專利名稱：用于大型兩沖程柴油發(fā)動機的凸輪驅(qū)動排氣門致動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機的凸輪驅(qū)動排氣門致動系統(tǒng)，具體地涉及用于 大型兩沖程柴油發(fā)動機的凸輪驅(qū)動排氣門致動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機例如用于大型遠洋船只的推進或者 用作發(fā)電廠的原動機。不僅因為其整體尺寸，這些兩沖程柴油發(fā)動機構(gòu)造得與任何其它內(nèi)燃機不同。兩沖程原理和使用在50X:時粘性低于700cSt的重燃油(該燃油在室溫時不流動)，使得這些兩沖程柴油發(fā)動機在發(fā)動 機領域中自成一類。提高性能和減小排放的需求導致了用于這些大型兩沖程柴油發(fā)動機的通常的軌道式電液控制排氣門致動系統(tǒng)的iu艮。這些系統(tǒng)的一個優(yōu)點是具 有增強的靈活性，其原因在于，排氣門打開和關(guān)閉正時能夠自由地選擇， 以符合發(fā)動機的運行條件。然而，這些通常的軌道式電液系統(tǒng)比較昂貴并 且比傳統(tǒng)的凸輪驅(qū)動系統(tǒng)更耗能，其原因在于，在打開過程期間消耗的能 量超出所需的能量，并且在關(guān)閉過程期間沒有回收。這兩個缺點抵消了電 子控制發(fā)動機的許多優(yōu)點。發(fā)明內(nèi)容在此背景下，本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)省能量的凸輪驅(qū)動排氣門系 統(tǒng)，其能對排氣門的打開和關(guān)閉正時進行靈活的控制。該目的通過提供十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)，所述大型兩沖程柴油發(fā)動機包括多個氣缸，每個氣釭設置有至少一個排氣門；至 少一個設置有凸輪的凸輪軸，所述凸輪用于致動與每個所述氣缸相關(guān)聯(lián)的 所述至少一個排氣門；與每個氣釭相關(guān)聯(lián)的液壓推桿，所述液壓推桿包括: 對于每個致動器設置有一個液壓活塞泵，所述液壓活塞泵由凸輪軸上的相 應凸輪驅(qū)動；對于每個排氣門設置有一個液壓致動器,用于在打開方向上移動該排氣門；和對于每個排氣門設置有一個';^管道，用于將相關(guān)致動器的液壓活，泵與相關(guān)^致動器相連接，其中與每個，壓推桿相連接的 壓流體。通過以可控制的方式將^!E流體添加到該液壓推桿，所述液壓閥致動 器能夠在任意所需時間工作。從而，通過在該凸輪^"效工作的時間點之前 將液壓流體添加到所述管道，能夠在由所述凸輪軸上凸輪的輪廓所限定的 打開時間之前打開所述排氣門。還能在凸輪的有效工作時間段期間添加M流體以及在凸輪的有效工 作時間段后去除:^H流體，以將排氣門的關(guān)閉延遲到由凸輪輪廓所限定的 排氣門關(guān)閉時間點后的時間點。所述設備可包括連接到每個^^推桿的可控制加壓液壓流體源，和連接到每個所述';^a推桿的可控制流體出口 。所述設備可構(gòu)造成在與相關(guān)氣釭相關(guān)聯(lián)的凸輪的有效工作階段之前或 期間將一定量的液壓流體添加到所述液壓推桿。所述設備可構(gòu)造成在與相關(guān)氣釭相關(guān)聯(lián)的凸輪的有效工作階段之后或 期間從液壓推桿去除一定量的液壓流體。所述添加的量或所述去除的量可以是可調(diào)的。所述設備可包括構(gòu)造成將所述:^推桿交替地連接到加壓M流體源 或流體出口的電氣控制滴A閥。所述設備可還包括位于所述電子控制液壓閥和所述液壓推桿之間的體 積限制器。所述發(fā)動機可進一步包括操作性地耦聯(lián)到所述排氣門的位置傳感器， 其中所述電子控制液壓閥響應于所述位置傳感器的信號而受到控制。