CN103089417A - 一种中速大功率环保船用柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中速大功率环保船用柴油机，包括机体，机体采用整体铸造而成，底部安装干式油底壳，机体内置高温冷却水管路、曲轴总成、凸轮轴总成及减振器总成，机体自由端的侧面设电气保护系统，机体排气端的侧面设油雾探测器和轴温报警器；机体外挂输出端罩壳和自由端罩壳，自由端罩壳上安装有滑油泵和冷却水泵；柴油机输出端的机体上装有盘车机构；在机体上安装有模块化并且能整体吊装的做功单元。本发明提高了柴油机的热负荷承受能力；能够燃烧廉价的重油，从而降低了柴油机运行的燃油费用；该中速大功率船用柴油机排放达到IMOTIERⅡ的要求；能够实现整个做功单元的吊装，提高整体的维修性能。

Description

一种中速大功率环保船用柴油机

技术领域

本发明涉及一种中速大功率环保船用柴油机，属于柴油机技术领域。

背景技术

柴油机的热效率高、经济性好、起动容易、对各类船舶有很大适应性，问世以后很快就被用作船舶推进及发电动力。至20世纪50年代，在新建造的船舶中，柴油机几乎完全取代了蒸汽机。目前，船用柴油机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。船用柴油机按其在船舶中的作用可分为主机和辅机，主机用作船舶的推进动力，辅机用来带动发电机、空气压缩机或水泵等。 

船用柴油机一般分为高速、中速和低速柴油机，低速柴油机多数为二冲程机，中速柴油机多数为四冲程机，而高速柴油机则两者皆有。船用二冲程柴油机的扫气形式有回流扫气、气口-气门式直流扫气和对置活塞式气口扫气；大功率中、低速柴油机广泛采用重油作为燃料，高速柴油机仍多用轻柴油。

目前，国内船用柴油机市场上，国产船用柴油机普遍存在柴油机的单缸功率小，燃油消耗率高，可靠性差，维修成本高的特点；国外船用柴油机虽然整体性能指标较好，但是柴油机的价格很高。另外，国内现有中速大功率船用柴油机均采用四冲程、增压中冷等技术，由于柴油机燃烧过程没有很好的优化，燃油消耗率高于210g/kW.h，与国际先进柴油机低于190g/kW.h的燃油消耗率相比有较大差距，且因柴油机气缸盖的热负荷承受不足，不能燃烧廉价的重油，造成燃油费用高；并且，现有柴油机的排放只能达到IMO TierⅠ标准（IMO Tier标准为发动机排放标准）；在结构上，现有柴油机的做功单元不能整体吊装，维修性差。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种中速大功率环保船用柴油机，解决现有中速船用柴油机热负荷承受不足，不能够燃烧廉价重油，燃油费用高，不能够达到环保标准（IMO TierⅡ），且在结构上其做功单元不能够整体吊装，维修性差的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种中速大功率环保船用柴油机，包括机体，机体上安装有燃油单元、进气系统、排气系统、增压器及空气启动系统，柴油机的主油道内置于柴油机一侧，机体采用整体铸造而成，底部安装干式油底壳，机体内置高温冷却水管路、曲轴总成、凸轮轴总成及减振器总成，减振器总成设于曲轴总成的曲轴自由端上，凸轮轴总成为单侧布置；机体自由端的侧面设电气保护系统，机体排气端的侧面设油雾探测器和轴温报警器；机体外挂输出端罩壳和自由端罩壳，自由端罩壳上安装有滑油泵和冷却水泵；柴油机输出端的机体上装有盘车机构；在机体上安装有模块化并且能整体吊装的做功单元，做功单元包括气缸盖总成、气缸套总成及安装在气缸套总成里的活塞总成和连杆总成，气缸盖总成为采用球磨铸铁铸造而成的倒锥型结构，其内置进气道、排气道、水冷排气门座、进气旋转气门和排气旋转气门，进气道和排气道分设于气缸盖总成的两侧且并行布置，水冷排气门座采用水冷型式，进气旋转气门和排气旋转气门上均设有气门旋转机构；气缸套总成内置有减磨环。

作为一种优选方式，气缸套总成的冷却方式为钻孔冷却的方式。 

作为一种优选方式，曲轴总成为经正火及回火热处理后的全纤维锻造碳钢曲轴。

作为一种优选方式，连杆总成为易于拆装的分体式连杆结构。

作为一种优选方式，凸轮轴总成采用单缸凸轮结构型式，包括气阀凸轮和供油凸轮，气阀凸轮及供油凸轮布置在同一凸轮轴段上。 

作为一种优选方式，所述增压器采用配置了增压空气旁通装置和废气放气装置的恒压增压系统。

作为一种优选方式，所述燃油单元与一电控喷油泵连接。

作为一种优选方式，所述气缸套总成内部的气缸直径为320mm，活塞行程为410mm，燃油消耗率为183～185g/kW.h，滑油消耗率为0.8g/kW.h，单缸功率为510 kW。

