CN101328835B - 大型十字头柴油发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型十字头柴油发动机(1)，所述发动机(1)带有用于接收沿发动机轴线(31)延伸的曲轴(3)的基板(2)、包括两个外壁(4)的架台(5)、和设置在所述架台(5)上以接收汽缸的汽缸段(6)，所述架台(5)设置在所述基板(2)上。在这点上，基板(2)、架台(5)和汽缸段(6)通过两个拉杆(7)彼此连接，所述拉杆(7)的每个在架台(5)中在由两个横向的支撑壁(8)形成的单壁支撑本体(9)区域中延伸。在这点上，支撑本体(9)包括两个滑动表面(10)，以支撑十字头(12)的一个滑瓦(11)。根据本发明，两个相邻的滑瓦(11)相对于发动机轴线(31)交替地支撑在支撑本体(9)处。

Description

大型十字头柴油发动机

技术领域

本发明涉及大型十字头柴油发动机。

背景技术

十字头结构的大型柴油发动机，如优选地用于造船或例如用于产生电能的固定装置中，包括形成发动机机架的三个大的外壳段。由底板隔开的所谓的架台设置在基板上，所述基板在轴承座旁边具有横向支撑元件，带有主曲轴轴承以接收曲轴。架台包括根据大型柴油发动机汽缸数量的多个支撑本体，所述支撑本体各具有以垂直方式延伸的两个滑动表面以导向两个相邻的十字头，所述十字头经由推杆连接到曲轴。在这点上，相对地设置且以垂直方式延伸的两个相应的滑动表面由中心壁附加地支撑。

单独的支撑本体通常经由共同的盖板彼此连接。汽缸段，通常也称为汽缸套，然后设置在架台上且适于接收多个汽缸衬套。在这点上，基板、架台和汽缸段通过在所述架台支撑本体内的区域中延伸的拉杆彼此连接，通常，拉杆在显著的预应力下拧入或拧到基板上。

具有用于往复式发动机的十字头滑动轨道的支撑件的架台见于DE 3512347C1，其中支撑件设计为双壁结构。汽缸套安放在架台上以接收汽缸衬套，架台设置在基板上的金属底板上，金属底板与倾斜延伸的外壁和垂直滑动表面一起形成两个机架，所述两个机架为梯形截面且通过共同金属盖板彼此连接。梯形机架在外壁和滑动表面之间通过横向支撑壁填充，以便用两个壁制成的支撑本体得到支撑件。基板包括轴承座，轴承座具有带有轴承盖的下部和上部轴承壳体，且在所述基板的轴承座中曲轴容纳在所述轴承壳体中。发动机的汽缸套、架台和基板通过拉杆保持在一起，所述拉杆用预张力在轴承座处或轴承座中曲轴之下固定。

相关构思在EP0774061B1中被继续实施。支撑本体在此起作用，其中拉杆在支撑本体中导向，且支撑本体具有三角形横截面而不是矩形横截面，并因而类似地称为双壁式的。

在这种已知的大型十字头柴油发动机中，用双壁制成的架台的支撑本体支撑在基板中类似地由双壁制成的支撑元件上。这意味着架台和基板均通过横向支撑壁由双壁制成。

在这点上，该现有技术已知的大型十字头柴油发动机设计具有一些严重的缺陷。支撑元件通过焊缝固定在基板中。当支撑元件和支撑本体通过两个相对设置的壁由双壁制成时，形成双壁支撑元件(即，在横截面方向闭合的支撑元件)或闭合的支撑本体的两个壁之间的焊缝不能焊接到背面，从而导致实现需要质量的相应问题。

此外，拉杆固定到曲轴之下的座的下部端部，从而拉杆必须在轴承座中被导向通过孔、通过所谓的拉杆导管、直到轴承座的下部区域中。由于拉杆必须在显著的预张力下固定在轴承座之下，这导致轴承座中显著的张力和轴承壳体的变形。从纯结构方面来看，该已知的基板因而相对刚硬且相对复杂和/或昂贵。

