CN101092900B - 大型两冲程柴油发动机的废气收集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有多个气缸的大型直列两冲程柴油发动机(1)的长形废气收集器(16)。所述废气收集器(16)纵向分隔成几个腔(26、27、28、29)。所述废气收集器(16)设置有沿其长度分布的废气入口(24)。废气储气器的其中一个纵向末端处设置有出口(35)。压力分配管道(33)设置在该废气收集器(16)内并将出口(35)连接于远离该出口的腔(29、30)。压力分配管道(33)设置有侧部开口(40)，所述侧部开口将压力分配管道的内部连接于与更邻近于出口(35)的近腔(26、27)。

Description

大型两冲程柴油发动机的废气收集器

技术领域

本发明涉及一种用于大型两冲程柴油发动机的废气收集器，具体涉及一种用于具有多个气缸的直列式发动机的废气收集器。

背景技术

大型两冲程柴油发动机的废气收集器是高负荷组件，其从各个压力大约为4巴的气缸接收热的(450℃)废气。在热载荷与压力载荷的极点上，发动机的振动摇动了该构造，从而进一步地增加了作用在废气收集器上的机械载荷。由于废气收集器的大尺寸(长度可以远超过10米)以及高操作温度，废气收集器的热膨胀是非常显著的，并且大型发动机具有通过波纹管而分成两个或更多个容纳部分以吸收由热膨胀引起的尺寸变化的废气收集器。整个废气收集器和任意其所属部件由一层厚的绝缘材料覆盖，从而使废气收集器外表面的温度远低于废气收集器内的废气温度。安全标准要求废气收集器外表面的温度低于220℃，从而使露出的发动机部件的温度不会高到足以点燃发动机燃料或者其它无意地与之接触的油料。在实际中，废气收集器外表面良好的绝缘而使得其表面温度保持在150℃之下。

从经济的角度出发，为大型两冲程柴油发动机在发动机其中一个纵向端部附近设置仅仅单个涡轮增压器是最经济的，但是存在从发动机相对端处的气缸传输废气的长传输距离而引发的问题。在实践中，大型两冲程柴油发动机全部地构造成直列式发动机。通常，气缸的数目从5个到14个，进而显然带有大量气缸的发动机具有很长的长度。通常，所述单个的涡轮增压器安装在大型两冲程柴油发动机的端部。与辅助加载装置(server charger)最为接近的废气收集器纵向端部设置有出口，该出口基本上直接连接于涡轮增压器的入口。从而，来自于远离涡轮增压器处的气缸的废气需要穿过发动机的整个长度。来自最靠近涡轮增压器的气缸的废气所必须经过的距离明显要小得多。最近和最远的气缸之间的距离可能大于10米。

此外，因为脉动的废气会导致不可接受的压力波动，该大尺寸使得通常难以将废气收集器构造成一个大的中空腔。因此，废气收集器内的空间由其中具有孔口的分隔壁而分成几个腔，这限制了在分隔部分之间的流动。从而，在抵达涡轮增压器之前，来自于最远的气缸的废气需要经过几个孔口，而来自于最近的腔的废气不需要经过任何孔口，因此，在废气收集器远端处的压力远大于在废气收集器近端处的压力。由于与靠近涡轮增压器的气缸相比，具有高背压的远端气缸的热载荷更高，产生了气缸上的背压的不均匀分布所引发的问题。为了避免对具有最高热载荷的气缸造成热损伤，必须减少所有气缸的整体热载荷。这意味着邻近涡轮增压器的气缸并不在最佳效率下工作，从而，整体的发动机性能降低了。

因此，需要一种用于使长形废气收集器中的压力均衡的结构。

发明内容

在此基础上，本发明的一个目的是提供一种长形废气收集器，其至少部分地满足了上述的要求。

通过提供一种用于大型两冲程柴油发动机的长形废气收集器而实现该目的。

所述废气收集器纵向分隔成至少一近腔和一远腔或者一近腔(26)、一远腔(30)和一个或多个中间腔(27、29)，所述废气收集器设置有沿其长度分布的废气入口以及位于其中一个纵向末端处的废气出口，所述废气收集器包括设置于该废气收集器内的压力分配管道。并且所述压力分配管道将所述出口连接于至少其中一个所述腔。

