具有排气阀致动系统的内燃发动机技术方案

一种大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机，具有设有排气阀(4)的多个汽缸(1)。排气阀(4)在闭合位置和打开位置之间在相反方向上可移动。空气弹簧(66)可操作地连接至排气阀(4)并且配置为将排气阀(4)推向其闭合位置。液压致动器(60)配置为当对液压致动器(60)加压时将排气阀(4)推向其打开位置。提供用于测量排气阀(4)的速率装置(80)，并且控制器(50)可操作地连接至加压的液压液体源(80,82)。控制器(50)收到表示所测量的排气阀(4)的速率的信号，并且控制器(50)配置为通过响应于所测量的排气阀(4)的速率控制所述可控制得加压的液压液体源(80,82)来控制排气阀(4)的速率。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种具有排气阀致动系统的大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机，更具体地涉及一种具有电控排气阀致动系统的大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机。
技术介绍
通常将大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机用作大型远洋船舶诸如货柜船或发电厂的原动机。这些发动机的汽缸在缸盖中(即汽缸的顶部处)具有单个排气阀并在汽缸衬垫的下部区域具有一圈活塞控制的扫气口。近来，这些发动机的大部分具有电控和液压排气阀致动系统。与凸轮轴控制的排气阀致动系统相比，电控系统允许大大提高灵活性和可调性，其允许在发动机的全范围的操作条件下对排放和燃料消耗进行优化。具有电控排气阀致动系统的大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机具有以下缺点：液压系统必须反抗在燃烧室中作用在具有相当大的有效压力区的阀盘上的压力并反抗将排气阀推向其底座的空气弹簧的力才能打开排气阀。因此，最初需要非常大的力来打开排气阀。一旦排气阀有些许提升，打开排气阀所需的力会突然减小，这是因为其仅仅是在闭合方向上推动排气阀的空气弹簧的力。因此，非常高的压力被施加到排气阀顶部的液压致动器以能够反抗燃烧室中的压力而打开排气阀，但其后不久此高压力过度并引起排气阀加速到没有必要的程度且经常引起液压排气阀致动系统中的空穴现象。此问题在低负荷条件下尤其严重。原因是排气阀致动被标准化地快速打开以获得全负荷，即将阀盘暴露于最高燃烧压力下。在低负荷期间，燃烧压力低得多并因此，排气加速更快并获得比预期更大的速率，在其向其打开位置运动的最后阶段需要更大量的减速，从而
引起负压，即液压阀致动系统的空穴现象。降低液压给进压力并不是减少或克服空穴现象的可行的解决方法，因为这与为了克服燃烧室中的压力而在排气阀的打开运动的第一阶段产生相当大的力的需要相冲突。进一步地，空气弹簧的特征相对不可预测，由于它们取决于不同的操作条件并随时间改变。因此，如果没有可能在发动机建造期间为不同的发动机负荷简单地校准阀致动系统以避免排气阀在低负荷下获取太高的速率，这将是非常困难的。最近一段时间，由于船运公司倾向于在低于设计速度的速度下驾驶它们的船(所谓的减速航行)，并因此较长时间在远低于最大负荷水平的负荷水平下操作主发动机，这个问题已加剧。
技术实现思路
考虑到上文，本专利技术的目的是克服或至少减少上文提到的问题。上述和其他目的通过独立权利要求的特征实现。根据从属权利要求、说明书和附图，另外的实现形式是显而易见的。根据第一方面，提供了一种大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机，所述发动机包括具有在其下部区域的扫气口和在顶部的排气阀的多个汽缸；具有阀杆和阀盘的排气阀，所述排气阀在闭合位置(其中阀盘靠在阀座上)和打开位置之间在相反方向上可移动；具有容纳在空气弹簧汽缸中的弹簧活塞的空气弹簧，所述空气弹簧可操作地连接至阀杆并且所述空气弹簧被配置为有弹性地将排气阀推向其闭合位置；液压致动器，其具有孔和可滑动地并密封地容纳在所述孔中的柱塞并具有在所述孔中的在所述柱塞的一侧的压力室，所述柱塞连接至排气阀的杆并且所述液压致动器配置为当对所述压力室加压时将排气阀推向其打开位置；连接至所述液压致动器的可控制的加压的液压液体源；用于测量排气阀速率的装置；和可操作地连接至所述可控制的加压液压液体源的控制器，所述控制器收到表示所测量的排气阀的速率的信号，所述控制器配置为通过响应于所测量的排气阀的速率控制所述可控制的加压的液压液体源来控制所述排气阀的速率。通过测量排气阀的速率并通过响应于其调整送往的液压排气阀致动系统的液压动力，能够控制排气阀获得的速率并因此能够避免可能导致空穴现象的过大的速率。根据第一方面的第一实施方式，控制器配置为控制排气阀的速率以在其从所述底座到打开位置的运动期间得到所述排气阀所需的最大速率或平均速率。根据第一方面的第二实施方式，所需的最大速率或平均速率取决于发动机的负荷。根据第一方面的第三实施方式，控制器配置为根据实际发动机负荷调整所述所需的最大速率或平均速率。因此，将供应给液压阀致动系统的液压动力的量调整为操作条件。根据第一方面的第四实施方式，控制器根据实际发动机负荷从方程式或从查找表确定所述所需的最大速率。根据第一方面的第五实施方式，所述可控制得液压液体源包括比例阀。根据第一方面的第六实施方式，比例阀连接至高压液压液体源并且其中所述控制器通过调整所述比例控制阀的打开而控制所述排气阀的速率。根据第一方面的第七实施方式，将所需的最大速率或平均速率水平设置为足够高以确保排气阀的打开足够快并且足够低以避免所述可控制的液压液体源中的空穴现象。根据第一方面的第八实施方式，对于每个给定的发动机循环数，测量排气阀的速率。对于每一个发动机循环或例如每一个第二、第三或其他合适的发动机循环数能够测量速率。由于大型涡轮增压二冲程内燃发动机的负荷条件通常变化较慢，所以没有必要测量每一个发动机循环的排气阀得到的实际速率。根据第一方面的第九实施方式，所述控制器配置为响应于排气阀的最新测量速率控制可控制的液压液体源。根据第二方面，上述目的还通过提供一种用于控制具有液压致动排气阀的大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机的排气阀的最大或平均速
率的方法来实现，所述方法包括测量排气阀从其闭合位置到其打开位置的运动中的速率，并响应于所测量的排气阀的速率调整送往排气阀的液压动力的量。根据第二方面的第一实施方式，该方法还包括控制排气阀的速率以得到排气阀从其闭合位置到其打开位置的运动的预定的平均或最大速率的步骤。根据第二方面的第二实施方式，对于每个给定的发动机循环数，测量所述排气阀的速率。根据第三方面，上述目的还通过提供一种大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机来实现，所述大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机具有多个汽缸(具有扫气口和排气阀)，所述排气阀在闭合位置和打开位置之间在相反方向上可移动；具有在空气弹簧汽缸中的弹簧活塞的空气弹簧，可操作地连接至排气阀并且所述空气弹簧配置为将排气阀推向其闭合位置；当对液压致动器加压时，液压致动器配置为将排气阀推向其打开位置；可控制的加压的液压液体源连接至液压致动器；提供用于测量排气阀速率的装置；且控制器可操作地连接至所述加压的液压液体源。该控制器收到表示所测量的排气阀的速率的信号，且所述控制器配置为通过响应于所测量的排气阀的速率控制所述可控制的加压的液压液体源来控制所述排气阀的速率。根据下文所述的实施方式，本专利技术的这些和其他方面将是显而易见的。附图说明在本公开的以下详细的部分，将参考在附图中所示的示例性实施方式更详细地说明本专利技术。图1是示出了根据示例性实施方式的大型二冲程自燃式涡轮增压发动机的前端和一侧的俯视图，图2是示出了图1中的发动机的后端和另一侧的俯视图，图3是根据图1的发动机的具有其进气和排气系统的图示，图4是根据图1的发动机的排气阀的截面图，图5是说明图1的发动机的电动液压排气阀致动系统的图，图6是说明图1的发动机的排气阀的打开运动和与之相关的液压的图，和图7是说明传统(现有技术)的发动机的排气阀的打开运动和与之相关的液压的图。具体实施方式在以下详细的描述中，将通过示例性实施方式描述该大型二冲程发动机。图1至图3示出具有曲轴42和十字头43的大型低速涡轮增压二冲程柴油机。图3示出了具有其进气和排气系统的大型低速涡轮增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机，所述发动机包括：多个汽缸(1)，具有在其下部区域的扫气口(22)和在其顶部的排气阀(4)；排气阀(4)，具有阀杆(23)和阀盘(25)，所述排气阀(4)可在其中所述阀盘(25)靠在阀座(26)上的闭合位置和打开位置之间在相反的两方向上移动；空气弹簧(66)，具有容纳在空气弹簧汽缸(69)中的空气弹簧活塞(67)，所述空气弹簧(66)可操作地连接至所述阀杆(23)并且所述空气弹簧被配置为有弹性地将所述排气阀(4)推向其闭合位置；液压致动器(60)，具有孔(63)和可滑动地并密封地容纳在所述孔(63)中的柱塞(61)并具有在所述孔(63)中在所述柱塞(61)的一侧的压力室(62)，所述柱塞(61)连接至排气阀(4)的阀杆(23)并且所述液压致动器(60)被配置为当对所述压力室(62)加压时将排气阀(4)推向其打开位置；可控制的加压的液压液体源(80,82)，连接至所述液压致动器(60)；用于测量所述排气阀(4)的速率的装置(82)；和控制器(50)，可操作地连接至所述加压的液压液体源(80,82)，所述控制器(50)收到表示所述所测量的排气阀(4)的速率的信号，所述控制器(50)被配置为通过响应所测量的排气阀(4)的速率控制所述可控制的加压的液压液体源(80,82)来控制所述排气阀(4)的速率。...

【技术特征摘要】
2015.05.06 DK PA2015002711.一种大型涡轮增压二冲程自燃式内燃发动机，所述发动机包括：多个汽缸(1)，具有在其下部区域的扫气口(22)和在其顶部的排气阀(4)；排气阀(4)，具有阀杆(23)和阀盘(25)，所述排气阀(4)可在其中所述阀盘(25)靠在阀座(26)上的闭合位置和打开位置之间在相反的两方向上移动；空气弹簧(66)，具有容纳在空气弹簧汽缸(69)中的空气弹簧活塞(67)，所述空气弹簧(66)可操作地连接至所述阀杆(23)并且所述空气弹簧被配置为有弹性地将所述排气阀(4)推向其闭合位置；液压致动器(60)，具有孔(63)和可滑动地并密封地容纳在所述孔(63)中的柱塞(61)并具有在所述孔(63)中在所述柱塞(61)的一侧的压力室(62)，所述柱塞(61)连接至排气阀(4)的阀杆(23)并且所述液压致动器(60)被配置为当对所述压力室(62)加压时将排气阀(4)推向其打开位置；可控制的加压的液压液体源(80,82)，连接至所述液压致动器(60)；用于测量所述排气阀(4)的速率的装置(82)；和控制器(50)，可操作地连接至所述加压的液压液体源(80,82)，所述控制器(50)收到表示所述所测量的排气阀(4)的速率的信号，所述控制器(50)被配置为通过响应所测量的排气阀(4)的速率控制所述可控制的加压的液压液体源(80,82)来控制所述排气阀(4)的速率。2.根据权利要求1所述的发动机，其中所述控制器(50)配置为控制所述排气阀(4)的速率以在其从底座到打开位置的运动期间得到所述排气阀所需的最大速率或平均速率。3.根据权利要求2所述的发动机，所述所需的最大速率或平均速率取决...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·杰森，
申请(专利权)人：曼柴油机欧洲股份公司曼柴油机德国分公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK