可逆的燃烧发动机的控制空气分配器的制作方法

专利名称:可逆的燃烧发动机的控制空气分配器的制作方法
本发明所涉及的是可逆的活塞式燃烧发动机的控制空气分配器，它特别适用于船用柴油机和装有起动空气阀的柴油机，这种阀门组件包括一个阀门滑杆，它能在壳体内产生轴向位移，用来打开和关闭控制空气进口至控制空气出口的通道;一个凸轮从动件，它与阀门滑杆可靠连接，并在向前或后方向起动时，同时操作两个与发动机曲轴同步旋转的控制凸轮;一个与阀门滑杆结合在一起的导向柱塞，并且每个柱塞有一个相应的导向进气口，使凸轮从动件与一个所选定的控制凸轮能够相接触;还包括一个作用在阀门滑杆上的复位弹簧，用以使接触着的凸轮从动件与控制凸轮相互分离。
受到控制空气分配器控制的凸轮用来控制受压缩空气作用的起动空气阀的周期性开启。起动空气阀是分别装在发动机的各个气缸内的，用于向缸内提供起动用的空气。
总之，相应于多个起动空气阀，控制空气分配器是由多个阀门组件所组成，该阀门组件可与凸轮支承轴轴向并联，此时，每个阀门组件有一个相应的控制凸轮对，也可在一个公用的凸轮对周围成星形排列。
在英国专利NO.1，043，607公开的结构中，控制凸轮是成对地轴向并列在一个与发动机同步旋转的一根连续轴上的。在起动发动机时，需要旋转方向上相应控制凸轮通过整个轴的轴向位移，使其在凸轮从动件的下面定位。
这样一种机械位移是很麻烦的，其原因是结构本身和需要采用很多预防性保险措施造成的。即，一方面，所有有关的零部件都要准备位移，而另一方面，假如不产生位移，则要阻止发动机的起动。预防性措施包括各种机械的和电的反馈系统，考虑到随着零部件数量的增加，从统计学上讲其发生故障的可能性就更大。因此，人们希望，特别是从工作的可靠性上考虑希望减少零部件的数目和可能的严重故障发生的危险。事实上，如粘结接触之类不太重要的零部件实际上也可能妨碍发动机的反转，以及在可能发生相撞时运输机的制动。
本发明的目的是提供一种控制空气分配器，这种分配器不同于先有技术的那种分配器，其区别在于前者的两个控制凸轮是在同一个不能轴向位移的基体上的，且在阀门滑杆位移的方向上相互补偿，即在基体转轴周围的圆周上相应于阀门滑杆中间位置的任一侧上进行补偿，在这个位置上供给起动空气阀的控制空气便被中断。该起动空气阀有两个连在一起的导向柱塞，每一个导向柱塞分别与一个单独的导向进气口相连。
在本发明的第二个实施例中的区别是基体是盘形的，控制凸轮是装在盘形基体的异侧或同侧的，该侧面是在相应于阀门滑杆中间位置的圆周的径向内侧或径向外侧上的。
控制凸轮和阀门滑杆以这种方式组成一方面可以使凸轮从动件与所要求的控制凸轮接触，其作用只不过是让空气进入相应的导向空气进口;另一方面，则是可以完全避免产生轴向位移和由此而带来的一切危害。
本发明的控制空气分配器的最佳实施例的特征是导向柱塞的有效面积是相互对置的，同时控制凸轮形成两个单独的、一般是同心的封闭凸轮。因此，凸轮从动件根据所选的起动方向沿着径向外凸轮的径向内侧、或沿着径向内凸轮的径向外侧推起。
一个具有两个这样控制凸轮的凸轮盘，实际上通过在盘的轴向表面设置一个连续的、通常为环形的轨道便可得到，环形轨道的两个径向的限制面分别构成控制凸轮。凸轮从动件可以是由一个销子，或插入轨道的凸出物(如一个滚轮)构成。由于能使阀门滑杆产生位移的压缩空气的作用，凸轮从动件在起动过程中便可与一个控制凸轮接触，轨道的宽度应使限制面之间有一个间隙环带，上述的间隙环带具有固定的径向宽度，其值大于凸轮从动件的最大径向宽度。当起动过程完成后，即发动机处于正常工作状态时，进入各进口的空气被切断，凸轮盘与凸轮从动件之间的接触脱离，以避免它们之间相互磨损。
