專利名稱：一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中通過(guò)向與每個(gè)排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓致動(dòng)器提供高壓液壓流體而M地致動(dòng)所述排氣門。
背景技術(shù)：
十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于船舶推進(jìn)裝置以及用 作發(fā)電廠的原動(dòng)機(jī)。這些內(nèi)燃機(jī)不僅因?yàn)槠湔w尺寸而構(gòu)造得與任何其 它內(nèi)燃機(jī)不同。兩沖程原理和4吏用在50匸時(shí)粘度低于700cSt的重燃油 (該燃油在室溫時(shí)不流動(dòng))，使得它們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中自成一類。
在許多這種類型的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣門和燃料噴射系統(tǒng)由直接耦 聯(lián)到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪驅(qū)動(dòng)。兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)使用換氣口來(lái)控制氣釭 的進(jìn)氣，因而進(jìn)氣正時(shí)剛性地與曲柄角度相關(guān)。這只是使得排氣門和燃 料噴射的控制更為靈活。
對(duì)于這種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗、可靠性和動(dòng)力輸出的要求極高。近來(lái)， 環(huán)境要求已經(jīng)導(dǎo)致要求降低廢氣排放。為了滿足這些有時(shí)相互矛盾的要 求，相對(duì)于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪驅(qū)動(dòng)式排氣門和燃料噴射器，需要對(duì)燃料噴 射正時(shí)和噴射量進(jìn)行全面的和靈活的控制，以及需要對(duì)打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí) 以及排氣門的開(kāi)度進(jìn)行全面的和靈活的控制。
由于這種發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，電氣致動(dòng)器不能用于操縱排氣門。在最大 的這種發(fā)動(dòng)機(jī)中，這種排氣門可重達(dá)450Kg。
MAN B&W Diesel公司的ME發(fā)動(dòng)機(jī)系列是具有電液控制式排氣 門和電液致動(dòng)式燃料噴射系統(tǒng)的十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。液壓 系統(tǒng)以來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的油工作。潤(rùn)滑油系統(tǒng)由3-4巴的低壓泵 操作。另一個(gè)高壓類型的泵以約200巴的壓力將潤(rùn)滑油輸送到共用軌道。 來(lái)自于共用軌道的潤(rùn)滑油通過(guò)液壓閥被引導(dǎo)到燃油增壓器，燃油增壓器
4將共用軌道重的200巴壓力增加到燃料管線中所需要的1000巴壓力。 燃料管線被加熱到卯—150"以確保燃油能夠流動(dòng)并且具有合適的粘 度。來(lái)自于共用軌道的潤(rùn)滑油通過(guò)正時(shí)閥被引導(dǎo)到M排氣門致動(dòng)器以 操作排氣門。
然而，來(lái)自于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑油并不是干凈得足以用 于共用軌道液壓系統(tǒng)中。從而需要過(guò)濾潤(rùn)滑油，以在其能夠被泵送到共 用軌道之前去除5 - 10n之上的任何顆粒。
W3rtsiia/Sulzer RT-flex系列發(fā)動(dòng)機(jī)是具有電液控制式排氣門和電 液?jiǎn)?dòng)式燃料噴射系統(tǒng)的十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。用于氣門致 動(dòng)的^^系統(tǒng)以專用^a油操作。潤(rùn)滑系統(tǒng)完全與液壓系統(tǒng)分開(kāi)。
EP1 130 251公開(kāi)了 一種用于提供在大型兩沖程柴油機(jī)中使用的共 用軌道系統(tǒng)的蓄能器的泵裝置，該泵裝置具有至少兩個(gè)泵，用于將流 體輸送到蓄能器中；和中間蓄能器，用于緩沖動(dòng)力壓力部件，其中每個(gè) 泵經(jīng)由單獨(dú)的泵管線連接到所述中間蓄能器。能夠4吏用三個(gè)泵和管線， 所述管線具有在端部處連接到所述中間容器的止回閥。對(duì)燃料從共用軌 道到各個(gè)氣釭的流動(dòng)進(jìn)行控制的閥是簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)閥。
DE 103 11 493公開(kāi)了一種大型兩沖程柴油機(jī)，其具有至少一個(gè)氣 缸，所述氣缸設(shè)置有排出口，控制該排出口的活塞以可滑動(dòng)的方式容納 在其中。出口閥由液壓致動(dòng)器致動(dòng)而關(guān)閉排氣出口、以及由液壓致動(dòng)器
和燃料噴射泵所共用的比例閥。該比例閥具有一個(gè)連接到高壓流體源的 入口和兩個(gè)連接到液壓致動(dòng)器和燃料噴射泵的出口。
EP1 471 2367>開(kāi)了一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和燃料供 應(yīng)方法。為了在如同所需要的那樣高的燃料壓力下在從啟動(dòng)到自維持運(yùn) 行的運(yùn)行范圍內(nèi)通過(guò)充分膨脹而進(jìn)行燃料噴射，用于燃料直噴型內(nèi)燃機(jī) 的燃料供應(yīng)燃料系統(tǒng)設(shè)置有高壓燃料泵以直接將已經(jīng)由高壓燃料泵加壓 的燃料從噴射器噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。電動(dòng)馬達(dá)設(shè)置成輔助驅(qū)動(dòng)高 壓燃料泵。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)例如電動(dòng)馬達(dá)的輔助動(dòng)力裝置執(zhí)行驅(qū) 動(dòng)高壓燃料泵或者幫助驅(qū)動(dòng)高壓燃料泵。
GB 2 102 065公開(kāi)了 一種氣動(dòng)偏置裝置，其包括由于閥打開(kāi)而^Ji 縮的氣體體積。被壓縮的氣體體積作用在固定到閥桿的帽上，以在岡桿 的縱向上施加一個(gè)力，從而將閥偏置到其關(guān)閉位置，其中閥頭被擠壓而 靠住閥座。WO0012895 y〉開(kāi)了一種用于4吏正在進(jìn)行關(guān)閉運(yùn)動(dòng)的直線移動(dòng)閥減 速的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括殼體、設(shè)置在所述殼體中的第一液壓流體室、和 用于根據(jù)供應(yīng)到所述第 一液壓流體室中的液壓流體而移動(dòng)該閥的從動(dòng)活 塞。閥的減速可以通過(guò)選擇性地節(jié)流從第 一 室釋放到第二室的液壓流體 而實(shí)現(xiàn)。第二室中的液壓流體抵抗閥的關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，從而使其逐漸變慢以 實(shí)現(xiàn)閥的就座。逐漸的節(jié)流用于在就座期間在第二室內(nèi)保持幾乎恒定的 液壓。逐漸的節(jié)流可通過(guò)選#^合適的節(jié)流孔的尺寸和形狀以及合適的用 于孔的節(jié)流分布而實(shí)現(xiàn)。
