CN106968779B - 具有阀设备的大型二冲程发动机 - Google Patents

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Abstract

公开一种十字头式大型蜗轮增压二冲程内燃发动机，包括：单行汽缸，每个在顶部处设有单个排气阀；细长排气接收器，沿汽缸的行延伸，经由排气阀连接到汽缸；阀设备，用于控制从排气接收器供应的排气，阀设备包括壳体，壳体具有彼此相反定位且每一个被连接到排气接收器的第一入口和第二入口，以将排气接收到壳体中，以及出口，用于让排气离开壳体；可动阀构件，布置在壳体中且适于控制通过入口的排气供应；促动器件，连接到阀构件，用于让阀构件运动。发动机特征在于阀构件配置为在入口之间进行线性运动，且促动器件包括线性促动器，其配置为让阀构件在入口之间运动，且阀构件适于在定位于第一入口时关闭第一入口且在定位于第二入口时关闭第二入口。

Description

具有阀设备的大型二冲程发动机
技术领域
本发明涉及十字头式(crosshead type)大型蜗轮增压二冲程内燃发动机，其具有用于控制从发动机而来的排气的阀设备。
背景技术
十字头式的大型蜗轮增压二冲程内燃发动机通常用在大型船舶的推进系统中或作为发电厂的原动机。通常，发动机包括单排汽缸，其每一个设置有在汽缸顶部处的单个排气阀且具有细长的排气接收器，所述接收器沿汽缸的行延伸，其中排气接收器经由排气阀连接到汽缸。
在已知的发动机中，从排气接收器而来的排气的总量被直接引导到涡轮增压器的涡轮机部分或在其被引导到涡轮增压器之前被引导到排气净化系统。是否总的排气量被引导到气体净化系统取决于发动机运行的具体区域的排放需求。在另一操作模式中，从排气接收器而来的排气被分为两股分开的气流，使得一股气流被直接供应到涡轮增压器而另一股气流在被引导到涡轮增压器之前被引导到排气净化系统。该操作模式通常在需要气体净化系统的具体温度时应用，因为热排气确保气体净化系统的温度被保持。
发动机设置有阀设备，用于控制从发动机而来的排气。通常，已知的阀设备包括壳体，所述壳体具有第一入口和第二入口，所述第一入口和第二入口定位为彼此相反且每一个都连接到排气接收器，用于将排气接收到壳体中。两个蝶形阀(在每一个入口处有一个)控制进入壳体的排气流。壳体还具有连接到涡轮增压器的一个或多个排气出口。
现有的控制到壳体的排气流的方法存在缺点，由于密封面中的窄容差，阀设备所需要的大蝶形阀难以设计。进而，用于大型发动机的大蝶形阀昂贵且非常重，由此需要非常刚性的支撑，其也很重，以用于避免损害发动机的振动。进一步的缺点是大蝶形阀的打开难以准确地控制。
发明内容
本发明的目标是提供十字头式的大型蜗轮增压二冲程内燃发动机，其具有阀设备以用于控制从发动机而来的排气，其中如上所述的缺点被消除或显著减少。更具体地，目的是提供更轻且更成本有效的阀设备，其更容易设计和控制。
通过根据本发明的方案通过十字头式的大型蜗轮增压二冲程内燃发动机可实现上述目的与许多其他目的、优点和特征(将在下文描述)，所述发动机包括：
-单行汽缸，每一个汽缸在顶部处设置有单个排气阀，
-细长的排气接收器，沿汽缸的行延伸，排气接收器经由排气阀而连接到汽缸，
-阀设备，用于控制从排气接收器供应的排气，阀设备包括：
-壳体，具有第一入口、第二入口和出口，所述第一入口和第二入口彼此相反定位且每一个连接到排气接收器，用于将排气接收到壳体中，所述出口用于让排气离开壳体，
-可动阀构件，布置在壳体中且适于控制通过入口的排气供应，
-促动器件，连接到阀构件，用于让阀构件运动，
其中阀构件配置为在入口之间进行线性运动，且促动器件包括线性促动器，其配置为让阀构件在入口之间运动，且阀构件适于在定位于第一入口时关闭第一入口，且适于在定位于第二入口时关闭第二入口。
通过让阀构件在入口之间进行线性运动，其中阀构件在其定位在相应入口时关闭入口，单个阀构件可控制通过多个入口进入壳体的排气流。
进而，与具有两个蝶形阀的方案相比，这种设备是相对轻的，由此不需要特别刚性的支撑。该设计也更容易控制，因为仅阀构件的线性运动需要被控制，以打开或关闭入口。另一优势是，由于线性运动，密封面不要求窄容差。
在一实施例中，发动机包括气体净化设备，例如选择性催化还原(SCR)反应器，其布置在入口之一与排气接收器之间。以此方式，排气可在被引导到阀设备之前被引导通过反应器，以用于净化。排放需求已经(且将继续)渐渐难以满足，特别是在单氮氧化物(NOx)水平方面。SCR反应器是降低燃烧发动机中NOx排放物的高效手段。
在另一实施例中，发动机进一步包括连接到用于让排气离开壳体的出口的涡轮增压器。
而且，壳体可以包括另一出口，其连接到另一涡轮增压器。取决于发动机的尺寸，可需要两个涡轮增压器来满足发动机对压缩空气的需要。
在另一实施例中，发动机包括密封器件，其布置在每一个入口的周边处，使得在阀构件定位为关闭入口之一时，阀构件在相应入口处被迫抵靠密封器件。密封器件可以包括用于密封目的的任何合适器件。
用于十字头式大型蜗轮增压二冲程内燃发动机的排气量是显著的，且需要用于处理气体的大型系统。由此，每一个入口可以包括通道，其具有大致圆形的横截面，所述横截面具有至少400mm的直径。
另外，线性促动器可以配置为让阀构件运动至少250mm。
