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具有启动空气系统的大型低速涡轮增压二冲程自燃内燃机.pdf

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具有 启动 空气 系统 大型 低速 涡轮 增压 冲程 自燃 内燃机
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摘要
申请专利号:

CN201510424978.5

申请日:

2015.07.17

公开号:

太阳城集团CN105020079A

公开日:

2015.11.04

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):F02N 9/04变更事项:专利权人变更前:曼柴油机欧洲股份公司曼柴油机德国分公司变更后:曼能解决方案(曼能解决方案德国股份公司)分公司变更事项:地址变更前:丹麦哥本哈根变更后:丹麦哥本哈根|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02N 9/04申请日:20150717|||公开
IPC分类号: F02N9/04 主分类号: F02N9/04
申请人: 曼柴油机欧洲股份公司曼柴油机德国分公司
发明人: 金姆·延森; 尼尔斯·谢姆特鲁普
地址: 丹麦哥本哈根
优先权: PA201400395 2014.07.17 DK
专利代理机构: 北京品源专利代理有限公司11332 代理人: 杨生平; 钟锦舜
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510424978.5

授权太阳城集团号:

|||105020079B||||||

法律状态太阳城集团日:

2018.12.07|||2017.06.27|||2016.10.12|||2015.11.04

法律状态类型:

太阳城集团专利权人的姓名或者名称、地址的变更|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供了一种具有十字头(41)的单流式的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机。发动机包括多个气缸(1a…1n),与加压空气源(8)。每个气缸(1)都设置有:在气缸(1a…1n)的下端处或在气缸(1a…1n)下端的附近的扫气端口(17),在气缸(1a…1n)的顶部处的凸轮控制的排气阀(4a…4n),此排气阀(4a…4n)被气动弹簧(30)弹性地推动到其闭合位置处,一个或多个燃料喷射阀(6a…6n),以及连接到加压空气源的启动空气阀(13a…13n)。发动机还包括构造为气动地与单独地致动启动空气阀(13a...13n)的启动空气分配器(11),与用于通过启动空气分配器(11)驳回启动空气阀(13a...13n)的单个致动的装置。用于驳回的装置构造为当与相同气缸关联的排气阀(4)打开时驳回启动空气阀(13a...13n)的单独致动。

权利要求书

权利要求书
1.  一种具有十字头(41)的单流式的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机,所述发动机包括:
多个气缸(1a…1n);
加压空气源(8);
每个气缸(1a…1n)都设有:
位于所述气缸(1a…1n)的下端处或所述气缸(1a…1n)的下端的附近的扫气端口(17);
位于所述气缸(1a…1n)的顶端的凸轮控制的排气阀(4a…4n),所述排气阀(4a…4n)通过气动弹簧(30)被弹性地推动到其闭合位置;
一个或多个燃料喷射阀(6a…6n);以及
连接到所述加压空气源的启动空气阀(13a…13n);
构造为气动地并且单独地致动所述启动空气阀(13a...13n)的启动空气分配器(11),其特征在于,
用于通过所述启动空气分配器(11)驳回启动空气阀(13a...13n)的单独致动的装置,用于驳回的所述装置构造为当与所述相同气缸(1a…1n)关联的所述排气阀(4)打开时驳回启动空气阀(13a...13n)的单独致动。

2.  根据权利要求1所述的发动机,其中,用于驳回启动空气阀(13a...13n)的单独致动的所述装置包括在气动信号管道(15a…15n)中的驳回阀(16a…16n),所述驳回阀(16a…16n)具有将所述启动空气分配器(11)连接到启动空气阀(13a...13n)的第一位置以及将所述启动空气分配器(11)连接到周围空气的第二位置。

3.  根据权利要求1的发动机,其中,通过与所述相同气缸(1a…1n)关联的所述排气阀(4)的所述位置控制所述驳回阀(16a…16n)的所述位置。

4.  根据权利要求3所述的发动机,其中,所述驳回阀(16a…16n)弹性地偏转到所述第一位置并且通过气动控制压力朝向所述第二位置可移动,所述气动控制压力是与所述相同气缸(1a…1n)关联的所述排气阀(4)的所述气动弹簧(30)中的压力。

5.  根据权利要求1所述的发动机,其中,所述启动空气分配器(11)构造为 根据预定的致动顺序单独地致动所述启动空气阀(13a...13n)中的每个。

说明书

说明书具有启动空气系统的大型低速涡轮增压二冲程自燃内燃机
技术领域
本发明涉及具有启动空气系统并且具有十字头与凸轮轴的大型低速涡轮增压二冲程自燃内燃机。
背景技术
具有十字头的大型低速二冲程内燃机通常地用于大型船的推进系统中或者用作发电厂中的原动机。这些发动机具有设置在活塞与曲轴之间的十字头。
排放要求已经并且将会越来越难以满足,尤其是太阳城集团单氮氧化物水平(NOx)。NOx的形成主要地取决于燃烧温度以及存在于燃烧室内的氧气量。为了符合排放要求,压缩体积被减小,因为这减少了可用于燃烧的氧气量,并且由此降低了NOx水平。
在设有用于控制排气阀的打开与闭合的凸轮轴的大型低速单流涡轮增压二冲程内燃机的情形中,通过在凸轮轴上的凸轮的变化的轮廓造成了压缩体积的此改变排气阀。
减小压缩体积使压缩压力增加。然而,发动机的机械构造不允许压缩压力显著地增加,并且由此当压缩体积减小时,需要显著地延迟排气阀的闭合正时。
利用所谓的启动空气系统来启动大型低速涡轮增压二冲程内燃机。启动空气系统构造为以适当的顺序将加压的启动空气泵送到发动机的气缸中,以便由此启动发动机。当活塞在动力冲程上向下移动时,启动空气流入到气缸中。
在已知的大型二冲程自燃内燃机中,在启动空气接收器中的启动空气由通过由大型船用柴油机驱动的发电机组或者发电机产生的电功率上的电驱动启动空气压缩机提供。
通过启动空气分配器分配用于单个气缸的启动空气。分配器以太阳城集团曲轴的 位置的正确顺序打开与关闭和气缸的每个相关的空气启动阀。为了确保发动机在任何给定曲轴位置处启动,必要的是其中单次空气启动阀打开的曲轴位置间隔大于360°/Ncyl。如果这不被确保,那么将会存在其中不具有任何打开的启动空气阀的曲轴位置并且什么都不会发生。
排气阀的延迟闭合致使其中启动空气阀与排气阀同时地打开的很大的重叠(参照图6和图7)。由于启动空气在不使任何能量传送到活塞的情况下仅从启动空气阀流动到排放空气接收器,因此这导致启动空气的大量消耗,其不利于曲轴上的转矩。
尤其对于具有几个气缸的发动机来说,排气阀由于其中启动空气阀与排气阀均打开的重叠间隔以及由此被吹送到发动机排放系统中的启动空气,排气阀的迟延闭合太阳城集团启动发动机是有问题的。当倒车启动(倒转)时,重叠尤其大,联接到固定螺距推进器的船用发动机必须能够做到。
在已知的发动机中,已经试图通过减小排气阀的打开间隔来降低启动空气的损失。然而,此方法导致排气阀明显更早地关闭,这导致在发动机启动过程中明显增加的压缩工作,这继而使发动机的启动性能变差。
发明内容
在此背景上,本申请的目的是提供一种具有排启动空气系统的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机,其克服或者至少减少了上面指出的问题。
根据第一方面,通过提供具有十字头的单流式的大型低速涡轮增压二冲程内燃机实现了此目的,此发动机包括多个气缸;加压空气源;每个气缸都设有:在气缸的下端处或气缸的下端的附近的扫气端口;在气缸的顶部处的凸轮控制的排气阀,排气阀通过气动弹簧被弹性地推动到其闭合位置;一个或多个燃料喷射阀;以及连接到加压空气源的启动空气阀;构造为气动地与单独地致动启动空气阀的启动空气分配器;以及用于通过启动空气分配器驳回启动空气阀的单独致动的装置,用于驳回的装置构造为当与相同气缸关联的排气阀打开时驳 回启动空气阀的单独致动。
通过提供当具有相同气缸的排放打开时防止单个启动空气阀打开的单个驳回装置,在不促使发动机的启动的情况下,防止了启动吹入到现有系统中。因此,在发动机启动过程中,在不增加压缩工作的情况下,防止启动空气的损失。由于全部排气阀由于用于致动排气阀的液压推杆中的压力损失都将通常地返回到它们的闭合位置,因此,将存在驳回装置将不需要在发动机启动的最开始处起作用,并且将在启动空气时具有完全有效的初始启动冲程,由此显著地提高了发动机的启动性能并且减小了启动空气消耗。
根据第一方面的第一实施,用于驳回启动空气阀的单个致动的的装置包括在启动信号管道中的驳回阀,该驳回阀(16a…16n)具有将启动空气分配器(11)连接到启动空气阀(13a...13n)的第一位置以及将启动空气分配器(11)连接到周围空气的第二位置。
根据第一方面的第二实施,通过与相同气缸关联的排气阀的位置来控制驳回阀的位置。
根据第一方面的第三实施,驳回阀弹性地偏转到第一位置并且可通过气动控制压力朝向第二位置可移动,气动控制压力是与相同气缸关联的排气阀的气动弹簧中的压力。
根据第一方面的第四实施,启动空气分配器构造为根据预定的致动顺序单独地致动启动空气阀中的每个。
通过详细的描述,根据本发明的其它目的、特征、优点与特性将变得更加显而易见。
附图说明
在本说明书的下面的详细部分中,将参照附图中示出的示例性实施方式更加详细地说明本发明,在附图中:
图1是根据示例性实施方式的大型二冲程柴油发动机的前视图;
图2是图1的大型二冲程发动机的侧视图;
图3是根据图1的大型二冲程发动机的横截面图示;
图4是图1至图3的具有启动空气系统的大型内燃机的示意图;
图5是根据图4的具有根据实例实施方式的驳回装置的发动机的一个气缸的示意图;
图6是根据图4的具有根据另一个实例实施方式的驳回装置的发动机的一个气缸的示意图;
图7是示出在倒车运行中的气缸的排气阀和启动空气阀的打开间隔的圆形图;以及
图8是示出在正车运行中的气缸的排气阀和启动空气阀的打开间隔的圆形图。
具体实施方式
在下面的详细描述中,将通过实例实施方式描述大型低速二冲程内燃机。图1-图3示出了具有曲轴42与十字头43的大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机。图3在截面图中示出了具有其吸入与排放系统的大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机的示意图。在此实例实施方式中,仅出于说明目的,发动机具有四个气缸1。应该显而易见的是,在不偏离本发明的方面的情况下,实际上可以使用任何其它数量的气缸1。大型涡轮增压二冲程柴油发动机通常具有通过发动机机架45承载的四个与十六个之间的直列气缸。在航海船中发动机可以例如用作主发动机。发动机的总输出可以例如在从5,000kW到110,000kW的范围。
发动机是在气缸1的下方区域具有扫气端口17并且在气缸的顶部具有排气阀4的二冲程单流式(自燃)柴油机发动机。发动机可以以多种类型燃料运行,诸如例如船用柴油、重油或气体(液化石油气、液化天然气、甲醇和/或乙醇)。扫气从扫气接收器2通过到单个气缸1的扫气端口17。气缸1中的活塞41压缩扫气,注入燃料并且接着燃烧并且产生废气。当排气阀4打开时,废气流动通 过与关联到废气接收器3中的气缸1相关的排放管道7并且向前通过第一排放管道到主(恒定压力)涡轮增压器5的涡轮机,废气远离该涡轮机流动通过第二排放管道。通过轴,涡轮增压器5的涡轮机驱动经由进气口供给的压缩机。压缩机将加压的扫气传送到引导到扫气接收器的扫气管道。在实施方式中(未示出),发动机具有多于一个主涡轮增压器。
扫气接收器2具有由例如板金属构造的细长中空圆柱形本体与基本上圆形的横截面轮廓以形成中空缸体。扫气接收器2具有大的横截面直径与大的整体体积,以便吸收由单个气缸1的扫气端口17的打开与吸入扫气造成的压力波动,即以确保扫气接收器2中的基本上恒定的压力。
废气接收器3具有由例如板金属构造的细长中空圆柱形本体与基本上圆形的横截面轮廓。废气接收器3经由延伸到废气接收器3中的单个排放管道7接收来自气缸1的废气。废气接收器3具有相当大的横截面直径与大的体积,以便吸收由单个气缸1的排气阀4打开并且以高速将废气发送到废气接收器3造成的压力波动,即,以确保废气接收器3中的基本上恒定的压力。
参照图4和图5,描述启动空气系统。发动机具有“n”多个气缸1a、1b、1c到1n,往复运动活塞41a…42a容纳在各气缸1a…1n中。
活塞41a…41n可滑动地容纳在其上方具有燃烧室44的气缸1a内部,排气阀4a…4n与液压排气阀致动器33控制废气到排放通道4的流动。直线液压废气阀致动器33经由液压推杆(未示出)以传统方式连接到凸轮轴(未示出)。
扫气管道26将扫气传送到活塞控制的扫气端口17。气缸1a…1n的顶部覆盖件设有一个或多个燃料阀6a-6n以将燃料注入气缸1a…1n中的燃烧室中。
启动空气阀13a-13n还设置在气缸1a…1n的每个的顶部覆盖件中并且这些启动空气阀13a-13n可操作地连接到启动空气系统。
启动空气系统包括一个或多个启动空气接收器9,其通过具有中间冷却器的一个或多个电驱动二级或三级启动空气压缩机8经由管道被再填充以压缩空气到在实施方式中大约30巴的压力。
启动空气接收器9的总能力足以启动发动机多次,例如在不给启动空气接收器9再充电的情况下,在正车和倒车之间交替12次。
启动空气接收器9安装有泄压阀(未示出)以限制压力升高到设计压力的10%以上。在实施方式中可以设置压力传感器(未示出)以便探测启动空气接收器9内部的压力等级。在实施方式中,在启动空气接收器中的初始压力大约是30巴,足以启动发动机至少多次。
通常地设有两个启动空气压缩机8,其能够在大约一个小时内给空气接收器9或多个接收器9从空到满地充电。
每个启动空气压缩机8都通过电驱动电机驱动。通过与大型低速二冲程内燃发动机相关的发电机组提供用于驱动电机的电能。
启动空气管道12将启动空气接收器9经由歧管流体地连接到启动空气阀13a…13n中的每个。
启动空气分配器11确保相应启动空气阀13a-13n的致动的正时。在实施方式中,空气分配器11包括一些列导向阀,围绕凸轮径向地布置的每个气缸一个导向阀。对发动机(曲轴位置)定时并且从凸轮轴驱动,分配器以正确的顺序打开与闭合空气启动阀13a…13n。
在另一个实施方式中,空气分配器11包括具有孔的旋转圆盘,该孔与其中容纳圆盘的壳体中的端口相应。旋转圆盘被定时到发动机(曲轴位置)并且从凸轮轴驱动并且以正确顺序打开与闭合空气启动阀13a…13n。
空气分配器11经由单个气动信号管道15a…15n连接到在启动空气阀13a…13n的每个上的控制端口。在气动信号管道15a…15n的每个中设有驳回阀16a…16n。启动空气阀13a…13n具有打开与闭合位置并且启动空气阀13a…13n弹性地偏转到它们的闭合位置处。当启动空气阀13a…13n的控制端口被加压时,其被推动到其打开位置。
当有必要启动发动机时,主阀10打开并且启动空气阀13a…13n的入口端口被加压。单个启动空气阀13a…13n经由气动信号管道15a..15n通过来自启动空 气分配器11的气动信号以正确的顺序被致动,并且由此在启动空气分配器11的控制下,气缸1a…1n经由导管12被供给以来自启动空气接收器9的启动空气。
启动空气阀13a-13n可以彼此独立地控制使得一个或多个气缸1a、1b、1c至1n被供给以来自启动空气接收器9的压缩空气以便启动发动机。
应该注意的是,在图5中仅示出了一个气缸1a并且参照该气缸1a。然而,此描述另外地或者单独地适用于从1b到1n的其它气缸中的任一个。
在实施方式中,驳回装置包括驳回阀16a…16n。如可以在图5中看到的,驳回阀16a具有两个位置。在第一位置(示出)处,驳回阀16a…16n将启动空气分配器11连接到启动空气阀13a的控制端口。在第二位置处,驳回阀16a将启动空气分配器连接到周围环境空气,由此防止气动信号从启动空气分配器达到启动空气阀13a。驳回阀16a弹性地偏转到第一位置。提供的驳回阀是控制端口并且可以通过将气动压力施加到控制端口而被推动到第二位置。在此实例实施方式中,控制端口经由气动信号管道19a连接到气动弹簧30的弹簧室34。
气动弹簧30包括具有可滑动地容纳在其中的弹簧活塞31的缸体。弹簧活塞31被固定到排气阀4的杆。液压直线致动器33逆着弹簧室34中的压力向下地推动阀杆与弹簧活塞31以使排气阀4移动到其打开位置(示出)。直线致动器33以传统方式经由连接到通过在凸轮轴(未示出)上的凸轮致动的活塞泵(未示出)的液压推杆接收液压压力。
当排气阀4通过液压致动器33移动到打开位置时,在弹簧室34中的压力增加并且气动信号管道19a将此增加的压力联通到驳回阀16a的控制端口,由此将驳回阀16a移动到其第二位置并且使气动信号管道15a连接到周围空气(例如发动机室),使得当排气阀4打开时不能致动启动空气阀13a。
当排气阀4闭合时,弹簧室34中的压力减小并且驳回阀16a返回到其第一位置处,由此不再驳回来自气动信号管道15a中的启动空气分配器11的气动信号,并且由此启动空气阀13a可以被致动并且用于启动发动机。
在与根据图5的实施方式类似的另一个实施方式中,驳回装置还包括双向驳回阀16a…16n。然而,这在此实施方式中,此双向阀弹性地偏转到其允许来自启动空气分配器11的气动信号传送通过信号管道15a…15n到相应的启动空气阀13a…13n的位置。在驳回阀16a…16n的第二位置处,从启动空气分配器11到相应的启动空气阀13a…13n的气动信号被阻挡。驳回阀16a…16n可以通过将气动压力施加到驳回阀16a…16n的控制端口而被推动以移动到其第二位置。驳回阀16a…16n的控制端口经由信号管道19a…19n连接到气动弹簧30的缸体中的端口。端口定位为使得当排气阀4闭合时,其将与弹簧活塞31下方的弹簧室34联通,并且端口定位为使得当排气阀4位于其打开位置中时,其将与弹簧活塞31上方的空气室联通。弹簧室34中的压力显著地高于空气室35中的压力。因此,当排气阀闭合时,驳回阀16a…16n在其控制端口上将具有高压并且由此采用其第一位置,在第一位置处,其允许来自空气分配器11的气动信号达到相应的启动空气阀13a…13n,并且当排气阀打开时,驳回阀16a…16n在其控制端口上将具有低压并且由此采用其第二位置,在第二位置处,其防止来自空气分配器11的气动信号达到相应的启动空气阀13a…13n,由此驳回启动空气分配器11的信号。
驳回阀在实施方式方式(未示出)中可以是接收来自压力传感器或指示排气阀的位置的位置传感器的电信号的电控阀。压力传感器在实施方式中可以连接到液压推杆。此外,在实施方式中,启动空气阀可以是基于来自压力传感器或者探测排气阀的位置的压力传感器的信号来接收驳回信号的电控阀。
在发动机停止期间,由于液压推杆将缓慢地丧失压力,因此在气动弹簧30的影响下,全部排气阀4都将返回到它们的闭合位置。由此,不考虑曲轴的位置,将不具有在发动机启动的开始时被驳回的任何启动空气阀13a…13n,并且在发动机启动的开始时,在没有到废气接收器的驳回或压力损失的情况下实现了完全的启动空气致动,由此显著地提高了发动机启动性能。
图7示出了排气阀的打开间隔52以及用于“倒车”启动发动机的全部启 动空气阀的打开间隔51。为了“倒车”启动,两个间隔之间的重叠是非常显著的。
图8示出了排气阀的打开间隔52与用于“正车”启动的启动空气阀的打开间隔51。为了“正车”启动,两个间隔之间的重叠是非常显著的。
如在权利要求中使用的术语“包括”不排除其它的元件或步骤。如在权利要求中使用的术语“一个”(“a”)或“一个”(“an”)不排除多个。
在权利要求中使用的附图标记不应解释为限定范围。
尽管出于说明的目的详细地描述了本发明,但是应该理解的是,此细节仅用于此目的,并且在不偏离本发明的范围的情况下,本领域中的技术人员在此可以对其作出修改。

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