專利名稱：一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機，其中通過向與每個排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓致動器提供高壓液壓流體而^i地致動所述排氣門。
背景技術(shù)：
十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機通常用于船舶推進裝置以及用 作發(fā)電廠的原動機。這些內(nèi)燃機不僅因為其整體尺寸而構(gòu)造得與任何其 它內(nèi)燃機不同。兩沖程原理和使用在501C時粘度低于700cSt的重燃油 (該燃油在室溫時不流動)，使得它們在發(fā)動機領(lǐng)域中自成一類。
在許多這種類型的傳統(tǒng)發(fā)動機中，排氣門和燃料噴射系統(tǒng)由直接耦 聯(lián)到發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)動凸輪驅(qū)動。兩沖程發(fā)動機使用換氣口來控制氣釭 的進氣，因而進氣正時剛性地與曲柄角度相關(guān)。這只是使得排氣門和燃 料噴射的控制更為靈活。
對于這種發(fā)動機的燃料消耗、可靠性和動力輸出的要求極高。近來， 環(huán)境要求已經(jīng)導(dǎo)致要求降低廢氣排放。為了滿足這些有時相互矛盾的要 求，相對于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動凸輪驅(qū)動式排氣門和燃料噴射器，需要對燃料噴 射正時和噴射量進行全面的和靈活的控制，以及需要對打開和關(guān)閉正時 以及排氣門的開度進行全面的和靈活的控制。
由于這種發(fā)動機的尺寸，電氣致動器不能用于操縱排氣門。在最大 的這種發(fā)動機中，這種排氣門可重達450Kg。
MAN B&W Diesel公司的ME發(fā)動機系列是具有電液控制式排氣 門和電液致動式燃料噴射系統(tǒng)的十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機。M 系統(tǒng)以來自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的油工作。潤滑油系統(tǒng)由3-4巴的低壓泵 操作。另一個高壓類型的泵以約200巴的壓力將潤滑油輸送到共用軌道。 來自于共用軌道的潤滑油通過液壓閥被引導(dǎo)到燃油增壓器，燃油增壓器
5將共用軌道重的200巴壓力增加到燃料管線中所需要的1000巴壓力。 燃料管線被加熱到卯-150"C以確保燃油能夠流動并且具有合適的粘 度。來自于共用軌道的潤滑油通過正時閥被引導(dǎo)到液壓排氣門致動器以 操作排氣門。
然而，來自于這些發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)的潤滑油并不是干凈得足以用 于共用軌道液壓系統(tǒng)中。從而需要過濾潤滑油，以在其能夠被泵送到共 用軌道之前去除5 - 10p之上的任何顆粒。
Wartsiia/Sulzer RT-flex系列發(fā)動機是具有電液控制式排氣門和電 液啟動式燃料噴射系統(tǒng)的十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機。用于氣門致 動的液壓系統(tǒng)以專用液壓油^Mt。潤滑系統(tǒng)完全與液壓系統(tǒng)分開。
EP1 130 251公開了 一種用于提供在大型兩沖程柴油機中使用的共 用軌道系統(tǒng)的蓄能器的泵裝置，該泵裝置具有至少兩個泵，用于將流 體輸送到蓄能器中；和中間蓄能器，用于緩沖動力壓力部件，其中每個 泵經(jīng)由單獨的泵管線連接到所述中間蓄能器。能夠使用三個泵和管線， 所述管線具有在端部處連接到所述中間容器的止回閥。對燃料從共用軌 道到各個氣缸的流動進行控制的閥是簡單的開/關(guān)閥。
DE 103 11 493公開了一種大型兩沖程柴油機，其具有至少一個氣
缸，所述氣缸設(shè)置有排出口，控制該排出口的活塞以可滑動的方式容納
在其中。出口閥由液壓致動器致動而關(guān)閉排氣出口、以及由液壓致動器
和燃料噴射泵所共用的比例閥。該比例閥具有一個連接到高壓流體源的 入口和兩個連接到液壓致動器和燃料噴射泵的出口。
EP1 471 236公開了一種用于汽車發(fā)動機的燃料供應(yīng)系統(tǒng)和燃料供 應(yīng)方法。為了在如同所需要的那樣高的燃料壓力下在從啟動到自維持運 行的運行范圍內(nèi)通過充分膨脹而進行燃料噴射，用于燃料直噴型內(nèi)燃機 的燃料供應(yīng)燃料系統(tǒng)設(shè)置有高壓燃料泵以直接將已經(jīng)由高壓燃料泵加壓 的燃料從噴射器噴射到發(fā)動機的燃燒室中。電動馬達設(shè)置成輔助驅(qū)動高 壓燃料泵。在發(fā)動機啟動時，通過例如電動馬達的輔助動力裝置執(zhí)行驅(qū) 動高壓燃料泵或者幫助驅(qū)動高壓燃料泵。
GB 2 102 065公開了 一種氣動偏置裝置，其包括由于閥打開而^ 縮的氣體體積。被壓縮的氣體體積作用在固定到閥桿的帽上，以在閥桿 的縱向上施加一個力，從而將閥偏置到其關(guān)閉位置，其中閥頭被擠壓而 靠住閥座。WO0012895公開了 一種用于使正在進行關(guān)閉運動的直線移動閥減 速的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括殼體、設(shè)置在所述殼體中的第一液壓流體室、和 用于根據(jù)供應(yīng)到所述第 一液壓流體室中的液壓流體而移動該閥的從動活 塞。閥的減速可以通過選擇性地節(jié)流從第 一 室釋放到第二室的液壓流體 而實現(xiàn)。第二室中的液壓流體抵抗閥的關(guān)閉運動，從而使其逐漸變慢以 實現(xiàn)閥的就座。逐漸的節(jié)流用于在就座期間在第二室內(nèi)保持幾乎恒定的 液壓。逐漸的節(jié)流可通過選褲，合適的節(jié)流孔的尺寸和形狀以及合適的用 于孔的節(jié)流分布而實現(xiàn)。
US 2002/0184996公開了一種致動器，其包括氣釭、第一、第二和 第三開口、致動活塞、控制活塞和控制彈簧。該氣缸限定了縱軸線并包 括第一和第二端。第一開口與所述氣缸的第一端連通，第二開口與所述 氣缸的第二端連通，第三開口與所述氣缸在第一和第二端之間連通。致
動活塞設(shè)置在氣釭中并且可沿著縱軸線在第一和第二方向上運動。致動 活塞包括第一和第二側(cè)?？刂苹钊苍O(shè)置在氣缸中并且可沿著縱軸線在 第一和第二方向上運動。控制活塞包括第一和第二側(cè)，該控制活塞的第
一側(cè)朝向致動活塞的第二側(cè)?？刂茝椈稍诘谝缓偷诙较虻闹辽倨渲幸?個方向上偏置該控制位置。還4^供了控制該致動器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述背景，本發(fā)明的目的是提供一種具有整體上更為簡單和靈 活的液壓系統(tǒng)的十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機。
