CN115280004B - 大型内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有曲轴箱(4)、曲轴(11)和曲轴轴颈(10)的大型内燃机(1)，该曲轴(11)可旋转地安装在所述曲轴箱(4)中，并且在曲轴轴颈(11)上可枢转地布置有连杆(9)，其中，曲轴箱(4)具有上层板(O)和下层板(U)，其在每种情况下都有一个用于气缸套(6)的开口，所述气缸套(6)布置在该开口中，并且其中，该连杆(9)具有大于气缸套(6)的外径(a)的外延宽度(A)。所解决的问题是提出一种改进的大型内燃机。根据本发明，由于上层板(O)和/或下层板(U)都/其中之一具有用于安装连杆(9)的至少一个间隙(FO、FU)，并且沿气缸套(6)的外径(a)产生的凹槽至少打开了连杆(9)的外延宽度(A)并具有至少对应了连杆(9)的宽度(b)的宽幅(W)，从而解决了这一问题。此外，本发明涉及一种用于大型内燃机(1)的组装的相关方法。

Description

大型内燃机
技术领域
本发明涉及一种带有曲轴箱、曲轴和曲轴轴颈的大型内燃机，该曲轴可旋转地安装在曲轴箱中，并且在该曲轴轴颈上可枢转地布置有连杆，其中，活塞连接到连杆，该活塞可以在气缸套中来回移位，其中，曲轴箱具有上层板和下层板，每种情况下都有一个用于气缸套的开口，所述气缸套布置在该开口中，并且该连杆具有大于气缸套外径的扩展宽度(外延宽度，Ausbaubreite)。
另外，本发明涉及一种用于安装这样的大型内燃机的相关方法。
背景技术
大型内燃机是活塞直径大于140mm的内燃机，比如用作船用柴油机。它们通常也被称为大型发动机。
就这样的大型内燃机而言，由于与用于商用车辆或乘用车辆的内燃机相比，其尺寸大大增加，因此出现了特殊的问题和挑战。
由于所需的气缸压力水平为300bar(巴)或更高，在结构中需要特殊的设计点。
由于高的燃烧压力和增大的曲轴轴颈尺寸产生了大的力，因此必须相应地确定大连杆眼的尺寸。该大连杆眼是曲轴轴颈上的连杆的轴承。
但是，除了发生的力之外，组装所需的工作量也增加了。由于尺寸大，重量不能简单地用手举起。需要辅助设备用于组装。
在大型内燃机中，由于气缸套的定位孔，连杆的移除经常引起问题。由于气缸压力的增加，有必要增大曲轴轴颈的直径。这也增大了大连杆眼的直径。然而，扩大的连杆便不能再穿过曲轴箱中气缸套的定位孔轻松地安装和拆卸。
气缸套的定位孔不能做得太大以致允许连杆穿过，因为这会对气缸盖螺栓的位置产生不利影响，并不必要地增加其与气缸的距离。
在DE 10 2010 006 958 A1中，建议从下方组装。然而，由于需要的工具，这并不容易实现。另一个缺点是连杆只能单独安装而不能与曲轴箱中的其他部件一起安装。另外，这只能在曲轴插入之前进行，而不能在插入之后进行。因此，为了更换连杆，必须移除整个曲轴，这会导致相当大的额外工作，并且像在船运应用场合中的情况下的这样的大型内燃机上不再容易进行。
发明内容
因此，本发明的目的在于公开一种改进的内燃机及其相关的更简单的组装方法。
此目的通过本发明的大型内燃机以如下方式实现，即，至少上层板和/或下层板具有至少一个用于安装连杆的间隙，并且产生的沿气缸套外径的凹槽打开(释放)连杆的至少一个外延宽度并具有对应于连杆的至少一个宽度的宽幅。
这里，外延宽度(Ausbaubreite)是指连杆在曲轴轴颈直径平面(或换言之，在正交于活塞销枢轴线的平面)(这里称为连杆眼平面)中的大连杆眼区域的最大延伸量。
这样具有的好处是，连杆可以简单地从上方、从气缸盖的方向安装，而大连杆眼的尺寸不受安装情况的限制。现在不再需要移除曲轴以移除连杆。
连杆关于连杆眼是对称的还是非对称的均无关紧要。在对称的连杆的情况下，可以在气缸轴线的两侧上设置两个相同的间隙，以简化生产。这使得安装特别简单，并且可以在不(倾斜)卡住的情况下实现。
因此，曲轴箱在整个高度上都有间隙，使得连杆可以穿过气缸套中的开口插入并安装，气缸套在大连杆眼处的外延宽度大于气缸套的外径。
