用于控制排氣門的關閉的排氣門裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及按照權利要求1的前序部分的供活塞發(fā)動機用的排氣門裝置。本發(fā)明還涉及在其它獨立權利要求的前序部分中定義的用于控制活塞發(fā)動機的排氣門的關閉的方法。
【背景技術】
[0002]許多內(nèi)燃機設置有用于可變進氣門關閉(VIC)的裝置，這樣允許為了使內(nèi)燃機性能最佳采用不同的進氣門關閉正時。近來，用于可變排氣門關閉(VEC)的其它布置已經(jīng)變得更普遍。在利用兩級渦輪增壓的發(fā)動機中，VEC布置是尤其有益的。當增壓壓力可以高時，對于不同的負載，需要進行不同的掃氣。當發(fā)動機在高負載下運行時，為了冷卻發(fā)動機的組件，需要的掃氣時間長。因此，在排氣沖程期間，排氣門保持長時間打開。另一方面，當發(fā)動機在低負載下運行時，進氣的壓力低于排氣的壓力。為了防止從排氣管道流入進氣管道中，需要在進氣門打開的同時或略微在此之后，關閉排氣門。在包括用于通過注入水來冷卻再循環(huán)廢氣的裝置的發(fā)動機中，可變排氣門關閉正時也是有用的。當運用水注入時，不需要進氣門和排氣門重疊，但如果需要關閉水注入，則為了允許在滿負荷情況下操作發(fā)東西，需要更長的掃氣。通常，通過利用布置在排氣門和操作排氣門的凸輪之間的腔室來實現(xiàn)VEC布置。以傳統(tǒng)方式通過凸輪來打開排氣門。在排氣門的打開運動期間，液壓流體被引入腔室中。排氣門的關閉時刻和關閉速度取決于來自腔室的流出物。例如，可通過用閥門防止流出物來提供關閉延遲。這種解決方案的問題在于，在系統(tǒng)故障的情況下，排氣門的關閉可能會被防止，并且活塞可能會碰撞排氣門，造成重大損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種改進的供活塞發(fā)動機用的排氣門裝置，所述裝置允許延遲關閉所述排氣門，但防止發(fā)動機的活塞撞擊排氣門。在權利要求1的特征部分中提供了根據(jù)本發(fā)明的裝置的表征特征。本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制活塞發(fā)動機的排氣門的關閉的改進方法。在其它獨立權利要求的特征部分中提供了所述方法的表征特征。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的裝置包括:至少一個排氣門；可旋轉凸輪；力傳遞機構，其用于將所述凸輪的旋轉運動轉變成線性運動并且沿所述排氣門的至少打開方向將所述線性運動傳遞到排氣門；流體腔室，液壓流體可在所述排氣門的打開運動期間引入到流體腔室中；活塞，其布置在所述流體腔室中并且連接到所述力傳遞機構或所述排氣門；至少一個排出口，其用于從所述流體腔室排放所述液壓流體以允許關閉所述排氣門；以及流動控制機構，其用于控制所述流體腔室的流出物并且允許放慢或延遲所述排氣門的關閉運動。所述排出口和所述流動控制機構被構造成允許來自所述流體腔室的流出物處于下述速率，該速率允許所述排氣門的關閉曲線遵循凸輪曲線，至少直到所述排氣門已沿關閉方向運動了一定的預定距離。
[0005]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在所述排氣門的由凸輪控制的打開運動期間，將液壓流體引入流體腔室，并且控制來自所述流體腔室的流出物，以影響活塞的運動并且允許放慢或延遲所述排氣門的關閉運動，所述活塞布置在所述流體腔室中并且連接到所述排氣門或連接到位于凸輪和所述排氣門之間的力傳遞機構。允許來自所述流體腔室的流出物處于下述速率，該速率允許所述排氣門的關閉曲線遵循凸輪曲線，至少直到所述排氣門已沿關閉方向運動了一定的預定距離。
[0006]措辭“關閉曲線”意指排氣門的隨曲柄角的變化而變化的升程。措辭“凸輪曲線”意指凸輪從動件的隨曲柄角的變化而變化的運動。當沒有使用延遲功能并且由凸輪的形狀來確定排氣門的升程時，排氣門的關閉曲線因此對應于凸輪曲線。用根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法，可延遲或放慢排氣門的關閉，而發(fā)動機的活塞沒有撞擊排氣門的風險。當排氣門開始關閉運動時，來自流體腔室的流出物不受限制。只有在排氣門已運動一定距離之后，才發(fā)生流出物的節(jié)流。確定所述距離，使得節(jié)流開始時刻的排氣門升程小于上死點處發(fā)動機的位于相應氣缸中的活塞和關閉的排氣門之間的距離。排氣門的關閉曲線因此首先對應于凸輪曲線，但在開始節(jié)流之后，關閉曲線的斜率可不及凸輪曲線的斜率陡。
[0007]存在許多控制來自流體腔室的流出物的替代方式。例如，流體腔室中的活塞可被布置成對流動進行節(jié)流?；钊亩瞬康闹睆娇尚∮诨钊氖Ｓ嗖糠?。當排氣門完全打開時，流體腔室的排出口也完全打開。當活塞已運動了預定距離時，它覆蓋一個或多個排出口，并且允許來自流體腔室的流出物通過形成在活塞和流體腔室的壁之間的小間隙。
[0008]另一個選擇是提供具有兩個或更多個排出口的流體腔室，這些排出口處于不同高度，g卩，與流體腔室的端部的距離不同。當排氣門完全打開時，所有排出口也完全打開。當活塞已運動了預定距離時，它阻塞排出口中的至少一個排出口，并因此限制流出物。排出口中的一些排出口或與排出口連接的排出管道可設置有節(jié)流閥。這些節(jié)流閥可以是可調(diào)的。還可以給排出口中的一些排出口或管道提供閥門，該閥門允許調(diào)節(jié)流出物。
【附圖說明】
[0009]以下，參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的實施方式，其中:
[0010]圖1示出帶有VEC功能的排氣門打開機構，
[0011]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的排氣門裝置，
[0012]圖3示出本發(fā)明的第二實施方式，
[0013]圖4示出本發(fā)明的第三實施方式，
[0014]圖5示出本發(fā)明的第四實施方式，
[0015]圖6示出本發(fā)明的第五實施方式，
[0016]圖7示出當禁用VEC功能時的閥門升程，以及
[0017]圖8示出當啟用VEC功能時的閥門升程。
【具體實施方式】
[0018]根據(jù)本發(fā)明的排氣門裝置尤其適于大型內(nèi)燃機(諸如，在輪船的主發(fā)動機或輔助發(fā)動機或在發(fā)電站中用于產(chǎn)生電力的發(fā)動機)。本發(fā)明尤其可用于具有兩級渦輪增壓的發(fā)動機中和使用再循環(huán)廢氣進行水冷卻的發(fā)動機中。然而，該裝置還可用于其它類型的發(fā)動機。
[0019]在圖1中示出排氣門13的閥門打開機構的示例。在該情況下，內(nèi)燃機的各氣缸設置有不止一個排氣門13，排氣門打開機構可用于控制一個氣缸的所有排氣門13。排氣門13布置在氣缸蓋18中，用于打開和關閉內(nèi)燃機的氣缸16和排氣管道17之間的流體連通。彈簧15布置在排氣門13的桿周圍，以在排氣門13未啟動時保持它是關閉的。閥門打開機構設置有用于延遲排氣門13的關閉的VEC功能。閥門打開機構包括作為凸輪軸的部分的凸輪I。凸輪I設置有基圓Ia和從基圓Ia向外徑向延伸的凸角lb。凸輪從動單元2的凸輪從動輪2a恒定地接合凸輪I。該裝置可設置有彈簧，彈簧將凸輪從動輪2a壓貼凸輪I。排氣門13的打開以傳統(tǒng)方式工作。凸輪從動輪2a變成接合凸輪I的凸角Ia時，凸輪從動單元2被推離凸輪I的旋轉軸，即，在圖1中的向上方向。凸輪從動單元2形成力傳遞機構2、3、14、19的部分，這些力傳遞機構將凸輪I的旋轉運動轉換成線性運動，并進一步將這一運動傳遞到排氣門13。力傳遞機構還包括第一推桿3、第二推桿19和搖臂14。第一推桿3與凸輪從動單元2至少在排氣門13的打開方向上機械接觸。第二推桿19連接到搖臂14。搖臂14將第二推桿19的運動傳遞到排氣門13。另外，可使用許多其它類型的力傳遞機構。例如，力傳遞路徑的部分可以是液壓的。
[0020]為了放慢或延遲排氣門13的關閉運動，閥門打開機構設置有流體腔體4，在排氣門13的打開運動期間，可將液壓流體引入流體腔室4中。流體腔室4通過進入口 5a連接到進入管道5。液壓流體可通過入口管道5和進入口 5a被引入流體腔室4中。該裝置還可設置有兩個或更多個進入口 5a和/或進入管道5。進入管道5設置有止回閥6，止回閥6允許流入流體腔室4中但不允許流出腔室4。作為止回閥6的替代，或者作為止回閥6的補充，進入管道5可設置有閉合閥，閉合閥用于選擇性允許或防止流入流體腔室4中。閉合閥允許啟用和禁用VEC功能。如果閉合閥被關閉，則不允許流入流體腔室4中，并且禁用VEC功能。閥門打開結構接著以與傳統(tǒng)凸輪控制排氣門打開機構相同的方式工作。圖7示出當禁用VEC時的閥門升程。陰影區(qū)表示排氣門和進氣門的重疊?；钊?布置在流體腔室4中?；钊?限定流體腔室4的邊界并且液壓流體被引入活塞7和流體腔室4的凸輪軸端之間。在圖1的實施方式中，活塞7連接到第一推桿3和第二推桿19，即，活塞位于第一推桿3和第二推桿19之間。第一推桿3在排氣門13的打開方向上將凸輪從動單元2的運動傳遞到活塞7，并且第二推桿19將活塞7的運動傳遞到搖臂14。然而，流體腔室4和活塞7還可按許多其它方式設置。原理上，流體腔室4可布置在汽缸蓋18內(nèi)并且活塞7可連接到排氣門13的桿，但這是不切實際的。然而，活塞7可連接到除了第一推桿3和第二推桿19之外的力傳遞機構的某個其它部分?；钊? —直隨排氣門13 —起運動。
[0021]當凸輪從動輪2a變成接合凸輪I的凸角Ia時，活塞7隨第一推桿3—起運動。如果關閉閥被打開，則通過活塞7的運動，將液壓流體從進入管道5吸入流體腔室4中。第一推桿3與凸輪從動單元2保持接合。當凸輪I旋轉以使得凸輪從動輪2a接合凸角Ia的頂端時，排氣門13被完全打開。當凸輪從動輪Ia進入凸角Ia的下降斜道時，排氣門13開始關閉。當排氣門13開始關閉運動時，排氣門13首先遵循凸輪曲線。通過限制來自流體腔室4的流出物，排氣門的關閉速度可被放慢。在圖8中，用實線示出排氣門13的升程并且用虛線示出凸輪曲線。陰影區(qū)域表示排氣門13和進氣門的重疊。
[0022]在圖2中示出限制來自圖1的閥門打開機構的流體腔室4的流出物的一種布置。在圖2的實施方式中，流體腔室4設置有一個排出口 8和與排出口 8連接的排出管道9。排出口 8和排出管道9被確定尺寸，使得通過排出口 8的最大流速足以允許活塞7在排氣門13開始關閉運動時遵循凸輪曲線。當排氣門13和活塞7已在排氣門13的關閉方向上運動了特定的預定距離時，活塞7開始對流體腔室4的流出物進行節(jié)流。這發(fā)生在活塞7的凸輪軸端處于排出口8的高度(即，圖2的階段3中)時?；钊?的處于該活塞7的凸輪端處的直徑略小于活塞9的剩余部分的直徑?；钊?因此沒有完全堵塞排出口 8，而是在活塞7和流體腔室4的壁之間形成了小間隙。液壓流體可通過這個間隙流向排出口 8。然而，進行節(jié)流，使得活塞7不能夠跟隨凸輪從動單元2?；钊?因此可像流動控制機構一樣工作并且放慢排氣門13的關閉速度，使得在第一推桿3和凸輪從動單元2之間形成間隙，如圖2的階段4中所示。如可在圖8中看到的，排氣門13的關閉曲線的斜率不及凸輪曲線陡，并且當凸輪從動輪2a已經(jīng)返回到凸輪I的基圓Ia時繼續(xù)排氣門13的關閉運動。掃氣時間的持續(xù)時間比禁用VEC的情況長。當活塞7接近流體腔室4的凸輪