專利名稱：液壓閥門驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獨立權(quán)利要求1前緒所述的液壓閥門驅(qū)動裝置。
這樣的閥門驅(qū)動裝置可以用來取代具有杠桿系統(tǒng)，例如具有發(fā)動機的進氣和/或排氣閥上的推桿(pushrods)的機械式驅(qū)動裝置。機械驅(qū)動裝置易于引起該裝置的機械部件的磨損而必須進行相當頻繁的重新調(diào)整。而且液壓裝置可以用相當簡單的方法來改變控制時間。這種調(diào)整對于具有不止一個進氣和/或排氣閥門的發(fā)動機來說是特別嚴格和精密的。
例如，對于具有兩個進氣閥/或排氣閥的氣缸來說，重要的是，兩個閥門能同步開關(guān)。在液壓閥門驅(qū)動裝置中，所謂的閥門活塞(ValVe piston)一般都與閥門軸桿(shaft of the valve)相撞擊，因為閥門軸桿是被彈簧力壓頂?shù)介y門活塞上的。
特別是對于大的柴油發(fā)動機(diesel engine)而言，在氣缸蓋(cylindercover)上制造閥門座(valve seat)時，尤其是在閥門和閥門座的研磨過程中，可能會稍稍出現(xiàn)一些差異，這種差異可導(dǎo)致閥門軸桿伸出長度上的不同。這些差異可能是在正負幾個毫米的范圍。通常這些差異幾乎總是在-1/+3mm之間。這些偏差具有緩沖器(damper)的浸沒深度(immersiondepth)的數(shù)量級，這可能會導(dǎo)致閥門在關(guān)閉時出現(xiàn)大的偏離和差異。提高加工精度和減少加工容差可能會對此有所改善，但由于涉及制造成本而不能被認為是合算的。即使如此，在閥門關(guān)閉過程中還得預(yù)料到會出現(xiàn)某些惱人的差異。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種能夠確保在給定的條件下進氣閥或排氣閥都能可靠地同步地打開和關(guān)閉的液壓閥門驅(qū)動裝置。
按照本發(fā)明所述，這樣的液壓閥門驅(qū)動裝置具有下述的特點它具有同步活塞，對于每一待驅(qū)動的閥門都有一個驅(qū)動腔和被驅(qū)動腔液壓驅(qū)動的閥門活塞，這樣即可使得閥門活塞同步運動，而且為了使同步活塞和閥門返回初始位置的運動得到緩沖，還設(shè)有一緩沖裝置，此外，還有一液壓裝置來補償兩個或更多閥門的軸桿的伸出長度的差異，上述閥門由液壓驅(qū)動裝置所驅(qū)動。所有從屬要求項都涉及本發(fā)明的進一步的一些有利發(fā)展。閥門驅(qū)動裝置可方便地被一種帶液壓管路系統(tǒng)的液壓活塞泵驅(qū)動。
按照本發(fā)明所述的的液壓驅(qū)動裝置可以同步推動兩個或多個閥門。在各個閥門的摩檫阻力的差別對同步?jīng)]有影響這個意義上講，各個閥門的驅(qū)動是彼此無關(guān)的。各個閥門軸桿伸出長度的差異可以被補賞，在操作過程中各閥門軸桿伸出長度的改變也可不斷地被校正。緩沖裝置(dampingdevice)確保液壓驅(qū)動裝置的同步活塞，因而閥門也同樣，以阻尼方式與閥門座接觸。無緩沖的大脈動的沖擊應(yīng)力可得以避免。這就增長了閥門和閥門座的使用壽命。此外，所謂的凹陷(pitting)，也就是在閥門的密封表面上形成的坑洼，也可用緩沖裝置來防止。但是液壓驅(qū)動裝置還能使閥門的密封過程在一定限度內(nèi)暫時被延遲。
應(yīng)該注意，除了所述及的液壓活塞泵外，其他的液壓壓力源也適用于液壓閥門驅(qū)動裝置。例如，名叫“共用給油管系統(tǒng)(common rail system)”的液壓高壓系統(tǒng)也很適用，其中的高壓流體是通過電磁控制閥由高壓流體系統(tǒng)饋送到液壓驅(qū)動裝置，再從液壓驅(qū)動裝置將液壓流體返送回高壓流體系統(tǒng)的貯存器。使用“共用給油管系統(tǒng)”還便于將緩沖裝置安裝在前端，即同步活塞的直徑變化的一端，以便減緩對氣缸蓋的沖擊。在“共用給油管系統(tǒng)”的不同結(jié)構(gòu)形式中，可以在閥門的開孔方向上給閥門活塞安裝一個緩沖裝置。
