CN100549432C - 共轨液压系统 - Google Patents

Abstract

一种液压系统(1；20；30)，包括至少两个液压消耗装置(2a，2b)，一个第一液压动力供给装置(3a)和一个第一共用液压供应管线(4a)，所述第一共用液压供应管线连接第一液压动力供给装置和至少两个液压消耗装置。系统还包括一个第二液压动力供给装置(3b)和一个第二共用液压供应管线(4b)，所述第二共用液压供应管线(4b)连接第二液压动力供给装置和至少两个液压消耗装置。这样，提供了一种液压系统，因而即使第一液压供应管线产生泄漏，液压消耗装置也会继续起作用。

Description

共轨液压系统

技术领域

本发明涉及一种液压系统，所述液压系统包括至少两个液压消耗装置(hydraulic consumer)，一个第一液压动力供给装置，和一个第一共用液压供应管线，所述第一共用液压供应管线将第一液压动力供给装置与至少两个液压消耗装置连接。这类系统通常称之为“共轨”(common rail)系统，因为许多液压消耗装置连接到一个共用的供应管线上。

背景技术

利用这种共轨液压系统的一个例子是大型电子控制式柴油发动机。在许多大型电子控制式柴油发动机中，每个气缸都由一个独立的“液压缸单元”控制。液压缸单元(hydraulic control unit)(HCU)通过液压执行机构控制排气阀的运动和/或燃料喷射系统的动作。将液压动力供应到液压缸单元的液压系统通常是一种共轨系统，此处每个HCU都连接到一个共用液压供应轨道上。这样，就不需要将各单个供应管线通到每个HCU上。因此共轨液压系统比传统的液压供应系统结构较简单和价钱不贵，上述传统的液压供应系统对每个液压消耗装置都提供一个分开的供应管线。

然而，共轨系统存在的一个问题是，如果在共用供应管线中产生漏泄，则由那个共用供应管线所提供的所有液压消耗装置都释放压力并停止工作。在上述大型柴油发动机的实施例中，如果共用供应管线产生漏泄，则HCU停止工作，并且整个发动机开始停止。因此希望减少共用供应管线中漏泄的后果。

对这个问题在现有技术中提出了许多不同的解决方案。例如，一个解决方案是将第一共用液压供应管线封闭在一个具有比第一液压供应管线直径大的安全管线内。在第一共用供应管线断裂的情况下，安全管线取代第一供应管线的功能。然而，这个系统的费用由于较大直径安全管线的费用而可能十分高。此外，较大的安全管线直径增加了放在终点挡板和阀上的力。这也可以增加系统的成本。

另一种解决方案在汽车工业和航天工业中是共同的，该解决方案是使用多余的部件。US 4860781示出一种用于机动车的制动系统实施例。在这个系统中提供两个分开的供应软管，每个软管都连接到一个独立的卡钳上。在连接到第一卡钳上的软管断裂的情况下，则停止向第一软管供油，并用连接到第二卡钳上的软管代替。然而，这个解决方案对每个轮都需要一个额外的卡钳。对于比较简单的系统如汽车制动系统来说，这是合适的，但在有大量液压消耗装置的系统，如柴油发动机中，供应多余部件的费用会大大增加系统的费用。

发明内容

因此，本发明的第一方面是提供一种如开始段所述的液压系统，所述液压系统简单、耐用而不显著增加系统的费用。

本发明的第二方面是提供一种如开始段所述的液压系统，因而即使第一共用液压供应管线产生漏泄或断裂，液压消耗装置也继续起作用。本发明的技术方案如下：一种液压系统，包括：

至少两个液压消耗装置，

第一液压动力供给装置，及

第一共用液压供应管线，所述第一共用液压供应管线将所述第一液压动力供给装置与所述至少两个液压消耗装置连接，并将液压流体从所述第一液压动力供给装置供应到所述至少两个液压消耗装置，

其特征在于，上述液压系统还包括：

第二液压动力供给装置，和

第二共用液压供应管线，所述第二共用液压供应管线将所述第二液压动力供给装置和所述至少两个液压消耗装置连接，并将液压流体从所述第二液压动力供给装置供应到所述至少两个液压消耗装置。

上述各方面部分地由如开始段所述的一种液压系统提供，此处液压系统还包括第二液压动力供给装置和第二共用液压供应管线，所述第二共用液压供应管线连接第二液压动力供给装置和至少两个液压消耗装置。在这个系统中，因为至少两个液压消耗装置是连接到第一和第二共用供应管线二者上和因为每个共用供应管线都连接到它自己的动力供应上，所以如果一个共用供应管线断裂，则液压液会仍然供应到至少两个液压消耗装置上。这样，两个液压消耗装置继续起作用。