該目的通過提供如下一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)， 所述十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和 安裝在所述曲軸箱支架上的氣釭支架；多個氣釭，其由所述氣缸支架支 承，每個氣缸設(shè)置有至少一個燃料噴射器及至少一個排氣門；與每個所 述排氣門相關(guān)聯(lián)的液壓閥致動器；共用燃料軌道，其具有一個或多個連 接到其上的蓄能器；高壓燃料泵，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃 料軌道，每個所述噴射器以來自于所述共用軌道的燃料運行，所述液壓 閥致動器經(jīng)由相應(yīng)的供應(yīng)管道連接到所述共用軌道，其中所述供應(yīng)管道 設(shè)置有加熱裝置。
從而，在重燃油——也被稱為HFO等用作液壓介質(zhì)時，該HFO保 持在合適的粘度。
7本發(fā)明的另一目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機，其 具有能夠在大的溫度范圍內(nèi)運行的M排氣門致動系統(tǒng)。
該目的通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述
十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝 在所述曲軸箱支架上的氣缸支架；多個氣釭，其由所述氣釭支架支承， 每個氣釭設(shè)置有至少一個燃料噴射器及至少一個排氣門；與每個所述排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓閥致動器；共用燃料軌道，其具有一個或多個連接到 其上的蓄能器；高壓燃料泵，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌 道，每個所述噴射器以來自于所述共用軌道的燃料運行，每個所述液壓 閥致動器以來自于所述共用軌道的燃料運行，其中所述液壓閥致動器設(shè) 置有用于補償由下列原因引起的尺寸改變的裝置
在不同溫度下運行，
修整，例如閥座的研磨，以及
制造公差。
從而，';^閥致動器將會在大的溫度范圍內(nèi)占據(jù)合適的位置并確保 在所有時間內(nèi)閥頭正確地到達閥座。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種對十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機 的供應(yīng)管道中的燃料溫度進行控制的的方法。
該目的通過提供一種控制十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機的壓力 管道中燃料的溫度的方法而實現(xiàn)，所述壓力管道將共用燃料軌道連接到 液壓排氣門致動器，并且該方法包括在燃料的運行溫度改變期間控制進 入到壓力管道的燃料的溫度以將所述燃料的溫度梯度維持在預(yù)定閾值 之下的步驟。
從而，燃料能夠用作M介質(zhì)，用于操作對于運行溫度的變化敏感 的排氣門致動器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機，其 具有能夠以多種'M流M行的液壓排氣門致動系統(tǒng)。
該目的通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述
十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝 在所述曲軸箱支架上的氣釭支架；多個氣釭，其由所述氣缸支架支承，每個氣缸設(shè)置有至少一個燃料噴射器及至少一個排氣門；與每個所述排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓閥致動器；共用燃料軌道，其具有一個或多個連接到 其上的蓄能器；高壓燃料泵，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌 道，每個所述噴射器以來自于所述共用軌道的燃料運行，所述液壓閥致 動器通it^目應(yīng)的液壓管線連接到所述共用軌道，并最終連接到例如閥的 其它液壓部件，其特征在于對所iOL動機的管道和其它液壓部件之間的 連接進行密封的靜態(tài)墊圏以及所述閥致動器中的動態(tài)墊團由下列材料 制成鑄鐵、鋼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟橡膠、(FPM)、共聚物(NBR)、 腈橡膠、聚(二甲M氧烷)(SI)或其組合物和/或混合物。
從這些材料中選定墊圏允許非專用液壓流體例如燃料能夠用于液 壓系統(tǒng)中，所述燃料不會對墊圏造成損害。
本發(fā)明的另一目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機，所 述十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機具有能夠以多種液壓流體運行的液 壓排氣門致動系統(tǒng)。
該目的通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述 十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝 在所述曲軸箱支架上的氣缸支架；多個氣釭，其由所述氣缸支架支承， 每個氣缸設(shè)置有至少一個燃料噴射器及至少一個排氣門；與每個所述排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓岡致動器;共用燃料軌道，其具有 一個或多個連接到 其上的蓄能器；高壓燃料泵，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌 道；用于將燃料從所述共用軌道輸送到相應(yīng)噴射器的、與每個氣釭相關(guān) 聯(lián)的供應(yīng)管道和閥裝置；用于將燃料從所述共用軌道輸送到相應(yīng)液壓閥
致動器的、與每個氣缸相關(guān)聯(lián)的供應(yīng)管道和閥裝置；和加熱回流管道， 用于將燃料從所述液壓閥致動器傳送到燃料箱或傳送到通向所述高壓
泵的入口的管道。
從而，具有低粘度的HFO能夠用作M介質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機，所 述十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機具有能夠在大的溫度范圍內(nèi)運行的 液壓排氣門致動系統(tǒng)。
該目的通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述 十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝在所述曲軸箱支架上的氣釭支架；多個氣缸，其由所述氣缸支架支承， 每個氣缸設(shè)置有至少一個燃料噴射器及至少一個排氣門；與每個所述排 氣門相關(guān)聯(lián)的液壓閥致動器；共用燃料軌道，其具有一個或多個連接到 其上的蓄能器；高壓燃料泵，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌 道；與每個氣缸相關(guān)聯(lián)的、用于將燃料從所述共用軌道輸送到相應(yīng)的噴 射器壓力管道和岡裝置；與每個氣釭相關(guān)聯(lián)的用于將燃料從所述共用軌 道輸送到相應(yīng)液壓閥致動器的供應(yīng)管道和閥裝置；和回流管道，用于將 燃料從所述液壓閥致動器傳送到燃料箱或傳送到通向所述高壓泵的入 口的管道，其中至少一個所述管道包括用于消除由于運行溫度的變化而 產(chǎn)生的管i!A寸變化的影響的裝置。