所述發(fā)動機可進一步包括每個排氣門 一個用于在關(guān)閉方向上迫壓該排 氣門的彈性構(gòu)件。所述目的還通過提供一種十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機而實現(xiàn)， 該大型兩沖程柴油發(fā)動機包括多個氣釭，每個氣釭設置有至少一個排氣 門；至少一個設置有凸輪的凸輪軸，所述凸輪用于致動與每個氣缸相關(guān)聯(lián) 的至少一個排氣門；每個致動器一個液壓活塞泵，所述液壓活塞泵由凸輪 軸上的相應凸輪驅(qū)動；每個排氣門一個用于在打開方向上移動該排氣門的液壓致動器；每個排氣門一個液壓管道，用于將相關(guān)致動器的液壓活塞泵 與相關(guān)液壓致動器相連接；與每個氣釭相關(guān)聯(lián)的額外的氣體交換閥；以及 致動系統(tǒng)，其獨立于所述凸輪軸而控制所述額外的氣體交換閥的打開和關(guān) 閉。通過提供能夠獨立于所述凸輪軸控制的額外的氣體交換閥，可以通過保持所述額外的氣體交換閥打開而控制氣釭的壓縮壓力和后坐力。所述致動系統(tǒng)可電子地控制所述額外的氣體交換閥的打開和關(guān)閉。當與所述排氣門比較時，所述額外的氣體交換閥可相當小。所述額外的氣體交換閥可將相關(guān)氣釭連接到排出氣體容器(receiver )。所述額外的氣體交換閥可相關(guān)該氣缸連接到換氣容器。所述致動系統(tǒng)可進一步包括操縱性地連接到所述額外的氣體交換閥的 液壓致動器。所述致動系統(tǒng)可構(gòu)造為用于控制相關(guān)氣缸的后坐力和壓縮壓力。所述致動系統(tǒng)可構(gòu)造為用于排他性地控制壓縮壓力。根據(jù)詳細說明，本發(fā)明的大型兩沖程柴油發(fā)動機的其它目的、特征、 優(yōu)點和特性將變得更為明顯。


在本i兌明書下面的詳細部分中，將參照附圖中示出的示例性實施方式 更詳細地解釋本發(fā)明，在所述附圖中圖l是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的橫截面圖；圖2是圖1中示出的一個氣缸部分的縱向截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)第一實施方式的符號表示4是根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)第二實施方式的符號表示5是根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)第三實施方式的符號表示圖；和圖6是根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)第四實施方式的符號表示圖。
具體實施方式
圖1和2分別示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的發(fā)動機1的橫截面圖 和(一個氣釭的)縱向截面圖。發(fā)動機l是十字頭型的單流向低速兩沖程 十字頭柴油發(fā)動機，其可以是輪船中的推進系統(tǒng)或者發(fā)電廠的原動機。這 些發(fā)動機通常具有4到14個直列式氣缸。發(fā)動機1建造在底座2上，底座 2具有用于曲柄軸3的主軸承。曲柄軸3是半組合類型的。該半組合類型曲柄軸由^it或鑄造的鋼曲 柄制成，其通過冷縮配合連接而連接到主軸頸。底座2可制成為一件式或者根據(jù)生產(chǎn)設備而分成尺寸合適的部分。該 底座包括側(cè)壁和具有軸承支撐件的焊接橫梁。該橫梁在本領域中還被稱為 "橫向桁梁"。油盤58焊接到底座2的底部，并且收集來自于強制潤滑和 冷卻油系統(tǒng)的回收油。連桿8將曲柄軸3連接到十字頭軸承22。十字頭軸承22在豎直引導 平面23受到引導。焊接設計的A型支架箱4安裝在底座2上。支架箱4為焊接設計。在 排氣側(cè)，支架箱4設置有用于每個氣缸的減壓閥，而在凸輪軸側(cè)支架箱4 設置有用于每個氣缸的大鉸接門。