CN1651725A - 十字头型的大型双冲程柴油机发动机 - Google Patents

Abstract

一种十字头型的大型双冲程柴油机发动机。该发动机包括：多个气缸(1)，每个气缸具有至少一个排气阀(4)；与各排气阀(4)相配合的液压阀致动器(9)；一个共用燃料轨；一个用于将燃料传送至共用燃料轨的高压燃料源；以及一个用于运转来自所述共用轨的燃料的燃料喷射系统。阀致动器(9)运转来自所述共用燃料轨的燃料。

Description

十字头型的大型双冲程柴油机发动机

技术领域

本发明涉及一种十字头型的大型双冲程柴油机发动机，典型地，该发动机包括燃料喷射系统和用于控制排气阀的开启和关闭的装置。

背景技术

曼B与W狄赛尔有限公司的ME发动机系列包括带有电-液控制的排气阀和电-液致动的燃料喷射的十字头型的大型双冲程柴油机发动机。为排气阀致动器和喷射系统提供动力的高压液压系统运转来自发动机润滑系统的油。润滑油系统由3至4巴的低压泵运作。

来自润滑系统的油经过特别的过滤，一个专用的高压泵以约200巴的压强将过滤后的油传送到共用轨。共用轨处的润滑油通过液压阀被引导至一增压器，增压器将共用轨内200巴的压强增加至燃料管中所要求的1000巴。通向喷射器的燃料管被加热至120至140℃，以确保不如此则具有高粘度的重质燃料油可以流动并具有适当的粘度。

来自共用轨的润滑油通过一延时阀被引导至液压排气致动器以运转排气阀。

然而来自这些发动机的润滑系统的润滑油不够洁净，不能用于共用轨的液压系统。因此，在注入共用轨之前，必须过滤所述润滑油以除去5-10微米以上的任何微粒。

因此，ME系列发动机既装备有一个包括专用高纯度过滤系统的高压燃料系统，又装备有运转润滑油的高压液压系统，该高压液压系统也包括其自身的专用高纯度过滤系统。这些发动机还包括带有与之配合的低纯度过滤系统的低压发动机润滑系统。

SULZER/Wrtsil RT-flex Concept型发动机包括带有电-液控制的排气阀和电-液致动的燃料喷射的十字头型的大型双冲程柴油机发动机。

为排气阀致动器提供动力的高压液压系统运转由专用的高压泵传送的专用液压流体，该高压泵带有与之配合的高纯度过滤器。

这些发动机包括一个润滑油系统，该系统部分地由3至4巴的低压泵运转，部分地由10至11巴的泵运转。

所述燃料喷射系统包括高纯度过滤器以及多个将过滤后的高压燃料传送至共用燃料轨的高压燃料泵。

从而，所述RT-flex Concept型发动机既装备有包括专用高纯度过滤系统的高压燃料系统，又装备有运转专用的液压油的高压液压系统，该高压液压系统也包括其自身的高纯度过滤系统。这些发动机还包括带有低压与中压发动机润滑系统，并有另一个低纯度过滤系统与所述低与中压发动机润滑系统相配合。

发明内容

基于此背景，本发明的目的在于提供一种十字头型的大型双冲程柴油机发动机，其具有整体上较为不复杂的液压系统。

根据权利要求1，本目的是通过提供一种十字头型的大型双冲程柴油机发动机而实现的，该发动机包括：多个气缸，每个气缸具有至少一个排气阀；一个与各排气阀相配合的液压阀致动器；一个共用燃料轨；一个用于将燃料传送至共用燃料轨的高压燃料源；以及一个用于运转来自所述共用轨的燃料的燃料喷射系统，各阀的致动器与所述的共用燃料轨工作连接。

籍此，提供一种带有仅仅一个高压液压系统和一个高纯度过滤系统的发动机。因此，更易于制造与维护该发动机。

有利地，致动器通过一个控制阀连接至共用燃料轨。所述控制阀可以电动致动。优选地，控制阀是开/闭型的，并且阀致动器包括一个具有可变液压阻抗的流动路径，所述液压阻抗依赖于相关排气阀(4)的位置而变化。

