專利名稱：具有改進的燃料效率的大型兩沖程柴油機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及十字頭型的大型兩沖程柴油機，具體地涉及具有一種 閥組件的大型兩沖程柴油機，該閥組件包括流體操作和電子控制的致 動器。
背景技術：
最近，通常用于大型船舶的推進系統(tǒng)或者用作發(fā)電廠中的原動機
控制的發(fā)動機。電子控制對于燃料噴射及排氣門的正時和整型提供了 改進的靈活性。燃燒過程從而能夠被更好地控制，導致更有效的燃燒 和更低的排放值，允許在所有的運行速度下進行無煙操作，減小部分
載荷的燃料消耗并降低最小運行速度。CN 1485530 (提交中國)、JP 2004 - 084670 (提交日本)、KR 2004 - 20003 (提交韓國)披露了大型 電子控制的兩沖程柴油機。在該發(fā)動機中，排氣門由液壓致動器致動， 該液壓致動器由高壓液壓流體供給動力。該致動器迫使排氣門克服空 氣彈簧的反作用力而打開。在排氣門的打開沖程中由液壓致動器傳遞 的大多數(shù)能量作為勢能儲存在空氣彈簧中。所儲存的能量與凸輪軸驅(qū) 動的發(fā)動機不同，沒有在關閉沖程中再利用，而是被浪費了，因為沒 有方法將其再利用。未利用的能量轉(zhuǎn)變成熱量與回油一起返回到液壓 系統(tǒng)油箱。用于打開大型兩沖程柴油機的排氣門的液壓能量相當大，
致動中損失掉了。
具有大致相同的閥組件的大型兩沖程發(fā)動機在WO 98/57048中公 開。然而，在WO 98/57048中，排氣門設置有連接到控制器的位置傳 感器。從位置傳感器而來的信號用于監(jiān)視排氣門的運動，并且不用于 控制排氣門的運動(沒有位置^J績或者其它形式的^Jt控制)。

發(fā)明內(nèi)容
在此基礎上，本發(fā)明的目的是提供一種開頭提到的具有改進的燃 料效率的大型兩沖程柴油機。
該目的是通過根據(jù)權利要求1提供一種具有排氣門組件的十字頭
型大型兩沖程柴油機而實現(xiàn)的，該組件包括排氣門，其能夠在關閉 位置和打開位置之間在相反的方向上移動；雙動作彈簧組件，其以可 操作的方式連接到所述排氣門，并與所述排氣門以及任何和所述排氣 門一起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，在所述排氣門 在所述關閉和打開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件 儲存能量，以在相反的方向上隨后推動所述排氣門；位置傳感器，其 提供指示所述排氣門的位置的信號；控制器，其接收來自于所述位置 傳感器的信號；和液壓裝置，用于根據(jù)來自于所述控制器的指令將所 述排氣門保持在所述關閉位置和打開位置中，由此，所述控制器配置 成指令所述液壓裝置響應來自于所述位置傳感器的信號而保持所述排 氣門。
在被所述控制器在能夠由所述控制器靈活地控制的某一點及時地 釋放后，所述排氣門及其它與其一起移動的部件主要由存儲在雙動作 彈簧組件中的勢能推動，并且大致無阻礙地從關閉位置擺動到打開位 置。當排氣門朝向打開位置減速時，用于返回沖程的能量儲存在雙動 作彈簧組件中。從而，只是由于摩擦和流動阻力而損耗的能量需要被 重新供應以保持所述排氣門移動。與CN 1485530(提交中國)、JP2004 - 084670 (提交日本)、KR 2004 - 20003 (提交韓國)所披露的閥組件 相比較，這更顯著地節(jié)省了能量。借助來自于位置傳感器的信號，排 氣門能夠由液壓裝置停止，用于在控制器的指令下將所述排氣門精確 地保持在所需位置，從而提高所述排氣門的平移運動的精度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有改進的燃料效率的十字頭型大 型兩沖程柴油機。
該目的是通過根據(jù)權利要求16提供一種具有排氣門組件的十字頭 型大型兩沖程柴油機而實現(xiàn)的，該組件包括排氣門，其能夠在關閉 位置和打開位置之間移動；雙動作彈簧組件，其以可操作的方式連接
到所述排氣門，并與所述排氣門以及任何和所述排氣門一起運動的其
它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)；在所述排氣門在所述關閉和打 開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件儲存能量，以在 相反的方向上隨后推動所述排氣門；位置傳感器，其提供指示所述排 氣門的位置的信號；控制器，其接收來自于所述位置傳感器的信號， 并配置為根據(jù)來自于所述位置傳感器的信號而確定待增加到所述排氣 門以補償在所述組件中能量的消耗的額外能量的大??；用于將所述排 氣門保持在關閉位置和打開位置的裝置；用于釋放被保持在關閉位置 中的排氣門的裝置，以允許所述雙動作彈簧組件朝向打開位置推動所
述排氣門；用于釋放,皮保持在打開位置中的排氣門的裝置，以允許所 述雙動作彈簧組件朝向關閉位置推動所述排氣門；和液壓裝置，用于
根據(jù)來自于所述控制器的指令將確定量的額外能量供應到所述排氣 門，以補償在所述組件中能量的消耗。
液壓裝置允許以有效和靈活的方式供應額外能量，該方式能夠才艮 據(jù)情況一一例如改變的發(fā)動機的運行狀況一一而改變?？刂破骺膳渲?成使用來自于位置傳感器的信號和可選的其它參數(shù)，以確定待供給到 所述系統(tǒng)的額外能量的所需大小，并配置成指令所述液壓裝置，用于 供應額外能量以遞送確定量的液壓能量。
控制器還可配置成指令液壓裝置，用于供應額外能量，以提供初 始量的能量，其可由控制器根據(jù)發(fā)動機的運行參數(shù)來預先確定或確定。
控制器可被配置成通過指令所述液壓裝置供應額外能量以傳遞一 定量的額外能量、或者通過指令所述液壓裝置保持以使所述排氣門減 速而校正排氣門的實際速度和預期速度之間的偏差。
控制器可配置為使用來自于所述位置傳感器的信號和可選的其它 參數(shù)，以確定所述排氣門可能超程或者過快地接近閥座，并被配置成 指令所述液壓裝置保持，以在所述排氣門超程或者以過大速度撞上閥 座之前使所述排氣門減速。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種具有改進的燃料效率的十字頭型大 型兩沖程柴油機。
該目的是通過根據(jù)權利要求26用于十字頭型大型兩沖程柴油機的 排氣門組件而實現(xiàn)的，該柴油機在其標稱的最大連續(xù)額定功率時具有
預定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速Rm (單位為轉(zhuǎn)每分鐘)，該組件包括排氣門，其 能夠在關閉位置和打開位置之間移動；雙動作彈簧組件，其以可操作 的方式連接到所述排氣門，并與所述排氣門以及任何和所述排氣門一 起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，在所述排氣門在所 迷關閉和打開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件儲存 能量，以在相反的方向上隨后推動所述排氣門；用于將所述排氣門保 持在關閉位置和打開位置的裝置；用于釋放,皮保持在關閉位置中的排 氣門的裝置，以允許雙動作彈簧朝向打開位置推動所述排氣門；用于 釋放被保持在打開位置中的排氣門的裝置，以允許雙動作彈簧朝向關 閉位置推動所述排氣門；液壓裝置，用于將額外能量供應到所述排氣 門以補償在所述組件中的能量消耗，其中所述雙動作彈簧組件40包括 雙動作空氣活塞41 ，該空氣活塞以可l^作的方式連接到所述排氣門11 ， 所述質(zhì)量彈簧系統(tǒng)具有位于1至64倍Rm的范圍內(nèi)的特征頻率。
特征頻率確定了所述排氣門將從一個極限位置移動到另一個極限 位置的速度和加速度。當特征頻率位于1至64倍Rm時，氣門將快速 地打開和關閉，足以充分且及時地排出燃燒室中的廢氣。
雙動作彈簧組件可使用壓縮的氣體介質(zhì)，以將所述排氣門以及與 其一起運動的任何部件的動能轉(zhuǎn)變成勢能。特征頻率能夠受到雙動作 彈簧組件中氣體介質(zhì)的底壓的影響。可通過改變底壓而調(diào)節(jié)特征頻率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有改進的燃料效率的十字頭型大 型兩沖程柴油機。
該目的是通過提供一種根據(jù)權利要求30的十字頭型大型兩沖程柴 油機而實現(xiàn)的，該柴油機具有發(fā)動機轉(zhuǎn)速R(單位為轉(zhuǎn)每分鐘)，該柴 油機具有排氣門組件，該排氣門組件包括排氣門，其能夠在關閉位 置和打開位置之間移動；雙動作彈簧組件，其以可^Mt的方式連接到 所述排氣門，并與所述排氣門以及任何和所述排氣門一起運動的其它 部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，在所述排氣門在所述關閉和打開 位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件儲存能量，以在相 反的方向上隨后推動所述排氣門；用于將所述排氣門保持在關閉位置 和打開位置的裝置；用于釋放被保持在關閉位置中的排氣門的裝置， 以允許雙動作彈簧朝向打開位置推動所述排氣門；用于釋放被保持在 打開位置中的排氣門的裝置，以允許雙動作彈簧朝向關閉位置推動所
述排氣門；液壓裝置，用于將額外能量供應到所述排氣門以補償在所 述組件中的能量消耗，所述雙動作彈簧組件的類型為其中氣體介質(zhì) 從底壓被壓縮到更高的壓力以儲存能量，并且所述氣體介質(zhì)從更高的 壓力膨脹到所述底壓，以推動所述排氣門；控制器，其配置成確定用 于所述質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的特征頻率的預期值，并配置成相應地控制/調(diào)節(jié) 所述雙動作彈簧組件中氣體介質(zhì)的底壓。
控制器能夠根據(jù)運行狀況以合適的等級調(diào)節(jié)特征頻率。在低運行 速度時，能夠降低特征頻率，以減小機械的和液壓系統(tǒng)上的載荷，并 減小在所述排氣門組件中消耗掉的能量的大小。
控制器能夠確定作為實際發(fā)動機速度的函數(shù)的期望特征頻率?？?制器還可在實際發(fā)動機速度R的2至10倍的范圍內(nèi)確定期望的特征頻率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用更少液壓能量并具有改進的構(gòu) 造的十字頭型大型兩沖程柴油機。