通过在废气收集器内设置压力均衡管道，在各个气缸内所感受到的背压差基本上得以均衡。从而，气缸上的热载荷更为均匀地分布，因此，发动机所有的气缸都接近最大负荷地运转，由此，提高了发动机的整体性能。

所述压力分配管道可具有敞开的远端和敞开的近端，所述近端连接于所述出口。

优选地，所述压力分配管道从所述出口延伸而通过所述近腔或经过所述近腔(26)与一个或多个中间腔(29)，从而进入一中间腔或所述远腔。

所述压力分配管道延伸通过所述近腔以及可选地通过一个或多个中间腔的部分可设置有侧部开口，该侧部开口将压力分配管道的内部连接于近腔或连接于一中间腔。

优选地，压力分配管道从所述废气出口延伸到所述侧部开口的部分的通流面积大于压力分配管道从所述侧部开口延伸到所述压力分配管道两个端部中的另一端部的部分的通流面积。从而，废气在从不同腔中流过时所受到的流动阻力得以均衡。

所述废气收集器可包括至少一个中间腔，该中间腔设置在所述近腔和远腔之间，而且，所述压力分配管道可设置有另一具有中等通流面积和附加侧部开口的部分。

优选地，所述压力分配管道通过沿压力分配管道的长度分布的支撑件从所述废气收集器纵向悬挂，并且所述支撑件构造成允许在所述废气收集器和所述压力分配管道之间的纵向移位，以补偿废气收集器和压力分配管道之间的热膨胀差异。

所述压力分配管道可纵向地紧固到所述出口。

优选地，相邻的腔之间可通过位于将相关腔分隔开的元件中的孔口而彼此连通。

所述废气收集器可包括有两个或更多个互相连接、成直列式设置的容纳部分。

上述目的还通过提供一种用于大型两冲程柴油发动机的长形废气收集器而实现，该废气收集器设置有沿其长度方向分布的废气入口以及位于其其中一个纵向端部处的废气出口，该废气收集器包括设置在所述废气收集器内的压力分配管道，所述压力分配管道的一端连接于所述出口，且所述压力分配管道设置有两个或多个纵向间隔的开口，这些开口将压力分配管道的内部连接于所述废气收集器的内部。

通过在废气收集器内设置压力分配管道使得在各个气缸内所感受到的背压差基本上得以均衡。从而，气缸上的热载荷更为均匀地分布，因此，发动机的所有气缸都接近最大负荷地运转，从而提高了发动机的整体性能。

通过详细描述，依据本发明的废气收集器的其它目的、特征、优点以及性能将变得清楚。

附图说明

在下文对本发明的详细描述部分中，将参照在附图中示出的示例实施方式而对本发明进行更为详细的解释，其中：

图1为在依据本发明一个实施方式的大型两冲程发动机的长侧面视图，

图2为图1所示发动机的后端视图，

图3为依据本发明第一实施方式的废气收集器的侧视图(局部纵向剖视)，

图3A为图3所示废气收集器的第一横截面视图，

图3B为图3所示废气收集器的第二横截面视图，

图3C为图3所示废气收集器的第三横截面视图，

图4为依据本发明第二实施方式的废气收集器的侧视图(局部纵向剖视)，

图4A示出了图4所示废气收集器的一个变例，

图5为依据本发明第三实施方式的废气收集器的侧视图(局部纵向剖视)，以及

图6为依据本发明第四实施方式的废气收集器的侧视图(局部纵向剖视)。

具体实施方式

图1和图2分别示出了依据本发明一优选实施方式的发动机1的侧视图和后视图。发动机1是一种十字头型的单向流动低速两冲程十字头柴油发动机，其可以是轮船中的推进系统或者发电站中的原动机。这些发动机通常具有3到14个成直列式的气缸。发动机1在带有用于曲轴的主轴承的底板2(仅能看到附装于曲轴端部的飞轮3)上形成。

取决于制造设备，底板2可制成一件式的或者分成适当尺寸的几个部分。

焊接设计的A形框架盒4安装在底板2上。在排气侧，框架盒4设置有用于各气缸的安全阀，而在凸轮轴侧，框架盒4设置有用于各气缸的大铰接门。十字头导引面(未图示)集成在框架盒4中。