根据本发明，所述液压控制阀更多的目的、特征、优点和特性将通过下面的具体实施方式的描述而变得更清楚。

附图说明

在下面本发明的具体实施部分中，将通过参考附图中图示的实施例用更多的细节对本发明进行描述，其中：

图1是在具有汽缸盖的二冲程十字头型发动机中汽缸轮廓的剖视图；

图2是图1所示的汽缸中具有阀座的液压致动排气阀和位于其内缩位置处的所述第一活塞的第一实施例的纵向截面图；

图3是具有位于一部分伸展位置处的第一活塞的致动器的放大横截面视图；

图4是第一活塞到达冲程限制器处的如图3所示的相同视图；

图5是排气阀在不同的液压供给压力下的开口图；

图6是第二实施例中致动器的横截面视图；和

图7是第三实施例中致动器的横截面视图。

具体实施方式

图1所示为单流式的，并具有位于风箱3中的换气口2的汽缸1，所述换气口2源于未图示的换气容器，该换气容器通过例如，蜗轮增压器被供以加压的废气。

一排气阀4被居中地安装在汽缸盖24’中的汽缸的顶部。在膨胀冲程的末端，所述排气阀在发动机活塞5向下通过所述换气口2之前是处于开启状态的，因此所述活塞上部的燃烧室6中的燃烧气体通过一排气通道7排出，所述排气通道7向外通到一排气容器8中。在所述活塞以一可调节的冲量向上移动的时候，所述排气阀被再次关闭，例如，该可调节的冲量取决于针对随后燃烧的所需的有效压缩比。所述排气阀在关闭移动的时候由气垫弹簧23向上驱动。

考虑到所述阀的耐用性，和考虑到燃烧室中对条件的有利的、精确的控制，以及由此考虑到发动机的效率，优选地，所述排气阀应被非常精确地控制。

所述排气阀通过液压驱动致动器9开启。通过压力管道10供应液压流体，所述压力管道10连接到位于具有一控制口的致动器上的孔口11(仅在图3，4，6，7中所示)处，所述控制口位于由一控制板13支撑的配电盘12的上表面上。所述控制板连接到一高压管道14上，该高压管道14用于在一压力下从一共轨(未图示)处供应液压流体，该压力，例如可在从16巴到500巴的范围内。优选地，所述共轨还可作为用于燃料喷射系统的高压流体的来源。

在燃料的这种情况下，位于所述共轨中的液压流体可被用来直接驱动所述阀动器，或者间接地通过压力放大器/分离器驱动所述阀动器，所述分离器可从位于共轨中的燃料中分离用于阀动器的液压流体。所述共轨燃料系统中的压力依赖发动机的运行状态，例如工作速度和负荷情况而变化。典型地，用于大型二冲程柴油机的所述共轨燃料系统中的压力可在800巴到2000巴之间变化。

如果应用用于所述阀动器的专用共轨，那么可从储罐中通过泵站供应液压流体，所述液压流体，例如可是一种标准液压油，但是优选地，可将发动机中的润滑油作为液压流体，并且从发动机的油槽处给所述系统供应。

所述内燃机可是中速四冲程柴油机或燃气机，或者是低速二冲程十字头型柴油机，其可是一种用于船舶的推进发动机或是一种用于发电厂的固定的原动机。

发动机的每一个汽缸都与一电子控制设备15相连，该电子控制设备15通过导线16接收总的同步和控制信号，并通过导线18在其它的部件中将电控信号传送到一控制阀17处。可以是每一个汽缸都有一个控制设备15，或者是几个汽缸与相同的控制设备相连。所述控制设备还可以从一个总的控制设备处接收信号，该控制设备对所有的汽缸来说是公用的。

在所述控制板中，从所述高压管道处分叉出来的通道19将承压液压流体传送到所述控制阀17上的一高压孔口处。

所述通道19具有多个流体收集器20，当所述控制阀开启的时候，并且在所述控制阀闭合时从所述高压管道处被后供给的时候，该流体收集器20可输送绝大多数的流量。

所述控制阀17上的控制口通过所述配电盘中的一通道21连接到位于所述配电盘12的上表面上的排出口处。所述控制阀还有一罐口，该罐口通过一通道状的回流管路22连接到一用于传送用过的液压流体的回流管处。二者择一地，所述回流管路22可在大气压下被连接到一排水管处，例如，一通向发动机油槽的排水管。所述回流管路中的压力的变化范围可从大气压到几个巴的过压。为了避免空气渗入到所述的致动器，所述回流管路22优选地有一过压，例如至少1巴的过压，所以当所述液压流体从所述致动器中被排出的时候，可在压力管道10中维持此过压。

当所述排气阀4将被开启的时候，来自于所述控制设备15的控制信号驱动所述控制阀17到一位置处，在该位置处所述高压孔口19被连接到所述的控制口上，以使得高压流体有自由的入口到所述压力管道10处和因此再到所述流体供应口11处。当所述排气阀4将被闭合的时候，所述控制阀17被驱动到一位置处，在该位置处所述连接到回流管路22上的罐口被连接到所述的控制口处，因此压力管道10中的高压被排出。

所述控制阀17可是任何常规的类型，例如两位三通单向电驱动开关阀。但是，为了获得快速的，精确的致动阀装置，所示控制阀17优选地由两部分组成，即，一电动阀17a和一用于所述阀动器的主阀17b。所述电动阀17a可是两位三通。例如，它可是在极限位置处有磁锁的类型，在该位置处所述阀由两个线圈中的一个线圈的磁化作用所驱动，所述两个线圈各自位于一阀滑动器的端部上，该阀滑动器由铁磁性材料制成。作为防止所述两个线圈的磁化作用失效的安全措施，一弹簧可预压所述阀滑动器到假定的一不起作用的位置处，在该位置处，到所述回流管路22的罐口是主供应口。二者择一地，所述电动阀可是一常规的电磁阀。所述电动阀的排出口被连接到一中间通道处，该中间通道连通压力到主阀17b的滑动器一端上的活塞表面处，所述滑动器的另一端上具有一持久地与所述高压管道相连接的较小面积的活塞表面。在所述电动阀的一个位置处，所述较小活塞面积上的高压将主滑动器压到一位置处，在该位置处所述回流管通过所述回流管路22被连接到所述主阀的排出口处，所述排出口通向压力管道10。当所述电动阀17a被驱动到它的第二位置处，在该第二位置处所述中间通道被连接到高压管道14上时，较大活塞表面上的高压将所述主阀的滑动器压到它的第二位置处，在该位置处所述高压被传递到压力管道10处，所以所述致动器将所述排气阀开启。

参考图2-4，现在将对致动器9和气垫弹簧的第一实施例进行详细地描述。

所述排气阀有一从阀盘处直立的杆部24，并且所述杆部的上端部支撑一弹簧活塞25，该弹簧活塞25被牢固地安装在所述的杆部上以便在气压缸26中实现压力密封和纵向替换。在所述弹簧活塞的下面，有一个连接到加压气体供应处(未图示)的弹簧室27，在一预定的最小压力，例如4.5巴的过压下，所述加压气体供应处可使得所述弹簧室中充满加压气体。其它的气压也可以应用，例如从3巴到10巴的范围的压力。根据所期望的气垫弹簧的弹出特性，所述最小压力是可以选择的。将几个不同的汽缸上的弹簧室相互连接起来是可能的，但是，优选地，在所述加压气体供应处每一的弹簧室可独立地由一不返回阀56关闭。所述弹簧室27中的加压气体在所述弹簧活塞25上产生一持续向上的力。当所述弹簧活塞25向下位移并压缩所述弹簧室27中的气体时，该向上的力就增加，由所述不返回阀防止弹簧室27中的气体的溢出。

一外壳28绕着所述气垫弹簧并在其上产生一空腔29。所述空腔被连接到一排水管57处，所以所述空腔具有大气压。

所述液压致动器9从汽缸31处构成，该汽缸由所述外壳28的上部支撑。一第一活塞32被容纳在所述汽缸31的一中心孔中。所述中心孔在所述汽缸的上部处是闭合的，而在所述汽缸31的下部处是开启的。所述中心孔与一位于所述外壳28中的孔34同轴设置。

一主压力室35被界定在汽缸31和所述第一活塞的上部之间。液压流体通过一孔口11被供给到和排出所述阀动器。孔口11通过一管道30被连接到孔口36处，该孔口36通向汽缸31中的所述中心孔。二者择一地，孔口11与所述高压源相连，或与所述回流管路相连。所述孔口36通向一中间压力室37，该中间压力室37被界定在所述汽缸31和所述第一活塞的直径缩减的部分38之间。一管道39从管道30处分叉，并与其中的孔口43通向所述中心孔，在所述开启冲程的第一阶段期间，在该中心孔处所述孔口43面向第一活塞中的凹进部41。通过所述凹进部41，所述液压流体到达一二级压力室40中。所述二级压力室被界定在一第二活塞42和所述中心孔的一直径增加的部分之间，所述第二活塞42与所述第一活塞是同轴设置的。所述第二活塞在所述第一活塞上与一凸缘45相啮合以在所述开启冲程的第一阶段中辅助后者。所述第二活塞42的冲程明显地比所述主活塞32的冲程短。在所述第二活塞的冲程的末端，它与一冲程限制器46相接触。因此，在所述开启冲程的第一阶段中，所述第一活塞和所述第二活塞一起移动。因为所述第一活塞处的凹进部41移过了孔口43通向的所述中心孔的位置，所以在所述第二活塞接触到它的冲程限制器46之前，位于所述二级压力室40和孔口43之间的流路被关闭了。因此在所述第二活塞接触在所述的冲程限制器之前，承压液压流体的供给已经很好地结束了，所以，所述第二活塞平缓地落在它的冲程限制器46上。

为了允许所述二级压力室为了闭合运动而被排空，一具有止回阀44的回流管47将所述二级压力室连接到管道10上。

当所述排气阀将被开启时，所述控制阀17将所述高压流体供应到所述孔口11处，并且所述第一、中间和二级压力室将都受压。所述主压力室和二级压力室中的高压液压流体引起所述第一活塞和所述第二活塞同时向下受压。

所述第一活塞的上部包括一锥形部分48，该锥形部分48在直径上朝着所述第一活塞的上部增加。该锥形部分如图1-3中所示，其具有一稍微向外的曲线表面，但是其它的表面，例如一截锥，一稍微向内的曲线表面，它们的组合或者任何所期望的预定外形都是可能的。这样一种外形通过试验，计算机模拟或者分析方法来确定，这些手段用来表明用于所述阀动器的最佳动态特性的沿着所述冲程在每一个位置处的流阻将有多大。然后，据此所述锥形表面被构造。

一向内突出的环形凸缘49从所述中心孔处，即正好在所述孔口36通向所述中心孔的位置的上方处延伸。所述锥形部分48与所述环形凸缘49一起形成一具有一尺寸的狭窄的环形缝隙，该尺寸随着所述第一活塞的位置而改变。所述液压流体不得不通过此缝隙受压以从所述中间压力室流到所述主压力室中。这引起所述中间压力室和主压力室之间的压降。当所述环形缝隙的尺寸减少的时候，该压降就增加，并且随着流量的增加，该压降也逐步增加，因此这有效地防止了所述第一活塞达到过高的速度。所述锥形部分可被定义尺寸以使得所述缝隙超着所述开启冲程的末端变小。所以所述第一活塞朝着所述冲程的末端的速度被有效地限制住了，即使所述液压流体的供给压力相对地较高。所述第一活塞还具有一呈阻尼室50状的冲程阻尼器的端部。所述凸缘45被定义尺寸以与盲阻尼室中的一小缝隙相适合，并且当所述凸缘陷入所述阻尼室中的时候，通过迫使液压流体通过所述的小缝隙流出所述阻尼室的方式，绝大多数剩余的动能被吸收了，并且所述第一活塞的下表面平缓地接触在所述冲程限制器51上。

在所述气弹簧的影响下，所述第一活塞被返回到所述的内缩位置处。所述致动器还具有用于所述闭合运动的呈阻尼室52状的冲程阻尼器的端部。所述活塞的上部被定义尺寸以与盲阻尼室52中的一小缝隙相适合。当所述第一活塞的上部陷入所述阻尼室中的时候，绝大多数剩余的动能被吸收了，并且所述阀平缓地接触在所述阀座上。

位于所述孔口36和所述主压力室35之间的流路的流阻可通过改变所述锥形部分的设计来调节，根据所述第一活塞的各自位置处的主压力室35中所需的压力来改变上述的锥形部分的设计。因此，所述阀动器可与一高压源一起被适当地操作，该高压源有一可变的压力。相对较低的供给压力将引起所述阀的较低的加速度。因此，所述电子控制设备15可保持所述阀开启的时间稍微长一些。图5很好地图示出所述电子控制设备15持续地调整所述阀开口的时限和长度以补偿高压液压流体供给中的压力变化。图5中的实线所示为用于标准液压流体压力的常规阀的时限。当所述供给压力相对低时，所述电子控制设备将指示所述阀开启地相对早一点，并保持开启状态的时间相对长一些，以确保燃烧室中用于气体适当排出的阀开启的时间足够长(如图5中具有长短间隔的虚线所示)，当所述供给压力相对较高时，反之亦然(如图5中另一条虚线所示)。

汽缸包括一排出和回流管道53，该管道将主压力室35连接到所述孔口34处。当所述第一活塞位于一中间位置处时，温的液压流体可通过所述的致动器被循环。这种设计的优点是当发动机不在运行状态下时，依然能保持所述阀在工作温度上，并且这种设计还具有有效的排气作用。

图6所示为所述阀动器的第二实施例。所述阀动器根据第一实施例的阀动器大体上是相同的构造，除了改变位于孔口11和主压力室35之间的主流路的流动限制的装置以外。在本实施例中，孔口36被一个倾斜孔口36’取代了。所述倾斜孔口与所述上部分一起形成一流动限制，当所述第一活塞从所述内缩位置处运动到所述伸展位置处时，该流动限制就增加，并且在到达所述开启冲程的末端之前，所述主流路已经被完全地阻塞了，以防止任何液压流体进一步地流到所述主压力室中，所以所述第一活塞和所述阀将在所述开启冲程的最后阶段中减速。所述液压流体从孔口36’处通过一管道54流入所述中间压力室中，并进一步流入主压力室中，该管道54将中间压力室连接到主压力室35上。

图7所示为所述阀动器的第三实施例。所述阀动器根据第二实施例的阀动器大体上是相同的构造，除了改变位于孔口11和主压力室35之间的主流路的流动限制的装置以外。管道30被连接到多个相对狭窄的管道55处，该狭窄的管道55一个位于一个下面地通过孔口36”通向所述中间压力室。所述狭窄通道中的流动限制在所述液压流体的高流速处产生一相当大的压降。在所述的开启冲程中，所述第一活塞的上部分一个接一个地关闭所述孔口36”。因此在所述的开启冲程中，主流路中的流动限制逐步地增加。当沿着所述开启冲程的方向时，图7中所示的狭窄的管道55的横截面积随着每一个狭窄的通道变小。当所述第一活塞移动到所述伸展位置处时，这引起了主流路中流动限制的逐步增加。二者择一地，所述管道55可是横截面积相同(未图示)，或者具有相对大的横截面积，且在所述管道55中设置一流量限制器(未图示)。

在上述实施例中配置的气弹簧可被一返回冲程压力室和一活塞表面取代，该活塞表面迫使所述第一活塞到所述的内缩位置处。这个实施例(未图示)将需要对控制阀进行稍微地修改，该控制阀能将承压液压流体供应到用于将所述活塞迫使到所述内缩位置处的返回冲程压力室。如上面所述，相同的原理可被用来控制相对于所述第一活塞的位置的返回冲程压力室中的压力。

尽管详细地用图解的方式描述了本发明的目的，但是可以理解的是这些细节仅仅是用于上述的目的，而本领域的技术人员可在不偏离权利要求的范围内对其进行修改。

Claims (4)

1.一种十字头型的大型双冲程柴油机发动机，包括：

多个气缸(1)，每个气缸具有至少一个排气阀(4)；

一个与各排气阀(4)相配合的液压阀致动器(9)；

一个共用燃料轨；

一个用于将燃料传送至共用燃料轨的高压燃料源；以及

一个用于运转来自所述共用轨燃料的燃料喷射系统，各阀致动器(9)可与所述共用燃料轨工作连接。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中致动器(9)通过一个控制阀(17)连接至共用燃料轨。

3.根据权利要求2所述的发动机，其中控制阀(17)是电动致动的。

4.根据权利要求2或3所述的发动机，其中控制阀(17)是开/闭型的，并且阀致动器(9)包括一个具有可变液压阻抗的流动路径，液压阻抗依赖于相关排气阀(4)的位置而变化。

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