CN109973272A - 一种低速柴油机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发动机技术领域，公开一种低速柴油机，包括气缸体以及高压共轨燃油系统，气缸体上安装有多个气缸，每个气缸对应设置有至少一个蓄能器，蓄能器均连通于高压共轨燃油系统中的燃油共轨管，用于向气缸输送燃油。本发明低速柴油机单缸最大额定功率为920kW，设计转速为125‑169r/min，缸径为340mm，气缸的平均有效压力22.5bar，冲程为1600mm，连杆中心长度为1600mm，缸间距为600mm，燃油消耗率为171+5％g/(kW·h)。本发明低速柴油机高压燃油管路中压力波动较小，各气缸喷油器喷油压力均匀、燃油喷射量均匀，油气燃烧更充分，排放废气更加环保，具有较好的经济性和环保性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种低速柴油机。
背景技术
低速柴油机由于其动力性能和经济性能较好，且发动机转速较低可直接驱动螺旋桨推动船舶运行，推进效率高，使它们在发动机领域自成一类，常用作近海和远洋船舶推进装置的原动机。
目前常用的低速柴油机由于本身的结构及工作原理，存在以下问题：1、现有的高压共轨燃油系统中只设有一个蓄能器，当各个气缸的喷油器开启或关闭时，高压管路中存在明显的压力波动。2、各气缸喷油器距高压共轨燃油系统中蓄能器的距离不同，导致各喷油器喷油压力存在差异，进而导致各喷油器之间的喷油量存在差异。3、主轴承进油管设置于机架壁板表面，布置不紧凑，存在与曲轴等运动部件产生干涉的风险。4、机械控制的排气阀和燃油喷射，无法精准控制排气阀的启闭和喷油时间，导致油气燃烧不充分，而电控喷油器若出现故障会导致喷油器持续喷油，损伤发动机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种低速柴油机，该低速柴油机的高压燃油管路压力波动较小，各气缸间喷油压力、喷油量均匀，油气燃烧更充分，控制灵活，结构紧凑。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低速柴油机，包括气缸体以及高压共轨燃油系统，其特征在于：
所述气缸体上安装有多个气缸，每个气缸对应设置有至少一个蓄能器，所述蓄能器均连通于所述高压共轨燃油系统中的燃油共轨管，用于向所述气缸输送燃油。
作为优选，所述高压共轨燃油系统包括高压燃油管，所述高压燃油管的两端分别连通于所述蓄能器和所述低速柴油机的喷油器，且所述高压燃油管上安装有限流阀。
作为优选，所述喷油器为多个，多个所述喷油器均由电子控制元件单独控制。
作为优选，还包括齿轮箱，所述高压共轨燃油系统中的燃油增压泵连接于所述齿轮箱的齿轮，并由所述齿轮驱动。
作为优选，还包括高压共轨伺服油系统，所述高压共轨伺服油系统包括多个伺服油增压泵，所述高压共轨伺服油系统中的一个所述伺服油增压泵由电动马达驱动，其余所述伺服油增压泵由所述齿轮箱的齿轮驱动。
作为优选，所述高压共轨燃油系统和所述高压共轨伺服油系统中均设置有限压阀和溢流阀。
作为优选，所述燃油共轨管和所述蓄能器的壁板设置为双层壁结构。
作为优选，还包括机架和主轴承进油管，所述机架的壁板设置为中间留有空隙的双层壁板，所述主轴承进油管设置为从所述双层壁板的中间空隙通过。
作为优选，所述高压共轨燃油系统还包括燃油单向阀、燃油分配块和安全阀，所述高压燃油管将所述燃油增压泵、燃油单向阀、燃油分配块和安全阀依次连接，所述高压燃油管通过钢管支架固定在所述气缸体的外壁上。
作为优选，所述高压共轨伺服油系统还包括高压伺服油管、伺服油单向阀、伺服油分配块和伺服油共轨管，所述高压伺服油管将所述伺服油增压泵、伺服油单向阀、伺服油分配块和伺服油共轨管依次连接，所述伺服油共轨管通过排气阀执行机构和高压伺服油管与排气阀相连。
本发明的有益效果：
