具有啟動空氣系統的大型低速渦輪增壓二沖程自燃內燃機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有啟動空氣系統并且具有十字頭與凸輪軸的大型低速渦輪增壓二沖程自燃內燃機。
【背景技術】
[0002]具有十字頭的大型低速二沖程內燃機通常地用于大型船的推進系統中或者用作發電廠中的原動機。這些發動機具有設置在活塞與曲軸之間的十字頭。
[0003]排放要求已經并且將會越來越難以滿足，尤其是關于單氮氧化物水平(NOx)。NOx的形成主要地取決于燃燒溫度以及存在于燃燒室內的氧氣量。為了符合排放要求，壓縮體積被減小，因為這減少了可用于燃燒的氧氣量，并且由此降低了 NOx水平。
[0004]在設有用于控制排氣閥的打開與閉合的凸輪軸的大型低速單流渦輪增壓二沖程內燃機的情形中，通過在凸輪軸上的凸輪的變化的輪廓造成了壓縮體積的此改變排氣閥。
[0005]減小壓縮體積使壓縮壓力增加。然而，發動機的機械構造不允許壓縮壓力顯著地增加，并且由此當壓縮體積減小時，需要顯著地延遲排氣閥的閉合正時。
[0006]利用所謂的啟動空氣系統來啟動大型低速渦輪增壓二沖程內燃機。啟動空氣系統構造為以適當的順序將加壓的啟動空氣栗送到發動機的氣缸中，以便由此啟動發動機。當活塞在動力沖程上向下移動時，啟動空氣流入到氣缸中。
[0007]在已知的大型二沖程自燃內燃機中，在啟動空氣接收器中的啟動空氣由通過由大型船用柴油機驅動的發電機組或者發電機產生的電功率上的電驅動啟動空氣壓縮機提供。
[0008]通過啟動空氣分配器分配用于單個氣缸的啟動空氣。分配器以關于曲軸的位置的正確順序打開與關閉和氣缸的每個相關的空氣啟動閥。為了確保發動機在任何給定曲軸位置處啟動，必要的是其中單次空氣啟動閥打開的曲軸位置間隔大于360° /Ncyl。如果這不被確保，那么將會存在其中不具有任何打開的啟動空氣閥的曲軸位置并且什么都不會發生。
[0009]排氣閥的延遲閉合致使其中啟動空氣閥與排氣閥同時地打開的很大的重疊(參照圖6和圖7)。由于啟動空氣在不使任何能量傳送到活塞的情況下僅從啟動空氣閥流動到排放空氣接收器，因此這導致啟動空氣的大量消耗，其不利于曲軸上的轉矩。
[0010]尤其對于具有幾個氣缸的發動機來說，排氣閥由于其中啟動空氣閥與排氣閥均打開的重疊間隔以及由此被吹送到發動機排放系統中的啟動空氣，排氣閥的遲延閉合關于啟動發動機是有問題的。當倒車啟動(倒轉)時，重疊尤其大，聯接到固定螺距推進器的船用發動機必須能夠做到。
[0011]在已知的發動機中，已經試圖通過減小排氣閥的打開間隔來降低啟動空氣的損失。然而，此方法導致排氣閥明顯更早地關閉，這導致在發動機啟動過程中明顯增加的壓縮工作，這繼而使發動機的啟動性能變差。
【發明內容】
[0012]在此背景上，本申請的目的是提供一種具有排啟動空氣系統的大型低速渦輪增壓二沖程內燃發動機，其克服或者至少減少了上面指出的問題。
