CN104145092A - 液压致动器 - Google Patents

Abstract

用于内燃发动机的液压致动器(35)包括活塞(7)，该活塞布置在用于增压液压流体的增压室(9)中。活塞(7)包括柱形部分(7a)，所述柱形部分在其外表面上设置有至少一个开口(13b)，液压流体通过所述开口(13b)能够从进入端口(20a)被引入增压室(9)的输入部分(9a)中。

Description

液压致动器

技术领域

本发明涉及权利要求1的前序部分限定的用于内燃发动机的液压致动器。本发明还涉及其他独立权利要求限定的液压致动器的用途。

背景技术

在大型内燃发动机中，诸如在船舶或者电厂发动机中，气体交换阀能够被机械或者液压地致动。操作进气阀和排气阀的最常规方式是使用凸轮驱动的阀打开机构，在该机构中，阀通过旋转凸轮的凸角被打开并且通过阀弹簧被关闭。这些种类的布置是可靠的，但也是不灵活的。阀正时难以调节，而且如果需要可变的阀关闭或者打开正时的话，阀机构会变得复杂。在电动液压系统中，阀正时能够易于改变。但是，灵活性的实现常常以降低可靠性为代价。液压致动器还能够用来致动内燃发动机的其他设备，诸如气体喷射阀。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的用于内燃发动机的液压致动器。根据本发明的致动器的特定性特征在权利要求1的特征部分给定。本发明还涉及这种致动器的用途。

根据本发明的液压致动器包括：增压室，该增压室用于增压液压流体；往复活塞，该活塞布置在增压室中，并且该活塞将增压室分成至少一个输入部分和至少一个输出部分；至少一个进入端口，该进入端口通向增压室的输入部分中，以将增压的液压流体引入至所述输入部分中以移动活塞；以及流体出口，该流体出口用于将液压流体从增压室的输出部分供给至被致动的设备。所述活塞包括柱形部分，该柱形部分在其外表面上设置有至少一个开口，液压流体通过所述开口能够从进入端口被引入增压室的输入部分中。

液压致动器的构造提供了对到增压室的流入和/或从该增压室的流出的节流的良好可能性。这使得该构造耐久，并且允许被致动的设备的平滑的打开和关闭曲线。

根据本发明的实施方式，所述进入端口和所述活塞的所述开口之间的流动截面积在活塞从增压室的输入部分那一端向输出部分那一端的移动的结束处小于在所述移动的中间处。这在增压冲程结束以及也在返回冲程开始时活塞接近增压室的端部时减慢了活塞。流动面积也可以在增压冲程开始时较小，用于在增压冲程开始时以及当活塞在返回冲程结束时接近增压室的输入部分那一端时减慢活塞。

进入端口也能够用于在活塞的返回冲程期间从增压室的输入部分释放液压流体。因而不需要单独的出口端口。但是，所述致动器也能够包括单独的出口端口，在所述活塞的返回冲程期间液压流体能够通过活塞的所述开口被引入所述出口端口以用于从增压室的输入部分释放液压流体。

根据本发明的实施方式，所述出口端口和所述活塞的所述开口之间的流动截面积在活塞从所述增压室的输出部分那一端向输入部分那一端的移动的结束处小于在所述移动的中间处。根据另一实施方式，所述出口端口和所述活塞的所述开口之间的流动截面积在活塞移动的开始处也较小。

根据本发明的实施方式，所述活塞的柱形部分的外表面设置有与活塞的所述开口流动连通的周向凹槽。根据另一实施方式，所述增压室的输入部分的内表面设置有与所述进入端口流动连通的周向凹槽。如果致动器设置有单独的出口端口，则所述增压室的输入部分的内表面能够设置有与所述出口端口流动连通的周向凹槽。这些凹槽能够在活塞的移动的开始和/或结束处实现不同的节流效果。

根据本发明的实施方式，所述活塞的所述凹槽或增压室的所述凹槽包括至少一个边缘部分，所述边缘部分的深度小于所述凹槽的中间部分的深度。根据本发明的另一实施方式，所述凹槽包括第一边缘部分、第二边缘部分以及布置在所述第一边缘部分和所述第二边缘部分之间的第三边缘部分，每个边缘部分的深度均小于所述中间部分的深度。如果凹槽设置有深度小于凹槽的中间部分的边缘部分，则在活塞的移动的开始和结束处，流入或流出增压室的流量是很小的。

