带有排气控制的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机制造技术

一种具有十字头的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机，包括多个气缸，气缸具有气缸盖、排气阀和排气管道。气缸盖设置有排出阀，排出阀的入口流体连接到燃烧室，并且排出阀的出口流体连接到排放管道。排出阀设置有在关闭位置和完全打开位置之间在它们之间的中间位置范围内可运动的可移动阀构件。当可移动阀构件处于中间位置中的任何一处或处于完全打开位置时，排出阀允许气体从入口流向出口，而当可移动阀构件处于关闭位置时，排出阀防止气体从入口流向出口。可移动阀构件具有暴露于燃烧室中的压力的第一有效压力表面，且可移动阀构件具有暴露于用于将可移动阀构件推向关闭位置的液压的第二有效压力表面。

【技术实现步骤摘要】
带有排气控制的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机
本公开涉及对具有十字头的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机中的排气事件的控制。
技术介绍
十字头式的大型二冲程涡轮增压压缩点火式内燃发动机例如用于大型远洋船舶的推进力或作为动力装置中的原动力。不仅由于尺寸庞大，这些二冲程柴油发动机还被构造为与任何其它内燃发动机不同。它们的排气阀可以重达400kg，活塞的直径达100cm，并且燃烧室中的最大工作压力通常为数百bar。在这些高压力水平和活塞尺寸下所涉及的力是巨大的。由于例如错误的燃料喷射正时或燃料喷射量，偶尔可能在多个气缸之一中产生过高的压力。为了适应这些过高的压力，通过向将气缸盖连接到底座板并一起保持发动机结构的拉杆螺栓施加张力，精细地控制用于使气缸盖被压在气缸衬套顶部上的力。因此，当出现过高的压力时，气缸盖被升起并且在气缸衬套的顶部和气缸盖的底部之间释放过高的压力。在本领域中通常使用该系统，但其并非不存在问题。气缸盖升起是一种爆炸性气体泄漏，其中不受控制的气体在高达170db的巨响下释放。当发生这种侧向排气时，任何旁观者都可能由于暴露于热气喷射(其通常为火焰形式)而受到严重伤害。此外，极高温高压的气体侵蚀气缸衬套和气缸盖的精密加工的配合表面，并且损坏置于气缸衬套的顶部和气缸盖的底部之间的密封环。因此，排气事件通常会使得需要对这些表面进行加工并且更换密封环以获得所需的流体密封性。因此，排气之后的修复成本显著。此外，拉杆螺栓中的张力由于发动机和环境的温度变化而变化，因此无法很精确地进行控制。如果在拉杆螺栓中的张力相对高的时刻发生排气，则对活塞和曲轴的力在之前已经造成大头及其它昂贵发动机部件的损坏。这种情况与较好控制的排气相比甚至更昂贵。大型船舶保险公司(船级社)要求大型船用发动机必须采取安全措施以防止燃烧室中的过高压力造成的损坏。因此，一些现有技术的发动机在燃烧室的壁中设置有爆破片，该爆破片被设计成会失效从而保护发动机免受来自燃烧室中的过高压力的可能损坏。这些爆破片的缺点在于它们因暴露于燃烧室中波动的压力而随着时间的推移弱化，并且最终在相对小的过高压力(例如，由于小的失火)下早已失效。因此，爆破片往往会过早地失效。这是有问题的，特别是因为必须停止发动机以用新的爆破片替换已失效的爆破片。因此，目前最常用的具有爆破片的措施不是最佳的。其它发动机设置了安全阀，从而符合当燃烧室中出现过高的压力时会打开以从燃烧室排出气体的要求。这些是弹簧加载式提升阀。然而，由于它们的最大开口不足以足够快地释放压力，所以排气事件的爆炸性质致使这些提升阀相对无效。因此，这些安全阀不能在足够短的时间内有效地提供所需的开口面积，并且仅在气缸盖升起之前具有指示器或气笛的效果，但这些已知的阀不能防止气缸盖升起。GB817,018公开了一种大型二冲程柴油发动机，其具有在气缸衬套和气缸盖之间的分离型套圈，该分离型套圈设有用于接收安全阀的孔。然而，该已知的安全阀不可靠，并且已停止使用该安全阀。因此，需要一种用于十字头式大型二冲程压缩点火式内燃发动机的改进的排气控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供克服或至少减少上述问题的十字头式大型二冲程压缩点火式内燃发动机。