[0013]根據第一方面，通過提供具有十字頭的單流式的大型低速渦輪增壓二沖程內燃機實現了此目的，此發動機包括多個氣缸；加壓空氣源；每個氣缸都設有:在氣缸的下端處或氣缸的下端的附近的掃氣端口；在氣缸的頂部處的凸輪控制的排氣閥，排氣閥通過氣動彈簧被彈性地推動到其閉合位置；一個或多個燃料噴射閥；以及連接到加壓空氣源的啟動空氣閥；構造為氣動地與單獨地致動啟動空氣閥的啟動空氣分配器；以及用于通過啟動空氣分配器駁回啟動空氣閥的單獨致動的裝置，用于駁回的裝置構造為當與相同氣缸關聯的排氣閥打開時駁回啟動空氣閥的單獨致動。
[0014]通過提供當具有相同氣缸的排放打開時防止單個啟動空氣閥打開的單個駁回裝置，在不促使發動機的啟動的情況下，防止了啟動吹入到現有系統中。因此，在發動機啟動過程中，在不增加壓縮工作的情況下，防止啟動空氣的損失。由于全部排氣閥由于用于致動排氣閥的液壓推桿中的壓力損失都將通常地返回到它們的閉合位置，因此，將存在駁回裝置將不需要在發動機啟動的最開始處起作用，并且將在啟動空氣時具有完全有效的初始啟動沖程，由此顯著地提高了發動機的啟動性能并且減小了啟動空氣消耗。
[0015]根據第一方面的第一實施，用于駁回啟動空氣閥的單個致動的的裝置包括在啟動信號管道中的駁回閥，該駁回閥(16a…16η)具有將啟動空氣分配器(11)連接到啟動空氣閥(13a...13η)的第一位置以及將啟動空氣分配器(11)連接到周圍空氣的第二位置。
[0016]根據第一方面的第二實施，通過與相同氣缸關聯的排氣閥的位置來控制駁回閥的位置。
[0017]根據第一方面的第三實施，駁回閥彈性地偏轉到第一位置并且可通過氣動控制壓力朝向第二位置可移動，氣動控制壓力是與相同氣缸關聯的排氣閥的氣動彈簧中的壓力。
[0018]根據第一方面的第四實施，啟動空氣分配器構造為根據預定的致動順序單獨地致動啟動空氣閥中的每個。
[0019]通過詳細的描述，根據本發明的其它目的、特征、優點與特性將變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0020]在本說明書的下面的詳細部分中，將參照附圖中示出的示例性實施方式更加詳細地說明本發明，在附圖中:
[0021]圖1是根據示例性實施方式的大型二沖程柴油發動機的前視圖；
[0022]圖2是圖1的大型二沖程發動機的側視圖；
[0023]圖3是根據圖1的大型二沖程發動機的橫截面圖示；
[0024]圖4是圖1至圖3的具有啟動空氣系統的大型內燃機的示意圖；
[0025]圖5是根據圖4的具有根據實例實施方式的駁回裝置的發動機的一個氣缸的示意圖；
[0026]圖6是根據圖4的具有根據另一個實例實施方式的駁回裝置的發動機的一個氣缸的不意圖；
[0027]圖7是示出在倒車運行中的氣缸的排氣閥和啟動空氣閥的打開間隔的圓形圖；以及
[0028]圖8是示出在正車運行中的氣缸的排氣閥和啟動空氣閥的打開間隔的圓形圖。
【具體實施方式】
[0029]在下面的詳細描述中，將通過實例實施方式描述大型低速二沖程內燃機。圖1-圖3示出了具有曲軸42與十字頭43的大型低速渦輪增壓二沖程柴油發動機。圖3在截面圖中示出了具有其吸入與排放系統的大型低速渦輪增壓二沖程柴油發動機的示意圖。在此實例實施方式中，僅出于說明目的，發動機具有四個氣缸I。應該顯而易見的是，在不偏離本發明的方面的情況下，實際上可以使用任何其它數量的氣缸I。大型渦輪增壓二沖程柴油發動機通常具有通過發動機機架45承載的四個與十六個之間的直列氣缸。在航海船中發動機可以例如用作主發動機。發動機的總輸出可以例如在從5，OOOkff到110，OOOkff的范圍。