在组装时，气缸壳体和气缸套在一个或多个间隙处不受曲轴箱的支承。
曲轴箱的下层板或上层板中的至少一个间隙在气缸轴线方向上创造了用于轻松组装或拆卸连杆的空间。
曲轴箱在上层板和下层板上的局部间隙致使发动机尺寸更加紧凑。
在本发明的语境中，上层板在这里被理解为是指曲轴箱的以下平面，该平面是曲轴箱最接近气缸盖的板表面。下层板是位于上层板和曲轴之间的板。上层板和下层板主要执行静止功能，即保持和支承气缸套。
大型内燃机的上述设计使得连杆可以经由用于气缸套的开口、从曲轴箱的背离曲轴的一侧插入到曲轴箱中。这简化了组装。因此减少了工作量、材料使用和成本。
如果将连杆沿着上层板和/或下层板上的至少一个间隙插入到曲轴箱中，则该方法特别有利。这引导连杆到正确位置，并有助于在曲轴上进行最终组装。
为了便于对称的(多个)连杆的安装，在特定的实施例中，有利地设置了至少用于安装连杆的上层板具有至少两个间隙和/或用于安装连杆的下层板具有至少两个间隙，这些间隙关于平面对称地布置，该平面由气缸轴线和旋转的活塞销轴线形成作为对称平面，并且所得的凹槽释放了连杆的至少一个外延宽度且具有对应于连杆的至少一个宽度的宽幅。因此，可以避免在安装期间(倾斜)卡住。
此优势特别地因为上层板的间隙和下层板的间隙基本上与气缸轴线的方向对齐而被进一步增强。另外，在组装期间不需要扭曲连杆，因此可以特别容易且快速地执行。然而，对齐的间隙也可以独立于间隙的对称布置来提供。
如果气缸壳体具有在上层板上与定心直径接合的肩部，则这是有利的。这使得曲轴箱中的组装和各部件相对于彼此的单独定位特别容易执行，并且使得定心简单又可靠。
如果下层板上还设置了具有定心直径的定位孔以容纳气缸套，则这种效果会得到增强。
气缸壳体在气缸套周围形成水套。上层板具有用于气缸壳体的支承面，用于产生的水套。因此，上层板还执行了在曲轴箱中使气缸壳体定心的功能。
为了增加曲轴箱的刚度，曲轴箱的最上边界面，即上层板，采用加固设计。如果增加用于气缸套的开口周围的壁厚，则是特别有利的。
特别有利的实施例规定该至少一个间隙设计为用于油雾分离的通道。
在本发明的特别有利的设计中，至少气缸套、活塞和连杆设计为预组装以形成第一单元，以节省时间和工作量。
如果气缸盖和带有气缸套、活塞和连杆的气缸壳体设计为预组装以形成第一单元，则此优势会进一步增加。由于部件的特殊设计，这是可能的。由此，第一单元可以组装为气缸单元，并一起放置在曲轴箱中。替代地，仅气缸盖、气缸套、连杆和活塞可以预组装。
为此，有利的方法以这样的方式设计：在安装到曲轴上之前，连杆用螺栓固定到(栓接到)气缸套和活塞以形成第一单元，并与曲轴箱连接在一起，优选地气缸壳体和优选地气缸盖在连接到曲轴箱之前先连接到第一单元。
附图说明
下文参考附图中所示的非限制性示例性实施例更详细地解释本发明，其中：
图1在剖面示意图中示出了根据本发明的大型内燃机；
图2示出了根据图1的沿II—II线的截面；
图3示出了根据图1的沿III—III线的截面；
图4示出了根据图1的细节IV；
图5示出了根据图4中的箭头标记V的视图；以及
图6示出了根据图1的细节VI。
具体实施方式
图1示出了大型内燃机1。大型内燃机1的从外部可见的部件是气缸盖2、气缸壳体3和曲轴箱4。
气缸壳体3形成围绕气缸套6的水套5。在示出的此实施例中，气缸壳体3支承着气缸套6并且因此也相对于曲轴箱4支承气缸盖2。为此，气缸壳体3靠在上层板O上。气缸套6布置在曲轴箱3的开口处，其中，该开口的外径以及因此气缸套6的外径用a表示。气缸套6的内径用d表示。
下层板U是在曲轴箱4中放置得更深的板，与曲轴箱4的其他边界壁4a相比，其增加了曲轴箱4的刚性。下层板U布置在位于气缸套6末端附近的背离气缸盖2的区域中。下层板U用于容纳气缸套6的此下部区域。另外，还可以包含用于气缸盖螺栓13的凸台(塞子，Butzen)(见图2到图4)。
曲轴箱4具有铸造壁作为边界壁4a，上层板O和下层板U经由边界壁4a彼此连接。源自气缸盖螺栓13的螺栓力经由上层板O、边界壁4a并可能地经由下层板U引入曲轴箱4的整个结构中。
