專利名稱:可逆的燃燒發(fā)動機的控制空氣分配器的制作方法
本發(fā)明所涉及的是可逆的活塞式燃燒發(fā)動機的控制空氣分配器，它特別適用于船用柴油機和裝有起動空氣閥的柴油機，這種閥門組件包括一個閥門滑桿，它能在殼體內(nèi)產(chǎn)生軸向位移，用來打開和關(guān)閉控制空氣進口至控制空氣出口的通道;一個凸輪從動件，它與閥門滑桿可靠連接，并在向前或后方向起動時，同時操作兩個與發(fā)動機曲軸同步旋轉(zhuǎn)的控制凸輪;一個與閥門滑桿結(jié)合在一起的導(dǎo)向柱塞，并且每個柱塞有一個相應(yīng)的導(dǎo)向進氣口，使凸輪從動件與一個所選定的控制凸輪能夠相接觸;還包括一個作用在閥門滑桿上的復(fù)位彈簧，用以使接觸著的凸輪從動件與控制凸輪相互分離。
受到控制空氣分配器控制的凸輪用來控制受壓縮空氣作用的起動空氣閥的周期性開啟。起動空氣閥是分別裝在發(fā)動機的各個氣缸內(nèi)的，用于向缸內(nèi)提供起動用的空氣。
總之，相應(yīng)于多個起動空氣閥，控制空氣分配器是由多個閥門組件所組成，該閥門組件可與凸輪支承軸軸向并聯(lián)，此時，每個閥門組件有一個相應(yīng)的控制凸輪對，也可在一個公用的凸輪對周圍成星形排列。
在英國專利NO.1，043，607公開的結(jié)構(gòu)中，控制凸輪是成對地軸向并列在一個與發(fā)動機同步旋轉(zhuǎn)的一根連續(xù)軸上的。在起動發(fā)動機時，需要旋轉(zhuǎn)方向上相應(yīng)控制凸輪通過整個軸的軸向位移，使其在凸輪從動件的下面定位。
這樣一種機械位移是很麻煩的，其原因是結(jié)構(gòu)本身和需要采用很多預(yù)防性保險措施造成的。即，一方面，所有有關(guān)的零部件都要準備位移，而另一方面，假如不產(chǎn)生位移，則要阻止發(fā)動機的起動。預(yù)防性措施包括各種機械的和電的反饋系統(tǒng)，考慮到隨著零部件數(shù)量的增加，從統(tǒng)計學上講其發(fā)生故障的可能性就更大。因此，人們希望，特別是從工作的可靠性上考慮希望減少零部件的數(shù)目和可能的嚴重故障發(fā)生的危險。事實上，如粘結(jié)接觸之類不太重要的零部件實際上也可能妨礙發(fā)動機的反轉(zhuǎn)，以及在可能發(fā)生相撞時運輸機的制動。
本發(fā)明的目的是提供一種控制空氣分配器，這種分配器不同于先有技術(shù)的那種分配器，其區(qū)別在于前者的兩個控制凸輪是在同一個不能軸向位移的基體上的，且在閥門滑桿位移的方向上相互補償，即在基體轉(zhuǎn)軸周圍的圓周上相應(yīng)于閥門滑桿中間位置的任一側(cè)上進行補償，在這個位置上供給起動空氣閥的控制空氣便被中斷。該起動空氣閥有兩個連在一起的導(dǎo)向柱塞，每一個導(dǎo)向柱塞分別與一個單獨的導(dǎo)向進氣口相連。
在本發(fā)明的第二個實施例中的區(qū)別是基體是盤形的，控制凸輪是裝在盤形基體的異側(cè)或同側(cè)的，該側(cè)面是在相應(yīng)于閥門滑桿中間位置的圓周的徑向內(nèi)側(cè)或徑向外側(cè)上的。
控制凸輪和閥門滑桿以這種方式組成一方面可以使凸輪從動件與所要求的控制凸輪接觸，其作用只不過是讓空氣進入相應(yīng)的導(dǎo)向空氣進口;另一方面，則是可以完全避免產(chǎn)生軸向位移和由此而帶來的一切危害。
本發(fā)明的控制空氣分配器的最佳實施例的特征是導(dǎo)向柱塞的有效面積是相互對置的，同時控制凸輪形成兩個單獨的、一般是同心的封閉凸輪。因此，凸輪從動件根據(jù)所選的起動方向沿著徑向外凸輪的徑向內(nèi)側(cè)、或沿著徑向內(nèi)凸輪的徑向外側(cè)推起。