在下面將根據(jù)示意圖對本發(fā)明作一更詳細的描述，這些示意圖畫出了本發(fā)明的一些示范性的實施例?，F(xiàn)將它們簡介如下。


圖1是本發(fā)明所述的驅(qū)動兩個閥門的液壓驅(qū)動裝置的橫切面示意圖。
圖2是表示四沖程發(fā)動機的閥門位置與曲軸角度的關(guān)系的函數(shù)曲線。
圖3是本發(fā)明所述的為操作液壓驅(qū)動裝置用的具有液壓管路系統(tǒng)的液壓活塞泵。
圖4圖示出了閥門位置(上面的曲線)和活塞泵的活塞位置(下面的曲線)與曲軸角度和偏心輪角度的相應(yīng)函數(shù)關(guān)系以及相對于驅(qū)動泵運作過程而言，閥門關(guān)閉過程延遲的可能性。
圖1畫出了一個按本發(fā)明所述的，例如柴油發(fā)動機的兩個進氣閥門11，11′的液壓驅(qū)動裝置。閥門座111和111′是加工在氣缸蓋10上(只畫出了一部分)。兩個軸桿112和112′都各有一個相應(yīng)的凸緣(collar)113和113′，在每一個凸緣上都有一相應(yīng)的彈簧115和115′支頂著。閥門彈簧115和115′的另一端支撐在氣缸蓋10上。
閥門11和11′的液壓驅(qū)動裝置還具有一同步活塞12，在此處該活塞被做成一個臺階形活塞(stepped piston)。不同直徑的活塞段121和122分別在相應(yīng)的腔膛1210和1220中運動。把同步活塞做成臺階形形式是為了使得活塞運動時，在各腔膛1210和1220中產(chǎn)生的體積變化總是相等的。只要液壓流體能從氣缸空間120經(jīng)過管線1200流回到液壓活塞泵31，則同步活塞121就會被閥門彈簧115，115通過閥門活塞13，13′以及它們的液壓連接管線，推向初始位置。很可能由于液體損耗(間隙)而不能再到達初始位置，但是，安裝在腔膛1210中的彈簧1211則依舊能把同步活塞12完全推回到它的初始位置上。
為了防止同步活塞12對氣缸底部123沖擊太猛烈，同步活塞12的氣缸底部和同步活塞12的端部被做成這樣的形狀，使得它們能共同形成一個緩沖器124。該緩沖器124阻礙液壓油回流進管線1200，因而減少了單位時間的回流量。
同步活塞12對于氣缸底部123沖擊的緩沖也導(dǎo)致閥門11和11′對閥門座111和111′沖擊的緩沖。
如果兩個閥門活塞13，13′具有相等的尺寸而且同步活塞12相應(yīng)的作用面積125，125′的大小也相等，則同步活塞移動一給定行程(when movingover a given path)時，兩閥門活塞13，13′移動的距離也相等。閥門軸桿112和112′也會這樣同步移動。就本文的意義而言，“同步”是用來表示“同時地和以同樣方式移動過同樣的距離”。
當然，同步活塞的作用面積125，125′大小不等的其它同步活塞和閥門活塞的構(gòu)形也是可能的。唯一重要的是，同步活塞12的一個腔膛1210或1220的移動體積應(yīng)與相應(yīng)閥門活塞13，13′在相應(yīng)氣缸130，130′的移動體積匹配，以使得相應(yīng)的閥門活塞13，13′，因而相應(yīng)的閥門11，11′也具有相同的行程(stroke)。
為了補償由于泄漏而引起的可能損耗，可通過兩個供應(yīng)管路114和114′向液壓管路供給液壓流體。單向閥1141和1141′用來防止液壓油的回流。無論如何，將液壓油送進系統(tǒng)還會有下述后果閥門活塞始終都與閥門軸桿112，112′的端部接觸而與閥門軸桿112，112′伸出長度(從閥門軸桿端部到氣缸蓋的距離)H，H′可能存在的任何差異無關(guān)。
