[发明专利]十字头型的大型单流式双冲程柴油发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种十字头型的大型低速单流式双冲程柴油发动机，并且特别涉及与燃料喷射和排气门致动相关的发动机部件。

背景技术

十字头型的大型双冲程柴油发动机通常用于舰船推进以及用作电厂中的原动机。不但由于其尺寸巨大，而且这些燃烧式发动机的结构也与其他的燃烧式发动机不同。双冲程原理和50℃时粘性高达700cSt的重质燃油的使用(在室温下该燃油不流动)使这种发动机在发动机世界中自成一类。

在很多这种类型的常规发动机中，排气门和燃料喷射系统由直接联接至发动机曲轴的旋转凸轮驱动。双冲程发动机使用扫气口来控制空气进入气缸，因此，进气正时与曲轴转角紧密相关。

对于这种类型发动机的燃料消耗、可靠性和功率输出的要求都极高。近来，环保要求导致对减少废气排放的需求。为了满足这些有时互相矛盾的要求，与常规的旋转凸轮驱动的排气门和燃料喷射器相比，人们认为有必要对燃料喷射正时和喷射量进行灵活的控制，并且对排气门的打开和关闭正时及开度进行全面而灵活的控制。

一种已知的十字头型的大型单流式双冲程柴油发动机是曼恩比维柴油机公司的MC-C发动机系列形式。这种发动机设有在凸轮轴壳体内沿发动机的长度延伸的凸轮轴。凸轮轴上设有用于燃料喷射的凸轮和用于排气门致动的凸轮。

在凸轮轴上对每个气缸都有一个燃料凸轮。每个燃料凸轮都作用在具有可变排量的活塞式燃料泵上(每个气缸都配有一个活塞泵)，用于调节在每个发动机循环中喷射的燃料量。活塞泵的出口通过高压管路被连接至与相关气缸相关联的喷射器的入口。喷射规律(例如在发动机循环的一个周期时间内燃料喷射的喷射量或喷射压力的曲线和正时)只有通过凸轮型线和喷射器特性才有可能进行控制，但是这两者在发动机制造完成后都不能容易地改变。

在凸轮轴上对每个气缸都有一个排气凸轮。排气凸轮作用在所谓的“液压推杆”上。排气门的开放特性如排气门的开放正时，排气门的关闭正时以及排气门的开度等都已在发动机制造过程中被固定，并且在制造完成后不能容易地改变。

对在远洋船舶中工作的大型双冲程柴油发动机使用的排放要求由名叫IMO的国际组织确定。而且，地方政府也可以规定当地的要求。这些排放要求正逐步变得越来越严格，这些变化并不总是以完全可预测的方式进行的。容许排放水平可取决于与口岸之间的距离。因此与在海岸线附近工作时相比，在外海时要求发动机在较高的排放水平下工作。

为了能够满足目前和将来的排放水平，在20世纪80年代和90年代期间电控式发动机被发展起来。

曼恩比维柴油机公司的ME发动机系列是具有电-液控制排气门和电-液致动燃料喷射的十字头型的大型双冲程柴油发动机。液压系统使用来自发动机润滑系统的油进行工作。润滑油系统使用3至4bar的低压泵进行工作。另一种高压型泵将润滑油在200bar的压力下泵输送至共用轨。来自共用轨的润滑油通过液压阀被引到燃油增压器，增压器将共用轨中200bar的压力升高至燃料管路中所要求的800至1000bar。燃料管路被加热以确保燃油能够流动并具有适当的粘度。来自共用轨的润滑油通过延时阀被引到液压的排气门致动器，以操作排气门。

燃料系统使用来自液压动力系统的在发动机中与润滑油相同的液压流体来驱动对喷射器提供高压燃料(重质燃油)的增压器。每个气缸设置有一个增压器。增压器的高压侧将燃料加压至所要求的800至1000bar的水平。电控液压比例控制阀允许用于调节燃料喷射的喷射规律和喷射正时。因此，在发动机制造完成很久以后也可以很容易地改变喷射规律和喷射正时，并且甚至可以在发动机运行期间响应于工作状态例如负荷或运行速度的改变而直接进行改变。

液压缸型致动器安装在每个排气门上并设有通过电控阀由高压液压供给系统提供的高压液压介质。排气门由气体弹簧在关闭方向上推压。排气门打开动作和排气门关闭动作的正时以及排气门开度都能用电控阀进行控制。因此在发动机制造完成很久以后也很容易改变排气门的正时和开度。

燃料喷射和排气门致动都通过安装有合适软件的可编程控制器进行控制。