CN104160120A - 阀致动器布置 - Google Patents

Abstract

发动机的阀致动器布置包括凸轮驱动式活塞装置(3)，该活塞装置将增压室(4)分成至少两个区段(4a，4b，4c，4d)并且对该增压室(4)中的液压流体进行增压以用于打开气体交换阀(1，1’)。所述活塞装置(3)除了用于驱动气体交换阀(1，1’)之外还用于驱动至少一个附加阀(9，10)。

Description

阀致动器布置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所限定的用于内燃发动机的阀致动器布置。

背景技术

最常见的是通过旋转凸轮轴来操作内燃发动机的气体交换阀，而且液压操作系统也是众所周知的。液压阀开启系统尤其用于大型内燃发动机，其中它们能够提供的优势是气体交换阀的打开和关闭时间可以变化。此外，可以更自由地定位液压系统的部件。然而，液压系统的可靠性却不如机械式阀致动器好。通过采用利用液压和机械部件的阀致动器可以将液压和机械系统两者的优势结合。例如，凸轮轴可被用于驱动活塞，该活塞增压液压流体以便打开气体交换阀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内燃发动机的改进的阀致动器布置。根据本发明的该布置的特定性特征在权利要求1的特征部分中给出。

根据本发明的阀致动器布置被布置为用于打开发动机的气体交换阀，并且包括：增压室；凸轮驱动式活塞装置，该活塞装置突出到所述增压室中，从而将该增压室分成至少第一区段和第二区段，并且该活塞装置包括第一活塞表面和第二活塞表面，所述第一活塞表面用于对所述增压室的所述第一区段中的液压流体进行增压，所述第二活塞表面用于对所述增压室的所述第二区段中的液压流体进行增压；第一液压管，该第一液压管用于将液压流体从所述增压室的所述第一区段中引到第一接收室，以移动与第一气体交换阀连接的活塞；以及第二液压管，该第二液压管用于将液压流体从所述增压室的所述第二区段引到第二接收室，以移动与第二气体交换阀连接的活塞。所述活塞装置除了用于驱动气体交换阀之外还用于驱动至少一个附加阀。

所述阀致动器布置将机械式致动器系统的可靠性与液压式制动系统的可适应性结合起来。包括若干活塞表面的活塞装置将液压流体的流均分至气体交换阀。由于相同的活塞装置也被用于驱动除了气体交换阀之外的其它阀，所以实现了具有若干功能的紧凑型阀致动器布置。

附加的阀可以例如为气体喷射阀，这些气体喷射阀被用于向发动机供应气体燃料。所述发动机可以包括将燃料喷射到进气管中的主气体喷射阀以及将燃料喷射到预燃室中的另一个气体喷射阀。

根据本发明的实施方式，所述活塞装置将所述增压室分成附加的第三区段并包括第三活塞表面，该第三活塞表面用于对所述增压室的所述第三区段中的液压流体进行增压以打开附加阀。在此实施方式中，将所述活塞装置布置成直接驱动附加阀。

根据本发明的另一个实施方式，所述布置包括用于从第三液压管释放压力的控制阀，所述第三液压管布置在附加阀与所述增压室的第三区段之间。通过该控制阀，能够调整所述附加阀的打开和关闭正时。

根据本发明的另一个实施方式，所述活塞装置将所述增压室分成附加的第四区段并且包括第四活塞表面，该第四活塞表面用于对所述增压室的第四区段中的液压流体进行增压以打开附加阀。根据本发明的另一个实施方式，所述布置包括用于从第四液压管释放压力的控制阀，所述第四液压管布置在附加阀与所述增压室的第四区段之间。该实施方式在包括例如预燃室气体喷射阀和主气体喷射阀的发动机中是有益的，这是因为两个阀皆可设有自己的活塞表面和控制阀。

根据本发明的实施方式，位于所述附加阀与所述增压室之间的所述液压管设有蓄压器。根据本发明的另一个实施方式，在所述蓄压器与所述附加阀之间布置阀，选择性地用于将液压流体从所述蓄压器引至所述附加阀以及用于从所述附加阀释放液压流体。利用所述蓄压器，由所述活塞装置产生的部分能量能够被存储，并且所述附加阀的打开和关闭正时能够由阀来控制。

根据本发明的另一个实施方式，连接至气体交换阀的活塞设有附加的活塞表面，该附加的活塞表面面向所述气体交换阀的打开方向并且在所述气体交换阀打开时对液压流体进行增压以用于打开附加阀。在此实施方式中，所述活塞装置不直接驱动所述附加阀，而是将连接至所述气体交换阀的活塞用作泵。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一实施方式的阀致动器布置。