補償由泄漏引起的油的損耗的其他可能性是，例如通過同步活塞12中的一個小孔引入一損耗量的油，這個小孔將壓力腔120與腔膛1210，1220相連通。為了使腔膛之間的影響足夠小，在它們之間的通道中設(shè)置一些節(jié)流孔(choke aperture)。在一個不同的裝置中，這些用來供應(yīng)補償泄漏的液壓油用的孔可以經(jīng)過外殼通到各腔膛。
圖2畫出了四沖程柴油發(fā)動機中閥門開閉與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線。當曲軸轉(zhuǎn)角大約在180°和250°之間時，閥門是打開的。在閥門關(guān)閉以后，閥門11，11′仍然處于靜止狀態(tài)，或關(guān)閉狀態(tài)R，直到它再次打開。這樣它的關(guān)閉期是在曲軸轉(zhuǎn)角為470°與540°之間。如果閥門11，11′是處于靜止狀態(tài)R時，液壓油就經(jīng)由供給管路補充進系統(tǒng)。
具有管路系統(tǒng)3的液壓活塞泵示意地畫在圖3.中。它可用于驅(qū)動，例如圖1所示的液壓驅(qū)動裝置的同步活塞。該裝置實質(zhì)上是由一輸送液壓油的活塞泵31所組成。具有單向閥321的主管路32從這個活塞泵出發(fā)通到驅(qū)動裝置，如圖1所示。
旁路管線33跨接在單向閥321的兩側(cè)，把液壓油排入活塞泵31的氣缸空間310。旁路管線34也跨接在單向閥321的兩側(cè)，從兩端將液壓油排入主管路32。在旁路34中裝有一換向閥(switchable valve)，可用，例如壓縮空氣管路342將它換向。
換向閥341也可是液壓式、電磁式或其它形式的換向閥。如果主管路中的單向閥321在打開狀態(tài)時可能被阻塞，即可啟用旁路管線34。
供給管路35用來提供液壓系統(tǒng)中由于泄漏損耗而失去的液壓流體。該管路包含一單向閥351。多余的液壓油可以通過旁路352送回該供應(yīng)管路?；钊?1的活塞可由，例如偏心輪(未畫出)驅(qū)動。
具有管路系統(tǒng)3的活塞泵的作用及運作方式說明于下。
假設(shè)控制管路342中的控制壓力被打開。在泵活塞311的排氣沖程(delivery stroke)中將會發(fā)生下述情況在3512被活塞311封閉后，液壓流體則將經(jīng)由路徑33，32，34傳送到液壓驅(qū)動裝置以驅(qū)動閥門。之后，旁路33的連接口332被封閉，液壓流體繼續(xù)經(jīng)32，34流動。
在泵活塞311的向下沖程中將發(fā)生下述情況主管路32被單向閥關(guān)閉。旁路33仍然被擋住孔332的活塞311所封閉。但是，旁路34卻是打開著的而且被驅(qū)動的同步活塞的關(guān)閉運動是跟隨在活塞311的關(guān)閉運動之后。該運動用實線41表示在圖4的上部。
假設(shè)控制管路342中的控制壓力被關(guān)上，這意味著旁路34被關(guān)閉。在泵活塞311的排氣沖程將出現(xiàn)下列情況在活塞311將3512封閉以后，則液壓流體經(jīng)由路徑33，32傳送到液壓驅(qū)動裝置以驅(qū)動閥門。之后，旁路33的連接口332被封閉，液壓油則可經(jīng)路徑32繼續(xù)流動。
在泵活塞311向下的沖程中將會出現(xiàn)下述情況主路32被單向閥關(guān)閉。旁路33也被堵住孔332的活塞311關(guān)閉。旁路34也是關(guān)閉的。只要旁路33的連接口332被活塞311關(guān)閉，被驅(qū)動的液壓同步活塞121就不跟隨活塞311運動。這樣，活塞311向下運動時，最初，閥門(圖1)沒有被同步活塞12的運動所打開。關(guān)閉過程的曲線用虛線42示于圖4的上部。
