CN108087119A - 大型涡轮增压两冲程压燃式内燃机的安全阀 - Google Patents
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Abstract
一种用于在放气事件中为大型两冲程压燃式两冲程发动机的燃烧室中的气体提供减压的安全阀(50)。安全阀(50)包括壳体(51，70，73)，壳体(51，70，73)中的第一孔(64)，可滑动地设置在第一孔中并在第一孔(64)中限定第一气动压力室(60)的第一活塞(56)，以及由第一活塞(56)带动的阀构件(52)，阀构件(52)具有杆(53)和与环形座(55)可接合的头部(54)。在入口开口(57)和出口开口(58)之间，壳体(51)设置有其中具有环形座(55)的减压通道。减压通道包括在环形座(55)和出口开口(58)之间的减压室(63)。第一活塞(56)的第一侧形成面向第一气动压力室(60)的第一有效压力表面(61)，第一活塞的第二侧形成面向减压室(63)的第二有效压力表面(62)。头部(54)的第一侧形成面向入口开口(57)的第三有效压力表面(59)。第一有效压力表面(61)大于第三有效压力表面(59)。
Description
技术领域
本发明涉及在具有十字头的大型涡轮增压两冲程压燃式内燃机中放气事件的控制。
背景技术
十字头型大型两冲程涡轮增压压燃式内燃机，例如用于推进大型远洋船舶或作为发电厂的主要动力。不仅由于尺寸庞大，这些两冲程柴油发动机与其他内燃机的结构也不同。他们的排气阀可能重达400公斤，活塞的直径可达100厘米，燃烧室内的最大工作压力通常为几百帕。这些高压力水平和活塞尺寸所涉及的力量是巨大的。
例如由于错误的燃料喷射时间或数量，在其中一个汽缸中偶尔会出现过度的压力。为了适应这些过度的压力，将汽缸盖压在汽缸套顶部的力通过被施加到将汽缸盖连接到底板上并保持发动机的结构一体的拉杆螺栓上的张力来小心控制。因此，当过度的压力出现时，汽缸盖被抬升，过度的压力从汽缸套的顶部和汽缸盖的底部之间被吹出。这个系统—在本领域的通常使用中—并非没有问题。
汽缸盖升起是一种爆炸性气体泄漏，其中不受控制的气体在高达170db的响声下被释放。当这种侧向放气发生时，任何旁观者都可能由于暴露在一股热气体中(通常是火焰形式)受到严重的伤害。另外，极度高温高压的气体会腐蚀汽缸套和汽缸盖的精密加工的配合面，破坏设置在汽缸套顶部与汽缸盖底部之间的密封环。
因此，放气事件通常需要这些表面是被加工的，并且密封环被更换以获得所需的流体密封性。因此，放气后修理成本是显著的。而且，由于发动机和环境的温度变化，拉杆螺栓的张力也会变化，因此不能很精确地控制。如果在拉杆螺栓的张力相对较高的时刻发生放气，在过去，活塞和曲轴上的力曾造成损坏大端和其他昂贵的发动机部件。这样的情况比更好的控制放气更为昂贵。
船舶保险公司(船级社)要求大型船用发动机采取安全措施保护，防止被燃烧室内过高压力造成损坏。
在此，一些现有技术的发动机在燃烧室的壁中设置有爆破片，该爆破片被设计成失效以便保护发动机免受来自于燃烧室中的过度压力的可能损害。这些爆破盘的一个缺点是，由于暴露在燃烧室内的压力波动中，它们会随着时间的推移而弱化，并最终在相对较小的过度压下失效。例如，由于小的不发火。因此，爆破盘往往会过早失效。这是有问题的，尤其因为必须停止发动机以用新的盘替换发生故障的爆破盘。因此，目前最常用的使用爆破盘的措施并不是最佳的。
其他发动机已经配备安全阀，以便符合在燃烧室中出现过度压力时应该打开以从燃烧室排出气体的要求。这些都是弹簧加载提升阀。然而，由于它们的最大开度不足以足够快速地释放压力，放气发生的爆炸性使得这些提升阀相对无效。
因此，这些安全阀不能在足够短的时间内有效地提供所需要的开口面积，并且仅在汽缸盖升起之前具有指示器或鸣笛的效果，但是这些已知的阀不能防止汽缸盖升起。
GB 817018中公开了这种阀。该文献公开了一种大型两冲程柴油发动机，其在汽缸套和汽缸盖之间具有隔离环，该隔离环具有用于接收安全阀的孔。然而，这种已知的安全阀是不可靠的，所以该安全阀被停止使用了。
