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CN103201479A - 用于内燃机的空气连接器 - Google Patents

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CN103201479A CN2011800530820A CN201180053082A CN103201479A CN 103201479 A CN103201479 A CN 103201479A CN 2011800530820 A CN2011800530820 A CN 2011800530820A CN 201180053082 A CN201180053082 A CN 201180053082A CN 103201479 A CN103201479 A CN 103201479A
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Abstract

提供一种空气连接器，其可与内燃机的相关的进气管或排气管内的进气口或排气口对置地安装以允许该进气口或排气口与相关的进气管或排气管和压缩空气储罐有选择地连通。空气连接器包括安装在可通过致动器在打开位置和闭合位置之间移动的杆上的塞件，在该打开位置上该进气口或排气口与相关的进气管或排气管连通，在该闭合位置上该塞件封闭该进气口或排气口的入口周围以将该进气口或排气口与相关的进气管或排气隔断。在塞件和杆内设有空气通道以允许当塞件位于闭合位置时该进气口或排气口与该压缩空气储罐连通，在该空气通道内设有止回阀并且该止回阀沿某一方向被偏压以防止空气在塞件的任何位置上从压缩空气储罐泄漏。

Description

用于内燃机的空气连接器
发明领域
本发明涉及空气连接器，该空气连接器可与在内燃机的相关进气管或排气管的进气口或排气口对置地安装，以允许该口与相关的管和压缩空气储罐选择性地连通。
发明背景
发动机制动常被用在重型货车上，其中发动机在被车辆驱动的情况下被暂时转换为能量吸收器并且向发动机供给燃料被关停。为了增大被驱动发动机所产生的制动转矩，作为暂时操作的气门操作机构的发动机制动装置通常安装在发动机内，用以改变发动机气门正时以允许在发动机压缩冲程中在发动机气缸内所产生的压缩力从发动机中被不可逆地释放。过去，当发动机制动装置被启动时，在发动机压缩冲程中使发动机排气门保持打开，并且压缩空气能量被释放给发动机的排气系统。类似地，发动机进气门可以在发动机压缩冲程中保持打开，产生类似的发动机制动作用，但压缩空气能量被释放给发动机的进气系统。
无论哪种情况，代替在制动过程中所产生的压缩空气能量被浪费，人们已提议将压缩空气引向压缩空气储罐，从而压缩空气在制动后被收集并在车辆中被再次用于各种不同目的。这呈现出空气混合动力型车辆，其发动机可选择地按照多种模式运行，即产生车辆驱动动力的正常燃料燃烧模式和在车辆制动过程中吸收能量并产生压缩空气的空压机模式，以及可能有的再次利用所收集的压缩空气以驱动发动机的空气马达模式。
在上述的空气混合动力型车辆中，当发动机按空压机模式运行时，作用于发动机排气门或进气门的发动机制动装置被作动，以实现发动机气缸泄压。同时，需要空气换向装置来分别自发动机的排气系统或进气系统收集压缩空气。这种空气换向装置在安装于两者中的任一位置时均有相似的功能和设计，但鉴于排气系统的较高温度而不得不考虑运行环境。因此缘故，最好将发动机制动系统从作用于排气门的传统位置换到作用于进气门的类似位置，以产生类似的发动机制动效果，从而允许将空气换向装置安装在发动机的进气系统中，这将更加经济和耐用。
发明目的
本发明旨在使发动机能按多种模式运行，同时尽量降低空气换向装置的复杂性。
发明概述
根据本发明，提供一种空气连接器，其可与内燃机的相关进气管或排气管的进气口或排气口对置地安装以允许进气口或排气口与相关的进气管或排气管和压缩空气储罐有选择地连通，该空气连接器包括安装在可通过致动器在打开位置和闭合位置之间移动的杆上的塞件，在打开位置上该进气口或排气口与相关的进气管或排气管连通，在闭合位置上该塞件封闭该进气口或排气口的入口周围以将该进气口或排气口与相关的进气管或排气管隔断，其中在该塞件和该杆内设有空气通道以允许当该塞件位于闭合位置时该进气口或排气口与该压缩空气储罐连通，在该空气通道内设有止回阀并且该止回阀沿某一方向被偏压以防止空气在该塞件的任何位置上从压缩空气储罐泄漏。