图2示出了根据本发明的第二实施方式的阀致动器布置。

图3示出了根据本发明的第三实施方式的阀致动器布置。

图4示出了根据本发明的第四实施方式的阀致动器布置。

图5示出了根据本发明的第五实施方式的阀致动器布置。

图6示出了根据本发明的第六实施方式的阀致动器布置。

图7示出了根据本发明的第七实施方式的阀致动器布置。

图8示出了根据本发明的第八实施方式的阀致动器布置。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的实施方式。

根据本发明的阀致动器布置用于打开内燃发动机的气体交换阀1、1’。本发明尤其适用于大型发动机，诸如轮船的主发动机或辅助发动机或者在发电厂中所使用的发动机。阀致动器布置包括增压室4，液压流体在增压室中由凸轮驱动式活塞装置3增压并且被供应到气体交换阀1、1’以用于打开阀1、1’。在附图中的实施方式中，气体交换阀1、1’为进气阀，然而它们也可以是排气阀。气体交换阀1、1’均包括阀杆1a和阀盘1b，它们与阀座19共同作用来打开和关闭气缸与气体交换管之间的流动连通。在附图的实施方式中，使用传统的弹簧20来关闭气体交换阀1、1’，然而也可以使用空气弹簧。活塞装置3连接到包括凸轮从动轮18a的凸轮从动单元18。凸轮从动轮18a紧随旋转凸轮17的表面，并且当凸轮从动轮18a与凸轮17的凸角17a接合时，活塞装置3被远离凸轮17的旋转轴线推动并且突出到增压室4中。活塞装置3将增压室4分成两个或者更多个部分4a、4b、4c、4d。增压室的第一部分4a用于增压液压流体以打开第一气体交换阀1，并且增压室的第二区段用于增压液压流体以打开第二气体交换阀1’。活塞装置3包括第一活塞表面3a和第二活塞表面3b，所述第一活塞表面3a用于对增压室4的第一区段4a中的液压流体进行增压，所述第二活塞表面3b用于对增压室4的第二区段4b中的液压流体进行增压。由于用于第一和第二气体交换阀1、1’的单独的活塞表面4a、4b，因此液压流体在两个气体交换阀1、1’之间被均分。气体交换阀1、1’均设有用于沿气体交换阀1、1’的打开方向移动该气体交换阀1、1’的活塞1c。在图1的实施方式中，活塞1c围绕活塞杆1a布置。第一气体交换阀1的活塞1c能够在第一接收室7中往复运动，并且第二气体交换阀1’的活塞1c能够在第二接收室8中往复运动。第一液压管5将第一接收室7连接到增压室4的第一区段4a，并且第二液压管6将第二接收室8连接到增压室4的第二区段4b。当气体交换阀1、1’关闭时，液压流体经由液压管5、6返回到增压室4中。

在图1的实施方式中，活塞3将增压室4分成附加的第三区段4c和第四区段4d。活塞装置3包括用于对增压室4的第三区段4c中的液压流体进行增压的第三活塞表面3c以及用于对增压室4的第四区段4d中的液压流体进行增压的第四活塞表面3d。通过第三液压管12，增压的液压流体可被供应到第一附加阀9，该第一附加阀在图1的实施方式中是气体喷射阀。气体喷射阀9用于将气体燃料供应到预燃室31中。通过第四液压管13，增压的液压流体可从增压室4的第四区段4d供应到第二附加阀10，该第二附加阀在图1的实施方式中是主气体喷射阀10，该主气体喷射阀可被用于将气体燃料供应到发动机的进气管11中。两个气体喷射阀9、10皆设有阀弹簧9a、10a，所述阀弹簧在从阀9、10中释放压力时关闭阀9、10。当气体喷射阀9、10关闭时，液压流体经由液压管12、13返回到增压室4中。因为使用同一活塞装置3来操作进气阀1，1’和附加阀9、10(它们都不是气体交换阀)，因此同一紧凑布置包括若干种功能。为了对系统的泄露加以补偿，该布置设有用于将液压流体供应到增压室4中的入口管21。增压室4的每个区段4a、4b、4c、4d皆设有自身的入口管21的分支以及用于防止从增压室4向入口管21中的流动的止回阀22。

图2的实施方式与图1的实施方式相类似，并且因此仅仅对实施方式之间的不同点加以描述。这两个实施方式之间的不同点在于在图2中，第三液压管12和第四液压管13均设有分支12a、13a。该分支12a、13a设有具有打开位置和关闭位置的控制阀14、14’。该控制阀14、14’可以例如为电磁阀。当控制阀14、14’关闭时，该布置以与在图1的实施方式中相同的方式工作。当控制阀14、14’打开时，将防止在液压管12、13中形成压力，或者如果管12、13中的液压流体被增压时，该压力将被释放。通过打开控制阀14、14’，气体喷射阀9、10能够因此在凸轮从动轮18a离开凸轮17的凸角17a之前关闭。如果控制阀14、14’在凸轮从动轮18a进入凸轮17的凸角17a时保持打开并且活塞装置3开始运动，则气体喷射阀9、10的打开过程能够被延迟。气体喷射阀9、10不启动打开过程直到阀14、14’关闭。

