CN1292156C - 紧凑的净化空气储气室和汽缸结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于大型双冲程净化内燃发动机的净化空气储气室和安装在发动机的曲轴箱结构(2)上的汽缸结构(30，30’)。汽缸结构(30，30’)包括至少设有一个容纳和支撑汽缸衬套(6)的圆形开口(39)的上钢板(31)。汽缸结构(30，30’)还包括第一侧壁(32)，第一侧壁上设有允许净化空气进入的至少一个开口(38)。净化空气储气室(4)上设有一个面向汽缸结构的细长开孔，且净化空气储气室(4)直接安装在汽缸结构上。

Description

紧凑的净化空气储气室和汽缸结构

技术领域

本发明涉及一种用于大型双冲程直流净化内燃发动机的净化空气储气室和用于设置在内燃发动机曲轴箱结构上的汽缸结构。该净化空气储气室向汽缸供应净化空气，并支撑涡轮增压器和废气接收器。汽缸结构形成一支座，以支撑汽缸衬套、凸轮轴箱体和净化空气储气室。

背景技术

从曼B与W狄赛尔公司1999年第二版的“双冲程发动机K98MC项目指南”(“K98MC Project Guide Two-Stroke Engines”2nd edition 1999，MAN B&W Diesel A/S)可知，用于大型双冲程内燃发动机的净化气体储气室由沿着汽缸结构整个长度延伸的管状纵长体形成。净化空气储气室设有用于每个汽缸的横向管道，以引导净化气体向汽缸流动。该等横向管道具有与从汽缸结构的对应横向管道延伸的另一凸缘相连接的凸缘。净化空气储气室支撑涡轮增压器、辅助鼓风机、废气接收器。承载净化空气冷却器的冷却箱被一体整合到净化空气储气室内。因为净化空气储气室自身的重量和由其支撑的上述元件的重量，净化空气储气室必须以坚固的构造结合到汽缸结构上。横向延伸的连接板焊接到每一个汽缸之间的净化空气储气室上。连接板的末端设有用以栓接到汽缸结构上的凸缘。由于这种螺栓本身要承受的巨大重量而使得这种螺栓连接的尺寸很大且非常昂贵。而且，由于净化空气储气室、涡轮增压器和废气接收器的体积庞大，使得发动机的整体宽度和高度显著增加。

瓦锡兰公司1999年第二期的“船舶杂志”出版物(The publication“Marine News”，No.2，1999，WrtsilNSD Corporation)，揭示一种名为RTA60C的船用柴油发动机，该发动机中优化了涡轮增压，以确保良好的净化的且适当的过剩空气率。其排气系统的排气集管中的气体入口及出口为切向，这使得由排气阀排出的气体平滑流到具有沿集管的节能涡流的涡轮增压器轮机入口。通过将涡轮增压器与净化空气冷却器结合入一标准化模块中使沿集管长度定位涡轮增压器具有一定程度的灵活性。该模块设计为根据汽缸数量和额定功率的要求容置一个或两个涡轮增压器，其还允许根据需要而用于不同尺寸的净化空气冷却器。在RTA60C中，由于可将涡轮增压器定位于发动机后部的驱动端而使灵活性得以扩展，可良好地适于现代化全后置式(all-aft)船舶的设计。但这种集成装在一起的涡轮增压器与净化空气冷却器仍具有较大体积。

DK 1405/92号专利申请揭示一种十字头型的大型双冲程内燃机，其包括由焊接板构成的汽缸结构。厚的汽缸结构侧壁设置在曲轴箱结构的外壁正上方，所述厚的侧壁可承受经由拉杆螺栓传递到结构箱体和汽缸结构上的巨大且变化的压力。因此，汽缸结构必须横跨曲轴箱结构上部的整个宽度。这使汽缸结构的体积相对较大，可以将净化空气储气室设置在汽缸结构内。但是需要附加的纵向延伸的壁来支撑汽缸结构的上钢板。而且，侧壁的结构要结合两方面考虑：一方面平板状侧壁在承受拉杆螺栓传递的巨大压力方面比较有利，另一方面，曲板状的侧壁在承受汽缸结构内的净化空气的高压方面比较有利。解决的方法是采用非常厚重尺寸的平板制成侧壁。因此，汽缸结构变得相对较重。

