专利名称：液压阀门驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种独立权利要求1前绪所述的液压阀门驱动装置。
这样的阀门驱动装置可以用来取代具有杠杆系统，例如具有发动机的进气和/或排气阀上的推杆(pushrods)的机械式驱动装置。机械驱动装置易于引起该装置的机械部件的磨损而必须进行相当频繁的重新调整。而且液压装置可以用相当简单的方法来改变控制时间。这种调整对于具有不止一个进气和/或排气阀门的发动机来说是特别严格和精密的。
例如，对于具有两个进气阀/或排气阀的气缸来说，重要的是，两个阀门能同步开关。在液压阀门驱动装置中，所谓的阀门活塞(ValVe piston)一般都与阀门轴杆(shaft of the valve)相撞击，因为阀门轴杆是被弹簧力压顶到阀门活塞上的。
特别是对于大的柴油发动机(diesel engine)而言，在气缸盖(cylindercover)上制造阀门座(valve seat)时，尤其是在阀门和阀门座的研磨过程中，可能会稍稍出现一些差异，这种差异可导致阀门轴杆伸出长度上的不同。这些差异可能是在正负几个毫米的范围。通常这些差异几乎总是在-1/+3mm之间。这些偏差具有缓冲器(damper)的浸没深度(immersiondepth)的数量级，这可能会导致阀门在关闭时出现大的偏离和差异。提高加工精度和减少加工容差可能会对此有所改善，但由于涉及制造成本而不能被认为是合算的。即使如此，在阀门关闭过程中还得预料到会出现某些恼人的差异。
本发明的目的是创造一种能够确保在给定的条件下进气阀或排气阀都能可靠地同步地打开和关闭的液压阀门驱动装置。
按照本发明所述，这样的液压阀门驱动装置具有下述的特点它具有同步活塞，对于每一待驱动的阀门都有一个驱动腔和被驱动腔液压驱动的阀门活塞，这样即可使得阀门活塞同步运动，而且为了使同步活塞和阀门返回初始位置的运动得到缓冲，还设有一缓冲装置，此外，还有一液压装置来补偿两个或更多阀门的轴杆的伸出长度的差异，上述阀门由液压驱动装置所驱动。所有从属要求项都涉及本发明的进一步的一些有利发展。阀门驱动装置可方便地被一种带液压管路系统的液压活塞泵驱动。
按照本发明所述的的液压驱动装置可以同步推动两个或多个阀门。在各个阀门的摩檫阻力的差别对同步没有影响这个意义上讲，各个阀门的驱动是彼此无关的。各个阀门轴杆伸出长度的差异可以被补赏，在操作过程中各阀门轴杆伸出长度的改变也可不断地被校正。缓冲装置(dampingdevice)确保液压驱动装置的同步活塞，因而阀门也同样，以阻尼方式与阀门座接触。无缓冲的大脉动的冲击应力可得以避免。这就增长了阀门和阀门座的使用寿命。此外，所谓的凹陷(pitting)，也就是在阀门的密封表面上形成的坑洼，也可用缓冲装置来防止。但是液压驱动装置还能使阀门的密封过程在一定限度内暂时被延迟。
应该注意，除了所述及的液压活塞泵外，其他的液压压力源也适用于液压阀门驱动装置。例如，名叫“共用给油管系统(common rail system)”的液压高压系统也很适用，其中的高压流体是通过电磁控制阀由高压流体系统馈送到液压驱动装置，再从液压驱动装置将液压流体返送回高压流体系统的贮存器。使用“共用给油管系统”还便于将缓冲装置安装在前端，即同步活塞的直径变化的一端，以便减缓对气缸盖的冲击。在“共用给油管系统”的不同结构形式中，可以在阀门的开孔方向上给阀门活塞安装一个缓冲装置。
在下面将根据示意图对本发明作一更详细的描述，这些示意图画出了本发明的一些示范性的实施例。现将它们简介如下。
图1是本发明所述的驱动两个阀门的液压驱动装置的横切面示意图。
图2是表示四冲程发动机的阀门位置与曲轴角度的关系的函数曲线。
图3是本发明所述的为操作液压驱动装置用的具有液压管路系统的液压活塞泵。
图4图示出了阀门位置(上面的曲线)和活塞泵的活塞位置(下面的曲线)与曲轴角度和偏心轮角度的相应函数关系以及相对于驱动泵运作过程而言，阀门关闭过程延迟的可能性。
图1画出了一个按本发明所述的，例如柴油发动机的两个进气阀门11，11′的液压驱动装置。阀门座111和111′是加工在气缸盖10上(只画出了一部分)。两个轴杆112和112′都各有一个相应的凸缘(collar)113和113′，在每一个凸缘上都有一相应的弹簧115和115′支顶着。阀门弹簧115和115′的另一端支撑在气缸盖10上。
阀门11和11′的液压驱动装置还具有一同步活塞12，在此处该活塞被做成一个台阶形活塞(stepped piston)。不同直径的活塞段121和122分别在相应的腔膛1210和1220中运动。把同步活塞做成台阶形形式是为了使得活塞运动时，在各腔膛1210和1220中产生的体积变化总是相等的。只要液压流体能从气缸空间120经过管线1200流回到液压活塞泵31，则同步活塞121就会被阀门弹簧115，115通过阀门活塞13，13′以及它们的液压连接管线，推向初始位置。很可能由于液体损耗(间隙)而不能再到达初始位置，但是，安装在腔膛1210中的弹簧1211则依旧能把同步活塞12完全推回到它的初始位置上。
为了防止同步活塞12对气缸底部123冲击太猛烈，同步活塞12的气缸底部和同步活塞12的端部被做成这样的形状，使得它们能共同形成一个缓冲器124。该缓冲器124阻碍液压油回流进管线1200，因而减少了单位时间的回流量。
同步活塞12对于气缸底部123冲击的缓冲也导致阀门11和11′对阀门座111和111′冲击的缓冲。
如果两个阀门活塞13，13′具有相等的尺寸而且同步活塞12相应的作用面积125，125′的大小也相等，则同步活塞移动一给定行程(when movingover a given path)时，两阀门活塞13，13′移动的距离也相等。阀门轴杆112和112′也会这样同步移动。就本文的意义而言，“同步”是用来表示“同时地和以同样方式移动过同样的距离”。
当然，同步活塞的作用面积125，125′大小不等的其它同步活塞和阀门活塞的构形也是可能的。唯一重要的是，同步活塞12的一个腔膛1210或1220的移动体积应与相应阀门活塞13，13′在相应气缸130，130′的移动体积匹配，以使得相应的阀门活塞13，13′，因而相应的阀门11，11′也具有相同的行程(stroke)。
为了补偿由于泄漏而引起的可能损耗，可通过两个供应管路114和114′向液压管路供给液压流体。单向阀1141和1141′用来防止液压油的回流。无论如何，将液压油送进系统还会有下述后果阀门活塞始终都与阀门轴杆112，112′的端部接触而与阀门轴杆112，112′伸出长度(从阀门轴杆端部到气缸盖的距离)H，H′可能存在的任何差异无关。
补偿由泄漏引起的油的损耗的其他可能性是，例如通过同步活塞12中的一个小孔引入一损耗量的油，这个小孔将压力腔120与腔膛1210，1220相连通。为了使腔膛之间的影响足够小，在它们之间的通道中设置一些节流孔(choke aperture)。在一个不同的装置中，这些用来供应补偿泄漏的液压油用的孔可以经过外壳通到各腔膛。
图2画出了四冲程柴油发动机中阀门开闭与曲轴转角的关系曲线。当曲轴转角大约在180°和250°之间时，阀门是打开的。在阀门关闭以后，阀门11，11′仍然处于静止状态，或关闭状态R，直到它再次打开。这样它的关闭期是在曲轴转角为470°与540°之间。如果阀门11，11′是处于静止状态R时，液压油就经由供给管路补充进系统。
具有管路系统3的液压活塞泵示意地画在图3.中。它可用于驱动，例如图1所示的液压驱动装置的同步活塞。该装置实质上是由一输送液压油的活塞泵31所组成。具有单向阀321的主管路32从这个活塞泵出发通到驱动装置，如图1所示。
旁路管线33跨接在单向阀321的两侧，把液压油排入活塞泵31的气缸空间310。旁路管线34也跨接在单向阀321的两侧，从两端将液压油排入主管路32。在旁路34中装有一换向阀(switchable valve)，可用，例如压缩空气管路342将它换向。
换向阀341也可是液压式、电磁式或其它形式的换向阀。如果主管路中的单向阀321在打开状态时可能被阻塞，即可启用旁路管线34。
供给管路35用来提供液压系统中由于泄漏损耗而失去的液压流体。该管路包含一单向阀351。多余的液压油可以通过旁路352送回该供应管路。活塞泵31的活塞可由，例如偏心轮(未画出)驱动。
具有管路系统3的活塞泵的作用及运作方式说明于下。
假设控制管路342中的控制压力被打开。在泵活塞311的排气冲程(delivery stroke)中将会发生下述情况在3512被活塞311封闭后，液压流体则将经由路径33，32，34传送到液压驱动装置以驱动阀门。之后，旁路33的连接口332被封闭，液压流体继续经32，34流动。
在泵活塞311的向下冲程中将发生下述情况主管路32被单向阀关闭。旁路33仍然被挡住孔332的活塞311所封闭。但是，旁路34却是打开着的而且被驱动的同步活塞的关闭运动是跟随在活塞311的关闭运动之后。该运动用实线41表示在图4的上部。
假设控制管路342中的控制压力被关上，这意味着旁路34被关闭。在泵活塞311的排气冲程将出现下列情况在活塞311将3512封闭以后，则液压流体经由路径33，32传送到液压驱动装置以驱动阀门。之后，旁路33的连接口332被封闭，液压油则可经路径32继续流动。
在泵活塞311向下的冲程中将会出现下述情况主路32被单向阀关闭。旁路33也被堵住孔332的活塞311关闭。旁路34也是关闭的。只要旁路33的连接口332被活塞311关闭，被驱动的液压同步活塞121就不跟随活塞311运动。这样，活塞311向下运动时，最初，阀门(图1)没有被同步活塞12的运动所打开。关闭过程的曲线用虚线42示于图4的上部。
系统体积的增加被由供给管路35所提供的液压流体所补偿(equalised)。通常，在供应管路中很小的，例如3-10巴(bar)的低压就足够了。一旦活塞311开始打开孔332，则反向流动(revese f1ow)就经由33开始了。阀门关闭运动现在也随之开始，而且被活塞311的向下运动所控制。在活塞311的下转折点附近，孔3512就被打开。关闭运动(closure motion)现在仍将继续而“无控制”。为了避免对阀门的猛烈冲击，同步活塞上的缓冲器124这时就起作用(图1)。
阀门的关闭运动在图4中以虚线42表示。在图4的下面一图中，曲线40表示出了按图3所示的装置的活塞311的冲程过程(the course of thestroke)。在下面的曲线40上的点44相当于活塞311的这样一个位置，在这个位置上，在反向运动时活塞311就放开了孔332，使得液压油可以回流。这个曲线40画出了活塞311的运动过程与曲轴转角的函数关系。如果阀门11，11′的关闭过程是在活塞到达这个位置44之前开始，则液压油的回流就可用打开阀门341的方法来实现。
液压驱动装置1适于一个发动机气缸上具有两个或更多阀门11，11′的情形，尤其是适于大柴油发动机的进气阀门11，11′或排气阀门的情形。液压同步活塞12，122对于每一待驱动的阀门都有一驱动腔1210，1220，它们分别驱动一个相应的待驱动的阀门11，11′的活塞13，13′，使得阀门活塞13，13′同步地运动而且具有同样的行程。缓冲装置124使同步活塞12返回初始位置的回程运动得到缓冲。采用液压装置1可使阀门11，11′的轴杆112，112′的伸出长度H，H′的差异得到补偿。
权利要求
1.用于两个以上的发动机气缸阀门，尤其是大柴油发动机的进气阀门的液压驱动装置(1)，其特征是它具有同步活塞(12，122)，对于每一待驱动的阀门11，11′都有一个驱动腔(1210，1220)和被驱动腔液压驱动的阀门活塞(13，13′)，这样即可使得阀门活塞(13，13’)同步运动，而且为了使同步活塞(12)和阀门(11，11′)返回初始位置的运动得到缓冲，还设有一缓冲装置(124)，此外，还有一液压装置(1)来补偿两个或更多阀门(11，11′)的轴杆(112，112′)的伸出长度(H，H)的差异，上述阀门(11，11′)由液压驱动装置(1)所驱动。
2.按照权利要求1所述的液压驱动装置(1)，其特征在于用于缓冲同步活塞(12)的返回运动的缓冲机构具有一个减小返回的液压驱动流体的液流横截面的装置(124)。
3.按照权利要求2所述的的液压驱动装置(1)，其特征在于减小液流横截面的装置(124)是由同步活塞(121)的驱动侧(drive side)和活塞气缸壁的形状构成的。
4.按照权利要求1-3中任一项所述的的液压驱动装置(1)，其特征在于补偿伸出长度(H，H′)的差异的液压装置(hydraulic device)具有一液压流体的馈送装置(114，114′)(feeding device)。
5.按照权利要求1-4的任一项所述的的液压驱动装置(1)，其特征在于它具有一使同步活塞往复运动的驱动活塞，还具有一个液压开关装置(3)，它可用来延迟同步活塞(12)返回初始位置的运动，这种延迟是与驱动活塞(311)返回它的初始位置的运动，因而也就是与液压流体回流到驱动活塞(311)的气缸空间(310)的运动相比较而言的。
6.按照权利要求1-5之一所述的用来启动液压驱动装置的液压活塞泵(31)，其特征在于它具有一个由液压管路(32，33，34，35，352)组成的管路系统，这些管路是用来在活塞泵(31)与驱动装置之间来回输送液压流体的，一个具有单向阀(321)的主管路(32)，该单向阀可防止流体流回泵的气缸(310)以及一个具有跨接在主管路(32)的单向阀(321)两侧的换向阀门(341)的旁路(34)，此外，还有一个第二供应和返回管路(33)，它也跨接在主管路(32)的单向阀(321)两侧，并通过液压活塞泵(31)的气缸壁上的连接口(332)将液压油排入气缸空间(310)。
7.按照权利要求1-5之一所述的推动液压驱动装置的液压活塞泵(31)，其特征在于它具有一个用来在活塞泵(31)与驱动装置之间来回输送液压流体的液压管路系统(32，33，35，352)，一个具有一单向阀(321)的主管路(32)，单向阀可有选择地保持在打开状态，同时它可防止流体回流到处于开放状态(in unblocked state)的泵气缸(310)以及一个跨接在主管路(32)上的单向阀(321)两侧的第二供给和返回管路(33)，它通过液压活塞泵(31)的气缸壁上的连接口(332)将流体排入活塞泵(31)的气缸空间(310)。
8.按照权利要求6或7所述的液压活塞泵(31)，其特征在于它具有一个馈送装置(35，352)，它用来把液压流体以贮液桶中取出和向其中排入。一个馈送管路(feeding line)(35)，其上装有一个防止液压流体回流到贮液桶(reservoir)的单向阀(351)以及一个供给和返回管路(352)，它与馈送管路(35)上的单向阀(351)并联，而且在下反转点附近，它通过接口(3512)将流体排放入活塞泵(311)的气缸(310，3512)。
9.按照权利要求8所述液压活塞泵(311)，其特征在于馈送管路(35)在上反转点附近将液压流体排放进气缸空间(310)，供给和返回管路(352，3512)是在下反转点附近将流体排入气缸空间(310)，以及液压驱动装置的第二供给和返回管路(33)是在上，下反转点之间的高度上将液压流体排入气缸空间(310)。
10.按照权利要求1-9之一所述的大柴油发动机，其特征在于都具有一个气缸进气阀门(11，11′)或排气阀门的驱动装置(1)。
全文摘要
液压驱动装置(1)适于一个发动机气缸上具有阀门的情形，尤其适于大型柴油发动机的进气阀门(11，11′)或排气阀门的情形。液压同步活塞(121，122)对于每一待驱动的阀门都有一对应的驱动腔(1210，1220)，此同步活塞又以这样的方式来驱动一个待驱动的相应阀门(11，11′)的活塞(13，13′)，也即是使得阀门活塞(13，13′)同步运动并具有相同的冲程。缓冲装置(124)可使同步活塞(12)到初始位置的返回运动得到缓冲。液压装置(1)可使阀门(11，11′)的轴杆(112，112′)的伸出长度(H，H′)的差异得到补偿。
文档编号F02B3/06GK1160120SQ9612283
公开日1997年9月24日 申请日期1996年9月28日 优先权日1995年10月3日
发明者A·罗兰, G·帕特里克, Y·图尔汉 申请人:新苏舍柴油机有限公司