CN110725753B - 内燃发动机和用于内燃发动机的模块化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机和用于内燃发动机的模块化系统，具体而言内燃发动机、即燃气发动机或双燃料发动机或液体燃料发动机具有汽缸曲轴箱，其中安装有曲轴；具有包括汽缸的汽缸排，其中汽缸包括汽缸盖，其带有充入空气的入口阀且带有废气的排气阀；具有阀驱动器，其包括凸轮轴用于促动相应的汽缸的充入空气的入口阀和废气的排气阀；具有燃料供应系统用于给汽缸供应燃料。内燃发动机的燃料供应系统以这样方式以模块化设计体现以致于对于每个汽缸各自存在燃料供应模块，其中可经由相应燃料供应模块来给相应的汽缸在燃气发动机情况下唯一供应气态燃料且在双燃料发动机情况下供应气态燃料和同样液体燃料两者且在液体燃料发动机情况下唯一供应液体燃料。

Description

内燃发动机和用于内燃发动机的模块化系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机。本发明此外涉及用于内燃发动机的模块化(modular，有时称为组装式)系统。
背景技术
本文中所存在的本发明尤其涉及所谓的大型发动机或大型内燃发动机的领域，其汽缸具有超过140mm，尤其超过175mm的活塞直径。这样的大型内燃发动机例如是船舶柴油内燃发动机(诸如，燃气发动机或双燃料发动机或液体燃料发动机)。
迄今为止，大型内燃发动机始终是出于定义的目的和定义的要求而个别地设计的内燃发动机。当将新开发大型内燃发动机时，该大型内燃发动机的所有的组件一般都经历新开发。
迄今为止，在大型内燃发动机的新开发的期间，未动用既有的大型内燃发动机的现有的构件，以便继续利用尽可能不变的被测试的构件。这是不利的。
发明内容
从这点出发，本发明基于产生新型内燃发动机的目标。
该目标通过根据本发明的内燃发动机来解决。
根据本发明的内燃发动机包括汽缸曲轴箱，在汽缸曲轴箱中，安装有曲轴。根据本发明的内燃发动机此外包括具有多个汽缸的至少一个汽缸排，其中，每个汽缸具有汽缸盖，汽缸盖带有针对充入空气的至少一个入口阀，并且带有针对废气的至少一个排气阀。此外，根据本发明的内燃发动机包括阀驱动器，该阀驱动器具有至少一个凸轮轴，该凸轮轴用于促动相应的汽缸的针对充入空气的该入口阀或每个入口阀，并且用于促动相应的汽缸的针对废气的该排气阀或每个排气阀。
根据本发明的内燃发动机此外包括用于给汽缸供应燃料的燃料供应系统，其中，内燃发动机的燃料供应系统以这样的方式以模块化设计体现，以致于对于每个汽缸，在每一种情况下，存在燃料供应模块，其中，能够经由相应的燃料供应模块来给相应的汽缸在燃气发动机的情况下唯一地供应气态燃料，并且在双燃料发动机的情况下供应气态燃料以及同样地液体燃料两者，并且在液体燃料发动机的情况下唯一地供应液体燃料。
在内燃发动机的构造或组装的期间，燃料供应系统的燃料供应模块确定根据本发明的内燃发动机是将被构造为燃气发动机还是双燃料发动机还是液体燃料发动机。根据本发明的内燃发动机的许多组件(尤其，汽缸曲轴箱、汽缸排以及阀驱动器)独立于所采用的燃料供应模块。在双燃料发动机的情况下，并且，在液体燃料发动机的情况下，在汽缸盖的区域中，针对液体燃料的至少一个喷射器保持为准备好的。在气体模式中，该喷射器还能够用来为气体-充入空气混合物供应点燃油。
所采用的燃料供应模块的数量取决于内燃发动机的汽缸的数量。由于模块化构造而导致没必要在内燃发动机的新开发期间新开发该内燃发动机的所有的构件，而是反而能够利用标准化的已经尝试并且测试的构件。