十字頭引導平面23與支架箱4形成為一 體。氣缸支架5安裝在支架箱4的頂部上。拉緊螺栓27連接底座2、支架 箱4和氣釭支架5，并將所述結(jié)構(gòu)保持在一起。拉緊螺栓27由液壓千斤頂 張緊。氣缸支架5鑄造為一件式或多件式，最終帶有一體的凸輪軸殼體25; 或者其為焊接式設計。根據(jù)另一實施方式(未示出)，凸輪軸28容納在附 連到該氣釭支架的單獨凸輪軸殼體中。氣釭支架5設置有入口蓋，用于清潔換氣空間并用于從凸輪軸側(cè)檢查 換氣口和活塞環(huán)。該入口蓋與氣釭襯套6—起形成換氣空間。換氣容器9 在其打開側(cè)螺栓連接到氣釭支架5。在氣缸支架底部，有一個活塞桿填料 函，該填料函設置有用于換氣的密封環(huán)，并設置有刮油環(huán)，該刮油環(huán)防止 排放物滲透到支架箱4和底座2的空間內(nèi)，并且以此方式保護在此空間內(nèi) 的所有軸承。活塞13包括活塞冠和活塞裙?；钊谟赡蜔徜撝瞥?，并具有四個環(huán)形 溝槽，所述環(huán)形溝槽的上下表面經(jīng)過硬鉻涂覆處理?；钊麠U14由四個螺釘連接到十字頭22?；頜 14具有兩個軸向孔(圖中不可見)，所述軸向孔連通到冷卻油管道，形成用于活塞13的冷卻油的 入口和出口。氣缸襯套6由氣缸支架5支承。氣釭襯套6由合^#鐵制成，并借助 于低定位的凸緣懸伸在氣釭支架5中。所述襯套的最上部由鑄鐵冷卻護套 環(huán)繞。氣釭襯套6具有用于氣釭潤滑的鉆孔(未示出)。氣釭為單流向類型并具有換氣口 7，該換氣口位于氣箱Uirbox)中， 該氣箱從換氣容器9 (圖1)被供以由渦輪增壓器10 (圖1)增壓的換氣。發(fā)動機裝配由一個或多個渦輪增壓器10，對于4-9釭發(fā)動機，所述 渦輪增壓器設置在前端，對于IO缸以上的發(fā)動機，所述渦輪增壓器設置在 排氣側(cè)。渦輪增壓器10的進氣直接從發(fā)動機室穿過渦輪增壓器的進氣消音器 (未示出)而形成?？諝鈴臏u輪增壓器10通過增壓進氣管(未示出)、空 氣冷卻器(未示出)和換氣容器9到達氣缸襯套6的換氣口 7。發(fā)動機設置有電氣驅(qū)動的換氣風機(未示出)。風機的吸氣側(cè)在空氣冷 卻器之后連接到換氣空間。在空氣冷卻器和換氣容器之間安裝有止回閥 (未示出)，在輔助的風機提供空氣時，該止回閥自動地關(guān)閉。輔助的風 M低負載和中等負栽4Hf下幫助渦輪增壓器壓縮機。燃料閥40居中地安*^氣缸蓋12中。在壓縮沖程末期，噴射閥40通 過其噴射噴嘴將高壓燃料以細霧狀噴射到燃燒室15中。排氣門11在氣釭 蓋12中居中地安^fr氣釭頂部中。在膨脹沖程末期，排氣門ll在發(fā)動機 活塞13向下經(jīng)過換氣口 7之前打開，從而燃燒室15中位于活塞13上方的 燃燒氣體經(jīng)過通向廢氣容器17的廢氣通道16流出，并且燃燒室15中的壓 力釋放。排氣門11在活塞13向上運動期間再次關(guān)閉。排氣門ll是M致 動的。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)的第一實施方式。對于所有的 實施方式而言，借助單個氣缸對排氣門致動系統(tǒng)進行說明。在多釭發(fā)動機 中，對于每個氣缸將是相同的。排氣門致動系統(tǒng)包括具有凸輪29的凸輪軸28 (僅示出一個)。輥30跟隨凸輪的表面行進并連接到容積式泵(positive displacement pump ) 32的活塞。容積式泵32通過管道36連接到排氣門 致動器34。排氣門致動器34作用在排氣門ll的桿上。氣彈簧38也連接 到排氣門的桿上，并且氣彈簧38的壓力室中的氣體壓力在關(guān)閉方向上a 排氣門11。當排氣門致動器34加壓時，其在打開方向上ii^排氣門。排 氣門的位置由連接到發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的傳感器39測量。