为了避免架台的前述问题，因此在EP 1382829中提出了一种大型十字头柴油发动机，所述柴油发动机具有单壁设计的基板和双壁架台。在这点上，基板、架台和汽缸段通过拉杆彼此连接，其中拉杆在架台区域中的双壁支撑本体中延伸且固定到基板的轴承座。

关于架台的稳定性和设计以及最重要地关于基板与剩余架台结构的配合，根据EP1382829的方案已经公认地获得了与在那时已知的现有技术相比的巨大改进。然而，在见于EP1382829的架台中，拉杆也在基板上方的闭合支撑本体中导向。这种支撑本体公认地确保架台所需要的稳定性，但难以焊接，尤其是焊缝不能焊接到支撑本体内部中的背面。关于这点的进一步缺陷在于，在支撑本体焊接在一起之后，支撑本体中的焊缝不能直接地观察和检查。为了质量保证，因而焊缝从外侧用复杂和/或昂贵的方法检查，如通过超声波，这是非常耗时的、昂贵的且此外在复杂的或非常微小的损坏时也不总是足够可靠的。

这些问题长期以来是已知的且因而单壁支撑本体也已经被讨论，由于单壁支撑本体沿纵向方向不形成任何闭合的管道，因而其基本上可以容易地焊接到背面。然而，由于简单的考虑或计算显示这种单壁支撑本体几乎不能承受现代大型柴油发动机的载荷，这种构思均被否决，至少对于在操作阶段暴露给巨大的机械载荷的现代大型柴油发动机而言如此。

源于现有技术，本发明的目的在于提出一种改进的大型十字头柴油发动机，其中避免了基板和架台设计已知的缺陷。

发明内容

根据本发明，提出一种大型十字头柴油发动机，所述发动机带有用于接收沿发动机轴线延伸的曲轴的基板、包括两个外壁的架台、和设置在所述架台上以接收汽缸的汽缸段，所述架台设置在所述基板上。在这点上，基板、架台和汽缸段通过两个拉杆彼此连接，所述拉杆各在由两个横向的支撑壁形成的单壁支撑本体区域中的架台中延伸。在这点上，支撑本体包括两个滑动表面，以在所有情况下支撑十字头的一个滑瓦。根据本发明，两个相邻的滑瓦相对于发动机轴线交替地支撑在支撑本体处。

因而，根据本发明，提出了一种具有单壁支撑本体(即单壁架台)的大型十字头柴油发动机。在这点上，根据本发明，大型十字头柴油发动机的基板、架台和汽缸段通过拉杆彼此连接，其中拉杆不在现有技术已知的架台区域中的双壁结构中延伸，而相反在架台中的单壁支撑本体的区域中延伸。这意味着拉杆要么在单壁支撑本体旁边延伸，要么在通过单壁支撑本体的适当通道中导向。

在先前已知的结构中，取决于十字头的向上或向下运动，架台上的剪切力输出给泵和尾气侧处的滑动轨道上。由于架台(即支撑本体)的单壁设计不能足够地吸收或补偿十字头向上和向下运动的力，在该类力传递到架台上时，单壁支撑本体的使用总体上是不可行的，除了剪切力和纵向力之外，这些力也包括扭矩和转矩。

仅因为稳定性，因而架台或支撑本体的双壁实施例是绝对必要的。

该问题通过本发明改进，其中在向上和向下运动时，十字头的滑瓦输出力尤其是剪切力给泵侧或然而例如借助于相邻的十字头输出给尾气侧。在该申请范围中这称为术语“交替”。在这点上，在特定示例中，力自然也可以交替地传递给泵侧和汽缸中的尾气侧，其中在实施例中力从一个汽缸向另一汽缸的交替传递在实践中非常重要。

根据本发明的方案的优势显而易见：交替的力传递使得架台段的许多新结构可行，这些结构对非交替力传递通常不可行。在这点上，尤其重要的是，可以使用单壁架台结构，从而焊缝自由地从所有侧通达。

应当理解，基本而言，根据本发明的交替力传递可以毫无问题地用于已知的双壁架台中，在具体情况下，这可以具有关于稳定性和架台设计的特别的优势，其中当使用双壁支撑本体时，自然损失焊缝的自由通达的重要优势。

