CN106703928B - 由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统 - Google Patents

Abstract

一种由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，安装在包括阀杆和阀壳的排气阀上，包括高压共轨管、驱动执行单元和空气弹簧组件；其中，空气弹簧组件固定于阀壳的顶部且与阀杆连接；驱动执行单元固定于空气弹簧组件的顶部且直接连接高压共轨管，包括电磁阀、驱动单元壳体、大活塞、小活塞、机械弹簧组件和单向阀，电磁阀与高压共轨管连接，驱动单元壳体设有上节流孔和下节流孔，单向阀连接于下节流孔上且与高压共轨管连接，机械弹簧组件、大活塞和小活塞设置于驱动单元壳体之内，小活塞抵压于阀杆的上端；驱动执行单元利用高压共轨管内的高压伺服油，直接控制并驱动阀杆上下运动以开启和关闭排气阀。本发明采用直接驱动实现了阀杆的控制，误差少，结构简单，成本低，寿命长，撞击小。

Description

由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统

技术领域

本发明涉及船用大功率低速柴油机排气阀用电液驱动控制系统，具体涉及一种由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，属于柴油机技术领域。

背景技术

船用低速柴油机的排气阀及其控制驱动系统是柴油机的核心组件之一，其驱动特性将直接影响到发动机的经济性和排放性。目前市场上广泛使用的排气阀用电液驱动控制系统均是基于间接驱动的原理，即：以高压或低压的形式通过节流孔或单向阀向执行单元的增压腔充满伺服油，当排气阀需要打开时，控制单元发送指令控制电磁阀上电，高压伺服油驱动增压活塞向上运动，压缩增压腔内的伺服油，被压缩的高压伺服油再通过伺服油管传输到排气阀顶端，驱动排气阀杆向下运动，排气阀开启；当排气阀要关闭时，控制单元发送指令控制电磁阀断电，高压伺服油切断，增压活塞向下运动，增压腔内的伺服油压力迅速降低，排气阀杆在空气弹簧的作用下，向上运动，排气阀关闭。由于工况的不同、加工和装配存在的误差、缸补油以及泄露情况不一致，或者各动作过程中零部件的偶发状况，上述系统会导致阀杆行程达不到预定值甚至失效，从而严重影响柴油机的性能和排放。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，在简化系统组成的同时，实现排气阀阀杆的启闭控制，提高排气及换气效率，并延长系统各组成零部件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，安装在排气阀上，该排气阀包括有阀杆和阀壳，其特征在于，所述排气阀控制执行系统包括输送伺服油的高压共轨管、驱动执行单元和空气弹簧组件；

所述空气弹簧组件固定于所述阀壳的顶部且与所述阀杆连接；

所述驱动执行单元固定于所述空气弹簧组件的顶部且直接连接所述高压共轨管，包括电磁阀、驱动单元壳体、大活塞、小活塞、机械弹簧组件和单向阀，所述电磁阀安装于所述驱动单元壳体上，位于所述驱动执行单元的最上部且与所述高压共轨管连接，所述驱动单元壳体固定于所述空气弹簧组件上，并且自上而下设有上节流孔和下节流孔，所述单向阀连接于该下节流孔上且与所述高压共轨管连接，所述机械弹簧组件、大活塞和小活塞自上而下依序排列地设置于所述驱动单元壳体之内，该小活塞抵压于所述阀杆的上端；

所述高压共轨管为多通路供油管，向所述驱动执行单元提供高压驱动压力；

所述驱动执行单元利用所述高压共轨管内的高压伺服油，直接控制并驱动所述阀杆上下运动以开启和关闭所述排气阀。

进一步地，所述的阀杆的行程由所述上节流孔和下节流孔的高度确定并且能够通过改变该上节流孔和下节流孔的高度进行微调。

进一步地，所述的驱动单元壳体包括两级圆柱孔，在第一级圆柱孔的底面设置有液压缓冲槽，以在所述阀杆开启时减小所述大活塞对所述驱动单元壳体的撞击。

进一步地，所述的大活塞的底部设有凹槽，以在所述阀杆关闭时减小所述小活塞对于该大活塞的撞击。

进一步地，所述的小活塞的顶部为圆锥面，以在所述阀杆关闭时起导向作用，并且在阀杆维持阶段与所述下节流孔共同形成节流效应；所述节流阀与该节流效应共同作用能够实现在阀杆维持阶段不同负载下所述小活塞上腔驱动压力的自适应，并且减少伺服油损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的驱动执行单元直接连接伺服油的高压共轨管，采用直接驱动的电液排气阀控制系统，代替了通过补油、增压来间接实现阀杆启闭的传统的电液控制驱动系统；相比于间接驱动的排气阀执行机构，本发明减少了一套补油及增压组件，不仅简化了结构，而且可有效避免了由于补油、泄露不一而引起的阀杆开度不一致，甚至排气阀打不开的现象。