系統(tǒng)體積的增加被由供給管路35所提供的液壓流體所補償(equalised)。通常，在供應(yīng)管路中很小的，例如3-10巴(bar)的低壓就足夠了。一旦活塞311開始打開孔332，則反向流動(revese f1ow)就經(jīng)由33開始了。閥門關(guān)閉運動現(xiàn)在也隨之開始，而且被活塞311的向下運動所控制。在活塞311的下轉(zhuǎn)折點附近，孔3512就被打開。關(guān)閉運動(closure motion)現(xiàn)在仍將繼續(xù)而“無控制”。為了避免對閥門的猛烈沖擊，同步活塞上的緩沖器124這時就起作用(圖1)。
閥門的關(guān)閉運動在圖4中以虛線42表示。在圖4的下面一圖中，曲線40表示出了按圖3所示的裝置的活塞311的沖程過程(the course of thestroke)。在下面的曲線40上的點44相當于活塞311的這樣一個位置，在這個位置上，在反向運動時活塞311就放開了孔332，使得液壓油可以回流。這個曲線40畫出了活塞311的運動過程與曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系。如果閥門11，11′的關(guān)閉過程是在活塞到達這個位置44之前開始，則液壓油的回流就可用打開閥門341的方法來實現(xiàn)。
液壓驅(qū)動裝置1適于一個發(fā)動機氣缸上具有兩個或更多閥門11，11′的情形，尤其是適于大柴油發(fā)動機的進氣閥門11，11′或排氣閥門的情形。液壓同步活塞12，122對于每一待驅(qū)動的閥門都有一驅(qū)動腔1210，1220，它們分別驅(qū)動一個相應(yīng)的待驅(qū)動的閥門11，11′的活塞13，13′，使得閥門活塞13，13′同步地運動而且具有同樣的行程。緩沖裝置124使同步活塞12返回初始位置的回程運動得到緩沖。采用液壓裝置1可使閥門11，11′的軸桿112，112′的伸出長度H，H′的差異得到補償。
權(quán)利要求
1.用于兩個以上的發(fā)動機氣缸閥門，尤其是大柴油發(fā)動機的進氣閥門的液壓驅(qū)動裝置(1)，其特征是它具有同步活塞(12，122)，對于每一待驅(qū)動的閥門11，11′都有一個驅(qū)動腔(1210，1220)和被驅(qū)動腔液壓驅(qū)動的閥門活塞(13，13′)，這樣即可使得閥門活塞(13，13’)同步運動，而且為了使同步活塞(12)和閥門(11，11′)返回初始位置的運動得到緩沖，還設(shè)有一緩沖裝置(124)，此外，還有一液壓裝置(1)來補償兩個或更多閥門(11，11′)的軸桿(112，112′)的伸出長度(H，H)的差異，上述閥門(11，11′)由液壓驅(qū)動裝置(1)所驅(qū)動。
2.按照權(quán)利要求1所述的液壓驅(qū)動裝置(1)，其特征在于用于緩沖同步活塞(12)的返回運動的緩沖機構(gòu)具有一個減小返回的液壓驅(qū)動流體的液流橫截面的裝置(124)。
3.按照權(quán)利要求2所述的的液壓驅(qū)動裝置(1)，其特征在于減小液流橫截面的裝置(124)是由同步活塞(121)的驅(qū)動側(cè)(drive side)和活塞氣缸壁的形狀構(gòu)成的。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項所述的的液壓驅(qū)動裝置(1)，其特征在于補償伸出長度(H，H′)的差異的液壓裝置(hydraulic device)具有一液壓流體的饋送裝置(114，114′)(feeding device)。
5.按照權(quán)利要求1-4的任一項所述的的液壓驅(qū)動裝置(1)，其特征在于它具有一使同步活塞往復(fù)運動的驅(qū)動活塞，還具有一個液壓開關(guān)裝置(3)，它可用來延遲同步活塞(12)返回初始位置的運動，這種延遲是與驅(qū)動活塞(311)返回它的初始位置的運動，因而也就是與液壓流體回流到驅(qū)動活塞(311)的氣缸空間(310)的運動相比較而言的。
