用于控制排气门的关闭的排气门装置和方法
用于控制排气门的关闭的排气门装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及按照权利要求1的前序部分的供活塞发动机用的排气门装置。本发明还涉及在其它独立权利要求的前序部分中定义的用于控制活塞发动机的排气门的关闭的方法。
【背景技术】
[0002]许多内燃机设置有用于可变进气门关闭(VIC)的装置，这样允许为了使内燃机性能最佳采用不同的进气门关闭正时。近来，用于可变排气门关闭(VEC)的其它布置已经变得更普遍。在利用两级涡轮增压的发动机中，VEC布置是尤其有益的。当增压压力可以高时，对于不同的负载，需要进行不同的扫气。当发动机在高负载下运行时，为了冷却发动机的组件，需要的扫气时间长。因此，在排气冲程期间，排气门保持长时间打开。另一方面，当发动机在低负载下运行时，进气的压力低于排气的压力。为了防止从排气管道流入进气管道中，需要在进气门打开的同时或略微在此之后，关闭排气门。在包括用于通过注入水来冷却再循环废气的装置的发动机中，可变排气门关闭正时也是有用的。当运用水注入时，不需要进气门和排气门重叠，但如果需要关闭水注入，则为了允许在满负荷情况下操作发东西，需要更长的扫气。通常，通过利用布置在排气门和操作排气门的凸轮之间的腔室来实现VEC布置。以传统方式通过凸轮来打开排气门。在排气门的打开运动期间，液压流体被引入腔室中。排气门的关闭时刻和关闭速度取决于来自腔室的流出物。例如，可通过用阀门防止流出物来提供关闭延迟。这种解决方案的问题在于，在系统故障的情况下，排气门的关闭可能会被防止，并且活塞可能会碰撞排气门，造成重大损害。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种改进的供活塞发动机用的排气门装置，所述装置允许延迟关闭所述排气门，但防止发动机的活塞撞击排气门。在权利要求1的特征部分中提供了根据本发明的装置的表征特征。本发明的另一个目的是提供用于控制活塞发动机的排气门的关闭的改进方法。在其它独立权利要求的特征部分中提供了所述方法的表征特征。
[0004]根据本发明的装置包括:至少一个排气门；可旋转凸轮；力传递机构，其用于将所述凸轮的旋转运动转变成线性运动并且沿所述排气门的至少打开方向将所述线性运动传递到排气门；流体腔室，液压流体可在所述排气门的打开运动期间引入到流体腔室中；活塞，其布置在所述流体腔室中并且连接到所述力传递机构或所述排气门；至少一个排出口，其用于从所述流体腔室排放所述液压流体以允许关闭所述排气门；以及流动控制机构，其用于控制所述流体腔室的流出物并且允许放慢或延迟所述排气门的关闭运动。所述排出口和所述流动控制机构被构造成允许来自所述流体腔室的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
[0005]在根据本发明的方法中，在所述排气门的由凸轮控制的打开运动期间，将液压流体引入流体腔室，并且控制来自所述流体腔室的流出物，以影响活塞的运动并且允许放慢或延迟所述排气门的关闭运动，所述活塞布置在所述流体腔室中并且连接到所述排气门或连接到位于凸轮和所述排气门之间的力传递机构。允许来自所述流体腔室的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
[0006]措辞“关闭曲线”意指排气门的随曲柄角的变化而变化的升程。措辞“凸轮曲线”意指凸轮从动件的随曲柄角的变化而变化的运动。当没有使用延迟功能并且由凸轮的形状来确定排气门的升程时，排气门的关闭曲线因此对应于凸轮曲线。用根据本发明的装置和方法，可延迟或放慢排气门的关闭，而发动机的活塞没有撞击排气门的风险。当排气门开始关闭运动时，来自流体腔室的流出物不受限制。只有在排气门已运动一定距离之后，才发生流出物的节流。确定所述距离，使得节流开始时刻的排气门升程小于上死点处发动机的位于相应气缸中的活塞和关闭的排气门之间的距离。排气门的关闭曲线因此首先对应于凸轮曲线，但在开始节流之后，关闭曲线的斜率可不及凸轮曲线的斜率陡。
[0007]存在许多控制来自流体腔室的流出物的替代方式。例如，流体腔室中的活塞可被布置成对流动进行节流。活塞的端部的直径可小于活塞的剩余部分。当排气门完全打开时，流体腔室的排出口也完全打开。当活塞已运动了预定距离时，它覆盖一个或多个排出口，并且允许来自流体腔室的流出物通过形成在活塞和流体腔室的壁之间的小间隙。
[0008]另一个选择是提供具有两个或更多个排出口的流体腔室，这些排出口处于不同高度，g卩，与流体腔室的端部的距离不同。当排气门完全打开时，所有排出口也完全打开。当活塞已运动了预定距离时，它阻塞排出口中的至少一个排出口，并因此限制流出物。排出口中的一些排出口或与排出口连接的排出管道可设置有节流阀。这些节流阀可以是可调的。还可以给排出口中的一些排出口或管道提供阀门，该阀门允许调节流出物。
【附图说明】
[0009]以下，参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中:
[0010]图1示出带有VEC功能的排气门打开机构，
[0011]图2示出根据本发明的实施方式的排气门装置，
[0012]图3示出本发明的第二实施方式，
[0013]图4示出本发明的第三实施方式，
[0014]图5示出本发明的第四实施方式，
[0015]图6示出本发明的第五实施方式，