2、伺服油高压共轨管直接连接驱动执行单元，有效降低了驱动伺服油的压降，提高了排气阀控制执行系统的执行效率。

3、所述排气阀控制执行系统的阀杆行程可以通过改变上、下节流孔的高度进行微调。

4、本发明各运动零部件之间均采用了缓冲结构，能够有效避免硬碰撞，提高了系统的使用寿命。

5、本发明有效降低了加工和装配难度，且大大降低了整个装置的加工和制造成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是阀杆开启过程的示意图。

图3是阀杆关闭过程的示意图。

图4是本发明扩展应用的示意图。

图中：

1阀杆，2阀座，3阀壳，4单项阻尼阀，5空气弹簧组件，6单向阀，7上节流孔，8下节流孔，9驱动单元壳体，10小活塞，11大活塞，12机械弹簧组件，13电磁阀，14高压共轨管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统做进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图示由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统安装在排气阀上，该排气阀包括有阀杆1、阀座2和阀壳3；该排气阀控制执行系统包括用以输送伺服油的高压共轨管14、驱动执行单元和空气弹簧组件5。

所述空气弹簧组件5固定于所述排气阀的阀壳3的顶部，并且与所述阀杆1连接，该空气弹簧组件5的下部设有单项阻尼阀4。

所述驱动执行单元固定于所述空气弹簧组件5的顶部，并且直接连接所述高压共轨管14；该驱动执行单元包括电磁阀13、驱动单元壳体9、大活塞11、小活塞10、机械弹簧组件12和单向阀6。所述驱动执行单元利用所述高压共轨管14内的高压伺服油，直接控制并驱动所述阀杆1上下运动，以开启和关闭所述排气阀。

所述电磁阀13为大流量的两位两通电磁阀，安装于所述驱动单元壳体9上，通过得电和失电控制所述排气阀的阀杆1的开启和关闭。该电磁阀13位于所述驱动执行单元的最上部，并且与所述高压共轨管14连接。

所述驱动单元壳体9固定于所述空气弹簧组件5上，并且自上而下设有上节流孔7和下节流孔8；所述的单向阀6安装于该下节流孔8处且与所述高压共轨管14连接，用于防止回油油路中的伺服油倒流入驱动系统中。

所述的阀杆1的行程由所述上节流孔7和下节流孔8的高度确定，并且通过改变该上节流孔7和下节流孔8的高度能够对该阀杆1的行程进行微调。所述的上节流孔7和下节流孔8可在所述小活塞10运动到行程末端时，将该小活塞10上端的驱动油压降至维持负载所需的压力值，并减少所述阀杆1行程维持阶段的伺服油消耗，

所述机械弹簧组件12、大活塞11和小活塞10设置于所述驱动单元壳体9之内，并且自上而下依序地排列；该小活塞10抵压于所述阀杆1的上端。

所述的小活塞10的圆柱面顶部为圆锥面形式，以保证所述阀杆1关闭过程中的导向作用，同时该圆锥面在阀杆1维持阶段与安装单向阀6的下节流孔8共同形成节流效应；所述单向阀6与该节流效应共同作用，能够实现在阀杆维持阶段不同负载下所述小活塞上腔驱动压力的自适应，并且减少伺服油损失。

所述驱动执行单元采用了多种缓冲方式，可有降低各运动件之间的冲击力。

所述的驱动单元壳体9包括两级圆柱孔，用于所述阀杆1在开启及维持过程中驱动力的转变；在第一级圆柱孔的底面设置有液压缓冲槽，用于减小所述阀杆1开启时所述大活塞11对所述驱动单元壳体9的撞击。

