CN1092284C - 内燃机气缸用的液压中心装置 - Google Patents

Abstract

在内燃机(2)的每一气缸上都有一个液压中心装置(11)连同一个支架(13)和一个块状体(14)。该块状体具有多个口和控制阀(30、31)以便用来操作排气阀的驱动机构和各内部通道(25、25′、25″、25″′、27、27′、27″、27″′、34)，这些内部通道通过控制阀将各个口连接到高压管路(15)或排放管路(22、23)上。中心装置有一主截止阀(24)，该阀在其开启位置不起作用，而在其关闭位置至少截止高压管路(8)不让它通往中心装置的控制阀。

Description

内燃机气缸用的液压中心装置

本发明涉及一种内燃机气缸用的液压中心装置，该内燃机具有数个燃油泵和数个排气阀，并且至少排气阀是用加压流体由液压驱动装置驱动的。

过去许多年来，不少人曾分别提议过，大的二冲程滑块内燃机的燃油泵和排气阀应由液压来驱动而不是用人所熟知的凸轮轴来驱动。本申请人在1929年的丹麦专利41046就曾提出过一种液压驱动燃油泵，而在近年可指出的是关于液压驱动燃油泵的丹麦专利151145号和关于电子控制液压驱动排气阀的丹麦专利148664号。

在大的二冲程滑块内燃机上采用纯粹液压的方法来驱动排气阀和燃油泵的各种已知的提案并没有在内燃机上找到商业上可行的应用，这是因为液压输送和控制的设计复杂，并且具有高风险，如果其中一个零件失效，会导致内燃机停顿。与传统的机械系统相比，还有一个使风险增加的因素是，众所周知，液压系统对其安装的不规整十分敏感，在长期运行后由于这种不规整而造成的缺陷会变成显著不规则的缺陷。

本发明的目的是要在由于液压系统的失效而造成的不希望有的停顿方面使内燃机高度可靠，并使液压系统的安装和维护简化。

有鉴于此，按照本发明的液压中心装置的特征在于，中心装置有一块状体，其上包括至少一个口用来将排气阀的操作机构连接到至少一个压力管路上，还有控制阀用来至少控制排气阀，以及内部通道用来通过控制阀将各口连接到高压管路的接头上以便供应高压液压流体，或者连接到低压管路以便将液压排放掉，并且中心装置还有一个主截止阀，该阀在开启位置不起作用，而在关闭位置至少截止高压管路不让它通往中心装置的控制阀。应该知道中心装置是一个圆筒状装置，它至少是一个内燃机气缸的中心，但不是整个内燃机的中心，并应知道低压管路为一个保持在低的超压的管路及/或排放管路。

就可靠性而言，将气缸的液压系统用的所有中心部集中在一个中心装置内而将最敏感的零件集中在一个块状体内具有好几个优点。在该块状体内各个阀来往的流道及在高压管路与各个阀和耗用高压处之间的接头的分支管可由钻出的通道制成并在需要处使它们交会。液压中心装置可在一个专门考虑到液压系统对洁净的高度要求的专门车间内制造，然后中心装置能以装配好的形式或分成少数几个主要零件发放到车间内，在那里中心装置被装到内燃机的气缸上，不需要将控制阀插入，也不需要将许多小管道装配起来以便使控制阀与输送管路和高压液耗用处连接。

重要的是中心装置须具有一个高压供应源的主截止阀以便有可能单独地切断中心装置。这样便有可能切断单个气缸上的中心装置以便进行大修，并可能更换有问题的零件，只要把该气缸暂时脱离连接，使内燃机在载荷略为减少的情况下运行即可。中心装置含有所有在实际上有损坏危险的零件。当将单个气缸的零件装配成一个标准的中心装置而在内燃机上存在着数个相同的装置时，事情便可简单处理，例如在装船时，只要供应额外的装置作为备件以便用来全部或部分更换内燃机上任何一个发生缺陷的液压中心装置即可。

