CN1230611C - 具有凸轮轴系统的柴油机类型的直列式发动机 - Google Patents

Abstract

一种柴油机类型的直列式发动机(1)，它具有一个凸轮轴系统和至少分成两段(4a，46)的曲轴(4)，各段用螺接的法兰连接件(5)相互头对头地固定。发动机至少具有两个凸轮轴(9，10)，它们连续地位于直列式发动机的纵向，与相互不同的气缸(2)结合，每个凸轮轴具有曲轴驱动的相关凸轮轴驱动装置(12)。

Description

具有凸轮轴系统的柴油机类型的直列式发动机

技术领域

本发明涉及了具有凸轮轴系统和曲轴的柴油机类型的直列式发动机，曲轴至少分为两段，各段用螺接的法兰连接件相互头对头地固定，直列式发动机至少具有8个气缸，气缸孔径至少60cm。

背景技术

这种直列式发动机具有高的输出功率，并且是大型的发动机，其曲轴的尺寸已不能把整个轴作为一段提升就位到主轴承中。例如，单个轴段的重量可超过100吨。因此至少把曲轴制造成两个分离的段，分别提升就位并采用法兰连接件头对头地装配成固定连接。

从通常用于汽车的极小发动机已经知道把曲轴分成两段，它们可在发动机运行时连接或脱开，使有效的气缸数适应发动机上当前的载荷。汽车发动机在许多不同载荷下工作，当发动机不得不在低载荷下长期工作时把曲轴分开是适当的。在工作期间脱开和连接曲轴时，也需要分开凸轮轴。DE 28 28 298 AL描述了这种发动机，其中曲轴具有分开用的离合器，各凸轮轴段上设有信号装置，指示出轴段何时处于可连接的正确角度位置。US专利号4,368,701描述了在曲轴段之间的另一种连接型式。

在发动机装配之后，以上首先提到的直列式发动机曲轴是单个的整轴，在工作中没有曲轴段可以脱开或连接。以上首先提到的直列式发动机是用于船只推进或稳定动力供应的大型发动机车间的主要部分。与汽车发动机的变动载荷不同，以上首先提到的直列式发动机大多数工作时间在满载荷或几乎满载荷下工作。

往往，发动机车间仅具有单个直列式发动机，因此它是一个必须具有高工作可靠性的关键部分。在船只推进车间中，直列式发动机的长时间失效除了造成工作损失外还会引起沉船的危险。如果用于稳定动力供应，则车间通常提供一个单独电源区，长时间的电源中断是非常不希望的。

发明内容

本发明的目的是提供一种直列式发动机，它可在高工作可靠性下产生极高的输出功率。

根据这个目的，本发明直列式发动机的特征在于：气缸孔径可达140cm，直列式发动机可具有多达30个气缸，以及为了减小凸轮轴上的载荷，直列式发动机至少具有两个凸轮轴，它们连续地位于直列式发动机的纵向，与相互不同的气缸结合，并且具有曲轴驱动的相关凸轮轴驱动装置。

当气缸部件变大时凸轮轴系统上的载荷增加，因而失效的风险增加。打开排气阀的力随阀门直径的平方而增加，并且正比于气缸的压力，当燃料泵是凸轮轴驱动的活塞泵时，在给定期间喷射的燃料容量愈大，泵的驱动也需要更大的力。另外，在凸轮轴系统上的载荷随凸轮轴的长度而增加。采用两个或更多单独驱动的凸轮轴来起动所需的气缸部件(对于两冲程发动机，气缸部件通常至少是排气阀和/或对单个气缸供应燃料的阀门或泵，对于四冲程发动机，还包括吸气阀)，大大缩短了每个凸轮轴的长度和显著减少了轴上的凸轮数目。这两个因素同时降低了凸轮轴和凸轮轴驱动装置上的载荷，因而提高了单个凸轮轴和整个发动机的工作可靠性。

此外还可避免由于凸轮轴系统失效而造成的长时间工作停顿，因为如果停止使用相关轴的气缸，可以临时修复具有受损凸轮轴或凸轮轴驱动装置的发动机。这是可以做到的，例如，把气缸连杆与曲轴手动脱开，或者把活塞杆与滑块脱开，并且把活塞固定在气缸中，由此可依靠剩余气缸在应急工作状态下起动直列式发动机，剩余气缸由结合凸轮轴驱动装置的其它凸轮轴来驱动。直列式发动机可依靠剩余气缸在应急状态下继续工作，直到已提供了任何备件和人员，以及工作状态容许修复受损的凸轮轴为止。

在一个对发动机有利的实施例中，发动机的凸轮轴数目相应于曲轴段的数目，直列式发动机至少具有一个第一凸轮轴和一个第二凸轮轴，第一凸轮轴的凸轮轴驱动装置装在凸轮轴端部和两个曲轴段之间的法兰连接件上，第二凸轮轴的凸轮轴驱动装置装在凸轮轴端部和曲轴端部上。把驱动装置装在凸轮轴端部使得可以从曲轴端部驱动第二凸轮轴，从而避免了发动机总长度的增加，如果从曲轴段之间的法兰连接件驱动这个轴，则法兰连接件需要增加相邻气缸之间的气缸距离，会造成发动机总长度的增加。

在另一个供替代的实施例中，直列式发动机至少具有一个第一凸轮轴和一个第二凸轮轴，第一凸轮轴的凸轮轴驱动装置装在离凸轮轴端部一定距离上和在两个曲轴段之间的第一法兰连接件上，第二凸轮轴的凸轮轴驱动装置装在离凸轮轴端部一定距离上和在两个曲轴段之间的第二法兰连接件上。凸轮轴驱动装置的位置离凸轮轴端部一定距离的好处是：从驱动装置到轴上最远的凸轮距离有利地变小，这减少了由于轴扭转引起的驱动装置和凸轮之间的转动角度大小。因此该实施例提供了功能更精确的凸轮轴系统。在曲轴至少具有与凸轮轴相同数目的法兰连接件的发动机中，可实施该实施例而不增加发动机的总长度。

上述实施例使得可以设计出每个气缸至少有7000kW输出功率的凸轮轴驱动的直列式发动机，这特别有利于需要大推进输出功率的极大型集装箱船只(从7,000到14,000TEU)。由于其重要的货物，本发明达到的工作可靠性对这些船只特别有利。在一个实施例中，直列式发动机具有至少为90MW的总输出功率。在另一个实施例中，直列式发动机至少具有28m长度，至少一个凸轮轴的长度不大于直列式发动机总长的48％，这容许制造极高输出功率的直列式发动机，同时凸轮轴系统具有极高程度的工作可靠性。

附图说明

现在参照高度示意的附图在下面来更详细地描述本发明，其中

图1是本发明直列式发动机的侧视图，以及

图2和3说明了本发明直列式发动机中另外两个凸轮轴系统的实施例。

具体实施方式

图1所说明的直列式发动机具有15个气缸2组成的单排气缸组，沿发动机纵向连续设置。每个气缸装在发动机壳体3中，壳体通常由几个部件构成，如一个具有曲轴4主轴承的底板，一个发动机A形框架和一个气缸座，用带盖螺栓把气缸夹紧到气缸座上，并采用拉杆螺栓把气缸座、A形框架和底板装配在一起。单个气缸具有范围从60到140cm，最好是从90到120cm的孔径，发动机具有的气缸数目范围从8到30个，最好是从10到20个气缸。在具有15个气缸的图1例子中，气缸孔径为108cm，发动机具有110,400kW的总输出功率。

发动机通常是两冲程十字头式发动机，其中最通用的是，活塞装在活塞杆上，活塞杆通过十字头与连杆连接，连杆的下端装在曲轴曲柄(图中未示)中的曲柄销上。发动机也可以是四冲程的发动机类型，此时活塞直接连接到连杆上。图1中的垂直虚线表示了与每个气缸结合的活塞，具有与曲轴连接的相关连接件。

曲轴分成几段制造，每段包含了几个、至少为三个曲柄。当发动机制造时，可单独把各段提升到底板上，并定位在主轴承的下轴承上，由此用螺栓把各段上的配合法兰夹紧在一起形成法兰连接件5，把各段装配成一个整轴。在一个简单设计中，法兰是由每个段上突起的凸缘组成，最通常的是，一个法兰具有螺纹孔，而另一个法兰具有配合的螺栓孔，或者两个法兰均具有配合的螺栓孔，此时采用带螺母的贯穿螺栓。为了沿周向精确引导法兰，在法兰上可分别设有引导销和引导孔。或者是，一个法兰形成在曲轴的侧面，把另一个曲轴段上一个沿径向突出的常规法兰夹紧在其上面。另外，可以把法兰设计成相互配合的两个零件，一个沿径向叠放在另一个上。