在本发明中，部分组件的功能如下：

电控燃油燃油单元：精准的控制燃油喷射量，达到节能、减排的作用。

进气系统、排气系统：进气系统、排气系统采用模块化设计，提高零部件的互换性；排气系统采用恒增压系统。

增压器：采用高效、高压比增压器，提高柴油机充气效率。

空气启动系统：压缩空气启动系统稳定性好，能提供较大的输出扭矩，保证柴油机的顺利启动。

曲轴总成：曲轴为经正火及回火热处理后的全纤维锻造碳钢曲轴，全部机加工而成，抗拉强度高，能保证柴油机的稳定工作。

凸轮轴总成：凸轮轴采用模块化设计，提高了零部件的互换性，由于将供油凸轮与配气凸轮复合在一根凸轮轴段上，所以该凸轮轴的结构紧凑。

输出端罩壳：输出端罩壳的环形密封及自带下回油方式，有效解决柴油机工作过程中的曲轴油封漏油问题。

自由端罩壳：自由端罩壳上安装有水泵、油泵、观察盖等，简化了机体结构，提高了柴油机的加工、组装工艺性。

做功单元：做功单元能整体吊装，有较好的使用维修性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供一种中速大功率环保船用柴油机，克服现有柴油机可靠性、经济性、环保性、可维修性差的不足，具体体现在：

1、提高了柴油机的热负荷、机械负荷承受能力，柴油机可靠性很高；

2、柴油机燃油、滑油消耗率低（燃油消耗率：183～185g/kW.h，滑油消耗率：0.8g/kW.h）

3、能够燃烧廉价的重油，从而降低了燃烧燃油的费用；

4、使用该中速大功率船用柴油机能够达TIERⅡ标准；

5、在其结构上进行改进，能够实现整个做功单元的吊装，提高整体的维修性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明横向剖面结构示意图。

图中：底壳-1、  滑油泵-2、  机体-3、  自由端罩壳-4、  凸轮轴总成-5、  轴温报警器-6、   燃油单元-7、   电气保护系统-8、  进气系统-9、   空气启动系统-10、   气缸盖总成-11、   废气放气装置-12、   减磨环-13、  增压器-14、  排气系统-15、  增压空气旁通装置-16、  油雾探测器-17、  输出端罩壳-18、  活塞-19、  曲轴总成-20、  气缸套总成-21、   减振器总成-22、   盘车机构-23、   连杆-24。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

实施例

如图1、图2所示，本发明中速大功率环保船用柴油机包括机体3，与机体配合的燃油单元7、进气系统9、排气系统15、增压器14及空气启动系统10，柴油机的主油道内置于柴油机一侧，通过各油道分支对柴油机进行润滑、冷却。其具体结构如下：

机体3采用整体铸造而成，机体3内置曲轴总成20、凸轮轴总成5及减振器总成22，其中：曲轴总成20为经正火及回火热处理后的全纤维锻造碳钢曲轴，在曲轴自由端上安装减振器总成22。凸轮轴总成5为单侧布置，机体内置高温水冷却管路，底部安装有干式油底壳1。凸轮轴总成5采用单缸凸轮结构型式，气阀凸轮及供油凸轮布置在同一凸轮轴段上，轮型线采用高光函数数据。凸轮轴的单侧布置及高温水冷却管路内置确保柴油机结构的紧凑性。

机体3外挂输出端罩壳18和自由端罩壳4，自由端罩壳4上安装有滑油泵2、冷却水泵，柴油机输出端装有盘车机构23，机体侧面装有油雾探测器17、轴温报警器52和电气保护系统8。电气保护系统8安装在机体自由端右侧，油雾探测器17、轴温报警器52安装在柴油机排气侧，作为安全预防部件能保护柴油机运行安全。

在机体3上安装有模块化并且能整体吊装的做功单元，做功单元包括气缸盖总成11、气缸套总成21及安装在气缸套总成21里的活塞19和连杆24，气缸套总成21的冷却方式为钻孔冷却的方式，降低了柴油机机油耗率，提高了气缸套、活塞的工作可靠性。柴油机工作过程中，由于活塞在缸套内的往复运动，会造成缸套、活塞的磨损，为减少因积碳而导致的气缸套总成21和活塞19磨损，延长其使用寿命及减小柴油机机油消耗，在气缸套总成21内置有减磨环13。连杆24为易于拆装的分体式连杆结构。做功单元能整体吊装，确保柴油机有较好的使用维修性。