該目的是根據(jù)權利要求39通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油 機而實現(xiàn)的，該柴油機具有排氣門組件，該排氣門組件包括閥殼體； 排氣門11，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；雙動作彈簧組件， 其包括安裝在所述排氣門的桿上的活塞，并與所述排氣門以及任何和 所述排氣門一起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，所述 活塞和所述排氣門的桿之間的連接由單一接頭形成。
通過使用單一接頭，將彈簧活塞安裝到閥軸的過程的復雜程度得 以筒化，并且閥組件的建造高度能夠保持為很低。
優(yōu)選地，彈簧活塞由兩個相對地設置的楔形物緊固到所述閥桿。 該楔形物可以由楔形圏或楔形襯套形成。
排氣門組件可包括凸緣，所述凸緣設置為在所述閥桿之上面向所 述彈簧活塞。
其中一個楔形圏可以容納在設置在所述彈簧活塞中的錐形的夾頭 孔中，另一楔形圏可容納在設置在所述凸緣中的錐形的夾頭孔中，所 述凸緣能夠緊固到所述彈簧活塞，因此相對設置的楔形物可以被驅(qū)動 到其相應的夾頭孔中并靠住所述閥桿的外周徑向地緊固，從而將所述
彈簧活塞和所述楔形襯套緊固到所述閥桿。
凸緣可由通過凸緣裝配的張緊螺栓緊固到所述彈簧活塞。
在關閉方向驅(qū)動所述排氣門的液壓活塞氣缸裝置的液壓活塞能夠 是繞著所述排氣門的桿設置的環(huán)形活塞。
環(huán)形活塞能夠由連接到彈簧活塞的套筒形成。該套筒可朝向闊頭 并且與所述彈簧活塞形成為 一體。
用于控制液壓流體在液壓活塞-氣缸組件中來回流動的液壓閥體 可直接附連到閥殼體上。
排氣門組件可還包括位置傳感器，該位置傳感器包括由鐵磁材料
形成的錐形套筒。錐形套筒可以是襯套(busing)的整體部件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用更少液壓能量并具有改進的安 全方面的十字頭型大型兩沖程柴油機。
該目的是根據(jù)權利要求57通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油 機而實現(xiàn)的，該柴油機具有排氣門組件，該排氣門組件包括排氣門， 其能夠在關閉位置和打開位置之間在相反的方向上移動；雙動作彈簧 組件，其以可操作的方式連接到所述排氣門，并與所述排氣門以及任 何和所述排氣門一起運動的其它部件一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，所述雙 動作彈簧組件包括兩個彈簧室，用于在所述排氣門在所述關閉和打開 位置之間來回移動的過程中儲存能量，以在相反的方向上隨后推動所 述排氣門；液壓裝置，用于根據(jù)來自于所述控制器的指令保持所述排
氣門；用于排空彈簧室的裝置，當';^壓力消失或下降到預定閾值之
下時，所述彈簧室在打開方向上驅(qū)動所述排氣門，從而在液壓壓力消 失或下降到預定閾值之下時，所述排氣門將會自動地位于關閉位置。
用于排空的裝置可包括減壓閥，該減壓閥由彈性裝置朝向打開位 置驅(qū)動，并由液壓活塞朝向關閉位置驅(qū)動，從而當液壓壓力消失或下 降到預定閾值之下時，所述彈性裝置將會驅(qū)動所述減壓閥到打開位置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有改進的排氣門組件的大型兩沖 程柴油機。該目的是根據(jù)權利要求59通過提供一種十字頭型大型兩沖 程柴油機而實現(xiàn)的，該柴油機具有排氣門組件，該排氣門組件包括 排氣門，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；雙動作彈簧組件，
其以可操作的方式連接到所述排氣門，并與所述排氣門以及任何和所 述排氣門ll一起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，在所 述排氣門在所述關閉和打開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作 彈簧組件在兩個相反動作彈簧室中儲存能量，以在相反的方向上隨后
推動所述排氣門；用于將所述排氣門保持在關閉位置和打開位置的裝 置；用于釋放被保持在關閉位置中的排氣門的裝置，以允許所述雙動 作彈簧組件朝向打開位置推動所述排氣門；用于釋放被保持在打開位 置中的排氣門的裝置，以允許所述雙動作彈簧組件朝向關閉位置推動 所述排氣門；液壓裝置，用于將額外能量供應到所述排氣門，以補償 在所述組件中消耗的能量；所述雙動作彈簧組件被配置成與當所述排 氣門在打開位置時在打開方向上驅(qū)動所述排氣門的所述彈簧室相比， 在當所述排氣門在排氣門的關閉位置時在打開方向上驅(qū)動所述排氣門 的所述彈簧室中儲存更大量的能量。
通過確保與在關閉方向上驅(qū)動第八個這種閥的彈簧室相比，在打 開方向上驅(qū)動排氣門的彈簧室儲存更大的能量，對于克服排氣門的打 開沖程期間燃燒室中的氣體壓力所必需的額外的力提供補償。從而，
能夠用于打開沖程的儲存的能量的大小以及能夠用于關閉沖程的儲存 的能量的大小能夠配置成非常適合實際需要，從而使得需要由液壓裝 置增加到排氣門的額外能量的大小最小，并且使得排氣門在其任一沖 程期間被提供以太大能量的危險最小，從而減小在排氣門的各個沖程 末期緩沖排氣門的需要。如果沒有這個措施，在打開沖程期間提供的 額外能量將會明顯大于在關閉沖程期間提供的額外能量的大小。
優(yōu)選地，雙動作彈簧組件包括設置在氣缸內(nèi)的活塞，壓力室設置 在活塞的任一側(cè)。
雙動作彈簧組件可以是這樣一種類型，其中氣體介質(zhì)從底壓壓縮 到更高的壓力以儲存能量，并且氣體介質(zhì)從更高壓力膨脹到底壓，以 驅(qū)動排氣門，其中在打開方向上驅(qū)動排氣門的彈簧室上的底壓高于在 關閉方向上驅(qū)動排氣門的彈簧室中的底壓。
優(yōu)選地，大型兩沖程柴油機包括控制器，該控制器配置成才艮據(jù)發(fā) 動機的運行狀況和/或根據(jù)測量位置和/或排氣門速率來確定兩個彈簧 室之間的底壓的所需差值。
能夠用于排氣門的打開沖程和關閉沖程的能量的差值還可通過使 得彈簧活塞一側(cè)上的有效面積與彈簧活塞另 一側(cè)上的有效面積不同而獲得。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種具有改進的電氣控制排氣門致動系
統(tǒng)的大型兩沖程柴油機。該目的是根據(jù)權利要求70通過提供一種十字 頭型大型兩沖程柴油機而實現(xiàn)的，該柴油機具有排氣門組件，該排氣 門組件包括排氣門，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；雙動 作彈簧組件，其以可操作的方式連接到所述排氣門，并與所述排氣門 以及任何和所述排氣門一起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧 系統(tǒng)，在所述排氣門在所述關閉和打開位置之間來回移動的過程中， 所述雙動作彈簧組件在兩個相反動作彈簧室中儲存能量，以在相反的 方向上隨后推動所述排氣門；液壓活塞和氣缸裝置，用于將所述排氣 門保持在關閉位置和打開位置中，并用于將額外能量提供給所述排氣 門，以補償該組件中的能量損耗，該液壓活塞和氣釭裝置包括一個或 多個壓力室，所述壓力室經(jīng)由一個或多個主動控制的閥構(gòu)件與高壓流 體源和低壓排出口相連通。
從詳細的說明書，根據(jù)本發(fā)明的大型兩沖程柴油機的其它目的、 特征、優(yōu)點和特性將變得很明顯。


在本說明書的下面的詳細部分，將參照附圖中示出的示例性實施 方式更詳細地解釋本發(fā)明，其中
圖1示出兩沖程十字頭發(fā)動機的具有氣缸蓋的氣缸的輪廓的前視
圖1A示出大型兩沖程柴油機的布置圖2示出圖1中示出的氣缸的輪廓的橫截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的主要特征的示意圖4是與本發(fā)明一起使用的控制閥的實施方式的橫截面視圖5是與本發(fā)明一起使用的控制閥的另一實施方式的橫截面視圖6是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的實施方式的示意圖6a是示出圖6的排氣門組件的氣門的打開和關閉正時的圖7是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的示意圖8是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的示意圖9是與本發(fā)明一起使用的控制閥的另一實施方式的橫截面視圖IO是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的實施方式的系統(tǒng)圖11是示出控制閥的位置相對于排氣門的運動的運行圖12是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的示意圖13是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的示意圖14是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的實施方式的橫截面圖15是圖14的細節(jié)；
圖16是具有突出細節(jié)的圖14的截面圖17是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的橫截面圖18是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的橫截面圖；以
及
