[发明专利]内燃发动机及凸轮驱动排放阀致动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有十字头的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机以及凸轮驱动排放阀致动系统。

背景技术

具有十字头的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机是具有至少一个缸体与容纳在其中的往复活塞的发动机。这些发动机具有布置在活塞与曲轴之间的十字头。燃烧室限定在活塞、内部缸体壁与位于缸体一端处的缸体覆盖件之间。缸体覆盖件包括可控且间歇地可打开的排放阀，以将燃烧残余物从燃烧室排放到排放管道系统。这些发动机还具有用于在缸体的第二端附近的燃烧室（在其中燃烧之前）内间歇性地形成开口的部件，以便朝向第一端净化（scavenging）通过开口引入的包括氧气的加压净化空气（scavenge air），并且这些发动机包括用于将燃料喷射到用于燃烧室中的内部燃烧的压缩净化空气的部件。

根据上面定义的发动机通常称作“大型涡轮增压二冲程单流式十字头柴油机”，并且通常包括成直线的多个直立缸体，它们的活塞在单个曲轴上工作；这些发动机可以具有纯二冲程工作顺序并且关于缸体直径与活塞冲程通常具有大的物理尺寸，通常使此发动机与壳体一样高，以便以相对低的旋转速度（约80rpm到200rpm）传送多兆瓦的功率，用以驱动发电厂发电机或者用于在MW+范围内推进海上船只。

对于改良性能、能量效率与减小排放的期望已经产生了关于这些大型二冲程柴油机的共轨电液压控制的排放阀致动系统的研发。这些系统的优点是它们增加的灵活性，因为排放阀的闭合与打开的计时可以自由地选择为与发动机的运转状态匹配。然而，由于在打开过程期间需要消耗更多能量并且在闭合过程期间无需恢复，因此与传统凸轮驱动系统相比，这些共轨电液压系统相对昂贵并且消耗更多能量。这些两个缺点消除了电控发动机的多个优点。

JP2009203865公开了一种具有使用液压推杆的类型的凸轮轴驱动排放阀致动系统的大型二冲程柴油机。液压推杆连接到体积控制装置，其在来自电控单元的指令下能够吸收来自液压推杆的一定体积的液压流体。体积控制装置包括限定体积控制室的弹性偏置控制活塞。控制活塞的特征经由液压阀受到电控单元影响，所述液压阀可以将由控制活塞限定的控制室选择性地连接到液压蓄能器。用于灵活地控制排放阀的打开与闭合的计时的此系统提供了关于具有凸轮轴操作的排放阀致动系统的大型二冲程柴油机的解决方案。然而，此解决方案相对复杂，要求精确控制，没有摆脱压力峰值并且仍使用显著数量的能量来建立用于排放阀的灵活计时。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供具有十字头的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机以及相对简单并且使用很少能量的灵活的凸轮驱动排放阀致动系统。

通过提供具有十字头的大型低速多缸体涡轮增压二冲程单流式内燃发动机实现上述目的，该发动机包括：多个缸体，每个缸体都具有至少一个排放阀与一个排放阀座，排放阀构造为在其静止在阀座上的闭合位置与打开位置之间可移动；气动弹簧，其与各排放阀关联，气动弹簧布置为使与其相关联的排放阀沿着闭合方向偏向阀座并且偏置在阀座上；至少一个凸轮轴，其设有排放凸轮，排放凸轮设有凸轮轮廓，所述凸轮轮廓用于致动与相关排放凸轮相关联的排放阀；凸轮轮廓包括打开侧翼（flank）、闭合侧翼、将打开侧翼连接到闭合侧翼的停留部分、以及将闭合侧翼连接到打开侧翼的基部直径部分；液压推杆，其与每个缸体的排放阀相关联，液压推杆包括：液压活塞泵，其包括由凸轮轴的排放凸轮驱动的泵活塞；液压致动器，其包括作用在排放阀上的用于沿着打开方向使相关的排放阀移动的致动活塞；以及液压导管，其将液压活塞泵与液压致动器连接；以及液压流体，其在泵活塞与致动活塞之间的液压推杆中，发动机还包括装置，其构造为在闭合侧翼活动用于延长排放阀的打开时间的期间选择性地将一定体积的液压流体增加到液压活塞杆中的液压流体中，并且此装置构造为在闭合侧翼停止活动用于允许排放阀返回到其阀座的时刻相对于由凸轮轮廓限定的闭合时刻延迟以后，以一定延迟将增加到液压活塞杆的一定体积的液压流体从液压活塞杆移除。