液压致动器能够用来例如打开内燃发动机的气体交换阀或燃料喷射阀(诸如气体喷射阀)。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的包括阀致动器的气体交换阀布置。

图2示出了图1的布置，其中气体交换阀打开。

图3至6示出了根据本发明的包括阀致动器的不同气体交换阀布置。

图7示出了根据本发明的实施方式的阀致动器的一部分。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方式。

根据本发明的液压致动器能够使用在大型内燃发动机中，诸如使用在船舶的主要或者辅助发动机中或者使用在电厂用于发电的发动机中。液压致动器能够用来例如打开内燃发动机的气体交换阀或燃料喷射阀(诸如气体喷射阀)。在图2至6中示出了不同的气体交换阀布置，该布置包括根据本发明的液压致动器35。每个气体交换阀布置都包括气体交换阀1、1’，该气体交换阀打开以及关闭气体交换导管2和发动机的气缸之间的流动连通。气体交换阀1、1’能够是进气阀或者排气阀，因而气体交换导管2是进气导管或者排气导管。在附图中，所述布置包括第一气体交换阀1和第二气体交换阀1’。在使用了该布置的发动机中，发动机的每个气缸均设置有气体交换阀布置。优选地，存在用于进气阀和排气阀两者的类似布置。气体交换阀1、1’布置在相应气缸的气缸盖4中。每个气体交换阀1、1’均包括阀杆1b、1b’和阀盖1a、1a’。阀盖1a、1a’与对应的阀座1d、1d’协作。阀弹簧16、16’布置于每个气体交换阀1、1’的阀杆1b、1b’的周围，用于关闭气体交换阀1、1’。气缸盖4设置有阀引导件17、17’，用于收纳气体交换阀1、1’。

气体交换阀1、1’以电动液压的方式操作。为了操作气体交换阀1、1’，每个气体交换阀布置均包括液压致动器35。液压致动器35包括增压室9，活塞7布置于该增压室9中。活塞7将增压室9分为至少一个输入部分9a和至少一个输出部分9b。在附图的布置中，增压室9被分为一个输入部分9a以及第一输出部分9b和第二输出部分9b’。活塞7能够在增压室9中往复运动。当压力介质被引入增压室9的输入部分9a中时，活塞7在增压室9的输出侧9b、9b’增压液压流体。在增压室9中布置复位弹簧18，用于朝向增压室9的输入部分9a推动活塞7。取代使用复位弹簧18，活塞7的返回冲程还可以通过使用引入增压室9的输出部分9b中的液压流体来实施。气体交换阀布置包括液压阀10，用于打开和关闭压力源(诸如液压泵12)和增压室9的输入部分9a之间的流动连通。液压阀10还防止以及允许从增压室9的输入部分9a的流出。液压阀10布置在液压泵12和增压室9的输入部分9a之间。在液压阀10的第一位置，允许从入口导管15至增压室9的输入部分9a中的流动并且防止从输入部分9a至出口导管21中的流动，如图2所示。在液压阀10的第二位置，防止从入口导管15至增压室9的输入部分9a中的流动并且允许从输入部分9a至出口导管21中的流动，如图1所示。因而同一液压阀10被用于控制气体交换阀1、1’两者的阀打开和关闭正时。液压致动器35还包括流体出口9d、9d’，用于将液压流体从增压室9的输出部分9b、9b’供给至气体交换阀1、1’。

从动活塞1c、1c’布置成与每个气体交换阀1、1’的阀杆1b、1b’机械连接。因而气体交换阀1、1’与从动活塞1c、1c’一起移动。从动活塞1c、1c’布置在接收室5、5’中，接收室5、5’与增压室9的输出部分9b、9b’流体连通。增压室9的第一输出部分9b借助第一连接导管6连接至第一气体交换阀1的接收室5，而增压室9的第二输出部分9b’借助第二连接导管6’连接至第二气体交换阀1’的接收室5’。因为液压致动器35设置有自己的输出部分9b、9b’以用于每个气体交换阀1、1’，所以被增压的液压流体同时被供给至气体交换阀1、1’两者。

当液压流体被引入增压室9的输入部分9a时，活塞7移动并且增压增压室9的输出部分9b、9b’中的液压流体。液压流体从增压室9的输出部分9b、9b’流入接收室5、5’，并且气体交换阀1，1’被打开。当液压流体从增压室9的输入部分9a被释放时，活塞7能够通过复位弹簧18向后移动。因而液压流体能够从接收室5、5’流回增压室9的输出部分9b、9b’中，并且气体交换阀1、1’能够通过阀弹簧16、16’被关闭。