圖19是根據(jù)本發(fā)明的排氣門組件的另一實施方式的橫截面圖。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機1。該發(fā)動機是低速兩沖程十字頭型 柴油機，其可以是輪船上的推進發(fā)動機或發(fā)電廠中的原動機。這些發(fā) 動機典型地具有6至12個直列氣釭。發(fā)動M底板2向上建造，底板 具有用于曲軸3的主軸承。根據(jù)可用的制造設備而將底板分成具有合 適尺寸的部分。焊接設計的A形曲軸箱架4安裝在底板上。氣缸座5 安裝在曲軸箱架4的頂部上。拉緊螺栓(未示出)將底板連接到氣缸 座，并將該結(jié)構(gòu)保持在一起。氣缸6由氣釭座5支承。排氣門組件18 安裝在每個氣缸6的頂部上。氣釭座5還承載排氣收集器17、渦輪增 壓器10和掃氣收集器9。
圖1A示出用于發(fā)動機動力和速度的布置圖。圖中包括四個布置點
Ll、 L2、 L3和L4。 Ll代表在100%的發(fā)動機功率和100%的發(fā)動機 速度Rm處的額定最大連續(xù)功率(額定MCR)。大型兩沖程柴油機的 100%發(fā)動機速度(Rm )典型地位于76(對于最大型的具有高達1080mm 的氣缸孔)到250rpm (對于較小型的具有低至260mm的孔)的范圍 內(nèi)。發(fā)動機功率范圍從100.000kw (對于最大型)到1600kw (對于較 小型)。L2代表在最大發(fā)動機速度處的最小發(fā)動機功率，L3代表在最 小發(fā)動tel度處的最大發(fā)動機功率，L4代表最小發(fā)動機速度處的最小 發(fā)動功率。
圖2示出內(nèi)燃機的氣釭6的進一步細節(jié)。氣缸6是單向流動類型 并具有設置在空氣箱8中的掃氣口 7，其從掃氣收集器9供以由渦輪 增壓器10 (圖1)增壓的掃氣。未示出的十字頭經(jīng)由未示出的曲柄將 活塞桿14與曲軸3連接(圖1 )。
排氣門11在氣缸頂部居中地安裝在氣釭蓋12上。在膨脹沖程末 期，排氣門11在發(fā)動機活塞13向下經(jīng)過廢氣口 7之前打開，由此， 燃燒室15中在活塞13上的燃燒氣體通過打開到排氣收集器17的排氣 通道16流出，并且燃燒室15中的壓力釋放。排氣門11在活塞13向 上運動期間在可調(diào)節(jié)的時刻再次關閉，該時刻可以例如取決于隨后燃 燒所需的有效壓縮比?？紤]到氣門11的耐久性以及燃燒室中狀況的有 利的和精確的控制乃至發(fā)動機的效率，排氣門ll可以有利地非常精確 地控制。
借助排氣門組件18而打開和關閉排氣門11，排氣門組件18包括 空氣彈簧和液壓活塞氣缸組件。閥體直接安裝到排氣門組件18的殼體
上。閥體包括控制閥60，控制閥60根據(jù)經(jīng)由線30的控制計算機27 的指令控制進出排氣門組件的M流體的流動。控制計算機27經(jīng)由線 28接收反饋和其它信號。通過將閥體上的入口連接到由控制臺23支 撐的分配箱22的上表面上的出口的壓力管道21向閥體供應高壓液壓 流體?；亓鞴艿?0將閥體的出口連接到分配箱22的上表面上的回流
口。分配箱22連接到高壓、;^流體源和罐(圖2中未示出)。
每個氣釭6設置有由環(huán)形管道(未示出)連接的兩個或三個噴射 器24 (僅示出一個)。燃料從分配箱22通過供給管道25提供到噴射 器24。噴射器24通過回流管道19連接到分配箱22上的回流口 。圖3 ^!根據(jù)本發(fā)明實施方式的排氣門組件18的示意圖。排氣門11 能夠在關閉位置和打開位置之間移動，在關閉位置時，閥頭31抵靠住 閥座32。排氣門11的打開程度能夠根據(jù)例如運行狀況而變化。雙動作 空氣彈簧40通過彈簧活塞41以可^Mt的方式連接到"^氣門，彈簧活 塞固定到閥桿33。雙動作空氣彈簧40包括兩個彈簧室42和43。彈簧 室42在排氣門朝向關閉位置移動時被壓縮，而彈簧室43在排氣門11 朝向打開位置移動時被壓縮。彈簧室42和43用作勢能蓄力器。當彈 簧室42 ^JE縮時，存儲在其內(nèi)的勢能能夠在打開方向上驅(qū)動排氣門 11。當彈簧室43壓縮時，存儲在其內(nèi)的能量能夠在關閉方向上驅(qū)動排 氣門11。當排氣門11大致在關閉和打開位置中間時，如圖3所示，兩 個彈簧室42和43中的壓力大致相等，并且雙動作彈簧40在此位置不 向排氣門11有效地施加任何力?？諝鈴椈?0能夠替^R地由兩個具有 其各自的彈性活塞的單獨的氣缸形成(未示出)。
空氣彈簧40與排氣門11的質(zhì)量以及例如彈簧活塞41等與排氣門 11 一起運動的任何部件的質(zhì)量一起形成一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，該質(zhì)量彈 簧系統(tǒng)能夠一旦設定為運動就能夠主要使用在雙動作氣體彈簧40的 彈簧室42和43中儲存和釋放的能量而在關閉位置和打開位置之間振 動。排氣門11和與其一起運動的任何其它部件的動能被轉(zhuǎn)換成氣體彈 簧40的彈簧室中的勢能，反之亦然。只有由于摩擦和粘性耗散而引起 的能量損失需要補償，以保持排氣門11在關閉位置和打開位置之間振 動，即避免該振動運動衰減。
雙動作液壓缸50也連接到閥桿33。液壓缸50包括固定到閥桿33 的雙動作活塞51。雙動作活塞51將液壓缸分成壓力室52和壓力室53。 替代地，排氣門11能夠連接到兩個單獨的液壓缸，而不是一個雙動作 氣釭(如下所述)。
壓力室52經(jīng)由管道66連接到控制閥60的口 A。壓力室53經(jīng)由 管道67連接到控制閥60的口 B?？刂崎y60經(jīng)由口 P連接到高壓M 流體源，例如發(fā)動機的共用液壓管線(未示出)或者高壓泵或泵站(未 示出)。控制閥60經(jīng)由口 T和包括單向閥72的管道71連接到液壓流 體池或罐73。
當壓力室52被加壓時，其在打開方向上驅(qū)動排氣門11,而壓力室 53在4皮加壓時，其在關閉方向上驅(qū)動排氣門11。壓力室52和53的加 壓由控制閥60根據(jù)來自控制計算機27的指令而控制(圖2)。在下面 將更詳細地描述其確切的操作。原則上，只有由于粘性耗散以及由于 摩擦所損失的能量需要經(jīng)由雙動作液壓缸50提供，以保持排氣門11 的振動運動。
為了在十字頭型的大型兩沖程柴油機中使用，排氣門ll必須在發(fā) 動機循環(huán)的 一部分期間保持關閉并且在發(fā)動機循環(huán)的另 一部分期間保 持打開，即排氣門11不能被允許在打開和關閉位置之間自由地振動。 排氣門11的振動運動能夠在正弦波的頂部或底部停止，即在關閉位置 和打開位置停止，并且保持在那兒而不會有明顯的能量損失。當排氣 門11稍后辨，放時，相應的彈簧室42和43中的勢能將轉(zhuǎn)換成排氣門11 的動能，并且振動運動將持續(xù)。盡管有停止，排氣門ll的振動運動能 夠由確定排氣門11的速度分布圖的特征頻率表征。
必須確保排氣門11從打開位置到關閉位置移動以l良向的運動足 夠快。在具有可變特征頻率的系統(tǒng)中，需要質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的特征頻率 (單位為Hz)在任何時間至少等于實際曲軸速度R (單位為轉(zhuǎn)每分鐘 RPM)的2倍到10倍。如果質(zhì)量彈簧系統(tǒng)以固定的特征頻率運行， 該固定的特征頻率必須至少等于在發(fā)動機的標稱最大連續(xù)功率時的曲 軸速度Rm (單位為轉(zhuǎn)每分鐘RPM )，并且優(yōu)選地在Rm的2到60倍的 范圍內(nèi)。
排氣門11的振動運動在兩個極限位置由雙動作液壓缸50停止。 在圖3中，控制閥60借助6位置4路閥的例子來解釋。同樣液壓連接 還能夠由其它閥裝置獲得，以獲得能夠向排氣門11的振動運動提供額 外能量并在關閉位置和打開位置停止排氣門11的液壓控制系統(tǒng)。
液壓控制閥60運行，以有利于控制排氣門11的樣式產(chǎn)生并終止 口 A、 B、 P和T之間的連接。這些樣式在圖3中通過將液壓控制系統(tǒng) 的模式列出而表示
模式1: 口 A連接到口 T并且口 P連接到口 B。在此模式中，加 壓流體被引導到壓力室53，而壓力室52連接到罐或排出管。該模式 用于將排氣門停止在關閉位置，并且存儲在彈簧室42中的勢能不釋 放。該模式還能夠用于強迫關閉排氣門11,并用于在關閉沖程期間向 排氣門11提供額外能量。
模式2: 口 P連接到口 A并且口 B連接到口 T。在此模式中，加 壓流體被引導到壓力室52，而壓力室53連接到罐或排出管。該模式 能夠用于強迫打開排氣門ll(若需要)，并用于在打開沖程期間向排氣 門提供額外能量。
模式3: 口 A和B都連接到口 T。壓力室52和53彼此連接并連 接到罐。這將允許流體從壓力室52流到壓力室53，反之亦然。單向 閥72支持這種效果。該模式用于允許排氣門11由彈簧室42中的勢能 驅(qū)動而從關閉位置自由地移動到打開位置，并且由彈簧室43中的勢能 驅(qū)動而從打開位置自由地移動到關閉位置。在此模式中，排氣門的運 動基本上不受雙動作液壓缸的阻礙并且不受其支持，并且在此模式中 排氣門11將大致上作為自由振動的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)運行。
模式4a:所有的口都關閉，從而M流體被截留在兩個壓力室52 和53中并且阻止雙動作液壓活塞51的運動。
模式4b: 口A和T關閉?？赑連接到口B。壓力室52中的液壓 流體被截留，而壓力室53中將保持高壓。
才莫式4c: 口B和T關閉?？赑連接到口A。壓力室53中的液壓 流體#皮截留，而壓力室52中將保持高壓。
當模式4a、 4b或4c生效時，排氣門ll的運動將停止。在特定的 設計中，只有4a、 4b和4c其中一個模式是必需的。該模式用于將排 氣門ll停止在打開位置或者其它任何所需點。使用哪個模式，取決于 液壓系統(tǒng)的配置。
控制閥60優(yōu)選地為比例閥，使得各個模式之間的過渡能夠平滑， 很少有節(jié)流，從而使得系統(tǒng)中由于質(zhì)量的突變和流體錘效應產(chǎn)生的壓 力峰值最小。由于高加速力產(chǎn)生的機喊栽荷從而也得以減小。
圖4更詳細地示出了控制閥60的實施方式。在此實施方式中，控 制閥60是滑閥，具有由圖4右側(cè)的閥的表示符示出的內(nèi)部連接。控制 閥包括其中設置有主岡芯62的殼體61、電氣驅(qū)動的導閥63、電子穩(wěn) 壓器64和線性位置傳感器65。穩(wěn)壓器64接收來自于控制計算機27 的指令以及來自于直線位置傳感器的反饋閥芯位置信號。穩(wěn)壓器64以 公知的閉環(huán)方式控制閥芯62的位置。 圖5示出控制閥60的替代實施方式，其中口A和B互換。該閥 的所有其它特征與圖4中示出的實施方式相同，該閥具有與圖4的控 制閥相同的表示符。
