CN105909422A - 大型涡轮增压自点火二冲程内燃发动机及其密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大型涡轮增压二冲程自点火内燃发动机以及其密封环。密封环(60)布置在汽缸衬套(50)的顶部与汽缸盖(52)之间的环形凹入部中，环形凹入部的宽度(W)与密封环(60)的宽度(w)对应。环形凹入部具有小于密封环(60)的高度(h)的深度(d)并且密封环(60)部分地容纳在环形凹入部(70)内，使得密封环(60)的高度(h)的一部分从凹入部(70)突出，并且密封环(60)固定到凹入部(70)。

Description

大型涡轮增压自点火二冲程内燃发动机及其密封环
技术领域
本发明涉及大型缓慢运行涡轮增压二冲程内燃发动机。更具体地说，本发明涉及汽缸衬套与汽缸盖之间的密封的构造。
背景技术
大型缓慢运行涡轮增压二冲程内燃发动机通常地用于大型船舶的推进系统中或者用作发电厂中的原动机。
通常，这些发动机利用重燃料油或者燃料油来操作。近来，存在对于能够操作诸如例如气体、低闪点燃料、煤浆、石油焦等的替代类型燃料的这些柴油发动机的需要。
由于它们的巨大尺寸，如果热气体逸出没有受控的方式，那么汽缸中的燃料的不发火或爆炸可能具有灾难性后果。因此，全部大型涡轮增压二冲程自点火内燃发动机都设计为使得当汽缸压力超过发动机的设计压力时，汽缸盖52上的力将其从汽缸衬套50提升并且多余的气体通过汽缸衬套50的顶部与汽缸盖52之间的间隙释放，参照图4、图5和图6。在汽缸衬套50的上表面50与汽缸盖50的下表面53之间布置了密封环60以便在正常操作条件下提供适当密封。
此密封环60通常地是软铁环。如图5中所示，在密封环60的安装过程中，其松动地布置在汽缸衬套50的基本上平坦的上表面51的顶部上并且通过适配在汽缸衬套50中的对应凹入部中的几个小引导钩55适当地定位。
当汽缸盖52通过汽缸盖螺柱紧固到汽缸衬套时，密封环60通过摩擦保持在适当位置中。
如果发生汽缸盖提升事件，就没有了将密封环保持在适当位置中的摩擦，因此密封环60的一部分将通常地通过汽缸盖50与汽缸衬套之间的间隙射出并且进入发动机室中。
这具有几个缺点。首先，工作人员有被发射到发动机室中的密封环60的部分伤害的危险。其次，具有延长修复时间的风险，因为在可以继续发动机操作以前需要提升汽缸盖52以替换密封环。第三，多余气体刚逸出，汽缸盖螺柱中的张力就将封闭该间隙并且以大的力将汽缸盖52压紧到汽缸衬套50的顶部，此时变形与受损的密封环60的部分在它们之间，相应地对汽缸盖52与汽缸衬套50的密封表面造成损坏。
发明内容
在此背景上，本申请的目的是提供一种克服或者至少减少了上面指出问题的发动机。
通过提供大型涡轮增压二冲程自点火内燃发动机实现了此目的，此发动机包括:至少一个汽缸衬套，在该至少一个汽缸衬套的顶部上具有汽缸盖，汽缸盖具有面向汽缸衬套的顶部的第一表面并且汽缸的顶部具有面向汽缸盖的第二表面；在第一表面与第二表面之间的密封环，密封环具有高度和在密封环的径向内侧表面与密封环的径向外侧表面之间的宽度，第一表面或第二表面设有具有深度与宽度的环形凹入部，该宽度与密封环的宽度对应，该深度小于高度并且密封环部分地容纳在环形凹入部内，使得密封环的高度的一部分从凹入部突出，并且密封环固定到凹入部。
通过提供凹入部，其中密封环的高度的一部分从凹入部突出，并且通过将密封环固定到凹入部，可以避免在汽缸盖提升事件的过程中密封环的一部分在发动机室中射出并且还显著地降低了与密封环相互作用的部件损坏的风险。
根据第一方面的第一实施方式，凹入部形成在第一表面上或在第二表面上的两个同心环形隆起之间。
根据第一方面的第二实施方式，通过密封环与凹入部之间的几何锁定将密封环固定到凹入部。因此提供了用于将密封环固定到凹入部的有效的方式。
根据第一方面的第三实施方式，凹入部具有平坦的下表面与朝向下表面加宽的倾斜侧表面，并且其中密封环具有通过倾斜侧表面连接的上表面与相对的下表面，倾斜侧表面朝向下表面加宽，并且其中密封环布置在环形凹入部中使得其下表面面向环形凹入部的下表面。因此，提供了有效的几何锁定。
根据第一方面的第四实施方式，凹入部密封环是弯曲的使得其上表面是凸形并且其下表面是凹形，并且当将密封环插入到环形凹入部中时其侧表面基本上平行地延伸。因此有效地应用了几何锁定。