因此，需要一种用于十字头型大型两冲程压燃式内燃机的改进的放气控制系统。
GB745714公开了一种用于大型两冲程压燃式两冲程发动机的安全阀。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服或至少减少上述问题的、用于十字头型大型两冲程压燃式内燃机的安全阀。
前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式显而易见于从属权利要求、说明书和附图。
根据第一方面，提供了一种用于在放气事件中为大型两冲程压燃式两冲程发动机的燃烧室中的气体提供减压的安全阀，所述安全阀包括：
-壳体，
-壳体中的第一孔，
-可滑动地设置在第一孔中并在第一孔中形成第一气动压力室的第一活塞，以及
-由所述第一活塞带动的阀构件，所述阀构件具有杆和可与环形座接合的头部，
-在入口开口和出口开口之间，所述壳体设置有其中具有所述环形座的减压通道，
-所述减压通道包括在所述环形座和所述出口开口之间的减压室，
-所述第一活塞的第一侧形成面向所述第一气动压力室的第一有效压力表面，并且所述第一活塞的第二侧形成面向所述减压室的第二有效压力表面，
-所述头部的第一侧形成面向所述入口开口的第三有效压力表面，
-所述第一有效压力表面大于所述第三有效压力表面。
通过在所述阀构件上设置带有有效压力表面的活塞，该活塞的有效压力表面明显大于燃烧室压力作用于其上的所述头部的有效压力表面，气动压力室中的气压可以被保持为明显低于燃烧室中的压力，在该压力下安全阀被设计为打开。
此外，一旦在第三有效压力表面连同更大的第二有效压力表面的所述阀构件的开口方向发生阀抬升，面向减压室的第二有效压力表面的设置引起减压室内的压力，从而确保阀将保持打开足够长的时间，以便为燃烧室内的压力提供足够的减压。在没有这个附加的第三有效压力表面的情况下，一旦存在小的泄压，即一旦燃烧室中的压力有小的下降时，阀构件就会有关闭的风险，这是不希望的。
根据第一方面的第一种可能的实施方式，第一气动压力室与用于连接到气动压力源的端口流体连接。由此，在第一气动压力室内能够维持正确的气压。
根据第一方面的第二种可能的实施方式，第一有效压力表面优选为第三有效压力表面的尺寸的至少两倍，甚至更优选为第三有效压力表面的尺寸的四倍。
根据第一方面的第三种可能的实施方式，阀构件被弹性地偏离环形座。因此，当发动机在气动压力被移除而关闭时，阀构件移动到其完全打开位置。从而，确保安全阀有规律地运行。
根据第一方面的第四种可能的实施方式，壳体包括第二孔和第二活塞，第二活塞可滑动地设置在第二孔中并且在第二孔中限定第二气动压力室，第二活塞可操作地连接到所述杆。通过在所述杆上提供第二活塞和提供第二气动压力室，通过气动压力施加到阀构件的闭合力显著增加，并且如果第一活塞和第二活塞的直径相等，则闭合力基本上加倍。
根据第一方面的第五种可能的实施方式，第二气动压力室与用于连接到气动压力源的端口流体连接。因此，第二气动压力室中保持正确的压力水平。
根据第一方面的第六种可能的实施方式，头部和杆的一部分设置在减压室中。
根据第一方面的第七种可能的实施方式，阀构件在头部抵靠于环形座上时的关闭位置和完全打开位置之间可轴向移动，完全打开位置和完全关闭位置之间具有一系列的中间位置。
根据第一方面的第八种可能的实施方式，出口开口是径向出口开口。
根据第一方面的第九种可能的实施方式，入口开口是轴向入口开口。
根据第一方面的第十可能的实施方式，第二活塞具有面向第二气动压力室的第四有效压力表面，第四有效压力表面与第一有效压力表面面向相同的方向。
根据第一方面的第十一种可能的实施方式，第四有效压力表面具有与第一有效压力表面大致相同的尺寸。
根据第一方面的第十二种可能的实施方式，第二活塞具有面向第四有效压力表面的相反方向的第五有效压力表面，并且其中，第二活塞在第二孔中限定气动阻尼室，第五有效压力表面面向气动阻尼室。