图3的实施方式也与图1的实施方式相类似。位于进气管11中的主气体喷射阀10的打开以与图1的实施方式中相同的方式进行。第三液压管12设有分支12a，并且在分支12a的端部处布置有蓄压器15。在第三液压管12中在增压室4与分支12a之间也设有止回阀23。液压管12还设有三通阀24，该三通阀被布置在蓄压器15的下游。在三通阀24的第一位置上，允许从蓄压器15流到气体喷射阀9的流动。在三通阀24的第二位置上，允许从气体喷射阀9到罐中的流动。利用该三通阀24，能够调整气体喷射阀9的打开和关闭正时。另一个与其它实施方式的不同之处在于，该布置包括用于可变进气关闭(VIC)的装置25、26。在凸轮从动单元18与活塞装置3之间设置腔室25和活塞26。通过将液压流体引入到腔室25中，活塞装置3的返回冲程以及气体交换阀1、1’的关闭能够被延迟。

图4的实施方式与图3的实施方式相类似。在此实施方式中，活塞装置3仅设有三个活塞表面3a、3b、3c。第三活塞表面3c用于操作两个气体喷射阀9、10。第四液压管13从第三液压管12分支出。同样在此实施方式中，第二液压管12设有分支12a并且在分支12a的端部处布置有蓄压器15。在分支12a与增压室4之间设置止回阀23。第二液压管12设有三通阀24，该三通阀以与在图3的实施方式中相同的方式工作。第四液压管13在三通阀24的上游(即，在蓄压器15与三通阀24之间)从第二液压管12分支出。第四液压管13也设有三通阀24’，该三通阀以与在第三液压管12中的阀24相同的方式工作。因此两个气体喷射阀9、10的打开和关闭正时皆能够以相同的方式通过在三通阀24、24’的两个位置之间切换来进行调整。

图5的实施方式与图3的实施方式相类似。区别仅在于，不是将蓄压器15和三通阀24连接到第三液压管12，而是将它们连接到第四液压管13，并且该布置不设有VIC。三通阀因此被用于调整位于进气口管11中的气体喷射阀10的打开和关闭正时。预燃室31的气体喷射阀9以与在图1的实施方式中相同的方式工作。

在图6的实施方式中，以与在图2的实施方式中相同的方式控制主气体喷射阀10，即：第四液压管13设有控制阀14，来自管13的压力可以通过该控制阀被释放。第三液压管12设有分支12a。该分支12a连接到腔室27，该腔室设有弹簧加载式活塞28。该活塞28具有被限定的移动范围。如下选择弹簧29的刚度，即：当第三液压管12中的压力增大时，腔室29中的活塞28在预燃室31中的气体喷射阀9打开之前移动超过其最大移动范围。因此与未设有弹簧加载式活塞28的布置相比，气体交换阀9的打开被延迟。

在图7的实施方式中，活塞装置3仅设有第一活塞表面3a和第二活塞表面3b。因此，增压室4被分成第一区段4a和第二区段4b。以与在本发明的其它实施方式中相同的方式对气体交换阀1、1’加以控制。然而，用于移动每个气体交换阀1、1’的活塞1c已被布置在阀杆1a的端部处。活塞1c设有朝向气体交换阀1、1’的打开方向的第二活塞表面16。通过由活塞1c的与气体交换阀1、1’相连通的第二活塞表面16增压的液压流体来操作气体喷射阀9、10。活塞1c将接收室7、8分成输入区段7a、8a和输出区段7b、8b。第三液压管12和第四液压管13已被布置于气体喷射阀9、10与接收室7、8的输出区段7b、8b之间。入口管30连接到每个接收室7、8的输出区段7b、8b以用于对系统泄露加以补偿。入口管30在如下高度上连接到第二气体交换阀1’的接收室8的输出区段8b，在该高度处，预燃室31的气体喷射阀9的打开与第二气体交换阀1’的打开不同时开始，而是仅在第二气体交换阀1’的全打开运动的近似一半之后打开。直此，液压流体从接收室8的输出区段8b流回到入口管30中。