通过在每一个凸轮盘的轴向表面形成一条轨道可以交替地形成控制凸轮。在此情况下，两个控制凸轮是由第一个轨道的径向外定界面和第二个轨道的径向内定界面所形成，凸轮从动件与彼此相反的两个销子相交叉。上述两个轨道的径向宽度之间出现某一部分相应于凸轮从动件宽度的径向重叠，便可产生间隙环带。
现参照附图详细说明本发明，其中图1所示为本发明的控制空气分配器阀门组件的第一个实施例的纵剖面简图。
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的纵剖面图。
图3是阀门组件的第二个实施例的纵剖面简图。
图1中所示的阀门组件包括壳件1，阀门组件固定在一个凸轮盘上(其固定方式未示出)，凸轮盘又固定在一个与发动机曲轴同步旋转的轴上(图中未示出)。壳体1包括两个导向进气口12和13，一个例如来自发动机的起动空气贮气罐的被压缩的控制空气进口14，和一个将控制空气送到相应的起动空气阀的控制空气出口15。
一个可轴向位移的阀门滑杆配置在壳体1内，阀门滑杆的顶部有一个压簧4，底部与一个凸轮从动件5牢固连接为一体。弹簧4固定在阀门滑杆3顶部两个相对的弹簧导管6和7之间。在阀门滑杆3的中部，弹簧导管7下侧依次装有一个垫圈和一个装在壳体1内的中间环8。弹簧导管6的顶部紧靠着阀门滑杆上的垫圈和一个用螺纹拧在壳体1上的管式支架9。管式支架9有一个中心孔11，其孔径大于阀门滑杆3的顶端。
弹簧4是双向作用的，因为不论阀门滑杆3是向上位移、还是向下位移，弹簧都要使阀门滑杆3推向中间位置。阀门滑杆3向上位移时，其顶端是要通过孔11的。
阀门滑杆3设置二个反向对置的导向柱塞20和21，它们分别有轴向相对的端面20a和21a，两个端面限定环形槽26和27，使它们处在分别与导向进气口12和13相通的中间位置上。中心孔22由阀门滑杆顶端起延伸至中间某一部分。垂直于中心孔22的一个短通道23使中心孔与阀门滑杆的外表面相通。在中间位置的通道23与壳体1对准控制空气出口15时(如图1所示)，便使通向起动空气阀的导管中可能存在的控制空气压力通过中心孔22卸压。在中间位置，从进口14到出口15的控制空气通道就被堵塞。
从图2可以很清楚地看到，凸轮从动件5是由一个销子或凸出物41和一个与阀门滑杆3组合在一起的支臂40所组成，销子固定在支臂40的下端。在支臂40上一个轴向延伸的轨道44与控制销45一起工作。销子45是用螺纹拧在壳体1上的，以防止阀门滑杆3绕自身轴线旋转。
凸轮盘2的轴向侧面之一包括一个槽30(见图1和图2)，该槽可由诸如数控铣床加工而成。轨道30的径向内限制面31和径向外限制面32分别构成两个控制凸轮，发动机在不同的旋转方向起动时，可以控制阀门滑杆3的轴向位移，这样可向起动空气阀提供控制空气。两个独立的控制凸轮31、32上所示的A、B、C、D各点分别表示凸轮工作段的起点和终点，即在发动机起动过程中，凸轮从动件在工作段内沿不同的方向被推起。图1中虚线所示的间隙环带37(由圆35、36所表示)处于两个控制凸轮31和32之间，间隙环带的径向宽度大于凸轮从动件的销子41。在阀门滑杆3的中间位置，销子41处于间隙环带37之内，这样凸轮盘2可以自由旋转而不会碰到销子41，在发动机连续工作时，这种情况是正常的。
现在详细说明图1和图2所示的阀门组件的工作方式。