通过提供一个气动阻尼室，阀构件的关闭动作可以被抑制，并且可以防止阀头的损坏。
根据第一方面的第十三种可能的实施方式，所述气动阻尼室设置有一孔口，所述孔口允许空气困在所述气动阻尼室中，从而确保在阀关闭后，所述气动阻尼室中的气压不在打开方向上起作用。
根据第一方面的第十四种可能的实施方式，第一孔设置在第一壳体部，第二孔设置在第二壳体部，并且其中第一壳体部和第二壳体部通过弹性元件连接，所述弹性元件允许第一壳体部和第二壳体部之间的相对运动，以补偿由于热膨胀而导致的安全阀内的尺寸差异。
根据第一方面的第十五种可能的实施方式，第二有效压力表面受到排气室中的压力的影响，因此当阀构件从环形座上升起时，在阀构件的打开方向上增加一力。
根据第一方面的第十六种可能的实施方式，第一壳体部和第二壳体部与其间的弹性构件可伸缩地连接，弹性构件优选地为一碟形弹簧。
根据第一方面的第十七实施方式，环形座以浮动的方式设置在阀壳体中，以便允许环形座自动定心。
根据第二方面，提供了一种具有十字头的大型涡轮增压两冲程压燃式内燃机，该发动机包括：
多个用作燃烧室的汽缸，所述汽缸设置有汽缸盖、置于汽缸盖的中央的排气阀、及将排气阀连接至废气接收器的一排气管，汽缸盖设置有依据第一方面中任何可能实施方式中的安全阀，安全阀的入口流体连接到燃烧室，安全阀的出口流体连接到排放导管。
根据第二方面的第一种可能的实施方式，当阀构件从环形座上升起时，安全阀允许气体从入口流向出口，并且当阀构件抵靠于座上时，安全阀防止气体从入口流向出口。
根据第二方面的第二种可能的实施方式，第一有效压力表面被阀构件的所有位置的气动压力加压，并且当阀构件从环形座位升起时，其中第二表面被排气室63中的压力加压。
根据第二方面的第三种可能的实施方式，环形座被布置在延伸穿过汽缸盖的放气孔中。
根据第二方面的第四种可能的实施方式，环形座的主平面相对于放气孔的主方向倾斜布置。
根据第二方面的第五种可能的实施方式，放气孔经由放气导管连接到排气管或废气接收器，以绕过排气阀。
根据第二方面的第六种可能的实施方式，安全阀设置有冷却装置，冷却装置优选地包括用于冷却介质通过或围绕安全阀的路径。
根据第二方面的第七种可能的实施方式，发动机包括用于向与发动机相关联的气动消耗器提供气动压力的气动系统，气动系统的压力优选地随着发动机负载的增加而增加并且随着发动机负载的减小而减小。
从具体实施方式和附图中，这些和其他方面以及可能的实施方式将变得清楚。
附图说明
在本公开的以下详细部分中，参考附图中所示的示例实施例更详细地解释本发明，其中：
图1是根据示例性实施例的大型两冲程柴油机的前视图。
图2是图1中的大型两冲程发动机的侧视图。
图3是根据图1中的大型两冲程发动机的示意图。
图4是根据一个实施例的具有安全阀的汽缸盖和排气阀的俯视图。
图5是沿着图4中的线A-A的剖视图。
图6是根据一个实施例的安全阀的立面图。
图7是根据一个实施例的安全阀的另一个立面图。
图8和图9是图6和图7中的安全阀的剖视图，安全阀的阀构件位于不同的位置。
图10是图6和图7中安全阀的上部的剖视图的细节。
具体实施方式
在下面的详细描述中，将通过示例实施例来描述安全阀和具有十字头的大型两冲程涡轮增压压燃式柴油机。图1-图3示出了具有曲轴42和十字头43的大型低速涡轮增压两冲程压燃式发动机。图3示出了具有进气和排气系统的发动机的示意图。在该示例性实施例中，发动机具有六个排成一行的汽缸1。大型两冲程涡轮增压压燃式内燃机通常具有由发动机机架45承载的五个至十六个排成一行的汽缸。该发动机例如可用作船舶的主机或作为发电站中运行发电机的固定式发动机。发动机的总输出例如可以在5000-110000kW的范围内。
该发动机是两冲程单流式的压燃式发动机，具有位于汽缸1的下部区域的换气口19及布置于汽缸1的顶部的汽缸盖22的中央的排气阀4。穿过汽缸的气流的主方向是从汽缸1底部的换气口19到汽缸1顶部的排气阀4，因此其名称为“单流式”。增压空气从大的中空圆柱体形式的增压空气接收器2传递到各个汽缸1的换气口19。汽缸1中的活塞41压缩增压空气，燃油从汽缸盖22内的燃油喷射阀(未图示)中喷出，随着燃烧而产生废气。
