CN111472860A - 一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，包括直线电机、对称柱塞泵、蓄能器、换向阀、排气门及控制器。所述直线电机动子直接驱动对称柱塞泵活塞，对称柱塞泵两工作腔交替吸入排气门液压缸,一腔中的液压油并将其泵入排气门液压缸另一腔中，液压油的流向即排气门的运动方向由三位四通换向阀决定。排气阀系统不工作时，三位四通换向阀位于中位，排气门液压缸上下腔相通，排气门在弹簧的作用下保持关闭。控制器采集排气门位置信号，并输出直线电机与换向阀的控制信号。本发明采用电动静液作动技术实现了排气阀正时、开启持续期及升程的智能调节，集成了电磁直驱与泵控直驱的优点，高效节能，闭式液压系统、结构简单、便于集成。

Description

一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统
技术领域
本发明涉及低速柴油机排气阀技术领域，尤其涉及一种电动静液排气阀系统。
背景技术
为满足日益严格的柴油机排放法规要求，提高船用柴油机经济性和低排放性，船用低速智能化柴油机采用电子控制单元和液气传动装置取代凸轮机构，根据柴油机转速和负荷等工况的变化对排气正时进行柔性控制，已经成为了技术发展方向。
现阶段MAN B&W公司生产的ME-C系列发动机及瓦锡兰公司的生产RT-FLEX系列发动机皆拥有各自独到的液压驱动配气系统，其成功的商用为国内外研究者提供了重要参考思路。而国内船用低速柴油机电控排气阀系统的研究尚处于初级阶段，开展了中、小型柴油机电控配气机构的基础研究。现有的船用低速柴油机电控排气阀系统采用高压伺服油轨与阀控单元组成，工作中由液压泵提供高压液压油，再通过液压阀控制液压油驱动排气门。现有方案需要液压泵长期工作导致能耗升高，液压阀控制的节流损失也降低了系统效率；同时所需液压泵体积较大，管路油轨的布置也不利于系统集成，导致系统复杂、维修困难。
本发明将采用电动静液驱动技术实现了排气阀正时、开启持续期及升程的智能调节，直线电机直接驱动液压泵活塞将机械能转化为液压能，液压泵通过直接容积伺服控制的方式将液压能转化为排气门机械能，能量传动路径缩短、精简了复杂的阀控单元；综合了电磁直驱与泵控直驱的优点，高效节能；闭式液压系统结构简单、便于集成。
发明内容
设计一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统目的在于，采用电动静液驱动技术实现了排气阀正时、开启持续期及升程的智能调节，直线电机直接驱动液压泵活塞将机械能转化为液压能，液压泵通过直接容积伺服控制的方式将液压能转化为排气门机械能，能量传动路径缩短、精简了复杂的阀控单元；综合了电磁直驱与泵控直驱的优点，高效节能；闭式液压系统结构简单、便于集成。
本发明的一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，包括直线电机（1）、柱塞泵（2）、蓄能器（3）、换向阀（4）、排气门（5）以及控制器（6）。其特征包括：柱塞泵（2）为两对称工作腔的单活塞柱塞泵，其出液单向阀、进液单向阀分别与排气门（5）液压缸上腔、下腔通过两管路相连，蓄能器（3）、换向阀（4）进、出口分别与上腔、下腔两管路相连；直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞往复运动，将排气门（5）液压缸一腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸另一腔中，排气门（5）的液压缸为对称液压缸；排气门（5）液压缸中液体流向由换向阀（4）决定，换向阀（4）为H型中位的三位四通换向阀；排气门（5）与位移传感器集成，控制器（6）根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机（1）以及换向阀（4）的控制信号。
所述直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
所述柱塞泵（2）活塞与直线电机（1）的动子直接相连，两者的行程相同，且小于排气门（5）的最大升程。
所述排气门（5）由排气门杆（5.1）、排气门液压缸（5.2）、排气门液压缸活塞（5.3）、排气门弹簧（5.4）、排气门弹簧连杆（5.5）以及位移传感器（5.6）集成。所述排气门杆（5.1）、排气门弹簧连杆（5.5）分别与排气门液压缸活塞（5.3）的下端、上端固连；排气门弹簧（5.4）安装在排气门弹簧连杆（5.5）处，且为常压缩弹簧；位移传感器（5.6）安装在排气门弹簧连杆（6.5）上端，通过排气门弹簧连杆（5.5）测试排气门（5）位置。
所述控制器（6）根据柴油机工况控制排气门（5）的正时、开启持续期及升程。
所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于其控制方法包括以下步骤：
排气门（5）不工作：
所述柱塞泵（2）不工作且换向阀（4）位于中位，排气门液压缸（5.2）两腔导通，排气门（6）在其弹簧的作用下关闭；
排气门（5）工作：
S1 所述控制器（6）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到正向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S2 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸上腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸下腔中；