[0016]图7示出当禁用VEC功能时的阀门升程，以及
[0017]图8示出当启用VEC功能时的阀门升程。
【具体实施方式】
[0018]根据本发明的排气门装置尤其适于大型内燃机(诸如，在轮船的主发动机或辅助发动机或在发电站中用于产生电力的发动机)。本发明尤其可用于具有两级涡轮增压的发动机中和使用再循环废气进行水冷却的发动机中。然而，该装置还可用于其它类型的发动机。
[0019]在图1中示出排气门13的阀门打开机构的示例。在该情况下，内燃机的各气缸设置有不止一个排气门13，排气门打开机构可用于控制一个气缸的所有排气门13。排气门13布置在气缸盖18中，用于打开和关闭内燃机的气缸16和排气管道17之间的流体连通。弹簧15布置在排气门13的杆周围，以在排气门13未启动时保持它是关闭的。阀门打开机构设置有用于延迟排气门13的关闭的VEC功能。阀门打开机构包括作为凸轮轴的部分的凸轮I。凸轮I设置有基圆Ia和从基圆Ia向外径向延伸的凸角lb。凸轮从动单元2的凸轮从动轮2a恒定地接合凸轮I。该装置可设置有弹簧，弹簧将凸轮从动轮2a压贴凸轮I。排气门13的打开以传统方式工作。凸轮从动轮2a变成接合凸轮I的凸角Ia时，凸轮从动单元2被推离凸轮I的旋转轴，即，在图1中的向上方向。凸轮从动单元2形成力传递机构2、3、14、19的部分，这些力传递机构将凸轮I的旋转运动转换成线性运动，并进一步将这一运动传递到排气门13。力传递机构还包括第一推杆3、第二推杆19和摇臂14。第一推杆3与凸轮从动单元2至少在排气门13的打开方向上机械接触。第二推杆19连接到摇臂14。摇臂14将第二推杆19的运动传递到排气门13。另外，可使用许多其它类型的力传递机构。例如，力传递路径的部分可以是液压的。
[0020]为了放慢或延迟排气门13的关闭运动，阀门打开机构设置有流体腔体4，在排气门13的打开运动期间，可将液压流体引入流体腔室4中。流体腔室4通过进入口 5a连接到进入管道5。液压流体可通过入口管道5和进入口 5a被引入流体腔室4中。该装置还可设置有两个或更多个进入口 5a和/或进入管道5。进入管道5设置有止回阀6，止回阀6允许流入流体腔室4中但不允许流出腔室4。作为止回阀6的替代，或者作为止回阀6的补充，进入管道5可设置有闭合阀，闭合阀用于选择性允许或防止流入流体腔室4中。闭合阀允许启用和禁用VEC功能。如果闭合阀被关闭，则不允许流入流体腔室4中，并且禁用VEC功能。阀门打开结构接着以与传统凸轮控制排气门打开机构相同的方式工作。图7示出当禁用VEC时的阀门升程。阴影区表示排气门和进气门的重叠。活塞7布置在流体腔室4中。活塞7限定流体腔室4的边界并且液压流体被引入活塞7和流体腔室4的凸轮轴端之间。在图1的实施方式中，活塞7连接到第一推杆3和第二推杆19，即，活塞位于第一推杆3和第二推杆19之间。第一推杆3在排气门13的打开方向上将凸轮从动单元2的运动传递到活塞7，并且第二推杆19将活塞7的运动传递到摇臂14。然而，流体腔室4和活塞7还可按许多其它方式设置。原理上，流体腔室4可布置在汽缸盖18内并且活塞7可连接到排气门13的杆，但这是不切实际的。然而，活塞7可连接到除了第一推杆3和第二推杆19之外的力传递机构的某个其它部分。活塞7 —直随排气门13 —起运动。
[0021]当凸轮从动轮2a变成接合凸轮I的凸角Ia时，活塞7随第一推杆3—起运动。如果关闭阀被打开，则通过活塞7的运动，将液压流体从进入管道5吸入流体腔室4中。第一推杆3与凸轮从动单元2保持接合。当凸轮I旋转以使得凸轮从动轮2a接合凸角Ia的顶端时，排气门13被完全打开。当凸轮从动轮Ia进入凸角Ia的下降斜道时，排气门13开始关闭。当排气门13开始关闭运动时，排气门13首先遵循凸轮曲线。通过限制来自流体腔室4的流出物，排气门的关闭速度可被放慢。在图8中，用实线示出排气门13的升程并且用虚线示出凸轮曲线。阴影区域表示排气门13和进气门的重叠。
[0022]在图2中示出限制来自图1的阀门打开机构的流体腔室4的流出物的一种布置。在图2的实施方式中，流体腔室4设置有一个排出口 8和与排出口 8连接的排出管道9。排出口 8和排出管道9被确定尺寸，使得通过排出口 8的最大流速足以允许活塞7在排气门13开始关闭运动时遵循凸轮曲线。当排气门13和活塞7已在排气门13的关闭方向上运动了特定的预定距离时，活塞7开始对流体腔室4的流出物进行节流。这发生在活塞7的凸轮轴端处于排出口8的高度(即，图2的阶段3中)时。活塞7的处于该活塞7的凸轮端处的直径略小于活塞9的剩余部分的直径。活塞7因此没有完全堵塞排出口 8，而是在活塞7和流体腔室4的壁之间形成了小间隙。液压流体可通过这个间隙流向排出口 8。然而，进行节流，使得活塞7不能够跟随凸轮从动单元2。活塞7因此可像流动控制机构一样工作并且放慢排气门13的关闭速度，使得在第一推杆3和凸轮从动单元2之间形成间隙，如图2的阶段4中所示。如可在图8中看到的，排气门13的关闭曲线的斜率不及凸轮曲线陡，并且当凸轮从动轮2a已经返回到凸轮I的基圆Ia时继续排气门13的关闭运动。扫气时间的持续时间比禁用VEC的情况长。当活塞7接近流体腔室4的凸轮 轴端时，活塞7的较粗部分局部地堵塞排出口 8，如图2的阶段5中所示。排气门13的关闭速度因此进一步减小，从而允许平稳地关闭。最终，流体腔室4被排空并且第一推杆3变成再次接合凸轮从动单元2，如在图2的阶段6中可看到的。活塞7可具有不止两个的不同直径，以允许排气门13的关闭速度逐渐改变，或者活塞7的直径可无级地减小。