6.按照權(quán)利要求1-5之一所述的用來啟動液壓驅(qū)動裝置的液壓活塞泵(31)，其特征在于它具有一個由液壓管路(32，33，34，35，352)組成的管路系統(tǒng)，這些管路是用來在活塞泵(31)與驅(qū)動裝置之間來回輸送液壓流體的，一個具有單向閥(321)的主管路(32)，該單向閥可防止流體流回泵的氣缸(310)以及一個具有跨接在主管路(32)的單向閥(321)兩側(cè)的換向閥門(341)的旁路(34)，此外，還有一個第二供應(yīng)和返回管路(33)，它也跨接在主管路(32)的單向閥(321)兩側(cè)，并通過液壓活塞泵(31)的氣缸壁上的連接口(332)將液壓油排入氣缸空間(310)。
7.按照權(quán)利要求1-5之一所述的推動液壓驅(qū)動裝置的液壓活塞泵(31)，其特征在于它具有一個用來在活塞泵(31)與驅(qū)動裝置之間來回輸送液壓流體的液壓管路系統(tǒng)(32，33，35，352)，一個具有一單向閥(321)的主管路(32)，單向閥可有選擇地保持在打開狀態(tài)，同時它可防止流體回流到處于開放狀態(tài)(in unblocked state)的泵氣缸(310)以及一個跨接在主管路(32)上的單向閥(321)兩側(cè)的第二供給和返回管路(33)，它通過液壓活塞泵(31)的氣缸壁上的連接口(332)將流體排入活塞泵(31)的氣缸空間(310)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的液壓活塞泵(31)，其特征在于它具有一個饋送裝置(35，352)，它用來把液壓流體以貯液桶中取出和向其中排入。一個饋送管路(feeding line)(35)，其上裝有一個防止液壓流體回流到貯液桶(reservoir)的單向閥(351)以及一個供給和返回管路(352)，它與饋送管路(35)上的單向閥(351)并聯(lián)，而且在下反轉(zhuǎn)點附近，它通過接口(3512)將流體排放入活塞泵(311)的氣缸(310，3512)。
9.按照權(quán)利要求8所述液壓活塞泵(311)，其特征在于饋送管路(35)在上反轉(zhuǎn)點附近將液壓流體排放進氣缸空間(310)，供給和返回管路(352，3512)是在下反轉(zhuǎn)點附近將流體排入氣缸空間(310)，以及液壓驅(qū)動裝置的第二供給和返回管路(33)是在上，下反轉(zhuǎn)點之間的高度上將液壓流體排入氣缸空間(310)。
10.按照權(quán)利要求1-9之一所述的大柴油發(fā)動機，其特征在于都具有一個氣缸進氣閥門(11，11′)或排氣閥門的驅(qū)動裝置(1)。
全文摘要
液壓驅(qū)動裝置(1)適于一個發(fā)動機氣缸上具有閥門的情形，尤其適于大型柴油發(fā)動機的進氣閥門(11，11′)或排氣閥門的情形。液壓同步活塞(121，122)對于每一待驅(qū)動的閥門都有一對應(yīng)的驅(qū)動腔(1210，1220)，此同步活塞又以這樣的方式來驅(qū)動一個待驅(qū)動的相應(yīng)閥門(11，11′)的活塞(13，13′)，也即是使得閥門活塞(13，13′)同步運動并具有相同的沖程。緩沖裝置(124)可使同步活塞(12)到初始位置的返回運動得到緩沖。液壓裝置(1)可使閥門(11，11′)的軸桿(112，112′)的伸出長度(H，H′)的差異得到補償。
文檔編號F02B3/06GK1160120SQ9612283
公開日1997年9月24日 申請日期1996年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月3日
發(fā)明者A·羅蘭, G·帕特里克, Y·圖爾漢 申請人:新蘇舍柴油機有限公司