多缸活塞式发动的制造方法
【专利摘要】多缸活塞式发动机（20）包括：该发动机（20）的各汽缸（19）所用的至少一个由凸轮操作的阀提升装置（4），所述阀提升装置（4）布置成打开气体交换阀（24、25）；和起动装置，所述起动装置包括压力介质源（18）、用于将压力介质引入所述发动机（20）的汽缸（19）中的至少一个起动阀（10）、用于将所述压力介质源（18）连接至所述起动阀（10）的装置（26），以及用于设置有起动阀（10）的每个汽缸（19）以便控制所述起动阀（10）的操作的控制阀（12）。每个控制阀（12）均布置成由相应的汽缸（19）的气体交换凸轮（1）操作。
【专利说明】多缸活塞式发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的多缸活塞式发动机。该发动机包括起动装置以及用于该发动机的每个汽缸的至少一个由凸轮操作阀提升装置，该阀提升装置布置成打开气体交换阀。
【背景技术】
[0002]例如用作船中的主或辅助发动机或者用于在发电厂生产电和/或热的大型内燃发动机通常通过利用增压空气被起动，该增压空气被顺序地喷射到发动机的汽缸中以用于旋转曲轴。希望最小化起动空气的消耗以便节约能量和存储起动空气所需的空间，并且因此需要空气喷射定时的精确控制。
[0003]专利申请W02007/003693A1公开了用于多缸活塞式发动机的起动系统。管道系统将压力介质源连接至发动机的每个汽缸。每个汽缸均设置有用于将压力介质引入汽缸中的起动空气阀。每个起动阀均由控制阀控制。起动系统设置有定时设备，该定时设备包括与发动机的旋转部机械连接的控制部。这种起动装置保证起动空气喷射的精确定时，但是缺点在于控制空气必须被带到单独控制的气管中的每个控制阀。而且，不同的定时设备需要针对具有不同数量的汽缸的发动机进行设计。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种改进的具有起动装置的多缸活塞式发动机。根据本发明的发动机以权利要求1的特征部分来表征。
[0005]根据本发明，所述多缸活塞式发动机包括用于该发动机的每个汽缸的至少一个由凸轮操作的阀提升装置，所述阀提升装置布置成打开气体交换阀。所述起动装置包括压力介质源、用于将压力介质引入所述发动机的汽缸的至少一个起动阀、用于将所述压力介质源连接至所述起动阀的装置，以及用于所述发动机的设置有起动阀的每个汽缸以便控制所述起动阀的操作的控制阀。每个控制阀均布置成由相应的汽缸的气体交换凸轮操作。
[0006]本发明具有几个优点。因为起动阀由所述气体交换凸轮控制，因此不需要单独的起动凸轮。与发动机的汽缸数无关地使用相同的凸轮，并且不需要针对具有不同数量的汽缸的发动机设计不同的起动凸轮。起动空气可以被分配到单个起动空气管道中的汽缸而不是用于每个汽缸的单独的管道。这节省了空间和材料。本发明还使得能够可靠且精确地控制起动空气喷射。
[0007]根据本发明的实施方式，操作控制阀的每个气体交换凸轮均包括布置在该凸轮的基圆下方用于操作该控制阀的一部分。当控制阀由气体交换阀的在凸轮的基圆下方的一部分操作时，获得简单且可靠的控制机构。相同的凸轮可以用于具有不同数量的汽缸的发动机，并且针对起动空气喷射定时不需要单独的调节。
[0008]根据本发明的实施方式，每个控制阀均经由控制空气管道与压力介质源和相应的起动阀流动连通。[0009]根据本发明的实施方式，控制阀布置成在阀提升装置与气体交换凸轮的在该凸轮的基圆下方的部分接合时允许压力介质流到起动阀以打开起动阀。
[0010]根据本发明的实施方式，每个控制阀均包括能由阀提升装置移动的阀构件。
[0011]根据本发明的实施方式，阀提升装置包括柱塞，该柱塞在阀提升装置与气体交换凸轮的在该凸轮的基圆下方的部分接合时朝着该气体交换凸轮推动阀构件。
[0012]根据本发明的实施方式，阀构件由压力介质的压力朝着阀提升装置推动。
