CN113446106A - 船舶用发动机的扫气室结构 - Google Patents

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CN113446106A CN202011520907.2A CN202011520907A CN113446106A CN 113446106 A CN113446106 A CN 113446106A CN 202011520907 A CN202011520907 A CN 202011520907A CN 113446106 A CN113446106 A CN 113446106A
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Abstract

本发明涉及一种船舶用发动机的扫气室结构。发动机(1)的扫气室(100)包括气缸外套(13)和插入气缸外套(13)的圆筒状的气缸套(14)，发动机(1)的扫气室(100)构成为：活塞(21)沿着气缸套(14)往复移动，由此将空气从气缸外套(13)吸入到气缸套(14)内。在气缸套(14)设置有沿着该气缸套(14)的周向布置的扫气口(14a)。在与气缸套(14)的中心轴(C)方向正交且通过扫气口(14a)的横截面中，气缸外套(13)的内壁部(13e)呈与气缸套(14)同轴的圆形。由此，可在抑制制造成本的同时，提高扫气效率。

Description

船舶用发动机的扫气室结构
技术领域
本公开涉及一种船舶用发动机的扫气室结构。
背景技术
例如在专利文献1中，公开了一种具有旋涡状内壁部的气缸外套(cylinderjacket)。具体而言，当观看横截面时，专利文献1所涉及的气缸外套的内壁部呈渐开线曲线。也就是说，该内壁部不是距中心(特别是气缸套的中心)的距离为恒定的圆形曲线，而是形成为绘制出使该距离逐渐变长的曲线。
而且，在上述专利文献1所涉及的气缸外套上，形成有沿着内壁部的旋涡形状倾斜的入口。根据上述专利文献1，当空气从气缸外套的入口流入时，利用该入口形成涡流，并且沿着旋涡状内壁部引导按照上述方式形成的涡流，从而能够使流入气缸套的各扫气口的空气量均匀。
在专利文献2中公开了一种气缸外套的其他例子。具体而言，在与气缸套的中心轴方向正交且通过扫气口的横截面中，专利文献2所涉及的气缸外套的内部空间(扫气室)形成为矩形。
而且，在上述专利文献2所涉及的扫气室的扫气空气入口处设置有用于控制扫气空气方向的引导板。根据该文献，通过在扫气空气入口处设置引导板，从而能够使扫气室内的气缸套圆周方向上的扫气空气的分布实现均匀化。
专利文献1：日本公开专利公报特开昭62－174534号公报
专利文献2：日本公开专利公报特开平6－221220号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
不过，如上述专利文献2所涉及的气缸外套那样，在使用截面呈矩形的内部空间的情况下，在其内部空间的角部处扫气空气变得不均匀，有可能对扫气效率产生不良影响。因此，如该文献所公开的那样，能够想到在扫气空气入口处设置引导板。不过，在设置引导板的情况下，就会增加部件数量，因而从制造成本这一点来看并不理想。
因此，如上述专利文献1所公开的那样，也能够想到将气缸外套的内壁部形成为涡旋状，同时形成沿着该涡旋形状倾斜的入口。但是，上述专利文献1所公开的结构由于要求对气缸外套的内壁部及入口进行高精度的曲面加工，因而从制造成本这一点来看还是不理想。
另外，上述专利文献1所公开的结构原本是以扫气空气从气缸外套的入口流入为前提的结构。因此，还存在入口的形状、布置等受到限制的问题。这并不适用于各种发动机。
本公开正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：在抑制制造成本的同时，提高扫气效率。