US 2002/0184996 7>開(kāi)了一種致動(dòng)器，其包括氣缸、第一、第二和 第三開(kāi)口、致動(dòng)活塞、控制活塞和控制彈簧。該氣缸限定了縱軸線并包 括第一和第二端。第一開(kāi)口與所述氣缸的第一端連通，第二開(kāi)口與所述 氣缸的第二端連通，第三開(kāi)口與所述氣缸在第一和第二端之間連通。致 動(dòng)活塞設(shè)置在氣缸中并且可沿著縱軸線在第一和第二方向上運(yùn)動(dòng)。致動(dòng) 活塞包括第一和第二側(cè)?？刂苹钊苍O(shè)置在氣缸中并且可沿著縱軸線在 第一和第二方向上運(yùn)動(dòng)?？刂苹钊ǖ谝缓偷诙?cè)，該控制活塞的第
一側(cè)朝向致動(dòng)活塞的第二側(cè)?？刂茝椈稍诘谝缓偷诙较虻闹辽倨渲幸?個(gè)方向上偏置該控制位置。還4^供了控制該致動(dòng)器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述背景，本發(fā)明的目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)，所述十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)具有改進(jìn) 的^>￡系統(tǒng)流通。
該目的通過(guò)提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而實(shí)現(xiàn)，所述 十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝 在所述曲軸箱支架上的氣釭支架；多個(gè)氣釭，其由所述氣缸支架支承， 每個(gè)氣缸設(shè)置有至少一個(gè)燃料噴射器及至少一個(gè)排氣門；共用燃料軌 道；和高壓燃料泵，其在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間在高壓下將燃料供給到所述共 用燃料軌道；與每個(gè)氣釭相關(guān)聯(lián)的、用于將燃料從所述共用軌道輸送到 相應(yīng)噴射器的供應(yīng)管道和閥裝置；所述高壓燃料泵在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間由 所述曲軸;Wfe地驅(qū)動(dòng)并在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間由電動(dòng)馬達(dá)電氣地驅(qū)動(dòng)，以在
低壓下使得燃料穿過(guò)所述供應(yīng)管道和/或所述共用軌道和/或穿過(guò)以燃料 運(yùn)行的其它發(fā)動(dòng)機(jī)部件而循環(huán)。通過(guò)使用高壓泵作為高壓源以及低壓源而在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間提供 循環(huán)，部件數(shù)目得以減少，從而使得整體構(gòu)造和維護(hù)成本更具有竟?fàn)幮浴?br> 本發(fā)明的另一目的是提供一種液壓致動(dòng)換氣閥，其用于具有改善的 空氣彈簧的內(nèi)燃機(jī)。
該目的通過(guò)提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的液壓致動(dòng)換氣閥而實(shí)現(xiàn)，所述液
壓致動(dòng)換氣閥包括靜止閥體；換氣閥，其能夠在就座位置和非就座位 置之間移動(dòng)，并包括長(zhǎng)形閥桿，該長(zhǎng)形閥桿一端具有閥頭，在相對(duì)端上 具有自由末端；液壓致動(dòng)器，所述液壓致動(dòng)器包括作用在所述岡桿的自 由末端上的活塞，用于在所述液壓致動(dòng)器被供應(yīng)以加壓M流體時(shí)將所 述閥迫壓到非就座位置；氣動(dòng)彈簧，其將所述閥迫壓到所述就座位置， 所述氣動(dòng)彈簧包括缸，其固定到所述岡桿，所述釭在朝向所述閥桿的 自由末端的方向上封閉，在朝向所述閥頭的方向上敞開(kāi)；及匹配的靜止 活塞，其容納在所述缸中，所述活塞固定到所述閥體并且與所述缸一起 形成用于所述氣動(dòng)彈簧的彈簧室。
所述空氣彈簧的構(gòu)造減少了來(lái)自于所述致動(dòng)器的液壓介質(zhì)進(jìn)入所 述彈簧室的枳i會(huì)。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)液壓致動(dòng)換氣閥。
該目的通過(guò)提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的液壓致動(dòng)換氣閥而實(shí)現(xiàn)，所述液 壓致動(dòng)換氣閥包括靜止閥體；換氣閥，其能夠在所述閥關(guān)閉的就座位 置和所述閥打開(kāi)的非就座位置之間移動(dòng)，并包括長(zhǎng)形閥桿，該長(zhǎng)形閥桿 一端具有閥頭，在相對(duì)端上具有自由末端；液壓致動(dòng)器，所述液壓致動(dòng) 器包括作用在所述閥桿的自由末端上的活塞，用于在所述液壓致動(dòng)器被 供應(yīng)以加壓液壓流體時(shí)將所述閥迫壓到非就座位置；氣動(dòng)彈簧，其將所 述閥迫壓到所述就座位置，其中所述閥在所述打開(kāi)方向上的行程長(zhǎng)度由 所述液壓致動(dòng)器和所述空氣彈簧的反向力的平衡而確定。
從而，所述致動(dòng)器不需要在所述打開(kāi)行程的末端設(shè)置行程末端限位 器，并且不需要在所述打開(kāi)行程的末端突然切斷高壓液壓流體的供應(yīng)。 不設(shè)置行程末端限位器降低了機(jī)械載荷和振動(dòng)，同時(shí)不急劇切斷高壓液 壓流體避免了潛在的具有破壞性的液壓沖擊波。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的換氣閥的液壓致動(dòng)器，其能夠在大的溫度范圍內(nèi)精確i^it行。
該目的通過(guò)提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的換氣閥的液壓致動(dòng)器而實(shí)現(xiàn)，所 述液壓致動(dòng)器包括靜止缸，其具有近端和敞開(kāi)的遠(yuǎn)端，并包括能夠經(jīng) 由閥裝置交替地連接到高壓M流體源或連接到回流管線的壓力室；活 塞，其具有容納在所述主壓力室中的近端和作用在所述閥的閥軒的自由 末端上的遠(yuǎn)端，用于在所述壓力室連接到所述高壓M流體源時(shí)將所述 閥迫壓到非就座位置，所述活塞包括第一部分和第二部分，所述第一部 分從所述遠(yuǎn)端朝向所述近端延伸，并且所述第二部分"&置在所述近端 處，所述第二部分以可滑動(dòng)的方式掩^所述第一部分，從而形成所述第 一部分和所述第二部分之間的補(bǔ)償室；彈簧裝置，其迫壓所述第一部分 和第二部分^吏4^此遠(yuǎn)離，從而^吏所述補(bǔ)償室擴(kuò)大；第一流動(dòng)路徑，其
位于所述補(bǔ)償室和所述壓力室之間，所述第一流動(dòng)#僅在所述第二部 分在所述氣缸的近端處位于小的預(yù)定的軸向范圍內(nèi)時(shí)打開(kāi)，以允許過(guò)量 的M流體從所述補(bǔ)償室排出；第二流動(dòng)路徑，其位于所述補(bǔ)償室和所 述壓力室之間，所述第二流動(dòng)路徑允許所述補(bǔ)償室在所述彈簧裝置的作 用下重新填充。
所述補(bǔ)償室確保所述致動(dòng)器活塞將總是在軸向范圍內(nèi)的位置處啟 動(dòng)，這導(dǎo)致返回到合適的位置，其中所述閥頭精確地位于所述閥座上。 軸向范圍內(nèi)的位置取決于所述補(bǔ)償室在打開(kāi)期間或者在關(guān)閉期間的體 積變化。這些體積變化在所述循環(huán)的兩個(gè)部分期間能夠是正的或者負(fù) 的。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的換氣閥的、M致動(dòng)器， 所述液壓致動(dòng)器能夠克服打開(kāi)過(guò)程中開(kāi)始時(shí)的大反作用力，并且一旦所 述換氣閥打開(kāi)，將在打開(kāi)方向上輸送受控制的力。