[0013]根据本发明的实施方式，气体交换凸轮是进气凸轮。起动空气喷射在上止点附近被起动并且接近于排气阀打开的曲柄角被终止。当进气凸轮用于控制起动阀时，凸轮的在基圆下方的部分远离该凸轮的凸角。基圆下方的部分的形状因此不取决于凸角的形状。如果基圆下方的部分接近于凸轮的凸角，则可能对基圆下方的部分的形状有一些限制。
[0014]根据本发明的实施方式，每个进气凸轮均包括布置在该凸轮的基圆下方以用于控制可变进气阀关闭的操作的第二部分，并且布置在凸轮的基圆下方的部分也布置在所述第二部分下方。
[0015]根据本发明的实施方式，气体交换凸轮是排气凸轮。当控制阀由排气凸轮操作时，本发明可以甚至用于具有凸轮操作的排气阀的二冲程发动机。
[0016]根据本发明的实施方式，在二冲程发动机中，该发动机的至少三个汽缸设置有起动阀，并且在四冲程发动机中，该发动机的至少五个汽缸设置有起动阀。
[0017]根据本发明的实施方式，发动机的所有汽缸都设置有起动阀。因为相同的凸轮轮廓和阀提升装置可以用于发动机的所有汽缸，因此向所有汽缸都提供起动阀是实用的。
[0018]根据本发明的实施方式，每个控制阀均包括用于将压力介质弓丨入控制阀的进口通道、用于将压力介质引入起动阀以打开该起动阀的出口通道，以及用于在控制阀未由气体交换凸轮致动时将压力介质释放出控制阀的排出通道。
[0019]根据本发明的实施方式，起动装置包括用于开始发动机的起动的主起动阀。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1示意地示出了内燃发动机的起动系统。
[0021]图2示出了具有气体交换阀和起动阀的汽缸盖的一部分的简化剖面图。
[0022]图3至图6示出了根据本发明的实施方式的在操作的不同阶段的发动机的进气凸轮和起动阀的控制装置。
[0023]图7示出了根据本发明的另一实施方式的发动机的进气凸轮和起动阀的控制装置。
[0024]图8示意地示出了根据本发明的另一实施方式的内燃发动机的起动系统。
[0025]图9示出了发动机的排气凸轮和空气喷射阀的控制装置。
[0026]图10示出了处于不同曲柄角的凸轮从动件的竖直位置。
[0027]图11示出了在具有VIC的发动机中处于不同曲柄角的凸轮从动件的竖直位置。
【具体实施方式】
[0028]现在将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。
[0029]图1示意地示出了活塞式发动机20的起动装置。在图1的示例中，发动机20包括六个汽缸19，但是发动机20可以包括布置成例如直列或V型构造的任何合理数量的汽缸19。发动机20是大型内燃发动机，诸如那些用于在发电厂生产电和/或热的发动机或者作为船中的主发动机或辅助发动机的发动机。在图1所示的实施方式中，所有的汽缸19均设置有用于将诸如增压空气的压力介质引入汽缸19以用于起动发动机20的装置。然而，在具有大量汽缸的发动机中，不必发动机的所有汽缸都用于起动。在四冲程发动机的情况下，需要起动进入汽缸中的至少五个汽缸的空气喷射以能够与初始曲轴位置无关地起动发动机。在二冲程发动机中，三个汽缸就足够了。如果发动机设置有用于将曲轴旋转到较好的起动位置的装置，则即使具有起动空气喷射的较少数量的汽缸也是足够的。然而，因为根据本发明的起动装置使得能够利用用于将起动空气喷射到发动机20的每个汽缸19中的相同的装置，因此将发动机20的所有汽缸19用于起动是实用的。
[0030]增压空气被存储在起动空气罐18中，从该起动空气罐,增压空气可以被引入发动机20的位于起动空气管道26中的汽缸19中。代替空气，也可以使用一些其他增压气体。起动空气罐18可以由压缩机(未示出)填充。发动机20的用于起动的每个汽缸19均设置有起动阀10。在图2中示出了与汽缸盖23结合的起动阀10。汽缸盖23还设置有用于将燃烧空气引入相应的汽缸19中的进气道32，并且设置有用于将排气引出汽缸19的排气道
