CN100360767C - 由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明(参照图1)涉及由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置。包括：致动器壳(16)；用于偏压提升阀(101)使其与其阀座相结合的弹簧装置(104，105)；能够在形成于致动器壳(16)中的第一室内滑动的具有第一横截面面积的第一活塞(1)，所述第一活塞(1)具有贯通其中的用于液压流体流动的通道；能够在形成于致动器壳(16)中的第二室内滑动的具有第二横截面面积的第二活塞(15)，所述第二横截面面积小于第一横截面面积，所述第二室通向第一室，其中：所述第一室可与增压液压流体供给管路和液压流体返回管路相连接；所述第二活塞具有与第一活塞的下表面相接合的上表面(110)；所述第一活塞构造成不具有这样的通道，该通道与第二活塞对齐，并且具有大于所述第二横截面面积的恒定横截面面积部分。

Description

由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置
技术领域
本发明涉及由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置。
背景技术
大多数内燃机都具有作为进气阀和排气阀的提升阀，用于控制空气进入内燃机的燃烧室的流动和排出的已燃气体的流动。通常，提升阀通过旋转的凸轮轴上的凸轮进行操作。最近，提升阀已经由液压致动器进行控制。在大型柴油机中，当排气阀打开时，燃烧室中的剩余压力可以达到70巴。这需要向排气阀上施加相当大的力。
发明内容
本发明提供一种由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置，包括：
致动器壳；
用于偏压提升阀使其与用于其的阀座相结合的弹簧装置；
能够在形成于致动器壳中的第一室内滑动的具有第一横截面面积的第一活塞，所述第一活塞具有贯通其的用于液压流体流动的通道；以及
能够在形成于致动器壳中的第二室内滑动的具有第二横截面面积的第二活塞，所述第二横截面面积小于第一横截面面积，所述第二室通向第一室，
其中：
所述第一室可与增压液压流体供给管路和液压流体返回管路相连接；
所述第二活塞具有可与第一活塞的下表面相接合的上表面；
所述第一活塞构造成不具有这样的通道，该通道与第二活塞对齐，并且具有大于所述第二横截面面积的恒定横截面面积部分；由此：
为了打开提升阀，第一室与增压液压流体供给管路相连接，然后供给的增压液压流体最初作用于第一活塞上以产生第一级力，该第一级力最初通过第二活塞传递给发动机阀，从而以打开该阀，最初，第一活塞、第二活塞和发动机阀在第一级力的作用下全都一起移动，直到第一活塞到达终点挡板，然后，供给的增压液压流体从所述第一室流动通过第一活塞中的通道，从而作用于所述第二活塞并由此产生第二较小级力，在该第二较小级力的作用下，第二活塞和所述阀一同移动直到所述阀完全打开；
为了关闭先前打开的提升阀，第一室与液压流体返回管路连接，接着，由弹簧装置向阀施加的偏压力作用于阀上，将其朝向其阀座移回，最初，所述阀和所述第二活塞一起移动，同时所述第二活塞通过第一活塞中的通道从第二室向液压流体返回管路排出流体，直至第二活塞与第一活塞相结合，然后，第一活塞、第二活塞和所述阀都在由弹簧装置所施加的偏压力的作用下一起移动，同时所述第一活塞从第一室向液压流体返回管路排出液压流体，直至提升阀与用于其的阀座相结合；
第二活塞相对于第一活塞的运动由第二活塞的上表面和第一活塞的下表面的邻接来限制；
通过第一活塞的通道具有通向第一活塞的下表面的开口，所述开口被一圆锥形邻接表面包围；
第二活塞的上表面具有一配合的圆锥形邻接表面，所述相配合的邻接表面彼此邻接，同时，第一和第二活塞一起移动，并且通过邻接密封穿过第一活塞的通道。
致动器向例如排气阀施加一个较大的力，用于发动机阀运动的第一部分，然后，燃烧室中的压力下降并且致动器不再需要施加这样的一个较大的力。其后，由于致动器的工作横截面面积非常小于阀冲程的第一部分，因此阀的每毫米运动所需的流体的量大大地减少。
本发明还具有发动机阀的最初和最后的速度较低的优点，因此在所述阀的打开口和闭合处的提升型面的梯度较低，这具有减少由阀导致的噪音、振动和粗糙度的优点并能够提高发动机阀的重叠能力。
附图说明
下面，将参照附图对内燃机的阀门的致动器的优选实施方式进行说明，所述附图为致动器的横截面图。
具体实施方式
在图中，可以看出具有一个用于操作提升阀101的致动器100，所述提升阀101用作控制已燃气体从汽缸102向排气通路103流动的排气阀。所述阀101由一对同心阀弹簧104，105进行偏压，所述同心阀弹簧104，105在弹簧座面106和固定于提升阀101的顶端的套环107之间进行作用。提升阀101的顶端与能够在内致动器壳的第一孔中滑动的小活塞15相接合。小活塞15的顶部可与能够在内致动器壳16的第二孔中滑动的大活塞1相接合，所述第二孔与第一孔对齐。所述致动器100具有一个包围内致动器壳16的外部致动器壳13。
通路24延伸通过外部致动器壳13，该通路24用于液压流体的流动。阀(未图示)用于控制液压流体通过通路24流向致动器100，或者从致动器100流出。
如图所示，阀101被弹簧104，105偏压进其阀座中。活塞15的截头圆锥形顶部110与活塞1的下表面中的具有配合形状和结构的插口相接合。一流体通道111通向所述插口以允许流体流过活塞1。如图所示，阀弹簧104，105偏压活塞15以使其与活塞1相接合，并且偏压两个活塞1，15以使其位于它们的最上部的位置。通道111不具有横截面面积大于小活塞15的横截面面积的部分，并且该通道111被设计为允许流体流过活塞1而不允许小活塞15在活塞1内的运动。
如果提升阀101是大排量柴油机中的排气阀，则当致动器100第一次打开阀101时汽缸102内的压力将高达70bar。为了向阀101施力以充分打开阀，在致动器中设置活塞1。当增压流体被导入限定在活塞1和外部致动器室13之间的室112中时，则流体作用以使活塞1在内壳16中向下滑动。向阀101施加的力是增压流体的压力和活塞1的面积的乘积。
活塞1在内壳16中的孔中向下滑动直到其邻接其于其中滑动的该内壳16中的孔的末端。然后，增压流体作用以相对于第一活塞1移动活塞15，活塞15在内壳16中滑动，液压流体流过活塞1中的缝隙111。因此，活塞1和15的共同运动引起阀101打开运动的第一部分，然后，仅通过小活塞15的运动引起阀101的打开运动。
由活塞15施加在阀101上的力是流体的压力和活塞15的横截面面积的乘积。由于活塞15的横截面面积远小于活塞1的横截面面积，因此由活塞15施加在阀101的力远小于由活塞1施加的力。另一方面，当阀101在活塞1的控制下进行运动时，每一毫米的运动所需的流体的量为运动的距离和活塞1的乘积，而当阀101在活塞15的控制下进行移动时，每一毫米运动所需的流体的体积为移动的距离和活塞15的较小的横截面面积的乘积。液压泵加压供给致动器的流体所需的动力与流体的流动速度成比例，因此减少阀的每毫米移动所需的流体的量是一个节能的手段。
 一旦阀101被打开，汽缸102中的压力将迅速地减小到大气压。因此，通过活塞15施加的低压力，致动器可以容易地移动阀101。
为了防止活塞1的下表面120和活塞1在其中运动的室的相对面121之间的流体的增加，允许经过活塞1的圆柱形外表面的流体的泄漏。另外，当活塞1向下运动时，小通道122允许流体从表面120，121之间流向活塞1的上侧。
被收集到表面120，121之间的流体具有充当活塞1的缓冲垫以防止活塞1撞击表面121上引起噪音和磨损的有益效果。
当阀101将要返回它的阀座时，室112通过通道24与流体返回管路连接，接着，阀弹簧104，105对阀101和活塞15向上施力，流体从活塞1和15之间通过活塞1中的孔111向通道24中排出。当活塞15向上运动时，活塞15的截头圆锥顶部与活塞1的下表面中的圆锥形凹部相结合并位于该圆锥形凹部内，相配合的圆锥表面作用而将活塞相对于活塞1定位于中间。此外，当活塞15的截头圆锥头部110的面向表面和缝隙111彼此靠近时，限定于其间的该缝隙变窄，因此限制流经其中的流体的流动。这对活塞15的运动具有有益的阻尼作用，该阻尼作用用于缓和当活塞15与活塞1相邻接时的冲击。一旦活塞1充分地与活塞15接合，则两个活塞1和15在弹簧104和105的作用下一同运动直到阀101返回它的阀座。
理想地，活塞15的横截面直径被选择为近似与阀101的阀杆的横截面的相同，活塞1的横截面直径被选择为近似与阀101的阀头的最大直径相同。
在以下的条件下，活塞1的直径将选择得尽量小：对于被供给的液压流体的设定压力，在室102中某一力必须能够克服残余压力。另外，在以下的条件下，活塞15的直径将选择得尽量小：通过由液压流体供给的设定压力，活塞必须能够施加一充分大的力以在阀101的整个行程中克服弹簧104，105的偏压力。
发动机阀101典型地具有15mm的总冲程，其中，仅最初的1至1.5mm的冲程由较大的活塞1的运动引起，其余的由小活塞15引起。

Claims (7)

1.一种由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置，包括：
致动器壳；
用于偏压所述内燃机提升阀使其与用于其的阀座相结合的弹簧装置；
能够在形成于致动器壳中的第一室内滑动的具有第一横截面面积的第一活塞，所述第一活塞具有贯通其的用于液压流体流动的通道；以及
能够在形成于致动器壳中的第二室内滑动的具有第二横截面面积的第二活塞，所述第二横截面面积小于第一横截面面积，所述第二室通向第一室，
其中：
所述第一室可与增压液压流体供给管路和液压流体返回管路相连接；
所述第二活塞具有可与第一活塞的下表面相接合的上表面；
所述第一活塞构造成具有与第二活塞对齐的通道，该通道具有不大于所述第二横截面面积的横截面面积部分；由此：
为了打开内燃机提升阀，第一室与增压液压流体供给管路相连接，然后供给的增压液压流体最初作用于第一活塞上以产生第一级力，该第一级力最初通过第二活塞传递给内燃机提升阀，从而打开该内燃机提升阀，最初，第一活塞、第二活塞和内燃机提升阀在第一级力的作用下全都一起移动，直到第一活塞到达终点挡板，然后，供给的增压液压流体从所述第一室流动通过第一活塞中的通道，从而作用于所述第二活塞并由此产生第二较小级力，在该第二较小级力的作用下，第二活塞和所述内燃机提升阀一同移动直到所述内燃机提升阀完全打开；
为了关闭先前打开的内燃机提升阀，第一室与液压流体返回管路连接，接着，由弹簧装置向该内燃机提升阀施加的偏压力作用于该内燃机提升阀上，将其朝向其阀座移回，最初，所述内燃机提升阀和所述第二活塞一起移动，同时所述第二活塞通过第一活塞中的通道使流体从第二室排出流向液压流体返回管路，直至第二活塞与第一活塞相结合，然后，第一活塞、第二活塞和所述内燃机提升阀都在由弹簧装置所施加的偏压力的作用下一起移动，同时所述第一活塞使液压流体从第一室排出流向液压流体返回管路，直至内燃机提升阀与用于其的阀座相结合；
第二活塞相对于第一活塞的运动由第二活塞的上表面和第一活塞的下表面的邻接来限制；其中：
通过第一活塞的通道具有通向第一活塞的下表面的开口，所述开口被一圆锥形邻接表面包围；
第二活塞的上表面具有一配合的圆锥形邻接表面，所述相配合的圆锥形邻接表面彼此邻接，同时，第一和第二活塞一起移动，并且通过邻接密封穿过第一活塞的通道。
2.如权利要求1所述的由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置，其特征在于，所述第二活塞直接邻接内燃机提升阀的阀杆的顶部。
3.如权利要求1或者2所述的由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置，其特征在于，当第一活塞和第二活塞一起移动时，它们直接互相邻接。
4.如权利要求中1所述的由内燃机提升阀及用于其的液压致动器组成的装置，其特征在于，所述第一室通过第一直径孔形成于致动器壳中，所述第二室通过第二直径孔形成于致动器壳中，所述第二直径孔与第一直径孔对齐。
5.如权利要求1所述的由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置，其特征在于，当第二活塞与第一活塞邻接时，所述相配合的圆锥形邻接表面一起作用以限制通过第一活塞中的通道的流体的流动，由此缓和第一活塞与第二活塞的冲击。
6.如权利要求1所述的由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置，其特征在于，具有通过致动器的通道，当第一活塞接近其终点挡板时，收集在第一活塞的一侧和第一室的一面向面之间的液压流体可以通过该通过致动器的通道被传送到位于第一活塞的另一侧上的第一室。
7.如权利要求1所述的由内燃机提升阀及用于其的致动器组成的装置，其特征在于，弹簧装置包括一个或多个的阀弹簧，该阀弹簧在附连于内燃机提升阀的套环和设置于发动机汽缸头上的表面之间进行作用。
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