根据第一方面的第五实施方式，当汽缸盖安装在汽缸衬套上时密封环被压平，密封环的侧表面因此呈现与环形凹入部的侧壁的倾斜构造匹配的倾斜构造，因此使密封环与环形凹入部几何地互锁。
根据第一方面的第六实施方式，密封环与凹入部形成环形燕尾接合。
根据第一方面的第七实施方式，密封环通过压配合连接固定到环形凹入部。
根据第一方面的第八实施方式，凹入部密封环通过诸如例如螺栓的紧固件固定到环形凹入部。
根据第二方面，通过提供大型涡轮增压二冲程自点火内燃发动机实现了上面的目的，密封环布置在汽缸衬套的顶部与汽缸盖之间的环形凹入部中，环形凹入部具有与密封环对应的宽度，环形凹入部具有小于密封环的高度的深度并且密封环部分地容纳在环形凹入部内，使得密封环的高度的一部分从凹入部突出，并且密封环固定到凹入部。
根据第三方面，通过提供用于在大型涡轮增压自点火二冲程内燃发动机的汽缸衬套与汽缸盖之间进行密封的软金属密封环实现了上面的目的，此密封环具有通过侧表面连接的上表面与下表面，上表面是凸形的，下表面是凹形的，并且侧表面基本上是平行的。
通过提供具有在安装过程中将塑性地变形的形状的密封环，使得能够将密封环几何地锁定到发动机部件中的凹槽。
根据第三方面的第一实施方式，软金属密封环构造为当安装在汽缸衬套与汽缸盖之间时被压平，使得上表面与下表面呈现基本上平坦形状并且侧表面呈现朝向下表面加宽的倾斜构造。
通过详细的描述，根据本公开的发动机与方法的其它目的、特征、优点与特性将变得更加显而易见。
附图说明
在下面的本说明书的详细部分中，将参照附图中示出的示例性实施方式更加详细地说明本发明，在附图中:
图1是根据一个示例性实施方式的大型二冲程柴油发动机的前视图；
图2是图1中的大型二冲程发动机的侧视图；
图3是根据图1的大型二冲程发动机的示意性描述；
图4是现有技术密封环布置在其上的现有技术汽缸衬套的顶部上的高视角视图；
图5是图4的细节放大图；
图6是汽缸衬套的立体剖切视图，汽缸盖安装在其上，密封环在它们之间；
图7是根据一个实例实施方式的汽缸衬套的顶部的高视角视图，根据一个实施方式的密封环布置在其上；
图8是示出汽缸衬套的实例实施方式的细节截面图，汽缸盖安装在其上，密封环在它们之间；
图9是根据一个实例实施方式的汽缸衬套的顶部的高视角视图，根据一个实施方式的密封环布置在其上；
图10是根据一个实例实施方式的汽缸衬套的上部的细节高视角截面图；
图11是图10的视图，根据一个实例实施方式的密封环布置在环形凹入部中；
图12是权利要求11的视图，示出了在密封环安装过程中在被压平以后的构造；
图13是根据一个实例实施方式的示出入口凹入部的汽缸衬套的上部的高视角视图；
图14是图13的汽缸衬套的顶部的侧视图；以及
图15是图13的汽缸衬套的顶部的俯视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，将通过实例实施方式描述大型二冲程发动机。图1至图3示出了具有曲轴42与十字头43的大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机。图3示出了具有进气与排气系统的大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机的示意图。在此实例实施方式中，发动机具有成直列的六个汽缸1。大型涡轮增压二冲程柴油发动机通常具有通过发动机框架45承载的五个到十六个之间的直列汽缸。该发动机可以例如用作远洋轮船中的主发动机或者用作用于操作发电站中的发电机的固定发动机。该发动机的总输出可以，例如在从5,000kW到110,000kW的范围。
该发动机是在汽缸1的下部区域具有清扫端口并且在汽缸1的顶部具有排气门4的二冲程单流式柴油机(自点火)。因此在燃烧室中的流动总是从底部到顶部并且因此发动机是所谓的单流式。清扫空气从清扫空气接收器2传到各个汽缸1的清扫端口(未示出)。汽缸1中的往复运动活塞41压缩充入空气(charging air)，喷射燃料、接着燃烧并且产生废气。当排气门4打开时，废气流动通过与汽缸1相关的排气管道35，进入废气接收器3中并且向前通过第一排气导管18到达涡轮增压器5的涡轮机6，废气从涡轮机6通过第二排气导管7流动离开。通过轴8，涡轮机6驱动经由空气入口10供气的压缩机9。压缩机9将加压的充入空气传送到通向充入空气接收器2的充入空气导管11。
导管11中的清扫空气经过中冷器12用于冷却充入空气。