而且，线性促动器可以配置为让阀构件在入口之间任何位置运动和将阀构件保持在入口之间的任何位置。以此方式，可以将排气分开，使得其流过两个入口。在仅排气的一部分要通过气体净化系统清洁、或在排气的一部分应用于其他目的时，例如用于循环或用于加热，则将排气分开是有利的。
进而，线性促动器可以是液压促动器、气动促动器、气力马达或电机械促动器。
在另一实施例中，促动器件可以包括多于一个的线性促动器。
附图说明
在本发明的以下详细部分中，参考附随的示意性附图详细描述本发明，其是处于展示一些非限制性实施例的目的，且其中：
图1显示了具有根据本发明的阀设备的内燃发动机的截面。
图2显示了阀设备的截面图，在该情形中总的排气量被引导通过SCR反应器，
图3显示了阀设备的截面图，在该情形中没有任何排气被引导通过SCR反应器，且
图4显示了阀设备的截面图，在该情形中一些排气被引导通过SCR反应器。
所有图是示意性的且不必按比例绘制，且它们仅显示了对阐述本发明来说必要的那些部件，其他部件被省略或仅仅示意性展示。
具体实施方式
十字头式大型蜗轮增压柴油发动机的总构造和操作是众所周知的且不在本发明中进一步说明。在下文给出关于用于控制从发动机而来的排气的阀设备和排气系统操作的进一步细节。
图1显示了根据本发明的大型二冲程柴油发动机1的实施例。发动机1可以例如用作航海船舶中的主发动机，或用作在发电厂运行发电机的固定发动机。发动机的总输出例如可以为5000到110000kW的范围。
发动机1设置有彼此成行并排布置的多个汽缸2。每一个汽缸设置有排气阀3。可通过排气阀3打开和关闭的排气通道(未示出)连接到排气接收器4。排气接收器4设置为与汽缸2的行平行。排气接收器4是大容器，其具有的尺寸在最佳气体流动、背压和声响特点方面特别适于发动机1特性。
排气接收器经由第一和第二排气管道7、8连接到阀设备的壳体9的第一和第二入口5、6，使得从排气接收器4而来的热且增压的排气可通过任一入口5、6而被引导到壳体9。从壳体9，排气被引导通过出口10朝向涡轮增压器11的涡轮机部分。取决于发动机1的尺寸，可能需要多于一个的涡轮增压器11。在这种情况下，其数量对应于所需涡轮增压器11的数量的出口10被布置在壳体9中。
选择性催化还原(SCR)反应器12布置在排气接收器4和壳体9的第一入口5之间的第一排气管道7中。由此，第一管道7中的排气在进入壳体9之前流过SCR反应器12，使得，通过将NOx转换为氮气和氧气，排气中的NOx被去除，或至少其量被显著减小。从SCR反应器12的排放端部，排气通过第一入口5而被引导到壳体9，且随后通过出口10达到涡轮增压器11。排气被排放到涡轮增压器下游的大气中。
图2-4显示了包括线性促动器14的阀设备，所述线性促动器具有用于执行线性运动的轴15，其中轴15被连接到阀构件13，用于让阀构件13在壳体9内部在第一和第二入口5、6之间运动。所示的阀设备具有用于壳体9中的阀构件13的三个不同位置，以有助于发动机的三个不同操作模式，这取决于在排气中去除NOx的需要。在特殊区域，所谓的排放控制区域，其中建立了严格的使得空气携带的排放物最小化的规定，必要的是引导总的排气量通过SCR反应器12，而在排放控制区域以外的外海，可不必引导任何气体通过SCR反应器12。在其他情况下，仅需要将排气的一部分引导通过SCR反应器12。
在图2中显示了本发明的截面图，其中所有排气被引导通过SCR反应器12。这里，阀构件13定位在第二入口6且关闭第二入口6，由此防止气体通过第二入口6进入壳体9。由此，从排气接收器4而来的所有气体在气体通过第一入口5进入壳体9之前被引导通过第一排气管道7和SCR反应器12。
随后，气体通过壳体的出口10离开，从该处气体被引导到涡轮增压器11的涡轮机部分。在气体中的NOx应被去除或至少应减少时，例如在船舶处于排放控制区域时，使用阀构件13的该位置。
图3显示了本发明的截面图，其中阀构件13被定位在第一入口5处且关闭第一入口5，使得防止排气流通过第一入口5。以此方式，在气体通过壳体9的出口10离开而达到涡轮增压器11的涡轮机部分之前，排气被从排气接收器4直接引导通过第二管道8且通过第二入口6进入壳体9。在不需要从气体移除NOx时，例如在船处于排放控制区域以外的外海时，使用阀构件13的该位置。
在图4中，阀构件13被定位在第一和第二入口5、6之间，使得排气经由管道7、8而被引导通过入口5、6二者。由此，可仅将排气的一部分引导通过SCR反应器12，例如用于保持SCR反应器12的预定温度。需要最小温度以确保SCR反应器12的正常功能。
线性促动器14配置为让阀构件13在第一和第二入口5、6之间的任何位置运动或将阀构件13保持在第一和第二入口5、6之间的任何位置。线性促动器14配置为使得，即使发动机在操作中，排气流也不能防止阀构件13的期望运动。
权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。权利要求中使用的术语“一”不排除多个。
权利要求中使用的附图标记不应理解为是对范围的限制。
虽然已经出于图示的目的详细描述了本发明，但是这种详细描述仅是用于该目的，且本领域技术人员应理解在不脱离权利要求限定的本发明的范围的情况下可以想到对本发明的一些修改。