該目的通過(guò)提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的換氣閥的液壓致動(dòng)器而實(shí)現(xiàn)，所 述液壓致動(dòng)器包括靜止缸，其包括能夠經(jīng)由所述釭中的第一開(kāi)口交替 地連接到高壓M流體源或連接到回流管線的壓力室；活塞，其容納在 所述壓力室中并作用在所述閥的閥桿自由的末端上，用于在所述壓力室 連接到所述高壓液壓流體源時(shí)將所述閥迫壓到非就座位置，所述活塞能 夠在所述閥就座的伸出位置和所述閥打開(kāi)的伸出位置之間軸向地移動(dòng)， 所述活塞具有第一有效面積，當(dāng)所述活塞位于所述縮回位置和預(yù)定的中間位置之間時(shí)，所述壓力室中的所述加壓M流體作用在所述第一有效 面積上而朝向所述伸出位置迫壓所述活塞，，所述活塞具有小于所述第 一有效面積的第二有效面積，在所述活塞位于所述中間位置和所述伸出 位置之間時(shí)，所述壓力室中的所述加壓^Ji流體作用在所述第二有效面
積上而朝向所述伸出位置ii^所述活塞。
所述第一和第二有效活塞面積的共同作用，即所述活塞的由所述高 壓加壓流體作用的總體面積使得在所述換氣閥的打開(kāi)運(yùn)動(dòng)的第一部分 期間產(chǎn)生大的致動(dòng)力，而所述第二有效活塞面積的作用單獨(dú)地在所述換 氣閥的打開(kāi)運(yùn)動(dòng)的其余部分進(jìn)行了良好的控制。
通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明，所述大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的另外的目的、 特征、優(yōu)點(diǎn)和特性及其操作方法將會(huì)變得更為明顯。


在本發(fā)明下面的詳細(xì)說(shuō)明部分中，將參照附圖示出的示例性實(shí)施方 式更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中
圖i示出具有氣釭蓋的兩沖程十字頭發(fā)動(dòng)機(jī)中氣^^廓的主視圖，
圖2示出圖l所示發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸輪廓的橫截面圖，
圖3是圖1中示出的液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)的示意圖，
圖4是圖3中示出的滴A和潤(rùn)滑系統(tǒng)的示意圖的另一實(shí)施方式，
圖5示出這里使用的壓力管的橫截面圖，
圖6是另 一橫截面圖，示出這里使用的替代壓力管，
圖7是圖2中氣釭的液壓制動(dòng)式排氣門的第一實(shí)施方式的縱向截面
圖，其中閥就座并且活塞在其縮回位置，
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動(dòng)器的典型打開(kāi)曲線，
圖9以更大的比例示出圖7所示致動(dòng)器的橫截面圖，其中活塞位于
部分延伸的位置，
圖10示出與圖9同樣的視圖，其中活塞在縮回位置并且活塞帽在
其軸向范圍內(nèi)位于最高位置，
圖11是致動(dòng)器的上部的詳細(xì)視圖，其中活塞大致處在縮回位置并
且活塞帽大致處在其軸向范圍的最高位置，
圖12是致動(dòng)器的上部的詳細(xì)視圖，其中活塞處在縮回位置并且活塞帽大致處在其軸向范圍的最4氐位置，和
圖13是致動(dòng)器的上部的詳細(xì)視圖，其中活塞處在縮回位置并且活 塞帽大致處在其軸向范圍的中間位置。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)l。該發(fā)動(dòng)機(jī)是低速兩沖程十字頭柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)，其可以是船舶中的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)或者電廠中的原動(dòng)機(jī)。這些發(fā) 動(dòng)機(jī)通常具有6到16個(gè)直列式氣釭。該發(fā)動(dòng)fct在具有用于曲軸3的 主軸承的底座2上。該底座才艮據(jù)可用的制造設(shè)備而分成具有合適尺寸的 部分。焊接設(shè)計(jì)式的A型曲軸箱支架4安裝在所述底座上。氣釭支架5 安裝在曲軸箱支架5的頂部上。拉緊螺釘(未示出)將底座連接到氣缸 支架并將所述結(jié)構(gòu)保持在一起。氣缸6由氣缸支架5承載。
圖2示出內(nèi)燃機(jī)的氣缸6。氣缸6為單向流動(dòng)的類型并且具有位于 空氣箱8中的排氣口 7，該空氣箱從廢氣接收裝置9(圖l)被供以由渦 輪增壓器10 (圖1)增壓的廢氣。未示出的十字頭將活塞桿14與曲軸3 (圖1)連接起來(lái)。
排氣門11在氣缸蓋12中居中地安*^氣釭的頂部上。在膨脹沖程 的末期，排氣門11在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞13向下經(jīng)過(guò)廢氣口 7之前打開(kāi)，由此， 活塞13之上的燃燒室中的燃燒氣體通過(guò)通向廢氣接收裝置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(yùn) 動(dòng)期間在可調(diào)節(jié)的時(shí)刻再次關(guān)閉，該時(shí)刻可以例如取決于隨后的燃燒所 需要的有效壓縮比。在此關(guān)閉運(yùn)動(dòng)期間，排氣門由氣動(dòng)彈簧18向上驅(qū) 動(dòng)。
考慮到閥11的耐久性以及考慮到對(duì)燃燒室中狀態(tài)的有利、精確控 制，進(jìn)而考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，可以有利地非常精確地控制排氣門11。
排氣門11借助液壓驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器19打開(kāi)。液壓流體(燃料)通it^ 力管道20供應(yīng)，該壓力管道將致動(dòng)器19上的入口連接到由控制臺(tái)22 支撐的分配塊21的上表面上的控制口 ?；亓鞴艿?3將致動(dòng)器19上的 出口連接到分配塊21的上表面上的回流口。
每個(gè)氣缸6設(shè)置有由環(huán)形管道(未示出)連接的兩個(gè)或三個(gè)噴射器23(僅示出一個(gè))。燃料從分配塊21經(jīng)由供給管道24供應(yīng)到噴射器23。 噴射器23經(jīng)由回流管道49連接到分配塊21上的回流口 。
控制臺(tái)22連接到通向供應(yīng)管線的回流管道并連接到共用燃料軌道 (圖3中為40,圖2中未示出)。
分配塊21承載比例控制岡25，比例控制閥25控制分配塊21頂部 上的口與回流管道(圖3中為43)以及控制臺(tái)22中的共用燃料軌道40 (圖3)(未示出)的連接。
在控制臺(tái)22中，從共用燃料軌道40分支的通道41 (圖3 )將加壓 M流體傳送到比例控制閥25上的入口 。
共用燃料軌道40 (圖3 )中的燃料用作M流體來(lái)驅(qū)動(dòng)閥致動(dòng)器19 并給噴射器23供應(yīng)燃料。共用軌道40中的壓力根據(jù)例如運(yùn)行速度和負(fù) 載條件的發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)而變化。典型地，共用燃料軌道40中的 壓力在600巴到2000巴之間變化。
發(fā)動(dòng)機(jī)1的每個(gè)氣釭5與電子控制單元26相關(guān)聯(lián)，該電子控制單 元通過(guò)線纜27接收總的同步和控制信號(hào)，除此以外，還通過(guò)線纜28將 電子控制信號(hào)傳送到比例控制閥25?？梢詫?duì)于每個(gè)氣缸設(shè)有一個(gè)控制單 元26，或者幾個(gè)氣缸與同一個(gè)控制單元(未示出)相關(guān)聯(lián)?？刂茊卧?26還可從所有氣缸共用的總體控制單元(未示出)接收信號(hào)。
參照?qǐng)D3,以框圖的形式示出了發(fā)動(dòng)機(jī)1的M系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)用作燃料噴射系統(tǒng)并用作排氣門致動(dòng)系統(tǒng)。
潤(rùn)滑系統(tǒng)包括潤(rùn)滑油箱、過(guò)濾器和電氣驅(qū)動(dòng)4氐壓泵。潤(rùn)滑系統(tǒng)與液 壓系統(tǒng)完全分開(kāi)。