燃烧室B由气缸套6、气缸盖2和可在气缸套6中移位的活塞7所封闭。可燃混合物在燃烧室B内爆炸性燃烧，致使活塞7移动远离气缸盖2。
活塞7经由活塞销8可枢转地连接到连杆9。此连杆9又可枢转地安装在曲轴11的曲轴轴颈10上，该曲轴11可旋转地安装在曲轴箱4中。为了更好的可见性，曲轴11仅由虚线点表示。连杆9通过其联接到曲轴11的轴承被称为大连杆眼(连杆孔)P。
在点火压力为250bar至300bar的大型内燃机中，曲轴轴颈10的直径D需要为气缸套6的内径d或曲轴箱4的开口的约90％至100％。
直分式连杆9由于这种情况变得太宽，以至于连杆9或在组装状态下布置在曲轴11和活塞7之间的连杆上部部分无法插入穿过用于气缸套6的开口或再次从其上拆卸。
特别地，分式连杆9比倾斜连杆9更具有优势，因为分式连杆9由于齿形几何形状而在节平面上更可控的情况，尽管倾斜连杆9在外延宽度A方面可能具有优势。
外延宽度A表示连杆9在曲轴轴颈10的直径D的平面、连杆眼平面ε内大连杆眼P的区域上的最大延伸。连杆眼平面ε对应于正交于活塞销旋转轴线K的平面。
为了便于从上方安装，在上层板O中设有间隙FO，该间隙关于由气缸轴线Z和活塞销旋转轴线K限定的平面δ对称。在每种情况下，在下层板U中也设计了间隙FU，间隙FU关于该平面δ对称。
在气缸壳体3的上层板O中设置了带定心直径Zo的定位孔。这在间隙FO区域中形成肩部3a，并在上层板O的开口区域中接合定心直径Zo，特别地参见图4和图5。
在下层板U中，有利地有用于定心气缸套6的定心直径Zu，见图5和图6。
在分隔连杆9的两个有利概念中，无论是直的还是倾斜的分隔，曲轴箱4的盖平面O、U的局部间隙FO、FU带来了连杆9的组装和拆卸的改进。
也可以将第一单元组装在一起。第一单元在此包括连杆顶部9、活塞7、气缸套6和带有水套的气缸盖2，以及甚至可能包括带有水套5的气缸壳体3。
根据本发明方法的有利设计，该第一单元是预组装的，并沿气缸盖2的方向从上方插入曲轴箱4中。
沿着气缸套6的开口引导第一单元，首先穿过上层板O，然后穿过下层板U。连杆9在大连杆眼P的区域通过用附图标记12借助点虚线指出。连杆9的宽度b和外延宽度A各自略小于上层板O中的间隙FO和下层板U中的间隙FU所开拓(空出)的区域。间隙FO和间隙FU的宽幅W在每种情况下都比连杆9的宽度b大了大约五分之一。
在示出的大型内燃机1中，间隙FO和FU因此大致构造在连杆9的轮廓12周围，使得开口和连杆9的轮廓12之间有一法向距离，该法向距离对应于连杆9的宽度b的大约20％。
图2示出了上间隙FO区域中的一部分。在这里，定心直径Zo在曲轴箱4的边界壁4a内作为上层板O的最外径可见。气缸壳体3上的第一表面和第二表面和气缸套6上的表面以及气缸套6与定心直径Zo的交点依次在径向上布置在定心直径Zo内。
气缸壳体3的径向外表面表示到气缸壳体3的肩部3a的曲轴11的表面，该径向外表面在外部近似具有定心直径Zo(制造公差)。在此未显示的活塞7围绕气缸轴线Z布置在中心中。
在气缸壳体3的凹槽周围，气缸盖螺栓13的位置示出在上层板O上。
图3示出了从曲轴11所看到的下层板U的视图。两个较低的间隙FU布置为关于平面δ对称。气缸套6的定位孔具有定心直径Zu。气缸套6径向上布置在定心直径Zu内。此处未详细示出的活塞7布置在气缸套6内。
图2和图3分别清楚地显示了上间隙FO和下间隙FU的宽幅W。在示出的实施例中，两个宽幅W是相同的。在替代的实施例中，对于不同的间隙，不同的宽幅W是可能的。
连杆9具有宽度b和外延宽度A，其中连杆9仅用虚线点表示。
图4示出了根据图1中的箭头IV的细节。该细节示出了曲轴箱4的边界壁4a和带有上间隙FO的上层板O。在定心直径Zo内，布置有气缸壳体3的肩部3a。在气缸轴线Z的方向上，气缸套6与气缸壳体3相邻。水套5形成在气缸壳体3和气缸套6之间。
图5示出了上层板O和可见的多个开口，上间隙FO和对齐的下间隙FU以及定心直径Zo和定心直径Zu。可以看出，上定心直径Zo大于下定心直径Zu。