此外，当在其中一个供应管线中产生漏泄时，不需要采取动作来保持运转。在许多其它的多余系统中，当产生漏泄时，必需采取某些动作，以使系统保持运转，例如，必需起动第二动力源，必需关闭阀等...。这种系统的一个很好的实施例在US 6769251中公开。

按照本发明所述系统另一个肯定的特点是，因为在正常运行期间，两个供应管线都各供应至少两个消耗装置，所以第一和第二动力供应可以减小尺寸。这样减少了动力供应的费用。另外，因为两个供应管线尺寸上相同，所以生产两个供应管线的费用不比生产一个管线高很多。因此，系统的总成本不显著增加。

在液压系统的一个优选实施例中，系统还包括：第一常开阀，所述第一常开阀位于上述第一液压动力供给装置和至少两个液压消耗装置之间的第一共用液压供应管线中；第二常开阀，所述第二常开阀位于第二液压动力供给装置和至少两个液压消耗装置之间的第二液压供应管线中；第一连接管线，所述第一连接管线的第一端在第一液压动力供给装置和第一常开阀之间的一点处连接到第一共用液压供应管线上，而上述第一连接管线的第二端在第二液压动力供给装置和第二常开阀之间的一点处连接到第二共用液压供应管线上；和常闭阀，所述常闭阀位于第一连接管线中。由于这种配置，在其中一个供应管线产生漏泄的情况下，则可以将带漏泄的供应管线与让漏泄固定的系统分开。此外，由于第一连接管线，所以即使只有一个供应管线开动，系统也能在满负荷动力输出下运转。

应该注意，术语“常开阀”和“常闭阀”在本说明书的正文中应理解为分别说明阀是在正常工作状态期间打开或关闭。也就是说，各阀可以是弹簧加载阀，所述弹簧加载阀分别偏置到打开位置和关闭位置(如附图所示并在本说明书稍后说明)。然而，各阀也可以是手动操作式阀，所述手动操作式阀根据情况用手动打开或关闭。术语“正常”部分涉及阀在“正常工作条件期间的状态”。

为了保护液压的动力供应，系统还可以包括第一单向阀和第二单向阀，上述第一单向阀位于第一液压动力供给装置和第一连接管线之间的第一共用液压供应管线中，并让朝远离第一液压动力供给装置的方向流动，而上述第二单向阀位于第二液压动力供给装置和第一连接管线之间的第二共用液压供应管线中，并让其朝远离第二液压动力供给装置的方向流动。

液压系统还可以包括第三液压动力供给装置，所述第三液压动力供给装置连接到第一共用液压供应管线上和/或连接到第二共同液压供应管线上。这样，在一个动力供应出故障的情况下，系统可以供应更多的液流到消耗装置。

在一个优选实施例中，液压系统还可以包括第三液压动力供给装置，所述第三液压动力供给装置或者是在第一液压动力供给装置和第一连接管线之间的一点处连接到第一共用液压供应管线上，或者是在第二液压动力供给装置和第一连接管线之间的一点处连接到第二共用液压供应管线上。

在另一个实施例中，系统还可以包括第三液压动力供给装置，第二连接管线，和第三连接管线，上述第二连接管线的第一端在第一液压动力供给装置和第一连接管线之间的一点处连接到第一液压供应管线上，而上述第二连接管线的第二端连接到第三液压动力供给装置上，上述第三连接管线的第一端在第二液压动力供给装置和第一连接管线之间的一点处连接到第二液压供应管线上，而上述第三连接管线的第二端连接到第三液压动力供给装置上。

为了更好的控制由动力供应所供应的液流，液压系统还可以包括一个在第二连接管线中的常闭阀和一个在第三连接管线中的常开阀，或者它可以包括一个在第二连接管线中的常开阀和一个在第三连接管线中的常闭阀。