当排气阀4打开时，废气通过与汽缸1相关联的排气管35流入大的中空圆柱体形式的废气接收器3中，并且向前通过第一排气导管18到达涡轮增压器5的一涡轮机6，废气自涡轮增压器5通过第二排气导管7流到大气中。通过轴8，涡轮机6驱动通过空气入口10供应空气的压缩机9。压缩机9将加压增压空气输送至通向增压空气接收器2的增压空气导管11。
导管11中的进气通过用于冷却增压空气的中间冷却器12，将压缩机从大约200℃的温度下冷却到36至80℃的温度。
被冷却的增压空气通过由电驱动马达17驱动的辅助鼓风机16流至增压空气接收器2，所述辅助鼓风机16在发动机的低负荷或部分负荷状态下对增压空气流加压。在更高的发动机负荷下，涡轮增压压缩机9输送足够的压缩净化空气，然后辅助鼓风机16经由止回阀15被绕开。
图4和图5分别以俯视图和剖视图更详细地示出了排气阀4和汽缸盖22。排气阀4牢固地螺栓连接到汽缸盖22上，排气阀轴44的整体阀盘布置在汽缸盖22的中心孔中。排气阀轴44示出为处于闭合位置，排气阀轴44的盘置于阀座上。当排气阀4打开时，燃烧室27连接到排气管35。排气管35连接到废气接收器3。
汽缸盖22形成燃烧室27的上部。汽缸盖22设置有多个在图中未示出的冷却通道。此外，通常是单个燃油发动机用于单个汽缸的三燃油阀和双燃油发动机用于单个汽缸(未示出)的六燃油阀的燃油喷射阀接收汽缸盖22中的孔80，燃油阀的喷嘴伸入燃烧室27。
排气阀4设置有液压排气阀驱动器47，该液压排气阀驱动器47包括位于阀轴44的顶部的液压腔38。空气弹簧37推动阀轴44向上至如图5中的上部，例如，在关闭方向，且当液压驱动器47被加压时，液压驱动器47沿打开方向推动阀轴44。因此，通过向液压驱动器47施加液压来实现排气阀轴44的抬起，并且空气弹簧37确保阀轴44返回到其关闭位置。
发动机设有放气导管，该放气导管如图所示从燃烧室27延伸到排气管35。可替代地，放气导管从燃烧室27延伸到废气接收器3。一旦不发火或其它情况导致燃烧室27内压力过高，放气导管的横截面积是足够大以至于能够快速地释放燃烧室27中的压力。安全阀50控制放气导管的打开和关闭，并且安全阀50可以充分快速地打开一足够大的开口，以在过压事件的情况下释放燃烧室27中的压力，以防止损坏发动机。
放气导管的一部分由汽缸盖22中的放气孔29形成。放气管36将放气孔29连接到排气管35或废气接收器3。
图6至图10更详细地示出了安全阀50。如图所示，安全阀50可以具有其自身的壳体51，70，73，如图所述，使得其可以用作一盒，该盒被插入到缸盖22中的相配的孔28(图5)中，或者(未示出)安全阀可以是缸盖22的组成部分。
安全阀50被插入缸盖22中的孔28中，一支架73从缸盖22伸出。支架73可螺栓连接或焊接到壳体或者是壳体的组成部分。支架73设置有用于接收将安全阀50固定到缸盖22的螺栓(图6和图7)的孔。壳体51，70，73设置有轴向定位的入口开口27和更大的径向定位的出口开口58，以用于当安全阀50打开时，允许废气排出。
安全阀50设置有能够在图8所示的关闭位置和图9所示的完全打开位置之间移动的阀构件52，即，阀构件52能够在图8中的关闭位置和图9中的完全打开位置之间的位置范围来回移动。阀构件52可以处于完全打开位置和完全关闭位置之间的任何中间位置。安全阀50设有一个减压通道，当阀构件52升起时，即当阀构件52未处于其关闭位置时，减压通道允许气体从其入口开口57流到其出口开口58。阀壳体51中的排气室63将轴向入口开口57连接到径向出口开口58。环形座55围绕入口开口57设置。
在一实施例中，壳体由几个部分组成。第一壳体部51可伸缩地连接到第二壳体部70，在其间具有盘形弹簧76或其他弹性装置以适应热膨胀的影响。支架73被固定到第二壳体部70。
阀构件52包括杆53，该杆在其一个纵向端部处设置有头部54，该头部54与环形座55可接合。环形座55优选以浮动的方式设置在第一壳体部51中，以便允许环形座55相对于头部54自动定心。