一個具有兩個這樣控制凸輪的凸輪盤，實際上通過在盤的軸向表面設(shè)置一個連續(xù)的、通常為環(huán)形的軌道便可得到，環(huán)形軌道的兩個徑向的限制面分別構(gòu)成控制凸輪。凸輪從動件可以是由一個銷子，或插入軌道的凸出物(如一個滾輪)構(gòu)成。由于能使閥門滑桿產(chǎn)生位移的壓縮空氣的作用，凸輪從動件在起動過程中便可與一個控制凸輪接觸，軌道的寬度應(yīng)使限制面之間有一個間隙環(huán)帶，上述的間隙環(huán)帶具有固定的徑向?qū)挾?，其值大于凸輪從動件的最大徑向?qū)挾?。當起動過程完成后，即發(fā)動機處于正常工作狀態(tài)時，進入各進口的空氣被切斷，凸輪盤與凸輪從動件之間的接觸脫離，以避免它們之間相互磨損。
通過在每一個凸輪盤的軸向表面形成一條軌道可以交替地形成控制凸輪。在此情況下，兩個控制凸輪是由第一個軌道的徑向外定界面和第二個軌道的徑向內(nèi)定界面所形成，凸輪從動件與彼此相反的兩個銷子相交叉。上述兩個軌道的徑向?qū)挾戎g出現(xiàn)某一部分相應(yīng)于凸輪從動件寬度的徑向重疊，便可產(chǎn)生間隙環(huán)帶。
現(xiàn)參照附圖詳細說明本發(fā)明，其中圖1所示為本發(fā)明的控制空氣分配器閥門組件的第一個實施例的縱剖面簡圖。
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的縱剖面圖。
圖3是閥門組件的第二個實施例的縱剖面簡圖。
圖1中所示的閥門組件包括殼件1，閥門組件固定在一個凸輪盤上(其固定方式未示出)，凸輪盤又固定在一個與發(fā)動機曲軸同步旋轉(zhuǎn)的軸上(圖中未示出)。殼體1包括兩個導(dǎo)向進氣口12和13，一個例如來自發(fā)動機的起動空氣貯氣罐的被壓縮的控制空氣進口14，和一個將控制空氣送到相應(yīng)的起動空氣閥的控制空氣出口15。
一個可軸向位移的閥門滑桿配置在殼體1內(nèi)，閥門滑桿的頂部有一個壓簧4，底部與一個凸輪從動件5牢固連接為一體。彈簧4固定在閥門滑桿3頂部兩個相對的彈簧導(dǎo)管6和7之間。在閥門滑桿3的中部，彈簧導(dǎo)管7下側(cè)依次裝有一個墊圈和一個裝在殼體1內(nèi)的中間環(huán)8。彈簧導(dǎo)管6的頂部緊靠著閥門滑桿上的墊圈和一個用螺紋擰在殼體1上的管式支架9。管式支架9有一個中心孔11，其孔徑大于閥門滑桿3的頂端。
彈簧4是雙向作用的，因為不論閥門滑桿3是向上位移、還是向下位移，彈簧都要使閥門滑桿3推向中間位置。閥門滑桿3向上位移時，其頂端是要通過孔11的。
閥門滑桿3設(shè)置二個反向?qū)χ玫膶?dǎo)向柱塞20和21，它們分別有軸向相對的端面20a和21a，兩個端面限定環(huán)形槽26和27，使它們處在分別與導(dǎo)向進氣口12和13相通的中間位置上。中心孔22由閥門滑桿頂端起延伸至中間某一部分。垂直于中心孔22的一個短通道23使中心孔與閥門滑桿的外表面相通。在中間位置的通道23與殼體1對準控制空氣出口15時(如圖1所示)，便使通向起動空氣閥的導(dǎo)管中可能存在的控制空氣壓力通過中心孔22卸壓。在中間位置，從進口14到出口15的控制空氣通道就被堵塞。
從圖2可以很清楚地看到，凸輪從動件5是由一個銷子或凸出物41和一個與閥門滑桿3組合在一起的支臂40所組成，銷子固定在支臂40的下端。在支臂40上一個軸向延伸的軌道44與控制銷45一起工作。銷子45是用螺紋擰在殼體1上的，以防止閥門滑桿3繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。