使用按照本发明所述一种液压系统的一个例子是在一种柴油发动机中，此处至少两个液压消耗装置是至少两个液压缸单元。这种发动机可用于推进船舶。

应该强调的是，术语“包括”当在本说明书中使用时规定存在所述的特点、整体、步骤、或部件，但不排除存在或增加一个或多个其它的特点、整体、步骤、部件或其组合。

附图说明

下面，将参照附图上所示的实施例更详细说明本发明。应该强调指出的是，所示的一些实施例仅是用于示例性目的，而不是用来限制本发明的范围。

图1示出按照本发明所述的液压系统在正常工作期间的示意图。

图2示出与图1所示相同的系统，但是在其中一个供应管线断裂情况下的示意图。

图3示出按照本发明所述的第二液压系统在正常工作下的示意图。

图4示出按照本发明所述的一种第三液压系统在正常工作期间的示意图。

请注意，各附图都是示意示出，并且照这样不是完整的液压图。许多零部件如返回管线、另外的执行机构、控制系统、传感器等都忽略未计。然而，液压系统技术中的技术人员能用他或她共同的一般知识填补缺少的零部件。

另外，请注意，对附图中所示的液压系统不同的实施例中类似的零部件，都采用相同的标号。

具体实施方式

图1和2中所示的液压系统1是一种大型电子控制式柴油发动机的液压系统的一部分的简化示意图。尤其是液压系统1涉及液压缸单元(HCU)用的动力供应。图1和2示出两个HCU2a，2b，但在大多数实际系统中，有两个以上的HCU。典型的是，发动机对于每个气缸有一个HCU，因此12缸发动机有12个HCU，6缸发动机有6个HCU，依此类推。也可能是一个发动机共享许多气缸之间的一个HCU，例如，两个气缸可以共享一个HCU。在这种情况下，一种12缸发动机将有6个HCU，一种6缸发动机将有3个HCU，依此类推。然而，为了简化各图，只示出了两个HCU。然而，对本领域技术人员来说，很显然，本发明可适用于具有任何数量液压消耗装置的系统。

如上所述，HCU通常是控制排气阀的运动和燃料喷射器的动作。因为HCU的功能本领域技术人员已知，所以此说明书中不在细节方面对HCU的内部零部件进行说明。

液压系统1包括一个第一变排量泵3a和一个第二变排量泵3b。第一变排量泵3a连接到第一共用液压供应管线4a上，而第二变排量泵3b连接到第二共用液压供应管线4b上。如图所示，两个HCU二者都连接到二个供应管线4a，4b上。换句话说，每个供应管线都用其中两个液压消耗装置连接一个泵。供应管线的终端用制动装置(stopper)5a，5b封闭。请注意，如果将额外的HCU加到这个系统中，则它们也用与图中所示两个HCU2a，2b相同的方式连接到两个供应管线4a，4b上。

在每个HCU2a，2b和供应管线4a，4b之间的两个连接部分6a，6b都装备一个单向阀7。单向阀7只让流体朝HCU方向流动。

液压系统1还包括两个供应管线4a，4b中的一个常开阀8a，8b。常开阀8a，8b位于泵3a，3b和HCU2a，2b之间。液压系统1还包括一个连接管线9，所述连接管线9的第一端在第一常开阀8a和第一泵3a之间的一点处附接到第一供应管线4a上，而上述连接管线9的第二端在第二常开阀8b和第二泵3b之间的一点处附接到第二供应管线4b上。在连接管线9中安排一个常闭阀10。

另外在两个供应管线中两个泵3a，3b的正好下游处安排一个单向阀11。单向阀11防止流体在泵出故障情况下压入泵中。

在液压系统1正常工作期间，两个常开阀8a，8b打开，而常闭阀10关闭。这样，把流体从第一泵3a供应到第一供应管线4a，和把流体从第二泵3b供应到第二供应管线4b。因为HCU连接到第一和第二供应管线4a，4b上，所以流体通过第一供应管线4a和第二供应管线4b二者供应到HCU中。

在供应管线之一断裂并释放压力的情况下，HCU将仍然具有来自另一个供应管线的液压。然而，HCU可用的流量将减少，因为供应管线之一停止输送液流。其结果是发动机可以保持运转，虽然是在较低的功率输出水平下。

一旦通过个人监测系统或者是通过自动监测设备(如果安装这种设备的话)发现断裂，则断裂的供应管线4a中的常开阀8a可以关闭，而常闭阀可以打开。根据监测的类型和系统中所用控制装置的类型，这两个步骤可以用人工或自动进行。一旦进行了这两个步骤，HCU将再次具有完满的压力和完满的流量，因为两个泵现在将通过剩下的供应管线4b提供所希望的流体流量和压力。这种情况在图2中示出。然后维修人员可以修理损坏的供应管线4a，再把各阀8a，10调到它们的正常状态。在整个修理操作期间，发动机可以在满负荷功率下运转。应该注意，为了使发动机保持在满负荷功率下运转，每个供应管线及供应管线中的阀和连接部分都必须定尺寸，以便沿着其中之一供应管线可以供应总的所需流量。

