專利名稱：大型二沖程柴油機的閥驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及大型二沖程柴油機的電液控制排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大型二沖程柴油機典型地用作比如集裝箱船的大型遠洋輪船或發(fā)電廠的原動機。EP 1403473公開了一種發(fā)動機閥驅(qū)動系統(tǒng)，其包括具有主體、可滑動活塞、以及限定于活塞和主體之間的第一、第二和第三室的驅(qū)動組件。包括低壓和高壓流體源。第一流道(fluid passage)將低壓流體源連接到第二室。第二流道將高壓流體源連接到第二室，第三流道將高壓流體源連接到第三室?？刂崎y連接到低壓流體源、高壓流體源和第一室。控制閥配置為在高壓流體源與第一室連接的第一位置和低壓流體源與第一室連接的第二位置之間移動。大型二沖程柴油機中的電液控制閥驅(qū)動系統(tǒng)考慮到靈活操作和排氣閥的外形，允許改進的排放控制和燃油效率。但是，需要很大的力來逆著燃燒室中和空氣彈簧中在關(guān)閉方向上推動排氣閥的壓力打開重達400公斤的排氣閥。因此，需要高壓和大功率液壓系統(tǒng)來打開大型二沖程柴油機的排氣閥。大型二沖程柴油機的傳統(tǒng)電子控制(電液)排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)包括通過共軌向臨近或在汽缸外殼頂板上放置的閥塊傳送液壓流體(液壓油或潤滑油)的高壓泵。閥塊攜帶液壓蓄能器和控制液壓流體流的比例電液控制閥，從而操作噴油器和排氣閥。壓力管道將每個閥塊連接到它們各自的排氣閥。閥塊通常放置在汽缸外殼的頂部上，因此，壓力管道必須在閥塊和排氣閥驅(qū)動器的頂部之間跨接相當(dāng)大的距離和高度差。這種高度差可以是數(shù)米。增壓器(基本上為在任一端具有一大和一小有效表面的活塞)安裝在閥塊的頂部。壓力管道的一端連接到該增壓器，同時壓力管道的另一端連接到排氣閥的頂部。因此， 壓力管道從閥塊延伸到排氣閥的頂部。由于這些發(fā)動機的尺寸，排氣閥頂部和閥塊之間的高度差是很明顯的，即數(shù)米。當(dāng)排氣閥處于關(guān)閉位置時，壓力管道中的壓力應(yīng)該接近于零。閥塊和壓力管道較低端之間的增壓器防止壓力管道中的液壓流體被排出并且避免壓力管道中相對于液壓流體充滿空氣。當(dāng)?shù)搅岁P(guān)閉排氣閥的時候，電液控制閥將壓力管道連接到油箱。由于排氣閥的慣性，壓力管道中會形成氣穴。當(dāng)壓力再增大這些氣穴會導(dǎo)致穴蝕(cavitation)，因此，有必要在電液控制閥和壓力管道之間放置增壓器或分壓器。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，本申請的目的是提供一種排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其避免或至少減少上述缺陷。通過提供一種十字頭型的大型二沖程柴油機的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)這個目的，其包括位于排氣閥頂部用于在打開方向上移動所述排氣閥的液壓驅(qū)動器、將液壓驅(qū)動器連接到液壓控制閥的壓力管道，液壓控制閥放置于排氣閥頂部的下方并與排氣閥頂部具有可觀的距離，所述液壓控制閥具有一個以直接流體連通方式跨接壓力管道與高壓流體源的位置，從而將所述排氣閥移動到打開位置，并且所述液壓控制閥具有另一個通過閥裝置 (valve arrangement)跨接壓力管道與油箱的位置，從而允許所述排氣閥關(guān)閉并保留在其底座上，其中所述閥裝置節(jié)流到油箱的回流并保持閥裝置上游的最小壓力。通過提供控制油箱回流的閥裝置，大幅減少了氣穴的形成和穴蝕的發(fā)生。根據(jù)一個實施例，閥裝置包括固定節(jié)流器。優(yōu)選地，閥裝置(valve arrangement)包括固定節(jié)流器下游孔中的可移動閥構(gòu)件。