如前所述，在本发明的特定实施例中，拉杆以适当的通道导向通过横向支撑壁。

在这点上，这些特定实施例在实践中具有更大的重要性，其中拉杆紧接于横向支撑壁导向，至少两个拉杆优选地设置在每个横向支撑壁处。在这点上，对特定的汽缸，横向支撑壁尤其优选地设置在两个拉杆之间，或也在两个以上的拉杆之间。

在这点上，在本申请的框架内，“横向”的取向通常应当理解为大致垂直于曲轴的轴线(大型柴油发动机的发动机轴线)延伸的方向的取向。

在这点上，到架台或到支撑本体处的滑动轨道上的交替力传递可以以各种方式实现。例如，同一个十字头的两个滑瓦可以相对于发动机轴线交替地支撑在支撑本体处。相邻的汽缸的十字头于是经由架台处的相应滑动轨道支撑在例如相对设置的侧处。

在非常特定的情况下，例如两个或更多的直接相邻的十字头相对于发动机轴线以交替方式支撑在架台的同一侧上，直接相邻的十字头的其它组相对于发动机轴线以交替方式支撑在架台另一侧上。

在又一实施例中，导向元件设置在中心壁和/或支撑本体的滑动表面处以导向滑瓦，以便在沿滑动轨道往复运动期间滑瓦导向的稳定性可靠地实现或改进。

在这点上，取决于需要，导向元件也可以制成例如横向导向爪的形状。

在另一示例中，导向元件可以形成横向导轨的形状。

在这点上，基板可以制成带有一个或两个侧面，且以本身已知的方式包括用于曲轴的轴承的至少一个轴承座，其中拉杆固定在曲轴的轴线(即发动机轴线)和架台之间的区域中的轴承座中或轴承座处。

拉杆优选地固定在轴承座中的有螺纹部分中和/或有螺纹孔中，且/或拉杆延伸通过轴承座中的孔且通过螺纹连接件固定在那里。

拉杆可以特定地通过保持元件固定在轴承座中曲轴的纵轴线和架台之间的区域中的凹处中，所述保持元件可以从凹处拆卸，以同时增加稳定性和整个大型柴油发动机在巨大机械载荷下的柔性，如例如在欧洲专利申请EP06125603.8中已经提出的。

附图说明

本发明将在以下参考附图更详细地阐述。显示了示意性的示图：

图1是根据本发明的大型十字头柴油发动机的截面图，所述发动机带有基板、架台和汽缸段；

图2a是根据图1、带有双壁支撑本体和用单壁制成的支撑元件的已知发动机的截面I-I；

图2b是根据图1、在所有情况下在两个相邻的十字头之间带有两个双壁支撑本体的已知发动机的截面II-II；

图3是根据本发明、交替支撑的十字头的第一实施例；

图4是交替支撑的十字头和导向元件的第二实施例；

图5是在两个拉杆之间导向的支撑壁的第三实施例；

图6是中心壁区域中的横向导向爪的实施例；

图7是中心壁区域中的横向导轨的实施例；

图8是根据图6、在中心导向的拉杆的实施例；

图9是根据本发明、用于固定拉杆的可拆卸保持元件的实施例。

具体实施方式

根据本发明的大型十字头柴油发动机(总体上用附图标记1表示)特定地配制为在造船中广泛使用的带有直流扫气的两冲程大型柴油发动机1。

图1示意性地截面显示了大型十字头柴油发动机1的已知设计，十字头柴油发动机1带有基板2、架台5和汽缸段6。汽缸段6以本身已知的方式用于接收未示出的汽缸。例如通过将钢板彼此焊接制成的架台5具有底部金属板18以及两个外壁4，且与根据显示垂直延伸的滑动表面10一起形成两个机架，所述机架为梯形截面且通过共同的金属盖板彼此连接。以垂直方式延伸的两个相对设置的滑动表面10通过设置在两个梯形机架之间的中心壁13支撑。架台5用底部金属板18设置在基板2上，基板2包括带有轴承壳体151以容纳曲轴3的轴承座15。具有与发动机轴线31一致的曲轴轴线31的曲轴3经由图1未示出的推杆19以本身已知的方式连接到十字头12。