相应的燃料供应模块包括用于将燃料供应模块安装于内燃发动机上的安装凸缘。在设计为燃气发动机的内燃发动机的情况下，并且在设计为双燃料发动机的内燃发动机的情况下，相应的燃料供应模块此外包括针对气态燃料的供应管路、螺线管促动式主气阀以及供料喷管，供料喷管用于沿相应的汽缸的方向(即，相应的汽缸的针对充入空气的该入口阀或每个入口阀的上游)供料气态燃料。在燃气发动机的情况下，相应的燃料供应模块此外包括预燃室放气阀(purge valve，有时称为扫气阀)，预燃室放气阀用于沿相应的汽缸的预燃室的方向供应气态燃料。在双燃料发动机或液体燃料发动机的情况下，相应的燃料供应模块此外包括至少一个进口，该进口用于沿相应的汽缸的至少一个喷射器的方向供应液体燃料。燃料供应模块至少提供安装凸缘。取决于燃料供应模块体现为是用于燃气发动机还是用于双燃料发动机还是用于液体燃料发动机的燃料供应模块，燃料供应模块包括另外的组件。在这样的燃料供应模块的情况下，有可能利用标准化的构件来以低支出构造燃气发动机或双燃料发动机或液体燃料发动机。在燃气发动机和双燃料发动机的情况下，燃料供应模块导致有可能此外直接接近相应的主气阀和相应的供料喷管。继从相应的燃料供应模块拆卸供料喷管之后，相应的汽缸能够自由地接近(即，不需要完全地拆卸燃料供应模块)。
此外，根据本发明的内燃发动机包括在相邻的燃料供应模块之间延伸的管道模块，其中，在燃气发动机和双燃料发动机的情况下，管道模块使汽缸排的相邻的汽缸的相邻的燃料供应模块的针对气态燃料的供应管路彼此连接。在双燃料发动机和液体燃料发动机的情况下，存在另外的管道模块，该管道模块在相邻的燃料供应模块之间延伸，并且，使汽缸排的相邻的汽缸的针对冷却水的前进部和返回部、和/或放气(purge，有时称为清扫)前进部和返回部、以及泄漏返回部彼此连接。管道模块用来使安置于汽缸排的区域中的燃料供应模块联接。安置于汽缸排的区域中的燃料供应模块能够经由管道模块来彼此连接或联接。这允许利用标准化的构件的内燃发动机的特别简单的构造。
根据本发明的有利的进一步开发，根据本发明的内燃发动机包括安装于汽缸曲轴箱上的至少一个支撑件，燃料供应模块经由安装凸缘来安装于该支撑件上。优选地，对于每个汽缸排，至少一个支撑件安装于汽缸曲轴箱上。在相应的支撑件上，不仅优选地安装燃料供应模块，而且还优选地安装相应的汽缸的汽缸盖和/或相应的汽缸的阀驱动器的至少一个凸轮轴和/或相应的汽缸的汽缸套和/或相应的汽缸的充入空气管路和/或排气管路。经由安装于汽缸曲轴箱上的支撑件来安装燃料供应模块为特别地优选的。经由此，针对燃料供应模块和管道模块的高价的振动解耦变得多余。
根据本发明的内燃发动机的模块化系统在本发明中定义。
附图说明
本发明的优选的进一步开发自本发明包括下文中的描述获得。本发明的示范性的实施例(不限于此)经由附图来更详细地解释。
在附图中，示出：
图1是设计为燃气发动机的根据本发明的第一内燃发动机的透视侧视图；
图2是图1的内燃发动机的细节；
图3是设计为双燃料发动机的根据本发明的第二内燃发动机的透视侧视图；
图4是图3的内燃发动机的细节；
图5是针对图4的细节的备选细节；
图6是设计为液体燃料发动机的根据本发明的第三内燃发动机的透视侧视图；
图7是图6的内燃发动机的细节；
图8是针对图7的细节的备选细节；
图9是穿过图1的内燃发动机的通过提取的(by way of an extract，有时称为部分的)横截面。
参考编号列表
10、10'、10”内燃发动机
11 汽缸曲轴箱
12 汽缸排
13 汽缸排
14 汽缸
15 汽缸盖
16、16'、16”燃料供应系统
17、17'、17”燃料供应模块
18 安装凸缘
19 供应管路
20 主气阀
21 供料喷管
22 线缆
23 预燃室放气阀
24 进口
25 管道模块
26 管道模块
27 入口阀
28 支撑件
29 充入空气管路
30 进口
31 冷却水前进部