这些现有的结构具有形成支撑净化空气储气室的支撑结构的铸铁汽缸结构，较重且体积较大。

发明内容

基于上述背景，本发明目的在于提供一种开头提及的结构紧凑、坚固且较轻的净化空气储气室和汽缸结构。本发明目的是通过提供一种用于大型直流净化内燃发动机的净化空气储气室和汽缸结构的组合而实现的，其中净化空气储气室设有面对汽缸结构的侧壁的细长开孔，且该净化空气储气室直接安装到汽缸结构的该侧壁上。

通过将带有细长开孔的净化空气储气室直接安装到所述的汽缸结构的侧壁上，两个部件共用一个侧壁。这样就省去了一个侧壁，整个结构重量相对较轻且制造成本相对便宜些。而且，因为二者之间没有间隔，净化空气储气室和汽缸结合的结构更加紧凑。

由净化空气储气室支撑的废气接收器可以设置地低些。涡轮增压器和废气接收器相对较低的位置增加了整个废气接收器装置本身的固有频率。废气接收器的刚性增加从而可将废气接收器分割成几个单元并降低制造成本。

细长开孔的周边优选地邻近所述汽缸结构的侧壁。

净化空气储气室沿着发动机的若干汽缸延伸，在这种情况下，细长开孔在净化空气储气室的整个长度延伸，覆盖了侧壁上允许净化空气进入汽缸结构的开口。

从制造的角度看，第一侧壁大致为平板形还有一个优点，即可将直的净化空气储气室可以安装在其上。

上钢板可以横跨汽缸结构的整个侧壁，以形成净化空气储气室上界限的一部分。

具有大致为C形横向截面的净化空气储气室尤其适用本发明。将净化空气储气室固定到汽缸结构上的方法适合于采用焊接方式。通过将净化空气储气室焊接到汽缸结构上，两个元件结合为一个具有高强度和稳定性的单元。因此，本发明的汽缸结构和净化空气储气室可以以较轻的尺寸获得与现有结构相同的强度和稳定性。

本发明中，汽缸结构不需要是一个安装在曲轴箱结构上的单独设置的单元，即汽缸结构可以是曲轴箱结构整体的一个部分。

本发明另一目的在于提供一种开头提及的克服上述缺陷的净化空气储气室和汽缸结构的构造方法。本发明这个目的是通过提供一种包括以下步骤的构造用于大型双冲程直流净化内燃发动机的净化空气储气室和汽缸结构的方法来实现的，所述步骤包括：

提供一个汽缸结构，所述汽缸结构包括一个上钢板和一个第一侧壁，所述第一侧壁上设有至少一个供净化空气输入所述汽缸结构的开口；

提供一个净化空气储气室，所述净化空气储气室一侧设有细长开孔；

及

将净化空气储气室直接安装到汽缸结构上，且所述细长开孔面向所述汽缸结构的侧壁并覆盖所述至少一个开口。

提供一个沿纵向侧边开口的净化空气储气室，并将所述净化空气储气室的开口侧安装到所述汽缸结构的侧壁，因为汽缸结构的侧壁也是净化空气储气室的侧壁，从而可省略一个侧壁。省略一个侧壁可使整体重量减轻，制造成本降低。而且，这样的结构允许应用一个平板状侧壁和一个弯曲的外壁来分别用于承受拉杆螺栓传递的巨大压力和净化空气的高压。这样的净化空气储气室和汽缸结构的组合即轻盈又紧凑。