在图1和图2的布置中，在液压阀10和增压室9之间布置中间导管20，用于将增压室9的输入部分9a连接至液压阀10。液压阀10是液压致动的滑阀。液压阀10是三通阀，并且包括：第一端口10a，其连接至入口导管15；第二端口10b，其连接至出口导管21；以及第三端口10c，其连接至中间导管20。进入端口20a将中间导管20连接至增压室9的输入部分9a。液压阀10包括具有第一位置和第二位置的阀轴22。在阀轴22的第一位置，第一端口10a和第三端口10c之间的流动连通被关闭，第二端口10b和第三端口10c之间的流动连通被打开。因而液压流体能够从入口导管15流入中间导管20中，但防止从中间导管20到出口导管21中的流动。在阀轴22的第二位置，第一端口10a和第三端口10c之间的流动连通被打开，第二端口10b和第三端口10c之间的流动连通被关闭。因而液压流体能够从中间导管20流入出口导管21中，但防止从入口导管15到中间导管20中的流动。液压阀10设置有弹簧19，当液压阀10未被致动时弹簧19将阀轴22保持在第一位置。当外力施加至阀轴22时，阀轴22移动至第二位置。为了在阀轴22上施加力，该布置设置有控制阀11。控制阀11是用螺线管操作的液压阀。控制阀11还可以是其他一些类型的电动致动阀。当控制阀11处于图2的位置时，液压流体被引入阀轴22的压力表面23上以使阀轴22移动。在图1和图2的布置中，接收室5、5’布置于阀杆1b、1b’的周围，从动活塞1c、1c’是阀杆1b、1b’的突起。此布置能够实现气缸盖4的紧凑设计。

活塞7的输出部分那一端是由实心的柱形部分7b形成的，活塞7的输入部分那一端是由中空的柱形部分7a形成的。实心柱7b的输入部分那一端形成这样的表面，液压流体的压力被施加在该表面上。液压流体通过中空的柱形部分7a的表面被引入增压室9的输入部分9a中。因此中空的柱形部分7a设置有至少一个开口13b。在图1至6中，活塞7还设置有周向凹槽13a，周向凹槽13a与活塞7的开口13b流体连通。液压致动器35的进入端口20a因而通过凹槽13a与开口13b流体连通。因为围绕中空柱形部分7a的整个外周布置的凹槽13a，所以允许在活塞7的任何角位置中通过钻孔13b流动。

凹槽13a朝向中空柱形部分7a的外表面扩宽，并且当活塞7位于增压室9的输入部分那一端时仅局部对准进入端口20a。进入端口20a和活塞7的开口13b之间的流动截面积在活塞7从增压室9的输入部分那一端向输出部分那一端移动的开始处小于在移动的中间处。因此，当液压阀10移动至第二位置并且允许从液压泵12向增压室9中的流体供给时，至增压室9的输入部分9a中的流动被节流。结果，活塞7平滑地加速。当活塞7向前移动时，凹槽13a变得完全对准中间导管20，并且允许向增压室9的输入部分9中进行最大程度的流动。当活塞7接近增压室9的输出部分那一端时，凹槽13a变得再次与进入端口20a部分地重叠，并且进入端口20a和活塞7的开口13b之间的流动截面积再次变得比增压冲程的中间处小。因而到增压室9的输入部分9a中的流动被限制，并且活塞7减慢。活塞7在相反方向的移动以类似方式进行。因为从增压室9的输入部分9a的流出的流在活塞7移动的开始时和结束时被节流，所以活塞7的加速和减速都是平滑的。

活塞7还包括穿孔39，其将增压室9的输入部分9a连接至输出部分9b。第二穿孔40将输入部分9a连接至第二输出部分9b’。通过穿孔39、40，来自阀致动器35的输出侧的泄漏能够被补偿。穿孔39、40的直径非常小，因而通过穿孔39、40的流动不干扰液压致动器35的功能。增压室9的输入部分9a和输出部分9b、9b’还设置有空气移除端口41、42、43，用于从液压系统移除空气。空气移除端口41、42、43的直径非常小以防止液压流体的过度泄漏。空气移除端口41、42、43还能够设置有节流阀41a、42a、43a，用于降低液压流体的泄漏，如图4所示。