液壓系統(tǒng)以燃^h運(yùn)行，典型地為HFO (水乳化的和水不乳化的)。 水經(jīng)常乳化到HFO中，以降低NOx排放。該乳化發(fā)生在單獨(dú)的乳化單 元中(未示出)。用于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的燃料存儲(chǔ)在加熱箱29中。使用的燃 料通常被稱為重燃油(HFO),其在50n時(shí)粘度為500-700cSt，并且 在室溫下不能流動(dòng)。箱中的HFO基本上在所有時(shí)間都保持在約5or, 即在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間也是如此。典型地，具有這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的輪船 設(shè)置有發(fā)電機(jī)組(Genset),即在主發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間向輪船和主發(fā)動(dòng)機(jī) 提供電力和熱量的小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。HFO從加熱箱通向過(guò)濾器或離心機(jī)30，并通向預(yù)加熱器31。根據(jù) HFO的運(yùn)行狀態(tài)和等級(jí)來(lái)控制離開(kāi)預(yù)加熱器31的HFO的溫度。在發(fā) 動(dòng)機(jī)停止期間，當(dāng)HFO在液壓系統(tǒng)中以低壓流通時(shí)，HFO的溫度保持 在45-60"C的范圍內(nèi)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，根據(jù)HFO的粘度，將離開(kāi) 預(yù)加熱器31的HFO的溫度保持在卯-150n之間。傳感器(未示出) 測(cè)量緊挨著預(yù)加熱器31的下游處(或其它合適位置)的HFO的粘度。 離開(kāi)預(yù)加熱器31的HFO的溫度典型地被控制為使得在測(cè)量點(diǎn)處的粘度 在10-20cSt的范圍內(nèi)。
叉形中間管道32將預(yù)加熱器連接到高壓燃料泵33和輔助低壓流通 泵34。在每個(gè)泵的管道下游設(shè)置止回閥35，以防止反吸。
在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，高壓燃料泵33由曲軸3上的齒輪33經(jīng)由齒輪 37驅(qū)動(dòng)。從而，高壓燃料泵33產(chǎn)生1000-1500巴的額定壓力，但是該 壓力可根據(jù)運(yùn)行條件在600 - 2000巴之間波動(dòng)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間，輔助低壓流通泵34由電動(dòng)馬達(dá)38驅(qū)動(dòng)。由此， 傳遞約3-10巴的壓力，以在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間使HFO在液壓系統(tǒng)中流 通。
共用燃料軌道40沿著所有氣釭延伸，并且與圖3中未示出的氣釭6 的連接由從該共用軌道伸出的短豎直線表示。
圖3中示出的氣缸6通過(guò)供應(yīng)管道41而被供以HFO，供應(yīng)管道41 從共用軌道40分支并通向比例控制閥25的入口 。供應(yīng)管道41設(shè)置有 多個(gè)流體蓄能器42，其在比例控制閥25打開(kāi)時(shí)輸送大部分流體，并且 在比例控制閥25關(guān)閉時(shí)從共用軌道40后供給(post-feed)。
壓力管道20將比例控制閥25的兩個(gè)出口中的一個(gè)連接到液壓致動(dòng) 器19的入口 。供給管道24將這兩個(gè)出口中的另一個(gè)連接到噴射器23。 比例控制閥25上兩個(gè)控制口通過(guò)分配塊中的通道連接到分配塊的上表 面上相應(yīng)的排出口。比例控制閥25還具有兩個(gè)出口，連接到用于用過(guò) 的^Jt流體(HFO)的回流管道43。
比例控制閥25是具有三個(gè)位置的電磁驅(qū)動(dòng)伺服閥。電磁鐵44經(jīng)由 電線28從控制單元26 (圖2 )接收控制信號(hào)。電磁鐵44安裝到比例控 制閥25的殼體，其間設(shè)置有陶瓷板45,以使電磁鐵44與比例控制閥25絕熱，比例控制閥25在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間可能會(huì)達(dá)到超過(guò)1501C的溫 度。該構(gòu)造防止敏感的電磁鐵44過(guò)熱。根據(jù)另一實(shí)施方式(未示出)， 電磁鐵44通過(guò)絕熱墊片連接到閥體。
在中央位置，其中電磁鐵44不起作用，比例控制岡25的兩個(gè)入口 封閉，且比例控制閥25的兩個(gè)出口連接到回流管道43。當(dāng)電磁鐵啟動(dòng) 而將滑閥(valve spool)推到左側(cè)(圖3中的左側(cè))時(shí)，比例控制閥的 入口連接到壓力管道20，高壓HFO被傳送到該壓力管道20,使得致動(dòng) 器19打開(kāi)排氣門11。在該位置，供給管道24連接到回流管道43。當(dāng) 電磁鐵44啟動(dòng)而將滑閥推到右側(cè)(圖3中的右側(cè))時(shí)，比例控制閥25 的入口連接到供給管道24,高壓HFO被傳送到該供給管道24，使得噴 射器23將燃料噴射到燃燒室15中。在此位置，壓力管道20連接到回 流管道43。燃料噴射正時(shí)、所噴射燃料的體積以及噴射圖(injection pattern)的形狀由比例閥控制。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，(未示出的) 燃料從共用燃料軌道到噴射器的流動(dòng)由開(kāi)/關(guān)閥控制。該開(kāi)/關(guān)閥可以是 與對(duì)流進(jìn)流出液壓致動(dòng)器的流動(dòng)進(jìn)行控制的閥相獨(dú)立的閥。
對(duì)流進(jìn)流出致動(dòng)器的流動(dòng)進(jìn)行控制的獨(dú)立的閥還可以是開(kāi)/關(guān)閥。
傳統(tǒng)的燃料限制器46放置在壓力管道24中，以在比例控制閥4m 地打開(kāi)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，避免過(guò)量的HFO ii^氣釭。
回流管線43中的壓力保持過(guò)壓幾個(gè)巴，以避免空氣滲透到液壓系 統(tǒng)中，并防止調(diào)水乳化HFO中的水形成蒸汽泡。在回流管道43下游端 部處的壓力控制閥47確保預(yù)定的最小化的過(guò)壓保持在回流管道43中。 回流管道43中的過(guò)壓優(yōu)選地為3 - 10巴。蓄能器或膨脹容器48連接到 回流管道43，以吸收在比例控制閥25改變位置時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的壓力波 動(dòng)。
第二回流管道49將噴射器23的出口連接到回流管道43。在壓力控 制閥47的下游處，回流管道43將用過(guò)的HFO供給到預(yù)加熱器31，以 完成該循環(huán)。
將HFO從預(yù)加熱器31的出口傳送到共用軌道40并從共用軌道40 經(jīng)由比例控制閥25傳送到液壓閥致動(dòng)器19和噴射器23的管道i殳置有 由圖3中示出的加熱線圏表示的加熱裝置。該管道能夠在其全長(zhǎng)上例如 由蒸汽保溫加熱器或由電加熱元件所加熱。這些管道的加熱用于減小熱的HFO從預(yù)加熱器向下游移動(dòng)時(shí)的熱量損失。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，朝 向噴射器和液壓閥致動(dòng)器的管道中的HFO的溫度保持為接近150"， 然而這取決于所使用HFO的粘度。在其長(zhǎng)度的一部分上平行延伸的相 鄰管道例如壓力管道20和供給管道24能夠設(shè)置有共用的加熱裝置(未 示出)。
回流管線43和49也"^殳置有如上所述同樣類型的加熱裝置。在回流 管線中HFO的溫度是不那么關(guān)鍵的，并且加熱裝置調(diào)節(jié)為確保HFO 的溫度不會(huì)低于50 r。