图2a和2b各显示了根据图1沿线I-I或沿线II-II的、现有技术已知的大型柴油发动机的截面，这将在下文简单地描述以更好地理解本发明。

在这点上，为了区分现有技术和本发明，在涉及现有技术的图2a和2b中，附图标记设置有短线，而在涉及本发明的其它附图中，附图标记不具有短线。

图2a所示的沿图1的线I-I截取的、现有技术已知的大型十字头柴油发动机1’的截面图显示了设置在基板2’上的架台5’、以及安放在架台5’上的汽缸段6’。金属盖板设置在架台5’和汽缸段6’之间，且底部金属板18’设置在架台5’和基板2’之间。汽缸段6’适于以已知的方式接收未示出的一个或更多的汽缸。汽缸的内部空间与未示出的汽缸盖和未示出的活塞一起以已知的方式形成大型十字头柴油发动机1’的燃烧室，活塞通过活塞杆20’连接到十字头12’且设置为可在汽缸中往复移动。架台5’包括支撑本体9’，支撑本体9’通过横向支撑壁8’形成为带有双壁。支撑壁8’支承滑动表面10’以导向十字头12’，十字头12’通过推杆19’连接到曲轴3’且连接到具有大型十字头柴油发动机1’的未示出活塞的活塞杆20’。

基板2’包括轴承座15’以接收和容纳曲轴3’以及横向支撑元件21’，支撑元件21’在本示例中用单壁制成，但自然也可以已知地制成双壁式的。汽缸段6’、架台5’和基板2’通过拉杆7’在预张力下彼此连接。在这点上，拉杆7’在双壁支撑本体9’中的横向支撑壁8’之间架台5’区域中延伸，且在曲轴3’的轴线31’和架台5’之间的区域中固定在基板2’的轴承座15’中，即根据示图，在曲轴3’的轴线31’上方有螺纹孔22’中。

在图2所示的示例中，支撑本体9’的横向支撑壁8’在汽缸段的方向以V形延伸，即支撑本体9’的支撑壁8’的相互间隔在朝汽缸段6’的方向日益增加。已知，十字头12’经由滑动表面10’传递给支撑壁8’，且因而传递给支撑本体9’的法向力在活塞往复运动的上部死点处最大。由于支撑本体9’的V形设计，在根据示图的顶部处架台5’的区域中相对宽阔，且因此可以很好地吸收十字头12的法向力，或将它们导向到架台5’中。

带有纵轴线Z’的拉杆7’在支撑本体9’的横向支撑壁8’之间在中心设置，其中基板2’的单壁支撑元件21’设置为与拉杆7’的纵轴线Z’对齐，支撑本体9’在基板2’中支撑在单壁支撑元件21’上。特定地，为了避免轴承壳体的变形，拉杆7’固定在曲轴3’的轴线31’和架台5’之间的区域中，即根据示图，在曲轴3’的轴线31’上方有螺纹孔中。由于基板2’的单壁支撑元件21’设置为与拉杆7’的纵轴线Z’对齐，且因而相对于支撑本体9’的横向支撑壁8’对称，得到特别高的稳定性而基板2’不具有太高的刚度。

图2b显示了根据图1沿线II-II截取的、现有技术已知的图2a的发动机的又一截面图。显示了两个相应的支撑本体9’，支撑本体9’在架台5’中相对地设置且通过滑动表面10’之间的中心壁13’互相支撑。十字头12’通过两个相应的相邻支撑本体9’在两个相应的相对设置的导向表面10’之间导向。拉杆7’在每个支撑本体9’中支撑壁8’之间延伸。