图3示出一种第二液压系统20。第二液压系统20与第一液压系统1十分类似。唯一的不同是第二液压系统具有3个变排量泵3a，3b，3c，而不是仅有两个变排量泵。第三变排量泵3c在第一变排量泵3a和连接管线9之间的一点处连接到第一供应管线4a上。应该注意，第三变排量泵3c也可以代之以连接到第二供应管线4b上。

在给柴油发动机的HCU提供液流的液压系统中，在有一个泵出故障的情况下，液压系统中有3个泵是有利的。这可以通过考察典型的电子控制式柴油发动机HCU的流量要求来加以说明。在典型的电子控制式柴油发动机中，HCU控制每个气缸的燃料喷射系统和排气阀运动二者。排气阀所要求的流体流几乎与发动机的功率输出无关。换句话说，在发动机用低功率输出运转情况下排气阀操作机构所需的流体流量，与发动机在用高功率输出运转情况下所要求的流体流量大致相同。然而燃料喷射系统所要求的流体流与发动机的功率输出有很大关系。

例如，当发动机是在满负荷功率输出下运转时，约50％可用的流体流由排气阀执行机构使用，和约50％可用的流体流由燃料喷射系统使用。然而，当发动机是在低功率输出下运转时，排气阀执行机构仍然使用约50％可用的流体流，而燃料喷射系统也许只使用约5％可用的流体流。

如果我们现在考虑液压系统包括两个泵的例子，则每个泵都加工成一定尺寸，以便提供在最大功率输出下总所需流体流的约60％。在正常工作期间，两个泵可提供所需流体流高达120％，这意味着系统超过尺寸。然而，在一个泵出故障的情况下，余下的泵只能供应总所需流体流的60％。因为排气阀要求恒定量的流体流，与功率输出无关，所以余下的泵中大部分流体流都用来给排气阀提供动力，因而只留下少量流体用于燃料喷射系统。这意味着当一个泵出故障时，余下的发动机功率输出显著减小。

然而，如果有3个泵，每个泵提供所需流体流的40％，则如果一个泵出故障，那么仍留下有所需流体流的80％。这意味着在3个泵其中之一出故障的情况下，发动机可以保持比在两个泵其中之一出故障情况高得多的功率输出。

图4示出一种第三液压系统30。第三液压系统30与图1和2所示的液压系统十分相似，因此不作更详细说明。

如图3所示的第二系统20一样，第三系统30也具有三个泵3a，3b，3c。然而，其中第三泵3c连接到第一和第二供应管线上的方式与第二系统20中第三泵连接到各供应管线上的方式不同。

在图3所示的系统30中，第三泵3c通过第二连接管线31连接到第一供应管线4a上。第二连接管线31在第一泵3a和第一连接管线9之间的一点处连接到第一供应管线4a上。第三泵3c还通过第三连接管线32连接到第二供应管线4b上。第三连接管线32在第二泵3b和第一连接管线9之间的一点处连接到第二供应管线4b上。这样，第三泵可以使流体通向第一供应管线4a或者第二供应管线4b。系统还包括一个在第二连接管线31中的常开阀33和一个在第三连接管线32中的常闭阀34。由于第二和第三连接管线31，32中的阀33，34，所以从第三泵3c出来的流体流可以很容易控制，并改道进入第一或第二供应管线4a，4b的其中之一或二者中。应该注意，代替图4中所示的配置，第二连接管线31可以具有一个常闭阀，而第三连接管线32可以具有一个常开阀，在系统的功能上没有任何差别。

也可以设想，系统30在第二连接管线31和第三连接管线32二者中都安排有常开阀。这样，两个供应管线4a，4b应具有相同的流体流。

应该说明的是，在本说明书中，所采用的一些实施例全都与大型电子控制式柴油发动机有关。然而，采用本发明技术的液压系统也可以在其它应用中使用。例如，系统也可以作为共轨液压供应系统使用，用于多自由度液压操纵装置。

另外，请注意，术语“管线”当在本申请的正文中使用时，可以用许多不同的方式解释。例如，“管线”可以是一种软管或一种管道，然而，它也可以是在阀组或类似物中的镗孔。另外，应该注意，供应管线不是整体部件。供应管线可以用许多不同部件接合在一起制成，以形成供应管线。然而，供应管线在本说明书中应理解为一种独特的流体流动路线，所述路线连接动力供应和液压消耗装置。