就液压阀10的构造而言，图3示出的布置不同于图1和图2的布置。图3的液压阀10包括第四端口10d。液压致动器35包括第一中间导管20和第二中间导管28。液压阀10的第一端口10a连接至入口导管15，第三端口10c连接至第一中间导管20。第二端口10b连接至出口导管21，第四端口10d连接至第二中间导管28。出口端口28a将增压室9的输入部分9a连接至第二中间导管28。在液压阀10的第一位置，阀轴22允许从入口导管15至第一中间导管20中的流动并且防止从第二中间导管28至出口导管21中的流动。在液压阀10的第二位置，阀轴22允许从第二中间导管28至出口导管21中的流动并且防止从入口导管15至第二中间导管28中的流动。液压流体通过第一中间导管20被引入增压室9的输入部分9a中。液压流体通过出口端口28a和第二中间导管28从增压室9的输入部分9a被释放。在图3的布置中，不需要对控制阀11进行单独的流体供给。入口导管15借助控制导管26连接至布置在阀轴22的一个端部的流体室27。当关闭控制阀11时，流体室27中的压力与液压阀10的弹簧19一起将液压阀10保持在第一位置。当打开控制阀11时，液压流体从流体室27被释放，液压阀10被切换至第二位置。在图3的布置中，从动活塞1c、1c’布置在阀杆1b、1b’的端部处。

在图4的布置中，液压阀10与图3的液压阀10相同。在该布置中，第一中间导管20和第二中间导管28在增压室9之前被合并成组合式中间导管36。第三中间导管37和第四中间导管38从组合式中间导管36分支出，并且连接至增压室9的输入部分9a。第三中间导管37的直径和第四中间导管38的直径小于组合式中间导管36的直径。第三中间导管37和第四中间导管38设置有止回阀24、25。通过第三中间导管37，允许从组合式中间导管36到增压室9中的流动。第三中间导管37定位成使得当活塞7位于增压室9的输入部分那一端时，活塞7的凹槽13a对准第三中间导管37的端部，并且防止从组合式中间导管36到增压室9中的直接流动。通过第四中间导管38，允许从增压室9到组合式中间导管36中的流动。第四中间导管38定位成使得当活塞7位于增压室9的输出部分那一端时，活塞7的开口13a对准第四中间导管38，并且防止从增压室9到组合式中间导管36中的直接流动。因而在活塞7的冲程开始时和结束处流动速度被限制，并且实现平滑的加速和减速。在图4的布置中，入口导管15设置有可调节节流阀30。出口导管21也设置有可调节的节流阀31。利用节流阀30、31，入口导管15和出口导管21中的流动能够被限制，并且气体交换阀1、1’的打开和关闭曲线能够被影响。较小的流动带来较慢的气体交换阀打开/关闭，较快的流动带来较快的打开/关闭。增压室9的输入部分9a设置有第二活塞7’。相比于第一活塞7，第二活塞7’具有较大的直径和较小的冲程。因为第二活塞7’辅助第一活塞7，所以在第一活塞7的冲程开始时需要较小的液压压力。较小液压压力减小此布置的能量消耗。

图5的布置与图4的布置的不同之处在于，该布置中设置有蓄压器32以用于能量恢复。蓄压器32在节流阀31的上游连接至出口导管21。蓄压器32还在节流阀31的上游以及在液压泵12和蓄压器32的下游连接至入口导管15。第二液压泵12b布置于液压泵12和蓄压器32的下游。止回阀33布置于蓄压器32和出口导管21之间，用于防止从第一液压泵12或者蓄压器32至出口导管21中的流动。在活塞7的返回冲程期间，能量能够从出口导管21恢复至蓄压器32。第一液压泵12以小于操作活塞7所需的压力水平供给液压流体。通过第二液压泵12b，将来自第一液压泵12和来自蓄压器32的流动的压力升高到足够水平。

在图6的布置中，液压阀10是电磁阀。因为单个电磁阀的流动容量较小，所以此布置设置有第二电磁阀10b，其与第一电磁阀10并联地布置。阀10、10b还可以是其他电致动阀。

在图7中示出了用于限制进入端口20a与活塞7的开口13b之间的流动截面积的一种选择。在该实施方式中，增压室9的输入部分9a设置有周向凹槽13c，该周向凹槽13c与进入端口20a流体连通。所述凹槽13c设置有第一边缘部分13d、第二边缘部分13e以及布置在所述边缘部分13d、13e之间的第三边缘部分13f。每个边缘部分13d、13e的深度均小于所述中间部分13f的深度。在活塞7的冲程结束和开始处，进入端口20a和活塞7的开口13b之间的流动截面积因而很小，流动被有效地节流。相同形状的凹槽也可以应用于围绕活塞7布置的凹槽13a。如果液压致动器35设置有单独的出口端口28a，则可以存在与出口端口28a连接的凹槽。