[0030]發動機是在氣缸I的下方區域具有掃氣端口 17并且在氣缸的頂部具有排氣閥4的二沖程單流式(自燃)柴油機發動機。發動機可以以多種類型燃料運行，諸如例如船用柴油、重油或氣體(液化石油氣、液化天然氣、甲醇和/或乙醇)。掃氣從掃氣接收器2通過到單個氣缸I的掃氣端口 17。氣缸I中的活塞41壓縮掃氣，注入燃料并且接著燃燒并且產生廢氣。當排氣閥4打開時，廢氣流動通過與關聯到廢氣接收器3中的氣缸I相關的排放管道7并且向前通過第一排放管道到主(恒定壓力)渦輪增壓器5的渦輪機，廢氣遠離該渦輪機流動通過第二排放管道。通過軸，渦輪增壓器5的渦輪機驅動經由進氣口供給的壓縮機。壓縮機將加壓的掃氣傳送到引導到掃氣接收器的掃氣管道。在實施方式中(未示出)，發動機具有多于一個主渦輪增壓器。
[0031]掃氣接收器2具有由例如板金屬構造的細長中空圓柱形本體與基本上圓形的橫截面輪廓以形成中空缸體。掃氣接收器2具有大的橫截面直徑與大的整體體積，以便吸收由單個氣缸I的掃氣端口 17的打開與吸入掃氣造成的壓力波動，即以確保掃氣接收器2中的基本上恒定的壓力。
[0032]廢氣接收器3具有由例如板金屬構造的細長中空圓柱形本體與基本上圓形的橫截面輪廓。廢氣接收器3經由延伸到廢氣接收器3中的單個排放管道7接收來自氣缸I的廢氣。廢氣接收器3具有相當大的橫截面直徑與大的體積，以便吸收由單個氣缸I的排氣閥4打開并且以高速將廢氣發送到廢氣接收器3造成的壓力波動，S卩，以確保廢氣接收器3中的基本上恒定的壓力。
[0033]參照圖4和圖5，描述啟動空氣系統。發動機具有“η”多個氣缸la、lb、Ic到In，往復運動活塞41a…42a容納在各氣缸Ia…In中。
[0034]活塞41a*"41n可滑動地容納在其上方具有燃燒室44的氣缸Ia內部，排氣閥4a…4n與液壓排氣閥致動器33控制廢氣到排放通道4的流動。直線液壓廢氣閥致動器33經由液壓推桿(未示出)以傳統方式連接到凸輪軸(未示出)。
[0035]掃氣管道26將掃氣傳送到活塞控制的掃氣端口 17。氣缸Ia…In的頂部覆蓋件設有一個或多個燃料閥6a-6n以將燃料注入氣缸Ia…In中的燃燒室中。
[0036]啟動空氣閥13a_13n還設置在氣缸Ia…In的每個的頂部覆蓋件中并且這些啟動空氣閥13a-13n可操作地連接到啟動空氣系統。
[0037]啟動空氣系統包括一個或多個啟動空氣接收器9，其通過具有中間冷卻器的一個或多個電驅動二級或三級啟動空氣壓縮機8經由管道被再填充以壓縮空氣到在實施方式中大約30巴的壓力。
[0038]啟動空氣接收器9的總能力足以啟動發動機多次，例如在不給啟動空氣接收器9再充電的情況下，在正車和倒車之間交替12次。
[0039]啟動空氣接收器9安裝有泄壓閥(未示出)以限制壓力升高到設計壓力的10%以上。在實施方式中可以設置壓力傳感器(未示出)以便探測啟動空氣接收器9內部的壓力等級。在實施方式中，在啟動空氣接收器中的初始壓力大約是30巴，足以啟動發動機至少多次。
[0040]通常地設有兩個啟動空氣壓縮機8，其能夠在大約一個小時內給空氣接收器9或多個接收器9從空到滿地充電。
[0041]每個啟動空氣壓