关于这一点，图2a和2b的大型十字头柴油发动机的基板具有横向支撑元件，所述支撑元件在基板中用单壁制成，且可以毫无问题地焊接到发动机组件上的背面，从而避免现有技术双壁支撑元件已知的例如用于基板中的单侧焊缝问题。拉杆优选地制成为短拉杆，且固定在座的上部区域，即曲轴的轴线和架台底部金属板之间的螺纹孔中。从而很大程度地避免了由于拉杆在显著预张力下固定在轴承座中引起的轴承座中的张力和轴承壳体的变形。图2a和2b的大型十字头柴油发动机的基板的刚度通过短的拉杆和用单壁制成的支撑元件特别优化。由于拉杆必须在显著的预张力下锚定在基板中，通常不考虑架台中的双壁支撑本体与基板中的单壁支撑元件的组合，因为在架台的下部区域中和底部金属板中以及轴承座的区域中预期不可避免的弯曲载荷和由此导致的不合理的材料机械应力。如EP1382829中第一次提出的，通过基板在拉杆区域中的这种设计，能够满意地避免前面担心的由于弯曲载荷和该结构中预期的基板区域中的磨损问题。在结构方面，基板特别显著地简化。

然而，如前所述，图2a和2b中所示的已知方案仍具有缺陷，由于十字头未交替地支撑在滑动表面处，必须使用由双壁制成的支撑本体或架台。

该缺陷通过本发明第一次改进。

根据本发明的大型柴油发动机1的第一实施例在图3中示意性地显示为带有交替支撑的十字头12。

可以看到根据图1沿线II-II截取的截面。根据本发明的大型柴油发动机1的两个直接相邻的十字头在两个相应的直接相邻的支撑本体9滑动表面10处经由滑瓦11可往复移动地导向，所示发动机1通常具有总共大于两个汽缸，例如具有6个、12个、14或甚至更多的汽缸。在这点上，支撑本体9包括两个相应的横向支撑壁8，横向支撑壁8相对于发动机轴线31相对地设置且各支承滑动表面10。滑动表面10通过中心壁13以本身已知的方式彼此连接，以增加架台5的稳定性。在图3的特定实施例中，拉杆7在支撑壁8中的通道中导向。

根据本发明，两个相邻的滑瓦11相对于发动机轴线31交替地支撑在支撑本体9处。在图3的示例中，同一个十字头12的两个滑瓦11支撑在同一滑动表面10处，而相邻的十字头12的两个滑瓦11支撑在相对于发动机轴线31相对侧上相应支撑表面10处。为了滑瓦11在滑动表面10处的更好的导向，即更稳定的导向，导向元件14设置在滑动表面10处，导向元件14稳定滑瓦11，且因而在相对于发动机轴线31的垂直方向运动时稳定十字头12。

虽然在所有情况下每个十字头12仅在相对于发动机轴线31的支撑本体9处架台5的支撑本体9的一侧上，由于两个相邻的滑瓦11相对于发动机轴线31交替地支撑在支撑本体9上，剪切力的引向架台5在整个发动机1上方看非常均匀。因此，还可能第一次形成带有单壁的支撑壁8，而在大型柴油发动机1的操作阶段中不负面地影响架台5的稳定性。

在图4中示意性地显示了带有交替支撑的十字头和导向元件的第二实施例。图4的实施例与图3的实施例区别仅在于：两个滑瓦11用同一个十字头12交替地支撑在支撑本体9处。这意味着每个十字头12在发动机轴线31的两侧支撑在支撑本体9处，但与现有技术不同，交替地且在发动机轴线31的每一侧上仅单个滑瓦11。

在图5的第三实施例中，十字头12支撑在支撑本体处，如图3的示例所示。这意味着同一个十字头12的两个滑瓦11支撑在同一滑动表面10处，而相邻十字头12的两个滑瓦11支撑在相应支撑表面10相对于发动机轴线31相对设置的侧上。为了滑瓦11在滑动表面10处的更好导向，即更稳定的导向，导向元件14在此也设置在滑动表面10上，导向元件14稳定滑瓦11，且因而在相对于发动机轴线31的垂直方向往复运动时稳定十字头12。

与图3的实施例的区别在于，支撑壁8在发动机轴线31两侧上两个拉杆7之间导向。这意味着拉杆7不在支撑壁8中的通道中导向，而是在所有情况下紧接于支撑壁8设置。应当理解，除了支撑壁8之外，也可以设置两个或更多的相应的拉杆7且一个以上的拉杆7也可以导向通过图3示例中的每个支撑壁8。

图6显示了根据本发明的又一实施例，其中横向导向爪14、141设置在中心壁13处在中心壁13区域中的拉杆7之间。因而，滑动表面10在导向爪141中形成。十字头12的滑瓦11在导向爪141中往复运动时可靠地且交替地在两侧处导向。