本领域的技术人员将理解的是，本发明并不限于上述实施方式，而是可以在随附权利要求的范围内改变。例如，能够结合不同实施方式的特征。

Claims (15)

1.一种用于内燃发动机的液压致动器(35)，所述液压致动器(35)包括：

-增压室(9)，该增压室用于增压液压流体；

-往复活塞(7)，该活塞(7)布置在所述增压室(9)中，并且该活塞将所述增压室(9)分成至少一个输入部分(9a)和至少一个输出部分(9b)；

-至少一个进入端口(20a)，该进入端口(20a)通向所述增压室(9)的所述输入部分(9a)中，以将增压的液压流体引入至所述输入部分(9a)中以移动所述活塞(7)；以及

-流体出口(9d)，该流体出口(9d)用于将液压流体从所述增压室(9)的所述输出部分(9b)供给至被致动的设备(1，1’)，

其特征在于，所述活塞(7)包括柱形部分(7a)，该柱形部分在其外表面上设置有至少一个开口(13b)，液压流体通过所述开口(13b)能够从所述进入端口(20a)被引入所述增压室(9)的所述输入部分(9a)中。

2.根据权利要求1所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述进入端口(20a)和所述活塞(7)的所述开口(13b)之间的流动截面积在所述活塞(7)从所述增压室(9)的所述输入部分那一端向所述输出部分那一端的移动的结束处小于在所述移动的中间处。

3.根据权利要求1或者2所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述进入端口(20a)和所述活塞(7)的所述开口(13b)之间的流动截面积在所述活塞(7)从所述增压室(9)的所述输入部分那一端向所述输出部分那一端的移动的开始处小于在所述移动的中间处。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述进入端口(20a)还用于在所述活塞(7)的返回冲程期间从所述增压室(9)的所述输入部分(9a)释放液压流体。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述液压致动器(35)包括单独的出口端口(28a)，在所述活塞(7)的返回冲程期间液压流体能够通过所述活塞(7)的所述开口(13b)被引入所述出口端口(28a)中，以从所述增压室(9)的所述输入部分释放液压流体。

6.根据权利要求5所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述出口端口(28a)和所述活塞(7)的所述开口(13b)之间的流动截面积在所述活塞(7)从所述增压室(9)的所述输出部分那一端向所述输入部分那一端的移动的结束处小于在所述移动的中间处。

7.根据权利要求5或者6所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述出口端口(28a)和所述活塞(7)的所述开口(13b)之间的流动截面积在所述活塞(7)从所述增压室(9)的所述输出部分那一端向所述输入部分那一端的移动的开始处小于在所述移动的中间处。

8.根据前述权利要求中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述活塞(7)的所述柱形部分(7a)的外表面设置有与所述活塞(7)的所述开口(13b)流动连通的周向凹槽(13a)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述增压室(9)的所述输入部分(9a)的内表面设置有与所述进入端口(20a)流动连通的周向凹槽(13c)。

10.根据权利要求5至7中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述增压室(9)的所述输入部分(9a)的内表面设置有与所述出口端口(28a)流动连通的周向凹槽。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述活塞(7)的所述凹槽(13a)或所述增压室(9)的所述凹槽(13c)包括至少一个边缘部分(13d，13e)，所述边缘部分的深度小于所述凹槽(13a，13c)的中间部分(13f)的深度。

12.根据权利要求11所述的液压致动器(35)，其特征在于，所述凹槽(13a，13c)包括第一边缘部分(13d)、第二边缘部分(13e)以及布置在所述第一边缘部分(13d)和所述第二边缘部分(13e)之间的中间部分(13f)，每个边缘部分(13d，13e)的深度均小于所述中间部分(13f)的深度。

13.一种液压致动器(35)的用途，该液压致动器是根据权利要求1至12中任一项所述的液压致动器，并且用于致动内燃发动机的气体交换阀(1，1’)。

14.一种液压致动器(35)的用途，该液压致动器是根据权利要求1至12中任一项所述的液压致动器，并且用于致动内燃发动机的燃料喷射阀。

15.根据权利要求14所述的液压致动器(35)的用途，其特征在于，所述燃料喷射阀是气体喷射阀。