与图4类似，图6示出了根据图1中的箭头VI的细节。再次可见的是，曲轴箱4a和带有下间隙FU的下层板U及在下定心直径Zu内的气缸套6。连杆9的轮廓仅稍作标示。
在替代的实施例中，出于设计原因，可以将两个间隙FO和FU稍微扭曲(扭转)成对齐的实施例。在这种情况下，最好是尽可能少的扭曲。为了组装，连杆9首先被引导穿过上间隙FO，然后被扭转并引导穿过下间隙FU。最后，可能需要在连杆眼平面ε中再次扭转连杆9。

Claims (11)

1.一种大型内燃机(1)，所述大型内燃机(1)具有曲轴箱(4)、可旋转地安装在所述曲轴箱(4)中的曲轴(11)和在其上可枢转地布置有至少一根连杆(9)的曲轴轴颈(10)，其中，活塞(7)连接到所述连杆(9)，所述活塞(7)能在气缸套(6)中来回移位，其中，所述曲轴箱(4)具有上层板(O)和下层板(U)，所述上层板和所述下层板各自具有一个用于气缸套(6)的开口，所述气缸套(6)布置在所述开口中，并且其中，所述连杆(9)具有大于所述气缸套(6)的外径(a)的外延宽度(A)，其中，所述外延宽度(A)是所述连杆(9)在所述曲轴轴颈(10)的直径(D)的平面中的大连杆眼(P)的区域上的最大延伸，其限定连杆眼平面(ε)，其特征在于，至少所述上层板(O)和所述下层板(U)分别具有用于安装所述连杆(9)的至少一个间隙(FO、FU)，并且其中，沿所述气缸套(6)的所述外径(a)产生的凹槽敞开至少达到所述连杆(9)的一个外延宽度(A)，并且产生的凹槽具有至少对应了所述连杆(9)的宽度(b)的宽幅(W)。
2.根据权利要求1所述的大型内燃机(1)，其特征在于，至少所述上层板(O)和所述下层板(U)分别具有关于由气缸轴线(Z)和活塞销旋转轴线(K)限定的平面(δ)对称布置的至少两个间隙(FO、FU)，用于安装所述连杆(9)，并且其中，所述产生的凹槽敞开至少达到所述连杆(9)的一个外延宽度(A)，并且所述产生的凹槽具有对应于所述连杆(9)的至少一个宽度(b)的宽幅(W)。
3.根据权利要求1或2所述的大型内燃机(1)，其特征在于，所述上层板(O)中的间隙(FO)和所述下层板(U)中的间隙(FU)布置为在气缸轴线(Z)的方向上基本对齐。
4.根据权利要求1或2所述的大型内燃机(1)，其特征在于，气缸壳体(3)具有肩部(3a)，所述肩部(3a)接合在所述上层板(O)中的定心直径(Zo)。
5.根据权利要求1或2所述的大型内燃机(1)，其特征在于，所述至少一个间隙(FO、FU)设计为用于油雾分离的通道。
6.根据权利要求1或2所述的大型内燃机(1)，其特征在于，至少将所述气缸套(6)、所述活塞(7)和所述连杆(9)设计为预组装以形成第一单元。
7.根据权利要求6所述的大型内燃机(1)，其特征在于，将气缸盖(2)和带有所述气缸套(6)、所述活塞(7)和所述连杆(9)的气缸壳体(3)设计为预组装以形成第一单元。
8.一种用于安装根据权利要求1到6中的任一项所述的大型内燃机(1)的方法，其特征在于，将所述连杆(9)经由用于所述气缸套(6)的开口从所述曲轴箱(4)的背离所述曲轴(11)的一侧引入到所述曲轴箱(4)中，其中，所述连杆(9)沿着在所述上层板(O)和所述下层板(U)处的至少一个间隙(FO、FU)引入到所述曲轴箱(4)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在安装在所述曲轴(11)上之前，将所述连杆(9)用螺钉与所述气缸套(6)和所述活塞(7)固定在一起以形成第一单元，并与所述曲轴箱(4)连接在一起。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在连接到所述曲轴箱(4)之前，气缸壳体(3)连接到所述第一单元。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在连接到所述曲轴箱(4)之前，气缸盖(2)连接到所述第一单元。
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