气缸框架5安装在框架盒4的顶部。支撑螺栓(未图示)连接底板2、框架盒4以及气缸框架5并把所述结构保持在一起。

气缸框架5承载着各个气缸6，在本发明的第一实施方式中具有12个气缸。

气缸框架5与气缸套6一起形成了扫气空间。扫气收集器9栓紧于气缸框架5。

活塞(未图示)容置在各气缸套6的内部。活塞杆(未图示)将活塞的底部连接于十字头(未图示)的顶部。气缸套6由气缸框架5承载。

发动机配置有设置在发动机尾端上的涡轮增压器10。气缸是单向流动型的并具有位于气盒中的扫气端口(未图示)，由涡轮增压器10加压的扫气通过该扫气端口而供应到扫气收集器9。

空气直接地从发动机室通过涡轮增压器的消音器(未图示)吸入到涡轮增压器10。空气由涡轮增压器10经由空气冷却器11、充气管12和扫气收集器9而导引到气缸套6的扫气端口。

发动机配置有电动的辅助扫气鼓风机13。在低载荷与中等载荷情形下，辅助鼓风机辅助涡轮器压缩机的工作。

在气缸盖14中，排气阀(未图示)居中地安装在气缸的顶部。在膨胀冲程结束时，在发动机活塞下降经过扫气端口之前，排气阀打开，从而，位于活塞上方的燃烧腔内的燃烧气体通过通入到废气收集器16中的排出通道15(图3A)流出，且燃烧腔内的压力得以释放。在活塞向上移动的过程中，排气阀再次关闭。

废气收集器16包括第一容纳部分17和第二容纳部分18，这两个部分通过波纹管19连接起来。废气收集器16而分成两个通过柔性元件连在一起的容纳部分，以补偿由于热膨胀而导致的废气收集器16的壳体尺寸的变化。将废气收集器的壳体分成两个或更多个部分的另一个原因在于制造设备所能处理的最大尺寸。

图3、3A、3B和3C非常详细地示出了依据本发明第一实施方式的长形废气收集器。废气收集器16的每个容纳部分17、18以及波纹管19覆盖有一层厚的绝缘材料20。各容纳部分17、18在纵向长度的中间处由刚性支撑件22所支撑。在刚性支撑件22的两侧沿容纳部分17、18的长度分布有多个柔性支撑件23。柔性支撑件23由一个板形成，该板可沿废气收集器16的纵向相当幅度地移动，为了补偿大的容纳部分17、18的热膨胀需要该移动。

容纳部分17、18每个都设置有至少一个检修孔盖21，用以允许维修人员在维修和检查期间进入废气收集器16中。

发动机1的12个气缸中的每一个都通过排出通道15连接于废气收集器16的入口24。

废气收集器16的内部分成四个腔。分隔壁25将容纳部分17的内部分成一个近腔26和一个中间腔27。1号气缸和2号气缸都通入近腔26内。3号、4号、5号和6号气缸通入中间腔27内。近腔26和中间腔27通过位于分隔壁25中的孔口(未示)连通。分隔壁28将容纳部分18的内部分成一个中间腔29和一个远腔30。7号、8号、9号和10号气缸通入中间腔29内。11号气缸和12号气缸通入远腔30内。远腔30和中间腔29通过孔口31(图3C)连通。

中间腔28和中间腔29通过形成于波纹管19与压力分配管道33之间的环形孔口连通，这在下文将进一步地详细描述。仔细地形成每个孔口的尺寸，以在废气收集器内实现最佳的动态气体行为特征，尤其是避免大的压力波动以及否则会在特定发动机速度和/或载荷时产生的共振。

压力分配管道33设置在废气收集器16内，从废气收集器出口35延伸到近腔26并通过中间腔27而进入到另一中间腔28。压力分配管道的近端连接于废气收集器出口35，从而纵向地固定。

废气收集器出口35直接地连接于涡轮增压器10的入口。压力分配管道33的远端37通入中间腔29内。一网栅覆盖住远端37的开口。在本实施方式的一个变例中(未图示)，压力分配管道33的远端封闭，且代之的是，设置有邻近于远端设置的侧部开口，用于将压力分配管道33的内部连接于中间腔29。

压力分配管道33延伸通过近腔26以及中间腔27的部分38的通流面积大于压力分配管道33从中间腔27延伸穿过波纹管19而到另一中间腔28的部分39的通流面积。较大通流面积的原因是：压力分配管道33的部分38将接收入废气收集器16中的所有废气都传输到涡轮增压器的入口，而压力分配管道33的部分39仅传输接收入中间腔29和远腔30中的废气。为了从近腔26以及中间腔27接收废气，压力分配管道33的部分38设置有侧部开口40，该侧部开口40将中间腔27连接于压力分配管道33的内部。该侧部开口40覆盖有网栅。