如圖3所示，液壓控制系統(tǒng)能夠包括單個液壓閥，或者能夠由一 個或多個液壓閥的組合形式形成，可能由一個或多個單向閥組合而成。
這種替代實施方式的例子是圖6中示出的兩位置三路閥60A和具 有位置反饋的比例三位置三路閥60B。比例三路閥60B由控制器27控 制以平滑地打開和關閉，從而避免由于液壓流體中突然的壓力變化而 產(chǎn)生的"7jc錘"和其它損害。根據(jù)該實施方式的系統(tǒng)不具有運行模式 4b和4b。其能夠?qū)⑴艢忾T保持在模式4c中的位置。三路閥60A能夠 是比例閥，但是對于此閥而言，液體沖擊效應不太重要，從而可以配 置開/關型閥。然而，在該實施方式以及在其它實施方式中，控制流體 流入和流出壓力室52和53的閥構(gòu)件是主動部件，例如伺服閥，因為 用于最優(yōu)控制所需的精度和速度難以由被動部件獲得。
在運行中低壓源75在任何時刻都保持系統(tǒng)充滿。
圖6b示出一個發(fā)動機簿環(huán)中閥60A和60B的打開和關閉正時以 及因之而產(chǎn)生的排氣門運動分布圖。在循環(huán)開始時，比例閥60B處于 將壓力室53連接到高壓源的位置，而伺服閥60A處于將壓力室52連 接到罐73的位置。從而，液壓活塞裝置50在關閉方向上向排氣門11 施加力，從而將排氣門保持在關閉位置，而不管驅(qū)動排氣門ll在打開 方向上運動的彈簧室42中的壓力如何。在排氣門11需要被打開的排 氣門循環(huán)的時間點，控制器27向比例閥60B發(fā)送信號以使其移動到壓 力室53與罐73連接的位置，并且同時控制器27向伺服閥60A發(fā)送信 號使其移動到壓力室52與高壓源連接的位置。從而，排氣門11由液 壓活塞裝置50和雙動作彈簧裝置二者驅(qū)動而在打開方向上運動。'M 活塞裝置50的幫助保證排氣門11能夠克服燃燒室中在關閉方向上驅(qū) 動排氣門的壓力并且在打開方向上快速加速。當排氣門11已經(jīng)移動到 打開位置的大約2/3時，控制器向伺服閥60A發(fā)送信號使其移動一段 較短時間，到達其將壓力室52連接到罐73的位置。從而，兩個壓力 室都連接到罐73,并且彈簧室43中壓力升高，并確保排氣門朝向排 氣門11的打開位置平滑地減速。當排氣門到達其打開位置時，控制器 向伺服閥60A發(fā)送信號使其移動到其將壓力室52與高壓流體源連接的
位置，并且控制器同時向比例閥60B發(fā)送信號使其移動到其關閉壓力 室53的位置(在比例閥60B的該位置，不可能有流體進出壓力室53)。 從而，排氣門11 ,皮保持在其打開位置，壓力室52驅(qū)動排氣門在打開 方向上的移動由關閉的壓力室53所阻止。從而，排氣門被保持在打開 位置，抵抗彈簧室43中在關閉方向上驅(qū)動排氣門11的壓力。當發(fā)動 機循環(huán)已經(jīng)前進到排氣門11需要被關閉的時刻時，控制器向伺服閥 60A發(fā)送信號使其移動到壓力室52與罐73連接的位置，并且同時向 比例閥60發(fā)送信號使其稍微移動到比例閥完全打開并將壓力室53與 高壓流體源連接的位置。壓力室53中這個短的高壓動力脈沖確保排氣 門將在其關閉運動中在壓力室53和彈簧室43的力的作用下快速加速。 伺服閥60B僅保持打開一段非常短的時間。當排氣門11接近閥座32 時，控制器27指令比例閥60B改變到其僅部分打開的位置，使得從高 壓流體源到壓力室53的流動被節(jié)流。這確保排氣門11的頭部31柔和 地抵達閥座32。 一旦排氣門11已經(jīng)抵達其閥座32，控制器向比例閥 60B發(fā)送信號使其移動到其完全打開的位置，使得排氣門穩(wěn)固地保持 在其閥座上，并且系統(tǒng)準備好新的發(fā)動機循環(huán)。伺服閥60A和60B的 打開和關閉的正時以及比例閥60B打開的程度由控制器根據(jù)來自于檢 測排氣門的位置/速度的傳感器(圖6中未示出)的位置/速度信號而確 定?？刂破髋渲贸筛鶕?jù)位置/速度信號通過將排氣門的實際位置/速度與 預定的期望值相比較而確定，或者根據(jù)數(shù)學模型模擬排氣門的物理特 性確定，即控制器計算獲得排氣門的期望速度分布圖所需的額外能量 的大小。
圖7示出具有與圖4和5的實施方式相比較為不復雜的閥芯構(gòu)造 的液壓系統(tǒng)的替代實施方式。才艮據(jù)該實施方式的控制閥60是5位置4 路滑閥，其與單向閥68和69組合。
圖8示出'^a控制閥和系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施方式，其基本上與圖7 的實施方式相同，然而，單向閥68和69被結(jié)合到該滑閥中。
圖9示出圖8實施方式的控制閥60的機械輪廓及其表示符。使用 圖8和圖9的控制閥60的整個系統(tǒng)在圖10中示出。供給管道91分支 成壓力管道92和93，以將來自高壓空氣源的高壓空氣供應到彈簧室 42和43。供應管道91中的壓力保持為典型地位于3至10巴范圍內(nèi)的 底壓。支路92導向彈簧室42并包括單向閥94和減壓閥95。支路93
導向彈簧室43并包括單向閥96和減壓閥97。單向閥94和96允許相 應的彈簧室42和43以底壓供應額外空氣，以補償運行期間從彈簧室 42和43泄漏的任何空氣。減壓閥95和97允許彈簧室42和43在彈簧 室中的壓力超過預定閾值時排氣。
位置傳感器55檢測排氣門11的位置。在優(yōu)選實施方式中，位置 傳感器55是渦電流類型的傳感器，其包括與岡桿33協(xié)調(diào)地運動的鐵 磁材料的錐形元件56和固定到排氣門組件18的殼體的靜止的拾取元 件57。其它傳感器類型能夠替代地^f吏用，例如包括線性可變差動變壓 器的傳感器或包括磁致伸縮棒的傳感器。位置傳感器55的信號經(jīng)由線 28傳遞到控制計算機27 (控制器)。
在該實施方式中，沖程阻尼器58和59的兩個可選液壓端部包括 在液壓缸50中。當排氣門ll在打開沖程中超程時，沖程阻尼器59的 端部防止排氣門損壞。當閥頭31以過大的速度抵達閥座32時，沖程 阻尼器58的端部防止排氣門11損壞。沖程阻尼器58的端部能夠是自 我調(diào)節(jié)的類型。
控制計算機27經(jīng)由線30向控制岡60提供電氣控制信號。液壓控 制系統(tǒng)與圖8的控制系統(tǒng)相同，然而，添加了空氣^^故閥82和孔83。 空氣釋放閥82用于從、M系統(tǒng)中除去空氣，而孔82允許'^Ui控制系 統(tǒng)中的油更新，以避免過熱或其它破壞情況。
運行
參照圖11更詳細地描述排氣門組件18的運行。在圖11的線圖中， 繪出排氣門11的位置和控制閥60的位置在排氣門11的一個打開和關 閉運動中隨時間的曲線，這個打開和關閉運動在曲軸3的每次轉(zhuǎn)動中 出現(xiàn)一次。在線圖的開始處，液壓控制閥60由控制計算機27保持在 位置"1"并且排氣門11由雙動作液壓缸50驅(qū)動而停留在關閉位置。 當?shù)綍r間打開排氣門11時，控制計算機27根據(jù)曲軸的實際角位置、 曲軸轉(zhuǎn)動速度(提供這些信號的傳感器未示出)并且可能還根據(jù)例如 環(huán)境壓力和溫度等其它參數(shù)做出判斷，并依賴于操作員選擇的發(fā)動機 程序(燃料經(jīng)濟程序、低排放程序等)。然后，控制計算機27指令控 制閥60移動到位置"5"，從而將加壓油傳送到壓力室52，并將壓力 室53連接到罐。從而雙動作液壓活塞50在打開方向上驅(qū)動排氣門11,
以給出長度"a"的動力脈沖。動力脈沖的長度由控制計算機27根據(jù) 包括曲軸角位置和轉(zhuǎn)動速度以及排氣門心軸33的位置和速度的反饋 信號來確定。還可測量液壓供應管線中的壓力，并將其用于微調(diào)動力 脈沖的長度"a"?？刂朴嬎銠C27根據(jù)這些反饋信號計算動力脈沖長度， 以使其不長于克服燃燒室中壓在心軸上的加壓排出氣體的打開力所必 需的長度。長度"a"從而能夠適于發(fā)動機的載荷，以僅使用所需的加 壓M流體的量，從而使得能量消耗最小例如，在低栽荷，脈沖"a" 可能不需要空氣彈簧40的力就足以打開朝夂氣門11。
當執(zhí)行動力脈沖時，控制計算機27指令控制閥60位于位置"4"， 從而使得質(zhì)量彈簧系統(tǒng)無阻礙地朝向打開位置運動。
在排氣門11的打開沖程期間，能夠可選地增加額外的具有長度"b，， 的動力脈沖。然而，這是可選的，并且僅在控制計算機27根據(jù)反饋信 號確定打開斜坡不足以陡峭得將排氣門ll打開到所需的打開高度才執(zhí) 行。該可選的動力脈沖能夠有利于排氣門11的整體性能，使其能量消 耗最小。在可選的脈沖"b"后，排氣門質(zhì)量彈簧系統(tǒng)返回到無阻礙的 運動狀態(tài)，控制閥由控制計算機指令而位于位置4。
當排氣門ll將要到達完全打開位置時，其速度將減小，因為排氣 門以及與其一起運動的質(zhì)量的動能轉(zhuǎn)換成彈簧室43中的勢能。具有長 度"a，，和"b"的動力脈沖校正與理想升起高度之間的任何偏差。
當來自于位置和速度傳感器55的信號指示排氣門11已經(jīng)到達其 完全打開位置時，控制計算機27指令控制閥60位于位置"3"，從而 防止排氣門11開始其返回沖程。當控制計算機27檢測到排氣門11可 能超程時，控制閥60輕柔地一一即很少有節(jié)流地一一移動到位置"3"， 以避免液壓系統(tǒng)中的沖擊波。
控制計算機27根據(jù)曲軸角位置和轉(zhuǎn)動速度、其它^:并且才艮據(jù)發(fā) 動機操作員選擇的程序來確定何時關閉排氣門11。在此時刻，控制計 算機27及時指令控制閥位于位置2，并且儲存在彈簧室43中的勢能 向關閉位置驅(qū)動排氣門11。
就在排氣門到達完全關閉位置之前，控制計算機指令控制閥60位 于位置"1"，向排氣門ll給出一個關閉脈沖。根據(jù)控制計算機的輸入， 關閉脈沖將構(gòu)型為以所需的關閉速度關閉排氣門11。在此實施方式中，
沖程阻尼器58的液壓端部確保閥頭31輕柔地抵達閥座32。
當排氣門11已經(jīng)到達關閉位置時，控制計算機27指令控制閥60 位于位置"1"，以保持排氣門ll關閉，并且結(jié)束該循環(huán)。
圖12示出排氣門組件18的另一優(yōu)選實施方式。該實施方式與圖9 和10的實施方式主要不同在于，質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的特征頻率能夠變化。