凸輪盤2的軸向側(cè)面之一包括一個槽30(見圖1和圖2)，該槽可由諸如數(shù)控銑床加工而成。軌道30的徑向內(nèi)限制面31和徑向外限制面32分別構(gòu)成兩個控制凸輪，發(fā)動機在不同的旋轉(zhuǎn)方向起動時，可以控制閥門滑桿3的軸向位移，這樣可向起動空氣閥提供控制空氣。兩個獨立的控制凸輪31、32上所示的A、B、C、D各點分別表示凸輪工作段的起點和終點，即在發(fā)動機起動過程中，凸輪從動件在工作段內(nèi)沿不同的方向被推起。圖1中虛線所示的間隙環(huán)帶37(由圓35、36所表示)處于兩個控制凸輪31和32之間，間隙環(huán)帶的徑向?qū)挾却笥谕馆啅膭蛹匿N子41。在閥門滑桿3的中間位置，銷子41處于間隙環(huán)帶37之內(nèi)，這樣凸輪盤2可以自由旋轉(zhuǎn)而不會碰到銷子41，在發(fā)動機連續(xù)工作時，這種情況是正常的。
現(xiàn)在詳細說明圖1和圖2所示的閥門組件的工作方式。
設(shè)前進方向上起動時使用控制凸輪31、并且這也是發(fā)動機的起動方向，則壓縮的導(dǎo)向空氣就會進入導(dǎo)向進氣口12。導(dǎo)向空氣的壓力影響到導(dǎo)向柱塞20，閥門滑桿3迎著彈簧4的力向下位移，直到凸輪從動件5的銷子41接觸到控制凸輪31時為止。由于起動空氣供給一個或更多個發(fā)動機氣缸，凸輪盤2已由圖1所示的位置逆時針方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，此時相應(yīng)的發(fā)動機活塞是在上死點，點A已通過銷子41，銷子與閥門滑桿一起將慢慢地向下位移，直至導(dǎo)向柱塞20通過控制空氣進口14的上緣為止，使空氣進入環(huán)形槽26中，因此除了進入控制空氣出口15外也進入導(dǎo)向柱塞20。導(dǎo)向柱塞20和端面20a之間的距離，即環(huán)形槽26之高度，要略大于導(dǎo)向進氣口12的下緣和控制空氣進口14上緣之間的距離。這樣，端面20a在閥門滑桿3略向下位移時就會完全阻止導(dǎo)向空氣流入環(huán)形槽26。所以，只有控制空氣的才能影響導(dǎo)向柱塞20。
隨著受壓的閥門滑桿3進一步下降，控制空氣不斷地從進口14通過環(huán)形槽26到出口15，并進一步送往相應(yīng)的起動空氣閥，該氣閥將使起動空氣進入相應(yīng)的氣缸內(nèi)。
在凸輪盤2進一步轉(zhuǎn)動某一角度(90°左右)后，控制凸輪31將慢慢地向上推動閥門滑桿3，直至銷子41通過B點，而后，閥門滑桿將再一次回復(fù)到圖1所示的位置。這時控制空氣的壓力就通過通道23和中心孔22消除，向氣缸提供的起動空氣也就停止了。只要壓縮導(dǎo)向空氣能進入進口12，則這種循環(huán)現(xiàn)象將周期性的重復(fù)。
當發(fā)動機起動程度達到時(即達到額定的轉(zhuǎn)數(shù))，導(dǎo)向空氣的壓力就消失，噴入發(fā)動機氣缸的燃油噴射便開始。根據(jù)這種周期性的循環(huán)作用，每個發(fā)動機活塞在導(dǎo)向空氣壓力消失時是在確定位置的相應(yīng)的凸輪從動件41將相應(yīng)于活塞向下的作功沖程緊靠在凸輪的工作段A-B上，或者相應(yīng)于活塞向上的沖程緊靠在凸輪的B-A上。如果導(dǎo)向空氣壓力在通過凸輪B-A段過程中消失，則閥門滑桿3就會由于彈簧4保持在中間的位置上。反之，當控制空氣供給起動空氣閥時，如果導(dǎo)向空氣壓力在通過凸輪A-B段過程中消失，則環(huán)形槽26的高度與進口12和14間距離的關(guān)系將導(dǎo)致供給起動空氣閥的控制空氣不會立即中斷，而是首先使控制凸輪31向上推起閥門滑桿3，起動空氣壓力便通過中心孔22消失。