本发明的上述低速柴油机，通过在高压共轨燃油系统中对应每个气缸设置至少一个蓄能器，降低了高压管路在喷油器开启或关闭时的压力波动，同时各气缸的喷油器与对应蓄能器的距离相同，使得气缸喷油器的喷油压力相同，减小各喷油器喷油量之间的差异；主轴承进油管布置于机架双层壁板中间的空隙内，布置更为紧凑，避免了油管与运动部件发生干涉的风险；高压燃油管上安装的限流阀在电控的喷油器出现故障时起限流作用，防止电控喷油器持续喷油损伤发动机；该低速柴油机的多个喷油器由电子控制单元分别单独控制，使得该低速柴油机的燃料喷射控制灵活。
附图说明
图1是本发明低速柴油机的整机结构示意图；
图2是本发明低速柴油机的高压共轨燃油系统的结构示意图；
图3是本发明低速柴油机的高压共轨伺服油系统的结构示意图；
图4是本发明低速柴油机的主视图；
图5是本发明低速柴油机的剖视图；
图6是本发明图5的B处放大图；
图7是本发明低速柴油机的机架结构示意图；
图8是本发明图7的A处放大图。
图中：
1、焊接机座；2、机架；3、气缸体；4、高压共轨燃油系统；5、高压共轨伺服油系统；6、排扫气系统；7、飞轮；8、蓄能器；9、燃油共轨管；10、气缸；11、喷油器；12、燃油增压泵；13、曲轴；14、齿轮箱；15、伺服油增压泵；16、双层壁板；17、主轴承进油管；18、高压燃油管；19、燃油分配块；20、安全阀；22、钢管支架；23、高压伺服油管；24、伺服油分配块；25、伺服油共轨管；26、排气阀；27、排气集管；28、增压器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明提供一种低速柴油机，可参照图1-3，该低速柴油机主要用作远洋和近海船舶推进装置的原动机，主要包括焊接机座1、机架2、气缸体3、高压共轨燃油系统4、高压共轨伺服油系统5、排扫气系统6以及飞轮7。该低速柴油机的刚性基本结构主要由单片式轴承座组成的焊接机座1、机架2和整体铸造的气缸体3组成，机架2位于焊接机座1上方，气缸体3位于机架2的上方，三者通过贯穿螺栓连成一体，采用贯穿螺栓能够减少零件数量，安装简便。高压共轨燃油系统4和高压共轨伺服油系统5并排设置，且位于气缸体3的左侧上方，分别为该低速柴油机提供高压燃油和高压伺服油。排扫气系统6设置于气缸体3的右侧上方，能够将该低速柴油机的废气顺畅排出并且为该低速柴油机提供新鲜压缩空气。焊接机座1前端布置有飞轮7，飞轮7能够将发动机转动的能量存储起来，在转速降低时释放，减少发动机运转过程的速度波动。优选地，焊接机座1后端布置有推力轴承，用于传递船上螺旋桨产生的推力。
上述气缸体3底部装有填料函组件，将气缸体3的上下空间分割为曲柄箱和扫气箱，曲柄箱内装有十字头滑块组件、连杆、曲轴13等动力输出部件，曲柄箱的内动力输出部件的连接关系及驱动原理都是发动机技术领域的现有技术，在此不再赘述。优选地，焊接机座1前端布置有轴向减振器，能够减小曲轴13的轴向窜动。本实施例中，曲轴13采用锻钢半组合设计，由铸钢或锻钢曲拐与锻钢主轴颈组成，用红套方法(大型半组合式船用曲轴装配的工艺)连接成整根曲轴13，以增强其耐磨性，提高强度和刚度。连杆为整体锻钢设计，连杆通过螺柱和螺母用液压拉伸器拉紧，连杆中部钻孔与曲柄销轴承座的径向环槽相通，形成润滑通道，对曲柄销轴承进行润滑，连杆上还带有十字头销和曲柄销轴承的轴承盖，既能防止外界异物侵入轴承又能防止润滑油从轴承内溢出。
本实施例所述的低速柴油机还包括润滑油系统，润滑油系统包括润滑油柜、润滑油泵、润滑油过滤器、润滑油冷却器和自清滤器，用于柴油机主机各部件的润滑。润滑油从各润滑部件回流至柴油机的油底壳底部，经过润滑油过滤器过滤后进入润滑油柜，润滑油泵将润滑油从润滑油柜泵出，润滑油流经润滑油冷却器和自清滤器后进入发动机主机，用来润滑主轴承、推力轴承、连杆的大端轴承、十字头滑块组件的轴承、轴向减振器等部件，同时润滑油系统中的润滑油还被用来给高压共轨伺服油系统5供油。
本实施例中，该低速柴油机的气缸体3上安装有多个气缸10，优选地布置5-9个气缸10，每个气缸10由气缸盖、气缸套和活塞构成燃烧室空间，在气缸套外还装有冷却水套，气缸盖中心位置安装排气阀26。本实施例中，气缸体3结构在满足同等输出功率的条件下，气缸10直径较小，气缸间距和柴油机总长较小，结构紧凑，增加了船舶的货物空间。本实施例中，采用整体锻钢带冷却腔的高岸式活塞头，活塞采用喷流冷却和振荡冷却相结合的冷却方式，加强可靠性，保证活塞做功的稳定性。冷却水套中的冷却水从上向下流，部分冷却水直接旁通到缸盖，缸套温度更均匀，气缸套的润滑由气缸注油系统完成，注油喷嘴高压雾化喷射润滑油，润滑油形成涡流旋转附着在气缸壁上，能够减小润滑油的消耗。
本实施例中的低速柴油机，其参数可以选择：单缸最大额定功率为920kW，设计转速为125-169r/min，缸径为340mm，气缸的平均有效压力22.5bar，冲程为1600mm，连杆中心长度为1600mm，缸间距为600mm，燃油消耗率为171+5％g/(kW·h)。
如图2所示，本实施例中，上述高压共轨燃油系统4包括高压燃油管18、燃油增压泵12、燃油单向阀、燃油分配块19、安全阀20、燃油共轨管9和蓄能器8。其中，一段高压燃油管18通过钢管支架22固定在所述气缸体(3)的外壁上，将燃油增压泵12、燃油单向阀、燃油分配块19、安全阀20和燃油共轨管9依次连接。另一段高压燃油管18的一端连通于蓄能器8，另一端连通于气缸10上的喷油器11，在该段高压燃油管18上安装有限流阀，限流阀在电控的喷油器11出现故障时起能够起到限流作用，防止电控的喷油器11持续喷油损伤发动机。本实施例中，燃油增压泵12将燃油加压后送入高压燃油管18，高压燃油在高压燃油管18中经过燃油单向阀、燃油分配块19和燃油分配块19上的安全阀20后进入燃油共轨管9，高压燃油通过燃油共轨管9进入蓄能器8储存。
优选地，每个气缸10中安装一个喷油器11，每个喷油器11由电子控制元件分别单独控制，控制灵活。每个气缸10对应设置有至少一个蓄能器8，使得每个气缸10中的喷油器11与其对应的蓄能器8的距离相同，使得各喷油器11喷油压力相同，有利于保证各喷油器11的喷油量相同。多个蓄能器8均连通于高压共轨燃油系统4中的燃油共轨管9，用于储存高压燃油，布置灵活，具有广泛的通用性，蓄压器8内的容积及特殊设计可稳定高压共轨燃油系统4的燃油喷射压力、抑制及补偿喷油时的压力波动。优选地，燃油增压泵12将燃油以600-1000bar的高压压入燃油共轨管9和蓄能器8，喷油器11中的电磁阀通过通电时间来高精度控制喷油器11的启闭，为气缸10根据负荷要求按时定量提供燃料，喷油量的大小仅取决于喷油器11电磁阀开启时间的长短，整体结构简单紧凑，可分段拆检。
如图3所示，本实施例中，上述高压共轨伺服油系统5包括高压伺服油管23、伺服油增压泵15、伺服油单向阀、伺服油分配块24和伺服油共轨管25，高压伺服油管23将伺服油增压泵15、伺服油单向阀、伺服油分配块24和伺服油共轨管25依次连接。优选地，伺服油增压泵15将伺服油以180-300bar的高压压入伺服油共轨管25，伺服油共轨管25通过安装有电磁阀的一段高压伺服油管23与排气阀执行机构相连，排气阀执行机构与排气阀26相连，电磁阀通过控制伺服油和排气阀执行机构的相互作用，使排气阀26按照负荷要求的时刻来启闭。排气阀执行机构在电液驱动下控制气缸10内的换气过程，使得排气时刻控制精准，排气效率高。
如图4-6所示，本实施例中，气缸体3上布置有排气集管27、增压器28、空冷器、滴水分离器、扫气集管19和辅助风机。排气集管27与排气阀26相连，收集燃烧后的废气，优选地，排气集管27置于扫气集管19上方，能够平衡各气缸10排出的废气脉冲压力波。废气能够驱动增压器28压缩新鲜空气，新鲜空气经空冷器和滴水分离器后进入扫气集管19，优选地，增压器28采用高效、高压比涡轮增压器，提高柴油机充气效率。扫气集管19与扫气箱相连，为气缸10提供高密度的新鲜空气。本实施例中，空冷器水平布置且连接于扫气集管19与增压器28之间，能够优化发动机的空间布置情况。滴水分离器布置于空冷器侧下方，将冷却器析出的水滴与空气分离。滴水分离器后还设旁路与其同侧同向布置的辅助风机相连接，同侧同向布置的形式可简化设计和优化空间布置情况。辅助风机入口处设置有进风单向阀，用于防止压缩新鲜空气从进气口外泄。