用于解决技术问题的技术方案
本公开的第一方面涉及一种船舶用发动机的扫气室结构，其包括与扫气箱相连的气缸外套和插入所述气缸外套的圆筒状的气缸套，并且构成为：活塞沿着所述气缸套往复移动，由此将空气从所述气缸外套吸入到所述气缸套内。
根据本公开的第一方面，在所述气缸套设置有沿着该气缸套的周向布置的扫气口，在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的横截面中，所述气缸外套的内壁部呈与所述气缸套同轴的圆形。
根据上述第一方面，在规定的横截面中，气缸外套的内壁部呈与气缸套同轴的圆形。通过具有上述结构，使得从扫气箱流入到气缸外套内的空气沿着圆形的内壁部流动。这样一来，能够在气缸外套内实现沿圆周方向流动的均匀的扫气空气。由此，能够实现扫气空气的均匀化，进而能够提高扫气效率。通过将所述内壁部与气缸套构成为同轴，而能够使气缸外套的内壁部与气缸套的外壁部之间的间隔大致保持恒定。这也有助于扫气空气的均匀化。
上述第一方面不需要如引导板那样独立的部件，也不需要在气缸外套的入口的形状上下功夫。因此，也有助于抑制制造成本。
这样一来，根据上述第一方面，能够在抑制制造成本的同时，提高扫气效率。
根据本公开的第二方面，也可以是：所述气缸外套的内壁部呈直径朝下方扩大的圆锥状。
根据上述第二方面，能够进一步增大所述横截面附近的容量。这样一来，能够提高扫气空气的流动性，有利于进一步提高扫气效率。
根据本公开的第三方面，也可以是：当在所述气缸套的外壁部中，将位于比所述扫气口靠上方的部分作为第一部分，将位于比所述扫气口靠下方的部分作为第二部分时，所述第二部分形成为该第二部分的至少一部分的直径比所述第一部分的直径小。
根据上述第三方面，使气缸外套的内壁部的直径朝下方扩大，并且使第二部分的至少一部分的直径相对较小，这二者相结合，从而能够尽可能地扩大气缸外套的内壁部与气缸套的外壁部之间的空间。这样一来，能够提高扫气空气的流动性，有利于进一步提高扫气效率。
根据本公开的第四方面，也可以是：在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的横截面中，若将所述气缸外套的截面积设为A1，将所述气缸套的截面积设为A2，则A1－A2≥A2的关系成立。
根据上述第四方面，能够进一步增大气缸外套的内壁部与气缸套的外壁部之间的容量，从而能够提高扫气空气的流动性。由此，有利于进一步提高扫气效率。
根据本公开的第五方面，也可以是：所述扫气口沿上下方向延伸，在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的上端部的横截面、以及与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的下端部的横截面中，所述关系均成立。
根据上述第五方面，能够使气缸外套的内壁部与气缸套的外壁部之间的容量尽可能地增大，从而能够提高扫气空气的流动性。由此，有利于进一步提高扫气效率。
发明的效果
如上所述，根据本公开，能够在抑制制造成本的同时，提高扫气效率。
附图说明
图1是举例示出船舶用发动机的构造的示意图；
图2是举例示出船舶用发动机的扫气室结构的立体图；
图3是举例示出船舶用发动机的扫气室结构的纵向剖视图；
图4是举例示出船舶用发动机的扫气室结构的横向剖视图；
图5是示出扫气室结构的现有示例的、与图4相对应的图。
符号说明
1－船舶用发动机；13－气缸外套；13e－气缸外套的内壁部；14－气缸套；14a－扫气口；14d－直径缩小部；21－活塞；43－扫气箱；100－扫气室；C－气缸套的中心轴；P1－第一部分；P2－第二部分。
具体实施方式
下面，根据附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，以下说明的内容仅为示例。图1是举例示出船舶用发动机(以下也简称为“发动机1”)的构造的示意图。