32 冷却水返回部
33 放气前进部
34 放气返回部
35 泄漏返回部。
具体实施方式
本文中所存在的本发明涉及设计为燃气发动机或双燃料发动机或液体燃料发动机的采取模块化形式的内燃发动机，其中，独立于内燃发动机的具体实施例，在模块化系统的意义上，大量的构件能够不变地利用或以最少匹配利用。
本发明此外涉及用于设计为燃气发动机或双燃料发动机或液体燃料发动机的这样的内燃发动机的模块化系统。
图1示出设计为燃气发动机的内燃发动机10的透视图。图2和图9示出图1的内燃发动机的细节。图1的内燃发动机10包括汽缸曲轴箱11，在汽缸曲轴箱11中，安装有不可见的曲轴。在所示出的示范性的实施例中，内燃发动机10包括两个汽缸排12、13，每个带有布置成一直线的多个汽缸14。在图9中示出汽缸14的汽缸盖15。在所示出的示范性的实施例中，对于每个汽缸排12、13，十个汽缸14各自布置成一直线。两个汽缸排12、13相对于彼此而如V形那样定位。因此，图1示出带有呈V形设计的二十个汽缸的燃气发动机。
每个汽缸14包括用于相应的汽缸14的不可见的活塞的在图1中不可见的汽缸套，其中，相应的汽缸14的活塞经由不可见的连杆来连接到同样地不可见的曲轴。对于每个汽缸14，相应的汽缸14的汽缸盖15提供各自针对充入空气的至少一个入口阀27(参见图9)和各自未示出的针对废气的至少一个排气阀。针对充入空气的入口阀27和针对废气的排气阀也被称为换气阀。
内燃发动机10此外包括在图1中不可见的阀驱动器。这样的阀驱动器包括至少一个凸轮轴，发源于该凸轮轴而能够促动汽缸14的针对充入空气的入口阀27和汽缸14的针对废气的排气阀。典型地，所谓的摇杆与相应的凸轮轴相互作用，以便最后经由相应的凸轮轴和相应的摇杆来促动相应的汽缸的换气阀。
图1中所示出的设计为燃气发动机的内燃发动机10此外包括用于给汽缸14供应燃料的燃料供应系统16。内燃发动机10的燃料供应系统16以模块化设计(即，以这样的方式)体现，以致于对于内燃发动机10的每个汽缸14，各自存在燃料供应模块17。在带有总共二十个汽缸的图1中所示出的V型内燃发动机中，存在二十个这样的燃料供应模块17，即，在每个汽缸排12、13的区域中，存在十个燃料供应模块，汽缸排12、13各自包括十个汽缸。
在图1中所示出的设计为燃气发动机的内燃发动机10中，燃料供应模块17用来给汽缸14唯一地供应气态燃料。
相应的燃料供应模块17包括：安装凸缘18，其用于将相应的燃料供应模块17安装或组装在内燃发动机上；针对气态燃料的供应管路19；螺线管促动式主气阀20；以及供料喷管21，其中，能够取决于主气阀20的启动而经由供料喷管21来将气态燃料优选地以这样的方式沿相应的汽缸的主燃室的方向供应，以致于供料喷管21取决于主气阀20的启动而使相应的汽缸的入口阀27的上游的气态燃料与充入空气混合，以便由此经由相应的汽缸14的相应的入口阀27来将充入空气/气体混合物引入到相应的汽缸14的主燃室中。图2示出用来启动主气阀20的线缆22。例如，出于维护的目的(即，不需要拆卸燃料供应模块17)，继通过将供料喷管21从相应的燃料供应模块17抽出而拆卸供料喷管21之后，能够自由地接近相应的汽缸14。
在图1、图2以及图9的示范性的实施例中，即，在燃气发动机的情况下，相应的燃料供应模块17此外包括预燃室放气阀23。经由预燃室放气阀23，气态燃料能够供应到相应的汽缸14的预燃室。经由预燃室放气阀23来供应到相应的汽缸14的相应的预燃室的气体在相应的预燃室的区域中点燃，以便最后经由在预燃室中点燃的气体来使相应的汽缸14的主燃室中的充入空气/气体混合物点燃，该充入空气/气体混合物经由相应的入口阀27进入相应的汽缸14的主燃室。