[0023]在图3中示出本发明的另一个实施方式。这个实施方式的操作原理与图1的实施方式中相同。另外，在图3的布置中，在排气门13的打开运动期间，液压流体被引入流体腔室4中，并且活塞7像流动控制机构一样工作。当凸轮从动轮2a进入凸轮I的凸角Ia的下降斜道时，排气门13可首先自由地运动。流体腔室4设置有第一排出口 8a、第二排出口8b和第三排出口 8c以及相应的排出管道9a、9b和9c。第二出口管道9b设置有阀门10，阀门10可用于防止流入第二排出管道9b。阀门10像附加的流动控制机构一样工作。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过所有的排出口 8a、8b、8c流出流体腔室。排出口 8a、8b、8c和排出管道9a、9b、9c被确定尺寸，使得当第一排出口 8a和第三排出口 8c空闲时，排气门13能够遵循凸轮曲线。这样确保了即使第二排出管道9b的阀门10被关闭，也能实现足够的关闭速度。当活塞7已运动了一定距离时，它堵塞第一排出口 8a并且限制来自流体腔室4的流出物。当活塞7运动以更接近流体腔室4的凸轮轴端时，活塞7也堵塞第二排出口 8b，液压流体可只通过第三排出口 8c流出流体腔室4。这样确保了排气门13平稳地关闭。第二排出管道9b中的阀门10可用于防止更早地流过第二排出口 Sb。
[0024]在图4的实施方式中，该装置设置有两个排出口 8a、8b和排出管道9a、％。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过第一排出口 8a和第一排出管道Sb以及第二排出口9a和第二排出管道9b流出流体腔室4。排出口 8a、8b和排出管道9a、9b被确定尺寸，使得当排出口 8a、8b都打开时，排气门13可遵循凸轮曲线。在活塞7已运动了一定距离之后，它堵塞第一排出口 8a并且限制流出物。第二排出管道9b设置有可调节流阀11，节流阀11像附加的流动控制机构一样工作。用节流阀11，可实现不同的关闭曲线。节流阀11还可用于限制在排气门13结束关闭运动时有更多流出物，以确保平稳关闭。
[0025]图5的实施方式类似于图4的实施方式。在这个实施方式中，第二出口管道9b没有设置节流阀，但第二排出管道％连接到第二腔室12，凸轮从动单元2被布置成在第二腔室12中运动。当凸轮从动轮2a位于凸轮I的凸角Ib上时，凸轮从动单元I堵塞第二排出管道9b的另一端。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过第一排出口 8a自由地流出流体腔室4。第一排出口 8a和第一排出管道9a被确定尺寸，使得通过第一排出口 8a的流速足以允许排气门13遵循凸轮曲线。当排气门13已在阀门13的关闭方向上运动了一定距离时，活塞7堵塞第一排出口 8a。因此，防止从流体腔室4有流出物。当凸轮从动轮2a进入凸轮I的基圆Ia时，允许流体通过第二排出口 8b流入第二腔室12中。然而，流体腔室4的排空不是立即发生的，因此排气门13的关闭有延迟。
[0026]另外，图6示出其中该装置设置有两个排出口 8a、8b和排出管道9a、9b的实施方式。第二排出管道％设置有快速关闭阀门10，快速关闭阀门10可以例如是电动或液压操作的。第一排出口 8a和第一排出管道9a被确定尺寸，使得通过第一排出口 8a的流速足以允许排气门13遵循凸轮曲线。这样确保了，即使在第二排出管道9b的阀门10不工作的情况下，也可足够快地排空流体腔室4。在排气门13开始关闭运动时，允许来自流体腔室4的流出物通过第一排出口 8a和第二排出口 8b 二者。在活塞7已运动一定距离之后，活塞7堵塞第一排出口 8a并且只允许流出物通过第二排出口 8b。第二排出管道9b中的阀门11可用于控制流过第二排出口 8b，以实现所需的排气门关闭曲线。作为安全的布置，流体腔室4可设置有第三排出管道，当凸轮从动轮2a位于凸轮I的基圆Ia或凸角Ib上时，防止在第三排出管道中存在管道流动。例如，第三排出管道的另一端可被凸轮从动单元2堵塞。凸轮I的外形还设置有位于凸轮I的基圆Ia下方的部分。当凸轮从动轮2a进入基圆Ia下方的部分时，允许流过第三排出管道。通过这种布置，即使在第二排出管道9b中的阀门11发生故障的情况下，也可确保流体腔室4的排空和排气门13的关闭。
[0027]在描述的所有实施方式中，对流出物的节流只发生在已关闭排气门13之后，这足以防止气缸16的活塞撞击排气门13。当开始节流时，排气门升程因此小于上死点处活塞和关闭的排气门13之间的距离，如图7和图8中看到的，图7和图8还示出活塞环绕上死点的运动。
[0028]在描述的本发明的所有实施方式中，确定可在其之后对来自流体腔室4的流出物进行节流的预定距离，使得防止了排气门13与内燃机的位于相应气缸中的活塞之间的接触。对应位置的排气门13的升程因此小于当活塞处于上死点时关闭的排气门13和内燃机的各个活塞之间的距离。
[0029]本领域的技术人员应该理解，本发明不限于上述实施方式，而是可在随附权利要求书内变化。例如，可组合不同实施方式的特征。
【主权项】