至此，彈簧室42和43中的底壓調(diào)節(jié)到與所需的特征頻率相對應 的等級?？刂朴嬎銠C27根據(jù)曲軸3的轉(zhuǎn)動速度并且可選地還才艮據(jù)例如 操作員選擇的運行程序等其它參數(shù)來確定質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的所需特征頻 率。如上所述，控制計算機27典型地將保持質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的特征頻率 在曲軸的實際速度R (單位為轉(zhuǎn)每分鐘RPM)的2至10倍的范圍內(nèi)。
供給管道91分支成壓力管道92和93,以將來自高壓空氣源的高 壓空氣供應到彈簧室42和43。供給管道91中的壓力由減壓閥卯調(diào) 節(jié)，該減壓閥由控制計算機根據(jù)來自于壓力傳感器99的壓力反饋信號 提供指令，該壓力傳感器檢測壓力管道91中的實際壓力。
壓力管道92導向彈簧室42并包括單向閥94和壓力控制減壓閥 95，。 壓力管道93導向彈簧室43并包括單向閥96和減壓閥97，。單 向閥94和96允許壓力室42和43以調(diào)節(jié)的壓力供應壓力管道91中的 額外空氣，以在控制計算機27已經(jīng)確定特征頻率需要升高時增大彈簧 室42和43中的壓力。
減壓閥95，和97，由氣動活塞而不是機械彈簧被引導操作。供給管 道91中受控的壓力作用在氣動活塞上。減壓閥95，和97，的打開壓力從 而是供給管道91中受控的壓力的放大。減壓閥95，和97，的放大系數(shù)由 閥座和氣動活塞的面積的差值給定，并且選擇為大致等于彈簧室42和 43的壓縮比。在控制計算機27的指令下在供給管道91中受控的壓力 降低時，減壓閥95，和97，允許彈簧室42和43排出一些空氣。
在此實施方式中，減壓閥卯(或壓力調(diào)節(jié)閥)^^用于彈簧室42 和43,于是發(fā)動機1僅需要單個減壓閥90。
圖13示出包括兩個減壓閥卯和90，的另一優(yōu)選實施方式，其中減 壓閥90調(diào)節(jié)流入到發(fā)動機的整個彈簧室42的氣流，而減壓閥90，調(diào)節(jié) 流入到發(fā)動機的整個彈簧室43的氣流。該實施方式允許在上氣釭和下
氣缸中有不同壓力。該實施方式允許上彈簧室42和下彈簧室43中具 有不同的壓力。從而，自由振動的幅度能夠受到影響。例如，通過降 低上彈簧室42中的供給壓力，能夠減小排氣門11的自然升起高度。 在發(fā)動機載荷低時，隨著升起高度減小，移動排氣門所需的能量大小 能夠進一步減小。
參照圖12和13示出的系統(tǒng)允許在發(fā)動M行時通過平滑地改變 彈簧室42和43中的空氣壓力而改變空氣彈簧的特性。
圖14、 15和16更詳細地示出了排氣門組件18的優(yōu)選實施方式的 機械構(gòu)造。排氣門組件18包括三段殼體101A、 101B和101C。下殼 體101A包括閥座31、排氣通道16的笫一部分102,并包括用于引導 和密封閥桿33的襯套103。下殼體部分101A安裝到氣釭蓋12中(圖 2 )。中殼體101B包括雙動作彈簧氣釭彈簧40以及壓力室53的主要部 件?？刂崎y60直接安裝到中殼體部分IOIB，用于使控制閥60和壓力 室52、 53之間的液壓管道的長度最短。上殼體部分101C包括雙動作 氣缸40的次要部分以及壓力室52。位置傳感器55的靜止拾取元件57 安裝在上殼體101C中。
彈簧活塞41設置有向上開口的錐形夾頭孔，其內(nèi)容納有楔形圏110 (圖16Z)。楔形圏110通過楔形效應將彈簧活塞41固定到閥桿33。 楔形效應由安裝到閥桿33的周向溝槽中的楔形圈上向內(nèi)突出的突出 部放大，該構(gòu)造同樣地非常適于承受施加到彈簧活塞41的向上的力。 然而，彈簧室42中受壓的空氣在彈簧活塞41上施加明顯向下的力。 從而，朝向具有向下的夾頭孔的彈簧活塞41的凸緣114放置在彈簧活 塞41之上。由向內(nèi)的突出部接合周向溝槽113的楔形團116容納在夾 頭孔中。凸緣114由多個穿過凸緣組裝的張緊螺栓117緊固到彈簧活 塞41，從而將楔形圏U0和114迫壓到它們相應的夾頭孔中。楔形圏 110和114從而徑向被緊固以抵住閥桿33的外周，從而與閥桿形成可 靠的#。兩個相對設置的楔形圏110和116確保彈簧活塞41到閥桿 33的連接能夠承受向上和向下的力。
彈簧活塞41包括向下延伸的套筒47,套筒與中殼體部分101B中 的孔密封地M。壓力室53形成于孔下。當排氣門11向下運動時， 向下延伸的套筒47插入到壓力室53中，并且向下延伸的套筒47從而 用作液壓活塞51",當壓力室53由液壓流體加壓時，液壓活塞在關閉
方向上驅(qū)動排氣門11。
液壓活塞51，放置在閥桿33的頂部上。液壓活塞51，容納在上殼體 部分101C中的孔中，從而形成壓力室52。如圖16W所示， 一個同樣 是傳統(tǒng)的自調(diào)節(jié)沖程阻尼器58的液壓端部設置在液壓活塞51，的頂部。
凸緣114包括向上延伸的套筒115。向上延伸的套筒115包括由鐵 磁材料制成的錐形截面形狀的錐形部件56。如圖16X所示，錐形部件 56與排氣門位置傳感器55的拾取元件57相配合。拾取元件57包括 渦電流傳感器，該渦電流傳感器測量到鐵磁體的距離，鐵磁體在此情 形中為錐形部件56。
圖16Y示出包括彈性偏置活塞126的安全閥125。安全閥放置在 換氣管道124中，換氣管道將上彈簧室42連接到外部大氣?；钊?26 由液壓系統(tǒng)壓力朝向其關閉位置驅(qū)動。內(nèi)部的空氣壓力向其打開位置 驅(qū)動活塞126。當液壓系統(tǒng)壓力在正常值的范圍內(nèi)時，活塞126克服 來自于空氣壓力的力并且位于其關閉位置。如果液壓系統(tǒng)壓力由于破 裂或者其它原因而下降，空氣壓力偏置活塞126將位于打開位置，并 且彈簧室42中的空氣將排出。從而，如果液壓系統(tǒng)壓力消失或者降低 到低于預定閾值，排氣門ll將位于關閉位置。
圖17示出排氣門組件18的另一優(yōu)選實施方式。該實施方式與參 照16描述的實施方式大致相同，但有下列改變。凸緣114未設置有向 上延伸的套筒。位置傳感器55，是磁致伸縮的桿傳感器。其內(nèi)具有磁鐵 (未示出)的特富龍@ (Teflon )圏放置在閥桿33的頂部中的凹陷內(nèi)。 傳感器桿59附連到上殼體部分101C的頂部，并延伸到閥桿33的孑U未 示出)中。特富龍^圏不接觸而沿著傳感器桿59移動。傳感器信號與 閥桿33的位置(以及計算的速度)相對應。由于桿i^到移動的閥桿 33的油填充的孔中產(chǎn)生的任何"泵效應"通過孔的直徑超過桿的直徑 而得以避免。頂部閥桿33自身形成液壓活塞51，，沒有沖程阻尼器的 液壓端部防止閥頭32以過大的速度抵靠閥座31。沖程阻尼器端部的 功能由控制計算機27接管。至此，當控制計算機27基于位置傳感器 55，的信號檢測到閥頭32即將以過大速度抵靠住閥座31時，控制計算 機27增加壓力室52中的壓力。閥頭32抵達閥座31的容許速度位于 0.05m/s — 0.4m/s的范圍內(nèi)。 圖18示出排氣門組件18的另一實施方式。該實施方式與參照16 描述的實施方式大致相同，但有下列改變彈簧活塞41配合在閥桿 33的細長或者直徑減小部分上，并通過由過渡部形成的肩臺抵靠住閥 桿33的正常直徑部分。彈簧活塞41包括向上延伸的套筒48。液壓活 塞51也配合在細長的閥桿部分上。液壓活塞51是雙動作的，并且液 壓活塞51的下表面擱置在套筒48的上表面上。液壓活塞51包括向上 延伸的套筒54。螺玟^到細長的閥軸部分上的螺母119放置在套筒 54的頂部上，并且緊固配合在細長的閥軸部分上的部件，并且錐形部 件56是閥桿33的頂部上的集成部件。
圖19示出排氣門組件18的另一實施方式。該實施方式與參照16 描述的實施方式大致相同，但有下列改變液壓活塞51是雙動作的。 液壓活塞51安裝在閥桿33的細長或者直徑減小的部分上，并通過由 過渡部形成的肩臺抵靠住閥桿33的正常直徑部分。液壓活塞51包括 向上延伸的套筒54。彈簧活塞41也配合在細長閥桿部分上，并且彈 簧活塞41的下表面擱置在套筒54的上表面上。螺紋接合到細長的閥 軸部分上的螺母119，放置在彈簧活塞41的頂部上，并且緊固配合在細 長的閥軸部分上的部件，并且錐形部件56是的螺母119，的集成部件。
排氣門18的上述實施方式允許完全控制兩沖程柴油機l的排氣門 11，而在任何載荷點和在變化的液壓供給壓力下無需凸輪軸，同時僅 需要最小的能量。通過測量排氣門位置、液壓供給壓力和曲軸角位置， 控制計算機27將能夠?qū)訅阂簤毫黧w的所需量進行計量。
盡管已經(jīng)出于解釋的目的詳細地描述了本發(fā)明，需要理解的是， 這些細節(jié)僅僅出于該目的，并且本領域技術人員可以在不偏離本發(fā)明 的范圍的情況下得到變化形式。
權利要求
1.一種具有排氣門組件(18)的十字頭型大型兩沖程柴油機(1)，所述組件(18)包括-排氣門(11)，其能夠在關閉位置和打開位置之間在相反的方向上移動；-雙動作彈簧組件(40)，其以可操作的方式連接到所述排氣門(11)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11)-起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)；-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件(40)儲存能量，以在相反的方向上隨后推動所述排氣門(11)；-位置傳感器(55)，其提供指示所述排氣門(11)的位置的信號；-控制器(27)，其接收來自于所述位置傳感器(55)的信號；和-液壓裝置(50)，其用于根據(jù)來自于所述控制器(27)的指令將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和打開位置中，-由此，所述控制器配置成控制所述液壓裝置響應來自于所述位置傳感器的信號而保持所述排氣門。
2. 如權利要求1所述的大型兩沖程柴油機(1),其特征在于，用 于保持所述排氣門(11)的所述液壓裝置(50)包括兩個氣缸活塞裝置(50、 51、 51，、 51"),每個氣缸活塞裝置包括一個壓力室(52、 53) 并在相反方向上作用。
3. 如權利要求1所述的大型兩沖程柴油機(1)，其特征在于，用 于保持所述排氣門(11)的所述液壓裝置(50)包括雙動作氣缸活塞裝 置(51)類型，該雙動作氣缸活塞裝置包括兩個壓力室(52、 53)。
