CN101519985A - 用于带有凸轮轴的大型二冲程柴油发动机的可变气门正时 - Google Patents

Abstract

一种带有使用液压推杆类型的凸轮轴驱动排气门致动系统的大型二冲程柴油发动机。液压推杆连接到容量控制装置，在电子控制单元的指令下，该容量控制装置能够从液压推杆吸入适量的液压流体。容量控制装置包括弹性地偏置的控制活塞，该控制活塞限定容量控制室。控制活塞的特性能够经由液压阀通过电子控制单元影响，该液压阀选择性地将由控制活塞限定的控制室连接到液压蓄能器。

Description

用于带有凸轮轴的大型二冲程柴油发动机的可变气门正时

技术领域

本发明涉及一种具有凸轮轴操作的排气门的大型二冲程柴油发动机，并且具体地涉及一种具有带可变正时的凸轮轴操作的排气门的大型二冲程柴油发动机。

背景技术

高燃料效率和低排放是大型二冲程柴油发动机的极其重要的设计方面。过去，已经试图通过应用带有电子控制的可变气门正时的排气门致动系统来提高这些发动机的燃料效率。通常，这些已知的可变正时气门致动系统利用诸如泵站的高压液压流体源以及控制液压流成为相应的液压排气门致动器的液压阀系统进行操作。高压液压流体为排气门致动器提供动力，排气门致动器抵抗燃烧室内的压力和空气弹簧中的压力将排气门打开，当消除液压时空气弹簧使得排气门再次关闭。

尽管已知的电子控制可变气门正时系统提高了燃烧效率，但是由于当排气门再次关闭时用于打开排气门的液压能被浪费，所以没有明显提高总体燃料效率。在传统的具有由凸轮轴操作的排气门系统的大型二冲程柴油发动机中，当排气门关闭时，打开排气门所需的能量的主要部分返回到凸轮轴。因此，尽管传统的二冲程柴油发动机具有稍差的燃烧效率，但是这些传统的二冲程柴油发动机的总体燃料效率几乎与电子控制可变气门正时发动机的总体燃料效率相同。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种排气门制动系统，即提供一种能够提高燃烧效率的本身消耗少量能量的电子控制可变正时排气门致动系统。

该目的通过提供一种十字头式大型二冲程柴油发动机来实现，所述发动机包括：多个气缸，每个气缸带有至少一个排气门；设置有凸轮的至少一个凸轮轴，其用于致动与每个所述气缸相关联的所述至少一个排气门；液压活塞泵，所述液压活塞泵由凸轮轴上相应的凸轮驱动；为每个排气门设置的液压致动器，其用于沿打开方向移动排气门；为每个排气门设置的液压管路，其用于将液压活塞泵连接到液压致动器；为每个排气门设置的弹性构件，其用于沿关闭方向迫压排气门，液压管路连接到容量控制装置，所述容量控制装置以可变容量的方式容纳液压流体用以选择性地从液压管路吸入液压流体或者选择性地将液压流体送回到液压管路。

通过将容量控制装置连接到液压管路，相对于由凸轮轴上的凸轮限定的轮廓能够延迟排气门的打开并能够提前排气门的关闭。因此，提供了一种可变气门正时系统，由于保持了传统的凸轮轴致动系统的有利的能量回收效果，所以其本身使用了少量的能量。

优选地，在来自发动机的电子控制单元的指令下进行液压流体的吸入和送回。

容量控制装置可包括限定连接到液压管路的容量控制室的控制活塞。

控制活塞能够被弹性地偏置。

控制活塞可限定与容量控制室相对的第一控制室。

控制活塞可限定与容量控制室相对的第二控制室。

第一控制室能够经由液压阀连接到第二控制室。

第二控制室可连接到第一液压蓄能器。

第一液压控制室可经由液压阀连接到第二液压蓄能器。

容量控制装置构造成当液压管路中的压力超过预定值——该预定值低于打开排气门所需的压力——并且控制装置的全部处于延迟排气门的打开的状态时从液压管路吸入预定量的液压流体。