運行時，凸輪 軸28沿著位于標出相關(guān)活塞死點位置的標記"TDC"上方的箭頭的方向 與發(fā)動機的曲柄軸一致地轉(zhuǎn)動。凸輪29的輪廓確定容積式泵32的運動。 當容積式泵32向上運動時，迫使M流體通過管道36 l到排氣門致動 器34中。排氣門致動器34迫使排氣門11逆著燃燒室及氣彈簧38中的壓 力打開。當容積式泵32向下運動時，氣彈簧38ii^排氣門和排氣門致動 器34使之向上移動，從而排氣門致動器34中的流體流回到容積式泵32 中。在排氣門11的打開運動期間傳遞到排氣門致動器34的大部分能量在 排氣門的返回行程期間通過形成于容積式泵32內(nèi)的壓力而返回到凸輪軸 28。從而，打開排氣門U所需的^ta能量中只有一小部分耗散掉。由凸輪 29限定的打開輪廓在曲線圖42中由下部細曲線表示。根據(jù)本實施方式的排氣門系統(tǒng)還包括3/2閥(兩位三通閥)33， 3/2岡 33的一個口通過體積限制器41連接到管道36。 3/2閥33的入口是連接到 加壓'M流體源49的口 ， 3/2閥33的出口連接到排放管或容器箱。3/2閥33由電子控制系統(tǒng)電子地控制。運行時，3/2閥33能夠在運行 循環(huán)的所需時間點將一定量M流體添加到管道36或從其去除。曲線圖 42示出了通過將'^￡流體添加到管道36或從其去除而形成的可能性。曲 線圖42中的上曲線表示當一定量';^流體已經(jīng)添加到管道36中時排氣門 11的位置。通過在凸輪29開始起作用前將一定量的液壓流體添加到管道 36中，排氣門11可早于由凸輪29的輪廓所限定的時間打開。通過改變3/2 閥33的位置，添加的液壓流體量能夠在由凸輪29所限定的時間點之前或 之后去除。體積限制器41確保添加或從管道36去除的體積的量不會變得 過大。如果M流體的添加量在排氣門11由凸輪29的輪廓限定的關(guān)閉時 間點之前去除，排氣門將按照凸輪29所限定的時間點關(guān)閉。若M流體的10添加量在排氣門11由凸輪29的4^廓限定的關(guān)閉時間點之后去除，排氣門 將在較長一段時間內(nèi)保持打開。根據(jù)本實施方式的排氣門致動系統(tǒng)提供了 調(diào)整特性曲線(profiling)的可能性，即改變排氣門11的打開正時和改變 排氣門11的關(guān)閉正時。通過控制3/2閥33，才艮據(jù)本實施方式的排氣門致動 系統(tǒng)允許在發(fā)動機循環(huán)期間的任何所需時間在曲線圖42的上下曲線之間 改變。能夠通過改變排氣門11的打開和關(guān)閉正時而調(diào)節(jié)氣缸的后坐力和壓 縮壓力。用于排氣門11的打開和關(guān)閉的優(yōu)化正時/特性曲線的算法和數(shù)據(jù) 存儲在電子控制系統(tǒng)中，并根據(jù)運行條件和發(fā)動機特性而應用。圖4示出了才艮據(jù)本發(fā)明的排氣門致動系統(tǒng)的第二實施方式，第二實施 方式與參照圖3描述的實施方式基本上相同，但具有下面的差別。3/2岡 由液壓控制伺服閥35所替代。所述伺服閥連接到加壓^ta流體源49并連 接到容器箱。伺服閥35由控制閥37 M地控制，該控制閥37由發(fā)動機的 電子控制系統(tǒng)電氣地控制。發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)使用來自位置傳感器39 的信號來確定伺服閥35的正確位置。曲線圖42示出了由該實施方式能夠 獲得的對打開和關(guān)閉排氣門11的特性曲線進行改變的可能性。由此實施方 式，能夠獲得上下曲線之間的任何位置，其原因在于，添加到管道36的液 壓流體量或者從其去除的液壓流體量能夠自由地選擇，而所述量在圖3的 實施方式中由體積限制器確定。從而，該實施方式在排氣門11的打開和關(guān) 閉的特性曲線方面提供了進一步提高的靈活性。圖5示出了本發(fā)明的第三實施方式。