液压系统的构件以模块方式构成中心装置能给内燃机设计带来较大的灵活性，对大的二冲程滑块内燃机特别适宜，这种内燃机通常一次只造一台，有专门的定单单独规定气缸数和每一气缸的出力，采用模块的构造方法很简单只要使中心装置数与每一具体情况下所选定的气缸数适应即可。

在运行时能将高压管路从一个中心装置上切断使可以拆下发生问题的装置同时使其他装置继续运行。为了使有问题的装置容易分离并降低热液压油排放时造成损害的危险，主截止阀在其关闭位置最好使一排放管路与内部主要通道连接，该主要通道当主截止阀处在开启位置时是与高压管路连通的，这样就使中心装置的高压系统在切断后立即被强制排空。

在一较优的实施例中，中心装置有一支架装在气缸部的顶板上，气缸衬里从气缸部向上伸出，而块状体被装在支架的顶部，支架的高度这样安排，使块状体的上表面在顶板之上至少80cm。将中心装置分成块状体和支架，能使中心装置的制造进一步简化，因为数个气缸尺寸不同或气缸尺寸虽同但额定功率不同的中心装置都能用类似的块状体和不同尺寸的支架制造。将支架装在气缸部的顶板上是极其简单的事，该支架同时支承着气缸衬里。将块状体的上表面提高到顶板之上至少80cm的支架的高度能使块状体连同其排气阀和各种阀的连接口处在这样一个高度，该高度位于装在顶板附近的过道之上，并尽可能地使站立在那里在中心装置上工作的操作人员处在最佳的工作位置。在另一方面，支架又使块状体的上表面接近气缸盖，从而有效地缩短在中心装置和排气阀驱动机构之间的液压连接管，从而用来使高压连接管内液体增压的能量消耗尽可能地降低。

最好每一气缸设有一个中心装置，因为这样能使设计极其简单并可有最大的自由度，同时一个中心装置脱离连接只影响与该装置有关的一个气缸。

有可能将高压管路直接连接到块状体上，在该处高压下的液压流体通过阀门即可供应，但最好每一中心装置含有一段位于支架上的块状体之下的高压管路，而将主截止阀设在这段管路和块状体之间的流动路径上。中心装置在支架和块状体之间有一自然区分的表面，将主截止阀布置在这个区分表面之下，并和一段与中心装置成为一体的高压管路连在一起，这样向高压管路的连接便可在离开块状体一段距离处被切断，因此该块状体可被卸下，不必另外费力，并且不会影响液压流体供应到其他装置上。这样，一个中心装置的被切断和块状体的被更换便可完全不会干扰其他气缸的运行。将一部分高压管路与中心装置制成一体，利用长度与相邻中心装置之间距离相当的标准管段和多个中心装置，就可将液压系统延伸到与更多数目的气缸连接。

有可能通过一个公共的高压管路不断地以喷射压力供应燃料(公共轨道系统)，从而将燃料供给内燃机，但最好让气缸的燃料由一活塞式型的液压驱动的燃料泵来发放，其液压驱动机构被连接到块状体的至少一个口上以便与高压管路和低压管路连通，而在块状体上的控制阀控制着活塞泵的燃料发放。与排气阀操作机构用的控制阀并无依赖关系，气缸的被液压驱动的主要零件因此被集中在块状体内离开气缸盖的距离较短，而在气缸盖上装有喷射器和排气阀，这样液压管路的长度便可缩短。

本实施例的另一个发展是，将燃料泵和相关的液压驱动机构装在中心装置的块状体的上表面上。采用块状体作为燃料泵的底可得出一个极其简单的设计，其中液压泵驱动机构被直接设在块状体的口上，燃料泵的分开的底被省去。减少零件的数目意味着减少失效的风险，而燃料泵在被发放到内燃机安装车间之前还可装在中心装置上。