本发明一个有利之处在于将净化空气储气室安装到侧壁上时采用焊接方式，这样提高了组装后结构的整体刚性。

本发明汽缸结构的其他目的、技术特征、优点及性能可以从下面的详细描述中更显而易见。

附图说明

在下文中，将参照附图中所示的具体实施方式对本发明进行更详细地描述，其中

图1为现有的发动机的剖视图；

图1a发动机的剖视图；

图1b为图1发动机沿Ib-Ib线的局部剖视放大图；

图2为汽缸结构的立体图；

图3为汽缸结构上部的局部剖视图；

图3a和3b是汽缸结构的可选构造的剖视图；

图4为安装在汽缸结构上的净化空气储气室的立体图；

图5为净化空气储气室和汽缸结构的详细剖视图；

图5a为具有减压缺口的焊缝的详细视图；

图5b为具有减压槽的焊缝的详细视图；

图6为汽缸结构和净化空气储气室可选结构的更详细的剖视图；和

图7为汽缸结构和净化空气储气室示意图，说明组合单元的外部尺寸。

具体实施方式

在下文的详细描述中，将通过优选的实施方式对本发明进行描述。图1揭示一种现有的比本发明发动机更高更宽的发动机。

图1a揭示一种设置在基座7上的大型12缸双冲程直流净化柴油发动机1，基座7具有用于曲轴22的主轴承。为了便于生产，基座7分为若干合适尺寸的部分。其由具有铸钢轴承支座的高焊接纵梁和焊接横梁组成。焊接而成的A形曲轴箱结构2安装在基座7上。曲轴箱结构在每个汽缸之间设有以横向板9形式设置的支肋，横向板9与曲轴箱结构2上纵长延伸的外壁10互相连接，且横向板9自A形曲轴箱结构2的顶部向底部延伸以增加曲轴箱结构2的横向刚性。

用以承担作用于十字头21上的力的竖直导引片13安装在横向板9上，例如通过焊接而安装。两个导引片13横向相对安装在内部横向板9的两侧。每一导引片13的后侧由竖直延伸的附加壁14支撑，附加壁14连接导引片和横向板9。如图示，附加壁14可以包括与横向板成锐角设置的平板元件，但也可以使用具有水平四分之一圆周或四分之一椭圆周部分的附加壁14，即附加壁14在横向板9上大致成直角延伸。导引片13、附加壁14和横向板9形成一收容拉杆螺栓且具有高扭转刚性的中空轮廓。

如图4所示，两个汽缸结构30，30’呈一直线安装在A形曲轴结构2的顶部。每一汽缸结构30，30’支撑发动机1的六个汽缸衬套6。当然也可以采用其他结构，如具有三个汽缸结构的发动机，或者是有十一个汽缸的发动机，该发动机包括一个具有五个汽缸的汽缸结构和一个具有六个汽缸的汽缸结构。所述汽缸衬套6由合金铸铁制造。汽缸衬套6的顶部上设有冷却孔，冷却孔内有短冷却套管。汽缸衬套6上设有排气孔和用于汽缸润滑的钻孔。汽缸结构30，30’一侧支撑凸轮轴箱体3。净化空气储气室4沿着汽缸结构30，30’的另一侧设置。净化空气储气室4支撑对净化空气加压的涡轮增压器单元8，废气接收器11平衡各个汽缸内的波动的压力。涡轮增压器8的压缩机经过空气过滤器从发动机室内吸取空气，被压缩的空气通过为多个涡轮增压器工作的净化空气冷却器进行冷却。净化空气冷却器设有水雾制动器提供，该制动器防止空气中的冷凝的水被带到净化空气储气室和燃烧腔内。

请参照图2、图3所示，将详细描述汽缸结构30，其中汽缸结构30’与汽缸结构30完全相同。汽缸结构30包括两个纵向延伸而形成汽缸30的两侧壁32、33的钢板。侧壁32、33通过横向延伸而形成前、后壁34、35的钢板相互连接。侧壁32、33及前、后壁34、35焊接在一起，以形成具有大致矩形截面的中空结构。前、后壁34、35也可以相互倾斜以减轻结构的重量。附加的横向延伸的钢板36设置在每个汽缸之间，因此将汽缸结构的矩形截面分隔成方形部分。附加的横向钢板36焊接到汽缸结构的侧壁32、33上。如图3a所示，根据本发明的另一个较佳实施例，每一个汽缸还设有四个从侧壁向附加的板侧成45角延伸的钢板37，因此，使得汽缸结构的内截面大致成八边形。

汽缸结构可由普通钢板或锭铁制成。根据本发明一个较佳实施例，制造汽缸结构的钢板是轧制钢板。上钢板可以由其他可焊接的材料制成，例如铸钢。

上钢板31上设有圆形开口39以容纳和支撑汽缸衬套6，上钢板31焊接到形成侧壁32、33、前壁34、后壁35和附加的横向延伸的钢板36的钢板上。侧壁32上设有开口38以使每个汽缸允许净化空气进入汽缸结构30内。上钢板31在其纵向延伸的边上还设有密集的成对的孔40以容纳拉杆螺栓16。

如图3所示，本发明较佳实施例中，侧壁32、33相互倾斜。因此，侧壁32、33在汽缸结构30顶部的距离小于其在汽缸结构30底部的侧壁32、33之间的距离。上钢板31与侧壁32、33间的夹角优选的为2～10度，但也可以选为0～20度。通过侧壁32、33彼此相向倾斜的设置，在发动机运转过程中，由于较大的变化的力通过汽缸衬套6和拉杆螺栓16施加到上钢板31上而使上钢板弯曲所引起的在上钢板31与侧壁32、33间的焊接接点处的机械应力得以降低。

如图5及图5a所示的另一优选的实施方式，侧壁32、33相对上钢板31成直角设置。通过穿过焊缝设置的缺口43、44，侧壁焊接接点的机械应力降低。缺口43、44具有半圆形截面。此截面形状也可选择为半椭圆形或其他相似形状。

如图5b所示本发明的另一优选的实施方式，上钢板31与侧壁32、33通过圆角焊接接点48连接。圆角焊接接点48和侧壁32、33的接合处，及圆角焊接接点48和上钢板31的接合处，例如通过研磨而制造出大致为半圆形的槽49，49’，以减小圆角焊接接点48和对应钢板31之间机械应力。

从侧壁32、33底部水平延伸出底座凸缘45。侧壁33上焊接有竖直延伸且面向凸轮轴箱3设置的肋条46。用以安装到凸轮轴箱的凸缘47焊接到肋条46上。支撑板53焊接到凸缘47的末端和侧壁33上以形成容纳拉杆螺栓的三角形轮廓。对于没有凸轮轴的发动机，支撑板就直接焊接到壁33和肋条46上。

横向延伸的伸垫板50焊接到面对净化空气储气室4的侧壁32上。伸垫板50上设有开口51以允许净化空气的流动。形成净化空气储气室顶壁的平板52焊接在伸垫板50和上钢板31之间。加强板53从每一伸垫板50的两侧成锐角向侧壁32延伸，以在伸垫板50的任一侧形成一个截面大致为三角形的中空轮廓。伸垫板50、加强板53和侧壁32一起形成一个具有高扭转抗压刚度的中空轮廓，所述中空轮廓里容纳拉杆螺栓16。

大致为方形的底板54焊接到汽缸结构30的内表面上。用以容纳活塞杆的密气箱的环形凸缘55焊接到底板54中央的对应开口处。

汽缸结构30，30’和基座7通过成对密集设置的拉杆螺栓夹紧，拉杆螺栓16设置在汽缸结构的中空轮廓和A形曲轴箱结构2的中空轮廓内，且从汽缸结构30，30’上钢板31延伸到A形曲轴箱结构2的底部。当发动机工作时，这些中空轮廓就作为拉杆螺栓的导槽，向汽缸结构30，30’和A形曲轴箱结构2的箱盒提供所需的抗压刚度以经得住拉杆螺栓16向曲轴箱结构2的箱盒及汽缸结构30，30’传递的大的、变化的压力。拉杆螺栓16的低端被合适地紧固在基座7上部的螺纹孔内。优选的，汽缸结构30，30’的中空轮廓和曲轴箱结构2的中空结构具有相同的截面而且相互上下设置。如图3所示，在凸轮轴箱体侧边，汽缸结构30，30’的中空结构可以被凸缘47断开而安装在凸轮轴箱体3上。

如图4所示，形成净化空气储气室4部分的C形钢板56焊接在伸垫板50之间。净化空气储气室4的内部空间因此被封闭起来。因此，汽缸结构30，30’的侧壁32也即为净化空气储气室4的侧壁。通过侧壁32即为汽缸结构30，30’的侧壁也是净化空气储气室4的侧壁，从而使汽缸结构30，30’与净化空气储气室4成为一个结构紧湊的单元。本发明还有一个优点在于可以使涡轮增压器8放置地低一些，从而废气接收器11也可以放低设置，从而使发动机1的整体高度变小。

废气接收器11由设置在伸垫板50上的托架63支撑。涡轮增压器8和废气接收器11的相对较低位置增加了整个废气接收器装置的固有频率。由于废气接收器11刚度的增加，可以将废气接收器11分成几个单元以降低制造成本。

净化空气储气室4由不同部分组成。每一个汽缸结构均包括一个或两个专用部分57，以容纳涡轮增压器8和冷却箱58。涡轮增压器支撑部分57为焊接设计，包括上平板和设置在其低部用以接收经过冷却器的空气的开口。冷却箱栓接或焊接到伸垫板上，其上设有带开口而用以接收经过涡轮增压器的压缩空气的上钢板。涡轮增压器8的凸缘栓接到冷却箱58的上钢板。热交换器形式的内部冷却器设置在冷却箱的内部。冷却箱可以横跨净化空气储气室的几个部分，并服务和支撑不止一个涡轮增压器(未图示)。净化空气储气室4的另一个专用部分60包括一个用于辅助鼓风机61的进气口。冷却箱58可成形为具有扩散体部分的形状，从而辅助鼓风机作为带有叶轮的电机安装在扩散体内部，辅助鼓风机以平行于涡轮增压器或与涡轮增压器在一条直线上设置的方式插入在扩散体内。

净化空气储气室4由十二个部分组成：六个标准的C形部分56、三个涡轮增压器支撑部分57和三个辅助鼓风机部分60。净化空气储气室4通过一个单一环形桥接部分62连接两个汽缸结构30，30’，环形桥接部分62设置在两个汽缸结构30，30’的外伸垫板50之间，且三者成一条直线设置。通过焊接伸垫板间的部分，汽缸结构和净化空气储气室形成具有高度刚性的稳定的整体结构。

通过利用对净化空气储气室4的模块化设计，各单个部分均可以在相对较小的车间内生产。

用以将发动机与发动机箱的一侧壁连接的上加强筋71(参见图1)与伸垫板50相连接。伸垫板50可在沿着其竖直延伸部分的任一位置与上加强筋连接。因此，上加强筋的高度可以非常容易地适应性调整，例如根据发动机箱的平台高度调整。

如图7所示，带有安装于其上的净化空气储气室的汽缸结构30，30’的横向截面大致为矩形，这使的该单元在生产过程中的处理和加工中都易于实现。

虽然为了便于理解已经对本发明进行详细描述，但可以理解这样描述的目的也仅在此，本领域技术人员在没有超出本发明的范围也可以对本发明进行修改，例如，汽缸结构(30，30’)可以是曲轴箱结构(未图示)整体的一个部分。

因此，在根据本发明研究生产的环境对本发明的产品和生产方法参照优选的实施方式进行详细描述时，这些描述对本发明的原理仅仅是示例性的。在没有超出本发明的精神和权利要求的范围的情况下可以对本发明的实施方式和结构进行修改。

Claims (11)

1.一种用于大型双冲程直流净化内燃发动机(1)的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：净化空气储气室(4)上设有面向汽缸结构的侧壁(32)的细长开孔，且净化空气储气室直接安装在汽缸结构的该侧壁上。

2.如权利要求1所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：细长开孔的周边邻近所述的汽缸结构(30，30’)的侧壁(32)。

3.如权利要求2所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述净化空气储气室沿发动机(1)的多个汽缸延伸，所述细长开孔横跨净化空气储气室的整个长度并覆盖侧壁(32)上供净化空气进入汽缸结构的开口(38)。

4.如权利要求3所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述侧壁(32)大致呈平板状。

5.如权利要求1-4中任一项所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述汽缸结构是曲轴箱结构(2)整体的一部分。

6.如权利要求1-4中任一项所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：汽缸结构的上钢板(31)横跨侧壁(32)而形成净化空气储气室(4)的上界限的一部分。

7.如权利要求1-4中任一项所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述净化储气室具有一个大致呈C形的横截面。

8.如权利要求1-4中任一项所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述净化空气储气室是焊接到汽缸结构(30，30’)上的。

9.如权利要求1-4中任一项所述的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合，其特征在于：所述汽缸结构是一个焊接结构。

10.一种构造用于大型直流净化内燃发动机的净化空气储气室(4)和汽缸结构(30，30’)的组合的方法，包括以下步骤：

提供一个汽缸结构(30，30’)，所述汽缸结构包括上钢板(31)和第一侧壁(32)，第一侧壁上设有至少一个供净化空气进入汽缸结构的开口(38)；其特征在于：所述方法还包括下述步骤：

提供一个净化空气储气室，所述净化空气储气室一侧设有细长开孔；及

将净化空气储气室直接安装到汽缸结构上，且细长开孔面向所述汽缸结构的侧壁(32)并覆盖所述至少一个开口(38)。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述方法还包括将净化空气储气室焊接到汽缸结构(30，30’)上的步骤。

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