设前进方向上起动时使用控制凸轮31、并且这也是发动机的起动方向，则压缩的导向空气就会进入导向进气口12。导向空气的压力影响到导向柱塞20，阀门滑杆3迎着弹簧4的力向下位移，直到凸轮从动件5的销子41接触到控制凸轮31时为止。由于起动空气供给一个或更多个发动机气缸，凸轮盘2已由图1所示的位置逆时针方向旋转一定的角度，此时相应的发动机活塞是在上死点，点A已通过销子41，销子与阀门滑杆一起将慢慢地向下位移，直至导向柱塞20通过控制空气进口14的上缘为止，使空气进入环形槽26中，因此除了进入控制空气出口15外也进入导向柱塞20。导向柱塞20和端面20a之间的距离，即环形槽26之高度，要略大于导向进气口12的下缘和控制空气进口14上缘之间的距离。这样，端面20a在阀门滑杆3略向下位移时就会完全阻止导向空气流入环形槽26。所以，只有控制空气的才能影响导向柱塞20。
随着受压的阀门滑杆3进一步下降，控制空气不断地从进口14通过环形槽26到出口15，并进一步送往相应的起动空气阀，该气阀将使起动空气进入相应的气缸内。
在凸轮盘2进一步转动某一角度(90°左右)后，控制凸轮31将慢慢地向上推动阀门滑杆3，直至销子41通过B点，而后，阀门滑杆将再一次回复到图1所示的位置。这时控制空气的压力就通过通道23和中心孔22消除，向气缸提供的起动空气也就停止了。只要压缩导向空气能进入进口12，则这种循环现象将周期性的重复。
当发动机起动程度达到时(即达到额定的转数)，导向空气的压力就消失，喷入发动机气缸的燃油喷射便开始。根据这种周期性的循环作用，每个发动机活塞在导向空气压力消失时是在确定位置的相应的凸轮从动件41将相应于活塞向下的作功冲程紧靠在凸轮的工作段A-B上，或者相应于活塞向上的冲程紧靠在凸轮的B-A上。如果导向空气压力在通过凸轮B-A段过程中消失，则阀门滑杆3就会由于弹簧4保持在中间的位置上。反之，当控制空气供给起动空气阀时，如果导向空气压力在通过凸轮A-B段过程中消失，则环形槽26的高度与进口12和14间距离的关系将导致供给起动空气阀的控制空气不会立即中断，而是首先使控制凸轮31向上推起阀门滑杆3，起动空气压力便通过中心孔22消失。这是一个优点，因为使发动机旋转的起动空气的可靠提供应维持尽可能的长，以抵消水对螺旋浆的制动力矩。在起动过程到正常工作之间暂短的过渡过程内，发动机将由一个或更多个气缸内的起动空气和其它气缸内的燃油驱动。在导向空气压力消失一段时间后，进口14处的控制空气压力也会消失。
如果需要在向后的方向上起动发动机，便要使导向空气进入进口13。其工作方式与前面所述方式十分类似。其区别在于阀门滑杆3是向下移动，这样销子41便按照控制凸轮32工作，而且从进口14至出口15之间的控制空气通道通过具有导向柱塞21的环形槽27受到影响。
图3所示为根据本发明控制空气分配器的阀门组件的更为简单的实施例。该组件同样包括一个壳件50、一个由发动机曲轴同步驱动的凸轮盘52和一个装在壳体50内并产生轴向位移的阀门滑杆53。具有弹性位移的阀门滑杆的上端，在弹簧导管56和壳体50之间受压的压簧54的作用下向上位移。壳体50包括两个进口57和58，用于组成导向/控制空气，此时控制空气也可用作导向空气。该壳体还包括一个将控制空气送往起动空气阀的出口59。
阀门滑杆53与两个导向柱塞61和62组合在一起。柱塞61的有效面积与面61a的面积基本相等，只是从中减去了最小间隙槽的面积。同时柱塞62的有效面积等于两相对面62a和62b的差值。如图所示，这两个有效面积都是定向的，所以在输送压缩空气时，它们便朝着凸轮盘52，向下压紧阀门滑杆53。中心孔70的位置从阀门滑杆53的底部延伸到其中某处。中心孔上端与一横向孔69相通，下端与横向孔74以及环形槽77相连接，环形槽77是通到阀门滑杆53外表面的。紧接在横向孔74的下面，中心孔70由凸轮从动件71所密封。