该制动器优选为气动制动器，包括可连接以接收来自该压缩空气储罐的压缩空气的气动气缸和具有在该杆内的空气通道和该气动气缸之间连通的开口的活塞。
该活塞应具有比该塞件的空气阻塞面积大的有效面积，以使通过气动气缸内的气压施加到活塞的闭合力超过通过被传递到或产生在被封闭的进气口或排气口内的气压施加到该塞件上的打开力。
在空气连接器内优选设有复位弹簧，用于当该气动气缸与该压缩空气储罐断开并代之以被排气到周围大气时使该塞件从该进气口或排气口的入口回撤。
当发动机按照某些模式运行时，可能期望允许空气从压缩空气储罐流入该进气口，即沿与该止回阀所允许的方向相反的方向。这可通过设置用于打开该止回阀以在该塞件处于闭合位置时允许双向流动的外装式拱座来实现。这种拱座只要塞件仍位于闭合位置便可将该止回阀的阀闭合件顶离开其阀座。
涉及一种发动机，其安装有作用于发动机进气门的发动机制动装置，这里描述的空气连接器可以用于这样的四冲程内燃机内，其每个气缸具有两个进气门且具有通向相应的进气门的两个单独的进气口。在这种发动机中，除了燃料燃烧产生动力且两个进气口均与其相应的进气管或共用的进气室连通的常态运行模式外，该发动机还可以在两种空气混合动力模式即空压机模式和空气马达模式中的至少一种模式中运行。在空压机模式中，空气在发动机进气冲程中经由第一进气口被吸入发动机气缸，空气在随后的发动机压缩冲程中通过被空气连接器的塞件闭合的第二进气口被供给至压缩空气储罐。在空气马达模式中，压缩空气在进气冲程中通过被空气连接器的塞件闭合的第一进气口(在该模式下，止回阀通过外装式拱座保持打开)从压缩空气储罐被供给至发动机气缸，并且在随后的发动机压缩冲程中通过第二进气口从发动机气缸被排出。
在上述的发动机中，在发动机的所有运行模式中，第一进气门以常态进气动作运行，第二进气门在发动机常态运行模式中以第一气门动作运行并且在发动机的空压机运行模式和空气马达运行模式中以第二气门动作运行。
上述发动机还可按照例如为涡轮迟滞提供补偿或为提供短期大功率运行的临时增压燃料燃烧模式来运行。在这种情况下，两个进气口被相应的空气连接器阻塞且压缩空气通过空气连接器从压缩空气储罐被供应至进气口，其中该空气连接器内的止回阀通过外装式拱座保持打开，两个进气门均以用于发动机常态运行模式的气门动作来运行。
该空气连接器可被用于另一种四冲程内燃机，其中该内燃机的每个气缸仅有一个进气门或者多个进气门共用一个共同的或双重连通的进气口。在这样的发动机中，除了燃料燃烧产生动力且该进气口打开的常态运行模式外，该空气连接器还能使发动机按照空压机模式运行。
为此目的，至少一个附加的流通通道设置在塞件内，用以在进气口由空气连接器连接时将该进气口入口周围的大气空间与进气口的内部连通，在该附加的流通通道内设有单向阀用于允许空气通过该塞件流入该进气口。
当在空压机模式下运行时，空气在发动机进气冲程中通过空气连接器中的单向阀被吸入发动机气缸，空气在随后的发动机压缩冲程中被压缩并通过空气连接器中的止回阀被供给压缩空气储罐。
在上述发动机中，该进气门在发动机常态运行模式中以常态进气动作运行并且在发动机空压机运行模式下以第二气门动作运行。
上述发动机还可以在临时增压燃料燃烧模式下运行，在该燃料燃烧模式中该进气口被空气连接器阻塞，被压缩的空气通过在空气连接器内的通过外装式拱座保持打开的止回阀从压缩空气储罐被供给至该进气口，同时两个进气门均以适于发动机常态运行模式的气门动作来运行。
附图简介
现将参考附图通过示例的方式对本发明进行进一步描述，其中：
图1是实施本发明的空气连接器的示意剖视图；
图2是空气连接器的另一种设计的示意剖视图；
图3、图4、图5和图6示出具有两个进气口和用于不同运行模式的相应的空气连接器的内燃机的一个气缸；
图7示出具有按空压机运行模式就位的单个空气连接器和单个进气口的另一内燃机的一个气缸；
图8是示出当发动机按其常态动力产生模式运行时的气门动作的气门正时图；以及
图9是示出当发动机按空压机模式或空气马达模式运行时的气门动作的气门正时图。
优选实施方式的具体说明
虽然本发明的空气连接器可以与被安装成分别作用于进气门或排气门的相关发动机制动装置联合工作的发动机的进气口或排气口对置地安装，但以下描述所涉及的空气连接器与安装作用于发动机进气门的发动机制动装置联合工作的发动机的进气口对置地安装。