4. 如權利要求2或3所述的大型兩沖程柴油機(1 )，其中一個或 多個液壓閥(60)控制進出所述壓力室(52、 53)的M流體的流動。
5. 如權利要求4所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述一個或 多個液壓閥(60)接收來自于所述控制器單元(27)的控制信號。
6. 如權利要求4所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述一個或 多個液壓岡(60)能夠在其位置的至少其中一個位置關閉進出一個或者 兩個所述壓力室(52、 53)的^a流體的流動，用于將所述排氣門(11) 保持在所述關閉或打開位置。
7.如權利要求5或6所述的大型兩沖程柴油機(1 )，其中所述液 壓閥(60)能夠在其位置的至少其中一個位置在兩個壓力室(52、 53) 之間形成流體連通路徑，用于釋放所述排氣門(11)并允許所述彈簧組 件(40)推動所述排氣門(11)。
8.如權利要求4-7中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1),其中 所述液壓閥(60)能夠在其位置的至少其中一個位置將其中一個壓力室 (52)連接到高壓^Ji流體源(P),用于向所述排氣門(11)供應額外 能量，以補償所述組件(18)中消耗的能量。
9. 如權利要求8所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述液壓閥 (60)能夠在其位置的至少其中一個位置將另一個壓力室(53)連接到高壓液壓流體源(P)，用于向所述排氣門供應額外能量，以補償所述組 件中消耗的能量。
10. 如權利要求4-9中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)，其 中所述液壓閥(60)是比例閥，其配置成節(jié)流ii^或流出其中一個或兩 個所i^E力室(52、 53)的'絲流體，用于使所述排氣門(11)減速。
11. 如權利要求1 - 10中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1 )，還包括沖程阻尼器(58、 59)的端部，用于在關閉沖程和/或打開沖程的最 后階段使所述排氣門(11)減速。
12.如權利要求11所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述沖程 阻尼器(58、 59)的一個或多個端部是所述壓力室(52、 53)的集成部 件。
13.如權利要求1-12中任一項所述的閥組件，其中所述雙動作彈 簧裝置(40)是空氣彈簧裝置，包括至少兩個彈簧室(42、 43)，當所 述排氣門(11)在打開方向上運動時， 一個彈簧室(43)中的空氣M 縮，當所述排氣門(11)在關閉方向上運動時，另一個彈簧室(42)中 的空氣,M縮。
14. 如權利要求13所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述雙動 作彈簧裝置(40)由以可操作的方式連接到所述排氣門(11)的雙動作 彈簧活塞(41)形成，所述彈簧活塞(41)將所述閥組件(18)中的氣 缸(40)分成兩個相對的彈簧室(42、 43)。
15. 如權利要求13所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述液壓 活塞氣缸裝置(51，、 52; 51"、 53)從移動的方向看，設置在所述空氣 室的相對兩側(cè)。
16. —種具有排氣門組件(18)的十字頭型大型兩沖程柴油機(1 )， 所述組件(18 )包括-排氣門(11)，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作彈簧組件(40)，其以可操作的方式連接到所述排氣門 (11)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運動 的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)；-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過程中，所述雙動作彈簧組件(40)儲存能量，以在相反的方向上隨后推 動所述排氣門(11);-位置傳感器(55 )，其提供指示所述排氣門(11)的位置的信號；-控制器(27)，其接收來自于所述位置傳感器(55)的信號，并 配置為才艮據(jù)來自于所述位置傳感器的信號而確定待增加到所述排氣門 以補償在所述組件中能量的消耗的額外能量的大??；-用于將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和打開位置的裝 置(50、 60);-用于釋放被保持在所述關閉位置中的排氣門(11)的裝置(50、 60),以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述打開位置推動所述排 氣門(11);-用于釋放被保持在所述打開位置中的排氣門(11)的裝置，以 允許所述雙動作彈簧組件(40 )朝向所述關閉位置推動所述排氣門(11); 和-液壓裝置(50、 60),用于根據(jù)來自于所述控制器(27)的指令 將確定量的額外能量供應到所述排氣門(11)，以補償在所述組件(18) 中能量的消耗。
17.如權利要求16所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述控制 器(27)配置成使用來自于所述位置傳感器(55)的信號以及可選的其 它參數(shù)來確定將J^給到所述系統(tǒng)的額外能量的大小，并配置成指令用 于供應額外能量的所述液壓裝置(50、 60)，以傳遞確定量的液壓能量。
18.如權利要求16或17所述的大型兩沖程柴油機(1 )，其中所述 控制器(27)配置成指令用于供應額外能量的所述液壓裝置(50、 60)， 以提供能量的初始量，該能量的初始量能夠由所述控制器根據(jù)所述柴油 機(1)的運行參數(shù)而預定或確定。
19.如權利要求18所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述控制 器(27)配置成在所述排氣門(11)的至少一部分沖程期間周期性地或 者持續(xù)地監(jiān)視來自于所述位置傳感器(55)的信號。
20. 如權利要求19所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述控制 器(27)配置成將實際的位置和/或速度與預期的位置和/或速度相比較。
21. 如權利要求20所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述控制 器(27)配置成校正所述排氣門(11)的實際速度和預期速度之間的偏 差，其方式為通過指令用于供應額外能量的所述液壓裝置(50)傳遞一 定量的額外能量，或者通過指令用于保持的所述液壓裝置(50)使所述 排氣門(11)減速。
22.如權利要求16-20中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中所述控制器(27)配置成使用來自于所述位置傳感器(55)的信號 以及可選的其它參數(shù)來確定所述排氣門(11)會超程或者太快地接近所 述閥座(32)，并配置成在所述排氣門(11)超程或者以過大的速度撞 上所述閥座(32)之前指令用于保持的所述液壓裝置(50)使所述排氣 門(11)減速。
23.如權利要求16-22中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中用于將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和所述打開位置的所 述裝置(50)、用于釋放被保持在所述關閉位置的排氣門(11)的所述 裝置(50)、用于釋放被保持在所述打開位置的排氣門(11)的所述裝 置(50)、以及用于向所述排氣門(11)提供額外能量的所述裝置(50) 由一對相反動作M釭活塞組件(50、 51、 51，、 51"、 52)形成。
24.如權利要求16-23中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中所述控制器將實際的位置和/或速度與預定的所需分布圖相比較,并 通過將實際分布圖與所需分布圖相比較而確定待施加的額外能量的大 小或者破裂量的大小。
25. 如權利要求16-23中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中所述控制器將實際分布圖與所需分布圖之間的偏差應用到模擬所 述排氣門的物理特性的數(shù)學模型，以確定待施加的額外能量的大小或者 破裂量的大小。
26. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(l),該柴油機在其標稱最大 連續(xù)額定功率時具有以轉(zhuǎn)/分為單位的預定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速Rm，所述柴油 機具有排氣門組件(18),該組件包括-排氣門(11),其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作彈簧組件(40)，其以可操作的方式連接到所述排氣門 (11)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運動 的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過 程中，所述雙動作彈簧組件(40)儲存能量，以在相反的方向上隨后推 動所述排氣門(11);-用于將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和打開位置的裝 置(50);-用于釋放被保持在所述關閉位置中的所述排氣門(11)的裝置 (50)，以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述打開位置推動所述 排氣門(11);-用于釋放被保持在所述打開位置中的所述排氣門(11)的裝置 (50)，以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向關閉位置推動所述排氣 門(11);-液壓裝置(50),用于將額外能量供應到所述排氣門以補償在所 述組件(11)中的能量消耗，-其特征在于所述雙動作彈簧組件(40)包括雙動作空氣活塞 (41)，該空氣活塞以可操作的方式連接到所述排氣門(11),所述質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)具有位于l至64倍Rm的范圍內(nèi)的特征頻率。