容量控制装置构造成当液压管路中的压力对应于将排气门保持在打开位置所需的压力时为了提前排气门的关闭而从液压管路吸入预定量的液压流体。

通过详细说明，根据本发明的大型二冲程柴油发动机的其它目的、特征、优点和特性将变得明显。

附图说明

在本说明书下面的详细说明部分中，将参照在附图中示出的示例性实施方式更详细地解释本发明，在所述附图中：

图1是穿过根据本发明实施方式的发动机的气缸的横截面图；

图2是图示出根据本发明实施方式的容量控制装置在第一状态下的示意图；

图3是图示出图2的容量控制装置在第二状态下的示意图；

图4是图示出图3的容量控制装置在第三状态下的示意图；以及

图5是图示出根据本发明实施方式的发动机和容量控制装置的操作的图表。

具体实施方式

图1是从发动机前面看时穿过根据本发明优选实施方式的发动机的其中一个气缸1的横截面图。该发动机是涡轮增压的单流向低速二冲程十字头式柴油发动机，其可以是轮船中的推进发动机或者发电厂中的原动机。这些发动机通常具有3到14个直列式气缸。

活塞2容置在气缸1内并且共同限定燃烧室3。活塞杆4将活塞2连接到十字头(未示出)。气缸1为单流向类型并且在其下端设置有扫气口5并在其顶部设置有排气门6。气缸1从扫气接收器(未示出)接收空气，该扫气接收器被供以由涡轮增压机(未示出)增压的扫气。

凸轮轴7沿着发动机的长度方向延伸。凸轮轴7与热装在轴上的排气凸轮、指示器凸轮、推力盘和链轮制成一体。排气凸轮是钢制的，其带有硬化的滚柱轴承座圈。

排气门6居中地安装在气缸顶部的气缸盖中。在膨胀冲程末期，排气门6在发动机活塞2向下经过扫气口5之前打开，从而位于活塞2上方的燃烧室3中的燃烧气体经过通向排气接收器8的排气通道流出，并且燃烧室3中的压力释放。在活塞2向上运动期间排气门6再次关闭。排气门6由气动弹簧9向上驱动。

排气门6借助于设置在沿发动机长度方向延伸的凸轮轴壳体内的凸轮轴7打开。

用于每个排气门6的液压排气门致动器10经由压力管道11连接到活塞泵12。在本实施方式中，每个气缸具有一个活塞泵12和一个排气门6，但是每个气缸可具有一个以上的活塞泵和一个以上的排气门(未示出)。

活塞泵12安装在滚子导套壳体上。滚子从动于凸轮轴7上的相应凸轮。于是，活塞泵12由凸轮轴7触发。

活塞泵12、压力管道11以及液压致动器10共同构成液压推杆，液压推杆强制排气门6从动于凸轮轴上的凸轮。

分支管路13将压力管道11连接到容量调节装置14。容量调节装置14能够从压力管道11吸入适量的液压流体和/或向压力管道11添加/送回适量的液压流体。容量调节装置连接导发动机的电子控制单元。

图2到4更加详细地图示出容量控制装置14。

在图2中，容量控制装置14处于第一操作状态，其中该装置既不从压力管道11吸入液压流体也不向压力管道11添加液压流体。

容量控制装置14包括容置在控制装置14的阶梯孔内的阶梯式控制活塞15。控制活塞15的最大直径段17限定容量控制室16，该容量控制室16经由分支管路13连接到压力管道11。控制活塞15的中间直径段18限定第一控制室19并且最小直径段20限定第二控制室21。

第一控制室19经由限流器23耦联到系统压力(高压液压流体源)。

第二控制室21耦联到第一液压蓄能器22并且经由限流器24耦联到系统压力(高压液压流体源)。

管路25将第一控制室19连接到液压三位四通阀26，该三位四通阀26设置有能够由发动机控制单元触发的螺线管。另一管路27将第二控制室21连接到三位四通阀26。管路28将三位四通阀26连接到第二液压蓄能器29。在该实施方式中，三位四通阀26是比例阀，但在其他实施方式中阀26可以是开/关类型。

在三位四通阀26处于图2所示的位置时，活塞锁定在中间位置。在实施方式中，控制容量19和控制容量21之和基本上等于容量控制室16的容量。通过三位四通阀26阻止流体从第一控制室19和第二控制室21流出，并且因此活塞15不能移动(经过限流器23的流动可以忽略，因为该流动极少并且仅用于补偿液压油泄漏，因此第一控制室19内的液压油量被截留)。

于是，当三位四通阀26处于该位置并且凸轮轴触发活塞泵12时，随后在压力管道11中的压力显著增加不会导致控制活塞15的移动。

当发动机控制单元指示三位四通阀26移动到图3所示的位置时，管路25连接到管路27并且第一控制室19中的液压流体能够朝向第二控制室21流动，反之亦然。如果油压足够高，则第二控制室21中的液压流体能够流入第一液压蓄能器22中。