在一较优的实施例中，中心装置内的控制阀由内燃机控制装置及/或气缸控制装置用电子控制。电子控制能提供极其有效的可能性来在内燃机进行运行周期时对燃料泵和排气阀进行自由控制，即喷射和阀门开启的定时能在内燃机运行时连续进行调节。

为了防止空气穿透到液压系统内，液压中心装置可被连接到一个低压管路上，该管路能提供低压的液压流体，压力最好小于4巴。这个供应可被连接到排气阀驱动机构和燃料泵驱动机构的控制阀上的排放口或低压口上，可能通过一个节流阀使当压力被降低时，仍保持一个防止大气内的空气穿透到液压系统内的超压。作为一个在采用排放管路之外还采用低压管路的替代方案，液压流体可被排放到排放管路内，并且如果需要的话，液压流体能以合适的低压供应，办法是从高压管路中分出一些流体并使它通过节流阀，以便将液压降到合适的水平，例如从0.5巴到3巴。

液压中心装置之间相互完全独立，并均供有来自高压管路的液压流体。最好一个中心装置的液压流体的消耗不影响其他中心装置，因此中心装置最好具有至少两个高压流体蓄能器、在与高压管路相对的主截止阀侧被连接到高压管路上。将至少两个蓄能器布置在主截止阀的消耗侧使中心装置在液压液被消耗时能自供液压流体，该液压流体可减少在高压管路内的主压力波动。

在中心装置的供应侧，液压系统可这样构成，使中心装置所含有的高压管路段被装在两个中心装置之间的两个同心的高压管互联，两个同心的高压管中内管以压力密封的方式插置在两端的衬套内以便夹紧在中心装置的侧表面上，而一个外管在其任一端都有一个杯状衬套，该杯状衬套可沿外管的纵长方向在其上移动而可装在中心装置的侧表面上，杯上并开有孔，其直径大于内管上衬套的外直径。该同心的高压管都能抵挡最大的液压，因此对付失效有很大的可靠性。在正常操作时，液压流体只是流动通过内管，而在两管之间的环状空间内可设有泄漏监控装置，如果内管发生裂缝，在环状空间内检测到有泄漏的流动，那么所说装置便会发出警告信号。其中由于压力被外管承担，内燃机仍可继续运行一直到要进行修补为止。

本实施例的优点在于，即使在内燃机气缸的宽度上有某些距离变化，设有双重管的中心装置也可容易地安装到内燃机的气缸上。在将中心装置以比较粗的公差安装到内燃机气缸上后，有可能按下列方式校正距离的变化。在这双重管被放置在两个中心装置之间之前，在外管上的两个衬套被推动而靠拢在一起，使在内管上的两个衬套被暴露出来。然后将内管上的凸缘安装到相关的中心装置上。这两凸缘中至少有一个是可移动的并可在内管上转动到某些程度，以便使安装上的未曾对准和中心装置之间的长度变化得以校正。然后杯状衬套可被推动到内管上的衬套上并被固定到相关的中心装置上。

下面将结合附图，对本发明的一个较优的实施例作较详细的说明，其中：

图1为在一台二冲程滑块内燃机上的液压系统的简化示意图，

图2为在一按照本发明的液压中心装置内的液压系统的一般示意图，

图3为图1中内燃机的侧视图，

图4为一示出中心装置的放大的片段视图，

图5为在两个中心装置之间的片段的侧视图。

液压系统将增压的液压流体供应到多缸二冲程滑块内燃机2的气缸1上的液压驱动机构内。液压流体可由存储罐提供并且例如可以是标准的液压油，但最好是将内燃机的润滑油用作液压流体，而系统所需的液压流体是由内燃机的油槽3提供的。有一起动注油器泵4使液压流体通过至少一个过滤装置5而送到一个低压管路6内。起动注油器泵例如可以将低压管路内的比超压保持在1到5巴的范围内，通常约为2巴。泵站7具有数台高压泵，这些高压泵例如可以125到325巴的高压将液压流体送到高压管路8内。发放压力可根据内燃机载荷的大小来调节。高压泵中的有几台泵可由内燃机上的轴如曲轴来驱动，而高压泵中的一台或数台可由电动机驱动。