冷却的充入空气经由通过电机17驱动的辅助鼓风机16通过，使处于低载荷条件或部分载荷条件下的充入空气流加压至充入空气接收器2。在较高载荷下，涡轮增压压缩机9传送足够的被压缩的清扫空气，然后辅助鼓风机16经由止回阀15被绕过。
汽缸形成在汽缸衬套50中。汽缸衬套50通过由发动机框架45支撑的汽缸框架46承载。
汽缸盖52布置在汽缸衬套50的顶部上，从而在活塞41与汽缸盖52之间的汽缸中限定燃烧室。
图6示出了汽缸盖中的用于排气门和排气门的底座57的中心开口。
汽缸衬套具有上表面51，当汽缸盖52安装在汽缸衬套50上时上表面51面向汽缸盖52的下表面53。
通过延伸穿过汽缸盖52中的孔58的汽缸盖螺柱(未示出)将汽缸盖52按压在汽缸衬套50的顶部上。
在一个实例实施方式中，密封环60布置在凹入部70中。凹入部70可以形成在汽缸盖52的面向下的表面53中或者形成在汽缸衬套的向面向上的上表面51中。在示出的实例实施方式中，凹入部70布置在汽缸衬套50的上表面51中。
密封环60是诸如例如软铁的软金属的环形环。密封环60具有宽度w(在其径向内侧表面63与其径向外侧表面64之间)与高度h(在其上表面61与其下表面62之间)。
凹入部70具有与密封环60的宽度w基本上相同的宽度W(在其径向内侧表面72与其径向外侧表面73之间)。
凹入部具有小于密封环60的高度h的深度D，使得当其布置在凹入部70中时密封环将从凹入部70突出。
通过下表面71、径向内侧表面72与径向外侧表面73划定凹入部70的界限。通过径向内部环形隆起76形成径向内侧表面72。通过径向外部环形隆起76形成径向外侧表面73。下表面71在一个实例实施方式中是平坦表面。
在此实例实施方式中，径向内侧表面72与径向外侧表面73成倾斜，从而两个侧表面72、73的上边缘比两个侧表面的下边缘更靠近地隔开。因此，凹入部70形成与燕尾接合(dovetail joint)的凹槽类似的环形凹槽。
在此实例实施方式中，在密封环60在汽缸衬套50与汽缸盖52之间压平以前，密封环60具有凸形的上表面61与凹形的下表面62。密封环60具有将上表面61连接到下表面62的径向内侧表面63与径向外侧表面64。在密封环60在汽缸衬套50与汽缸盖52之间压平以前，侧表面63、64基本上是平行的。图9和图11示出了在其被压平以前即当其处于其变形以前的弯曲初始构造中时的密封环60。
如图12中所示，当密封环60安装在凹入部70中并且在汽缸衬套50与汽缸盖52之间压平时，密封环60变形使得先前平行的侧表面63、64在变形以后成倾斜，使得两个侧表面63、64的上边缘比两个侧表面63、64的下边缘更加靠近地隔开。密封环60的成倾斜的侧表面63、64精确地适配在凹入部70的倾斜侧表面72、73之间并且因此密封环60通过环形燕尾接合几何地锁定到汽缸衬套50。密封环60在被压平时的变形是塑性时，使得几何锁定是永久的，当移除汽缸盖52的压力时，例如在汽缸盖52的提升过程中，也是如此。
几何锁定确保了密封环60适当地固定到汽缸衬套50并且在要发生汽缸盖提升时也保持在凹入部中。因此，密封环60或其任意部分都不会迅速射入到发动机室中。此外，密封环60通常将不被汽缸盖提升事件损坏并且因此将不存在对汽缸盖52与汽缸衬套50的表面的连续损坏。
图13至图15示出了使得在密封环60变形并且呈现其几何锁定以后能够从凹入部70移除密封环60的布置。此布置可以包括在径向外部隆起78中的一个或多个狭槽79，以便提供用于类似撬棍的工具的通道以将密封环60向上并且撬出凹入部70。
此外或者作为使得能够从凹入部70移除密封环60的另选装置，可以提供穿过密封环60通向下表面71的螺纹孔81，以允许通过将螺栓拧入到螺纹孔81中而将密封环60向上推动并且离开凹入部70，螺栓的尖端与下表面71接合并且通过进一步旋转螺栓迫使密封环60离开凹入部70。
在上面的实施方式中，环形凹入部70设置在汽缸衬套50的顶部中。尽管如此，但对于技术人员来说清楚的是，用于接收密封环的凹入部70可以替代地设置在汽缸盖52中。
此外，密封环60可以通过除了环形燕尾接合以外的其它适当方式固定在环形凹入部70中，诸如例如其它形式的几何锁定、穿过密封环与下表面71中的螺纹孔接合的螺栓或压配合连接。
如在权利要求中使用的术语“包括”不排除其它的元件或步骤。如在权利要求中使用的术语“一个”或“该”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以实现在权利要求中列举的几个装置的功能。
