴22的一个端部的流体室27。当关闭控制阀11时，流体室27中的压力与液压阀10的弹簧19一起将液压阀10保持在第一位置。当打开控制阀11时，液压流体从流体室27被释放，液压阀10被切换至第二位置。在图3的实施方式中，从动活塞1c、1c’布置在阀杆1b、 1b’的端部处。 [0033] 在图4的实施方式中，液压阀10与图3的液压阀10相同。在该实施方式中，第一中间导管20和第二中间导管28在增压室9之前被合并成组合式中间导管36。第三中间导管37和第四中间导管38从组合式中间导管36分支出，并且连接至增压室9的输入部分9a。第三中间导管37的直径和第四中间导管38的直径小于组合式中间导管36的直径。第三中间导管37和第四中间导管38设置有止回阀24、25。通过第三中间导管37，允许从组合式中间导管36到增压室9中的流动。第三中间导管37定位成使得当驱动活塞7位于增压室9的输入部分那一端时，驱动活塞7的凹槽13a对准第三中间导管37的端部，并且防止从组合式中间导管36到增压室9中的直接流动。通过第四中间导管38，允许从增压室9到组合式中间导管36中的流动。第四中间导管38定位成使得当驱动活塞7位于增压室9的输出部分那一端时，驱动活塞7的开口13a对准第四中间导管38，并且防止从增压室9到组合式中间导管36中的直接流动。因而在驱动活塞7的冲程开始时和结束处流动速度被限制，并且实现平滑的加速和减速。在图 4的实施方式中，入口导管15设置有可调节节流阀30。出口导管21也设置有可调节的节流阀 31。利用节流阀30、31，入口导管15和出口导管21中的流动能够被限制，并且气体交换阀1、 1’的打开和关闭曲线能够被影响。较小的流动带来较慢的气体交换阀打开/关闭，较快的流动带来较快的打开/关闭。增压室9的输入部分9a设置有第二驱动活塞7’。相比于第一驱动活塞7，第二驱动活塞7’具有较大的直径和较小的冲程。因为第二驱动活塞7’辅助第一驱动活塞7，所以在第一驱动活塞7的冲程开始时需要较小的液压压力。较小液压压力减小此布置的能量消耗。 [0034] 图5的实施方式与图4的实施方式的不同之处在于，该布置中设置有蓄压器32以用于能量回收。蓄压器32在节流阀31的上游连接至出口导管21。蓄压器32还在节流阀31的上游以及在液压泵12和蓄压器32的下游连接至入口导管15。第二液压泵12b布置于液压泵12和蓄压器32的下游。止回阀33布置于蓄压器32和出口导管21之间，用于防止从第一液压泵12或者蓄压器32至出口导管21中的流动。在驱动活塞7的向后冲程期间，能量能够从出口导管21回收至蓄压器32。第一液压泵12以小于操作驱动活塞7所需的压力水平供给液压流体。 通过第二液压泵12b，将来自第一液压泵12和来自蓄压器32的流动的压力升高到足够水平。 [0035] 在图6的实施方式中，液压阀10是电磁阀。因为单个电磁阀的流动容量较小，所以此布置设置有第二电磁阀10b，其与第一电磁阀10并联地布置。阀10、10b还可以是其他电致动阀。 |
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