壳体50上有进口57和58，进口上设有环形室64和65。每个柱塞61和62上面的室与进口相连。在连通出口59时，便形成一个环形室66。出口75使壳体50内部与大气相通。
出口75和环形槽77是这样相互配合的，即出口75总是与中心孔70相通的，这与阀门滑杆53的位置无关，因此可将气体排入大气。在通向起动空气阀的导管中，控制气体的压力只有当孔69与环形室66接通时才能消失。此时，孔69也恰好与出口59相通。
在这个实施例中，所述的两个控制凸轮结合在一起，每个凸轮在同一闭合凸轮80形成一段，闭合凸轮是在形成凸轮盘52的柱形周边上的。位于中间位置圆周82(如虚线所示)径向外侧的径向凸轮段E-F构成控制凸轮中的一个，位于所述圆周82径向内侧的凸轮段F-G构成控制凸轮中的另一个。
在分配器不工作的情况下，弹簧54将阀门滑杆53向上推起，因此就使凸轮从动件71与凸轮盘52完全脱离。控制空气分配器是这样工作的当发动机准备起动时，根据所选择的发动机起动方向，让空气进入相应的进口57或58。假设空气是进入进口57的，通过环形室64，气压作用到导向柱塞61上，使之对着弹簧54的力的方向，向下压住阀门滑杆53，直至凸轮从动件71与凸轮盘52相接触为止。在所设的这种情况下，当空气进入进口57时，控制凸轮F-G段是工作段。当凸轮从动件71因凸轮盘52逆时针转过某一超过F点的角度时，阀门滑杆53就会向下移动很多，使柱塞61a通过环形室66的上边缘与出口59相通，让控制空气流径出口59，流入起动空气阀，紧接着便让起动空气进入气缸。当阀门滑杆53在通过G点后重新回到如图3所示的位置时，起动空气阀的控制气压将通过中心孔70、横向孔74、环形槽77以及开口75而消失。从维持导向/控制气压的观点来看，凸轮从动件71仍然压在凸轮盘52上。凸轮段G-E转动后，第二控制凸轮段E-F接着就使凸轮从动件向上位移。但是这样并不会使起动空气阀工作，因为进口57处的压力和控制空气出口59之间的连接长时间的中断了。直到控制凸轮F-G段再一次出现，出口59才能接通，接着就重复这种循环。
假如发动机要在相反方向上起动，就要让空气进入进口58。同样通过环形室65和导向柱塞62，空气将向下压在阀门滑杆53上，使凸轮从动件71紧压在顺时针方向旋转的凸轮盘52上。由于此时控制凸轮E-F是有效凸轮，所以在控制凸轮E-F将阀门滑杆53向上大大推起，让面62a的边缘通过环形室66的下缘时，控制空气只能进入出口59。当凸轮从动件71通过E点时，控制气压明显地消失。
在这两种情况的任一种情况下，导向/控制气压的消失将在通向起动空气阀的导管中引起瞬时压力下降，进而使供给气缸的起动空气中断。如果希望尽可能长地供给使发动机旋转的起动空气的话，则可安装单向阀(未示出)分别与进口57和58相通。单向阀必须使凸轮从动件71一直压在凸轮盘52上，直到凸轮从动件71第一次通过中央圆周82上的一个点为止，这时通向起动空气阀的起动空气压力便消失了。
采用单向阀意味着在导向/控制空气消失以后，少量的压缩空气将留在实际所用进口的单向阀和相应的导向柱塞之间的范围内。空气的这一体积(如前所述)具有保持向下压住阀杆53的能力，但是，由于其容量小，它不能再一次作用在起动空气阀上。当相应的控制凸轮段再次到达时，空气流入在通向起动空气阀的出气管道中更大的容积内，此时弹簧54将向上拉动阀门滑杆53和凸轮从动件71，并完全脱离凸轮盘52。
