CN103582744A - 压力脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了压力脉冲发生器，所述压力脉冲发生器包括气缸(2)，连接至气缸(2)的主体(9)，从气缸(2)延伸至压力降LP的第一通道(15)，具有从压力源HP延伸至气缸(2)的第二通道(4)的压力流体线路，可位移设置的致动器活塞(3)，设置在第二通道(4)中以允许或阻止压力流体在第二通道(4)流动的可控的第一阀体(5)，控制阀体(5)的电子元件(7)，设置在第二通道(4)处或设置到第二通道(4)用于打开或关闭所述通道(4)的第二阀体(8)。第二阀体(8)是刚性连接至致动器活塞(3)的元件。

Description

压力脉冲发生器
本发明涉及权利要求1所述的压力脉冲发生器。
本发明适于控制具有内热源或外热源的发动机的进气阀和排气阀。在二冲程发动机中，可以通过气缸盖中的阀门进行气体交换。在四冲程发动机中，可以省略凸轮轴。在二冲程和四冲程发动机中，使用可变压缩是可能的。所述发动机是尤其优选的应用。
作用于压力脉冲发生器中的致动器活塞的压力流体在优选的设计中是空气，但是也可以使用其它气体。
当本发明描述并记载阀体被打开和关闭，这表示对于通过设置有阀体所处位置的通道的压力流体流它是打开和关闭的。打开和关闭的位置的含义应当分别以相应的方式理解。当在说明书中使用电子元件时，这是一种包括今天的电磁体的作用的未来方向的表达。
专利申请SE0201613-7和SE0002597-3披露了控制内燃机的进气阀和排气阀的压力脉冲发生器。提及的第一篇专利需要四个电磁体，而提及的第二篇专利需要两个电磁体。所提及的专利的原理是复杂的，这导致了阀门控制的不稳定性和不必要的高制造成本。本发明示出了仅使用一个电磁体的新原理，增大了阀门控制的稳定性并且降低了制造成本。
本发明的一个目的是避免现有技术的所述问题。
这个目的通过压力脉冲发生器来实现，所述压力脉冲发生器在被激活时电子元件会将第一阀体位移至使第一通道保持关闭以(阻止)排出压力流体和第二通道打开以便填充压力流体的位置，与此同时第二阀体使第二通道保持打开以便填充压力流体。
液压锁定会使得致动器活塞并从而也使得发动机阀保持在其第二远端位置达适当长的时间。第三通道会被关闭以(阻止)排出液压流体，经通过止回阀会填充在位移第二阀体时形成的空间，并且当移动至其远端转折点时，阀体会随完成的致动器活塞锁定在该位置。当电子元件被解除激活时，第一阀体会回到其起始位置，打开第三通道以排出液压流体，而第二阀体随完成的致动器活塞可回到其第一位置（原位置）。
在开始的原位置，第二阀体对于压力流体流是打开的，第一阀体会对压力流体流打开，这导致由于压力流体作用于致动器活塞而产生的在可调节气缸中致动器活塞的位移，并因而第二阀体在一定位移之后会对作用于致动器活塞上的压力流体流关闭。因此，致动器活塞从给定的原位置的位移具有一定长度，这决定了压力脉冲的长度。电子元件控制的阀体-第一阀体被控制成打开以便压力流体流过，并因此引发压力脉冲，在离开原位置一定位移之后会被第二阀体机械切断。压力脉冲的长度是第一阀体向前到第二阀体会切断压力流体的点之间的距离。应当指出，每次电磁体被引发时，脉冲长度会同样稳定。给出有脉冲的长度与阀门升程之间的直接关系，即，致动器活塞的位移并从而发动机阀发生(的位移)。
另一阀体-致动器活塞轴被表征为刚性连接至致动器活塞的那部分较窄。较窄的部分被设置在致动器活塞处或接近致动器活塞并且朝向距离致动器活塞更远的致动器活塞轴的较宽部分具有某一长度。窄部分的长度会与致动器活塞在其位移的速度一起决定压力流体应有多长时间流入气缸并作用于致动器活塞上。致动器活塞轴会在通道中来回运动，并且在窄部分之上的致动器活塞轴的宽部分的直径被调整至通道的直径以便压力流体可以流往致动器活塞通过致动器活塞轴的窄部分，而非沿相反的方向。