在一個實施例中，可移動閥構(gòu)件一側(cè)設(shè)有第一有效壓力面并且另一側(cè)設(shè)有第二有效壓力面，由此第一有效壓力面大于第二有效壓力面，并且第一有效壓力面面對布置在第一有效壓力面與節(jié)流器之間的第一壓力室，并且第二有效面面對第二壓力室。優(yōu)選地，所述第二有效壓力室保持在相對低的壓力。壓力管道中的壓力將向這個壓力遷移。在一個實施例中，第一壓力室通過所述可移動閥構(gòu)件中的孔連接到所述第二壓力室。在另一個實施例中，第一壓力室中的壓力向第一壓力室與閥裝置的出口端相連接的位置推動可移動閥構(gòu)件，閥裝置與油箱相連接。優(yōu)選地，可移動閥構(gòu)件限定控制邊緣和將可移動閥構(gòu)件容納于其中的孔的邊緣。根據(jù)詳細的說明，本公開的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)的進一步的目的、特征、優(yōu)點和特性將變得更加明顯。


在本說明書的下述具體部分中，參考附圖中所示的示例性實施例對本發(fā)明進行更具體的說明，其中圖1是根據(jù)一個示例性實施例的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)的部分橫截面概略視圖；圖2是例示了圖1中所示閥驅(qū)動系統(tǒng)的液壓方案的圖；且圖3是圖1中所示排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)中閥裝置的詳細橫截面視圖。
具體實施例方式圖1是根據(jù)本公開的一個示例性實施例的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)的部分橫截面視圖。排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)是大型二沖程柴油機，比如十字頭型大型渦輪增壓單流柴油機的一部分。大型二沖程柴油機的結(jié)構(gòu)和操作已眾所周知，因此這里不做詳細解釋。閥塊3安裝在大型二沖程柴油機的汽缸外殼的頂板上。閥塊攜帶有電子控制的比例液壓控制閥5。電子控制的比例液壓控制閥5與發(fā)動機的電子控制單元(未示出)相連接。閥塊3還攜帶有一個或多個蓄能器8和閥裝置20。壓力管道10的一端與閥塊3中的端口連接。壓力管道10覆蓋的高度差可以為數(shù)米，并且沒有相應(yīng)措施，重力會導(dǎo)致當(dāng)壓力管道10降壓以允許排氣閥返回其底座的時候，壓力管道10被排干并且充滿空氣。閥塊3中的孔7將壓力管道10連接到比例液壓控制閥5的一個端口，孔11將閥裝置20連接到比例液壓控制閥5的另一個端口，另一個孔9將比例液壓控制閥5連接到高壓源，其在這種情況下為共軌。壓力管道10的另一端連接到排氣閥外殼12的頂部。圖中僅示出了排氣閥的主軸 14。用于打開排氣閥的液壓驅(qū)動器放置在主軸14的頂部。液壓驅(qū)動器包括至少一個壓力室16和至少一個活塞18，并且當(dāng)液壓驅(qū)動器加壓時，其在打開方向上推動排氣閥?？諝鈴椈?未示出)用于以眾所周知的方式在關(guān)閉方向上推動排氣閥。圖2是例示了圖1中所示閥驅(qū)動系統(tǒng)的液壓方案的圖。該系統(tǒng)包括高壓共軌32， 其由一個或多個發(fā)動機的高壓泵站供給。高壓共軌32保持在數(shù)百巴的壓力。還包括低壓共軌34，其保持在大約2. 2巴。共軌36在大致大氣壓力下與油箱相連接。導(dǎo)管9(由閥塊3中的孔形成)將比例電液控制閥5連接到高壓共軌32。比例電液控制閥5包括先導(dǎo)級，其使用來自導(dǎo)管9的壓力在需要的位置上移動比例電液控制閥5 的閥芯。導(dǎo)管9作為分支與數(shù)個液壓蓄能器8相連接，當(dāng)流速突然增加時，液壓蓄能器8用來保持/穩(wěn)定壓力。導(dǎo)管13將與燃油噴射系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的比例電液控制閥5的出口端連接到低壓共軌 34。導(dǎo)管11通過閥裝置20將與排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的比例電液控制閥5的出口端連接到低壓共軌34。閥裝置20包括節(jié)流器、非回(non-return)功能，并且保持導(dǎo)管11中的最小壓力。比例電液控制閥5連接到帶有其增壓器和噴射器37的燃油噴射系統(tǒng)30，并且，比例電液控制閥5還連接到排氣閥驅(qū)動器。由于燃油噴射系統(tǒng)是眾所周知的，這里就不再做更詳細的描述了。液壓圖顯示連接到帶有活塞18、空氣彈簧和排氣閥主軸14的排氣閥驅(qū)動器外殼 12的壓力管道10。壓縮空氣源19也連接到排氣閥外殼12，用于為在關(guān)閉方向上推動排氣閥的空氣彈簧供應(yīng)壓縮空氣。此外，確定排氣閥位置的位置傳感器與排氣閥驅(qū)動器關(guān)聯(lián)。在發(fā)動機運行過程中，比例電液控制閥5在發(fā)動機的電子控制單元的命令下在發(fā)動機循環(huán)中適當(dāng)?shù)臅r間將排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)或燃料噴射系統(tǒng)連接到高壓共軌。因此，當(dāng)?shù)搅舜蜷_排氣閥的時候，發(fā)動機的電子控制單元將命令比例電液控制閥5在高壓共軌32和壓力管道10之間建立連接。于是，排氣閥將頂著燃燒室中的壓力和空氣彈簧的力量打開。當(dāng)?shù)搅嗽俅侮P(guān)閉排氣閥的時候，電子控制單元將命令比例電液控制閥5通過閥裝置20將壓力管道10連接到低壓共軌34。排氣閥和與其相關(guān)聯(lián)的排氣閥驅(qū)動器具有相當(dāng)大的慣性，如果當(dāng)比例電液控制閥5建立連接的時候壓力管道10直接連接到油箱，則排氣閥的關(guān)閉比壓力管道10中的壓力下降慢得多。閥裝置20包括節(jié)流器，其確保壓力下降不會過快，并且閥裝置 20將在其上游側(cè)保持最小壓力。由此，避免了壓力管道10中的壓力下降過快和過慢。這將避免壓力管道10中氣穴的形成以及隨后的穴蝕。圖3更詳細地示出了閥裝置20。在本示例性實施例中，閥裝置包括具有貫穿孔的外殼。閥裝置20包括在貫穿孔的一端布置在或鄰近閥裝置20的入口端的固定節(jié)流器21。 閥裝置20的入口端可以通過孔11連接到比例電液控制閥5。具有基本為圓柱體的可移動閥構(gòu)件22可滑動地容納于貫穿孔中?？梢苿娱y構(gòu)件 22在每一端具有壓力面。第一壓力面布置在可移動閥構(gòu)件22面對入口端和節(jié)流器21的一側(cè)。第一壓力室23形成于節(jié)流器21和第一壓力面之間的孔中。
第二壓力面布置在可移動閥構(gòu)件22的相對側(cè)。該第二壓力面面對同樣布置在貫穿孔中的第二壓力室25。第二壓力室連接到一個壓力相對低的源，例如低壓共軌34。形成第一壓力室的部分中的貫穿孔的直徑大于形成第二壓力室的部分中的貫穿孔的直徑。因此，第一壓力面的有效表面大于第二壓力面的有效表面?？梢苿娱y構(gòu)件22設(shè)置有連接第一和第二壓力室的孔26?？咨虻闹睆较鄬^小，從而節(jié)制兩個壓力室之間的流動。出口端27連接到油箱36。出口端27由可移動閥構(gòu)件22在可移動閥構(gòu)件22的一個位置范圍內(nèi)關(guān)閉并在可移動閥構(gòu)件22的另一個位置范圍內(nèi)打開，從而將第一壓力室連接到所述出口端27。在可移動閥構(gòu)件22的打開位置范圍內(nèi)，第一壓力室23連接到出口端 27。參考圖3中閥裝置的朝向，當(dāng)可移動閥構(gòu)件22處于其較低的位置范圍時，可移動閥構(gòu)件22關(guān)閉第一壓力室23和出口端27之間的連接，并且當(dāng)可移動閥構(gòu)件22在其較高的位置范圍時，可移動閥構(gòu)件22為第一壓力室23和出口端27之間的連接而打開。