通过分配管道33的通流面积的差异，从各个腔26、27、29和30经过的废气的阻力得到了均衡。从而，气缸上的热载荷大致相等地分配，因此，所有的气缸可接近其最大负荷地运转而不会有单个气缸将会过载的危险。

压力分配管道33的部分38由分隔壁25以及沿其长度分布的柔性支撑件44(图3A)支撑。柔性支撑件44由板形成，其允许在压力分配管道33的部分38和容纳部分17之间的纵向移位。压力分配管道33的部分39通过板形式的柔性支撑件45(图3B)从容纳部分18内部的顶部悬挂。该柔性支撑件45允许在压力分配管道33的部分39与容纳部分18之间的纵向移位。

图4示出了依据本发明第二实施方式的废气收集器。第二实施方式与第一实施方式几乎完全相同。然而，在第二实施方式中，废气收集器16具有单壳体17，该单壳体17通过分隔壁25分成一个近腔26和一个远腔30，即不存在中间腔。

发动机具有8个成直列式的气缸，其中气缸1-4通入近腔内而气缸5-8通入远腔内。压力分配管道33具有较小通流面积的部分39延伸穿过分隔壁25，分隔壁25中没有使得近腔和远腔之间可直接连通的孔口。

压力分配管道33的远端37通入远腔30内。压力分配管道33具有较大通流面积的部分38设置有侧部开口40，该侧部开口40将近腔26连接于压力分配管道33的内部。

压力分配管道33的近端连接于废气收集器的出口35。废气收集器的出口35连接于涡轮增压器10的入口。

依据第二实施方式的废气收集器特别适合于比用于依据第一实施方式的废气收集器的发动机要小的发动机。

图4A示出了图4所描述的废气收集器的一个变例。除了废气收集器16的内部没有隔开之外，依据图4A的变例与图4的废气收集器几乎完全相同。取决于发动机的长度，在压力分配管道33中可设置有多于两个的开口37、40。一个或多个侧部开口40连接于废气收集器16内部的近部部分和中间部分，而位于远端37处的开口连接于废气收集器16内部的远部部分。在另一个变例中(未图示)，压力分配管道33仅具有一个开口，该开口将废气收集器16的内部与压力分配管道33的内部连接起来。优选地，该单个的开口大致设置在废气收集器16纵向长度的中间。

图5示出了依据本发明第三实施方式的废气收集器。该第三实施实施方式与第一实施方式大致完全相同。然而，在第三实施方式中，废气收集器16具有三个容纳部分17、18和18’。这三个容纳部分通过两个波纹管19和19’相互连接起来，并且在这个实施方式中，压力分配管道33包括有三个部分38、38’和39，每个部分的通流面积都是不同的。

容纳部分17、18和18’每个都形成一个腔，该腔通过形成在压力分配管道33和波纹管19及19’之间的环形孔口而与相邻的腔连通。依据第三实施方式的废气收集器特别适合于比用于依据第一实施方式的废气收集器的发动机要大的发动机。

发动机具有9个气缸，其中气缸1-3通入到近腔26中，气缸4-6通入到中间腔27中，而气缸7-9通入到远腔30中。

延伸入近腔26中的压力分配管道33的部分38具有最大的通流面积并设置有一个侧部开口40，该侧部开口将近腔26连接于压力分配管道33的内部。延伸入中间腔27中的压力分配管道33的部分38’具有较小的通流面积并设置有一个侧部开口40’，该侧部开口将中间腔27连接于压力分配管道33的内部。延伸入远腔30中的压力分配管道33的部分39具有最小的通流面积，且压力分配管道33的远端37通入到远腔30中。

依据第三实施方式的废气收集器特别适合于比用于依据第一实施方式的废气收集器的发动机要大的发动机。

图6示出了依据本发明第四实施方式的废气收集器。该第四实施实施方式与第三实施方式大致完全相同。然而，在第四实施方式中，压力分配管道33的通流面积是恒定的，且仅仅具有一个位于其远端37处的开口，该开口与废气收集器16的腔连通。位于压力分配管道33的远端37处的开口连接于中间腔27。可使用邻近远端37的侧部开口(未示)，而不是在远端37自身处开口。