图1左侧所示的曲轴段4a与设置在法兰连接件5左边的8个气缸2相结合，图1右侧所示的曲轴段4b与设置在法兰连接件右边的其余7个气缸2相结合。在曲轴4右端上设有一个推力轴承6，并通过中间轴7与图中未示的螺旋桨轴连接。在曲轴左端上设有飞轮8。

发动机具有相互分开、但连续放置的第一和第二凸轮轴9，10。依靠固定在凸轮轴上的许多凸轮盘，例如每个气缸有两个凸轮盘，按常规和已知的方式，其中一个凸轮盘起动燃料泵和另一个凸轮盘起动排气阀11，使得每个凸轮轴用于相互不同的气缸。

依靠每个凸轮轴的凸轮轴驱动装置12，由曲轴来驱动凸轮轴9，10。凸轮轴驱动装置可作成链条驱动装置形式，由链轮驱动一条或几条链条，对于第一凸轮轴9，链轮可由装在法兰连接件5上的带齿环构成，对于第二凸轮轴10，可由曲轴端部推力轴承6的推力环圆周表面上的带齿环构成。链条拉动驱动轮13，驱动轮装在图1中相应凸轮轴的右端。凸轮轴驱动装置也可以是其它的设计，例如是一个链轮连接装置，在曲轴上的链轮驱动一个或几个中间轮，它们再驱动在凸轮轴上的驱动轮13。不管凸轮轴驱动装置的类型如何，在曲轴上链轮和凸轮轴上驱动轮之间的连接装置均用12表示。

为了简单起见，在以下其它实施例的描述中，上述相同的编号将用于相同类型的部件。

图2表示了一个实施例，其中曲轴由三段4a，4b和4c装配而成，从而第一和第二法兰连接件5均带有用于驱动两个凸轮轴9，10的链轮。在凸轮轴上，离轴端的一定距离上安装了凸轮轴驱动装置。

在图3的实施例中，曲轴4相似地由三段构成，第一和第二法兰连接件用于相应的凸轮轴驱动装置，在曲轴右端还设有一个推力轴承6，上面也设有一个用于凸轮轴驱动装置的链轮。图3发动机具有三个凸轮轴9，10，14，它们相互分开但连续设置。

发动机可以具有与上述不同的其它气缸数目。例如，可以有一个16气缸的直列式发动机，它具有91,617kW的总输出功率和98cm的气缸孔径，曲轴分别由12.1m，11.7m和9.8m长的三段构成，分别与6，6，和4个气缸结合，虽然凸轮轴的长度最好不太大，但一个或几个轴的长度可以大于发动机总长度的一半。

Claims (6)

1.一种柴油机类型的直列式发动机，它具有一个凸轮轴系统和至少分成两段的曲轴(4)，各段用螺接的法兰连接件(5)相互头对头地固定，直列式发动机(1)至少具有8个气缸(2)，气缸孔径至少为60cm，其特征在于：气缸孔径可达140cm，直列式发动机(1)可具有多达30个气缸(2)，以及为了减小凸轮轴上的载荷，直列式发动机至少具有两个凸轮轴(9，10)，它们连续地位于直列式发动机的纵向，与相互不同的气缸结合，并且具有曲轴(4)驱动的相关凸轮轴驱动装置(12)。

2.按照权利要求1的一种直列式发动机，其特征在于：直列式发动机至少具有一个第一凸轮轴(9)和一个第二凸轮轴(10)，第一凸轮轴的凸轮轴驱动装置(12)装在凸轮轴端部和两个曲轴段之间的法兰连接件(5)上，第二凸轮轴的凸轮轴驱动装置(12)装在凸轮轴端部和曲轴端部。

3.按照权利要求1的一种直列式发动机，其特征在于：直列式发动机具有一个在两个曲轴段之间的第一法兰连接件(5)和一个在两个曲轴段之间的第二法兰连接件，一个凸轮轴驱动装置(12)装在上述第一法兰连接件(5)上，并作用在上述第一凸轮轴(9)的端部之间的一个位置上，另一个凸轮轴驱动装置(12)装在上述第二法兰连接件(5)上，并作用在上述第二凸轮轴(10)上。

4.按照权利要求1的一种直列式发动机，其特征在于：单个气缸(2)具有至少7,000kW的输出功率。

5.按照权利要求1到4中任一条的一种直列式发动机，其特征在于：直列式发动机(1)的总输出功率至少为90MW。

6.按照权利要求1到4中任一条的一种直列式发动机，其特征在于：直列式发动机(1)具有至少为28m的长度，至少凸轮轴(9，10)之一具有的长度不大于直列式发动机总长度的48％。

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