在权利要求中的附图标记不应解释为限制范围。
尽管出于说明的目的详细地描述了本发明，但是应该理解的是此细节仅用于此目的，并且其中在不偏离本发明的范围的情况下本领域中的技术人员可以对其作出修改。

Claims (11)

1.一种大型涡轮增压二冲程自点火内燃发动机，所述发动机包括:
至少一个汽缸衬套(50)，在所述至少一个汽缸衬套的顶部上具有汽缸盖(52)，
所述汽缸盖(52)具有面向所述汽缸衬套(50)的第一表面(53)并且所述汽缸衬套的顶部具有面向所述汽缸盖(52)的第二表面(51)；
在所述第一表面(53)与所述第二表面(51)之间的密封环(60)，所述密封环(60)具有高度(h)以及在所述密封环(60)的径向内侧表面(63)与所述密封环(60)的径向外侧表面(64)之间的宽度(w)，
其特征在于，
所述第一表面(53)或所述第二表面(51)设有具有深度(d)与宽度(W)的环形凹入部(70)，所述宽度(W)与所述密封环(60)的宽度(w)对应，
所述深度(d)小于所述高度(h)并且所述密封环(60)部分地容纳在所述环形凹入部(70)内，使得所述密封环(60)的高度(h)的一部分从所述凹入部(70)突出，并且所述密封环(60)固定到所述凹入部(70)。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述凹入部形成在所述第一表面(53)上或在所述第二表面(51)上的两个同心环形隆起(76，78)之间。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述密封环(60)通过所述密封环(60)与所述凹入部(70)之间的几何锁定固定到所述凹入部(70)。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述凹入部(70)具有平坦的下表面(71)与朝向所述下表面(71)加宽的倾斜侧表面(72，73)，并且其中所述密封环(60)具有通过倾斜侧表面(63,64)连接的上表面(61)与相对的下表面(62)，所述倾斜侧表面(63,64)朝向所述下表面(62)加宽，并且其中所述密封环(60)布置在所述环形凹入部(70)中使得其下表面(73)面向所述环形凹入部(70)的下表面(71)。
5.根据权利要求4所述的发动机，其中，所述密封环(60)是弯曲的，使得其上表面(61)是凸形并且其下表面(62)是凹形，并且当将所述密封环(60)插入到所述环形凹入部(70)中时其侧表面(63，64)基本上平行地延伸。
6.根据权利要求5所述的发动机，其中，当所述汽缸盖(52)安装在所述汽缸衬套(50)上时所述密封环(60)被压平，所述密封环(60)的所述侧表面(63，64)因此呈现与所述环形凹入部(70)的所述侧壁(72，73)的倾斜构造匹配的倾斜构造，因此使所述密封环(60)与所述环形凹入部(70)几何地互锁。
7.根据权利要求5或6所述的发动机，其中，所述密封环(60)与所述凹入部(70)形成环形燕尾接合。
8.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述密封环(60)通过压配合连接固定到所述环形凹入部(70)。
9.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述密封环(60)通过诸如例如螺栓的紧固件固定到所述环形凹入部(70)。
10.一种用于在大型涡轮增压自点火二冲程内燃发动机的汽缸衬套(50)与汽缸盖(52)之间密封的软金属密封环(60)，所述密封环(60)具有通过侧表面(63，64)连接的上表面(61)与下表面(62)，其特征在于，所述上表面(61)是凸形，所述下表面(62)是凹形，并且所述侧表面(63，64)基本上是平行的。
11.根据权利要求10所述的软金属密封环(60)，所述软金属密封环(60)构造为当安装在所述汽缸衬套(50)与所述汽缸盖(52)之间时被压平，使得所述上表面(61)与所述下表面(62)呈现基本上平坦形状并且所述侧表面(63，64)呈现朝向所述下表面(62)加宽的倾斜构造。
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