图3、图4以及图5示出设计为双燃料发动机的内燃发动机10'的细节，内燃发动机10'与图1和图2的内燃发动机10以其燃料供应系统16'的实施例不同。在图3、图4以及图5的示范性的实施例中，针对与图1、图2、图9的示范性的实施例中相同的组件而使用相同参考编号。为了避免不必要的重复，对关于图1、图2以及图9的示范性的实施例作出对于带有相同参考编号的相同组件的参考。
图3、图4以及图5的双燃料发动机10'的燃料供应系统16'转而模块化地体现，并且，对于每个汽缸14，各自包括燃料供应模块17'，如图1和图2的内燃发动机的燃料供应系统16的燃料供应模块17那样，燃料供应模块17'包括安装凸缘18、供应管路19、带有启动线缆22的螺线管促动式主气阀20以及供料喷管21。然而，用于双燃料发动机的燃料供应模块17'不具有预燃室放气阀23，而是具有进口24，在进口24的帮助下，液体燃料能够供应到相应的汽缸14的喷射器。在图4中，存在针对液体燃料的单个进口24。在图5中，存在针对液体燃料(即，用于先导喷射器(pilot injector，有时称为预喷射器))的另外的进口30。
在双燃料发动机的情况下，相应的燃料供应模块17'此外包括：针对冷却水的前进部31和返回部32，其用于使相应的汽缸的喷射器冷却；针对液体燃料的泄漏返回部35；以及放气前进部33和放气返回部34，以便尤其在从液体燃料模式改变成气体燃料模式的期间或在此之后或在发动机停止之前，对相应的汽缸的相应的喷射器进行扫气。
独立于是在图1、图2、图9的意义上利用燃料供应模块17来构造燃气发动机10，还是在图3、图4、图5的意义上利用燃料供应模块17'来构造双燃料发动机10'，存在管道模块25，管道模块25在相邻的燃料供应模块17和17'之间延伸。经由管道模块25，每个汽缸排12、13的相邻的汽缸14的相邻的燃料供应模块17、17'的针对气态燃料的供应管路19能够彼此连接。因此，定位于彼此紧邻或彼此前后配置的相应的汽缸排12、13中的汽缸14的分别在每个汽缸排12、13的区域中的燃料供应模块17和17'能够彼此联接，以便由此给所有的汽缸14供应气态燃料。
在图3、图4以及图5的示范性的实施例(即，利用燃料供应模块17'以提供双燃料发动机10')中，燃料供应模块17'包括另外的管道模块26，以便使每个汽缸排12、13的相邻的汽缸14的燃料供应模块17'的针对冷却水的前进部31和返回部32、以及放气前进部33和返回部34、以及泄漏返回部35彼此连接。
当在汽缸14上执行例如维护操作时，管道模块25、26能够保持安装。为了接近汽缸14，通过将相应的供料喷管21从相应的燃料供应模块17抽出而足够将相应的供料喷管21移除。
图6、图7以及图8示出设计为液体燃料发动机的内燃发动机10”的细节，内燃发动机10”与图1和图2的内燃发动机10以其燃料供应系统16”的实施例不同。在图6、图7以及图8的示范性的实施例中，再次针对相同组件而使用与图1、图2、图9的示范性的实施例中相同的参考编号。因此，对于带有相同参考编号的相同组件，再次对关于图1、图2以及图9的示范性的实施例的解释作出参考，以避免不必要的重复。图6、图7以及图8的液体燃料发动机10”的燃料供应系统16”再次模块化地体现，并且，对于每个汽缸14，各自包括燃料供应系统17”，如图1和图2的内燃发动机的燃料供应系统16的燃料供应模块17那样，燃料供应系统17”包括安装凸缘18，而不包括供应管路19、带有启动线缆22的螺线管促动式主气阀20、以及供料喷管21。用于液体燃料发动机10”的燃料供应模块17”此外不具有预燃室放气阀23。如用于双燃料发动机10'的燃料供应模块17'那样，用于液体燃料发动机10”的燃料供应模块17”不如说具有进口24，借助于进口24，液体燃料能够供应到相应的汽缸14的喷射器。该液体燃料能够是例如柴油燃料或重质燃料油或类似物。在图7中，存在针对液体燃料(即，用于主喷射器)的单个进口24。在图8中，存在针对液体燃料(即，用于先导喷射器)的另外的进口30。