发动机1为包括多个气缸16的直列多缸式柴油发动机。该发动机1构成为采用直流扫气方式的两冲程循环发动机，并被安装在油轮、集装箱船、汽车运输船等大型船舶上。
被安装在船舶上的发动机1是用于推进该船舶的主发动机。为此，发动机1的输出轴通过螺旋桨轴(未图示)与船舶的螺旋桨(未图示)相连结。发动机1运转，从而发动机1的输出被传递给螺旋桨，来对船舶进行推进。
特别是，为了实现本公开所涉及的发动机1的长行程化，本公开所涉及的发动机1构成为所谓的十字头式内燃机。也就是说，在该发动机1中，从下方支承活塞21的活塞杆22和与曲轴23相连的连杆24通过十字头25连结起来。
(1)主要构造
下面对发动机1的主要部分进行说明。
如图1所示，发动机1包括位于下方的机座11、设置在机座11上的机架12、以及设置在机架12上的气缸外套13。机座11、机架12以及气缸外套13由沿上下方向延伸的多个系紧螺栓和螺母紧固起来。发动机1还包括设置在气缸外套13内的气缸16、设置在气缸16内的活塞21、以及与活塞21的往复移动联动着旋转的输出轴(例如曲轴23)。
机座11构成发动机1的曲轴箱，并收纳有曲轴23和轴承26，该轴承26支承着曲轴23自如地旋转。连杆24的下端部经由曲柄27与曲轴23相连结。
机架12收纳有一对引导板28、连杆24、以及十字头25。其中，一对引导板28由沿着活塞轴向而设的一对板状部件构成，并且在发动机1的宽度方向(图1的纸面左右方向)上彼此之间留出间隔地布置好。连杆24以其下端部与曲轴23相连结的状态布置在一对引导板28之间。连杆24的上端部经由十字头25与活塞杆22的下端部相连结。
具体而言，十字头25布置在一对引导板28之间，并且沿着各引导板28在上下方向上滑动。也就是说，一对引导板28引导十字头25滑动。十字头25经由十字头销29与活塞杆22和连杆24相连。十字头销29与活塞杆22相连而一体地进行上下移动，另一方面，十字头销29与连杆24相连，使得连杆24以连杆24的上端部为支点进行转动。
气缸外套13支承作为内筒的气缸套14。气缸套14形成为圆筒状，并插入气缸外套13中。气缸外套13的内部空间S1与气缸套14的内部空间S2连通(参照图3及图4)。在气缸套14的内部布置有上述活塞21。该活塞21沿着气缸套14的内壁在上下方向上往复移动。在气缸套14的上部固定有气缸盖15。气缸盖15与气缸套14一起构成了气缸16。
在气缸盖15上，设置有在未图示的气门传动机构的驱动下进行工作的排气阀18。排气阀18与由气缸套14和气缸盖15构成的气缸16、以及活塞21的顶面一起分隔出燃烧室17。排气阀18使该燃烧室17与排气管19之间连通或者断开。排气管19具有与燃烧室17连通的排气口，排气阀18构成为打开、关闭该排气口。
在气缸盖15上设置有用于向燃烧室17供给燃料的燃料喷射阀31。燃料喷射阀31向燃烧室17的室内喷射柴油燃料。
而且，本实施方式所涉及的发动机1包括利用压力将柴油燃料输送给燃料喷射阀31的燃料泵32。如图1所示，燃料泵32布置在气缸16的附近，并通过未图示的燃料喷射管与燃料喷射阀31流体连接。
在气缸16的附近还布置有排气歧管41。该排气歧管41经由排气管19与燃烧室17相连。排气歧管41经由排气管19接收来自燃烧室17的废气，并暂时贮存所接收到的废气，将该废气的动压变为静压。
发动机1还包括对空气等燃烧用气体进行增压的增压机42、以及暂时贮存被增压机42压缩后的燃烧用气体的扫气箱43。增压机42利用废气的压力使压缩机(未图示)与涡轮(未图示)一起旋转，并利用该压缩机压缩燃烧用气体。扫气箱43设置成与气缸外套13的内部空间S1连通。被增压机42压缩后的燃烧用气体(以下也称为“压缩气体”)从扫气箱43流入气缸外套13的内部空间S1，然后从该内部空间S1通过扫气口14a被送至气缸套14的内部空间S2。