图1示出与在沿箭头所指的方向上通向发动机气缸的进气门的进气口120对置安装的空气连接器10，用于允许进气口120与进气口120外的进气管和压缩空气储罐40有选择地连通。连接器10包括安装在杆14上的塞件12，该杆可通过致动器30在打开位置和闭合位置之间移动，在打开位置上进气口120与进气管连通，在闭合位置上塞件12环绕封闭进气口120的入口以将进气口120与进气管隔断。在图1中，塞件12被致动器30推向进气口120的入口并以足够大的力被紧压到在进气口入口周围的密封件122上，该力足以保持进气口入口周围的紧密密封。在塞件12和杆14内设有空气通道16，用于允许当塞件12位于闭合位置时进气口120与压缩空气储罐40相连通。布置在空气通道16内的止回阀18沿某一方向被偏压以防止在塞件12的任何位置上空气从压缩空气储罐40泄漏。
致动器30为气动致动器，其包括可连接以接收来自压缩空气储罐40的压缩空气的气动气缸32和具有在杆14内的空气通道16和气动气缸32之间连通的开口36的活塞34。在图1中，活塞34如图所示通过O型密封圈被密封以便沿气动气缸32移动。作为替代，可以通过柔性膜片来密封以便移动。
活塞34具有比塞件12的空气阻塞面积大的有效面积，用于使通过气动气缸32内的空气压力施加到活塞34的闭合力超过通过被传递到或产生在封闭的进气口120内的空气压力施加到塞件12上的打开力。
致动器30还包括复位弹簧38，用于当气动气缸32与压缩空气储罐40断开并代之以排气到环境大气时使塞件12从进气口120的入口回撤。
止回阀18包括可操作而与外装式拱座124相互作用的弹簧加载式阀闭合件，以允许在塞件12处于闭合位置时空气能双向流动。图1a所示的拱座124如图所示为穿过密封件122安装的杆件，用于当塞件12在被致动器30推向进气口120的入口而接近密封件122时停止并顶起止回阀18。
图2示出空气连接器20的一个替代设计，该空气连接器具有用于阻塞较大的进气口220的较大的塞件22。塞件22在杆周围区域具有附加的流通通道24，用于在塞件22处于闭合位置时使进气口220外的大气空间与进气口220内部连通。位于流通通道24后面的盘形件26布置成起到单向阀作用，其允许空气通过流通通道24和盘形件26的中心开口从进气管流入进气口220，但阻止从进气口220朝向进气管的任何反向流。
上述空气连接器10或20可按照多种运行模式应用在内燃机内。
图3示出四冲程内燃机的气缸110。活塞112在气缸110内往复运动而限定出体积可变的工作腔。该工作腔具有两个进气门118a、118b。它还具有排气门(未示出)且所有气门均以传统的方式运行。被供给发动机的空气在流向箭头的方向上沿进气室导入。
进气口120a、120b通向相应的进气门118a、118b并且每个进气口具有与图1所示的与进气口入口对置安装的空气连接器相似的各空气连接器10a、10b。在这样的发动机中，除图3所示的燃料燃烧产生动力且两个空气连接器均处于打开位置以使进气口120a、120b与进气室连通的常态运行模式外，该发动机还可按照两种空气混合动力模式中的至少一种模式运行，即，图4所示的空压机模式和图5所示的空气马达模式。
在图4中，该发动机按照空压机模式运行，此时空气在发动机进气冲程中在空气连接器10a处于打开位置的情况下经由第一进气口120a被吸入发动机气缸110，空气在随后的发动机压缩冲程中被压缩并经由通过空气连接器10b连通到压缩空气储罐40的第二进气口120b被供应。
在图5中，该发动机按照空气马达模式运行，此时压缩空气在发动机进气冲程中经由通过与外装式拱座联合工作的空气连接器10a连通以允许空气自压缩空气储罐40流入发动机气缸110的第一进气接口120a来供应，空气在随后的发动机压缩冲程中在空气连接器10b处于打开位置的情况下通过第二进气接口120b从发动机气缸110被排出。
上述发动机的气门动作如图8和图9所示。在发动机的所有运行模式中，第一进气门118a以图8和图9所示的常态进气动作136a运行，第二进气门118b在发动机常态运行模式中以图8所示的第一气门动作136b运行并且在发动机空压机运行模式和空气马达运行模式中以图9所示的第二气门动作136b运行。