液体燃料发动机10”的燃料供应系统16”仅仅包括管道模块26，以便使每个汽缸排12、13的相邻的汽缸14的燃料供应模块17”的针对冷却水的前进部31和返回部32、以及放气前进部33和返回部34、以及泄漏返回部35彼此连接，但是，燃料供应系统16”不包括管道模块25。
根据本发明的有利的进一步开发，设置有，图1、图2以及图9的内燃发动机10和图3、图4以及图5的内燃发动机10'或图6、图7以及图8的内燃发动机10”各自包括至少一个支撑件28(参见图5)。优选地，在每个汽缸排12、13的区域中，存在这样的支撑件28，在每一种情况下，支撑件28安装于汽缸曲轴箱11上。于是，优选地，燃料供应模块17、17'或17”经由其安装凸缘18来优选地附接或安装到该支撑件28。取决于内燃发动机10、10'或10”的具体实施例，汽缸14的汽缸盖15、未示出的阀驱动器的至少一个凸轮轴、汽缸14的汽缸套、以及充入空气管路29和排气管路也能够安装于该支撑件28上。经由相应的支撑件28，有可能以这样的方式安装燃料供应模块17、17'以及17”，以便于对振动不敏感。因而能够省略高价的振动解耦措施。
在燃料供应模块17和17'以及17”之中的接口(interface，有时称为交接部或界面)标准化，并且，在每一种情况下，两个邻接的组件标准化。独立于内燃发动机10、10'以及10”的汽缸的数量，采用带有统一接口(诸如，安装凸缘18、针对气态燃料和/或液体燃料的供应管路19)的燃料供应模块17、17'以及17”。用于燃气发动机的燃料供应模块17和用于双燃料发动机的燃料供应模块17'以及用于液体燃料发动机的燃料供应模块17”在另外的接口的方面彼此仅略微不同。因此，用于燃气发动机的燃料供应模块17尤其包括预燃室放气阀23。用于双燃料发动机的燃料供应模块17'和用于液体燃料发动机的燃料供应模块17”尤其包括针对冷却水的前进部31和返回部32、放气和泄漏连接部33、34、35以及针对液体燃料的进口24、30。

Claims (12)

1.一种用于设计为燃气发动机(10)或双燃料发动机(10')或液体燃料发动机(10”)的内燃发动机的模块化系统，
具有用于内燃发动机(10)的汽缸曲轴箱(11)，其中，相应的所述汽缸曲轴箱包括带有多个汽缸(14)的至少一个汽缸排(12、13)，其中，在相应的所述汽缸曲轴箱(11)中，曲轴被引导；
具有用于内燃发动机(10)的汽缸盖(15)，其中，用于相应的所述汽缸(14)的相应的汽缸盖(15)包括针对充入空气的至少一个入口阀(27)和针对废气的至少一个排气阀；
具有阀驱动器，其包括用于内燃发动机(10)的至少一个凸轮轴，其中，相应的所述阀驱动器用来促动相应的所述汽缸(14)的针对充入空气的所述至少一个入口阀(27)，并且用于促动相应的所述汽缸(14)的针对废气的所述至少一个排气阀；
带有用于内燃发动机(10)的每个汽缸(14)的燃料供应模块(17、17'、17”)，所述燃料供应模块(17、17'、17”)包括用于燃气发动机(10)的燃料供应模块(17)、用于双燃料发动机(10')的燃料供应模块(17')和用于液体燃料发动机(10”)的燃料供应模块(17”)，其中，经由相应的所述燃料供应模块(17、17'、17”)，气态燃料和/或液体燃料能够供应到相应的所述汽缸(14)，
其中，每个燃料供应模块(17、17'、17”)包括用于将所述燃料供应模块(17、17'、17”)安装于所述内燃发动机上的安装凸缘(18)，以使在所述燃料供应模块(17、17'、17”)中的接口标准化。