容纳在近腔26内的废气通过形成于压力分配管道33和波纹管19之间的孔口流动到中间腔27。容纳在远腔30内的废气通过形成于波纹管19’中的孔口流动到中间腔27。近腔26及远腔30由气缸4-6接收到中间腔27中的废气通过位于远端37处的开口而进入到压力分配管道33内。从该处，废气经过压力分配管道33而流到涡轮增压器10的入口。

权利要求中使用的术语“包括”并不排除其它的元件或步骤。权利要求中使用的术语“一”或“一个”并不排除多个。

虽然为了解释的目的而对本发明进行了详细的描述，可以理解，这些详细的描述仅仅用于描述的目的，且本领域内的技术人员可在而不脱离本发明的范畴的情况下在其中进行改动。

Claims (15)

1.一种用于大型两冲程柴油发动机(1)的长形废气收集器(16)，

所述废气收集器(16)纵向分隔成至少一近腔(26)和一远腔(30)或者一近腔(26)、一远腔(30)和一个或多个中间腔(27、29)，

所述废气收集器(16)设置有沿其长度分布的废气入口(24)以及位于该废气收集器的其中一个纵向末端处的废气出口(35)，

所述废气收集器(16)包括设置于该废气收集器内的压力分配管道(33)，

所述压力分配管道(33)将所述废气出口(35)连接于至少其中一个所述腔(26、27、29、30)。

2.如权利要求1所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)具有一敞开的远端(37)以及一敞开的近端，所述近端连接于所述废气出口(35)。

3.如权利要求2所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)从所述废气出口(35)延伸，经过所述近腔(26)或经过所述近腔(26)与一个或多个中间腔(29)而进入到一中间腔(29)或进入到所述远腔(30)。

4.如权利要求3所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道延伸通过近腔(26)或延伸通过所述近腔(26)与一个或多个中间腔(27)的部分(38)设置有侧部开口(40)，该侧部开口将压力分配管道的内部连接于近腔(26)或连接于一中间腔(27)。

5.如权利要求4所述的废气收集器，其中，压力分配管道从所述废气出口(35)延伸到所述侧部开口(40)的部分(38)的通流面积大于压力分配管道从所述侧部开口(40)延伸到所述压力分配管道(33)的远端(37)的部分(39)的通流面积。

6.如权利要求4或5所述的废气收集器，其中，所述废气收集器(16)包括至少一个设置在所述近腔(26)和所述远腔(30)之间的中间腔(27、29)，且其中，所述压力分配管道(33)设置有另一具有中等通流面积以及附加侧部开口的部分(38’)。

7.如权利要求1所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)通过沿压力分配管道的长度方向分布的支撑件(44、45)从所述废气收集器纵向地悬挂，所述支撑件(44、45)构造成允许在所述废气收集器(16)和所述压力分配管道(33)之间的纵向移位，以补偿废气收集器和压力分配管道之间的热膨胀差异。

8.如权利要求1所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)纵向地紧固到所述废气出口(35)。

9.如权利要求1所述的废气收集器，其中，相邻的腔(26、27、29、30)之间通过将相关腔隔开的元件中的孔口而彼此连通。

10.如权利要求1所述的废气收集器，其中，所述废气收集器(16)包括两个或更多个互相连接、成直列式设置的容纳部分(17、18)。

11.如权利要求1所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)居中地设置在所述废气收集器(16)的内部。

12.一种用于大型两冲程柴油发动机(1)的长形废气收集器(16)，

所述废气收集器(16)设置有沿其长度方向分布的废气入口(24)以及位于该废气收集器的其中一个纵向端部处的废气出口(35)，

所述废气收集器(16)包括设置在所述废气收集器内的压力分配管道(33)，

所述压力分配管道(33)的一端连接于所述废气出口(35)，且

所述压力分配管道(33)设置有两个或多个纵向间隔的开口(37、40)，所述开口将压力分配管道(33)的内部连接于所述废气收集器(16)的内部。

13.如权利要求12所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)具有一敞开的远端(37)和一敞开的近端，所述近端连接于所述废气出口(35)。

14.如权利要求13所述的废气收集器，其中，所述压力分配管道(33)设置有一侧部开口(40)，该侧部开口将压力分配管道的内部连接于废气收集器(16)内部的近部部分或中间部分。

15.如权利要求14所述的废气收集器，其中，所述远端(37)通入所述废气收集器(16)内部的远部部分。

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