致动器活塞在原位置通过机械或气动弹簧被保持预张力，所述弹簧会以相同的方式作用于凸轮轴控制的阀以使发动机阀保持关闭或在打开之后使其回到关闭位置。根据上文所述用于打开发动机阀的压力流体的压力脉冲会抵消用于关闭发动机阀的所述弹簧的作用。主要是打开作用力和关闭作用力之间的关系和压力流体脉冲以某一压力在流体中的持续时间决定了哪里是致动器活塞的远端转折点(阀门升程)并且其也决定了发动机阀的发生。
为了使致动器活塞回到其原位置，有排气通道终止于气缸（其中有致动器活塞运行）的顶部。当产生压力脉冲时并且在致动器活塞位移至其远端转折点期间，该排气通道会被关闭。本发明的特征部分是第一阀体在打开用于流向致动器活塞的同时会对通过排气通道流出气缸是关闭的。当致动器活塞应当返回或致动器活塞返回时，它打开用于排出被引入使致动器活塞运动的压力流体并从而打开发动机阀。
第二阀体–致动器活塞轴在通道中工作。在致动器活塞的原位置，第二通道从侧面连接该通道至致动器活塞的轴是窄的那部分。在该第二通道，第一阀体被设置成使得它可以开放或阻止(打开或关闭)压力流体流向致动器活塞轴的窄部分。激活电磁体会开放压力流体流向窄部分，并且压力流体会进一步沿着该窄部分流入气缸至致动器活塞的上侧并推动它，并且伴随的电机阀被移向打开以将空气引向燃烧(室)或释放废气。当致动器活塞和发动机阀应当返回或回到原位置时，电磁体被解除激活并且第一阀体被迫使关闭第二连接通道，以使压力流体不再能够流向气缸，此时致动器活塞轴的窄部分会回到压力流体否则应从另一连接通道流向致动器活塞的位置。当电磁体被解除激活，它也打开以允许排出进入气缸的压力流体以使致动器活塞位移并从而打开发动机阀。
本发明的压力脉冲发生器可被设置成在激活电子元件时激活液压锁(液压封闭)，并且第一阀体位移和第二阀体位移至其远端转折点。标志是通过激活电子元件引起的第一阀体的位移会阻止液压流体的流动，并且当电子元件解除激活时，开放液压流体的流动。
附图示出了实施例，其中图1是本发明的压力脉冲发生器处于第一位置-原位置的局部剖视侧视图，而其中图2是处于第二位置-远端位置的局部剖视侧视图。图3示出了压力脉冲发生器在第一位置具有液压锁，而图4是处于第二位置的相同视图。
图1示出了气缸盖1，其中本发明的压力脉冲发生器是2-或4-冲程内燃机的阀动器的一部分。在气缸盖的下面有燃烧室13。提升阀会关闭燃烧室以便阻止流体通过通道14流入或流出。液压线路10会(根据现有技术)对提升阀在其应当被关闭或关闭时进行适当程度的断开动作。具有致动器活塞3的气缸2可被包括在气缸盖中或安装到气缸盖上。压力脉冲发生器位于气缸2上的主体9中。
压力脉冲发生器包括气缸2和气缸2中的可位移的致动器活塞3，压力流体线路具有第二通道4伸向气缸2，电子元件控制第一阀体5在通道4中经由阀体5中的开口6打开或阻止通道4中的压力流体的流动，而另一阀体8也在通道4中用于打开或关闭所述通道。阀体8包括较宽部分8’和刚性连接至致动器活塞3的较窄部分8”，所述致动器活塞转而搁置在提升阀11的阀杆上或刚性连接至提升阀11的阀杆。通道4包括两个部分通道4’和4”。部分通道4”从侧面向部分通道4’。第二阀体8在通道4’中可位移。阀体的较宽部分8’的直径对应于通道4’的直径。阀体8的较窄部分8”的延伸部等于或长于部分通道4’和4”的相交与进入气缸2的通道4的端部之间的距离。附图示出了发动机阀门11和致动器阀门3的初始位置–一端位置或原位置。该位置是第二阀体的窄部分8”在部分通道4’的部分通道4”的孔口之外，并保持打开以便压力流体流过通道进入气缸2。这里应当指出，触发第一阀体5的电子元件7可能直接作用在阀体上，如图所示，或通过所谓的主从（pilot-slave）功能间接作用。这里还应当指出，所表述的电子元件表示元件通过来自基于计算机的控制系统的信号被激活并从而进行位移。现今，电磁体是通常的电子元件，但是不断的开发导致有其它方案来对应于电磁体的作用。这里旨在通过激活电子元件从定义的起始位置朝着一个方向发生位移，并且当电子元件解除激活时，位移是朝着另一方向回到起始位置。