头部54和杆53的一部分配置在减压室63内。
第一活塞56固定到杆53上，并且在一实施例中，第二活塞65也固定到杆53上，与第一活塞56纵向间隔开。第一活塞56可滑动地设置在第一壳体部51中的第一孔64中，并且第一活塞56在第一孔64中限定第一气动压力室60。第二活塞56可滑动地设置在第二壳体部70中的第二孔72中，并且第二活塞65在第二孔72中限定第二气动压力室68。
杆53可滑动且密封地被接收在第二壳体部70中的横向壁81中的孔中。
设置有头部54的杆53的端部延伸到驱动室63中。当阀构件52处于其关闭位置时，阀头54抵靠在环形座55上，如图8中所示，朝向入口开口57的阀头54的表面形成第三有效压力表面59，该第三有效压力表面59置于燃烧室27中的压力下。
当阀构件52升起时，如图9所示，头部54位于排气室63中，空气从入口开口57流向出口开口58形成了一大的流动区域。在一实施例中，环形座55的主平面相对于放气孔29的主方向倾斜布置，以便使流过放气孔29的限制最小化。当放气孔29是直的时，主方向是放气孔29的纵向。当放气孔29是弯曲的时，其主要方向是在环形座55与放气孔29相交的位置处的弯曲处的局部方向。
第一活塞56的第一侧形成面向第一气动压力室60的第一有效压力表面61。第一活塞的第二侧形成面向减压室63的第二有效压力表面62。头部54的第一侧形成面向入口开口57的第三有效压力表面59，即置于燃烧室27中的压力下。
第一有效压力表面61大于第三有效压力表面59，优选地表面积至少是两倍。在所示的实施例中，第三有效压力区域61是第一有效压力区域61的尺寸的四倍。然而，应该理解，第一和第三压力区域之间为任何比率是原则上可以使用的，这取决于燃烧室内的最大压力和可用的气动压力。
第二有效压力表面62受排气室63内的压力的影响，从而当阀构件52从环形座55上升起时，在阀构件52上的打开方向上增加一个力。当由于阀构件52的升起提供了瞬时减轻而引起燃烧室27中的压力稍微下降时，通过阻止阀构件52立即关闭可以使阀构件52的开启运动稳定。由于第二有效压力表面62在打开的方向上不产生力，阀构件52可以在关闭位置和轻微打开位置之间摆动。
在一实施例中，第二壳体部70设置有第二孔72。第二活塞65可滑动地设置在第二孔72中并且在第二孔72中限定第二气动压力室68。
第二活塞65可操作地连接到杆53，例如，通过第二活塞65中的锥形孔和杆53上的匹配锥形部之间锥形配合连接。第一活塞65以及头部54优选地与杆53一体成型。
第一气动压力室60和第二气动压力室68都经由连接孔71，供给孔77和气动端口79连接到气动压力源。
第一气动压力室60中的气压作用在第一有效压力表面61上，由此在阀构件52上产生关闭方向上的力。
第二活塞65具有面向第二气动压力室68的第四有效压力表面66。第四有效压力表面66与第一有效压力表面61面向相同的方向。因此，作用在第四有效压力表面66上的气压产生沿阀构件52的关闭方向上的力并由此协助第一活塞56努力将阀构件52保持在关闭位置。
在一实施例中，第四有效压力表面66具有与第一有效压力表面61大致相同的尺寸。
第二活塞65具有面向第四有效压力表面66的相反方向的第五有效压力表面67。第二活塞65在第二孔72中限定气动阻尼室69，其中第五有效压力表面67面向气动阻尼室69。气动阻尼室69优选地通过一孔口与大气连接，使得阻尼室69中积累的任何压力随时间消失。在一实施例中，孔口由壳体70中的小开口形成，该小开口将阻尼室69直接连接到周围大气。这允许气动阻尼室69通过作用在第五有效压力表面67上的气动阻尼室69中的压力，在阀构件52的闭合运动之前起到阻尼器的作用，即，产生与阀构件的关闭运动相反的力，从而确保头部54平稳地落在环形座55上。