Claims (10)

1.一种十字头式的大型蜗轮增压二冲程内燃发动机(1)，发动机(1)包括：
单行汽缸(2)，每一个汽缸在顶部处设置有单个排气阀(3)，
细长的排气接收器(4)，沿汽缸(2)的行延伸，排气接收器(4)经由排气阀(3)而连接到汽缸(2)，
阀设备，用于控制从排气接收器(4)供应的排气，阀设备包括：
壳体(9)，具有第一入口(5)、第二入口(6)和出口(10)，所述第一入口(5)、第二入口(6)彼此相反定位且每一个连接到排气接收器(4)，用于将排气接收到壳体(9)中，所述出口(10)用于让排气离开壳体(9)，
可动的阀构件(13)，布置在壳体(9)中且适于控制排气通过第一入口(5)和第二入口(6)的供应，
促动器件(14)，连接到阀构件(13)，用于让阀构件(13)运动，
其中阀构件(13)配置为在第一入口(5)和第二入口(6)之间进行线性运动，且促动器件(14)包括线性促动器，其配置为让阀构件(13)在第一入口(5)和第二入口(6)之间运动，且阀构件(13)适于在定位于第一入口(5)时关闭第一入口(5)且适于在定位于第二入口(6)时关闭第二入口(6)。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括气体净化设备(12)，其布置在第一入口(5)和第二入口(6)之一与排气接收器(4)之间。
3.如权利要求2所述的内燃发动机，其中净化设备(12)包括选择性催化还原反应器。
4.如权利要求1或2所述的内燃发动机，进一步包括涡轮增压器(11)，连接到用于让排气离开壳体(9)的出口(10)。
5.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中壳体(9)包括连接到另一涡轮增压器的另一出口。
6.如权利要求1或2所述的内燃发动机，进一步包括密封器件，其布置在第一入口(5)和第二入口(6)的每一个的周边处，使得在阀构件(13)定位为关闭第一入口(5)和第二入口(6)之一时，阀构件(13)被迫在相应入口处抵靠密封器件。
7.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中第一入口(5)和第二入口(6)的每一个包括通道，所述通道具有圆形的横截面，所述横截面具有至少400mm的直径。
8.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中线性促动器(14)配置为让阀构件(13)在第一入口(5)和第二入口(6)之间的任何位置运动以及将阀构件(13)保持在第一入口(5)和第二入口(6)之间的任何位置。
9.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中线性促动器(14)是液压促动器、气动促动器、气力马达或电-机械促动器。
10.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其中促动器件(14)包括多于一个的线性促动器。
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