在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間，HFO在循環(huán)泵34的作用下而穿過(guò)液壓系統(tǒng)流 通(以3-IO巴的較低壓力)，以避免空氣1液壓系統(tǒng)，并避免HFO 局部冷卻和硬化。在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間，離開(kāi)預(yù)加熱器31的油的溫度i殳 定在約為50"C,以避免HFO固化。
在流通期間，為了既到達(dá)噴射器23又到達(dá)液壓致動(dòng)器19，比例控 制閥周期性地改變位置。根據(jù)另一實(shí)施方式，該比例控制岡設(shè)置有第四 旁路位置(未示出)。在該位置，比例控制閥同時(shí)通向噴射器和液壓閥 致動(dòng)器。根據(jù)另外一個(gè)實(shí)施方式(未示出)，設(shè)置單獨(dú)的旁路岡，其允 許HFO從共用軌道同時(shí)地流到噴射器和液壓閥致動(dòng)器。
加熱壓力管道20設(shè)置有裝置，以使得該管道可以在從流通期間的 50r到發(fā)動(dòng)M行期間的約1501C的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)停止并 且HFO的溫度從約50X:升高到約150C后，熱膨脹^f吏得壓力管道20的 長(zhǎng)度增加，反之亦然。
如圖5所示，壓力管道20設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)U形部分50，其能夠 通過(guò)U形部分的柔性而吸收在不同運(yùn)行溫度時(shí)長(zhǎng)度的差異?？商娲?， 或者結(jié)^來(lái)，需要在低溫和高溫下運(yùn)行的壓力管道20以及其它管道 的部分可以在兩個(gè)托架51和52之間軸向自由地懸伸，如圖6所示。每 個(gè)托架包括襯套53，襯套53中容納壓力管道20的一端，使得壓力管道 20在徑向上固定但在軸向上是可移動(dòng)。由鑄鐵、鋼、聚四氟乙烯(PTFE )、 氟橡膠、(FPM)、共聚物(NBR)、腈橡膠、聚(二甲基珪氧烷)(SI) 或類似材料制成的O形團(tuán)54或類似墊團(tuán)確保管道端部和襯套之間基本 上密閉的密封。施加在管道20的相對(duì)的兩個(gè)自由端上的壓力彼此平衡。 管道20長(zhǎng)度的軸向變化由其軸向自由懸伸的管道端部所吸收。液壓系統(tǒng)中的墊團(tuán)從鑄鐵、鋼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟橡膠、 (FPM)、共聚物(NBR)、腈橡膠、聚(二甲M氧烷)(SI)、其混合 物或類似材料中選擇，以確保液壓系統(tǒng)的部件之間基本上密閉的密封。 具體的墊圏在下面參照?qǐng)D9來(lái)描述。
圖4示出了液壓系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式基本上與圖 3中示出的實(shí)施方式相同，然而，高壓泵33還在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間用作使 HFO流通的低壓泵。這里，由中央控制單元控制的離合器56設(shè)置在齒 輪37和高壓泵33之間。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，離合器56接合，并且高 壓泵33由曲軸3驅(qū)動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間，離合器56脫開(kāi)掩^。由中 央控制單元控制的另 一 離合器55設(shè)置在高壓泵33和電動(dòng)馬達(dá)38，之間。 離合器55在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間脫開(kāi)接合，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間掩^。電動(dòng) 馬達(dá)38，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間驅(qū)動(dòng)高壓泵33，但是比其在發(fā)動(dòng)M行期間 的運(yùn)行速度低得多，以提供足夠的滴A壓力用于HFO以3 - 10巴的壓 力流通。
下面將參照?qǐng)D7-11詳細(xì)地描述致動(dòng)器19和氣動(dòng)彈簧18的優(yōu)選實(shí) 施方式。
排氣門11具有從閥頭58豎直向上延伸的桿57，并且桿57的上端 對(duì)穩(wěn)固地安裝在閥桿57上的缸59進(jìn)行支撐，從而形成壓力密封并在靜 止活塞60上縱向可以移動(dòng)。靜止活塞60是彈簧殼體61的一部分。在 靜止活塞60上具有連接到加壓空氣供應(yīng)裝置(未示出)的彈簧室62， 該加壓空氣供應(yīng)裝置保持彈簧室62填充以例如4.5巴過(guò)壓的預(yù)定最小壓 力的加壓空氣。也可使用其它氣壓，例如3-10巴。最小壓力根據(jù)氣動(dòng) 彈簧所需的彈性特征來(lái)選擇?？梢詫⒍鄠€(gè)不同缸上的彈簧室互聯(lián)，但是 優(yōu)選地，每個(gè)彈簧室由加壓空氣供應(yīng)裝置處的止回閥63單獨(dú)地切斷。 彈簧室62中的加壓空氣在缸59上產(chǎn)生持續(xù)的向上的力。該向上的力在 缸59向下移動(dòng)時(shí)增加，并且^^壓彈簧室62中的空氣，止回閥63防止 彈簧室62中的空氣流出。
彈簧殼體61限定了繞著氣動(dòng)彈簧18并位于其上的腔64。腔64連 接到排出部65，使得該腔具有大氣壓。從致動(dòng)器19泄漏的任何油將進(jìn) 入腔64，并經(jīng)由排出部65排出。該彈簧構(gòu)造成使得泄漏油難以i^彈 簧室62,因?yàn)楦?9形成為傘狀，其迫4吏泄漏油在其上流過(guò)并向下到達(dá)腔64的底部，而不會(huì)存在ii^彈簧室62的風(fēng)險(xiǎn)。這是非常重要的，因 為當(dāng)泄漏油試圖穿過(guò)甚至進(jìn)一步進(jìn)入氣動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，泄漏油(HFO)能夠 聚集并在彈簧室內(nèi)硬化或者阻塞氣動(dòng)管道。
參照?qǐng)D7和9，液壓閥致動(dòng)器19由缸66構(gòu)造，該缸由殼體61的頂 部支撐?；钊?7容納在缸66的中央孔中。該中央孔在缸66的頂部處 封閉，并在缸66的底部處敞開(kāi)。該中央孔與殼體61中的孔68同軸地 設(shè)置?；钊?7的上(近)端容納在該中央孔中，而活塞67的遠(yuǎn)端作用 在閥桿57的頂部上。
主壓力室69限定缸66和活塞67的頂部之間。M流體(HFO ) 經(jīng)由開(kāi)口 70供應(yīng)至液壓閥致動(dòng)器及從液壓閥致動(dòng)器排出。開(kāi)口 70通入 到中間壓力室71,該中間壓力室設(shè)置在主壓力室69之下并限定于缸66 和活塞67的中間部分之間。開(kāi)口 70由比例控制閥控制而交替地連接到 壓力管道20和回流管道43，該比例控制閥在此視圖中示例性地示出為 開(kāi)/關(guān)閥25，，盡管也能替代地使用比例閥。輔助壓力室73限定于活塞 67的直徑加大部分74和中央孔的相應(yīng)直徑加大部分之間?？蛇x地，墊 圏68，能夠設(shè)置在直徑加大部分74和缸66之間，以減小進(jìn)入腔64的泄 漏油的量。在液壓致動(dòng)器19的打開(kāi)行程的第一部分期間，輔助壓力室 73經(jīng)過(guò)由活塞67的凹口 75形成的軸向通道75被供以來(lái)自中間室71 的高壓HFO。在打開(kāi)行程期間，在預(yù)定的中間位置軸向通道75由缸67 上的控制凸緣76關(guān)閉。同時(shí)，開(kāi)口 77將輔助壓力室73連接到回流管 線43，因?yàn)橹睆郊哟蟛糠?4的上邊緣現(xiàn)在位于開(kāi)口 77的上邊緣之下。 從而，直徑加大部分74幫助克服在液壓致動(dòng)器19的打開(kāi)行程的第一部 分期間由燃燒室15中的壓力施加在閥頭58上的較大的力。在活塞67 的預(yù)定的中間位置，到輔助室73的高壓流體的供應(yīng)中斷，并且該輔助 壓力室經(jīng)由開(kāi)口 77排空?，F(xiàn)在燃燒室15中的壓力下降，并且不再需要 直徑加大部分74的作用.
圖8示出了排氣門的典型打開(kāi)曲線圖。在階段I中，打開(kāi)運(yùn)動(dòng)的開(kāi) 始段需要從液壓致動(dòng)器19得到較大的力，以克服燃燒室15中的壓力， 并用于使較重的排氣門11加速。在此階段中，液壓致動(dòng)器19必需提供 最大的力。然而，應(yīng)該避免由于控剩閥25或25，的快速打開(kāi)而產(chǎn)生的液 壓沖擊波。在階段II，排氣門ll到達(dá)完全打開(kāi)的位置，并且在此階段，
16排氣門ll應(yīng)該逐漸地變慢而停止，優(yōu)選地，不會(huì)與其它物朱波此抵靠。 在階段III中，排氣門11的返回運(yùn)動(dòng)應(yīng)該輕柔地開(kāi)始，應(yīng)該避免由于控
制閥25或25，的急劇打開(kāi)和關(guān)閉而引起的液壓壓力波。在階段IV末期， 岡頭58逐漸和精確地降落在閥座上是最為關(guān)鍵的，因?yàn)榻饘傥矬w將彼 此抵靠。從而至關(guān)緊要的是，排氣門11和活塞67逐漸地變慢，從而使 巨大的加速力最小化，并避免閥頭撞擊在閥座上。排氣門11合適的打 開(kāi)曲線能夠根據(jù)本發(fā)明以多種方式獲得。 一種方式是通過(guò)使用用于排氣 門的簡(jiǎn)單液壓致動(dòng)器，例如液壓缸(未示出)與比例控制閥的合適控制 相結(jié)合，從而使得比例控制閥的基本上排他性的打開(kāi)程度確保了由致動(dòng) 器施加在排氣門上的合適的力和阻力用于獲得合適的打開(kāi)曲線。另一種 方法是通過(guò)使用這里描述的液壓致動(dòng)器和閥彈簧，其具有固有特性，使 得用于排氣門的合適的打開(kāi)曲線能夠通過(guò)開(kāi)/關(guān)控制閥而獲得。具有固有 特性的致動(dòng)器也能與比例閥結(jié)合。
當(dāng)排氣門將要打開(kāi)并且比例控制閥25將高壓流體供應(yīng)到開(kāi)口 70 時(shí)，并且使得主要加壓室、中間加壓室和輔助加壓室加壓。主要加壓室 和輔助加壓室的高壓液壓流體使得活塞被向下壓。
活塞67 (第一活塞部分)設(shè)置有活塞帽78 (第二活塞部分)。活塞 67的上部(近端)以可滑動(dòng)的方式^^活塞帽78，從而在活塞67和活 塞帽78之間形成補(bǔ)償室79。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，活塞帽78套在活塞 67的頂部上。然而，活塞帽78也可設(shè)置成配合在活塞67的頂部?jī)?nèi)(未 示出)。彈簧80迫壓活塞67和活塞帽78使之彼此遠(yuǎn)離，從而擴(kuò)大補(bǔ)償 室79。第一流動(dòng)路徑設(shè)置在補(bǔ)償室79和主壓力室69之間。第一流動(dòng)路 徑包括閥構(gòu)件81,閥構(gòu)件81配合在活塞帽78的頂部中的容納孔內(nèi)。彈 簧80向上朝向活塞帽78迫壓閥構(gòu)件81。才艮據(jù)另一實(shí)施方式(未示出)， 可i殳置單獨(dú)的彈簧用于向上迫壓活塞帽78和閥構(gòu)件81。這允許施加到 任一元件上的力可以彼此獨(dú)立地調(diào)節(jié)。
閥構(gòu)件81 i殳置有軸向孔82和兩個(gè)徑向孔83和84,這些孔連接補(bǔ) 償室79和主壓力室69，除非閥構(gòu)件81在容納孔內(nèi)位于其上部位置。在 該上部位置(圖9和12 )，孔84的打開(kāi)由容納孔的壁所阻止，從而第一 流動(dòng)路徑被關(guān)閉。第一流動(dòng)路徑用于在活塞67位于其上部位置時(shí)允許 過(guò)量的液壓流體從補(bǔ)償室79溢出，并且活塞帽78由于補(bǔ)償室79中液壓流體的量過(guò)多而設(shè)置為比所需要的那樣更為靠近主壓力室69的頂部。 在此情形下(圖lO和ll)，閥構(gòu)件81抵靠缸66的端部表面，并且閥構(gòu) 件81相對(duì)于活塞帽78向下移動(dòng)，從而打開(kāi)第一流動(dòng)路徑，使得補(bǔ)償室 79能夠排空，直到閥頭58靠在閥座上。從而第一流動(dòng)路徑僅在活塞部 件在缸66的上(近)端處位于小的預(yù)定軸向范圍內(nèi)時(shí)才打開(kāi)。
第二流動(dòng)路徑位于補(bǔ)償室79和中間壓力室71之間。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施 方式，第二流動(dòng)路徑由活塞67和活塞帽78之間的環(huán)形縫隙85形成。 由于環(huán)形縫隙85較窄，第二流動(dòng)路徑具有相對(duì)高的流阻。第二流動(dòng)路 徑允許補(bǔ)償室79在彈簧80的作用下被填充。通過(guò)選擇用于彈簧80的 力以及流動(dòng)路徑85的阻力的合適特征而獲得補(bǔ)償室的合適填充規(guī)律。
具有高流量限制(flow restriction)的換氣管道86設(shè)置在缸66的 頂部，并將由阻尼室87形成的主壓力室69的頂部連接到回流管道43。
活塞帽78具有軸向錐形的外周，其直徑朝向活塞頂部逐漸增加。 錐形部分與向內(nèi)突出的環(huán)形凸緣88配合，環(huán)形凸緣88在開(kāi)口 70通向 中央孔的位置處恰好上方處而從中央孔延伸。錐形部分與環(huán)形凸緣88 一起形成狹窄的環(huán)形縫隙89，環(huán)形縫隙89的尺寸隨著活塞的位置而變 化。液壓流體必需穿過(guò)該環(huán)形縫隙89而被壓縮，從而從中間壓力室71 流動(dòng)到主壓力室69 。這4吏得中間壓力室71和主壓力室69之間產(chǎn)生壓降。 該壓降在環(huán)形縫隙89的尺寸變小時(shí)升高，并且隨著流率增加而逐漸增 加，從而有效地防止活塞67到達(dá)高速。錐形部分的尺寸使得環(huán)形縫隙 89朝向打開(kāi)行程的末端而較小。朝著所述行程的末端，活塞67的速度 從而有效地受到限制，即使^^流體的供應(yīng)壓力比較高。錐形部分在圖 9-11中返出，其具有sMt向外彎曲的輪廓，但是其它輪廓例如截頭圓 錐、？ML向內(nèi)彎曲的輪廓、兩者的結(jié)合形式、或任何需要的預(yù)定輪廓也 是可能的。這種輪廓可以通過(guò)測(cè)試方法、計(jì)算機(jī)仿真方法或分析方法而 確定，所述方法表示在行程的每個(gè)位置流量限制應(yīng)該有多大，以使閥致 動(dòng)器具有最優(yōu)的動(dòng)力特性。然后，可相應(yīng)地構(gòu)造錐形部分。
致動(dòng)器19的向下的力和空氣彈簧18的向上的力在向外行程的末端 達(dá)到平衡，即活塞67和排氣門11將由于它們自身而停止，如圖8的階 段II所示。既不需要切斷高壓HFO的供應(yīng)，也不需要行程限制器來(lái)停 止活塞和排氣門。由于HFO的供應(yīng)不需要突然切斷，從而沒(méi)有液壓沖擊波,否則的話，所述液壓沖擊波將壓迫整個(gè)液壓系統(tǒng)。沒(méi)有#^限制 器，從而使得機(jī)械載荷和沖擊更低。
供應(yīng)到液壓致動(dòng)器19的HFO的壓力以及供應(yīng)到空氣彈簧18的空 氣的壓力被控制為確保排氣門ll到達(dá)合適的打開(kāi)位置。致動(dòng)器19和空 氣彈簧18的尺寸設(shè)置為使得它們?cè)诖蜷_(kāi)位置容易地平銜:反向的力。