27. 如權利要求26所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述雙動 作空氣活塞(41)安裝在所述閥桿(33)上，并借助楔形連接件(110、 112)相對于所述閥桿固定以防止移動。
28. 如權利要求26所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述雙動 作空氣活塞(41)安裝在所述閥桿(33 )上，并借助形成于所述閥桿(33 ) 中的肩臺相對于所述閥桿固定以防止移動。
29. 如權利要求26所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述液壓 裝置(50)包括至少一個活塞，所述活塞由所述岡桿形成或者設置在所 述閥桿上。
30. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(1)，所述柴油機具有以轉(zhuǎn)/ 分為單位的發(fā)動機轉(zhuǎn)速R，所述柴油機具有排氣門組件，該排氣門組件 包括-排氣門(11),其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作彈簧組件(40),其以可操作的方式連接到所述排氣門 (11)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運動 的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過 程中，所述雙動作彈簧組件(40)儲存能量，以在相反的方向上隨后推 動所述排氣門(11);-用于將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和打開位置的裝 置(50);-用于釋放,皮保持在所述關閉位置中的所述排氣門(11)的裝置 (50)，以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述打開位置推動所述 排氣門(11);-用于釋放被保持在所述打開位置中的所述排氣門(11)的裝置(50),以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述關閉位置推動所述排氣門(11);-液壓裝置(50)，用于將額外能量供應到所述排氣門(11)以補 償在所述組件中的能量消耗，-所述雙動作彈簧組件(40)的類型為其中氣體介質(zhì)從底壓被 壓縮到更高的壓力以儲存能量，并且所述氣體介質(zhì)從更高的壓力膨脹到 所述底壓，以推動所述排氣門(11);—控制器(27)，其配置成確定用于所述質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的特征頻率的所需值，并配置成相應地控制/調(diào)節(jié)所述雙動作彈簧組件中氣體^h質(zhì)的 底壓。
31. 如權利要求30所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述控制 器(27)確定作為實際發(fā)動fel度的函數(shù)的期望特征頻率。
32. 如權利要求30或31所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述 控制器(27)在實際發(fā)動機速度的2至10倍的范圍內(nèi)確定期望的特征 頻率。
33.如權利要求30-32中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中通過改變所述空氣釭(40)中的壓力來調(diào)節(jié)所述特征頻率。
34.如權利要求33所述的大型兩沖程柴油機(1),其中每一個所 述彈簧室(42、 43)連接到壓力管線(92、 93),所述壓力管線具有由 所述控制器單元(27)控制的壓力。
35.如權利要求34所述的大型兩沖程柴油機(1),其中每個壓力 管線(92、 93)中的壓力能夠針對每個彈簧室(42、 43)而單獨受到控 制。
36.如權利要求35所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中單向閥(94、 96)設置在每個壓力管線(92、 93)中，用于防止W目應的彈簧室(42、 43)回流，在每個壓力管線(92、 93)中，壓力控制減壓閥(95、 97) 設置在所述單向閥(94、 96)和所述彈簧室(42、 43)之間，由此用于 所述減壓閥(95、 97)的控制壓力^^目應的單向閥(94、 96)的上游的 壓力。
37. 如權利要求36所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述減壓 閥(95、 97)的打開壓力是所述控制壓力的K倍，其中K分別約等于 相應的彈簧室(42、 43)在所述關閉位置和打開位置的壓縮比。
38. 如權利要求34-37中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 還包括所述單向閥(94、 96)上游的壓力傳感器(99、 99，)，用于向所 述控制器(27)提供反饋信號。
39. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(l)，所述柴油機具有排氣門 組件(18),該排氣門組件(18)包括一閥殼體(101A、 101B、 101C);-排氣門(11)，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作空氣彈簧組件(40)，其包括安裝在所述排氣門(11)的 桿(33)上的活塞(41)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣 門(11) 一^運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，-所述活塞(41)和所述排氣門的桿(33)之間的連接由單一接 頭形成。
40.如權利要求39所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述單一 接頭包括兩個相對設置的楔形物。
41.如權利要求40所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述楔形　物由楔形圏(110、 116)或楔形襯套形成。
42.如權利要求41所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述組件 (18)包括凸緣(114)，該凸緣設置在所述閥桿(33)上朝向所述彈簧 活塞(41 )。
43.如權利要求42所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中，其中一 個所述楔形圏(110、 116)容納在設置于所述彈簧活塞(41)內(nèi)的錐形 夾頭孔中，另 一個所述楔形圏(110、 116 )容納在設置于所述凸緣(114 ) 內(nèi)的錐形夾頭孔中，所述凸緣(114)緊固到所述彈簧活塞(41)，從而 相對設置的楔形圏(110、 116)被驅(qū)動到其相應的夾頭孔中并且抵靠住 所述閥桿(33)的外周而被徑向緊固，從而將所述彈簧活塞(41)和凸 緣(114)固定到所述閥桿(33)。
44.如權利要求43所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述凸緣 (114)由穿過所述凸緣(114)組裝的張緊螺栓(117)緊固到所述彈 簧活塞(41 )。
45.如權利要求39-44中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中所述液壓活塞缸裝置(50、 51、 51"、 53)的至少一個在所述關閉 方向上驅(qū)動所述排氣門(11)的液壓活塞(51)包括繞著所述排氣門(11) 的桿(33)設置的環(huán)形活塞(51，，)。
46.如權利要求45所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述環(huán)形 活塞(51")由連接到所述彈簧活塞(41)的套筒(47)形成。
47.如權利要求46所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述套筒 (47)朝向所述閥頭(32)并且與所述彈簧活塞(41)形成為一體。
48. 如權利要求39-47中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中用于控制進出所述液壓活塞釭組件(50)的M流體流動的液壓閥 體直接附連到所述閥殼體(101A、 101B、 IOIC)。
49. 如權利要求39-48中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 還包括位置傳感器(55)，該位置傳感器包括由鐵磁體材料制成的錐形 部件(56 )。
50. 如權利要求49所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述錐形 部件(56)是從所述凸緣(114)延伸的襯套(115)的集成部件。
51. 如權利要求39-50中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中在所述打開方向上驅(qū)動所述排氣門(11)的所述液壓活塞(52)由 所述閥桿(33)的頂部形成。
52. 如權利要求39-51中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中所述閥桿(33 )的頂部設置有縱向孔，該孔用于檢測所述排氣門(11) 的位置。