滑块内燃机例如可以是船舶上的推进发动机或者是电厂内的固定驱动装置。该内燃机没有传统常用的凸轮轴，而且其排气阀9和燃油泵10是用液压驱动并用电子控制的。也有可能为燃料采用一个压力基本稳定的公共的高压源，这样，用于各气缸的分散的燃料泵便可被省掉，但最好还是用液压驱动的多台分散的燃料泵。

来自泵站的高压管路8被安装在设有液压中心装置11的一侧与高压管路的一个管段12连接，该管段12被预先安装并与支架13上的中心装置的下部成为一体，在中心装置的上表面上支承着一个块状体14。有一压力管路15从块状体14延伸到排气阀的操作机构16，还有一个排放管路17从该操作机构引回到块状体14。该块状体14还可将燃料泵10用的液压驱动机构连接到高压管路上或返回管路上。燃料泵通过压力管18将燃料发放到数个喷射器上。

内燃机上的每一个气缸都各自连结到一个电子控制装置19上，该控制装置通过线路20接受一般的同步和控制信号，并通过线路21将控制信号发给块状体14。

有一低压管路22从泵站7的上游的低压管路上作为分支而被引出，该管路以低的超压，例如小于4巴，通常约为2巴，将液压液送到中心装置11。

有一排放管路23被连接到中心装置上以便用来将用过的液压流体排放到一个公共的排放槽内，例如内燃机的机架箱内，该机架箱与油槽3连通。

图2示出中心装置11内的主要连接点。有一公共的输送管路25从高压管路段12上分出，并被引往块状体14(在该图内位于虚线的上方)内各个耗用高压的地点。在正常操作时，主截止阀24处在图示的开放位置，其时高压管路被连接到块状体14上。当需要隔离气缸上液压系统的一部分以便进行大修、更换或小修时，阀门24可用手动或电子操作设定到另一个极端位置，从而使输送管路25从高压管路段12上被切断而通过支管23′被连接到排放管路23上，从而在中心装置内的整个高压系统的压力被释放，这样便能完成隔离而液压流体的浪费可降低到最小。

在中心装置内低压管路的预装段26通过一个支管27与块状体连接。在管路27上有一限压装置28将送往块状体11的供应压力限制到约为1.5巴的超压内。在块状体内，该支管通过通道27′、27″和27的连接，分别将液压流体供应到泵驱动机构的控制阀29及阀门驱动机构的控制阀30和主阀31的各个口上。另外，输送管路通过通道25′、25″和25的连接，分别将液压流体供应到控制阀29、控制阀30和主阀31的各个口上。

控制阀30用电子驱动并具有三个口和两个位置。它可以在两个极端位置例如采用磁力锁定的型式，其在由铁磁性材料制成的阀门滑动部的两端分别绕有线圈，当其中一个被磁化时，阀门滑动部便被驱动，从而使阀门动作。作为这两个线圈在磁化时万一失效的安全措施，设有弹簧32使阀门滑动部预受载荷而采取如图所示的位置，在该位置低压管路为起作用的供应口。或者，控制阀可采用传统的螺线管阀。控制阀30的排放口被连接到一个中间通道33上，该中间通道与主阀31滑动部一端的活塞面上的压力连通，滑动部的另一端有一面积较小的活塞面，该面永远与高压管路连通。当控制阀30在如图所示的位置时，作用在小活塞面积上的高压力压迫主滑动部使它移动到所示位置，其中低压管路通过通道27被连接到主阀排放口上，该排放口通过一个通道34引到一个用来将压力管路15连接到排气阀驱动机构的口上。当控制阀30被驱动到其第二个位置致使中间通道与输送管路25连接时，在大活塞面上的高压力便压迫主阀的滑动部使它移动到第二位置，其中通道25内的高压力被转移到压力管路15内，因此驱动机构将排气阀打开。