S3 所述排气门（5）液压缸中上腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）克服排气门弹簧（5.4）以及气体负载力向下运动，排气门（5）开启。
S4 所述排气门（5）开启到目标升程时，直线电机（1）停止工作，排气门（6）保持目标升程。
S5 所述控制器（6）控制电缆向换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到常反向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S6 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸下腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸上腔中；
S7 所述排气门（5）液压缸中下腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）与排气门弹簧（5.4）形成合力推动排气门（6）向上运动，排气门（6）关闭。
本发明的一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统目的在于，采用电动静液驱动技术实现了排气阀正时、开启持续期及升程的智能调节，直线电机直接驱动液压泵活塞将机械能转化为液压能，液压泵通过直接容积伺服控制的方式将液压能转化为排气门机械能，能量传动路径缩短、精简了复杂的阀控单元；综合了电磁直驱与泵控直驱的优点，高效节能；闭式液压系统结构简单、便于集成。
本发明的直线电机直接驱动液压泵活塞取消了“旋转-直线的运动转换机构”，能量传递路线缩短、效率提高；结合Halbach永磁阵列提升气隙磁密的直线电机，使得液压泵驱动能力、动态响应性能提升。
本发明基于液压泵的直接容积伺服控制，液压泵不需要长期持续工作；取消了复杂的液压阀控单元，有效减小了系统中的节流损失，提升了系统效率。
本发明采用静液驱动技术，为闭式液压回路，没有油箱，使得系统结构简单、便于集成。
本发明的一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统结构简单，便于集成化、模块化，为低速柴油机配气系统提供了一种新的技术方案，符合当前高效节能的技术发展趋势，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统示意图。
图2为本发明的为本发明的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统开启时系统液流方向图。
图3为本发明的为本发明的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统关闭时系统液流方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1至3所示，一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，包括直线电机（1）、柱塞泵（2）、蓄能器（3）、换向阀（4）、排气门（5）以及控制器（6）。其特征包括：柱塞泵（2）为两对称工作腔的单活塞柱塞泵，其出液单向阀、进液单向阀分别与排气门（5）液压缸上腔、下腔通过两管路相连，蓄能器（3）、换向阀（4）进、出口分别与上腔、下腔两管路相连；直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞往复运动，将排气门（5）液压缸一腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸另一腔中，排气门（5）的液压缸为对称液压缸；
排气门（5）液压缸中液体流向由换向阀（4）决定，换向阀（4）为H型中位的三位四通换向阀；排气门（5）与位移传感器集成，控制器（6）根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机（1）以及换向阀（4）的控制信号。
直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
柱塞泵（2）活塞与直线电机（1）的动子直接相连，两者的行程相同，且小于排气门（5）的最大升程。
排气门（5）由排气门杆（5.1）、排气门液压缸（5.2）、排气门液压缸活塞（5.3）、排气门弹簧（5.4）、排气门弹簧连杆（5.5）以及位移传感器（5.6）集成。所述排气门杆（5.1）、排气门弹簧连杆（5.5）分别与排气门液压缸活塞（5.3）的下端、上端固连；排气门弹簧（5.4）安装在排气门弹簧连杆（5.5）处，且为常压缩弹簧；位移传感器（5.6）安装在排气门弹簧连杆（6.5）上端，通过排气门弹簧连杆（5.5）测试排气门（5）位置。
控制器（6）根据柴油机工况控制排气门（5）的正时、开启持续期及升程。
所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于其控制方法包括以下步骤：
排气门（5）不工作：
所述柱塞泵（2）不工作且换向阀（4）位于中位，排气门液压缸（5.2）两腔导通，排气门（6）在其弹簧的作用下关闭；
排气门（5）工作：
如图2所示，S1 所述控制器（6）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到正向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S2 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸上腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸下腔中；
S3 所述排气门（5）液压缸中上腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）克服排气门弹簧（5.4）以及气体负载力向下运动，排气门（5）开启；
S4 所述排气门（5）开启到目标升程时，直线电机（1）停止工作，排气门（6）保持目标升程；
如图3所示，S5 所述控制器（6）控制电缆向换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到常反向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S6 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸下腔中的液压油并将其泵入排气门（5）液压缸上腔中；
S7 所述排气门（5）液压缸中下腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）与排气门弹簧（5.4）形成合力推动排气门（6）向上运动，排气门（6）关闭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，包括直线电机（1）、柱塞泵（2）、蓄能器（3）、换向阀（4）、排气门（5）以及控制器（6）；其特征包括：柱塞泵（2）为两对称工作腔的单活塞柱塞泵，其出液单向阀、进液单向阀分别与排气门（5）液压缸上腔、下腔通过两管路相连，蓄能器（3）、换向阀（4）进、出口分别排气门（5）液压缸与上腔、下腔两管路相连；直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞往复运动，将排气门（5）液压缸一腔中的液压油泵入排气门（5）液压缸另一腔中，排气门（5）的液压缸为对称液压缸；排气门（5）液压缸中液体流向由换向阀（4）决定，换向阀（4）为H型中位的三位四通换向阀；所述排气门（5）与位移传感器集成，控制器（6）根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机（1）以及换向阀（4）的控制信号。
2.根据权利要求1所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于所述直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
3.根据权利要求1所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于所述柱塞泵（2）活塞与直线电机（1）的动子直接相连，两者的行程相同，且小于排气门（5）的最大升程。
4.根据权利要求1所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于所述排气门（5）由排气门杆（5.1）、排气门液压缸（5.2）、排气门液压缸活塞（5.3）、排气门弹簧（5.4）、排气门弹簧连杆（5.5）以及位移传感器（5.6）集成。
5.所述排气门杆（5.1）、排气门弹簧连杆（5.5）分别与排气门液压缸活塞（5.3）的下端、上端固连；排气门弹簧（5.4）安装在排气门弹簧连杆（5.5）处，且为常压缩弹簧；位移传感器（5.6）安装在排气门弹簧连杆（6.5）上端，通过排气门弹簧连杆（5.5）测试排气门（5）位置。
6.根据权利要求1所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于所述控制器（6）根据柴油机工况控制排气门（5）的正时、开启持续期及升程。
7.根据权利要求1所述的船用智能集成化低速柴油机电动静液排气阀系统，其特征在于所述控制方法包括以下步骤：
排气门（5）不工作：
所述柱塞泵（2）不工作且换向阀（4）位于中位，排气门液压缸（5.2）两腔导通，排气门（6）在其弹簧的作用下关闭；
排气门（5）工作：
S1 所述控制器（6）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到正向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S2 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸上腔中的液压油泵入排气门（5）液压缸下腔中；
S3 所述排气门（5）液压缸中上腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）克服排气门弹簧（5.4）以及气体负载力向下运动，排气门（5）开启；
S4 所述排气门（5）开启到目标升程时，直线电机（1）停止工作，排气门（6）保持目标升程；
S5 所述控制器（6）控制电缆向换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到常反向工位，直线电机（1）动子往复运动；
S6 所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，将排气门（5）液压缸下腔中的液压油泵入排气门（5）液压缸上腔中；
S7 所述排气门（5）液压缸中下腔液压油推动排气门液压缸活塞（5.3）与排气门弹簧（5.4）形成合力推动排气门（6）向上运动，排气门（6）关闭。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112128456A (zh) * 2020-08-13 2020-12-25 西安航天动力研究所 一种液压活塞直驱与蓄能器协同驱动的电液执行机构

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