在此實施方式中，液壓閥致動系 統(tǒng)還使用液壓推桿系統(tǒng)，該液壓推桿系統(tǒng)包括容積式泵32，該容積式泵由 管道36連接到液壓閥致動器34。然而，在此實施方式中，氣缸6設置有 額外的氣體交換閥46。額外的氣體交換閥46與排氣門ll相比而言相當小， 并提供通向排氣管道的小開口。額外的氣體交換閥46由小液壓致動器44 打開和關(guān)閉，該小液壓致動器44由發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)控制。致動器 44的運行完全獨立于凸輪軸驅(qū)動排氣門致動系統(tǒng)的運行。從而，額外的氣 體交換閥46的打開和關(guān)閉正時能夠最優(yōu)地選擇為與應用情況一致。通it^ 由凸輪29限定的用于打開排氣門11的時間點之前打開額外的氣體交換閥 46,能夠減小后坐力。通過在由凸輪29限定的用于關(guān)閉排氣門ll的時間點之后保持額外的氣體交換閥46打開，能夠減小壓縮壓力。曲線圖42解 釋了此實施方式的調(diào)整特性曲線的可能性。連續(xù)曲線表示排氣門11的運 動，虛線表示額外的氣體交換閥46的運動。圖6示出了本發(fā)明的第四實施方式，第四實施方式與參照圖5描述的 實施方式基本上相同，但額外的氣體交換閥46通過管道47連接到換氣容 器。從而在此實施方式中，只有壓縮壓力能夠通過額外的氣體交換閥調(diào)節(jié)。 曲線42解釋了此實施方式的調(diào)整特性曲線可能性。連續(xù)曲線表示排氣門 ll的運動，虛線表示額外的氣體交換閥46的運動。權(quán)利要求中使用的術(shù)語"包括"不排除其它元件。權(quán)利要求中使用的 術(shù)語"一"和"一個"不排除多個。盡管出于解釋的目的而已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明，但需要理解的是， 這些細節(jié)僅僅用于解釋的目的，本領域技術(shù)人員能夠在不偏離本發(fā)明范圍 的情況下在其內(nèi)進行改變。
權(quán)利要求
1. 一種十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機，其包括多個氣缸，每個氣缸設置有至少一個排氣門，至少一個設置有凸輪的凸輪軸，所述凸輪用于致動與每個所述氣缸相關(guān)聯(lián)的所述至少一個排氣門，與每個所述氣缸相關(guān)聯(lián)的液壓推桿，所述液壓推桿包括每個致動器一個液壓活塞泵，所述液壓活塞泵由所述凸輪軸上的相應凸輪驅(qū)動，每個排氣門一個用于在打開方向上移動該排氣門的液壓致動器，以及每個排氣門一個液壓管道，用于將相關(guān)致動器的液壓活塞泵與相關(guān)液壓致動器相連接，其特征在于，與每個所述液壓推桿相連接、用于以可控制的方式向所述液壓推桿添加或者從所述液壓推桿去除液壓流體的設備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中所述設備包括連接到每個所 述^ti推桿的可控制的加壓液壓流體源，以及連接到每個所述液壓管道的 可控制流體出口，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機，其中所述設備構(gòu)造成在與相關(guān) 氣缸相關(guān)聯(lián)的凸輪的有效工作階段之前或期間將一定量的液壓流體添加 到所述管道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其中所述設備構(gòu)造成在與相關(guān)氣釭 相關(guān)聯(lián)的凸輪的有效工作階段期間或之后從液壓推桿去除一定量的液壓 流體《
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其中所述設備包括電子控制液壓閥，出口