在发动机1运转时，从燃料喷射阀31向燃烧室17的室内供给柴油燃料，并且从扫气箱43通过气缸外套13等向燃烧室17的室内供给压缩气体。这样一来，在燃烧室17内，柴油燃料借助压缩气体进行燃烧。
然后，活塞21利用柴油燃料燃烧所产生的能量，沿着气缸套14在上下方向上往复移动。此时，当排气阀18工作而使燃烧室17开放时，由于燃烧而产生的废气就被推压到排气管19中。另外，活塞21沿着气缸套14进行往复移动，由此压缩气体(空气)被从气缸外套13吸入到气缸套14内，然后活塞21将压缩气体压入燃烧室17内，由此向燃烧室17内重新引入压缩气体。通过反复进行这样的行程，来反复地使柴油燃料燃烧并反复地进行气缸16内的扫气。
当活塞21因燃烧而往复移动时，活塞杆22就与活塞21一起沿上下方向往复移动。这样一来，与活塞杆22相连的十字头25就沿着上下方向进行往复移动。该十字头25允许连杆24转动，并使连杆24以与十字头25的连接部位为支点进行转动。然后，与连杆24的下端部相连的曲柄27进行运动，曲轴23便根据该曲柄运动而旋转。这样一来，曲轴23将活塞21的往复移动转换为旋转运动，使船舶的螺旋桨与螺旋桨轴一起旋转。由此，来推进船舶。
气缸16内的扫气效率被从扫气箱43经由气缸外套13到达气缸套14内的空气流(以下也称之为“扫气空气”)的状态所左右。
本申请的发明者们通过在由气缸外套13和气缸套14构成的扫气室100的结构上下功夫，从而提高了扫气效率。
下面，对与扫气室100相关的各部分的结构进行详细说明。
(2)发动机的扫气室结构
图2是举例示出发动机1的扫气室结构的立体图。图3是举例示出发动机1的扫气室结构的纵向剖视图，图4是其横向剖视图。如上所述，发动机1的扫气室100由与扫气箱43相连的气缸外套13和插入该气缸外套13的圆筒状的气缸套14构成。
气缸外套13作为覆盖气缸套14的下部的外套发挥作用。具体而言，如图2及图3所示，气缸外套13构成为近似长方体状的箱体。
如图2及图3所示，气缸外套13具有：在箱体的一个侧面开口的第一开口部13a；在与第一开口部13a相反一侧的侧面开口的第二开口部13b；在箱体的下表面开口的第三开口部13c；在箱体的上表面开口的第四开口部13d；以及划分出内部空间S1的内壁部13e。
其中，第一开口部13a和第二开口部13b分别形成为沿上下方向延伸的长圆状。如图3所示，第一开口部13a在上下方向上的尺寸比第二开口部13b在同一方向上的尺寸长。在第一开口部13a和第二开口部13b中，在第一开口部13a上连接有扫气箱43(省略图示)。扫气箱43与气缸外套13的内部空间S1通过该连接而彼此连通。第二开口部13b由未图示的盖部等封闭起来。
如图3所示，第三开口部13c构成为能够供活塞杆22插入。活塞杆22被布置在第三开口部13c附近的轴承(未图示)支承着能够进行上下移动。
如图3所示，第四开口部13d构成为能够供气缸套14的下部(具体而言为位于比被支承部14c靠下方的部分)插入。第四开口部13d的周缘部从下方支承气缸套14的被支承部14c。
如图3所示，内壁部13e通过第一开口部13a、第二开口部13b、第三开口部13c及第四开口部13d与外部连通。内壁部13e包围并覆盖气缸套14的下部。如图3所示，本实施方式所涉及的内壁部13e形成为随着朝向上方而变细。也就是说，第四开口部13d附近的内壁部13e的横截面比第三开口部13c附近的内壁部13e的横截面小。
气缸套14作为引导活塞21进行往复移动的内筒发挥作用。具体而言，如图2及图3所示，气缸套14形成为沿上下方向延伸的圆筒状。
如图2及图3所示，气缸套14具有：设置在该气缸套14的下部的扫气口14a、划分出气缸套14的内部空间S2的套内壁部14b、以及由气缸外套13支承的被支承部14c。
其中，扫气口14a沿着该气缸套14的周向布置。详细而言，如图2等所示，本实施方式所涉及的扫气口14a形成为沿上下方向延伸的长圆状，并且如图4所示，沿着气缸套14的周向布置有多个扫气口14a。
