一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构的制作方法

本发明涉及一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构，属于船用低速机技术领域。

背景技术：

船舶发动机排放法规日益严格，用户要求最大限度地降低船舶运行成本。远洋货轮等船舶采用的船用二冲程低速机，每年消耗大量的燃料并且排放大量的有害物质。对此，气体机、双燃料机、米勒循环等先进技术不断被采用。上述技术均要求在低速机所有运行工况内，燃烧室容积始终实时可变，从而保证低速机始终以最佳性能工作。目前，低速机尚未采用可变燃烧室容积机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于：通过设计一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构，用于实现：（a）为了改善低速机的性能，需要该机构实现燃烧室容积可变；（b）为了降低低速机振动对燃烧室容积可变特性的影响，必须合理设计该机构的结构和布置位置；（c）为了满足低速机变工况的响应性，该机构在调节燃烧室容积时必须响应足够快速；（d）要求驱动该机构的能耗低。

本发明所采用的技术方案是：一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构，它包括活塞组件、十字头、连杆、第一柱塞组件、第二柱塞组件、活塞销、调节摇臂、连杆销、调节阀、第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀。活塞销与活塞组件及十字头连接，连杆销与连杆小头连接。调节摇臂的旋转中心与活塞销的轴心同心，调节摇臂与连杆销周向固定，调节摇臂的旋转中心与连杆销的轴心不同心。第一柱塞组件和第二柱塞组件安装在活塞组件、十字头或相对活塞组件固定的支架上。调节阀至少具有第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口。压力源通过第三单向阀与第一阀口相连，第二阀口与第一柱塞组件的柱塞腔相连，第四阀口与第二柱塞组件的柱塞腔相连，第三阀口通过第一单向阀与第一柱塞组件的柱塞腔相连，第三阀口通过第二单向阀与第二柱塞组件的柱塞腔相连。调节阀的阀芯至少具有三个位置。阀芯处于第一位置时，第一阀口、第三阀口和第四阀口三者相连，第二阀口被堵塞。阀芯处于第二位置时，第一阀口与第三阀口相连，第二阀口和第四阀口均被堵塞。阀芯处于第三位置时，第一阀口、第二阀口和第三阀口三者相连，第四阀口被堵塞。第一柱塞组件和第二柱塞组件共同驱动调节摇臂旋转。

本发明的有益效果是：这种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构的活塞销与活塞组件及十字头连接，连杆销与连杆小头连接。调节摇臂的旋转中心与活塞销的轴心同心，调节摇臂与连杆销周向固定，调节摇臂的旋转中心与连杆销的轴心不同心。调节阀至少具有四个阀口，压力源通过单向阀与第一阀口相连。该可变燃烧室容积机构通过控制调节阀，实现了低速机燃烧室容积灵活可变；机构设置在往复移动件上，降低了低速机振动对燃烧室容积可变特性的影响；采用调节阀、第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀组成的调节系统来驱动第一柱塞组件、第二柱塞组件，在调节燃烧室容积时响应快速，并且驱动该机构的能耗低。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。

图1是低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构。

图2是活塞销、调节摇臂和连杆销的安装示例。

图中：1、第一柱塞组件；2、第二柱塞组件；3、活塞销；4、调节摇臂；401、第一柱塞驱动端；402、第二柱塞驱动端；5、连杆销；6、调节阀；7、第一单向阀；8、第二单向阀；9、第三单向阀；a1、第一阀口；a2、第二阀口；a3、第三阀口；a4、第四阀口。

具体实施方式

本发明涉及一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构，如图1。它包括活塞组件、十字头、连杆、第一柱塞组件1、第二柱塞组件2、活塞销3、调节摇臂4、连杆销5、调节阀6、第一单向阀7、第二单向阀8和第三单向阀9。活塞销3与活塞组件及十字头连接。连杆销5与连杆小头连接。调节摇臂4的旋转中心与活塞销3的轴心同心，调节摇臂4与连杆销5周向固定，调节摇臂4的旋转中心与连杆销5的轴心不同心。第一柱塞组件1和第二柱塞组件2安装在活塞组件、十字头或相对活塞组件固定的支架上。第一柱塞组件1和第二柱塞组件2共同驱动调节摇臂4旋转。当调节摇臂4旋转时，活塞组件及十字头相对连杆小头轴心距离随之改变，实现了低速机燃烧室容积的改变。

图2是活塞销、调节摇臂和连杆销的安装示例。调节摇臂4和连杆销5固定连接，调节摇臂4的旋转中心与活塞销3的轴心同心，连杆销5轴心与活塞销3的轴心不同心。第一柱塞组件1和第二柱塞组件2分别通过第一柱塞驱动端401和第二柱塞驱动端402驱动调节摇臂4旋转，从而调节连杆销5轴心相当于活塞销3的轴心的相位。

调节阀6至少具有第一阀口a1、第二阀口a2、第三阀口a3和第四阀口a4。压力源通过第三单向阀9与第一阀口a1相连，第二阀口a2与第一柱塞组件1的柱塞腔相连，第四阀口a4与第二柱塞组件2的柱塞腔相连，第三阀口a3通过第一单向阀7与第一柱塞组件1的柱塞腔相连，第三阀口a3通过第二单向阀8与第二柱塞组件2的柱塞腔相连。调节阀6的阀芯至少具有三个位置。当阀芯处于第一位置时，第一阀口a1、第三阀口a3和第四阀口a4三者相连，第二阀口a2被堵塞。阀芯处于第二位置时，第一阀口a1与第三阀口a3相连，第二阀口a2和第四阀口a4均被堵塞。阀芯处于第三位置时，第一阀口a1、第二阀口a2和第三阀口a3三者相连，第四阀口a4被堵塞。

当低速机燃烧室容积不需要调节时，控制调节阀6的阀芯处于第二位置，压力源通过第三单向阀9后，分别通过第一单向阀7为第一柱塞组件1的柱塞腔补充工质，通过第二单向阀8为第二柱塞组件2的柱塞腔补充工质。调节摇臂4不发生旋转。

当低速机燃烧室容积需要调节时，根据调节摇臂4当前位置和低速机工况等，判断调节摇臂4所需旋转方向。当需要调节摇臂4逆时针旋转时，控制调节阀6的阀芯处于第一位置，利用连杆等部件通过调节摇臂4传递到第一柱塞组件1和第二柱塞组件2的作用力，实现第二柱塞组件2的柱塞腔内的工质通过调节阀6的第四阀口a4、第三阀口a3、第一单向阀7流向第一柱塞组件1的柱塞腔，实现调节摇臂4逆时针旋转。当需要调节摇臂4顺时针旋转时，控制调节阀6的阀芯处于第三位置，利用连杆等部件通过调节摇臂4传递到第一柱塞组件1和第二柱塞组件2的作用力，实现第一柱塞组件1的柱塞腔内的工质通过调节阀6的第二阀口a2、第三阀口a3、第二单向阀8流向第二柱塞组件2的柱塞腔，实现调节摇臂4顺时针旋转。在调节阶段内，压力源通过第三单向阀9为第一柱塞组件1的柱塞腔和第二柱塞组件2的柱塞腔补充工质。

由于本机构利用连杆等部件通过调节摇臂4传递到第一柱塞组件1和第二柱塞组件2的作用力，配合调节阀的阀芯位置，控制了第一柱塞组件1的柱塞腔和第二柱塞组件2的柱塞腔之间流动方向和工质量来调节燃烧室容积，在整个调节阶段内，工质只在第一柱塞组件1的柱塞腔和第二柱塞组件2的柱塞腔之间流动，压力源只需要补充工质泄露等损失量。因此，本机构响应快速，并且能耗极低。此外，本机构设置在往复移动件上，极大地降低了低速机振动对燃烧室容积可变特性的影响。

技术特征：

技术总结
一种低速机低能耗快速响应可变燃烧室容积机构，属于船用低速机技术领域。这种可变燃烧室容积机构的活塞销与活塞组件及十字头连接，连杆销与连杆小头连接。调节摇臂的旋转中心与活塞销的轴心同心，调节摇臂与连杆销周向固定，调节摇臂的旋转中心与连杆销的轴心不同心。调节阀至少具有四个阀口，压力源通过单向阀与第一阀口相连。该可变燃烧室容积机构通过控制调节阀，实现了低速机燃烧室容积灵活可变；机构设置在往复移动件上，降低了低速机振动对燃烧室容积可变特性的影响；采用调节阀、第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀组成的调节系统来驱动第一柱塞组件、第二柱塞组件，在调节燃烧室容积时响应快速，并且驱动该机构的能耗低。

技术研发人员：崔靖晨;隆武强;田华;田江平;许多
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2018.06.27
技术公布日：2018.11.16