CN111502793B - 一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统 - Google Patents

一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，包括直线电机、柱塞泵、溢流阀、旁通阀、排气门及控制器。所述直线电机动子直接驱动柱塞泵活塞，柱塞泵工作时旁通阀断开，液压油被柱塞泵泵入排气门液压缸上腔，排气门开启；排气门达到目标升程，柱塞泵停止工作、旁通阀保持断开，排气门保持目标升程；柱塞泵不工作且旁通阀保持常导通工位，排气门在弹簧的作用下关闭。控制器采集排气门位置信号，并输出直线电机与旁通阀的控制信号。直线电机采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密、输出力。本发明采用电磁直驱泵控技术实现了排气阀正时、开启持续期及升程的柔性化调节，集成了电磁直驱与泵控直驱的优点，结构简单、便于集成、高效节能。

Description

一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统
技术领域
本发明涉及低速柴油机可变排气阀技术领域，尤其涉及一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统。
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压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。其中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。现有的船用低速柴油机电控排气阀系统由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。
本发明将采用电磁直驱泵控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，系统结构简单、便于集成、高效节能。
发明内容
设计一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统目的在于，采用电磁直驱泵控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，综合电磁直驱与泵控直驱的优点，使得系统结构简单、便于集成、高效节能。
本发明的一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于：包括直线电机、柱塞泵、溢流阀、旁通阀、油壶、排气门以及控制器，
所述柱塞泵的出液单向阀、进液单向阀分别与排气门液压缸的上腔和下腔通过两管路相连，溢流阀和旁通阀的进、出口分别与上腔、下腔两管路相连；
所述直线电机的动子直接驱动柱塞泵活塞往复运动，将油壶中液压油泵入排气门液压缸上腔；
所述排气门与位移传感器集成，控制器根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机以及旁通阀的控制信号。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于直线电机采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机动子为动圈式或者动磁式。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于柱塞泵活塞与直线电机的动子直接相连，两者的行程相同，且小于排气门的最大升程。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于旁通阀为常导通式两位电磁阀，在柱塞泵工作以及排气门保持在目标升程时，旁通阀位于断开工位。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于排气门由排气门杆、排气门液压缸、排气门液压缸活塞、排气门弹簧、排气门弹簧连杆以及位移传感器集成。所述排气门杆、排气门弹簧连杆分别与排气门液压缸活塞的下端、上端固连；排气门弹簧安装在排气门弹簧连杆处，且为常压缩弹簧；位移传感器安装在排气门弹簧连杆上端，通过排气门弹簧连杆测试排气门位置。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在控制器根据柴油机工况柔性化调节排气门的正时、开启持续期及升程。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于其工作过程包括以下步骤：
排气门不工作：所述柱塞泵不工作且旁通阀位于常导通工位时，排气门在其弹簧的作用下关闭；
排气门工作：
S1 所述控制器控制电缆向直线电机、旁通阀输入电能，旁通阀切换到断开工位，直线电机动子往复运动；
S2 所述直线电机的动子直接驱动柱塞泵活塞，油壶中液压油被柱塞泵泵入排气门液压缸上腔；
S3 所述排气门液压缸上腔液压油推动排气门液压缸活塞克服排气门弹簧以及气体负载力运动，排气门开启。
S4 所述排气门开启后在直线电机、旁通阀的协同控制作用下达到目标升程。
S5 所述排气门开启到目标升程后，直线电机停止工作，旁通阀位于断开工位，排气门保持目标升程。
S6 所述控制器控制电缆向旁通阀输入电能，旁通阀切换到常导通工位，排气门弹簧推动排气门液压缸活塞向上运动，排气门液压缸上腔液压油通过旁通阀流回油壶，排气门关闭。
发明有益效果
本发明的一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统目的在于，采用电磁直驱泵控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，综合电磁直驱与泵控直驱的优点，使得系统结构简单、便于集成、高效节能。
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。
本发明的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。
本发明的一种船用低速柴油机电磁直驱泵控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为本发明的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统示意图；
图2为本发明的为本发明的船用低速柴油机电磁直驱泵控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低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统关闭时系统液流方向图；
其中，1-直线电机，2-柱塞泵，3-溢流阀，4-旁通阀，5-油壶，6-排气门，61-排气门杆，62-液压缸，63-液压缸活塞，64-弹簧。
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，一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，包括直线电机1、柱塞泵2、溢流阀3、旁通阀4、油壶5、排气门6以及控制器7。
所述柱塞泵2的出液单向阀、进液单向阀分别与排气门6液压缸的上腔和下腔通过两管路相连，溢流阀3和旁通阀4的进、出口分别与上腔、下腔两管路相连。
所述直线电机1的动子直接驱动柱塞泵2活塞往复运动，将油壶5中液压油泵入排气门6液压缸上腔。
所述排气门6与位移传感器集成，控制器7根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机1以及旁通阀4的控制信号。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于直线电机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。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于柱塞泵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6的最大升程。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于旁通阀4为常导通式两位电磁阀，在柱塞泵2工作以及排气门6保持在目标升程时，旁通阀4位于断开工位。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于排气门6由排气门杆61、排气门液压缸62、排气门液压缸活塞63、排气门弹簧64、排气门弹簧连杆65以及位移传感器66集成。所述排气门杆61、排气门弹簧连杆65分别与排气门液压缸活塞63的下端、上端固连；排气门弹簧64安装在排气门弹簧连杆65处，且为常压缩弹簧；位移传感器66安装在排气门弹簧连杆65上端，通过排气门弹簧连杆65测试排气门6位置。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在控制器7根据柴油机工况控制排气门6的正时、开启持续期及升程。
所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于其工作过程包括以下步骤：
排气门6不工作：所述柱塞泵2不工作且旁通阀4位于常导通工位时，排气门6在其弹簧的作用下关闭；
排气门6工作：
结合图2，S1 所述控制器7控制电缆向直线电机1、旁通阀4输入电能，旁通阀4切换到断开工位，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，油壶5中液压油被柱塞泵2泵入排气门6液压缸上腔；
S3 所述排气门6液压缸上腔液压油推动排气门液压缸活塞63克服排气门弹簧64以及气体负载力运动，排气门6开启。
S4 所述排气门6开启后在直线电机1、旁通阀4的协同控制作用下达到目标升程。
S5 所述排气门6开启到目标升程后，直线电机1停止工作，旁通阀4位于断开工位，排气门6保持目标升程。
结合图3，S6 所述控制器7控制电缆向旁通阀4输入电能，旁通阀4切换到常导通工位，排气门弹簧64推动排气门液压缸活塞63向上运动，排气门6液压缸上腔液压油通过旁通阀4流回油壶5，排气门6关闭。
本发明的一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统目的在于，采用电磁直驱泵控技术实现了排气阀相位及升程的智能调节，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，综合电磁直驱与泵控直驱的优点，使得系统结构简单、便于集成、高效节能。
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 (4)