控制阀29也由电子驱动，如图所示，它能将通道25′内的高压转移到其排放口，由该口通过一个通道35引到一个与泵驱动机构内的压力室连通的口上。在一个中间位置上，该阀门的供应口被切断使与其排放口分开；而在另一个极端位置上，该阀门的排放口被连接到低压管路的通道27′上，该通道有一限压装置36进一步将压力限制到例如约为0.5巴的超压。这样该控制阀便有三个口和三个位置并可有一快速作用的先导滑动部，该滑动部可通过液压作用调节主滑动部。先导滑动部及/或主滑动部设有位置传感器，它能将阀门设定的信号发给相关的控制装置19。控制阀例如可以采用本申请人的专利WO 94/29578号中所说明的那种型式。

紧接在主截止阀24之后，有一个高压流体蓄能器37被连接在输送管道25上。该蓄能器由压力容器构成，其内部容积要比阀门驱动机构16一次动作所用液压流体的体积大得多。该内部容积被一柔性膜片划分，从而在流体室中限定一个气室，而该流体室与管路25连通。气室在膜片处于中立位置时被加压到一个与高压管路内的压力相当的压力。中心装置还有另外两个同一型式的流体蓄能器37′和37，它们被装在块状体14上靠近从中央输送管路25引出的支管25′，25。当控制阀29或31开启时，从块状体14上的蓄能器37′、37发放出流体的主要部分，而在随后的控制阀关闭期内，蓄能器被来自输送管路25的流体充满。将蓄能器37设置在靠近管段12的地方，可以消除由于气缸耗用流体时在高压管路8内造成的压力降。

另外，块状体含有排放通道38和39，可将泵驱动机构和阀门驱动机构排放出来的液压流体分别排放到排放管路23内。另外的控制阀，如阀门40，也可设置在块状体14的上表面上靠近各口之处。

液压中心装置11在图4中更详细地示出。支架13为箱状、具有至少两个侧壁和一个前壁能赋予支架巨大刚性。支架被固紧在内燃机机架箱的顶板41上。顶板支承着气缸衬里42，其下部43具有缩小的外径并向下伸出到内燃机机架箱的气缸部的清除箱44内。排气阀9装在盖45上，而盖45用柱状螺栓46固紧在顶板上，图上只示出其中一部分螺栓。从顶板41上伸出一条过道47。支架的高度这样安排，使高压管路15和18的长度较短。对于气缸孔径至少为500mm的大型内燃机，这样安排的支架高度为55到120cm。这对站立在过道上着手将装在中心装置上的液压零件拆开的操作人员来说是一个方便的工作高度。

高压管路8被装在一个实心的钢体48上、从支架一侧延伸到另一侧，该钢体有一钻出的通道构成管段12，还有一第二通道构成管段26，主截止阀24装在该钢体的前面，这样可容易接近以便检修。输送管路25被制成一根有蓄能器37装在其上的管子，该管子被连接到块状体14的下表面上的凹窝内。与此相应，管路23和27也都制成管子被设置在块状体14下方的区域内。

块状体14由钢制成，其上钻有许多内部通道以便用来作为高压、低压和排放通道。控制阀29-31被安装在块状体的前面。燃料泵和相关的驱动机构被直接安装在块状体14的上表面上，这样做的好处为，驱动机构内的压力室可直接与通道35端头的口连通。

装在中心装置11之间的高压管8形成一个内管49和一个与它同心的外管50制成，这两管都是能抵挡最大高压力的高压管。这两管装在该中心装置之间并被供应为预先制就的成套管，它们能够补偿在安装中心装置时不可避免的偏差。在两端，内管49以压力密封的方式被插入到衬套51，51′内以便固紧在相关中心装置的侧表面上，并且内管能相对于至少一个衬套在纵向上移动，还能相对于两个衬套在角度上转动若干度，以便补偿距离和对准上的不准确。在任一端，外管都有一杯状衬套52、52′，该衬套可在外管的纵向上移动，并可装在相关中心装置的侧表面上。这两个衬套也可相对于外管而转动很少度数。衬套52、52′有一杯状孔，其直径大于内管上衬套的外径，因此衬套52、52′能在衬套51、51′上移动。