33。一个或多个进气阀24以及一个或多个排气阀25布置在汽缸盖23中以用于打开和关闭汽缸19以及进气道32和排气道32之间的连接。每个起动阀10的操作由相应的控制阀12控制。发动机20的每个汽缸19也可以设置有一个以上的起动阀10。如果每个汽缸19均例如设置有两个起动阀10，则这两个阀10可以由相同的控制阀12控制。控制阀12连接至起动空气管道26。该起动空气管道26设置有用于在起动发动机20时进行控制的主起动阀17。起动阀10和控制阀12的示例被示出为图3至图6中的简化图示。
[0031]根据本发明的实施方式，起动装置包括阀提升装置4和气体交换凸轮I。该气体交换凸轮I在图中被示出为绕其竖轴旋转90度以更好地示出凸轮轮廓2。气体交换凸轮I的凸轮轮廓2包括基圆2a、凸角2b以及布置在该基圆2a下方的部分2c。表达“基圆下方”意味着凸轮轮廓2的该部分的半径小于基圆2a的半径。在基圆2a下方的部分2c的半径不需要在整个部分2c范围内是不变的。在图3至图6所示的实施方式中，气体交换凸轮I是进气凸轮并且阀提升装置4布置成打开发动机20的进气阀24。相同的凸轮提升装置4可用于打开发动机20的排气阀25。
[0032]凸轮提升装置4包括主体部5和布置在该主体部5内的往复柱塞6。柱塞6布置成提升推杆8。凸轮从动件3通过轴承附接至柱塞6。主体部5和柱塞6之间的螺旋弹簧7将凸轮从动件3推压在凸轮轮廓2上。提升装置以常规的方式工作。当凸轮从动件3位于凸轮轮廓2的在基圆2a下方的部分2c上时，柱塞6处于其最低位置。主体部5设置有止动件表面9，推杆8可以靠在该止动件表面上，使得推杆8和进气阀24的位置不会在凸轮从动件3离开基圆2a并且进入基圆2a下方的部分2c时改变，反之亦然。当进气凸轮I旋转时，凸轮从动件3变得最终接合凸轮轮廓2的凸角2b。柱塞6和推杆8向上移动并且进气阀24打开。图4中示出了进气阀24全开的情况。
[0033]发动机20的每个汽缸19均设置有包括阀构件22的起动阀10。该起动阀10由弹簧11保持关闭。为了控制起动阀10的操作，每个阀提升装置4均设置有控制阀12。当凸轮从动件3接合凸轮轮廓2的在基圆2a下方的部分2c时，柱塞6向下推动控制阀12内的阀构件13，如图5所示。
[0034]为了起动发动机20，主起动阀17被打开。这允许起动空气在起动空气管道26中流到控制阀12。增压空气经由进口通道14进入控制阀12。在凸轮从动件3位于基圆2a上或进气凸轮I的凸角2b上的情况下与阀提升装置4结合的那些控制阀12中，空气压力推动控制阀12内的阀构件13向上进入图4所示的位置。阀构件13因此允许增压空气通过排出通道16流出控制阀12。空气例如从排出通道16被释放到发动机室中。相反，在凸轮从动件3位于进气凸轮I的基圆2a下方的部分2c上的情况下与阀提升装置4结合的那些控制阀12中，柱塞6向下推动阀构件13，如图5所示。这关闭了进口通道14和排出通道16之间的连接并且起动空气流到起动阀10。空气通过控制空气进口 27被引入起动阀10的阀构件22上方的空间中，并且空气压力向下推动阀构件22并且打开起动阀10。起动空气因此可以在起动空气管道26中从起动空气罐18流到起动阀10并且通过起动空气进口28流入发动机20的汽缸19中，在汽缸19中起动空气向下推动活塞并且旋转发动机20的
回祁O
[0035]当凸轮轴进一步旋转时，凸轮从动件3离开在进气凸轮I的凸轮轮廓2的基圆2a下方的部分2c并且再次进入基圆2a。进口通道14中的压力和由起动阀10的阀构件22在由弹簧11向上推动时产生的压力因此可以在控制阀12内向上推动阀构件13。因此，控制阀12的进口通道14和排出通道16之间的连接再次打开，如图6中可以看到的，并且起动空气喷射到相应的汽缸19中被终止。起动空气被顺序地喷射到发动机20的汽缸19中直到发动机20起动。当发动机20起动时，主起动阀17可以被关闭。
[0036]通过其中位于基圆2a下方的部分2c处于不同位置的不同的凸轮轮廓2，那些用于打开排气阀25的凸轮提升装置4也可以用于控制起动阀10。然而，为此目的使用进气凸轮是有益的，这是因为在基圆2a下方的部分2c可以布置成远离凸轮轮廓2的凸角2b。这确保了凸轮提升装置4和控制阀12的顺畅操作。
[0037]在图7中示出了本发明的略微不同的实施方式。在该实施方式中，推杆8由布置在该推杆8和柱塞6之间的活塞30移动。用于消除推杆8和活塞30之间的间隙的第二弹簧29布置在活塞30和柱塞6之间。当凸轮从动件3接合凸轮轮廓2的位于其基圆2a下方的部分2c时，在柱塞6和活塞30之间形成间隙31。第二弹簧29保持活塞30靠在推杆8的端部上，使得在推杆8和活塞30之间或者在推杆8的上端和摇臂之间未形成间隙。这确保了阀提升装置4的顺畅操作。
[0038]图10中示出了凸轮从动件3的位置的曲线图。虚线显示排气阀25的凸轮从动件的位置并且实线显示进气阀24的凸轮从动件的位置。而且柱塞6沿相同的曲线而行。推杆8和阀升程还沿相同的曲线而行，除了因为图3至图6中的实施方式中的止动件表面9或者图7的实施方式中的活塞/弹簧装置29、30，推杆8的竖直位置不能是负的。水平轴线下方的区域指示进气阀提升装置4的凸轮从动件3如何接合基圆2a下方的部分2c。起动空气喷射在该阶段期间进行，该喷射在图中所示的实施方式中在压缩冲程期间刚好在上止点(TDC)之前起动并且持续直到在动力冲程期间在上止点之后大于90度的曲柄角。
[0039]图11示出了在设置有可变进气阀关闭(VIC)的发动机中凸轮从动件的竖直位置。在该实施方式中，进气凸轮轮廓包括布置在基圆下方用于控制进气阀关闭定时的一部分。用于控制起动阀的另一部分布置在控制进气阀关闭定时的部分下方。[0040]图8示出了本发明的另一实施方式，其中起动空气管道26和起动空气罐18也用于将附加燃烧空气引入发动机20的汽缸19中。术语“附加燃烧空气”这里是指在点火之前但是在正常进气已结束之后被引入发动机20的汽缸19中的空气。在四冲程发动机中，这意味着附加燃烧空气在关闭汽缸19的进气阀之后被引入该汽缸19中。附加燃烧空气可以被引入发动机20的汽缸19中以用于在发动机载荷突然增大的情况下减小涡轮延迟。在图8的实施方式中，发动机20设置有控制空气管道21，该控制空气管道将控制阀12连接至起动空气罐18。主起动阀17布置在控制空气管道21中。起动空气管道26设置有隔离阀
34。发动机20的每个汽缸19均设置有用于控制附加燃烧空气喷射到汽缸19中的第二控制阀12’。第二控制阀12’通过第二控制空气管道21’连接至起动空气罐18。第二控制空气管道21’设置有用于控制何时将附加燃烧空气的喷射接通的空气喷射控制阀17，。在图8的实施方式中，起动阀10也用于将附加燃烧空气引入汽缸19中。然而，也可以使用单独的阀。控制空气管道21设置有在每个控制阀12下游的止回阀32以用于防止附加燃烧空气在该附加燃烧空气被引入发动机20时通过相应的控制阀12逸出。类似地，第二控制阀管道21’设置有位于每个第二控制阀12’下游的第二止回阀以用于在起动发动机20期间防止起动空气通过第二控制阀12’逸出。
[0041]第二控制阀12’由发动机20的排气凸轮I’操作，如图9所示。用于打开排气阀25的阀提升装置4可以与用于打开进气阀24的阀提升装置4相同。排气凸轮I’的凸轮轮廓2’不同于进气凸轮I的凸轮轮廓2，但是另外第二控制阀12’以与第一控制阀12相同的方式操作。使用排气凸轮I’操作第二控制阀12’是有益的，这是因为在排气凸轮I’中，在基圆2’下方的部分2c’可以布置成远离凸轮轮廓2’的凸角2b’。然而，也可以使用进气凸轮I操作第二控制阀12’并且使用排气凸轮2’操作第一控制阀12。第二控制阀12’与第一控制阀12相同，S卩，包括阀构件13 ’、进口通道14’、出口通道15’以及排出通道14’。
[0042]本领域技术人员将理解的是，本发明不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求书的范围内变化。
【权利要求】
1.一种多缸活塞式发动机(20)，所述发动机包括该发动机(20)的各汽缸(19)所用的至少一个由凸轮操作的阀提升装置(4)，所述阀提升装置(4)布置成打开气体交换阀(24、25),所述发动机(20)还包括起动装置,所述起动装置具有: -压力介质源(18), -至少一个起动阀(10)，所述至少一个起动阀用于将压力介质引入所述发动机(20)的汽缸(19)， -连接装置(26)，所述连接装置用于将所述压力介质源(18)连接至所述起动阀(10)，以及 -控制阀(12)，所述控制阀用于设置有起动阀(10)的每个汽缸(19)以便控制所述起动阀(10)的操作， 所述发动机的特征在于，每个控制阀(12)均布置成由相应的汽缸(19)的气体交换凸轮(I)操作。
2.根据权利要求1所述的发动机(20)，其特征在于，操作控制阀(12)的每个气体交换凸轮(I)均包括布置在该凸轮(I)的基圆(2a)下方以用于操作该控制阀(12)的部分(2c)。
3.根据权利要求1或2所述的发动机(20)，其特征在于，每个控制阀(12)均经由控制空气管道(21)与所述压力介质源(18)和相应的起动阀(10)流动连通。
4.根据权利要求3所述 的发动机(20)，其特征在于，每个控制阀(12)均布置成在所述阀提升装置(4)接合所述气体交换凸轮(I)的位于该凸轮(I)的所述基圆(2a)下方的所述部分(2c)时允许压力介质流到所述起动阀(10)以打开所述起动阀(10)。
5.根据权利要求4所述的发动机(20)，其特征在于，每个控制阀(12)均包括能由所述阀提升装置(4 )移动的阀构件(13 )。
6.根据权利要求5所述的发动机(20)，其特征在于，所述阀提升装置(4)包括柱塞(6)，所述柱塞在所述阀提升装置(4)接合所述气体交换凸轮(I)的位于该凸轮(I)的所述基圆(2a)下方的所述部分(2c)时朝着所述气体交换凸轮(I)推动所述阀构件(13)。
7.根据权利要求5或6所述的发动机(20)，其特征在于，所述阀构件(13)借助于所述压力介质的压力而被朝着所述阀提升装置(4)推动。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机(20)，其特征在于，所述气体交换凸轮(I)是进气凸轮。
9.根据权利要求8所述的发动机(20)，其特征在于，每个进气凸轮(I)均包括第二部分，所述第二部分布置在所述凸轮(I)的所述基圆(2a)下方，以用于控制可变进气阀关闭的操作，并且布置在所述凸轮(I)的所述基圆(2a)下方的所述部分(2c)也布置在所述第二部分的下方。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的发动机(20)，其特征在于，所述气体交换凸轮(I)是排气凸轮。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机(20)，其特征在于，在二冲程发动机中，所述发动机(20)的至少三个汽缸(19)设置有起动阀(10)，并且在四冲程发动机(20)中，所述发动机(20 )的至少五个汽缸(19 )设置有起动阀(10 )。
12.根据权利要求11所述的发动机(20)，其特征在于，所述发动机(20)的所有汽缸(19)都设置有起动阀(10)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机(20)，其特征在于，每个控制阀(12)均包括用于将压力介质引入所述控制阀(12)的进口通道(14)、用于将所述压力介质引入所述起动阀(10)以打开该起动阀(10)的出口通道(15)，以及用于在所述控制阀(12)未由所述气体交换凸轮(I)致动时将所述压力介质释放出该控制阀(12)的排出通道(16)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机(20)，其特征在于，所述起动装置包括用于开始所述发`动机(20 )的起动的主起动阀(17 )。
【文档编号】F01L1/08GK103534478SQ201280023438
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月17日
【发明者】马格努斯·松德斯滕 申请人:瓦锡兰芬兰有限公司