在活塞67接近完全打開(kāi)位置時(shí)，凸緣88和活塞帽78的錐形部分 之間的流動(dòng)路徑變窄。窄的縫隙對(duì)于活塞67的運(yùn)動(dòng)具有阻尼效應(yīng)，從 而活塞在打開(kāi)位置停止，而幾乎沒(méi)有或者根本沒(méi)有沖擊以及隨后的振 動(dòng)。
活塞67在空氣彈簧18的作用下返回到縮回位置。液壓致動(dòng)器19 在缸66的頂部(在近端)以阻尼室87的形式:&置有行程末端阻尼?；?塞帽78頂部的尺寸形成為與阻尼室87以微小間隙配合，并且當(dāng)?shù)诙?塞部分78的頂部插入到阻尼室中時(shí)，在返回行程中，通過(guò)迫使液壓流 體穿過(guò)由環(huán)形縫隙卯形成的微小間隙流出阻尼室87，從而吸收活塞67 和排氣門11的大部分動(dòng)能，并且閥頭58輕柔地座落在閥座上。
通過(guò)根據(jù)主壓力室69在活塞67的各個(gè)位置所需要的壓力而改變錐 形部分的設(shè)計(jì)而調(diào)節(jié)開(kāi)口 70和主壓力室69之間的流動(dòng)路徑的流阻。液 壓閥致動(dòng)器19從而能夠與具有變化壓力的高壓源良好地配合。相對(duì)低 的供應(yīng)壓力將導(dǎo)致較低的閥加iUL。因此，電子控制單元26連續(xù)地改 變閥門打開(kāi)的正時(shí)以及長(zhǎng)度，以補(bǔ)償高壓液壓流體供應(yīng)中的壓力變化。 當(dāng)供應(yīng)壓力較低時(shí)，電子控制單元26將指示比例控制閥25較早地打開(kāi) 并保持打開(kāi)較長(zhǎng)一段時(shí)間，以確保排氣門打開(kāi)足夠長(zhǎng)，以合適地排出燃 燒室中的氣體，并且當(dāng)供應(yīng)壓力較高時(shí)，反之亦然。
缸66包括通氣和再循環(huán)管道86，由此溫?zé)岬腲Ji流體能夠穿過(guò)致 動(dòng)器而流通并返回到回流管道43中。這有利于在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)將閥 保持在運(yùn)行溫度，并且這還能夠有效地去除空氣。
-^&閥的運(yùn)行
在排氣門ll的關(guān)閉位置，活塞帽78所處的位置為其頂部位于阻 尼室87內(nèi)側(cè)且位于閥構(gòu)件81所允許的位置范圍內(nèi)。圖IO示出了活塞 帽87的最高可能位置，其中第一流動(dòng)路徑打開(kāi)，圖12示出了活塞帽78 的最低可能位置，其中閥構(gòu)件81關(guān)閉。在位置范圍內(nèi)，在活塞帽78的頂部以及阻尼室87的壁之間總是存在一個(gè)狹窄的環(huán)形縫隙90。
排氣門11通it^U匕例控制閥25 (才艮據(jù)另一實(shí)施方式，例如開(kāi)/關(guān)岡 25，或伺服閥的其它類型的閥能夠用于替代比例閥)向開(kāi)口 70 (圖10) 供應(yīng)高壓^h質(zhì)(HFO或燃油)而打開(kāi)。由此，液壓^^質(zhì)流經(jīng)環(huán)形縫隙 89和環(huán)形縫隙90而l到主壓力室69和阻尼室87中，并形成壓力而 向下迫壓活塞67。從開(kāi)口 70流出的液壓流體還流入到中間室71，并經(jīng) 由軸向通道75進(jìn)入到輔助壓力室73中。從而，作用在直徑加大部分74 上的壓力增加了向下迫壓活塞67的力。
當(dāng)活塞67上的合力超過(guò)空氣彈簧18和燃燒室中壓力的反作用力 時(shí)，排氣門ll開(kāi)始打開(kāi)。在打開(kāi)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始階段，穿過(guò)環(huán)形縫隙90進(jìn) 入阻尼室87中的受限制流動(dòng)產(chǎn)生了形成于阻尼室87中的低壓，從而確 保打開(kāi)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始階段平滑，不會(huì)有急劇的加速并且不會(huì)有液壓沖擊 波，參見(jiàn)圖8的階段I。
當(dāng)排氣門11部分打開(kāi)時(shí)，燃燒室15中的壓力和完成排氣門11打開(kāi) 所需要的力明顯下降。在此階段，通過(guò)由控制凸緣76切斷到輔助壓力 室73的M流體的流動(dòng)，并同時(shí)將輔助壓力室73經(jīng)由開(kāi)口 77連接到 回流管道43而減小作用在活塞67上的向下的力，以允許從回流管道43 的M流體能夠在打開(kāi)行程的其余階段供給到輔助壓力室73，允許輔助 壓力室73的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而避免在軸向通道75中以及在輔助壓力室 73中出現(xiàn)氣穴。
在排氣門11的打開(kāi)程度增大時(shí)，縫隙89的流通面積減小。從而， 主壓力室69和輔助壓力室79中的壓力逐漸降低。同時(shí)空氣彈簧18中 的壓力逐漸增大，從而排氣門11的速度穩(wěn)定地降低，直到在由液壓和 氣動(dòng)介質(zhì)施加的力之間形成良好的平衡。由于相對(duì)的流體壓力逐漸地變 化，排氣門11和活塞平滑地減速至完全停止，不會(huì)有任何液壓沖擊波 以及:Wfe接觸，參照?qǐng)D8階段II。通過(guò)縫隙89的急劇減小的流通面積 ^ft且尼作用，減小排氣門ll在完全打開(kāi)位置附近的任何振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
在排氣門11的打開(kāi)階段期間，閥構(gòu)件81由于彈簧80的作用而關(guān) 閉并抵靠住活塞帽78的下側(cè)。流入補(bǔ)償室79的液壓流體的量保證了活 塞帽78的預(yù)定義位置。中間壓力室71和主壓力室69之間的壓力差以 及彈簧80的力向上迫壓活塞帽78，從而少量的M流體經(jīng)由活塞帽和活塞之間的環(huán)形縫隙85被^X到^h(嘗室79之間。在排氣門11的完全 打開(kāi)位置中，主壓力室69和中間壓力室71的壓力相等，并且只有彈簧 80向上迫壓活塞帽78。在排氣門11的打開(kāi)和完全打開(kāi)階段期間，補(bǔ)償 室79的重新填充4吏得活塞帽78相對(duì)于活塞67向上緩慢地移動(dòng)。
在比例控制閥25改變位置并且將開(kāi)口 70與回流管道43連接起來(lái) 時(shí)排氣門11再次關(guān)閉?？諝鈴椈?8的推力使得M流體從主壓力室69 經(jīng)由環(huán)形縫隙89 ii^回流管道43中。環(huán)形縫隙89中的小的流通面積 確保返回行程的軟啟動(dòng)，在活塞67向上運(yùn)動(dòng)期間，其具有穩(wěn)定增加的 速度，該速度由環(huán)形縫隙89的流通面積的穩(wěn)定增加所控制，參照?qǐng)D8 階段III。由于主壓力室69中的壓力高于中間壓力室71，經(jīng)由環(huán)形縫隙 85的排出將使得補(bǔ)償室79有點(diǎn)縮小。輔助壓力室73中的液壓流體經(jīng)由 開(kāi)口77排空，并且當(dāng)開(kāi)口 77被直徑加大部分74擋住時(shí)，經(jīng)由軸向通 道75、中間室71、開(kāi)口 70和返回管道43排空。