本发明并不仅限于上述实施例，有可能例如，采用其他型式的控制阀，如带有几个步骤(Steps)或几个位置的阀门，低压管路可被省掉并被排放管路替代，块状体14可具有比上述更多的阀门通道和排放通道。也有可能在中心装置中提供另外型式的液压驱动气缸零件如液压驱动气缸润滑装置。该气缸润滑装置可装在块状体上。

Claims (11)

1.一种用于内燃机(2)中的气缸的液压中心装置(11)，该内燃机具有数个燃料泵(10)和数个排气阀(9)，并且至少排气阀是用高压流体由液压驱动装置驱动的，其特征在于，中心装置有一块状体(14)，其上包括至少一个口用来将排气阀的操作机构连接到至少一个压力管路(15)上；还有控制阀(30、31)用来至少控制排气阀；以及内部通道(25、25′、25″、25、27、27′、27″、27、34)用来通过控制阀将各口连接到高压管路(15)的接头上以便供应高压流体，或者连接到低压管路(22、23)以便将液压排放掉；中心装置还有一个主截止阀(24)，该阀在开启位置不起作用，而在关闭位置至少截止高压管路(8)不让它通往中心装置的控制阀。

2.按照权利要求1的液压中心装置，其特征在于，主截止阀(24)在其关闭位置使一排放管路(23)与内部主要通道连接，该主要通道当主截止阀处在开启位置时是与高压管路(8)连通的。

3.按照权利要求1的液压中心装置，其特征在于，中心装置有一支架(13)装在气缸部的顶板(41)上，气缸的衬里从气缸部向上伸出，而块状体(14)被装在支架的顶部，而支架(13)的高度这样安排，使块状体的上表面至少高出顶板80cm。

4.按照权利要求1的液压中心装置，其特征在于，每一气缸设有一个中心装置(11)。

5.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，每一中心装置含有一段位于支架(13)上的块状体之下的高压管路(12)，而将主截止阀(24)设在这段管路和块状体之间的流动路径上。

6.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，气缸的燃料由一活塞式的液压驱动的燃料泵(10)来发放，其液压驱动机构被连接到块状体(14)的至少一个口上以便与高压管路(8)和低压管路(22、23)连通，而在块状体上的控制阀(29)控制着活塞泵的燃料发放，与排气阀操作机构用的控制阀(30)并无依赖关系。

7.按照权利要求6的液压中心装置，其特征在于，燃料泵(10)和相关的液压驱动机构装在中心装置的块状体(14)的上表面上。

8.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，中心装置内的控制阀(29、30)由内燃机控制装置及/或气缸控制装置(19)用电子控制。

9.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，液压中心装置(11)被连接到该低压管路(22)上，该管路能提供低压的液压流体，压力最好小于4巴。

10.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，中心装置(11)具有至少两个高压液蓄能器(37、37′)，该蓄能器在与高压管路(8)相对的主截止阀(24)侧被连接到高压管路上。

11.按照权利要求1-4中任一项的液压中心装置，其特征在于，中心装置(11)所含有的高压管路(8)的管段(12)被装在两个中心装置之间的两个同心的高压管互联，该两个同心的高压管中的一个内管(49)以压力密封的方式插置在两端的衬套(51、51′)内以便夹紧在中心装置的侧表面上，而一个外管(50)在其任一端都有一个杯状衬套(52、52′)，该杯状衬套可沿外管的纵长方向在其上移动而可装在中心装置的侧表面上，并开有杯形孔，其直径大于内管上衬套的外直径。

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