当第一阀体5被电子元件7激活并且打开以便来自高压源HP的压力流体通过阀体的开口6在第二通道4中流动，压力流体会朝着致动器活塞3作用并且使其从第一位置（如图1所示的原位置）位移到第二位置（如图2所示的远端位置）。两个位置是活塞的端部位置。在移向第二位置的过程中，阀体的较宽部分8’正好被放在部分通道4”的孔口4’前面并阻止通道4中持续的压力流体流动。
为了使提升阀向着燃烧室保持关闭，提升阀通过机械弹簧12或其它类型的弹簧例如气动弹簧使其轴朝向原位置的方向被预张紧。致动器活塞可以如图所示刚性连接至阀杆，但也可以搁置在这里并未示出的变化形式的预张紧的阀轴上。在不偏离本发明的情况下可以形成不同的方案。
气缸2具有第一通道15，以便当激活电子元件7时排出被引入气缸的压力流体以及随后的致动器活塞3的位移。向低压力源LP进行排气并且有必要使致动器活塞通过弹簧12的协助返回到其原位置。当第一阀体已打开以便通过另一通道4使压力流体流向气缸时，它也已关闭以阻止通过第一通道15排向LP，见图2。所述打开以便在通道14中流动不应当发生在关闭以便阻止向通道15排气之前，而是打开应不早于关闭发生，否则在被允许对致动器活塞3进行完全冲击以使其位移之前存在释放压力流体的风险。
在优选的实施例中，存在合适的基于电子的控制系统，具有合适的软件命令电子元件7激活压力脉冲发生器，以便传输压力脉冲用于向发动机的燃烧室分别重复打开和关闭现排气阀和进气阀11以进行气体交换。在优选的实施例中，每个电子元件7会被保持激活达如此长的一段时间以使得致动器活塞3在第一阀体5打开以排出压力流体之前已到达其远端转折点。在致动器活塞朝向原位置返回的过程中，在有足够的时间排出足够量的压力流体以阻止不希望的返回发生之后，电子元件不应被解除激活。
产生压力脉冲，所述压力脉冲在打开位移中会使发动机阀门11从原位置离开，并且当位移受到弹簧12的影响而停止时，发动机阀门已到达其远端位置并且会立即开始其返回到原位置的过程。离开原位置并再次返回到原位置的时间-持续时间可达到大于1毫秒(几毫秒)。具有短持续时间的大阀门升程会允许可能好的气体交换和高旋转速度。如果压力脉冲发生器确实具有所述的液压线路以将致动器活塞锁定在其远端位置，致动器活塞不能在电子元件解除激活之前开始其朝向原位置的返回位移。电子元件必须被激活以使第一阀体从起始位置发生位移，并且被解除激活以使所述阀体返回到起始位置。
应当强调，图1-4所示的压力脉冲发生器是示意性示出的，因为文中出现的某些细节未在图中示出。因此，当关闭发动机阀门时液压线路的断开动作的原理和在解除电子元件激活之后弹簧被设置成返回第一阀体均没有示出。
在图3中，示出了气缸盖1具有压力脉冲发生器，其中当本发明被应用于4-冲程驱动和在2-冲程和4-冲程发动机在可变压缩时，对于排气阀液压线路10对优选的实施例是完整的。在可变压缩，发动机阀不位移，但位于气缸盖1中的燃烧室13的头部中的活塞位移，图中未示出。
液压线路设置有止回阀18和在第一阀体5中的第三通道16的开口。当电子元件7被激活时，第一阀体的位移会关闭其在通道16的开口，阻止液压流体流出所述线路10。如上文所述，第二阀体由于第一阀体的位移的结果而被移位，因为液压流体会通过止回阀18并会填充所形成的空间17。当致动器阀门已到达其远端位置时，弹簧12不能使其返回到原位置，因为液压流体没有找到从空间17离开的任何路径。这是由止回阀连同第一阀体引起的，会阻止流体流出空间17，这在图4示出。