在图8的实施方式中，第二气体交换阀1’的活塞1c用于以与图7的实施方式中相同的方式操作位于预燃室31中的气体喷射阀9。为了操作进气管11中的主气体喷射阀10，活塞装置3设有第三活塞表面3c。将增压室4的第三区段4c连接到气体喷射阀10的第三液压管12设有分支12a。在该分支12a的端部处布置有蓄压器15。在液压管12中在分支12a之前还设置止回阀23，并且在分支12之后还设置三通阀24。对进气管11中的气体喷射阀10的控制因此以与图5的实施方式中相同的方式进行。当三通阀24允许从蓄压器15到气体喷射阀10流动时，气体喷射阀10被打开。当经由三通阀24将液压流体从气体喷射阀10释放到罐中时，气体喷射阀10被关闭。通过将活塞15a的背面侧连接到管30来使用流经蓄压器15的活塞15a的液压流体，该管30连接到第二气体交换阀1’的接收室8的输出区段8b并作为入口管30来工作，通过该入口管系统泄漏得以被补偿。

本领域技术人员将理解的是，本发明不仅限于上述实施方式，而是可以在所附的权利要求的范围内进行变化。例如：不同附图中所示的实施方式的特征可以以不同的方式组合。发动机的每个气缸可设有若干预燃室，每个预燃室均具有一个或多个气体喷射阀，并且致动器可被用于操作所有阀。同样的，可以在发动机的每个气缸的进气管中设置一个以上的气体喷射阀。如果阀的数量多于附图的实施方式中的数量，则增压室中的区段的数量可以相应地增加。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的阀致动器布置，该阀致动器布置被布置为用于打开发动机的气体交换阀(1，1’)，并且该阀致动器布置包括：

-增压室(4)；

-凸轮驱动式活塞装置(3)，该活塞装置(3)突出到所述增压室(4)中，从而将该增压室(4)分成至少第一区段(4a)和第二区段(4b)，并且该活塞装置包括第一活塞表面(3a)和第二活塞表面(3b)，所述第一活塞表面(3a)用于对所述增压室(4)的所述第一区段(4a)中的液压流体进行增压，所述第二活塞表面(3b)用于对所述增压室(4)的所述第二区段(4b)中的液压流体进行增压；

-第一液压管(5)，该第一液压管用于将液压流体从所述增压室(4)的所述第一区段(4a)引到第一接收室(7)，以移动与第一气体交换阀(1)连接的活塞(1c)；以及

-第二液压管(6)，该第二液压管用于将液压流体从所述增压室(4)的所述第二区段(4b)引到第二接收室(8)，以移动与第二气体交换阀(1’)连接的活塞(1c)。

其特征在于，所述活塞装置(3)除了用于驱动气体交换阀(1，1’)之外还用于驱动至少一个附加阀(9，10)。

2.根据权利要求1所述的阀致动器布置，其特征在于，所述附加阀是被布置为向所述发动机的进气管(11)中供应气体燃料的气体喷射阀(10)。

3.根据权利要求1或2所述的阀致动器布置，其特征在于，所述附加阀是被布置为向预燃室(31)中供应气体燃料的气体喷射阀(9)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀致动器布置，其特征在于，所述活塞装置(3)将所述增压室(4)分成附加的第三区段(4c)并包括第三活塞表面(3c)，该第三活塞表面用于对所述增压室(4)的所述第三区段(4c)中的液压流体进行增压以打开所述附加阀(9，10)。

5.根据权利要求4所述的阀致动器布置，其特征在于，该阀致动器布置包括用于从第三液压管(12)释放压力的控制阀(14)，所述第三液压管布置在所述附加阀(9，10)与所述增压室(4)的所述第三区段(4c)之间。

6.根据权利要求4或5所述的阀致动器布置，其特征在于，所述活塞装置(3)将所述增压室(4)分成附加的第四区段(4d)并且包括第四活塞表面(3d)，该第四活塞表面用于对所述增压室(4)的所述第四区段(4d)中的液压流体进行增压以打开所述附加阀(9，10)。

7.根据权利要求6所述的阀致动器布置，其特征在于，该阀致动器布置包括用于从第四液压管(13)释放压力的控制阀(14’)，所述第四液压管布置在所述附加阀(9，10)与所述增压室(4)的所述第四区段(4d)之间。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的阀致动器布置，其特征在于，位于所述附加阀(9，10)与所述增压室(4)之间的所述液压管(12，13)设有蓄压器(15)。

9.根据权利要求8所述的阀致动器布置，其特征在于，在所述蓄压器(15)与所述附加阀(9，10)之间布置阀(24，24’)，选择性地用于将液压流体从所述蓄压器(15)引至所述附加阀(9，10)以及用于从所述附加阀(9，10)释放液压流体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的阀致动器布置，其特征在于，连接至所述气体交换阀(1，1’)的活塞(1c)设有附加的活塞表面(16)，该附加的活塞表面面向所述气体交换阀(1，1’)的打开方向并且在所述气体交换阀(1，1’)打开时对液压流体进行增压以用于打开所述附加阀(9，10)。