1.一种船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于：包括直线电机（1）、柱塞泵（2）、溢流阀（3）、旁通阀（4）、油壶（5）、排气门（6）以及控制器（7），
所述柱塞泵（2）的出液单向阀、进液单向阀分别与排气门（6）液压缸的上腔和下腔通过两管路相连，溢流阀（3）和旁通阀（4）的进、出口分别与上腔、下腔两管路相连，同时下腔管路与油壶（5）相连；所述溢流阀（3）和旁通阀（4）设置在单向阀和排气门（6）之间；
所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞往复运动，将油壶（5）中液压油泵入排气门（6）液压缸上腔；
所述排气门（6）与位移传感器集成，控制器（7）根据位移传感器反馈的位置信号输出直线电机（1）以及旁通阀（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；
排气门（6）由排气门杆（61）、液压缸（62）、液压缸活塞（63）、弹簧（64）、弹簧连杆（65）以及位移传感器（66）集成；所述排气门杆（61）、弹簧连杆（65）分别与液压缸活塞（63）的下端、上端固连；弹簧（64）安装在弹簧连杆（65）处，且为常压缩弹簧；位移传感器（66）安装在弹簧连杆（65）上端，通过弹簧连杆（65）测试排气门（6）位置。
2.根据权利要求1所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于柱塞泵（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（6）的最大升程。
3.根据权利要求1所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在于旁通阀（4）为常导通式两位电磁阀。
4.根据权利要求1所述的船用低速柴油机电磁直驱泵控排气阀系统，其特征在控制器（7）根据柴油机工况可实现排气门（6）正时、开启持续期及升程的柔性化调节。
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