本发明不限于上文所示的实施例，而是在所附权利要求书的范围内可进行修改。

Claims (5)

1.一种压力脉冲发生器，包括：
气缸(2)；
第一通道(15)，所述第一通道(15)从气缸(2)延伸至压力降LP；
第二通道(4)，所述第二通道(4)从压力源HP延伸至气缸(2)；
可控的第一阀体(5)，所述可控的第一阀体(5)被设置在第二通道(4)中以打开允许或关闭阻止压力流体在所述第二通道(4)中的流动；
电子元件(7)，所述电子元件(7)控制阀体(5)；
致动器活塞(3)，所述致动器活塞(3)可位移地设置在气缸(2)中；
弹簧(12)，所述弹簧(12)被设置在气缸(2)中，以利用其弹簧作用使致动器活塞(3)保持在其原位置并在致动器活塞(3)离开原位置后使其返回到原位置；
第二阀体(8)，所述第二阀体(8)刚性连接至致动器活塞并被设置在第二通道(4)处或第二通道(4)中，以便打开或关闭所述第二通道(4)；
其中：当激活电子元件(7)时，第一阀体(5)会从保持第一通道（15）打开和第二通道(4)关闭的起始位置位移至保持第一通道（15）关闭和第二通道(4)打开的位置，与此同时第二阀体(8)使第二通道(4)保持打开；其中，产生来自压力源HP的压力流体的压力脉冲，使致动器活塞(3)与连附的第二阀体（8）从原位置朝向远端位置位移，并且在第二阀体(8)的位移过程中，第二通道(4)会关闭并从而使压力脉冲终止，并且第一阀体(5)使第一通道(15)保持关闭阻止压力流体排出气缸(2)直到电子元件(7)被解除激活，并且第一阀体(5)返回到其起始位置。
2.根据权利要求1所述的压力脉冲发生器，还包括：
液压线路(10)，所述液压线路(10)具有止回阀(18)，
第三通道(16)，所述第三通道(16)用于排出液压流体，
其中：当激活电子元件(7)时，第一阀体(5)从其起始位置位移至保持第一通道(15)关闭和第二通道(4)打开和第三通道(16)关闭的位置，与此同时第二阀体(8)保持第二通道(4)打开；其中，产生来自压力源HP的压力流体的压力脉冲，使致动器活塞(3)与连附的第二阀体（8）从原位置朝向远端位置位移，并且在所述位移过程中，液压流体会流过止回阀(18)进入由第二阀体(8)的位移所形成的腔室(17)，并且当到达远端位置时，所述腔室(17)被阻止向外流出液压流体，直到电子元件(7)被解除激活，并由此第一阀体(5)返回到其起始位置，由此第三通道(16)打开以便液压流体流出腔室(17)并且致动器活塞可返回到其原位置。
3.根据权利要求1或2所述的压力脉冲发生器，其中：
在致动器活塞的原位置，第一阀体(5)被设置成通过第一通道(15)阻止压力流体流出气缸(2)，并且在之后或同时通过第二通道(4)打开使压力流体流入气缸(2)。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的压力脉冲发生器，其中：
第二通道(4)由两部分通道(4’和4”)组成，其中第二部分通道(4”)会从高压力源HP通向至第一部分通道(4’)，其中第二阀体(8)被可位移地设置并且第二阀体(8)包括窄部分(8”)，所述窄部分在原位置被设置成与第二部分通道(4”)相对，并且所述窄部分的延伸部等于或长于气缸(2)中第一部分通道(4’)的开口与第一部分通道(4’)中的第二部分通道(4”)的开口之间的距离。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的压力脉冲发生器，其中：
所述压力脉冲发生器被包括在具有发动机阀门(11)的阀动器中并且致动器活塞(3)搁置在发动机阀门上或刚性连接至发动机阀门。
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