气缸盖总成11为采用球磨铸铁铸造而成的倒锥型结构，有效的提高了气缸盖的强度及刚度。在气缸盖总成11内设进气道，排气道，水冷排气门座，进、排气门旋转机构，进气道和排气道分设两侧且并行布置，水冷排气门座采用水冷型式，进气门和排气门上均设有气门旋转机构。本气缸盖由于能对喷油器进行循环水冷降低喷油器热负荷；对气缸盖气门座进行循环水冷降低气缸盖热负荷及改善了气门、气门座工作条件，所以发明所采用的气缸盖不但能燃烧轻质燃油，还能燃烧重质燃油，有较好的燃油经济性。

所述增压器14采用配置了增压空气旁通装置16和废气放气装置12的恒压增压系统，改善了柴油机的部分负荷特性，结合先进的增压配套技术，对气缸盖和配气相位等的优化。燃油单元7与一电控喷油泵连接，燃油系统中的采用电控喷油泵可使柴油机的燃油消耗率达到183～185 g/kW??h的国际先进水平。

本发明的工作过程为：

该柴油机气缸直径为320mm，活塞行程为410mm，燃油消耗率为183～185g/kW.h，滑油消耗率为0.8g/kW.h，额定单缸功率达510kW，吊缸间隔期达20000小时以上。

柴油机开始工作时，压缩空气进入空气启动马达，启动马达输出齿轮伸出并与飞轮齿啮合带动飞轮、曲轴转动，凸轮轴也按相应的啮合旋转，通过配气机构实现把新鲜空气送进气缸。期间燃油系统相应的往气缸里送油，曲轴旋转带动活塞上下移动，完成空气和燃油的有效混合和压缩燃烧，燃烧废气经增压器排除。这一过程实现了热能向动能的转换，形成的动能可通过飞轮向外输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种中速大功率环保船用柴油机，包括机体（3），机体上安装有燃油单元（7）、进气系统（9）、排气系统（15）、增压器（14）及空气启动系统（10），柴油机的主油道内置于柴油机一侧，其特征在于：机体（3）采用整体铸造而成，底部安装干式油底壳（1），机体（3）内置高温冷却水管路、曲轴总成（20）、凸轮轴总成（5）及减振器总成（22），减振器总成（22）设于曲轴总成（20）的曲轴自由端上，凸轮轴总成（5）为单侧布置；机体（3）自由端的侧面设电气保护系统（8），机体（3）排气端的侧面设油雾探测器（17）和轴温报警器（6）；机体（3）外挂输出端罩壳（18）和自由端罩壳（4），自由端罩壳（4）上安装有滑油泵（2）和冷却水泵；柴油机输出端的机体（3）上装有盘车机构（23）；在机体（3）上安装有模块化并且能整体吊装的做功单元，做功单元包括气缸盖总成（11）、气缸套总成（21）及安装在气缸套总成（21）里的活塞总成（31）和连杆总成（24），气缸盖总成（11）为采用球磨铸铁铸造而成的倒锥型结构，其内置进气道、排气道、水冷排气门座、进气旋转气门和排气旋转气门，进气道和排气道分设于气缸盖总成（11）的两侧且并行布置，水冷排气门座采用水冷型式，进气旋转气门和排气旋转气门上均设有气门旋转机构；气缸套总成（21）内置有减磨环（13）。

2.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：气缸套总成（21）的冷却方式为钻孔冷却的方式。 

3.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：曲轴总成（20）为经正火及回火热处理后的全纤维锻造碳钢曲轴。

4.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：连杆总成（24）为易于拆装的分体式连杆结构。

5.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：凸轮轴总成（5）采用单缸凸轮结构型式，包括气阀凸轮和供油凸轮，气阀凸轮及供油凸轮布置在同一凸轮轴段上。 

6.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：所述增压器（14）采用配置了增压空气旁通装置（16）和废气放气装置（12）的恒压增压系统。

7.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：所述燃油单元（7）与一电控喷油泵连接。

8.如权利要求1所述的中速大功率环保船用柴油机，其特征在于：所述气缸套总成（21）内部的气缸直径为320mm，活塞行程为410mm，燃油消耗率为183～185g/kW.h，滑油消耗率为0.8g/kW.h，单缸功率为510 kW。

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