所述大活塞11的底部设有凹槽，用于减小所述阀杆1关闭时所述小活塞10对所述大活塞11的撞击力。

所述的机械弹簧组件12可在所述阀杆1关闭时起到缓冲作用。

所述的下节流孔8和单向阀6可以起到缓冲和抑制压力波动的作用。

所述高压共轨管14为多通路供油管，直接连接所述驱动执行单元并向该驱动执行单元提供稳定的高压驱动压力，同时收集驱动油路中的回油。

本发明采用直接驱动的电液控制系统代替通过补油、增压来间接实现阀杆1启闭的电液控制驱动系统。本发明的具体工作原理如下：

排气阀排气过程如图2所示。控制系统(图中未示出)发出控制信号，电磁阀13通电，由高压共轨管14引出的一路高压伺服油，直接经电磁阀13进入驱动执行单元的大活塞11上腔(图2位置a)，并推动小活塞10和阀杆1克服气缸背压和空气弹簧组件5的阻力而将排气阀打开，同时由于阀杆1打开时驱动力较大，为防止大活塞11直接撞击到驱动单元壳体9，在驱动单元壳体9上设置了液压缓冲槽；当大活塞11到达机械限位后，驱动单元壳体9上的油路打开，高压伺服驱动油经由此回路及上节流孔7进入小活塞10上腔(图2位置b)，并继续推动阀杆1继续打开直至设定行程，同时，在小活塞10驱动阀杆1达到行程设定值时，小活塞10上腔的驱动伺服油经下节流孔8和单向阀6与回油油路相连(图2位置c)，由于上节流孔7、下节流孔8及小活塞10的锥面和驱动单元壳体9之间形成的限流作用，使得小活塞10上腔的驱动伺服油油压可以维持在一个特定值，且此值会随负载的变化而变化，具有一定的自适应性。

排气阀关闭过程如图3所示。控制系统(图中未示出)发出控制信号，电磁阀13失电，阀杆1在气缸残余压力和空气弹簧组件5的作用力下推动小活塞10向上运动，运行一小段距离之后，安装单向阀6的下节流孔8被完全遮挡，小活塞10上腔的伺服油经上节流孔7回到大活塞11上腔，并经电磁阀13与高压共轨管14中的回油通道相连(图3位置a)；当小活塞10上腔的伺服油无法及时从上节流孔7排出时，该部分伺服油将产生一定的压力(由排气阀关闭时的气缸和空气弹簧压力所决定)并推动大活塞11向上运动，同时将小活塞10上腔和大活塞11上腔的回油通路切断，小活塞10和大活塞11之间形成一个封闭的压力腔，直至运动到图3位置b所示的位置，此腔与大活塞11下端的回油油路相通，伺服油经此油路直接回到共轨管(图3位置c)。所述大活塞11顶部配有机械弹簧组件12，底部采用凹槽形式，可避免大活塞11与小活塞10、大活塞11与电磁阀13的连接块、阀杆1与阀座2之间的撞击，并起到缓冲和抑制系统内压力波动的作用。

图4是本发明的扩展应用之一。如图4所示，排气阀的打开过程与上述情况完全相同，阀杆1关闭时则不存在将上节流孔7处回油通路切断的情况，即当伺服油无法及时从上节流孔7排出时，在空气弹簧组件5和气缸背压的推动下，大活塞11先行触顶并压缩机械弹簧组件12，直至大活塞11和小活塞10之间的伺服油通过节流孔完全排出，对小活塞10与大活塞11、阀杆1与阀座2之间的撞击均可起到缓冲作用。

上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，安装在排气阀上，该排气阀包括有阀杆和阀壳，其特征在于，所述排气阀控制执行系统包括输送伺服油的高压共轨管、驱动执行单元和空气弹簧组件；

所述空气弹簧组件固定于所述阀壳的顶部且与所述阀杆连接；

所述驱动执行单元固定于所述空气弹簧组件的顶部且直接连接所述高压共轨管，包括电磁阀、驱动单元壳体、大活塞、小活塞、机械弹簧组件和单向阀，所述电磁阀安装于所述驱动单元壳体上，位于所述驱动执行单元的最上部且与所述高压共轨管连接，所述驱动单元壳体固定于所述空气弹簧组件上，并且自上而下设有上节流孔和下节流孔，所述单向阀连接于该下节流孔上且与所述高压共轨管连接，所述机械弹簧组件、大活塞和小活塞自上而下依序排列地设置于所述驱动单元壳体之内，该小活塞抵压于所述阀杆的上端；

所述高压共轨管为多通路供油管，向所述驱动执行单元提供高压驱动压力；

所述驱动执行单元利用所述高压共轨管内的高压伺服油，直接控制并驱动所述阀杆上下运动以开启和关闭所述排气阀；

所述的阀杆的行程由所述上节流孔和下节流孔的高度确定并且能够通过改变该上节流孔和下节流孔的高度进行微调。

2.根据权利要求1所述的由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，其特征在于：所述的驱动单元壳体包括两级圆柱孔，在第一级圆柱孔的底面设置有液压缓冲槽，以在所述阀杆开启时减小所述大活塞对所述驱动单元壳体的撞击。

3.根据权利要求1所述的由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，其特征在于：所述的大活塞的底部设有凹槽，以在所述阀杆关闭时减小所述小活塞对于该大活塞的撞击。

4.根据权利要求1所述的由伺服油直接驱动的排气阀控制执行系统，其特征在于：所述的小活塞的顶部为圆锥面，以在所述阀杆关闭时起导向作用，并且在阀杆维持阶段与所述下节流孔共同形成节流效应；所述单向阀与该节流效应共同作用能够实现在阀杆维持阶段不同负载下所述小活塞上腔驱动压力的自适应，并且减少伺服油损失。

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