前述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，其它实施形式是显而易见的。根据第一方面，提供了一种具有十字头的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机，包括：多个用作燃烧室的气缸，所述气缸具有气缸盖、居中地置于所述气缸盖中的排气阀和将所述排气阀连接到排气接收器的排气管道，所述气缸盖设置有排出阀，所述排出阀的入口流体连接到燃烧室，并且所述排出阀的出口流体连接到排出管道，所述排出阀设置有在关闭位置和完全打开位置之间在它们之间的中间位置范围内可运动的可移动阀构件，当可移动阀构件处于中间位置中的任一处或处于完全打开位置时，排出阀允许气体从入口流向出口，而当可移动阀构件处于关闭位置时，排出阀防止气体从入口流向出口，所述可移动阀构件具有暴露于燃烧室中的压力的第一有效压力表面，使得燃烧室中的压力将可移动阀构件推向完全打开位置，所述可移动阀构件具有暴露于用于将可移动阀构件推向关闭位置的液压的第二有效压力表面，所述第二有效压力表面在可移动阀构件处于关闭位置时具有第一尺寸，在所述可移动阀构件的第一位置范围内具有小于所述第一尺寸的第二尺寸，所述第一位置范围从完全打开位置扩及预定中间位置。通过提供具有通过燃烧室中的压力被推向其打开位置并且通过液压被推向其关闭位置的可移动构件的排出阀，可以实现如下的装置：该装置能够足够快地以足够大的开口打开，以在燃烧室中过高压力的情况下提供防止损坏发动机所需的释放。通过使用液压来平衡排出阀的可移动构件，能够可靠地控制排出阀打开的压力，并且能够提供如下的结构：该结构快速且宽敞地打开，以提供使得燃烧室的气体逸出的大的流通面积。当排出阀打开时，减小的第二有效压力表面防止了由于在排出阀打开时燃烧室中的压力下降而导致的不期望的重复打开和关闭。在第一方面的第一可能的实施方式中，预定位置比完全打开位置更接近关闭位置。在第一方面的第二可能的实施方式中，第二有效压力表面通过可移动阀构件的第一表面以及通过可移动阀构件的第二表面形成。所述第二表面小于第一表面并且与第一表面相反朝向。在第一方面的第三可能的实施方式中，第一表面在可移动阀构件的所有位置通过液压被加压，并且其中第二表面在第一位置范围内通过液压被加压。在第一方面的第四可能的实施方式中，可移动阀构件在第一位置范围内打开允许第二表面通过液压被加压的端口。在第一方面的第五可能的实施方式中，可移动阀构件设置有与阀座配合的阀盘，阀座布置在贯穿气缸盖的排出孔中。在第一方面的第六可能的实施形式中，阀座的主平面相对于排出孔的主方向倾斜设置。在第一方面的第七可能的实施方式中，可移动阀构件包括与阀杆连接的阀盘和可操作地连接到阀杆的致动活塞。在第一方面的第八可能的实施方式中，第一表面设置在致动活塞的一侧，第二表面设置在致动活塞的相反侧。在第一方面的第九可能的实施形式中，排出孔通过排出管连接到排气管道或排气接收器，从而绕过排气阀。在第一方面的第十可能的实施方式中，所述排出阀设置有冷却装置，所述冷却装置优选地包括用于冷却介质通过排出阀的路径。在第一方面的第十一可能的实施方式中，发动机包括液压系统，该液压系统具有的压力随着发动机负荷增加而增加，并且随着发动机负荷减小而减小，并且其中第二有效压力表面通过液压系统的液压被加压。在第一方面的第十二可能的实施方式中，液压系统为燃料喷射阀提供动力。在第一方面的第十三可能的实施方式中，液压系统为排气阀致动系统提供动力。附图说明在本公开的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式来更详细地解释本专利技术，其中：图1是根据示例性实施方式的大型二冲程柴油发动机的正视图；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示意图；图4是气缸盖和具有根据实施方式的排出阀的排气门的侧视图；图5是沿图4的A-A线截取的截面图；图6是根据实施方式的排出阀的俯视图；图7至图9是图6的排出阀的截面图，其中排出阀的可移动阀构件处于不同位置；图10是图6的排出阀的不同的截面图；和图11是图1至图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有十字头(43)的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机，包括：用作燃烧室(27)的多个气缸(1)，所述气缸(1)具有：气缸盖(22)、居中地置于所述气缸盖(22)中的排气阀(4)和将所述排气阀(4)连接到排气接收器(3)的排气管道(35)，所述气缸盖(22)设置有排出阀(50)，其中所述排出阀(50)的入口(57)流体连接到所述燃烧室(27)，并且所述排出阀(50)的出口(58)流体连接到排放管道，其特征在于，所述排出阀(50)设置有在关闭位置和完全打开位置之间可运动的可移动阀构件(52)，在所述关闭位置和完全打开位置之间具有一系列中间位置，当所述可移动阀构件(52)处于任一所述中间位置或处于所述完全打开位置时，所述排出阀(50)允许气体从所述入口(57)流向所述出口(58)，而当所述可移动阀构件(52)处于所述关闭位置时，所述排出阀(50)防止气体从所述入口(57)流向所述出口(58)，所述可移动阀构件(52)具有暴露于所述燃烧室(27)中的压力的第一有效压力表面(58)，使得所述燃烧室(27)中的压力将所述可移动阀构件(52)推向所述完全打开位置，所述可移动阀构件(52)具有暴露于用于将所述可移动阀构件(52)推向所述关闭位置的液压的第二有效压力表面，并且所述第二有效压力表面在所述可移动阀构件(52)处于所述关闭位置时具有第一尺寸，且在所述可移动阀构件(52)的第一位置范围内具有小于所述第一尺寸的第二尺寸，所述第一位置范围从所述完全打开位置直到预定中间位置。...

【技术特征摘要】
2016.02.03 DK PA2016700591.一种具有十字头(43)的大型涡轮增压二冲程压缩点火式内燃发动机，包括：用作燃烧室(27)的多个气缸(1)，所述气缸(1)具有：气缸盖(22)、居中地置于所述气缸盖(22)中的排气阀(4)和将所述排气阀(4)连接到排气接收器(3)的排气管道(35)，所述气缸盖(22)设置有排出阀(50)，其中所述排出阀(50)的入口(57)流体连接到所述燃烧室(27)，并且所述排出阀(50)的出口(58)流体连接到排放管道，其特征在于，所述排出阀(50)设置有在关闭位置和完全打开位置之间可运动的可移动阀构件(52)，在所述关闭位置和完全打开位置之间具有一系列中间位置，当所述可移动阀构件(52)处于任一所述中间位置或处于所述完全打开位置时，所述排出阀(50)允许气体从所述入口(57)流向所述出口(58)，而当所述可移动阀构件(52)处于所述关闭位置时，所述排出阀(50)防止气体从所述入口(57)流向所述出口(58)，所述可移动阀构件(52)具有暴露于所述燃烧室(27)中的压力的第一有效压力表面(58)，使得所述燃烧室(27)中的压力将所述可移动阀构件(52)推向所述完全打开位置，所述可移动阀构件(52)具有暴露于用于将所述可移动阀构件(52)推向所述关闭位置的液压的第二有效压力表面，并且所述第二有效压力表面在所述可移动阀构件(52)处于所述关闭位置时具有第一尺寸，且在所述可移动阀构件(52)的第一位置范围内具有小于所述第一尺寸的第二尺寸，所述第一位置范围从所述完全打开位置直到预定中间位置。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述预定中间位置与相距所述完全打开位置相比更接近所述关闭位置。3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述第二有效压力表面由所述可移动阀构件(52)的第一表面(61)和所述可移动阀构件的第二表面(62)形成，所述第二表面(62)小于所述第一表面(61)并且与所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·肯可，M·罗吉尔德，
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