在關(guān)閉運(yùn)動(dòng)最后階段，活塞帽78插入到阻尼室87中，從而所形成 的環(huán)形縫隙90明顯減小了阻尼室中液壓流體的可用流通面積。阻尼室 87中的^^流體經(jīng)由環(huán)形縫隙90流出阻尼室，從而其通過(guò)補(bǔ)償室79 中壓力的相應(yīng)增加而在活塞67上用作制動(dòng)力，從而使其減速，參照?qǐng)D8 階段IV。補(bǔ)償室79中壓力的增加將使得一些其中流體經(jīng)由環(huán)形縫隙85 排出。從而在排氣門11關(guān)閉之前，閥頭58著陸在閥座上的速度較大程 度上由環(huán)形縫隙卯的流通面積確定。換氣管道86和環(huán)形縫隙85或多 或少有助于流體從阻尼室87流出。
如果補(bǔ)償室79在排氣門11的打開(kāi)階段期間已經(jīng)完全變大，活塞帽 78將占據(jù)與它插入到阻尼室87中相比稍微更高一點(diǎn)的位置。由此，岡 構(gòu)件81將抵靠缸66的端部(阻尼室的底部)，并打開(kāi)第一流動(dòng)路徑， 以排空補(bǔ)償室79(圖11 )， 4吏得活塞帽78能夠占據(jù)正確的位置(圖10 )。
如果在排氣門11的返回行程期間補(bǔ)償室79完全收縮，活塞帽78 將占據(jù)與它插入到阻尼室87中相比稍微更低一點(diǎn)的位置，并且閥構(gòu)件 81將不抵靠缸的端部(圖12 )。直到下一打開(kāi)階段，彈簧80才會(huì)向上 迫壓活塞帽78，從而補(bǔ)償室79將接納經(jīng)由環(huán)形縫隙85流出的液壓流體 量，直到閥構(gòu)件81抵靠缸66的端部(圖13 ),并確?；钊?8在其軸 向范圍內(nèi)占據(jù)大致居中的位置活塞帽78與補(bǔ)償室79組合的操作使得液壓致動(dòng)器19自動(dòng)地補(bǔ)償 由于在不同溫度下運(yùn)行、修整一一即閥座的研磨、以及制造誤差所產(chǎn)生 的尺寸變化。從而，閥頭58將總是輕柔并且精確地著陸在閥座上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，液壓致動(dòng)器19還可實(shí)現(xiàn)為如圖7所 示那樣沒(méi)有補(bǔ)償室。該實(shí)施方式能用于尺寸變化補(bǔ)償不是太重要的發(fā)動(dòng) 機(jī)中，例如當(dāng)用作液壓流體的一般';^流體在30 - 6ox:運(yùn)行時(shí)。
盡管出于解釋的目的已經(jīng)詳細(xì)的描述了本發(fā)明，但是需要理解的 是，這些細(xì)節(jié)僅是用于解釋的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能在不偏離本發(fā) 明的范圍的情況下作出變化形式。
權(quán)利要求
1. 一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其包括曲軸箱支架(4)，其支撐曲軸(3)和安裝在所述曲軸箱支架上的氣缸支架(5)；多個(gè)氣缸(6)，其由所述氣缸支架(5)支承，每個(gè)氣缸設(shè)置有至少一個(gè)燃料噴射器(23)及至少一個(gè)排氣門(11)；共用燃料軌道(40)；和高壓燃料泵(33)，其在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌道(40)；與每個(gè)氣缸(6)相關(guān)聯(lián)的供應(yīng)管道(24)和閥裝置(25)，其用于將燃料從所述共用軌道(40)輸送到相應(yīng)的噴射器(23)；所述高壓燃料泵(33)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間由所述曲軸(3)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)并在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間由電動(dòng)馬達(dá)(38’)電氣地驅(qū)動(dòng)，以在低壓下使得燃料穿過(guò)所述供應(yīng)管道(24)和/或所述共用軌道(40)和/或穿過(guò)以燃料運(yùn)行的其它發(fā)動(dòng)機(jī)部件而循環(huán)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括離合器(56)，用于將所述 高壓燃料泵(33)連接到所述曲軸(3)或者使所述高壓燃料泵(33) 從所述曲軸(3)脫離。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括離合器(55)，用于將 所述高壓燃料泵(33)連接到所述電動(dòng)馬達(dá)(38，)或者使所述高壓燃 料泵(33)從所述電動(dòng)馬達(dá)(38，)脫離。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括齒輪(36、 37)，用于將所 述曲軸(3)連接到所述高壓燃料泵(33)。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述高壓燃料泵(33)在發(fā) 動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間以600-2000巴的壓力輸送燃料，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止期間以3-10巴的壓力輸送燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種十字頭型大型兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，其中通過(guò)設(shè)置與每個(gè)排氣門(11)相關(guān)聯(lián)的液壓致動(dòng)器(19)而以高壓液壓流體液壓地致動(dòng)所述排氣門(11)。燃油或者重燃油能夠用作液壓流體。本發(fā)明還涉及用于在這種發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中使用的控制閥(25)、用于在這種發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中使用的液壓系統(tǒng)和用于在這種發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中使用的液壓致動(dòng)器(19)。
文檔編號(hào)F01L9/00GK101487405SQ20091000858
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
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