各扫气口14a在上下方向上布置在气缸套14的插入到气缸外套13内的部分(相当于气缸套14的下部，等同于位于比被支承部14c靠下方的部分)。
具体而言，如图3所示，各扫气口14a位于比位于下止点的活塞21靠上方的位置，并且位于气缸外套13的比第四开口部13d靠下方的位置。进而，如图3所示，各扫气口14a在上下方向上的尺寸比第一开口部13a和第二开口部13b在同一方向上的尺寸短。各扫气口14a使气缸外套13的内部空间S1与气缸套14的内部空间S2连通。各扫气口14a在活塞21位于下止点附近时成为打开状态，从而使扫气箱43与燃烧室17经由气缸外套13和气缸套14连通。
套内壁部14b引导活塞21进行往复移动。具体而言，如图3所示，本实施方式所涉及的套内壁部14b形成为圆筒状，该圆筒状具有沿着活塞21的移动方向延伸的中心轴C，并且可供活塞21插入并能够在其中滑动。
被支承部14c设置在气缸套14的外壁部。具体而言，本实施方式所涉及的被支承部14c是使气缸套14的外壁部向径向外侧突出而形成的。该被支承部14c形成为比气缸外套13的第四开口部13d的直径大，并被该第四开口部13d的周缘部从下方支承住。
如上所述，气缸套14的位于被支承部14c下方的部分插入气缸外套13中。如图3所示，位于被支承部14c下方的部分被分为位于比扫气口14a靠上方的部分和位于比扫气口14a靠下方的部分这两个部分。
在此，如果将气缸套14的外壁部中位于比扫气口14a靠上方的部分作为第一部分P1，将位于比扫气口14a靠下方的部分作为第二部分P2，则第二部分P2形成为其至少一部分的直径比第一部分P1的直径小。具体而言，在第二部分P2的上端部(与扫气口14a之间的交界部)附近，设置有通过缩小该第二部分P2的直径而形成的直径缩小部14d。这样一来，第二部分P2的位于比直径缩小部14d靠下方的部分的直径就会比第一部分P1的直径小。
套内壁部14b如上所述形成为圆筒状。在本实施方式中，气缸外套13的内壁部13e也与套内壁部14b同样地形成为圆形。
具体而言，在与气缸套14的中心轴C方向正交且通过扫气口14a的横截面(图4所示的横截面)中，气缸外套13的内壁部13e呈与气缸套14同轴的圆形。
详细而言，气缸外套13的内壁部13e呈直径朝下方(换言之为活塞21的下止点)扩大的圆锥状。该圆锥的上端部被第四开口部13d切去。该圆锥的中心轴与气缸套14的中心轴C一致。
在本实施方式中，当观看图4所示的横截面时，若将气缸外套13的截面积设为A1，将气缸套14的截面积设为A2时，则下述关系成立：
A1－A2≥A2……(1)。
具体而言，气缸外套13的内壁部13e与气缸套14的外壁部之间的间隔(＝R2)是根据气缸套14的外径(＝2R1)和气缸外套13的内径(＝2R1+2R2)来决定的。
上述(1)的关系也能够用R1和R2表示为：
(R1+R2)2－R1 2≥R1 2……(2)。
如上所述，气缸外套13的内壁部13e的直径朝下方扩大。因此，在通过扫气口14a的上端部的横截面(通过图3的虚线H1的剖面)、以及通过扫气口14a的下端部的横截面(通过图3的虚线H2的剖面)中，所述截面积A1、A2的大小不同。
就本实施方式而言，在与气缸套14的中心轴C方向正交且通过扫气口14a的上端部的横截面、以及与气缸套14的中心轴C方向正交且通过扫气口14a的下端部的横截面中，所述(1)和(2)的关系均成立。
(3)关于扫气效率
图5是示出扫气室结构的现有示例的与图4相对应的图。与本实施方式相同，该现有示例所涉及的扫气室100’包括与扫气箱(未图示)相连的气缸外套13’和插入该气缸外套13’的圆筒状的气缸套14’，并且扫气室100’构成为：活塞(未图示)沿着气缸套14’往复移动，由此将空气从气缸外套13’吸入到气缸套14’内。
与本实施方式相同，在现有示例所涉及的气缸套14’上设置有沿着该气缸套14’的周向布置的扫气口14a’。