1.一种供活塞发动机用的排气门装置，其中，所述排气门装置包括:至少一个排气门(13);可旋转凸轮⑴；力传递机构(2、3、14、19)，其用于将所述可旋转凸轮⑴的旋转运动转变成线性运动并且至少沿所述排气门(13)的打开方向将所述线性运动传递到所述排气门(13);流体腔室(4)，液压流体能在所述排气门(13)的打开运动期间被引入到所述流体腔室中；活塞(7)，其布置在所述流体腔室(4)中并且连接到所述力传递机构(2、3、14、19)或所述排气门(13);至少一个排出口(8、8a、8b、8c)，其用于从所述流体腔室(4)排放所述液压流体以允许关闭所述排气门(13);以及流动控制机构(7、10、11)，其用于控制来自所述流体腔室(4)的流出物并且允许放慢或延迟所述排气门(13)的关闭运动，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)和所述流动控制机构(7、10、11)被构造成允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定距离被确定成使得在所述排气门(13)的对应位置，所述排气门(13)与所述发动机的位于相应气缸中的活塞之间的接触被防止。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，来自所述流体腔室(4)的所述流出物不被节流，直到所述排气门(13)已运动了所述预定距离。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流体腔室(4)中的所述活塞(7)被布置成，在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后，对来自所述流体腔室(4)的流出物进行节流。5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流体腔室(4)包括至少两个排出口(8、8a、8b、8c)，并且所述活塞(7)被布置成在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后阻塞所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个排出口。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个排出口或与所述排出口 (8、8a、8b、8c)连接的排出管道(9、9a、9b、9c)设置有节流阀(11)。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述节流阀(11)是可调节的。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个或与所述排出口 (8、8a、8b、8c)连接的排出管道(9、9a、9b、9c)设置有阀(10)。9.一种用于控制活塞发动机的排气门(13)的关闭的方法，在所述方法中，在所述排气门(13)的由凸轮控制的打开运动期间将液压流体引入流体腔室(4)，并且控制来自所述流体腔室(4)的流出物，以影响活塞(7)的运动并且允许放慢或延迟所述排气门(13)的关闭运动，所述活塞(7)布置在所述流体腔室(4)中并且连接到所述排气门(13)或连接到位于凸轮(I)和所述排气门(13)之间的力传递机构(2、3、14、19)，其特征在于，允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，不对所述流出物进行节流，直到所述排气门(13)已运动了所述预定距离。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过用所述活塞(7)阻塞所述流体腔室⑷的至少一个排出口(8、8a、8b、8c)来限制所述流出物。12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后，通过用所述活塞(7)对流动进行节流来限制所述流出物。13.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过用至少一个节流阀(11)对流动进行节流来限制所述流出物，所述节流阀(11)被布置成与所述流体腔室(4)的排出口(8、8a、8b、8c)或排出管道(9、9a、9b、9c)连接。14.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，用至少一个阀门(10)来限制所述流出物，所述阀门(10)被布置成与排出口 (8、8a、8b、8c)或排出管道(9、9a、9b、9c)连接。
【专利摘要】供活塞发动机用的排气门装置包括布置在凸轮(1)和排气门(13)之间的力传递机构(2、3、14、19)。可在排气门(13)的打开运动期间将液压流体引入流体腔室(4)中。活塞(7)布置在流体腔室(4)中并且连接到力传递机构(2、3、4、19)。通过控制来自流体腔室(4)的流出物，可控制所述排气门(13)的关闭速度。允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
【IPC分类】F01L9/02, F01L1/16, F01L1/14, F01L13/00
【公开号】CN104903552
【申请号】CN201380069506
【发明人】马格努斯·松德斯滕, S·尼尼康佳斯
【申请人】瓦锡兰芬兰有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月27日
【公告号】EP2941545A1, WO2014106681A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及按照权利要求1的前序部分的供活塞发动机用的排气门装置。本发明还涉及在其它独立权利要求的前序部分中定义的用于控制活塞发动机的排气门的关闭的方法。
【背景技术】
[0002]许多内燃机设置有用于可变进气门关闭(VIC)的装置，这样允许为了使内燃机性能最佳采用不同的进气门关闭正时。近来，用于可变排气门关闭(VEC)的其它布置已经变得更普遍。在利用两级涡轮增压的发动机中，VEC布置是尤其有益的。当增压压力可以高时，对于不同的负载，需要进行不同的扫气。当发动机在高负载下运行时，为了冷却发动机的组件，需要的扫气时间长。因此，在排气冲程期间，排气门保持长时间打开。另一方面，当发动机在低负载下运行时，进气的压力低于排气的压力。为了防止从排气管道流入进气管道中，需要在进气门打开的同时或略微在此之后，关闭排气门。在包括用于通过注入水来冷却再循环废气的装置的发动机中，可变排气门关闭正时也是有用的。当运用水注入时，不需要进气门和排气门重叠，但如果需要关闭水注入，则为了允许在满负荷情况下操作发东西，需要更长的扫气。通常，通过利用布置在排气门和操作排气门的凸轮之间的腔室来实现VEC布置。以传统方式通过凸轮来打开排气门。在排气门的打开运动期间，液压流体被引入腔室中。排气门的关闭时刻和关闭速度取决于来自腔室的流出物。例如，可通过用阀门防止流出物来提供关闭延迟。这种解决方案的问题在于，在系统故障的情况下，排气门的关闭可能会被防止，并且活塞可能会碰撞排气门，造成重大损害。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种改进的供活塞发动机用的排气门装置，所述装置允许延迟关闭所述排气门，但防止发动机的活塞撞击排气门。在权利要求1的特征部分中提供了根据本发明的装置的表征特征。本发明的另一个目的是提供用于控制活塞发动机的排气门的关闭的改进方法。在其它独立权利要求的特征部分中提供了所述方法的表征特征。
[0004]根据本发明的装置包括:至少一个排气门；可旋转凸轮；力传递机构，其用于将所述凸轮的旋转运动转变成线性运动并且沿所述排气门的至少打开方向将所述线性运动传递到排气门；流体腔室，液压流体可在所述排气门的打开运动期间引入到流体腔室中；活塞，其布置在所述流体腔室中并且连接到所述力传递机构或所述排气门；至少一个排出口，其用于从所述流体腔室排放所述液压流体以允许关闭所述排气门；以及流动控制机构，其用于控制所述流体腔室的流出物并且允许放慢或延迟所述排气门的关闭运动。所述排出口和所述流动控制机构被构造成允许来自所述流体腔室的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
[0005]在根据本发明的方法中，在所述排气门的由凸轮控制的打开运动期间，将液压流体引入流体腔室，并且控制来自所述流体腔室的流出物，以影响活塞的运动并且允许放慢或延迟所述排气门的关闭运动，所述活塞布置在所述流体腔室中并且连接到所述排气门或连接到位于凸轮和所述排气门之间的力传递机构。允许来自所述流体腔室的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
[0006]措辞“关闭曲线”意指排气门的随曲柄角的变化而变化的升程。措辞“凸轮曲线”意指凸轮从动件的随曲柄角的变化而变化的运动。当没有使用延迟功能并且由凸轮的形状来确定排气门的升程时，排气门的关闭曲线因此对应于凸轮曲线。用根据本发明的装置和方法，可延迟或放慢排气门的关闭，而发动机的活塞没有撞击排气门的风险。当排气门开始关闭运动时，来自流体腔室的流出物不受限制。只有在排气门已运动一定距离之后，才发生流出物的节流。确定所述距离，使得节流开始时刻的排气门升程小于上死点处发动机的位于相应气缸中的活塞和关闭的排气门之间的距离。排气门的关闭曲线因此首先对应于凸轮曲线，但在开始节流之后，关闭曲线的斜率可不及凸轮曲线的斜率陡。
[0007]存在许多控制来自流体腔室的流出物的替代方式。例如，流体腔室中的活塞可被布置成对流动进行节流。活塞的端部的直径可小于活塞的剩余部分。当排气门完全打开时，流体腔室的排出口也完全打开。当活塞已运动了预定距离时，它覆盖一个或多个排出口，并且允许来自流体腔室的流出物通过形成在活塞和流体腔室的壁之间的小间隙。
[0008]另一个选择是提供具有两个或更多个排出口的流体腔室，这些排出口处于不同高度，g卩，与流体腔室的端部的距离不同。当排气门完全打开时，所有排出口也完全打开。当活塞已运动了预定距离时，它阻塞排出口中的至少一个排出口，并因此限制流出物。排出口中的一些排出口或与排出口连接的排出管道可设置有节流阀。这些节流阀可以是可调的。还可以给排出口中的一些排出口或管道提供阀门，该阀门允许调节流出物。
【附图说明】
[0009]以下，参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中:
[0010]图1示出带有VEC功能的排气门打开机构，
[0011]图2示出根据本发明的实施方式的排气门装置，
[0012]图3示出本发明的第二实施方式，
[0013]图4示出本发明的第三实施方式，
[0014]图5示出本发明的第四实施方式，
[0015]图6示出本发明的第五实施方式，
[0016]图7示出当禁用VEC功能时的阀门升程，以及
[0017]图8示出当启用VEC功能时的阀门升程。
【具体实施方式】
[0018]根据本发明的排气门装置尤其适于大型内燃机(诸如，在轮船的主发动机或辅助发动机或在发电站中用于产生电力的发动机)。本发明尤其可用于具有两级涡轮增压的发动机中和使用再循环废气进行水冷却的发动机中。然而，该装置还可用于其它类型的发动机。
[0019]在图1中示出排气门13的阀门打开机构的示例。在该情况下，内燃机的各气缸设置有不止一个排气门13，排气门打开机构可用于控制一个气缸的所有排气门13。排气门13布置在气缸盖18中，用于打开和关闭内燃机的气缸16和排气管道17之间的流体连通。弹簧15布置在排气门13的杆周围，以在排气门13未启动时保持它是关闭的。阀门打开机构设置有用于延迟排气门13的关闭的VEC功能。阀门打开机构包括作为凸轮轴的部分的凸轮I。凸轮I设置有基圆Ia和从基圆Ia向外径向延伸的凸角lb。凸轮从动单元2的凸轮从动轮2a恒定地接合凸轮I。该装置可设置有弹簧，弹簧将凸轮从动轮2a压贴凸轮I。排气门13的打开以传统方式工作。凸轮从动轮2a变成接合凸轮I的凸角Ia时，凸轮从动单元2被推离凸轮I的旋转轴，即，在图1中的向上方向。凸轮从动单元2形成力传递机构2、3、14、19的部分，这些力传递机构将凸轮I的旋转运动转换成线性运动，并进一步将这一运动传递到排气门13。力传递机构还包括第一推杆3、第二推杆19和摇臂14。第一推杆3与凸轮从动单元2至少在排气门13的打开方向上机械接触。第二推杆19连接到摇臂14。摇臂14将第二推杆19的运动传递到排气门13。另外，可使用许多其它类型的力传递机构。例如，力传递路径的部分可以是液压的。
[0020]为了放慢或延迟排气门13的关闭运动，阀门打开机构设置有流体腔体4，在排气门13的打开运动期间，可将液压流体引入流体腔室4中。流体腔室4通过进入口 5a连接到进入管道5。液压流体可通过入口管道5和进入口 5a被引入流体腔室4中。该装置还可设置有两个或更多个进入口 5a和/或进入管道5。进入管道5设置有止回阀6，止回阀6允许流入流体腔室4中但不允许流出腔室4。作为止回阀6的替代，或者作为止回阀6的补充，进入管道5可设置有闭合阀，闭合阀用于选择性允许或防止流入流体腔室4中。闭合阀允许启用和禁用VEC功能。如果闭合阀被关闭，则不允许流入流体腔室4中，并且禁用VEC功能。阀门打开结构接着以与传统凸轮控制排气门打开机构相同的方式工作。图7示出当禁用VEC时的阀门升程。阴影区表示排气门和进气门的重叠。活塞7布置在流体腔室4中。活塞7限定流体腔室4的边界并且液压流体被引入活塞7和流体腔室4的凸轮轴端之间。在图1的实施方式中，活塞7连接到第一推杆3和第二推杆19，即，活塞位于第一推杆3和第二推杆19之间。第一推杆3在排气门13的打开方向上将凸轮从动单元2的运动传递到活塞7，并且第二推杆19将活塞7的运动传递到摇臂14。然而，流体腔室4和活塞7还可按许多其它方式设置。原理上，流体腔室4可布置在汽缸盖18内并且活塞7可连接到排气门13的杆，但这是不切实际的。然而，活塞7可连接到除了第一推杆3和第二推杆19之外的力传递机构的某个其它部分。活塞7 —直随排气门13 —起运动。
[0021]当凸轮从动轮2a变成接合凸轮I的凸角Ia时，活塞7随第一推杆3—起运动。如果关闭阀被打开，则通过活塞7的运动，将液压流体从进入管道5吸入流体腔室4中。第一推杆3与凸轮从动单元2保持接合。当凸轮I旋转以使得凸轮从动轮2a接合凸角Ia的顶端时，排气门13被完全打开。当凸轮从动轮Ia进入凸角Ia的下降斜道时，排气门13开始关闭。当排气门13开始关闭运动时，排气门13首先遵循凸轮曲线。通过限制来自流体腔室4的流出物，排气门的关闭速度可被放慢。在图8中，用实线示出排气门13的升程并且用虚线示出凸轮曲线。阴影区域表示排气门13和进气门的重叠。
[0022]在图2中示出限制来自图1的阀门打开机构的流体腔室4的流出物的一种布置。在图2的实施方式中，流体腔室4设置有一个排出口 8和与排出口 8连接的排出管道9。排出口 8和排出管道9被确定尺寸，使得通过排出口 8的最大流速足以允许活塞7在排气门13开始关闭运动时遵循凸轮曲线。当排气门13和活塞7已在排气门13的关闭方向上运动了特定的预定距离时，活塞7开始对流体腔室4的流出物进行节流。这发生在活塞7的凸轮轴端处于排出口8的高度(即，图2的阶段3中)时。活塞7的处于该活塞7的凸轮端处的直径略小于活塞9的剩余部分的直径。活塞7因此没有完全堵塞排出口 8，而是在活塞7和流体腔室4的壁之间形成了小间隙。液压流体可通过这个间隙流向排出口 8。然而，进行节流，使得活塞7不能够跟随凸轮从动单元2。活塞7因此可像流动控制机构一样工作并且放慢排气门13的关闭速度，使得在第一推杆3和凸轮从动单元2之间形成间隙，如图2的阶段4中所示。如可在图8中看到的，排气门13的关闭曲线的斜率不及凸轮曲线陡，并且当凸轮从动轮2a已经返回到凸轮I的基圆Ia时继续排气门13的关闭运动。扫气时间的持续时间比禁用VEC的情况长。当活塞7接近流体腔室4的凸轮 轴端时，活塞7的较粗部分局部地堵塞排出口 8，如图2的阶段5中所示。排气门13的关闭速度因此进一步减小，从而允许平稳地关闭。最终，流体腔室4被排空并且第一推杆3变成再次接合凸轮从动单元2，如在图2的阶段6中可看到的。活塞7可具有不止两个的不同直径，以允许排气门13的关闭速度逐渐改变，或者活塞7的直径可无级地减小。
[0023]在图3中示出本发明的另一个实施方式。这个实施方式的操作原理与图1的实施方式中相同。另外，在图3的布置中，在排气门13的打开运动期间，液压流体被引入流体腔室4中，并且活塞7像流动控制机构一样工作。当凸轮从动轮2a进入凸轮I的凸角Ia的下降斜道时，排气门13可首先自由地运动。流体腔室4设置有第一排出口 8a、第二排出口8b和第三排出口 8c以及相应的排出管道9a、9b和9c。第二出口管道9b设置有阀门10，阀门10可用于防止流入第二排出管道9b。阀门10像附加的流动控制机构一样工作。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过所有的排出口 8a、8b、8c流出流体腔室。排出口 8a、8b、8c和排出管道9a、9b、9c被确定尺寸，使得当第一排出口 8a和第三排出口 8c空闲时，排气门13能够遵循凸轮曲线。这样确保了即使第二排出管道9b的阀门10被关闭，也能实现足够的关闭速度。当活塞7已运动了一定距离时，它堵塞第一排出口 8a并且限制来自流体腔室4的流出物。当活塞7运动以更接近流体腔室4的凸轮轴端时，活塞7也堵塞第二排出口 8b，液压流体可只通过第三排出口 8c流出流体腔室4。这样确保了排气门13平稳地关闭。第二排出管道9b中的阀门10可用于防止更早地流过第二排出口 Sb。
[0024]在图4的实施方式中，该装置设置有两个排出口 8a、8b和排出管道9a、％。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过第一排出口 8a和第一排出管道Sb以及第二排出口9a和第二排出管道9b流出流体腔室4。排出口 8a、8b和排出管道9a、9b被确定尺寸，使得当排出口 8a、8b都打开时，排气门13可遵循凸轮曲线。在活塞7已运动了一定距离之后，它堵塞第一排出口 8a并且限制流出物。第二排出管道9b设置有可调节流阀11，节流阀11像附加的流动控制机构一样工作。用节流阀11，可实现不同的关闭曲线。节流阀11还可用于限制在排气门13结束关闭运动时有更多流出物，以确保平稳关闭。
[0025]图5的实施方式类似于图4的实施方式。在这个实施方式中，第二出口管道9b没有设置节流阀，但第二排出管道％连接到第二腔室12，凸轮从动单元2被布置成在第二腔室12中运动。当凸轮从动轮2a位于凸轮I的凸角Ib上时，凸轮从动单元I堵塞第二排出管道9b的另一端。在排气门13开始关闭运动时，液压流体可通过第一排出口 8a自由地流出流体腔室4。第一排出口 8a和第一排出管道9a被确定尺寸，使得通过第一排出口 8a的流速足以允许排气门13遵循凸轮曲线。当排气门13已在阀门13的关闭方向上运动了一定距离时，活塞7堵塞第一排出口 8a。因此，防止从流体腔室4有流出物。当凸轮从动轮2a进入凸轮I的基圆Ia时，允许流体通过第二排出口 8b流入第二腔室12中。然而，流体腔室4的排空不是立即发生的，因此排气门13的关闭有延迟。
[0026]另外，图6示出其中该装置设置有两个排出口 8a、8b和排出管道9a、9b的实施方式。第二排出管道％设置有快速关闭阀门10，快速关闭阀门10可以例如是电动或液压操作的。第一排出口 8a和第一排出管道9a被确定尺寸，使得通过第一排出口 8a的流速足以允许排气门13遵循凸轮曲线。这样确保了，即使在第二排出管道9b的阀门10不工作的情况下，也可足够快地排空流体腔室4。在排气门13开始关闭运动时，允许来自流体腔室4的流出物通过第一排出口 8a和第二排出口 8b 二者。在活塞7已运动一定距离之后，活塞7堵塞第一排出口 8a并且只允许流出物通过第二排出口 8b。第二排出管道9b中的阀门11可用于控制流过第二排出口 8b，以实现所需的排气门关闭曲线。作为安全的布置，流体腔室4可设置有第三排出管道，当凸轮从动轮2a位于凸轮I的基圆Ia或凸角Ib上时，防止在第三排出管道中存在管道流动。例如，第三排出管道的另一端可被凸轮从动单元2堵塞。凸轮I的外形还设置有位于凸轮I的基圆Ia下方的部分。当凸轮从动轮2a进入基圆Ia下方的部分时，允许流过第三排出管道。通过这种布置，即使在第二排出管道9b中的阀门11发生故障的情况下，也可确保流体腔室4的排空和排气门13的关闭。
[0027]在描述的所有实施方式中，对流出物的节流只发生在已关闭排气门13之后，这足以防止气缸16的活塞撞击排气门13。当开始节流时，排气门升程因此小于上死点处活塞和关闭的排气门13之间的距离，如图7和图8中看到的，图7和图8还示出活塞环绕上死点的运动。
[0028]在描述的本发明的所有实施方式中，确定可在其之后对来自流体腔室4的流出物进行节流的预定距离，使得防止了排气门13与内燃机的位于相应气缸中的活塞之间的接触。对应位置的排气门13的升程因此小于当活塞处于上死点时关闭的排气门13和内燃机的各个活塞之间的距离。
[0029]本领域的技术人员应该理解，本发明不限于上述实施方式，而是可在随附权利要求书内变化。例如，可组合不同实施方式的特征。
【主权项】