上述发动机还可以在另一个例如为涡轮迟滞提供补偿或为提供短期大功率运行的临时增压燃料燃烧模式中运行。在此情况下，空气连接器10a、10b均处于闭合位置。压缩空气经由通过与外装式拱座联合工作的空气连接器10a连接到压缩空气储罐40的第一进气口120a被供给至发动机气缸110，同时进气门118a、118b均以图8所示的用于发动机常态运行模式的气门动作136a、136b运行。空气连接器10b阻塞第二进气口120b并防止压缩空气泄漏至进气室，即使是第二进气门118b在发动机进气冲程打开的情况下。
图7示出另一四冲程内燃机，该内燃机具有两个进气门218a和218b，这两个进气门218a和218b共用一个共同的或双重连通的进气口220。进气口220具有类似于图2所示的与进气口入口对置安装的空气连接器的空气连接器20。在这样的发动机中，除了燃料燃烧产生动力且空气连接器20处于打开位置以使进气口220与进气室连通的常态运行模式(图7中未示出)外，该发动机还可以在图7所示的其空气连接器20处于闭合位置的空压机模式中运行。
在图7中，该发动机按照空压机模式运行，此时空气在发动机进气冲程中通过空气连接器20内的单向阀从进气室被吸入发动机气缸210，该空气在随后的发动机压缩冲程中被压缩并通过空气连接器20内的止回阀被供给至压缩空气储罐40内。
在上述的发动机中，在发动机所有的运行模式中，第一进气门118a以图8和图9所示的常态进气动作136a运行，第二进气门118b在发动机常态运行模式中以图8所示的第一气门动作136b运行并且在发动机空压机运行模式下以图9所示的第二气门动作136b运行。
上述发动机还可以在另一个例如为涡轮迟滞提供补偿或为提供短期大功率运行的临时增压燃料燃烧模式下运行。在这种情况下，空气连接器10或空气连接器20安装在进气口220的对面并处于闭合位置。被压缩的空气经由通过与外装式拱座联合工作的空气连接器10或20连通到压缩空气储罐40的进气口220被供给发动机气缸210，同时进气门218a、218b均以用于发动机常态运行模式的气门动作来运行。

Claims (7)

1.一种空气连接器，其可与内燃机的相关进气管或排气管内的进气口或排气口对置地安装以允许该进气口或排气口与相关的进气管或排气管和压缩空气储罐有选择地连通，该空气连接器包括安装在可通过致动器在打开位置和闭合位置之间移动的杆上的塞件，在该打开位置上该进气口或排气口与相关的进气管或排气管连通，在该闭合位置上该塞件封闭该进气口或排气口的入口周围以将该进气口或排气口与相关的进气管或排气管隔断，在该塞件和该杆内设有空气通道以允许当该塞件位于该闭合位置时该进气口或排气口与该压缩空气储罐连通，在该空气通道内设有止回阀并且该止回阀沿某一方向被偏压以防止在该塞件的任何位置上空气从该压缩空气储罐泄漏。
2.如权利要求1所述的空气连接器，其中，所述致动器为气动致动器，其包括可连接以接收来自该压缩空气储罐的压缩空气的气动气缸和具有在该杆内的该空气通道和该气动气缸之间连通的开口的活塞，该活塞具有比该塞件的空气阻塞面积大的有效面积，以使通过该气动气缸内的气压施加到该活塞上的闭合力超过通过被传递到或产生在被阻塞的进气口或排气口内的气压施加到该塞件上的打开力。
3.如权利要求2所述的空气连接器，其中，还包括当该气动气缸与该压缩空气储罐断开并代之以被排气到周围大气时使该塞件从该进气口或排气口的入口回撤的复位弹簧。
4.如前述权利要求中任一项所述的空气连接器，其中，该止回阀包括可操作而与外装式拱座相互作用的弹簧加载式气门闭合件，以允许在该塞件处于该闭合位置时空气双向流动。
5.如前述权利要求中任一项所述的空气连接器，其中，在该杆周围的该塞件区域设有至少一个单向阀，以允许在该塞件处于闭合位置时该进气口或排气口与相关的进气管或排气管之间的空气流动。
6.一种四冲程内燃机，每个气缸具有通向相应的进气门的两个单独的进气口，其中如前述权利要求中任一项所述的空气连接器与每个气缸的所述进气口中的至少一个进气口对置地安装在进气管或进气室内。
7.一种四冲程内燃机，每个气缸具有通向一个或多个进气门的一个进气口，其中如权利要求1-5中任一项所述的空气连接器与每个气缸的所述进气口对置地安装在进气管或进气室内。
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