較大的第一有效壓力面積向出口端27連接到第一壓力室23的位置范圍推動可移動閥構(gòu)件22，并且較小的第二有效壓力面積向第一壓力室23和出口端27之間的連接關(guān)閉的位置范圍推動可移動閥構(gòu)件22?？梢苿娱y構(gòu)件22設(shè)置有與閥裝置20的外殼上的溢流口四相連接的側(cè)孔28，當(dāng)所述可移動閥構(gòu)件22在很大程度上向上移動(相對于圖3中閥裝置的朝向向上)時，使得側(cè)孔觀與溢流口四相重疊。因此，第二壓力室25連接到油箱34，從而在后面的壓力室的壓力達到峰值的過程中允許可移動閥構(gòu)件22完全打開出口端27來釋放第一壓力室23中的壓力。當(dāng)沒有通過節(jié)流器21進入第一壓力室的流動時，后面室中的壓力低于第二壓力室中的壓力的系數(shù)等于有效壓力面大小之間的比率。因此，當(dāng)?shù)诙毫κ抑械膲毫缡?2.2巴的時候，第一壓力室中的壓力可以是1.5巴。當(dāng)比例電液控制閥5將壓力管道10連接到閥裝置20的時候，將會有大量流動通過節(jié)流器21且第一壓力室中的壓力將變得足夠高以向建立第一壓力室21和出口端27之間連接的位置推動可移動閥構(gòu)件22，使得液壓流體可以被疏散到油箱?？梢苿娱y裝置22的位置將在壓力室中的壓力之間平衡。閥22的位置由下面的力來決定。第一壓力室23的第一有效壓力面積X第一壓力室23中的壓力對比第二壓力室25的第二有效閥面積X第二壓力室25中的壓力。當(dāng)排氣閥關(guān)閉的時候，第二壓力室25中的壓力是大約2巴。第一壓力室23中的力平衡壓力可以為1. 5巴。第一壓力室23與第二壓力室25之間的壓力差將導(dǎo)致流體通過孔沈流入第一壓力室23中。第一室23中的壓力增加將向上移動閥構(gòu)件22并且對出口端27增加的開口再次將壓力限制于平衡在可移動閥構(gòu)件22上作用的力的值。因此，通過孔沈的流動將與從室23到出口端27的流動相同。從第一壓力室23 到出口端27的開口面積將是處于第一壓力室23和第二壓力室25之間的dP(壓力差)通過孔沈的流。可移動閥構(gòu)件22將因此“浮動”并調(diào)整其位置到工作條件。與節(jié)流器21相結(jié)合的平衡將提供合適的流量并保持閥裝置上游的過壓(即如果排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)使用閥裝置，則在壓力管道中)。這些作用確保流速可控并且沒有空氣進入。已經(jīng)參考單缸的大型二沖程柴油機描述了排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)。在多缸發(fā)動機中，除了可以用于多個汽缸的共軌，必須為每個汽缸(或至少為每個排氣閥)提供這樣一個排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)。本公開的教導(dǎo)具有許多優(yōu)點。不同的實施例或?qū)嵤┓绞娇梢援a(chǎn)生一個或多個下列優(yōu)點。應(yīng)當(dāng)注意這并不是詳盡的列表，且也會存在這里沒有描述的其它優(yōu)點。本公開教導(dǎo)的一個優(yōu)點是其提供了排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其可以在壓力管道的底部沒有增壓器或分壓器的條件下工作。本公開教導(dǎo)的另一個優(yōu)點是其提供了閥裝置，其允許在受控條件下向油箱回流，從而避免了氣穴和穴蝕的產(chǎn)生。本公開教導(dǎo)的又一個優(yōu)點是其提供了排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其允許液壓排氣閥驅(qū)動器的增壓器位于排氣閥的頂部。本公開的另一個優(yōu)點是其提供了閥裝置，其可以在不能使用與臨近底座的閥構(gòu)件結(jié)合運行的傳統(tǒng)止回閥的惡劣環(huán)境中起到止回閥的功能。盡管本申請的教導(dǎo)為了說明的目的已進行了詳細的描述，應(yīng)該理解這種細節(jié)僅用于該目的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本申請教導(dǎo)范圍的情況下在其中做出變形。權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括(comprising) ”并不排除其他部件或步驟，權(quán)利要求中使用的術(shù)語“一(a)”或“一(an)”并不排除多個。單處理器或其它單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中列舉的若干種手段的功能。