從而，所述^S系統(tǒng)將能夠在大的溫度范圍內(nèi)運行并且確保不會由 于溫度導(dǎo)致的尺寸變化而產(chǎn)生M應(yīng)力。
本發(fā)明的另 一 目的是提供比例閥的一種新用途。
該目的通過提供比例閥的一種用途而實現(xiàn)，其用來控制燃料從十字 頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機的共用燃料管道到燃料噴射器和/或燃料運 行部件的流動。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電氣控制閥，用于控制燃料從十字頭 型大型兩沖程柴油發(fā)動機的共用燃料管道到一個或多個燃料運行或燃 料消耗發(fā)動機部件的流動。
該目的通過提供一種電氣控制閥而實現(xiàn)，所述電氣控制閥用于控制 燃料從十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機的共用燃料管道到 一個或多個 燃料運行或燃料消耗發(fā)動機部件的流動，該電氣控制閥包括閥體和電磁 鐵(solenoid),由此所述電磁鐵與所述閥體絕熱。
本發(fā)明的另一目的是提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機，所 述十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機在發(fā)動機停止時具有改進的液壓系
統(tǒng)流通o
該目的通過提供一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述
十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機包括曲軸箱支架，其支撐曲軸和安裝 在所述曲軸箱支架上的氣釭支架；多個氣缸，其由所述氣缸支架支承， 每個氣缸設(shè)置有至少 一個燃料噴射器及至少 一個排氣門；共用燃料軌道；和高壓燃料泵，其在發(fā)動機運行期間在高壓下將燃料供給到所述共 用燃料軌道；與每個氣缸相關(guān)聯(lián)的、用于將燃料從所述共用軌道輸送到 相應(yīng)噴射器的供應(yīng)管道和閥裝置；所述高壓燃料泵在發(fā)動機運行期間由 所述曲軸機械地驅(qū)動并在發(fā)動機停止期間由電動馬達電氣地驅(qū)動，以在
低壓下使得燃料穿過所述供應(yīng)管道和/或所述共用軌道和/或穿過以燃料 運行的其它發(fā)動機部件而循環(huán)。
通過使用高壓泵作為高壓源以及低壓源而在發(fā)動機停止期間提供 循環(huán)，部件數(shù)目得以減少，從而使得整體構(gòu)造和維護成本更具有竟爭性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種液壓致動換氣閥，其用于具有改善的 空氣彈簧的內(nèi)燃機。
該目的通過提供一種用于內(nèi)燃機的液壓致動換氣閥而實現(xiàn)，所述液 壓致動換氣閥包括靜止閥體；換氣閥，其能夠在就座位置和非就座位 置之間移動，并包括長形閥桿，該長形閥桿一端具有閥頭，在相對端上 具有自由末端；液壓致動器，所述液壓致動器包括作用在所述閥桿的自 由末端上的活塞，用于在所述液壓致動器被供應(yīng)以加壓液壓流體時將所 述閥迫壓到非就座位置；氣動彈簧，其將所述閥迫壓到所述就座位置， 所述氣動彈簧包括缸，其固定到所述閥桿，所述釭在朝向所述閥桿的 自由末端的方向上封閉，在朝向所述閥頭的方向上敞開；及匹配的靜止 活塞，其容納在所述釭中，所述活塞固定到所述閥體并且與所述缸一起 形成用于所述氣動彈簧的彈簧室。
所述空氣彈簧的構(gòu)造減少了來自于所述致動器的液壓介質(zhì)進入所 述彈簧室的機會。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于內(nèi)燃機的改進液壓致動換氣閥。
該目的通過提供一種用于內(nèi)燃機的液壓致動換氣閥而實現(xiàn)，所述液 壓致動換氣閥包括靜止閥體；換氣閥，其能夠在所述閥關(guān)閉的就座位 置和所述閥打開的非就座位置之間移動，并包括長形閥桿，該長形閥桿 一端具有閥頭，在相對端上具有自由末端；液壓致動器，所述液壓致動 器包括作用在所述閥桿的自由末端上的活塞，用于在所述液壓致動器被 供應(yīng)以加壓液壓流體時將所述閥迫壓到非就座位置；氣動彈簧，其將所 述閥迫壓到所述就座位置，其中所述閥在所述打開方向上的#^長度由 所述液壓致動器和所述空氣彈簧的反向力的平衡而確定。從而，所述致動器不需要在所述打開行程的末端設(shè)置行程末端限位 器，并且不需要在所述打開行程的末端突然切斷高壓M流體的供應(yīng)。 不設(shè)置行程末端限位器降低了機械載荷和振動，同時不急劇切斷高壓液 壓流體避免了潛在的具有破壞性的液壓沖擊波。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于內(nèi)燃機的換氣閥的液壓致動器, 其能夠在大的溫度范圍內(nèi)精確g行。
該目的通過提供一種用于內(nèi)燃機的換氣閥的液壓致動器而實現(xiàn)，所
述液壓致動器包括靜止缸，其具有近端和敞開的遠端，并包括能夠經(jīng) 由閥裝置交替地連接到高壓液壓流體源或連接到回流管線的壓力室；活 塞，其具有容納在所述主壓力室中的近端和作用在所述閥的閥桿的自由 末端上的遠端，用于在所述壓力室連接到所述高壓M流體源時將所述 閥迫壓到非就座位置，所述活塞包括第一部分和第二部分，所述第一部 分從所述遠端朝向所述近端延伸，并且所述第二部分設(shè)置在所述近端 處，所述第二部分以可滑動的方式接合所述第一部分，從而形成所述第 一部分和所述第二部分之間的補償室；彈簧裝置，其迫壓所述第一部分 和第二部分使之彼此遠離，從而使所述補償室擴大；第一流動路徑，其
位于所述補償室和所述壓力室之間，所述第一流動路徑僅在所述第二部 分在所述氣釭的近端處位于小的預(yù)定的軸向范圍內(nèi)時打開，以允許過量 的液壓流體從所述補償室排出;第二流動路徑，其位于所述4M嘗室和所 述壓力室之間，所述第二流動縛4圣允許所述補償室在所述彈簧裝置的作 用下重新填充。
所述補償室確保所述致動器活塞將總是在軸向范圍內(nèi)的位置處啟 動，這導(dǎo)致返回到合適的位置，其中所述閥頭精確地位于所述岡座上。 軸向范圍內(nèi)的位置取決于所述補償室在打開期間或者在關(guān)閉期間的體 積變化。這些體積變化在所述循環(huán)的兩個部分期間能夠是正的或者負 的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于內(nèi)燃機的換氣岡的液壓致動器， 所述液壓致動器能夠克服打開過程中開始時的大反作用力，并且一旦所
述換氣閥打開，將在打開方向上輸送受控制的力。
該目的通過提供一種用于內(nèi)燃機的換氣閥的液壓致動器而實現(xiàn)，所 述液壓致動器包括靜止缸，其包括能夠經(jīng)由所述釭中的第一開口交替地連接到高壓液壓流體源或連接到回流管線的壓力室；活塞，其容納在 所述壓力室中并作用在所述閥的閥桿自由的末端上，用于在所述壓力室 連接到所述高壓M流體源時將所述閥迫壓到非就座位置，所述活塞能 夠在所述閥就座的伸出位置和所述閥打開的伸出位置之間軸向地移動， 所述活塞具有第一有效面積，當(dāng)所述活塞位于所述縮回位置和預(yù)定的中 間位置之間時，所述壓力室中的所述加壓液壓流體作用在所述第一有效 面積上而朝向所述伸出位置迫壓所述活塞，，所述活塞具有小于所述第 一有效面積的第二有效面積，在所述活塞位于所述中間位置和所述伸出 位置之間時，所述壓力室中的所述加壓^ta流體作用在所述第二有效面 積上而朝向所述伸出位置ii^所述活塞。
所述第一和第二有效活塞面積的共同作用，即所述活塞的由所述高 壓加壓流體作用的總體面積^使得在所述換氣閥的打開運動的第一部分 期間產(chǎn)生大的致動力，而所述第二有效活塞面積的作用單獨地在所述換 氣閥的打開運動的其余部分進行了良好的控制。
通過下面的詳細說明，所述大型兩沖程柴油發(fā)動機的另外的目的、 特征、優(yōu)點和特性及其操作方法將會變得更為明顯。


在本發(fā)明下面的詳細說明部分中，將參照附圖示出的示例性實施方 式更詳細地說明本發(fā)明，其中
圖l示出具有氣缸蓋的兩沖程十字頭發(fā)動機中氣缸輪廓的主視圖， 圖2示出圖i所示發(fā)動機中的氣缸輪廓的橫截面圖， 圖3是圖l中示出的液壓和潤滑系統(tǒng)的示意圖，
圖4是圖3中示出的滴A和潤滑系統(tǒng)的示意圖的另一實施方式，
圖5示出這里使用的壓力管的橫截面圖，
圖6是另 一橫截面圖，示出這里使用的替代壓力管，
圖7是圖2中氣釭的液壓制動式排氣門的第一實施方式的縱向截面
圖，其中閥就座并且活1^其縮回位置，
圖8示出才艮據(jù)本發(fā)明的排氣門致動器的典型打開曲線，
圖9以更大的比例示出圖7所示致動器的橫截面圖，其中活塞位于
部分延伸的位置，圖10示出與圖9同樣的視圖，其中活塞在縮回位置并且活塞帽在 其軸向范圍內(nèi)位于最高位置，
圖11是致動器的上部的詳細視圖，其中活塞大致處在縮回位置并 且活塞帽大致處在其軸向范圍的最高位置，
圖12是致動器的上部的詳細視圖，其中活塞處在縮回位置并且活 塞帽大致處在其軸向范圍的最低位置，和
圖13是致動器的上部的詳細視圖，其中活塞處在縮回位置并且活 塞帽大致處在其軸向范圍的中間位置。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機l。該發(fā)動機是低速兩沖程十字頭柴 油發(fā)動機，其可以是船舶中的推進發(fā)動機或者電廠中的原動機。這些發(fā) 動機通常具有6到16個直列式氣釭。該發(fā)動M在具有用于曲軸3的 主軸承的底座2上。該底座根據(jù)可用的制造i史備而分成具有合適尺寸的 部分。焊接設(shè)計式的A型曲軸箱支架4安裝在所述底座上。氣缸支架5 安裝在曲軸箱支架5的頂部上。拉緊螺釘(未示出)將底座連接到氣缸 支架并將所述結(jié)構(gòu)保持在一起。氣缸6由氣釭支架5承載。
圖2示出內(nèi)燃機的氣缸6。氣缸6為單向流動的類型并且具有位于 空氣箱8中的排氣口 7，該空氣箱從廢氣接收裝置9 (圖1)被供以由渦 輪增壓器10 (圖1)增壓的廢氣。未示出的十字頭將活塞桿14與曲軸3 (圖1)連接起來。
排氣門11在氣缸蓋12中居中地安裝在氣缸的頂部上。在膨脹沖程 的末期，排氣門11在發(fā)動機活塞13向下經(jīng)過廢氣口 7之前打開，由此， 活塞13之上的燃燒室中的燃燒氣體通過通向廢氣接收裝置17的排氣通 道16流出，并且燃燒室15中的壓力釋放。排氣門11在活塞13向上運 動期間在可調(diào)節(jié)的時刻再次關(guān)閉，該時刻可以例如取決于隨后的燃燒所 需要的有效壓縮比。在此關(guān)閉運動期間，排氣門由氣動彈簧18向上驅(qū)動。
考慮到閥11的耐久性以及考慮到對燃燒室中狀態(tài)的有利、精確控 制，進而考慮到發(fā)動機的效率，可以有利地非常精確地控制排氣門11。排氣門11借助妙驅(qū)動致動器19打開。'妙流體(燃料)通過壓 力管道20供應(yīng)，該壓力管道將致動器19上的入口連接到由控制臺22 支撐的分配塊21的上表面上的控制口 ?；亓鞴艿?3將致動器19上的 出口連接到分配塊21的上表面上的回流口 。
每個氣缸6設(shè)置有由環(huán)形管道(未示出)連接的兩個或三個噴射器 23(僅示出一個)。燃料從分配塊21經(jīng)由供給管道24供應(yīng)到噴射器23。 噴射器23經(jīng)由回流管道49連接到分配塊21上的回流口 。
控制臺22連接到通向供應(yīng)管線的回流管道并連接到共用燃料軌道 (圖3中為40,圖2中未示出)。
分配塊21承載比例控制閥25，比例控制閥25控制分配塊21頂部 上的口與回流管道(圖3中為43 )以及控制臺22中的共用燃料軌道40 (圖3)(未示出)的連接。
在控制臺22中，從共用燃料軌道40分支的通道41 (圖3 )將加壓 '^ta流體傳送到比例控制閥25上的入口 。
共用燃料軌道40 (圖3 )中的燃料用作^H流體來驅(qū)動閥致動器19 并給噴射器23供應(yīng)燃料。共用軌道40中的壓力根據(jù)例如運行速度和負 載條件的發(fā)動機1的運行狀態(tài)而變化。典型地，共用燃料軌道40中的 壓力在600巴到2000巴之間變化。
發(fā)動機1的每個氣釭5與電子控制單元26相關(guān)聯(lián),該電子控制單 元通過線纜27接收總的同步和控制信號，除此以外，還通過線纜28將 電子控制信號傳送到比例控制閥25?？梢詫τ诿總€氣釭i殳有一個控制單 元26，或者幾個氣釭與同一個控制單元(未示出)相關(guān)聯(lián)?？刂茊卧?26還可從所有氣釭共用的總體控制單元(未示出)接收信號。
參照圖3，以框圖的形式示出了發(fā)動機1的M系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)用作燃料噴射系統(tǒng)并用作排氣門致動系統(tǒng)。
潤滑系統(tǒng)包括潤滑油箱、過濾器和電氣驅(qū)動低壓泵。潤滑系統(tǒng)與液 壓系統(tǒng)完全分開。
液壓系統(tǒng)以燃料運行，典型地為HFO (水乳化的和水不乳化的)。 水經(jīng)常乳化到HFO中，以降低NOx排放。該乳化發(fā)生在單獨的乳化單 元中(未示出)。用于發(fā)動機運行的燃料存儲在加熱箱29中。使用的燃料通常被稱為重燃油(HFO)，其在50"C時粘度為500-700cSt，并且 在室溫下不能流動。箱中的HFO基本上在所有時間都保持在約50"C， 即在發(fā)動機停止期間也是如此。典型地，具有這種類型的發(fā)動機的輪^船 設(shè)置有發(fā)電機組(Genset )，即在主發(fā)動機停止期間向輪船和主發(fā)動機 提供電力和熱量的小型柴油發(fā)動機。
HFO從加熱箱通向過濾器或離心機30，并通向預(yù)加熱器31。根據(jù) HFO的運行狀態(tài)和等級來控制離開預(yù)加熱器31的HFO的溫度。在發(fā) 動機停止期間，當(dāng)HFO在液壓系統(tǒng)中以低壓流通時，HFO的溫度保持 在45-60"C的范圍內(nèi)。在發(fā)動M行期間，根據(jù)HFO的粘度，將離開 預(yù)加熱器31的HFO的溫度保持在90 - 150X:之間。傳感器(未示出) 測量緊挨著預(yù)加熱器31的下游處(或其它合適位置)的HFO的粘度。 離開預(yù)加熱器31的HFO的溫度典型地被控制為使得在測量點處的粘度 在10-20cSt的范圍內(nèi)。
叉形中間管道32將預(yù)加熱器連接到高壓燃料泵33和輔助低壓流通 泵34。在每個泵的管道下游設(shè)置止回閥35，以防止反吸。
在發(fā)動機運行期間，高壓燃料泵33由曲軸3上的齒輪33經(jīng)由齒輪 37驅(qū)動。從而，高壓燃料泵33產(chǎn)生1000-1500巴的額定壓力，但是該 壓力可才艮據(jù)運行條件在600 - 2000巴之間波動。
在發(fā)動機停止期間，輔助低壓流通泵34由電動馬達38驅(qū)動。由此， 傳遞約3-10巴的壓力，以在發(fā)動機停止期間使HFO在液壓系統(tǒng)中流 通。
共用燃料軌道40沿著所有氣釭延伸，并且與圖3中未示出的氣釭6 的連接由從該共用軌道伸出的短豎直線表示。
圖3中示出的氣釭6通過供應(yīng)管道41而被供以HFO，供應(yīng)管道41 從共用軌道40分支并通向比例控制閥25的入口 。供應(yīng)管道41設(shè)置有 多個流體蓄能器42，其在比例控制閥25打開時輸送大部分流體，并且 在比例控制閥25關(guān)閉時從共用軌道40后供給(post - feed )。
壓力管道20將比例控制閥25的兩個出口中的一個連接到液壓致動 器19的入口 。供給管道24將這兩個出口中的另一個連接到噴射器23。 比例控制閥25上兩個控制口通過分配塊中的通道連接到分配塊的上表面上相應(yīng)的排出口。比例控制閥25還具有兩個出口，連接到用于用過 的M流體(HFO)的回流管道43。
比例控制閥25是具有三個位置的電磁驅(qū)動伺服閥。電磁鐵44經(jīng)由 電線28從控制單元26 (圖2 )接收控制信號。電磁鐵44安裝到比例控 制閥25的殼體，其間設(shè)置有陶瓷板45，以使電磁鐵44與比例控制閥 25絕熱，比例控制閥25在發(fā)動機運行期間可能會達到超過150X:的溫 度。該構(gòu)造防止敏感的電磁鐵44過熱。根據(jù)另一實施方式(未示出)， 電磁鐵44通過絕熱墊片連接到閥體。
在中央位置，其中電磁鐵44不起作用，比例控制閥25的兩個入口 封閉，且比例控制閥25的兩個出口連接到回流管道43。當(dāng)電磁鐵啟動 而將滑閥(valve spool)推到左側(cè)(圖3中的左側(cè))時，比例控制閥的 入口連接到壓力管道20，高壓HFO被傳送到該壓力管道20，使得致動 器19打開排氣門11。在該位置，供給管道24連接到回流管道43。當(dāng) 電磁鐵44啟動而將滑閥推到右側(cè)(圖3中的右側(cè))時，比例控制閥25 的入口連接到供給管道24，高壓HFO被傳送到該供給管道24，使得噴 射器23將燃料噴射到燃燒室15中。在此位置，壓力管道20連接到回 流管道43。燃料噴射正時、所噴射燃料的體積以及噴射圖(injection pattern)的形狀由比例閥控制。根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，(未示出的) 燃料從共用燃料軌道到噴射器的流動由開/關(guān)閥控制。該開/關(guān)閥可以是 與對流進流出液壓致動器的流動進行控制的閥相獨立的閥。
對流進流出致動器的流動進行控制的獨立的閥還可以是開/關(guān)閥。
傳統(tǒng)的燃料限制器46放置在壓力管道24中，以在比例控制閥g 地打開過長時間時，避免過量的HFO l氣釭。
回流管線43中的壓力保持過壓幾個巴，以避免空氣滲透到液壓系 統(tǒng)中，并防止調(diào)水乳化HFO中的水形成蒸汽泡。在回流管道43下游端 部處的壓力控制閥47確保預(yù)定的最小化的過壓保持在回流管道43中。 回流管道43中的過壓優(yōu)選地為3 - 10巴。蓄能器或膨脹容器48連接到 回流管道43，以吸收在比例控制閥25改變位置時可能會出現(xiàn)的壓力波 動。
第二回流管道49將噴射器23的出口連接到回流管道43。在壓力控 制閥47的下游處，回流管道43將用過的HFO供給到預(yù)加熱器31,以完成該循環(huán)。
將HFO從預(yù)加熱器31的出口傳送到共用軌道40并從共用軌道40 經(jīng)由比例控制閥25傳送到液壓閥致動器19和噴射器23的管道i更置有 由圖3中示出的加熱線圏表示的加熱裝置。該管道能夠在其全長上例如 由蒸汽保溫加熱器或由電加熱元件所加熱。這些管道的加熱用于減小熱 的HFO從預(yù)加熱器向下游移動時的熱量損失。在發(fā)動M行期間，朝 向噴射器和液壓岡致動器的管道中的HFO的溫度保持為接近150匸， 然而這取決于所使用HFO的粘度。在其長度的一部分上平行延伸的相 鄰管道例如壓力管道20和供給管道24能夠設(shè)置有共用的加熱裝置(未 示出)。
回流管線43和49也設(shè)置有如上所述同樣類型的加熱裝置。在回流 管線中HFO的溫度是不那么關(guān)鍵的，并且加熱裝置調(diào)節(jié)為確保HFO 的溫度不會低于501C。
在發(fā)動機停止期間，HFO在循環(huán)泵34的作用下而穿過液壓系統(tǒng)流 通(以3 - 10巴的較低壓力)，以避免空氣ii^液壓系統(tǒng)，并避免HFO 局部冷卻和硬化。在發(fā)動機停止期間，離開預(yù)加熱器31的油的溫座j更 定在約為50"C，以避免HFO固化。
在流通期間，為了既到達噴射器23又到達液壓致動器19，比例控 制閥周期性地改變位置。才艮據(jù)另一實施方式，該比例控制閥"i殳置有第四 旁路位置(未示出)。在該位置，比例控制閥同時通向噴射器和液壓閥 致動器。才艮據(jù)另外一個實施方式(未示出)，i殳置單獨的旁路閥，其允 許HFO從共用軌道同時地流到噴射器和液壓閥致動器。
加熱壓力管道20設(shè)置有裝置，以使得該管道可以在從流通期間的 50"C到發(fā)動;^行期間的約150X:的溫度范圍內(nèi)運行。在發(fā)動機停止并 且HFO的溫度從約501C升高到約1501C后，熱膨脹4吏得壓力管道20的 長度增加，及r之亦然。
如圖5所示，壓力管道20設(shè)置有一個或多個U形部分50，其能夠 通過U形部分的柔性而吸收在不同運行溫度時長度的差異?？商娲?， 或者結(jié)M來，需要在低溫和高溫下運行的壓力管道20以及其它管道 的部分可以在兩個托架51和52之間軸向自由地懸伸，如圖6所示。每 個托架包括襯套53，襯套53中容納壓力管道20的一端，使得壓力管道20在徑向上固定但在軸向上是可移動。由鑄鐵、鋼、聚四氟乙烯(PTFE )、 氟橡膠、(FPM)、共聚物(NBR)、腈橡膠、聚(二曱基硅氧烷)(SI) 或類似材料制成的O形團54或類似墊圏確保管道端部和襯套之間基本 上密閉的密封。施加在管道20的相對的兩個自由端上的壓力彼此平衡。 管道20長度的軸向變化由其軸向自由懸伸的管道端部所吸收。
液壓系統(tǒng)中的墊圏從鑄鐵、鋼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟橡膠、 (FPM)、共聚物(NBR)、腈橡膠、聚(二甲M氧烷)(SI)、其混合 物或類似材料中選擇，以確保液壓系統(tǒng)的部件之間基本上密閉的密封。 具體的墊圏在下面參照圖9來描述。
圖4示出了液壓系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施方式。該實施方式基本上與圖 3中示出的實施方式相同，然而，高壓泵33還在發(fā)動機停止期間用作使 HFO流通的低壓泵。這里，由中央控制單元控制的離合器56設(shè)置在齒 輪37和高壓泵33之間。在發(fā)動機運行期間，離合器56接合，并且高 壓泵33由曲軸3驅(qū)動。在發(fā)動機停止期間，離合器56脫開接合。由中 央控制單元控制的另 一 離合器55設(shè)置在高壓泵33和電動馬達38，之間。 離合器55在發(fā)動機運行期間脫開接合，在發(fā)動機停止期間接合。電動 馬達38，在發(fā)動機停止期間驅(qū)動高壓泵33，但是比其在發(fā)動機運行期間 的運行速度低得多，以提供足夠的氣醫(yī)壓力用于HFO以3 - 10巴的壓 力流通。
下面將參照圖7-11詳細地描述致動器19和氣動彈簧18的優(yōu)選實 施方式。
排氣門11具有從閥頭58豎直向上延伸的桿57，并且桿57的上端 對穩(wěn)固地安裝在閥桿57上的缸59進行支撐，從而形成壓力密封并在靜 止活塞60上縱向可以移動。靜止活塞60是彈簧殼體61的一部分。在 靜止活塞60上具有連接到加壓空氣供應(yīng)裝置(未示出)的彈簧室62， 該加壓空氣供應(yīng)裝置保持彈簧室62填充以例如4.5巴過壓的預(yù)定最小壓 力的加壓空氣。也可4吏用其它氣壓,例如3-IO巴。最小壓力根據(jù)氣動 彈簧所需的彈性特征來選擇?？梢詫⒍鄠€不同缸上的彈簧室互聯(lián)，但是 優(yōu)選地，每個彈簧室由加壓空氣供應(yīng)裝置處的止回閥63單獨地切斷。 彈簧室62中的加壓空氣在缸59上產(chǎn)生持續(xù)的向上的力。該向上的力在 缸59向下移動時增加，并且擠壓彈簧室62中的空氣，止回閥63防止彈簧室62中的空氣流出。
彈簧殼體61限定了繞著氣動彈簧18并位于其上的腔64。腔64連 接到排出部65，使得該腔具有大氣壓。從致動器19泄漏的任何油將進 入腔64，并經(jīng)由排出部65排出。該彈簧構(gòu)造成4吏得泄漏油難以進入彈 簧室62,因為缸59形成為傘狀，其迫4吏泄漏油在其上流過并向下到達 腔64的底部，而不會存在1彈簧室62的風(fēng)險。這是非常重要的，因 為當(dāng)泄漏油試圖穿過甚至進一步ii^氣動系統(tǒng)時，泄漏油(HFO)能夠 聚集并在彈簧室內(nèi)硬化或者阻塞氣動管道。
參照圖7和9，液壓閥致動器19由缸66構(gòu)造，該缸由殼體61的頂 部支撐。活塞67容納在缸66的中央孔中。該中央孔在缸66的頂部處 封閉，并在缸66的底部處敞開。該中央孔與殼體61中的孔68同軸地 設(shè)置。活塞67的上(近)端容納在該中央孔中，而活塞67的遠端作用 在閥桿57的頂部上。
主壓力室69限定缸66和活塞67的頂部之間。M流體(HFO) 經(jīng)由開口 70供應(yīng)至液壓閥致動器;S^液壓閥致動器排出。開口 70通入 到中間壓力室71 ，該中間壓力室設(shè)置在主壓力室69之下并限定于缸66 和活塞67的中間部分之間。開口 70由比例控制閥控制而交替地連接到 壓力管道20和回流管道43，該比例控制閥在此視圖中示例性地示出為 開/關(guān)閥25，，盡管也能替代地使用比例閥。輔助壓力室73限定于活塞 67的直徑加大部分74和中央孔的相應(yīng)直徑加大部分之間?？蛇x地，墊 圏68，能夠設(shè)置在直徑加大部分74和缸66之間，以減小進入腔64的泄 漏油的量。在液壓致動器19的打開行程的第一部分期間，輔助壓力室 73經(jīng)過由活塞67的凹口 75形成的軸向通道75被供以來自中間室71 的高壓HFO。在打開行程期間，在預(yù)定的中間位置軸向通道75由缸67 上的控制凸緣76關(guān)閉。同時，開口 77將輔助壓力室73連接到回流管 線43,因為直徑加大部分74的上邊緣現(xiàn)在位于開口 77的上邊緣之下。 從而，直徑加大部分74幫助克服在液壓致動器19的打開行程的第一部 分期間由燃燒室15中的壓力施加在閥頭58上的較大的力。在活塞67 的預(yù)定的中間位置，到輔助室73的高壓流體的供應(yīng)中斷，并且該輔助 壓力室經(jīng)由開口 77排空。現(xiàn)在燃燒室15中的壓力下降，并且不再需要 直徑加大部分74的作用。圖8示出了排氣門的典型打開曲線圖。在階段I中，打開運動的開 始段需要從M致動器19得到較大的力，以克服燃燒室15中的壓力， 并用于使較重的排氣門ll加速。在此階段中，液壓致動器19必需提供 最大的力。然而，應(yīng)該避免由于控制閥25或25，的快速打開而產(chǎn)生的液 壓沖擊波。在階段II，排氣門ll到達完全打開的位置，并且在此階段， 排氣門ll應(yīng)該逐漸地變慢而停止，優(yōu)選地，不會與其它物M此抵靠。 在階段III中，排氣門11的返回運動應(yīng)該輕柔地開始，應(yīng)該避免由于控 制閥25或25，的急劇打開和關(guān)閉而引起的液壓壓力波。在階段IV末期， 閥頭58逐漸和精確地降落在閥座上是最為關(guān)鍵的，因為金屬物體將彼 此抵靠。從而至關(guān)緊要的是，排氣門11和活塞67逐漸地變慢，從而使 巨大的加速力最小化，并避免閥頭撞擊在閥座上。排氣門11合適的打 開曲線能夠根據(jù)本發(fā)明以多種方式獲得。 一種方式是通過使用用于排氣 門的簡單液壓致動器，例如液壓缸(未示出)與比例控制閥的合適控制 相結(jié)合，從而使得比例控制閥的基本上排他性的打開程度確保了由致動 器施加在排氣門上的合適的力和阻力用于獲得合適的打開曲線。另 一種 方法是通過使用這里描述的液壓致動器和閥彈簧，其具有固有特性，使 得用于排氣門的合適的打開曲線能夠通過開/關(guān)控制閥而獲得。具有固有 特性的致動器也能與比例閥結(jié)合。
當(dāng)排氣門將要打開并且比例控制閥25將高壓流體供應(yīng)到開口 70 時，并且使得主要加壓室、中間加壓室和輔助加壓室加壓。主要加壓室 和輔助加壓室的高壓^流體使得活塞被向下壓。
活塞67 (第一活塞部分)設(shè)置有活塞帽78 (第二活塞部分)?；钊?67的上部(近端)以可滑動的方式^^活塞帽78，從而在活塞67和活 塞帽78之間形成補償室79。根據(jù)優(yōu)選實施方式，活塞帽78套在活塞 67的頂部上。然而，活塞帽78也可設(shè)置成配合在活塞67的頂部內(nèi)(未 示出)。彈簧80迫壓活塞67和活塞帽78使之彼此遠離，從而擴大補償 室79。第一流動路徑設(shè)置在補償室79和主壓力室69之間。第一流動路 徑包括閥構(gòu)件81，閥構(gòu)件81配合在活塞帽78的頂部中的容納孔內(nèi)。彈 簧80向上朝向活塞帽78迫壓閥構(gòu)件81。棉^據(jù)另一實施方式(未示出)， 可設(shè)置單獨的彈簧用于向上迫壓活塞帽78和閥構(gòu)件81。這允許施加到 任一元件上的力可以彼此獨立地調(diào)節(jié)。閥構(gòu)件81設(shè)置有軸向孔82和兩個徑向孔83和84，這些孔連接補 償室79和主壓力室69，除非閥構(gòu)件81在容納孔內(nèi)位于其上部位置。在 該上部位置(圖9和12 ),孔84的打開由容納孔的壁所阻止，從而第一 流動游4圣被關(guān)閉。第一流動路徑用于在活塞67位于其上部位置時允許 過量的M流體從補償室79溢出，并且活塞帽78由于補償室79中液 壓流體的量過多而設(shè)置為比所需要的那樣更為靠近主壓力室69的頂部。 在此情形下(圖lO和ll)，閥構(gòu)件81抵靠缸66的端部表面，并且閥構(gòu) 件81相對于活塞帽78向下移動，從而打開第一流動路徑，使得補償室 79能夠排空，直到閥頭58靠在閥座上。從而第一流動5^僅在活塞部 件在缸66的上(近)端處位于小的預(yù)定軸向范圍內(nèi)時才打開。
第二流動路徑位于補償室79和中間壓力室71之間。根據(jù)優(yōu)選實施 方式，第二流動路徑由活塞67和活塞帽78之間的環(huán)形縫隙85形成。 由于環(huán)形縫隙85較窄，第二流動路徑具有相對高的流阻。第二流動路 徑允許補償室79在彈簧80的作用下被填充。通過選擇用于彈簧80的 力以及流動路徑85的阻力的合適特征而獲得補償室的合適填充規(guī)律。
具有高流量限制(flow restriction)的換氣管道86設(shè)置在缸66的 頂部，并將由阻尼室87形成的主壓力室69的頂部連接到回流管道43。
