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的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]排放要求已经并且将会越来越难以满足，尤其是关于单氮氧化物水平(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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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栗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。
[0007]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。
[0008]通过启动空气分配器分配用于单个气缸的启动空气。分配器以关于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。
[0009]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。
[0010]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，排气阀的迟延闭合关于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。
[0011]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】
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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…16η)具有将启动空气分配器(11)连接到启动空气阀(13a...13η)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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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】
[0020]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:
[0021]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；
[0022]图2是图1的大型二冲程发动机的侧视图；
[0023]图3是根据图1的大型二冲程发动机的横截面图示；
[0024]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；
[0025]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；
[0026]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不意图；
[0027]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
[0028]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】
[0029]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I。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I。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，OOOkff到110，OOOkff的范围。
[0030]发动机是在气缸I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I的扫气端口 17。气缸I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I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。
[0031]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I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。
[0032]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I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I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，S卩，以确保废气接收器3中的基本上恒定的压力。
[0033]参照图4和图5，描述启动空气系统。发动机具有“η”多个气缸la、lb、Ic到In，往复运动活塞41a…42a容纳在各气缸Ia…In中。
[0034]活塞41a*"41n可滑动地容纳在其上方具有燃烧室44的气缸Ia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)。
[0035]扫气管道26将扫气传送到活塞控制的扫气端口 17。气缸Ia…In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Ia…In中的燃烧室中。
[0036]启动空气阀13a_13n还设置在气缸Ia…In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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]每个启动空气压