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機，進一步包括位于所述電子控制^a 閥和所述^￡推桿之間的體積限制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機，進一步包括位置傳感器，所述位置 傳感器可操作性地耦聯(lián)到所述排氣門，其中所述電子控制液壓閥響應于來 自所述位置傳感器的信號而受到控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，進一步包括每個排氣門一個用于 在關(guān)閉方向上迫壓該排氣門的彈性構(gòu)件。
9. 一種十字頭型的大型兩沖程柴油發(fā)動機，其包括 多個氣缸，每個氣釭設置有至少一個排氣門，至少一個設置有凸輪的凸輪軸，所述凸輪用于致動與每個所述氣釭相 關(guān)聯(lián)的至少一個排氣門，每個致動器一個液壓活塞泵，所述液壓活塞泵由所述凸輪軸上的相應 凸輪驅(qū)動，每個排氣門 一個用于在打開方向上移動該排氣門的M致動器，每個排氣門一個液壓管道，用于將相關(guān)致動器的液壓活塞泵與相關(guān)液 壓致動器相連接，與每個氣釭相關(guān)聯(lián)的額外氣體交換閥，以及致動系統(tǒng)，其獨立于所述凸輪軸而控制所述額外氣體交換閥的打開和 關(guān)閉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動機，其中所述致動系統(tǒng)電子地控制所述額外氣體交換閥的打開和關(guān)閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動機，其中，當與所述排氣門比較時，所述額外氣體交換閥相當小。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動機，其中所述額外氣體交換閥將相關(guān) 氣釭連接到排出氣體容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動機，其中所述額外氣體交換閥將相關(guān) 氣釭連接到換氣容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動機，其中所述致動系統(tǒng)還包括以可操 作的方式連接到所述額外氣體交換閥的液壓致動器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動機，其中所述致動系統(tǒng)構(gòu)造為用于控 制相關(guān)氣缸的后坐力。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動機，其中所述致動系統(tǒng)構(gòu)造為用于控 制壓縮壓力。
全文摘要
一種帶有排氣門致動系統(tǒng)的大型兩沖程柴油機，包括凸輪軸和液壓推桿，所述液壓推桿包括由所述凸輪軸驅(qū)動的活塞泵，所述凸輪軸通過管道耦聯(lián)到移動相關(guān)排氣門的液壓排氣門致動器。一設備在相關(guān)凸輪的有效工作時間段之前以可控制的方式將一定量的液壓流體添加到所述液壓推桿，從而在由所述凸輪輪廓所限定時間點之前打開所述排氣門。所述設備還在所述凸輪的有效工作時間段之后以可控制的方式將一定量的液壓流體從所述液壓推桿去除，從而在由所述凸輪輪廓所限定時間點之后關(guān)閉所述排氣門。額外小氣體交換閥設置有致動系統(tǒng)，所述致動系統(tǒng)獨立于所述凸輪軸而運行，用于控制所述氣缸的后坐力和壓縮壓力。
文檔編號F02D13/02GK101275474SQ20071009797
公開日2008年10月1日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者芬·考助普·延森 申請人:曼狄賽爾公司