活塞帽78具有軸向錐形的外周，其直徑朝向活塞頂部逐漸增加。 錐形部分與向內(nèi)突出的環(huán)形凸緣88配合，環(huán)形凸緣88在開口 70通向 中央孔的位置處恰好上方處而從中央孔延伸。錐形部分與環(huán)形凸緣88 一起形成狹窄的環(huán)形縫隙89，環(huán)形縫隙89的尺寸隨著活塞的位置而變 化。液壓流體必需穿過該環(huán)形縫隙89而被壓縮，從而從中間壓力室71 流動到主壓力室69 。這使得中間壓力室71和主壓力室69之間產(chǎn)生壓降。 該壓降在環(huán)形縫隙89的尺寸變小時升高，并且隨著流率增加而逐漸增 加，從而有效地防止活塞67到達高速。錐形部分的尺寸使得環(huán)形縫隙 89朝向打開行程的末端而較小。朝著所述##呈的末端，活塞67的速度 從而有效地受到限制，即使液壓流體的供應(yīng)壓力比較高。錐形部分在圖 9-11中示出，其具有 Mt向外彎曲的輪廓，但是其它輪廓例如截頭圓 錐、？Wt向內(nèi)彎曲的輪廓、兩者的結(jié)合形式、或任何需要的預(yù)定輪廓也 是可能的。這種輪廓可以通過測試方法、計算機仿真方法或分析方法而 確定，所述方法表示在行程的每個位置流量限制應(yīng)該有多大，以使閥致
22動器具有最優(yōu)的動力特性。然后，可相應(yīng)地構(gòu)造錐形部分。
致動器19的向下的力和空氣彈簧18的向上的力在向外行程的末端 達到平衡，即活塞67和排氣門ll將由于它們自身而停止，如圖8的階 段II所示。既不需要切斷高壓HFO的供應(yīng)，也不需要行程限制器來停 止活塞和排氣門。由于HFO的供應(yīng)不需要突然切斷，從而沒有液壓沖 擊波，否則的話，所述液壓沖擊波將壓迫整個液壓系統(tǒng)。沒有行程限制 器，從而使得機械載荷和沖擊更低。
供應(yīng)到液壓致動器19的HFO的壓力以及供應(yīng)到空氣彈簧18的空 氣的壓力被控制為確保排氣門ll到達合適的打開位置。致動器19和空 氣彈簧18的尺寸設(shè)置為使得它們在打開位置容易地平衡反向的力。
在活塞67接近完全打開位置時，凸緣88和活塞帽78的錐形部分 之間的流動路徑變窄。窄的縫隙對于活塞67的運動具有阻尼效應(yīng)，從 而活塞在打開位置停止，而幾乎沒有或者根本沒有沖擊以及隨后的振 動。
活塞67在空氣彈簧18的作用下返回到縮回位置。液壓致動器19 在缸66的頂部(在近端)以阻尼室87的形式^L置有行程末端阻尼?；?塞帽78頂部的尺寸形成為與阻尼室87以微小間隙配合，并且當(dāng)?shù)诙?塞部分78的頂部插入到阻尼室中時，在返回行程中，通過迫使液壓流 體穿過由環(huán)形縫隙卯形成的微小間隙流出阻尼室87，從而吸收活塞67 和排氣門11的大部分動能，并且閥頭58輕柔地座落在閥座上。
通過根據(jù)主壓力室69在活塞67的各個位置所需要的壓力而改變錐 形部分的i殳計而調(diào)節(jié)開口 70和主壓力室69之間的流動路徑的流阻。液 壓閥致動器19從而能夠與具有變化壓力的高壓源良好地配合。相對低 的供應(yīng)壓力將導(dǎo)致較低的閥加iUL。因此，電子控制單元26連續(xù)地改 變閥門打開的正時以及長度，以補償高壓M流體供應(yīng)中的壓力變化。 當(dāng)供應(yīng)壓力較低時，電子控制單元26將指示比例控制閥25較早地打開 并保持打開較長一段時間，以確保排氣門打開足夠長，以合適地排出燃 燒室中的氣體，并且當(dāng)供應(yīng)壓力較高時，反之亦然。
缸66包括通氣和再循環(huán)管道86,由此溫?zé)岬囊簤毫黧w能夠穿過致 動器而流通并返回到回流管道43中。這有利于在發(fā)動機不運行時將閥 保持在運行溫度，并且這還能夠有效地去除空氣。液壓閥的運行
在排氣門ll的關(guān)閉位置，活塞帽78所處的位置為其頂部位于阻 尼室87內(nèi)側(cè)且位于閥構(gòu)件81所允許的位置范圍內(nèi)。圖10示出了活塞 帽87的最高可能位置，其中第一流動路徑打開，圖12示出了活塞帽78 的最低可能位置，其中閥構(gòu)件81關(guān)閉。在位置范圍內(nèi)，在活塞帽78的 頂部以及阻尼室87的壁之間總是存在一個狹窄的環(huán)形縫隙卯。
排氣門11通it^U匕例控制閥25 (根據(jù)另一實施方式，例如開/關(guān)閥 25，或伺服閥的其它類型的閥能夠用于替代比例閥)向開口 70 (圖10) 供應(yīng)高壓^h質(zhì)(HFO或燃油)而打開。由此，液壓^h質(zhì)流經(jīng)環(huán)形縫隙 89和環(huán)形縫隙卯而l到主壓力室69和阻尼室87中，并形成壓力而 向下迫壓活塞67。從開口 70流出的液壓流體還流入到中間室71，并經(jīng) 由軸向通道75進入到輔助壓力室73中。從而，作用在直徑加大部分74 上的壓力增加了向下迫壓活塞67的力。
當(dāng)活塞67上的合力超過空氣彈簧18和燃燒室中壓力的反作用力 時，排氣門ll開始打開。在打開運動的開始階段，穿過環(huán)形縫隙90進 入阻尼室87中的受限制流動產(chǎn)生了形成于阻尼室87中的低壓，從而確 保打開運動的開始階段平滑，不會有急劇的加速并且不會有液壓沖擊 波，參見圖8的階段I。
當(dāng)排氣門11部分打開時，燃燒室15中的壓力和完成排氣門11打開 所需要的力明顯下降。在此階段，通過由控制凸緣76切斷到輔助壓力 室73的液壓流體的流動，并同時將輔助壓力室73經(jīng)由開口 77連接到 回流管道43而減小作用在活塞67上的向下的力，以允i午從回流管道43 的液壓流體能夠在打開行程的其余階段供給到輔助壓力室73，允許輔助 壓力室73的進一步擴大，從而避免在軸向通道75中以及在輔助壓力室 73中出現(xiàn)氣穴。
在排氣門11的打開程度增大時，縫隙89的流通面積減小。從而， 主壓力室69和輔助壓力室79中的壓力逐漸降低。同時空氣彈簧18中 的壓力逐漸增大，從而排氣門11的速度穩(wěn)定地降低，直到在由液壓和 氣動介質(zhì)施加的力之間形成良好的平衡。由于相對的流體壓力逐漸地變 化，排氣門11和活塞平滑地減速至完全停止，不會有任何液壓沖擊波 以及M接觸，參照圖8階段II。通過縫隙89的急劇減小的流通面積的阻尼作用，減小排氣門11在完全打開位置附近的任何振動運動。
在排氣門11的打開階段期間，閥構(gòu)件81由于彈簧80的作用而關(guān) 閉并抵靠住活塞帽78的下側(cè)。流入補償室79的滴^a流體的量保證了活 塞帽78的預(yù)定義位置。中間壓力室71和主壓力室69之間的壓力差以 及彈簧80的力向上迫壓活塞帽78，從而少量的M流體經(jīng)由活塞帽和 活塞之間的環(huán)形縫隙85被^V到補償室79之間。在排氣門11的完全 打開位置中，主壓力室69和中間壓力室71的壓力相等，并且只有彈簧 80向上迫壓活塞帽78。在排氣門ll的打開和完全打開階段期間，補償 室79的重新填充使得活塞帽78相對于活塞67向上緩慢地移動。
在比例控制閥25改變位置并且將開口 70與回流管道43連接起來 時排氣門11再次關(guān)閉?？諝鈴椈?8的推力使得M流體從主壓力室69 經(jīng)由環(huán)形縫隙89 h回流管道43中。環(huán)形縫隙89中的小的流通面積 確保返回行程的軟啟動，在活塞67向上運動期間，其具有穩(wěn)定增加的 速度，該速度由環(huán)形縫隙89的流通面積的穩(wěn)定增加所控制，參照圖8 階段III。由于主壓力室69中的壓力高于中間壓力室71,經(jīng)由環(huán)形縫隙 85的排出將使得補償室79有點縮小。輔助壓力室73中的M流體經(jīng)由 開口77排空，并且當(dāng)開口 77被直徑加大部分74擋住時，經(jīng)由軸向通 道75、中間室71、開口 70和返回管道43排空。