Claims (9)

1.一种液压系统(1；20；30)，包括：

-至少两个液压消耗装置(2a，2b)，

-第一液压动力供给装置(3a)，及

-第一共用液压供应管线(4a)，所述第一共用液压供应管线(4a)将所述第一液压动力供给装置(3a)与所述至少两个液压消耗装置(2a，2b)连接，并将液压流体从所述第一液压动力供给装置供应到所述至少两个液压消耗装置，

其特征在于，上述液压系统还包括：

-第二液压动力供给装置(3b)，和

-第二共用液压供应管线(4b)，所述第二共用液压供应管线(4b)将所述第二液压动力供给装置和所述至少两个液压消耗装置(2a，2b)连接，并将液压流体从所述第二液压动力供给装置供应到所述至少两个液压消耗装置。

2.按照权利要求1所述的液压系统(1；20；30)，其特征在于，上述系统还包括：

-第一常开阀(8a)，所述第一常开阀(8a)位于上述第一液压动力供给装置(3a)和所述至少两个液压消耗装置(2a，2b)之间的第一共用液压供应管线(4a)中，

-第二常开阀(8b)，所述第二常开阀(8b)位于所述第二液压动力供给装置(3b)和所述至少两个液压消耗装置(2a，2b)之间的第二共用液压供应管线(4b)中，

-第一连接管线(9)，所述第一连接管线(9)的第一端在所述第一液压动力供给装置(3a)和所述第一常开阀(8a)之间的一点处连接到所述第一液压供应管线(4a)上，而上述第一连接管线(9)的第二端在所述第二液压动力供给装置(3b)和所述第二常开阀(8b)之间的一点处连接到第二液压供应管线(3b)上，和

-常闭阀(10)，所述常闭阀(10)位于第一连接管线(9)中。

3.按照权利要求2所述的液压系统(1；20；30)，其特征在于，上述系统还包括：

-第一单向阀(11)，所述第一单向阀(11)在第一液压动力供给装置(3a)和第一连接管线(9)之间，并位于第一液压供应管线(4a)中，并允许流体朝远离第一液压动力供给装置(3a)的方向流动，和

-第二单向阀(11)，所述第二单向阀(11)在第二液压动力供给装置(3b)和第一连接管线(9)之间，并位于第二共用液压供应管线(4b)中，并且允许流体朝远离第二液压动力供给装置(3b)的方向流动。

4.按照权利要求1，2或3所述的液压系统(20；30)，其特征在于，上述液压系统还包括第三液压动力供给装置(3c)，所述第三液压动力供给装置(3c)连接到第一共用液压供应管线(4a)上和/或连接到第二共用液压供应管线(4b)上。

5.按照权利要求2或3所述的液压系统(20；30)，其特征在于，上述液压系统还包括第三液压动力供给装置(3c)，所述第三液压动力供给装置(3c)或者是在第一液压动力供给装置(3a)和第一连接管线(9)之间的一点处连接到第一共用液压供应管线(4a)上，或者是在第二液压动力供给装置(3b)和第一连接管线(9)之间的一点处连接到第二共用液压供应管线(4b)上。

6.按照权利要求2或3所述的液压系统(30)，其特征在于，上述液压系统还包括：

-第三液压动力供给装置(3c)，

-第二连接管线(31)，所述第二连接管线(31)的第一端在第一液压动力供给装置(3a)和第一连接管线(9)之间的一点处连接到第一液压供应管线(4a)上，而上述第二连接管线(31)的第二端连接到所述第三液压动力供给装置(3c)上，和

-第三连接管线(32)，所述第三连接管线(32)的第一端在第二液压动力供给装置(3b)和第一连接管线(9)之间的一点处连接到第二液压供应管线(4b)上，而上述第三连接管线(32)的第二端连接到第三液压动力供给装置(3c)上。

7.按照权利要求6所述的液压系统(30)，其特征在于，上述液压系统还包括在第二连接管线(31)中的常开阀(33)和在第三连接管线(32)中的常闭阀(34)，或者包括在第二连接管线(31)中的常闭阀和在第三连接管线(32)中的常开阀。

8.一种柴油发动机，包括按照权利要求1-7其中之一所述的液压系统(1；20；30)，其中，至少两个液压消耗装置(2a，2b)是至少两个液压缸单元。

9.一种船，包括按照权利要求8所述的柴油发动机。

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