權(quán)利要求
1.一種十字頭型大型二沖程柴油機的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，包括位于排氣閥頂部用于在打開方向上移動所述排氣閥的液壓驅(qū)動器，將所述液壓驅(qū)動器連接到液壓控制閥(5)的壓力管道(10)，所述液壓控制閥( 位于所述排氣閥頂部的下方并與排氣閥頂部有一定距離，所述液壓控制閥( 具有一個以直接流體連通方式跨接所述壓力管道(10)與高壓流體源(3 的位置，從而將所述排氣閥移動到打開位置，并且所述液壓控制閥( 具有通過閥裝置00)將所述壓力管道(10)與油箱(36)跨接的另一位置，從而允許所述排氣閥關(guān)閉并保持在其底座上，其特征在于所述閥裝置00)節(jié)流到所述油箱(36)的回流并保持所述閥裝置00)上游的最小壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述閥裝置包括固定節(jié)流器01)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述閥裝置OO)包括所述固定節(jié)流器下游孔中的可移動閥構(gòu)件02)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述可移動閥構(gòu)件0 具有一側(cè)上的第一有效壓力面和其另一側(cè)上的第二有效壓力面，所述第一有效壓力面大于所述第二有效壓力面，并且所述第一有效壓力面面對布置在所述第一有效壓力面與所述節(jié)流器之間的第一壓力室(23)，所述第二有效壓力面面對第二壓力室05)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述第二有效壓力室保持在相對低的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述第一壓力室通過所述可移動閥構(gòu)件02)中的孔06)連接到所述第二壓力室05)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述第一壓力室中的壓力向所述第一壓力室與所述閥裝置的出口端(XT)相連接的位置推動所述可移動閥構(gòu)件 (22)，所述閥裝置的出口端與油箱相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述可移動閥構(gòu)件02)限定了控制邊緣以及將所述可移動閥構(gòu)件02)容納于其中的孔的邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，其中，空氣彈簧在關(guān)閉方向上推動所述排氣閥。
全文摘要
提供了一種帶有閥裝置的大型二沖程柴油機的閥驅(qū)動系統(tǒng)，其用于來自壓力管道(10)的受控回流，壓力管道(10)將排氣閥驅(qū)動器的頂部連接到放置于遠低于排氣閥頂部的汽缸外殼頂部的電液控制閥(5)。因此，當(dāng)壓力管道(10)減壓的時候，在電液控制閥(5)和壓力管道(10)之間不需要使用增壓器或分壓器就可以避免形成氣穴和隨后的穴蝕現(xiàn)象。
文檔編號F01L9/02GK102162383SQ20111004473
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者保羅·森克爾 申請人:曼柴油機歐洲股份公司曼柴油機德國分公司