当压力管道11中的压力超过例如100巴的预定压力时，在容量控制室16中的压力将迫压控制活塞15移动并且将第一和第二控制室19、21中的液压流体压入到第一液压蓄能器22中。选择控制活塞15将移动并且容量控制室16将吸入适量的液压流体时的压力管道11内的压力使之低于排气门6将打开时的压力。于是，排气门6的打开延迟，直到控制活塞15到达其极限位置并且将不再移动，从而没有额外的液压油吸入到容量控制室16中。此时，压力管道11内的压力将开始再次增加，以达到排气门开始打开的压力。

将排气门保持在打开位置的压力管道11中的压力低于上述预定压力(例如100巴)，并且在排气门6的打开冲程末期，控制活塞15将移回到中间位置。于是，容量控制室16内的液压流体返回到压力管道11，以确保排气门6完全打开。

当发动机控制单元指示三位四通阀26移动到图4所示的位置时，管路25连接到管路28并且第一控制室19中的液压流体能够流向第二液压蓄能器29。第二控制室21中的液压流体能够流入第一液压蓄能器22中，反之亦然。

当三位四通阀26处于该位置时，排气门6保持在打开位置的压力管道11中的压力足够高以使活塞15向右移动并且将第一控制室19中的液压流体迫压到第二液压蓄能器29以及将第二控制室21中的液压流体迫压到第一液压蓄能器22。这些特性通过选择控制活塞15各段17、18、20的有效面积的大小以及第一液压蓄能器22和第二液压蓄能器29的性能来获得。

如图5所示，容量调节装置14的特性允许在电子控制单元的控制下延迟排气门的打开以及提前排气门的关闭。在图5所示的图表中，线30代表压力管道11内的压力并且线31示出排气门的实际位置。当三位四通阀处于图3所示位置时，当压力管道11内的压力超过虚线32(其代表上述预定压力)时控制活塞15将向右侧移动，并且当压力管道11内的压力低于虚线32时控制活塞15向左侧移动。

图5所示的图表的下部用实线示出排气门6的标准打开曲线以及用虚线示出可能的延迟打开和提前关闭。

本发明的教示具有许多优点。不同的实施方式可以产生一个或多个以下优点。应当指出，这不是穷举而是可以有这里没有描述的其他优点。本申请的教示的一个优点是提供了带有本身使用少量能量的可变气门正时系统的大型二冲程柴油发动机。本申请的教示的另一个优点是提供了基于传统的凸轮轴操作的可变气门正时系统。

尽管已经出于解释的目的详细地描述了本发明，但应当理解，这些细节仅用于解释的目的，本领域技术人员能够在不偏离本发明范围的情况下作出改变。

权利要求中使用的术语“包括”不排除其它元件或步骤。权利要求中使用的术语“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中叙述的多个装置的功能。

Claims (10)

1.一种十字头式大型二冲程柴油发动机，包括：

多个气缸，每个所述气缸带有至少一个排气门；

至少一个凸轮轴，其设置有凸轮并用于致动与每个所述气缸相关联的所述至少一个排气门；

液压活塞泵，所述液压活塞泵由所述凸轮轴上的相应凸轮驱动；

为每个排气门设置的液压致动器，其用于沿打开方向移动所述排气门；

为每个排气门设置的液压管路，其用于将所述液压活塞泵连接到所述液压致动器；

为每个排气门设置的弹性构件，其用于沿关闭方向迫压所述排气门，

所述液压管路连接到容量控制装置，所述容量控制装置以能够改变容量的方式容纳液压流体用以选择性地从所述液压管路吸入液压流体或者选择性地将液压流体送回到所述液压管路。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述容量控制装置包括限定连接到所述液压管路的容量控制室的控制活塞。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制活塞被弹性地偏置。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制活塞限定与所述容量控制室相对的第一控制室。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制活塞限定与所述容量控制室相对的第二控制室。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一控制室能够经由液压阀连接到所述第二控制室。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二控制室连接到第一液压蓄能器。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一液压控制室能够经由液压阀连接到第二液压蓄能器。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，所述容量控制装置构造成当所述液压管路中的压力超过低于打开所述排气门所需的压力的预定值并且所述控制装置的全部处于延迟所述排气门的打开的状态时从所述液压管路吸入预定量的液压流体。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中，所述容量控制装置构造成当所述液压管路中的压力对应于将所述排气门保持在打开位置所需的压力时为了提前所述排气门的关闭而从所述液压管路吸入预定量的液压流体。

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