阀构件52通过螺旋压缩弹簧75弹性地偏离环形座55，该螺旋压缩弹簧75围绕从第三壳体部73伸出的杆53的一自由端的。对此，螺旋压缩弹簧75在杆53的自由端处的法兰或圆盘和壳体51，70，73的近端之间拉紧。当没有气压施加到第一气动压力室60和第二气动压力室68时，即当大型两冲程柴油机停止时，螺旋弹簧75确保阀构件52移动到其完全打开位置。这确保了阀构件52有规律地运行。
在一实施例中，安全阀50设置有冷却装置。冷却装置优选地包括用于冷却介质通过或围绕安全阀50的路径(未示出)。
当来自燃烧室27的压力到达排气室63时，第二有效压力表面62置于排气室66中的压力下并且推动阀构件52朝向其完全打开位置。
当燃烧室27中出现过大的压力时，作用在第三有效压力表面59上的燃烧室27中的压力将超过由作用在第一活塞56上的第一气动压力室60和作用在第二活塞65上的第二气动压力室68产生的气压的反向力的组合。因此，如图9所示，阀构件52将开始向其完全打开位置移动。
当燃烧室27中的压力已经减轻时，由第一气动压力室60和第二气动压力室68中的压力产生的力将超过作用在第二有效压力表面61上和第三有效压力表面59上的减压室63中的气压的相反力，并且阀构件52将开始移向其完全关闭的位置。这将导致气动阻尼室69中的空气被压缩并且经由孔口慢慢地压出到大气中，由此抑制头部54返回到座55的运动。
排气槽82设置在阻尼室69的壁中，以便当字母(the letter)移动一定距离时，刺穿由第二活塞65形成的屏障。这使得阻尼室69中的压力对应于供应压力(压缩之前)。可以有多个排气槽82分布在阻尼室69周围。设计排气槽82使得可以使用活塞环和PTFE密封环
当阀构件52一直移动到其完全打开位置时，其运动通过设置在第三壳体部73中的一组碟形弹簧74而被抑制。第二活塞65将在完全打开的位置刚好达到前抵接接合该组碟形弹簧74。
大型两冲程柴油机的气动系统包括压缩机或压缩机站(未示出)，该压缩机或压缩机站向气动供应导管提供加压空气。供应管道中的压力可以是10到50帕之间的任何压力，并且供应到与大型两冲程柴油机1相关联的加压空气的各种消耗器。在一实施例中，气动系统由具有十字头的大型两冲程涡轮增压压燃式内燃机通常具备的常见的启动空气供应系统形成。安全阀50的入口端口79被连接到气动供应系统，以保证安全阀50中的气动压力室中的压力恒定或可变。
燃烧室27中的正常的最大压力随着发动机负载的增加而增加，并且随着发动机负载的减小而减小。因此，在一实施例中，气动系统中的压力相应地被调整。
因此，通过确定第一有效压力表面61和第四有效压力表面66的面积尺寸相对于第一有效压力表面59的面积的尺寸，安全阀50的尺寸可以设定为在一压力下开启，所述压力比燃烧室27在实际的发动机负载下的正常压力高一裕度。该裕度可以是恒定的压差或者随着发动机负荷的增加而增加，反之亦然。
安全阀50也可以在端口79受到恒定气动压力下运行。当正常发动机运行期间燃烧室27中的最高压力超过一裕度时，在这种情况下，压力应当使得安全阀50打开，例如，当最大预期压力即在100％发动机负荷下为200帕时，安全阀50设定为在230帕的压力下打开。考虑到在端口79处施加的气压，通过调节第三有效压力表面59与第一有效压力表面61和第四有效压力表面66的总和之间的比率，安全阀50可以被设定为在要求的压力下打开。
在一实施例(未示出)中，安全阀50耦联到发动机的电子控制单元(未示出)，并且在放气事件时发出警报。就此，安全阀50在一实施例中设置有检测气动阻尼室69中的压力的压力传感器(未示出)。如果气动阻尼室69中的压力超过一定阈值，则警报被激发。可选地，阀构件52可以用运动传感器来监测，当阀构件52移离其关闭位置时警报被激发。
在一实施例中，确定阀构件52被推动到关闭位置还是全开位置的力的平衡力仅由作用在阀构件52上的燃烧室27中的气体的压力的平衡力和作用在第一活塞56和第二活塞65上供应到安全阀15的空气的气压的力决定。因此，当发动机被停止时，如果存在任何用于执行安全阀的弹性装置，则这些弹性装置将具有较小的强度，使得在发动机运转期间它们对阀构件52的运动没有任何显著的影响。
结合文中各种实施例描述了本发明。然而，通过研究附图、公开内容和附加的权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时，可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多个。相互不同的从属权利要求中记载了一定措施，这一仅有的事实并不表示这些措施的组合不能被用来获益。
权利要求中使用的附图标记不应被解释为限制范围。
Claims (25)
1.一种安全阀(50)，用于在放气事件中为大型两冲程压燃式两冲程发动机的燃烧室中的气体提供减压，所述安全阀(50)包括：
-壳体(51，70，73)，
-所述壳体(51，70，73)中的第一孔(64)，
-可滑动地设置在所述第一孔中并在所述第一孔(64)中限定第一气动压力室(60)的第一活塞(56)，以及
-由所述第一活塞(56)带动的阀构件(52)，所述阀构件(52)具有杆(53)和与环形座(55)可接合的头部(54)，
-在入口开口(57)和出口开口(58)之间，所述壳体(51)设置有其中具有所述环形座(55)的减压通道，
-所述释放通道包括在所述环形座(55)和所述出口开口(58)之间的减压室(63)，
-所述第一活塞(56)的第一侧形成面向所述第一气动压力室(60)的第一有效压力表面(61)，所述第一活塞的第二侧形成面向所述减压室(63)的第二有效压力表面(62)，
-所述头部(54)的第一侧形成面向所述入口开口(57)的第三有效压力表面(59)，
-所述第一有效压力表面(61)大于所述第三有效压力表面(59)。
2.根据权利要求1所述的安全阀(50)，其中，所述第一气动压力室(60)与用于连接到气动压力源的端口(79)流体连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第一有效压力表面(61)至少是所述第三有效压力表面(59)的尺寸的两倍。
4.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述阀构件(52)弹性偏离所述环形座(55)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述壳体(51，70，73)包括第二孔(72)和可滑动地设置在所述第二孔(72)中并在所述第二孔(72)中限定第二气动压力室(68)的第二活塞(65)，所述第二活塞(65)可活动地连接到所述杆(53)。
6.根据权利要求5所述的安全阀(50)，其中所述第二气动压力室(68)与用于连接到气动压力源的端口(79)流体连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述头部(54)和所述杆(53)的一部分设置在所述减压室(63)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述阀构件(52)能够在头部(54)抵靠于环形座(55)上时的关闭位置和完全打开位置之间可轴向移动，完全打开位置和完全关闭位置之间具有一系列的中间位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述出口开口(58)是径向出口开口。
10.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述入口开口(57)是轴向入口开口。
11.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第二活塞(65)具有面向所述第二气动压力室(68)的第四有效压力表面(66)，所述第四有效压力表面(66)与所述第一有效压力表面(61)面向相同的方向。
12.根据权利要求11所述的安全阀(50)，其中，所述第四有效压力表面(66)具有与所述第一有效压力表面(61)大致相同的尺寸。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第二活塞(65)具有面向所述第四有效压力表面(66)的相反方向的第五有效压力表面(67)，并且其中，所述第二活塞(65)在所述第二孔(72)中限定气动阻尼室(69)，所述第五有效压力表面(67)面向所述气动阻尼室(69)。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第一孔(64)设置在第一壳体部(51)，并且所述第二孔(72)设置在第二壳体部，并且其中所述第一壳体部和所述第二壳体部通过弹性元件(76)连接，所述弹性元件允许所述第一壳体部和所述第二壳体部之间的相对运动，以补偿由于热膨胀而导致的安全阀内的尺寸差异。
15.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第二有效压力表面(62)受到所述排气室(63)中的压力的影响，因此当所述阀构件(52)从所述环形座(55)上升起时，在阀构件(52)的打开方向上增加一力。
16.根据权利要求5至13中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述第一壳体部(51)和所述第二壳体部(70)与所述弹性构件(76)可伸缩地连接，所述弹性构件优选地为一盘形弹簧(76)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的安全阀(50)，其中，所述环形座(55)以浮动方式设置在所述阀壳体(51，70，73)中，以便允许所述环形座(55)自动定心。
18.一种具有十字头的大型涡轮增压两冲程压燃式内燃机(43)，所述发动机包括：
多个用作燃烧室(27)的汽缸(1)，置于所述汽缸盖(22)的中央的排气阀(4)，将排气阀(4)连接至废气接收器(3)的一排气管(35)，所述汽缸(1)设置有汽缸盖(22)，
所述汽缸盖(22)设置有根据权利要求1至17中任一项所述的安全阀(50)，所述安全阀(50)的入口(57)流体连接至所述燃烧室(27)，所述安全阀(50)的出口(58)流体连接到排放导管(36)。
19.根据权利要求18所述的发动机，其中，当所述阀构件(52)从所述环形座(55)上升起时，所述安全阀(50)允许气体从所述入口(57)流向所述出口(58)，并且当所述阀构件(52)抵靠在所述座(55)上时，所述安全阀(50)防止气体从所述入口(57)流向所述出口(58)。
20.根据权利要求18或19所述的发动机，其中，所述第一有效压力表面(61)被所述阀构件(52)的所有位置的气动压力加压，并且当所述阀构件(52)从所述环形座(55)升起时，其中所述第二表面(62)被所述排气室(63)中的压力加压。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的发动机，其中，所述环形座(55)布置在延伸穿过所述缸盖(22)的放气孔(29)中。
22.根据权利要求21所述的发动机，其特征在于，所述环形座(55)的主平面相对于所述放气孔(29)的主方向倾斜布置。
23.根据权利要求21或22所述的发动机，其中，所述放气孔(29)经由排放导管(36)连接到所述排气管(35)或所述废气接收器(3)，以绕过所述排气阀(4)。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的发动机，其中所述安全阀(50)设置有冷却装置，所述冷却装置优选地包括用于冷却介质通过或围绕所述安全阀(50)的路径。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的发动机，其中，所述发动机包括用于向与发动机相关联的气动消耗器提供气动压力的气动系统，所述气动系统的压力优选地随着发动机负载的增加而增加并且随着发动机负载的减小而减小。
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