53. 如權利要求39所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述空氣 彈簧組件(40)包括雙動作彈簧活塞(41)，并且所述液壓活塞缸裝置(50 )包括一個公用的雙動作液壓活塞(51 )，由此所述彈簧活塞(41) 和雙動作液壓活塞(51)安裝在所述閥桿(33)的較細的上部上，并夾 在所述閥桿(33)的較粗的下部和螺母(119、 119，)之間，所述螺母螺 接到所述閥桿(33)的上部。
54. 如權利要求53所述的大型兩沖程柴油機(1),其中襯套(54) 安裝在所述閥桿(33)的較細的上部上，并設置在所述雙動作液壓活塞(51)和所述雙動作彈簧活塞(41)之間。
55. 如權利要求53或54所述的大型兩沖程柴油機(1 )，其中所述 螺母(119，)的至少一部分逐漸變細以用于位置傳感器。
56. 如權利要求39-55中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 其中所述閥桿(33)的至少一部分逐漸變細以用于位置傳感器(55)。
57. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(1)，所述柴油機具有排氣門 組件(18)，該排氣門組件包括-排氣門(11),其能夠在關閉位置和打開位置之間在相反的方向 上移動；-雙動作空氣彈簧組件(40)，其以可操作的方式連接到所述排氣 門(11)，并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運 動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過 程中，包括兩個彈簧室(42、 43)的所述雙動作彈簧組件(40)儲存能 量，以在相反的方向上l^推動所述排氣門(11);-液壓裝置(50 )，用于根據(jù)來自于所述控制器(27 )的指*持 所述排氣門；-用于排空所述彈簧室(42)的裝置，當液壓壓力消失時，所述 彈簧室(42)在打開方向上驅(qū)動所述排氣門(11)，從而在液壓壓力消 失或下降到預定閾值之下時，所述排氣門(11)將會自動地位于關閉位 置。
58.如權利要求57所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中用于排空 的所述裝置包括減壓閥(125)，該減壓閥由彈性裝置或者所述彈簧室 (42 )中的空氣壓力朝向打開位置驅(qū)動，并且由液壓朝向關閉位置驅(qū)動， 從而當液壓壓力消失或下降到預定閾值之下時，所述彈性裝置或空氣壓 力將會將所述減壓閥(125)驅(qū)動到所述打開位置。
59. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(l)，所述柴油機具有排氣門 組件，該排氣門組件包括-排氣門(11)，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作彈簧組件，其以可操作的方式連接到所述排氣門(11)， 并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運動的其它部 件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)；-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過 程中，所述雙動作彈簧組件(40)在兩個相反動作彈簧室中^ft存能量， 以在相反的方向上隨后推動所述排氣門(11);-用于將所述排氣門(11)保持在所述關閉位置和打開位置的裝 置(50);-用于釋放被保持在所述關閉位置中的排氣門(11)的裝置(50 ), 以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述打開位置推動所述排氣門 (11);-用于釋放,皮保持在所述打開位置中的排氣門(11)的裝置(50 )， 以允許所述雙動作彈簧組件(40)朝向所述關閉位置推動所述排氣門 (11);-液壓裝置(50)，用于將額外能量供應到所述排氣門(11),以 補償在所述組件中消耗的能量；-所述雙動作彈簧組件(40)被配置成與當所述排氣門在打開位 置時在打開方向上驅(qū)動所述排氣門的所述彈簧室中相比，在當所述排氣 門在排氣的關閉位置時在打開方向上驅(qū)動所述排氣門的所述彈簧室中 儲存更大量的能量。
60.如權利要求59所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述雙動 作彈簧組件(40)包括設置在氣缸內(nèi)部的活塞，其中壓力室設置在所述 活塞的任一側(cè)上。
61. 如權利要求59或60所述的大型兩沖程柴油機(1 )，其中所述 雙動作彈簧組件(40)為這樣的一種類型其中氣體介質(zhì)從底壓,皮壓縮 到較高壓力以儲存能量，并且所述氣體介質(zhì)從所述較高壓力膨脹到所述 底壓以推動所述排氣門(11)，在所述打開方向上驅(qū)動所述排氣門的所 述彈簧室上的底壓高于在所述關閉方向上驅(qū)動所述排氣門的所述彈簧 室中的底壓。
62. 如權利要求61所述的大型兩沖程柴油機(1)，還包括控制器 (27),該控制器配置成纟艮據(jù)所iOL動機的運^f于狀況和/或纟艮據(jù)所述朝，氣 門的測量位置和/或速度來確定所述彈簧室之間的底壓的期望差值。
63. 如權利要求59或60所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述 活塞一側(cè)的有效面積與所述活塞另一側(cè)的有效面積不同。
64. 如權利要求59-63中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中在所述排氣門(11)的關閉位置將所述排氣門(11)向所述打開位 置驅(qū)動的所述彈簧室(42)的體積小于在所述排氣門(11)的打開位置 將所述排氣門(11)向所述關閉位置驅(qū)動的所述彈簧室(43)的體積。
65. 如權利要求59-64中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 其中在所述排氣門(11)的關閉位置將所述排氣門(11)向所述打開位 置驅(qū)動的所述彈簧室(42)中的空氣壓縮比高于在所述排氣門(11)的 打開位置將所述排氣門(11)向所述關閉位置驅(qū)動的所述彈簧室(42) 中的空氣壓縮比。
66. 如權利要求59-65中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 其中在所述排氣門的打開沖程的開始階段期間以液壓方式供應額外能 量，以克服施加到所述排氣門的力，并且在所述排氣門的打開沖程的末 期以液壓方式供應額外能量，以確保所述排氣門到達所述打開位置。
67. 如權利要求59-66中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 其中在所述排氣門的關閉沖程的末期以液壓方式供應額外能量，以確保 所述較大量的能量儲存在朝向所述打開位置驅(qū)動所述排氣門(11)的彈 簧室(42)中。
68. 如權利要求59-67中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1), 其中所述兩個液壓活塞釭裝置(50、 51、 51，、 51")包括至少一個第 一壓力室(52)，其用于在打開方向上向所述排氣門施加力；以及至少 一個第二壓力室(53)，其用于在關閉方向上向所述排氣門施加力。
69. 如權利要求59-68中任一項所述的大型兩沖程柴油機(1)， 其中正向液壓從壓力源施加到所述至少一個第一壓力室(52)，而進出 所述至少一個第二壓力室(53)的液壓流體的流動被阻礙。
70. —種十字頭型大型兩沖程柴油機(l)，所述柴油機具有排氣門 組件，該排氣門組件包括-排氣門(11)，其能夠在關閉位置和打開位置之間移動；-雙動作彈簧組件，其以可操作的方式連接到所述排氣門(11), 并與所述排氣門(11)以及任何和所述排氣門(11) 一起運動的其它部 件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，-在所述排氣門(11)在所述關閉和打開位置之間來回移動的過 程中，所述雙動作彈簧組件(40)在兩個相反動作彈簧室中儲存能量， 以在相反的方向上隨后推動所述排氣門(11);-液壓活塞和氣缸裝置(50 )，用于將所述排氣門(ll)保持在關 閉位置和打開位置中，并用于將額外能量提供給所述排氣門(11)，以 補償該組件中的能量損耗，-所述液壓活塞和氣釭裝置(50)包括一個或多個壓力室(52、 53),所述壓力室經(jīng)由一個或多個主動控制的閥構(gòu)件(60、 60A、 60B) 與高壓流體源和低壓排出口相連通。
71. 如權利要求70所述的大型兩沖程柴油機(1)，其中所述一個 或多個主動控制的閥構(gòu)件(60、 60A、 60B)配置為選擇性地關閉進出 所述壓力室(52、 53)的流動。
72. 如權利要求70或71所述的大型兩沖程柴油機(1),其中所述 控制的閥構(gòu)件(60、 60A、 60B)是伺服閥。
73. 如權利要求72所述的大型兩沖程柴油機(1),其中至少一個 要求保護的伺服閥是比例閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于大型兩沖程柴油機(1)的排氣門組件(18)。該組件(18)包括能夠在關閉位置和打開位置之間在相反的方向上移動的排氣門(11)。雙動作彈簧組件(40)以可操作的方式連接到該排氣門(11)，并與該排氣門(11)以及任何和該排氣門(11)一起運動的其它部件的質(zhì)量一起形成質(zhì)量彈簧系統(tǒng)。在該排氣門(11)在關閉和打開位置之間來回移動的過程中，該雙動作彈簧組件(40)儲存能量，以在相反的方向上隨后推動該排氣門(11)。液壓裝置(50)根據(jù)來自于控制器(27)的指令將該排氣門(11)保持在該關閉位置和打開位置中。
文檔編號F02B1/12GK101160457SQ200680012010
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月12日 優(yōu)先權日2005年4月14日
發(fā)明者埃里克·甘巴里尼 申請人:曼狄賽爾公司