這是一個優(yōu)點，因為使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的起動空氣的可靠提供應(yīng)維持盡可能的長，以抵消水對螺旋漿的制動力矩。在起動過程到正常工作之間暫短的過渡過程內(nèi)，發(fā)動機將由一個或更多個氣缸內(nèi)的起動空氣和其它氣缸內(nèi)的燃油驅(qū)動。在導(dǎo)向空氣壓力消失一段時間后，進口14處的控制空氣壓力也會消失。
如果需要在向后的方向上起動發(fā)動機，便要使導(dǎo)向空氣進入進口13。其工作方式與前面所述方式十分類似。其區(qū)別在于閥門滑桿3是向下移動，這樣銷子41便按照控制凸輪32工作，而且從進口14至出口15之間的控制空氣通道通過具有導(dǎo)向柱塞21的環(huán)形槽27受到影響。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明控制空氣分配器的閥門組件的更為簡單的實施例。該組件同樣包括一個殼件50、一個由發(fā)動機曲軸同步驅(qū)動的凸輪盤52和一個裝在殼體50內(nèi)并產(chǎn)生軸向位移的閥門滑桿53。具有彈性位移的閥門滑桿的上端，在彈簧導(dǎo)管56和殼體50之間受壓的壓簧54的作用下向上位移。殼體50包括兩個進口57和58，用于組成導(dǎo)向/控制空氣，此時控制空氣也可用作導(dǎo)向空氣。該殼體還包括一個將控制空氣送往起動空氣閥的出口59。
閥門滑桿53與兩個導(dǎo)向柱塞61和62組合在一起。柱塞61的有效面積與面61a的面積基本相等，只是從中減去了最小間隙槽的面積。同時柱塞62的有效面積等于兩相對面62a和62b的差值。如圖所示，這兩個有效面積都是定向的，所以在輸送壓縮空氣時，它們便朝著凸輪盤52，向下壓緊閥門滑桿53。中心孔70的位置從閥門滑桿53的底部延伸到其中某處。中心孔上端與一橫向孔69相通，下端與橫向孔74以及環(huán)形槽77相連接，環(huán)形槽77是通到閥門滑桿53外表面的。緊接在橫向孔74的下面，中心孔70由凸輪從動件71所密封。
殼體50上有進口57和58，進口上設(shè)有環(huán)形室64和65。每個柱塞61和62上面的室與進口相連。在連通出口59時，便形成一個環(huán)形室66。出口75使殼體50內(nèi)部與大氣相通。
出口75和環(huán)形槽77是這樣相互配合的，即出口75總是與中心孔70相通的，這與閥門滑桿53的位置無關(guān)，因此可將氣體排入大氣。在通向起動空氣閥的導(dǎo)管中，控制氣體的壓力只有當孔69與環(huán)形室66接通時才能消失。此時，孔69也恰好與出口59相通。
在這個實施例中，所述的兩個控制凸輪結(jié)合在一起，每個凸輪在同一閉合凸輪80形成一段，閉合凸輪是在形成凸輪盤52的柱形周邊上的。位于中間位置圓周82(如虛線所示)徑向外側(cè)的徑向凸輪段E-F構(gòu)成控制凸輪中的一個，位于所述圓周82徑向內(nèi)側(cè)的凸輪段F-G構(gòu)成控制凸輪中的另一個。