在關(guān)閉運動最后階段，活塞帽78插入到阻尼室87中，從而所形成 的環(huán)形縫隙卯明顯減小了阻尼室中^a流體的可用流通面積。阻尼室 87中的^ta流體經(jīng)由環(huán)形縫隙90流出阻尼室，從而其通過補償室79 中壓力的相應(yīng)增加而在活塞67上用作制動力，從而使其減速，參照圖8 階段IV。補償室79中壓力的增加將使得一些其中流體經(jīng)由環(huán)形縫隙85 排出。從而在排氣門ll關(guān)閉之前，閥頭58著陸在閥座上的速度較大程 度上由環(huán)形縫隙90的流通面積確定。換氣管道86和環(huán)形縫隙85或多 或少有助于流體從阻尼室87流出。
如果補償室79在排氣門11的打開階段期間已經(jīng)完全變大，活塞帽 78將占據(jù)與它插入到阻尼室87中相比稍微更高一點的位置。由此，閥 構(gòu)件81將抵靠缸66的端部(阻尼室的底部)，并打開第一流動路徑， 以排空補償室79(圖11 )， 4吏得活塞帽78能夠占據(jù)正確的位置(圖10 )。
如果在排氣門11的返回行程期間補償室79完全收縮，活塞帽78將占據(jù)與它插入到阻尼室87中相比稍微更低一點的位置，并且閥構(gòu)件 81將不抵靠缸的端部(圖12 )。直到下一打開階段，彈簧80才會向上 迫壓活塞帽78，從而補償室79將接納經(jīng)由環(huán)形縫隙85流出的液壓流體 量，直到閥構(gòu)件81抵靠缸66的端部(圖13 )，并確保活塞帽78在其軸 向范圍內(nèi)占據(jù)大致居中的位置。
活塞帽78與補償室79組合的操作使得液壓致動器19自動地補償 由于在不同溫度下運行、修整一一即閥座的研磨、以及制造誤差所產(chǎn)生 的尺寸變化。從而，閥頭58將總是輕柔并且精確地著陸在閥座上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，液壓致動器19還可實現(xiàn)為如圖7所 示那樣沒有補償室。該實施方式能用于尺寸變化補償不是太重要的發(fā)動
機中，例如當(dāng)用作^L^流體的一般^a流體在3o-6ox:運行時。
盡管出于解釋的目的已經(jīng)詳細的描述了本發(fā)明，但是需要理解的 是，這些細節(jié)僅是用于解釋的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能在不偏離本發(fā) 明的范圍的情況下作出變化形式。
2權(quán)利要求
1. 一種十字頭型大型兩沖程柴油發(fā)動機(1)，其包括曲軸箱支架(4)，其支撐曲軸(3)和安裝在所述曲軸箱支架上的氣缸支架(5)；多個氣缸(6)，其由所述氣缸支架(5)支承，每個氣缸設(shè)置有至少一個燃料噴射器(23)及至少一個排氣門(11)；與每個所述排氣門(11)相關(guān)聯(lián)的液壓閥致動器(19)；共用燃料軌道(40)，其具有一個或多個連接到其上的蓄能器(42)；高壓燃料泵(33)，其在高壓下將燃料供給到所述共用燃料軌道，每個所述噴射器(23)以來自于所述共用軌道(40)的燃料運行，所述液壓閥致動器(19)經(jīng)由相應(yīng)的壓力管道(20)連接到所述共用軌道(40)，其中所述壓力管道設(shè)置有加熱裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，在所述發(fā)動機(1)運行時， ii^通向所述共用軌道(40)的供應(yīng)管道的燃料的溫度在90X:和150X: 之間的范圍內(nèi)，并且所述加熱裝置至少減小所述燃料在所述供應(yīng)管道中 的熱量損耗。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機，其中，當(dāng)燃料在所述發(fā)動機 停止期間循環(huán)時，ii^所述供應(yīng)管道的燃料的溫度在40"C和701C之間 的范圍內(nèi)，并且所述加熱裝置至少減小所述燃料在所述壓力管道(20) 中的熱量損耗。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機還包括回流管道 (43)，用于將燃料從所述液壓閥致動器(19)傳送到燃料箱(29)或者傳送到通向所述高壓泵(33 )入口側(cè)的管道，其中所述回流管道(43 ) 設(shè)置有加熱裝置。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述加熱裝置是電氣式的。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述加熱裝置是蒸汽式的。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述加熱裝置配置成在所述 發(fā)動機停止時也運行。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，還設(shè)置在所述發(fā)動機(1)停止時 使得所述燃料穿過所述供應(yīng)管道和/或回流管道和/或壓力管道而流通的 裝置(34、 38，、 55、 56)。
9. 如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，還設(shè)置有在所述發(fā)動機(1)停止 時使得所述燃料穿過所述管道(24)和將所述共用燃料軌道(40)連接 到所述噴射器(23)的其它液壓部件(25， 25，)而流通的裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)動機，其中所述發(fā)動機(l)包括整體 的比例閥(25),該比例閥控制燃料向所述液壓閥致動器(19)和向到 所述噴射器(23)的流動，其中所述燃料在發(fā)動機停止期間的流動通過 下列步驟中的一個或多個實現(xiàn)周期性地打開以流動到所述噴射器(23 )或所述液壓閥致動器(19 )，或?qū)τ谒稣w的比例閥(25)提供旁路位置，其中所述比例閥(19) 同時地通向所述噴射器(23)以」良所述液壓閥致動器(19),或提供單獨的旁路閥，所述旁路閥允許燃料從所述共用軌道(40)同 時地流到所述噴射器(23)以及所述液壓閥致動器(19)。
11. 如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機，其中所述流通以低壓進行，優(yōu)選 地以3-10巴壓力進行。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中在使用調(diào)水乳化燃料時所述 回流管道被加壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種十字頭型大型兩沖程發(fā)動機(1)，其中通過設(shè)置與每個排氣門(11)相關(guān)聯(lián)的液壓致動器(19)而以高壓液壓流體液壓地致動所述排氣門(11)。燃油或者重燃油能夠用作液壓流體。本發(fā)明還涉及用于在這種發(fā)動機(1)中使用的控制閥(25)、用于在這種發(fā)動機(1)中使用的液壓系統(tǒng)和用于在這種發(fā)動機(1)中使用的液壓致動器(19)。
文檔編號F01L9/00GK101487406SQ20091000858
公開日2009年7月22日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者芬·考助普·延森 申請人:曼狄賽爾公司