1.一种供活塞发动机用的排气门装置，其中，所述排气门装置包括:至少一个排气门(13);可旋转凸轮⑴；力传递机构(2、3、14、19)，其用于将所述可旋转凸轮⑴的旋转运动转变成线性运动并且至少沿所述排气门(13)的打开方向将所述线性运动传递到所述排气门(13);流体腔室(4)，液压流体能在所述排气门(13)的打开运动期间被引入到所述流体腔室中；活塞(7)，其布置在所述流体腔室(4)中并且连接到所述力传递机构(2、3、14、19)或所述排气门(13);至少一个排出口(8、8a、8b、8c)，其用于从所述流体腔室(4)排放所述液压流体以允许关闭所述排气门(13);以及流动控制机构(7、10、11)，其用于控制来自所述流体腔室(4)的流出物并且允许放慢或延迟所述排气门(13)的关闭运动，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)和所述流动控制机构(7、10、11)被构造成允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定距离被确定成使得在所述排气门(13)的对应位置，所述排气门(13)与所述发动机的位于相应气缸中的活塞之间的接触被防止。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，来自所述流体腔室(4)的所述流出物不被节流，直到所述排气门(13)已运动了所述预定距离。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流体腔室(4)中的所述活塞(7)被布置成，在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后，对来自所述流体腔室(4)的流出物进行节流。5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流体腔室(4)包括至少两个排出口(8、8a、8b、8c)，并且所述活塞(7)被布置成在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后阻塞所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个排出口。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个排出口或与所述排出口 (8、8a、8b、8c)连接的排出管道(9、9a、9b、9c)设置有节流阀(11)。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述节流阀(11)是可调节的。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述排出口(8、8a、8b、8c)中的至少一个或与所述排出口 (8、8a、8b、8c)连接的排出管道(9、9a、9b、9c)设置有阀(10)。9.一种用于控制活塞发动机的排气门(13)的关闭的方法，在所述方法中，在所述排气门(13)的由凸轮控制的打开运动期间将液压流体引入流体腔室(4)，并且控制来自所述流体腔室(4)的流出物，以影响活塞(7)的运动并且允许放慢或延迟所述排气门(13)的关闭运动，所述活塞(7)布置在所述流体腔室(4)中并且连接到所述排气门(13)或连接到位于凸轮(I)和所述排气门(13)之间的力传递机构(2、3、14、19)，其特征在于，允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，不对所述流出物进行节流，直到所述排气门(13)已运动了所述预定距离。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过用所述活塞(7)阻塞所述流体腔室⑷的至少一个排出口(8、8a、8b、8c)来限制所述流出物。12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在所述排气门(13)已运动了所述预定距离之后，通过用所述活塞(7)对流动进行节流来限制所述流出物。13.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过用至少一个节流阀(11)对流动进行节流来限制所述流出物，所述节流阀(11)被布置成与所述流体腔室(4)的排出口(8、8a、8b、8c)或排出管道(9、9a、9b、9c)连接。14.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，用至少一个阀门(10)来限制所述流出物，所述阀门(10)被布置成与排出口 (8、8a、8b、8c)或排出管道(9、9a、9b、9c)连接。
【专利摘要】供活塞发动机用的排气门装置包括布置在凸轮(1)和排气门(13)之间的力传递机构(2、3、14、19)。可在排气门(13)的打开运动期间将液压流体引入流体腔室(4)中。活塞(7)布置在流体腔室(4)中并且连接到力传递机构(2、3、4、19)。通过控制来自流体腔室(4)的流出物，可控制所述排气门(13)的关闭速度。允许来自所述流体腔室(4)的流出物处于下述速率，该速率允许所述排气门(13)的关闭曲线遵循凸轮曲线，至少直到所述排气门(13)已沿关闭方向运动了一定的预定距离。
【IPC分类】F01L9/02, F01L1/16, F01L1/14, F01L13/00
【公开号】CN104903552
【申请号】CN201380069506
【发明人】马格努斯·松德斯滕, S·尼尼康佳斯
【申请人】瓦锡兰芬兰有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月27日
【公告号】EP2941545A1, WO2014106681A1
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