在分配器不工作的情況下，彈簧54將閥門滑桿53向上推起，因此就使凸輪從動件71與凸輪盤52完全脫離。控制空氣分配器是這樣工作的當發(fā)動機準備起動時，根據(jù)所選擇的發(fā)動機起動方向，讓空氣進入相應(yīng)的進口57或58。假設(shè)空氣是進入進口57的，通過環(huán)形室64，氣壓作用到導(dǎo)向柱塞61上，使之對著彈簧54的力的方向，向下壓住閥門滑桿53，直至凸輪從動件71與凸輪盤52相接觸為止。在所設(shè)的這種情況下，當空氣進入進口57時，控制凸輪F-G段是工作段。當凸輪從動件71因凸輪盤52逆時針轉(zhuǎn)過某一超過F點的角度時，閥門滑桿53就會向下移動很多，使柱塞61a通過環(huán)形室66的上邊緣與出口59相通，讓控制空氣流徑出口59，流入起動空氣閥，緊接著便讓起動空氣進入氣缸。當閥門滑桿53在通過G點后重新回到如圖3所示的位置時，起動空氣閥的控制氣壓將通過中心孔70、橫向孔74、環(huán)形槽77以及開口75而消失。從維持導(dǎo)向/控制氣壓的觀點來看，凸輪從動件71仍然壓在凸輪盤52上。凸輪段G-E轉(zhuǎn)動后，第二控制凸輪段E-F接著就使凸輪從動件向上位移。但是這樣并不會使起動空氣閥工作，因為進口57處的壓力和控制空氣出口59之間的連接長時間的中斷了。直到控制凸輪F-G段再一次出現(xiàn)，出口59才能接通，接著就重復(fù)這種循環(huán)。
假如發(fā)動機要在相反方向上起動，就要讓空氣進入進口58。同樣通過環(huán)形室65和導(dǎo)向柱塞62，空氣將向下壓在閥門滑桿53上，使凸輪從動件71緊壓在順時針方向旋轉(zhuǎn)的凸輪盤52上。由于此時控制凸輪E-F是有效凸輪，所以在控制凸輪E-F將閥門滑桿53向上大大推起，讓面62a的邊緣通過環(huán)形室66的下緣時，控制空氣只能進入出口59。當凸輪從動件71通過E點時，控制氣壓明顯地消失。
在這兩種情況的任一種情況下，導(dǎo)向/控制氣壓的消失將在通向起動空氣閥的導(dǎo)管中引起瞬時壓力下降，進而使供給氣缸的起動空氣中斷。如果希望盡可能長地供給使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的起動空氣的話，則可安裝單向閥(未示出)分別與進口57和58相通。單向閥必須使凸輪從動件71一直壓在凸輪盤52上，直到凸輪從動件71第一次通過中央圓周82上的一個點為止，這時通向起動空氣閥的起動空氣壓力便消失了。
采用單向閥意味著在導(dǎo)向/控制空氣消失以后，少量的壓縮空氣將留在實際所用進口的單向閥和相應(yīng)的導(dǎo)向柱塞之間的范圍內(nèi)。空氣的這一體積(如前所述)具有保持向下壓住閥桿53的能力，但是，由于其容量小，它不能再一次作用在起動空氣閥上。當相應(yīng)的控制凸輪段再次到達時，空氣流入在通向起動空氣閥的出氣管道中更大的容積內(nèi)，此時彈簧54將向上拉動閥門滑桿53和凸輪從動件71，并完全脫離凸輪盤52。
所述的實施例是變化的，凸輪盤可由一個柱形的或錐形的旋轉(zhuǎn)體所代替，旋轉(zhuǎn)體的圓周面上形成一個閉合環(huán)形滾道。在這種情況下，控制凸輪即由上述滾道的一個橫側(cè)面或兩個橫側(cè)面所構(gòu)成，相應(yīng)的閥門組件以這樣的方式安裝，即每一個閥門滑桿的位移方向與旋轉(zhuǎn)體上的母線相平行。
權(quán)利要求
1.可遞的活塞式燃燒發(fā)動機的控制空氣分配器，特別是對船用柴油機和帶有起動空氣閥的船用柴油機的控制空氣分配器，其閥門組件包括一個在殼體(1)中可軸向位移的閥門滑桿(3)，閥門滑桿(3)適時地開啟和關(guān)閉從控制空氣進口(14)到控制空氣出口(15)的通路，一個凸輪從動件(5)可靠地與閥門滑桿(3)連接在一起，并與兩個控制凸輪(31，32)相配合，凸輪與向前或后起動的發(fā)動機曲軸同步旋轉(zhuǎn)，一個與閥門滑桿(3)組成一體的導(dǎo)向柱塞(20)，并且導(dǎo)向柱塞有一個相應(yīng)的導(dǎo)向空氣進口(12)，以使凸輪從動件(5)與所選擇的控制凸輪(31)相接觸，作用在閥門滑桿上的復(fù)位彈簧(4)以抵消上述的接觸，