所述的实施例是变化的，凸轮盘可由一个柱形的或锥形的旋转体所代替，旋转体的圆周面上形成一个闭合环形滚道。在这种情况下，控制凸轮即由上述滚道的一个横侧面或两个横侧面所构成，相应的阀门组件以这样的方式安装，即每一个阀门滑杆的位移方向与旋转体上的母线相平行。
权利要求
1.可递的活塞式燃烧发动机的控制空气分配器，特别是对船用柴油机和带有起动空气阀的船用柴油机的控制空气分配器，其阀门组件包括一个在壳体(1)中可轴向位移的阀门滑杆(3)，阀门滑杆(3)适时地开启和关闭从控制空气进口(14)到控制空气出口(15)的通路，一个凸轮从动件(5)可靠地与阀门滑杆(3)连接在一起，并与两个控制凸轮(31，32)相配合，凸轮与向前或后起动的发动机曲轴同步旋转，一个与阀门滑杆(3)组成一体的导向柱塞(20)，并且导向柱塞有一个相应的导向空气进口(12)，以使凸轮从动件(5)与所选择的控制凸轮(31)相接触，作用在阀门滑杆上的复位弹簧(4)以抵消上述的接触，其特征在于，在同一不可轴向位移的物体(2)上有两个控制凸轮(31，32)，并且绕物体(2)的旋转轴上两个方向旋转时的阀门滑杆的位移是互相补偿的，供给起动空气阀的控制空气在所述的位置上被中断，还有，阀门滑杆(3)包括二个组合在一起的导向柱塞(20，21)，每个单独与导向空气进口(12，13)相连通。
2.根据权利要求
1所述的分配器，其特征在于，物体(2)是圆盘形的，控制凸轮(31，32)是位于圆盘的径向内面或径向外面的异侧或同侧，该圆盘相当于滑杆(3)的中间位置。
3.根据权利要求
2所述的分配器，其特征在于，导向柱塞(20，21)的有效面积是反向对置的，且控制凸轮(31，32)分为两个通常是同心的封闭凸轮，凸轮从动件(5)根据所选择的起动方向，随着径向外凸轮(32)的径向内侧或径向内凸轮(31)的径向外侧上下运动。
4.根据权利要求
3所述的分配器，其特征在于，控制凸轮(31，32)是由一个整体构件的两个径向限制面所构成，这个整体构件通常是在凸轮盘(2)的轴向表面之一的一条环形轨道(30)。
5.根据权利要求
3所述的分配器，其特征在于，阀门滑杆(3)的构成使得在离开其中间位置的一定轴向位移之后，阀门滑杆允许控制空气到达相应的导向柱塞，并且当控制空气进口完全打开时其导向空气进口完全关闭。
6.根据权利要求
2所述的分配器，其特征在于两个导向柱塞(61，62)的有效面积调整到由于导向空气的供给使柱塞在朝向凸轮盘(52)的方向上紧压阀门滑杆(53)，上述两个导向空气进口(57，58)同样由控制空气进口构成，并且上述的两个控制凸轮构成一体，其周边表面是向外突出的凸轮(80)。
7.根据权利要求
6所述的分配器，其特征在于，与两个导向柱塞的空气进口(57，58)相连处设有单向阀，它只允许空气流到相应的柱塞(61，62)中。
专利摘要
控制空气分配器相应于每个起动空气阀有一个阀门组件，它包括一个装在壳体内可轴向位移且与凸轮从动件接触的阀门滑杆和两个导向柱塞。壳体包括两个导向空气的进口、一个控制空气的进口和一个将控制空气送到起动空气阀的出口。凸轮从动件连接同心轨道，其两个径向限制面构成了控制凸轮。实现发动机在给定方向上的起动是将压缩空气导入相应的导向空气进口，经相应的导向柱塞阀门滑杆排出，并使凸轮从动件接触所需的控制凸轮。
文档编号F02B3/00GK86107583SQ86107583
公开日1987年11月4日 申请日期1986年11月5日
发明者芬恩·夸德罗普·詹森 申请人:奥格斯堡·纽伦堡机械公司伯迈斯特与韦恩柴油机分公司