不过，在与气缸套14’的中心轴C方向正交且通过扫气口14a’的横截面(图5所示的横截面)中，与本实施方式不同，现有示例所涉及的气缸外套13’的内壁部13e’形成为矩形。
在现有示例的情况下，如图5的箭头f1’～f3’所示，在内壁部13e’的角部附近，存在扫气空气产生变化而变得不均匀的问题。扫气空气变得不均匀就不利于提高扫气效率。
相对于此，根据本实施方式，在如图4所示的横截面中，气缸外套13的内壁部13e呈与气缸套14同轴的圆形。当具有上述结构时，如图4的箭头f1～f3所示，从扫气箱43流入到气缸外套13内的空气会沿着圆形的内壁部13e流动。这样一来，就能够在气缸外套13内实现沿圆周方向流动的均匀的扫气空气。由此，能够实现扫气空气的均匀化，进而能够提高扫气效率。通过将所述内壁部13e与气缸套14构成为同轴，从而能够使气缸外套13的内壁部13e与气缸套14的外壁部之间的间隔(＝R2)保持近似恒定。这也有助于扫气空气的均匀化。
本实施方式不需要如引导板那样的独立部件，也不需要在气缸外套13的入口(第一开口部13a)的形状上下功夫。因此，也有助于抑制制造成本。
这样一来，根据本实施方式，能够在抑制制造成本的同时，提高扫气效率。
如图3所示，通过使气缸外套13的内壁部13e的直径朝下方扩大，从而能够进一步增大所述横截面附近的容量。这样一来，能够提高扫气空气的流动性，有利于进一步提高扫气效率。
如图3所示的那样，使气缸外套13的内壁部13e的直径朝下方扩大，并且使第二部分P2的至少一部分的直径相对较小，这二者相结合，从而能够尽可能地扩大气缸外套13的内壁部13e与气缸套14的外壁部之间的空间(间隔R2)。这样一来，能够提高扫气空气的流动性，有利于进一步提高扫气效率。
如图4所示的那样，通过以确保上述(1)和(2)的关系成立的方式来设计扫气室100，由此能够进一步增大气缸外套13的内壁部13e与气缸套14的外壁部之间的容量。这样一来，能够提高扫气空气的流动性，有利于进一步提高扫气效率。

Claims (5)

1.一种船舶用发动机的扫气室结构，其包括与扫气箱相连的气缸外套和插入所述气缸外套的圆筒状的气缸套，并且构成为：活塞沿着所述气缸套往复移动，由此将空气从所述气缸外套吸入到所述气缸套内，其特征在于：
在所述气缸套设置有沿着该气缸套的周向布置的扫气口，
在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的横截面中，所述气缸外套的内壁部呈与所述气缸套同轴的圆形。
2.根据权利要求1所述的船舶用发动机的扫气室结构，其特征在于：
所述气缸外套的内壁部呈直径朝下方扩大的圆锥状。
3.根据权利要求2所述的船舶用发动机的扫气室结构，其特征在于：
当在所述气缸套的外壁部中，将位于比所述扫气口靠上方的部分作为第一部分，将位于比所述扫气口靠下方的部分作为第二部分时，
所述第二部分形成为该第二部分的至少一部分的直径比所述第一部分的直径小。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的船舶用发动机的扫气室结构，其特征在于：
在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的横截面中，若将所述气缸外套的截面积设为A1，将所述气缸套的截面积设为A2，则
A1－A2≥A2的关系成立。
5.根据权利要求4所述的船舶用发动机的扫气室结构，其特征在于：
所述扫气口沿上下方向延伸，
在与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的上端部的横截面、以及与所述气缸套的中心轴方向正交且通过所述扫气口的下端部的横截面中，所述关系均成立。
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