2.根据权利要求1所述的模块化系统，其特征在于，在设计为燃气发动机(10)的内燃发动机的情况下，并且在设计为双燃料发动机(10')的内燃发动机的情况下，相应的所述燃料供应模块(17、17')此外包括针对所述气态燃料的供应管路(19)、螺线管促动式主气阀(20)以及供料喷管(21)，所述供料喷管(21)用于沿相应的所述汽缸(14)的方向，即相应的所述汽缸(14)的针对充入空气的所述入口阀(27)或每个入口阀(27)的上游供料所述气态燃料。
3.根据权利要求1或2所述的模块化系统，其特征在于，在设计为燃气发动机(10)的内燃发动机的情况下，相应的所述燃料供应模块(17)此外包括预燃室放气阀(23)，所述预燃室放气阀(23)用于沿相应的所述汽缸(14)的预燃室的方向供料所述气态燃料。
4.根据权利要求1或2所述的模块化系统，其特征在于，在设计为双燃料发动机(10')的内燃发动机的情况下，并且在设计为液体燃料发动机(10”)的内燃发动机的情况下，相应的所述燃料供应模块(17'、17”)此外包括沿相应的所述汽缸(14)的至少一个喷射器的方向供应所述液体燃料的至少一个进口(24、34)。
5.根据权利要求4所述的模块化系统，其特征在于，在设计为双燃料发动机(10')的内燃发动机的情况下，并且在设计为液体燃料发动机(10”)的内燃发动机的情况下，相应的所述燃料供应模块(17'、17”)此外包括针对冷却水的前进部(31)和针对冷却水的返回部(32)，其中，所述冷却水用来使相应的所述汽缸(14)的所述喷射器或每个喷射器冷却。
6.根据权利要求4所述的模块化系统，其特征在于，在双燃料发动机(10')和液体燃料发动机(10”)中，相应的所述燃料供应模块(17'、17”)此外包括用于相应的所述汽缸(14)的喷射器的放气前进部(33)、放气返回部(34)以及泄漏返回部(35)。
7.根据权利要求1或2所述的模块化系统，其特征为在相邻的燃料供应模块(17、17'、17”)之间延伸的管道模块(25、26)。
8.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，在设计为燃气发动机(10)的内燃发动机的情况下，并且在设计为双燃料发动机(10')的内燃发动机的情况下，所述管道模块(25)使汽缸排(12、13)的相邻的汽缸(14)的相邻的燃料供应模块(17、17')的针对所述气态燃料的供应管路(19)彼此连接。
9.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，在设计为双燃料发动机(10')的内燃发动机的情况下，并且在设计为液体燃料发动机(10”)的内燃发动机的情况下，所述管道模块(26)使汽缸排(12、13)的相邻的汽缸(14)的针对冷却水的前进部(31)和返回部(32)、以及放气前进部(33)和放气返回部(34)以及泄漏返回部(35)彼此连接。
10.根据权利要求1或2所述的模块化系统，其特征为安装于所述汽缸曲轴箱(11)上的至少一个支撑件(28)，所述燃料供应模块(17、17'、17”)经由所述安装凸缘(18)来安装于所述至少一个支撑件(28)上。
11.根据权利要求10所述的模块化系统，其特征在于，对于每个汽缸排(12、13)，至少一个支撑件(28)安装于所述汽缸曲轴箱(11)上。
12.根据权利要求10所述的模块化系统，其特征在于，在相应的所述支撑件(28)上，安装有相应的所述汽缸(14)的所述汽缸盖(15)和/或至少一个凸轮轴和/或汽缸套和/或充入空气管路(29)和/或排气管路。
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