本实施例中，上述机架2后端装有齿轮箱14，齿轮箱14为独立结构，一体加工保证齿轮间位置，简化安装程序。齿轮箱14内的齿轮由曲轴13带动，高压共轨燃油系统4中的燃油增压泵12由齿轮箱14内的齿轮直接驱动，传动结构简单，效率高。高压共轨伺服油系统5中设有多个伺服油增压泵15，其中一个伺服油增压泵15由电动马达驱动，其余伺服油增压泵15由齿轮箱14内的齿轮直接驱动，优选地，由齿轮箱14内的齿轮直接驱动的伺服油增压泵15为两台。由于主轴承需要大量润滑油来进行润滑，需要主轴承进油管17提供润滑油。如图7-8所示，机架2的壁板设置为中间留有空隙的双层壁板16，双层壁板16上开孔，主轴承进油管17从双层壁板16的空隙中通过，以对主轴承进行润滑，有效避开曲轴13和连杆组件运动空间，简化设计。主轴承的轴承盖采用单根倾斜方式螺栓固定在主轴承上，可减少零件数量，便于安装。
本实施例中，上述高压共轨燃油系统4和高压共轨伺服油系统5中均设置有限压阀和溢流阀，可分别用于系统中的过压保护和紧急停车。燃油共轨管9和蓄能器8的壁板采用双层壁结构，燃油增压泵12、传感器、控制单元等采用冗余设计，从而保证系统具有高的可靠性。
缸径为340mm的该低速柴油机在采用上述实施例的技术方案时，能够取得较优的实施效果。可以理解的，本发明实施例的技术方案还可适用于其他缸径和型号的低速柴油机。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低速柴油机，包括气缸体(3)以及高压共轨燃油系统(4)，其特征在于：
所述气缸体(3)上安装有多个气缸(10)，每个气缸(10)对应设置有至少一个蓄能器(8)，所述蓄能器(8)均连通于所述高压共轨燃油系统(4)中的燃油共轨管(9)，用于向所述气缸(10)输送燃油。
2.根据权利要求1所述的低速柴油机，其特征在于，所述高压共轨燃油系统(4)包括高压燃油管(18)，所述高压燃油管(18)的两端分别连通于所述蓄能器(8)和所述低速柴油机的喷油器(11)，且所述高压燃油管(18)上安装有限流阀。
3.根据权利要求2所述的低速柴油机，其特征在于，所述喷油器(11)为多个，多个所述喷油器(11)均由电子控制元件单独控制。
4.根据权利要求2所述的低速柴油机，其特征在于，还包括齿轮箱(14)，所述高压共轨燃油系统(4)中的燃油增压泵(12)连接于所述齿轮箱(14)的齿轮，并由所述齿轮驱动。
5.根据权利要求4所述的低速柴油机，其特征在于，还包括高压共轨伺服油系统(5)，所述高压共轨伺服油系统(5)包括多个伺服油增压泵(15)，所述高压共轨伺服油系统(5)中的一个所述伺服油增压泵(15)由电动马达驱动，其余所述伺服油增压泵(15)由所述齿轮箱(14)的齿轮驱动。
6.根据权利要求5所述的低速柴油机，其特征在于，所述高压共轨燃油系统(4)和所述高压共轨伺服油系统(5)中均设置有限压阀和溢流阀。
7.根据权利要求1所述的低速柴油机，其特征在于，所述燃油共轨管(9)和所述蓄能器(8)的壁板设置为双层壁结构。
8.根据权利要求1所述的低速柴油机，其特征在于，还包括机架(2)和主轴承进油管(17)，所述机架(2)的壁板设置为中间留有空隙的双层壁板(16)，所述主轴承进油管(17)设置为从所述双层壁板(16)的中间空隙通过。
9.根据权利要求4所述的低速柴油机，其特征在于，所述高压共轨燃油系统(4)还包括燃油单向阀、燃油分配块(19)和安全阀(20)，所述高压燃油管(18)将所述燃油增压泵(12)、燃油单向阀、燃油分配块(19)、安全阀(20)和燃油共轨管(9)依次连接，所述高压燃油管(18)通过钢管支架(22)固定在所述气缸体(3)的外壁上。
10.根据权利要求5所述的低速柴油机，其特征在于，所述高压共轨伺服油系统(5)还包括高压伺服油管(23)、伺服油单向阀、伺服油分配块(24)和伺服油共轨管(25)，所述高压伺服油管(23)将所述伺服油增压泵(15)、伺服油单向阀、伺服油分配块(24)和伺服油共轨管(25)依次连接，所述伺服油共轨管(25)通过排气阀执行机构和高压伺服油管(23)与排气阀(26)相连。
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