在中心壁13区域中带有横向导轨14、142的图7的又一实施例与图6的示例区别在于，此时滑瓦11制成环绕导轨14、142的滑瓦爪11，且因而确保十字头12在操作阶段运动时的可靠导向。

图8显示了根据图6的实施例，其中拉杆在横向支撑壁8的通道中在中心导向，横向爪14、141在支撑本体9处从支撑壁8到中心壁13的过渡区域中形成，且滑瓦11在支撑本体9处相对于发动机轴线31交替地支撑在所示横向爪中。

图9显示了根据本发明的大型柴油发动机1的优选实施例，以将基板2中的拉杆7与凹处16中的可拆卸保持元件17紧固，其中基板2中拉杆7的这种紧固已经从EP申请EP06125603.8本身已知。

在根据本发明的大型十字头柴油发动机1的图9的实施例中，具有纵轴线31的曲轴3以本身已知的方式容纳在轴承座15中且通过轴承盖151紧固。根据本发明，拉杆7通过可从凹处16拆卸的保持元件17固定在轴承座15中或底板2中纵轴线31和曲轴3之间的区域中(即根据示图的纵轴线31上方)的凹处16中。在图9所示的实施例中，在安装阶段拉杆7在凹处16的区域中具有螺纹，拉杆7通过螺纹可以牢固地拧入保持元件17中，保持元件17在此为拉杆螺母17。在这点上，拉杆7并不直接拧到轴承座15或基板2，如现有技术已知的，而是仅自由地导向通过在图9中不可见的孔，通过轴承座15直到进入凹处16，其中拉杆7可以拧到拉杆螺母17以固定。

应当理解，本发明并不限于所述实施例，且尤其是具体示例的所有适当的组合也由本发明覆盖。

Claims (10)

1.一种大型十字头柴油发动机，具有用于接收沿发动机轴线(31)延伸的曲轴(3)的基板(2)、包括两个外壁(4)的设置在所述基板(2)上的架台(5)、和设置在所述架台(5)上以接收汽缸的汽缸段(6)，其中，基板(2)、架台(5)和汽缸段(6)通过两个拉杆(7)彼此连接，所述拉杆在架台(5)中分别在由两个横向的支撑壁(8)形成的单壁支撑本体(9)的区域中延伸，和支撑本体(9)包括两个滑动表面(10)以各支撑十字头(12)的一个滑瓦(11)，其特征在于，至少两个相邻的滑瓦(11)相对于发动机轴线(31)交替地支撑在支撑本体(9)上。

2.根据权利要求1所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，所述拉杆(7)被引导通过横向支撑壁(8)。

3.根据权利要求1或2所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，所述拉杆(7)在横向支撑壁(8)旁边导向，且在每个横向支撑壁(8)上设置至少两个拉杆(7)。

4.根据权利要求1所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，同一个十字头(12)的两个滑瓦(11)相对于发动机轴线(31)交替地支撑在支撑本体(9)处。

5.根据权利要求1所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，在中心壁(13)处和/或支撑本体(9)的滑动表面(10)处设有用于引导滑瓦(11)的导向元件(14)。

6.根据权利要求5所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，导向元件(14)构造成横向导向爪(141)的形状。

7.根据权利要求5所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，导向元件(14)构造成横向导轨(142)的形状。

8.根据权利要求1所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，基板(2)具有至少一个用于支承曲轴(3)的轴承座(15)，且其中拉杆(7)固定在曲轴(3)的轴线(31)和架台(5)之间的区域中的轴承座(15)中或轴承座(15)处。

9.根据权利要求8所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，拉杆(7)在轴承座(15)中固定在螺纹孔中，和/或拉杆(7)延伸通过轴承座(15)中的孔和通过螺纹连接件固定。

10.根据权利要求8所述的大型十字头柴油发动机，其特征在于，拉杆(7)通过保持元件(17)固定在轴承座(15)中位于曲轴(3)的纵轴线(31)和架台(5)之间的区域中的凹处(16)中，所述保持元件(17)可以从凹处(16)拆卸。

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