其特征在于，在同一不可軸向位移的物體(2)上有兩個控制凸輪(31，32)，并且繞物體(2)的旋轉(zhuǎn)軸上兩個方向旋轉(zhuǎn)時的閥門滑桿的位移是互相補償?shù)模┙o起動空氣閥的控制空氣在所述的位置上被中斷，還有，閥門滑桿(3)包括二個組合在一起的導(dǎo)向柱塞(20，21)，每個單獨與導(dǎo)向空氣進口(12，13)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的分配器，其特征在于，物體(2)是圓盤形的，控制凸輪(31，32)是位于圓盤的徑向內(nèi)面或徑向外面的異側(cè)或同側(cè)，該圓盤相當于滑桿(3)的中間位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的分配器，其特征在于，導(dǎo)向柱塞(20，21)的有效面積是反向?qū)χ玫?，且控制凸?31，32)分為兩個通常是同心的封閉凸輪，凸輪從動件(5)根據(jù)所選擇的起動方向，隨著徑向外凸輪(32)的徑向內(nèi)側(cè)或徑向內(nèi)凸輪(31)的徑向外側(cè)上下運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的分配器，其特征在于，控制凸輪(31，32)是由一個整體構(gòu)件的兩個徑向限制面所構(gòu)成，這個整體構(gòu)件通常是在凸輪盤(2)的軸向表面之一的一條環(huán)形軌道(30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的分配器，其特征在于，閥門滑桿(3)的構(gòu)成使得在離開其中間位置的一定軸向位移之后，閥門滑桿允許控制空氣到達相應(yīng)的導(dǎo)向柱塞，并且當控制空氣進口完全打開時其導(dǎo)向空氣進口完全關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的分配器，其特征在于兩個導(dǎo)向柱塞(61，62)的有效面積調(diào)整到由于導(dǎo)向空氣的供給使柱塞在朝向凸輪盤(52)的方向上緊壓閥門滑桿(53)，上述兩個導(dǎo)向空氣進口(57，58)同樣由控制空氣進口構(gòu)成，并且上述的兩個控制凸輪構(gòu)成一體，其周邊表面是向外突出的凸輪(80)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的分配器，其特征在于，與兩個導(dǎo)向柱塞的空氣進口(57，58)相連處設(shè)有單向閥，它只允許空氣流到相應(yīng)的柱塞(61，62)中。
專利摘要
控制空氣分配器相應(yīng)于每個起動空氣閥有一個閥門組件，它包括一個裝在殼體內(nèi)可軸向位移且與凸輪從動件接觸的閥門滑桿和兩個導(dǎo)向柱塞。殼體包括兩個導(dǎo)向空氣的進口、一個控制空氣的進口和一個將控制空氣送到起動空氣閥的出口。凸輪從動件連接同心軌道，其兩個徑向限制面構(gòu)成了控制凸輪。實現(xiàn)發(fā)動機在給定方向上的起動是將壓縮空氣導(dǎo)入相應(yīng)的導(dǎo)向空氣進口，經(jīng)相應(yīng)的導(dǎo)向柱塞閥門滑桿排出，并使凸輪從動件接觸所需的控制凸輪。
文檔編號F02B3/00GK86107583SQ86107583
公開日1987年11月4日 申請日期1986年11月5日
發(fā)明者芬恩·夸德羅普·詹森 申請人:奧格斯堡·紐倫堡機械公司伯邁斯特與韋恩柴油機分公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan