本公開涉及一種用于大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸蓋和大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機。本公開還涉及一種用于大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥。

背景技術(shù)：

十字頭式大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機通常用于大型船舶的推進系統(tǒng)或發(fā)電廠中的原動機。龐大的尺寸、重量和功率輸出使得它們與普通內(nèi)燃機完全不同，并且將大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機置于它們自身的類別中。

大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃機的氣缸由氣缸套形成，該氣缸套在氣缸套的頂部處具有氣缸蓋中的單個排氣閥，并且在氣缸套的下部區(qū)域處具有控制掃氣口的活塞的環(huán)。

氣缸套由氣缸框架承載，氣缸框架又由發(fā)動機框架承載。通過氣缸蓋螺栓以大的力將氣缸蓋夾緊在氣缸套上。由氣缸蓋螺柱施加的力需要超過作用在氣缸蓋上的巨大壓縮力和燃燒壓力的余量。為了一方面承受燃燒室中的壓力和另一方面承受汽缸蓋螺柱的力，汽缸蓋必須非常強勁和堅固。同時，氣缸蓋必須能夠處理由燃燒過程引起的高溫。因此，對形成氣缸蓋的主體的材料質(zhì)量有很高的要求。對于最大的二沖程壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機，使用經(jīng)淬火和回火的鍛造鋼。

氣缸蓋承載排氣閥和燃料閥(通常為用于單燃料發(fā)動機的每個氣缸具有三個燃料閥和用于雙燃料發(fā)動機的每個氣缸具有六個燃料閥)，其中定位由有限空間控制，氣缸蓋設(shè)置有將燃燒室連接到排氣彎管的中心通道。

基本上，現(xiàn)有技術(shù)的氣缸蓋是實心的材料塊。高強度要求導(dǎo)致非常高的壁厚，特別是在氣缸蓋的上部。這些大的壁厚度產(chǎn)生要確保在氣缸蓋的整個主體上適當(dāng)?shù)牟牧腺|(zhì)量的問題，特別是在氣缸蓋的材料遠離表面的區(qū)域中。因此，確保整個氣缸蓋上適當(dāng)?shù)牟牧腺|(zhì)量是困難的、麻煩的且昂貴的。此外，具有非常大的壁厚的氣缸蓋的材料成本是顯著的，并且僅鍛造的氣缸蓋可以滿足目前的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種減少或至少克服上述問題的氣缸蓋。

前述和其它目的通過獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求、說明書和附圖，其它實施形式是顯而易見的。

根據(jù)第一方面，提供了一種用于大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸蓋，所述氣缸蓋包括具有上側(cè)和下側(cè)的環(huán)形體，其中，

-所述環(huán)形體具有下部，所述下部限定通出向下側(cè)的中空部，所述中空部用于形成燃燒室的上部分，

-所述環(huán)形體具有上部，所述上部限定出通向中空部并通向上側(cè)的中心通道，

-所述環(huán)形體在下側(cè)處包括整體式的徑向向外突出的凸緣，

徑向向外突出的凸緣具有向上的接觸表面，用于支撐環(huán)形保持器。

通過提供在其下側(cè)具有徑向向外突出的凸緣的氣缸蓋，可以使用環(huán)形保持器將氣缸蓋夾緊在氣缸套上。這又允許所構(gòu)造的氣缸蓋更薄、更細長，且具有更均勻分布的壁厚。因此，降低了材料成本并降低了生產(chǎn)成本，因為均勻分布的壁厚度和較薄的壁使得更容易確保整個氣缸蓋上適當(dāng)?shù)牟牧腺|(zhì)量。此外，更輕和更細的氣缸蓋允許更容易和更便宜地對氣缸蓋進行大修。此外，氣缸蓋的較薄的壁使得更容易定位燃料閥。

根據(jù)第一方面的第一可能實施方式，氣缸蓋在其下側(cè)設(shè)置有用于接合氣缸套的頂部環(huán)形表面的底部環(huán)形接觸表面。

根據(jù)第一方面的第二可能實施方式，徑向向外突出的凸緣具有與底部環(huán)形接觸表面齊平的向下的表面。

根據(jù)第一方面的第三可能實施方式，中心通道在向內(nèi)的環(huán)形凸緣上具有面向上的支撐表面，支撐表面用于支撐排氣閥的面向下的環(huán)形接觸表面。

根據(jù)第一方面的第四可能實施方式，氣缸蓋的環(huán)形體由單片材料形成。

根據(jù)第一方面的第五可能實施方式，環(huán)形體具有基本均勻分布的徑向壁厚度。

根據(jù)第一方面的第六可能實施方式，氣缸蓋還包括獨立的環(huán)形保持器，其尺寸和形狀設(shè)置為圍繞下部而配合，其中環(huán)形保持器的底表面的一部分接合向上的接觸表面。

根據(jù)第一方面的第七可能實施方式，上部的外徑等于或小于下部的外徑。

根據(jù)第一方面的第八可能實施方式，下部的最大直徑由徑向向外突出的凸緣所形成。

根據(jù)第一方面的第九可能實施方式，環(huán)形凹部設(shè)置在下部和環(huán)形保持器之間。

根據(jù)第二方面，提供了一種具有十字頭的大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機，所述發(fā)動機包括：

氣缸套上的氣缸蓋，所述氣缸套由氣缸框架承載；

環(huán)形保持器，其接合所述氣缸蓋；以及

多個氣缸蓋螺柱，其將環(huán)形保持器連接到氣缸框架，用于將氣缸蓋夾緊在氣缸套上。

通過提供具有由環(huán)形保持器保持的氣缸蓋的發(fā)動機，能夠以顯著較少的材料和較小的最大壁厚構(gòu)造氣缸蓋，這極大地有助于在整個氣缸蓋上獲得所需材料質(zhì)量。另外，大大方便了維護和大修。

根據(jù)第二方面的第一可能實施方式，氣缸蓋螺柱將環(huán)形保持器夾緊在氣缸蓋上。

根據(jù)第二方面的第二可能實施方式，環(huán)形保持器設(shè)置成覆蓋氣缸蓋的本體的一部分，其中環(huán)形保持器接合氣缸蓋的向外突出的凸緣。

根據(jù)第二方面的第三可能實施方式，環(huán)形保持器設(shè)置有多個通孔，氣缸蓋螺柱通過所述通孔而突出。

根據(jù)第二方面的第四可能實施方式，氣缸蓋螺柱設(shè)置有與環(huán)形保持器的頂部接合表面接合的螺母。

根據(jù)第二方面的第五可能實施方式，氣缸蓋螺柱的一端固定在氣缸框架中。

根據(jù)第三方面，提供了一種用于具有排氣閥殼體的大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥，所述排氣閥殼體包括：

排氣彎管，其一端通向排氣閥殼體的側(cè)面，另一端通向排氣閥殼體的底部；

用于引導(dǎo)排氣閥桿的孔；以及

整體式的向外突出水平延伸的凸緣，其布置在排氣彎管的通向排氣閥殼體的側(cè)面的端部的下方，整體式的向外突出水平延伸的凸緣設(shè)置有多個貫通孔，用于接收將排氣閥殼體固定到氣缸蓋的螺栓或螺柱。

通過在排氣閥殼體的低端處設(shè)置凸緣，將排氣閥殼體連接到氣缸蓋的螺栓或螺柱的長度顯著減小。此外，與少數(shù)主螺栓或螺柱相反，可以使用大量較小的螺栓或螺柱，因為排氣彎管不再“阻礙”。

根據(jù)第四方面，提供了一種具有十字頭的大型二沖程渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機，所述發(fā)動機包括：

氣缸套上的氣缸蓋，氣缸套由氣缸框架承載；以及

根據(jù)第三方面的排氣閥，其通過螺栓或螺柱栓接到氣缸蓋上，所述螺栓或螺柱固定在氣缸蓋中并且通過整體式的向外突出的水平延伸的凸緣中的孔而突出。

本發(fā)明的這些和其它方面將從下面描述的實施方式中顯而易見。

附圖說明

在本發(fā)明的以下詳細部分中，將參考附圖中所示的示例性實施方式更詳細地解釋本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)一個示例性實施方式的大型二沖程柴油發(fā)動機的高視角前視圖，

圖2是圖1的大型二沖程發(fā)動機的高視角側(cè)視圖，

圖3是根據(jù)圖1的大型二沖程發(fā)動機的示意圖，

圖4是氣缸框架和具有安裝有排氣閥的根據(jù)一個示例性實施方式的氣缸蓋的氣缸套的截面圖，

圖5是氣缸框架和具有安裝有排氣閥的根據(jù)一個示例性實施方式的氣缸蓋的氣缸套的不同角度截面圖，

圖6是具有氣缸蓋、環(huán)形保持器和排氣閥的氣缸套的上部的詳細側(cè)視圖，

圖7是根據(jù)一個示例性實施方式的氣缸蓋的側(cè)視圖，

圖8是圖7的氣缸蓋的剖視圖，其中安裝有燃料閥和環(huán)形保持器，

圖9是圖7的氣缸蓋的剖視圖，其中未安裝有燃料閥但安裝有環(huán)形保持器，

圖10是圖7的氣缸蓋的高視角圖，

圖11是圖8和9的環(huán)形保持器的高視角圖，

圖12是圖8的氣缸蓋的高視角圖，其中安裝有環(huán)形保持器，

圖13是圖8的氣缸蓋的俯視圖，其中安裝有環(huán)形保持器。

具體實施方式

在下面的詳細描述中，將參考在示例性實施方式中的具有十字頭的大型二沖程低速渦輪增壓壓縮點火內(nèi)燃發(fā)動機描述內(nèi)燃發(fā)動機。圖1、2和3示出了具有曲軸8和十字頭9的大型低速渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動機。圖3示出了具有進氣和排氣系統(tǒng)的大型低速渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動機的示意圖。在該示例性實施方式中，發(fā)動機具有成一直線的六個氣缸。大型低速渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動機通常具有成一直線的四個和十四個之間氣缸，由通過發(fā)動機框架11承載的氣缸框架23承載。該發(fā)動機例如可以用作船舶中的主發(fā)動機或用于運行發(fā)電站中的發(fā)電機的固定發(fā)動機。發(fā)動機的總輸出可以例如在1000至110000kw的范圍內(nèi)。

在該示例性實施例中，發(fā)動機是二沖程單向型的壓縮點火式發(fā)動機，其具有在氣缸套1的下部區(qū)域處的掃氣口18和在氣缸套1的頂部處的中央排氣閥4。掃氣從掃氣空氣接收器2傳遞到各個氣缸1的掃氣口18。氣缸套1中的活塞10壓縮掃氣，燃料從氣缸蓋22中的燃料噴射閥噴射，接著燃燒并產(chǎn)生廢氣。

當(dāng)排氣閥4打開時，排氣氣體通過與氣缸1相關(guān)聯(lián)的排氣管道流入排氣接收器3中，并且通過第一排氣管道19向前流到渦輪增壓器5的渦輪6，排氣從渦輪6通過第二排氣管道并經(jīng)由節(jié)能器20而流到出口21并進入大氣。通過軸，渦輪6驅(qū)動通過空氣入口12而被供給新鮮空氣的壓縮機7。壓縮機7將加壓掃氣輸送到通向掃氣接收器2的掃氣導(dǎo)管13中。導(dǎo)管13中的掃氣通過中間冷卻器14用于冷卻掃氣。

冷卻的掃氣通過由電動機17驅(qū)動的輔助鼓風(fēng)機16，當(dāng)渦輪增壓器5的壓縮機7不為掃氣接收器2輸送足夠的壓力時，即在低或部分負(fù)載條件下，該電動馬達17對掃氣流加壓。在較高的發(fā)動機負(fù)載下，渦輪增壓器壓縮機7輸送足夠的壓縮掃氣，然后通過止回閥15繞過輔助鼓風(fēng)機16。

圖4、5和6示出了用于大型二沖程十字頭發(fā)動機的氣缸套，其上安裝有氣缸蓋22，并且排氣閥4安裝在氣缸蓋22上。根據(jù)發(fā)動機的尺寸，氣缸套1可以制造成不同尺寸，其中缸孔通常在250mm至1100mm的范圍內(nèi)，相應(yīng)的通常長度在1000mm至4500mm的范圍內(nèi)。氣缸套1通常在鑄鐵中制造。大型二沖程十字頭發(fā)動機向著非常高的有效壓縮比發(fā)展，例如1:16至1:20，其使需要承受燃燒室25中的壓力的元件(例如，氣缸套1、活塞10和氣缸蓋22)承擔(dān)重負(fù)載。

在圖4中，氣缸套1示出為安裝在氣缸框架23中，其中氣缸蓋22放置在氣缸套1的頂部上，而且之間具有氣密接口。環(huán)形保持器30裝配在氣缸蓋22上，氣缸蓋22的向外突出的邊緣31被夾緊在環(huán)形保持器30和氣缸套1的頂部之間。

圍繞氣缸套1的軸向長度(extent)中間的氣缸套1的厚度的銳變用作肩部，以允許氣缸套1擱置在氣缸框架23上。環(huán)形保持器30借助由氣缸蓋螺柱24施加到環(huán)形保持器30的上表面上的大的力被壓在氣缸蓋22上，并且氣缸蓋22借助由環(huán)形保持器30所施加的力而被按壓在氣缸套1上。

燃料閥27安裝在氣缸蓋22中，燃料閥27前端的噴嘴伸入燃燒室25中。

排氣閥裝置包括具有閥桿的排氣閥4和示出為?？吭陂y座51上的閥盤。

排氣閥裝置包括具有排氣彎管50的殼體28。排氣彎管50在一端通向排氣閥的設(shè)置有閥座51的底側(cè)，并且另一端通向排氣閥殼體28的側(cè)面。排氣彎管50在閥殼體28的側(cè)面處的開口連接到通向排氣接收器3的排氣管道。

排氣閥殼體設(shè)置有引導(dǎo)排氣閥桿的孔。液壓排氣閥致動器52安裝在排氣閥殼體28的上側(cè)上并作用在排氣閥桿的自由端上以打開排氣閥。排氣閥致動器52還包括用于促使排氣閥返回到其關(guān)閉位置的氣動彈簧53。

排氣閥殼體20設(shè)置有向外突出的排氣閥殼體凸緣29，該凸緣29設(shè)置有多個貫通孔，排氣閥螺柱32通過這些貫通孔而突出。排氣閥螺柱32固定在氣缸蓋22的頂部中。螺母33接合排氣閥螺柱32的上端并作用在排氣閥殼體凸緣29上，用于將排氣閥殼體28螺栓連接到氣缸蓋22上。

排氣閥殼體凸緣29布置在排氣彎管50的側(cè)向開口的下方。排氣閥殼體28由形成閥座51的環(huán)形構(gòu)件支撐，該閥座51又由氣缸蓋22的向內(nèi)突出的凸緣42(圖8)支撐，用于支撐排氣閥。

排氣閥殼體凸緣29布置在閥殼體28的橫向側(cè)處的排氣彎管50的開口下方。在現(xiàn)有技術(shù)的排氣閥中，排氣閥螺柱的螺母接合至排氣閥殼體頂部處的表面，即在排氣彎管50的側(cè)向開口上方的表面。這些現(xiàn)有技術(shù)的排氣閥具有排氣彎管阻礙排氣螺柱的缺點，這意味著通常僅部署四個相對較大的排氣柱。通過將與排氣螺柱的螺母33接合的表面設(shè)置在排氣彎管50的側(cè)向開口下方，可以顯著減小排氣螺柱的長度，并且可以使用大量較小的螺柱，這允許可能的成本降低。這也允許各種閥的優(yōu)化定位。

管道54用于供應(yīng)和去除液體冷卻劑(例如，水)到氣缸套1的上部處的冷卻和布置，例如，到圓周冷卻凹部39，其在一個實施方式中布置在氣缸蓋22和環(huán)形保持器30之間。

參照圖7至13，將更詳細地描述氣缸22和環(huán)形保持器30。在圖8中示出氣缸蓋22中安裝有燃料閥27，并在圖9中，未安裝有燃料閥27。

氣缸蓋22具有帶有上側(cè)47和下側(cè)48的環(huán)形體。下側(cè)48設(shè)置有底部環(huán)形接觸表面44，用于接合氣缸套1的頂部環(huán)形表面。在一個實施方式中上側(cè)47可以形成有環(huán)形表面45，該環(huán)形表面45設(shè)置有多個螺紋孔41，排氣閥螺柱32被固定在該螺紋孔中。環(huán)形體具有下部36，下部36限定出通向下側(cè)48的中空部49，中空部49用于形成燃燒室25的上部分。氣缸蓋22的環(huán)形體具有限定中心通道38的上部35，其通向中空部49并通向氣缸蓋22的上側(cè)47，使得當(dāng)排氣閥4打開時，通道38允許排氣從中空部49流到排氣彎管50。在一個實施方式中，下部36直接連接到上部35，或者如圖所示，優(yōu)選地設(shè)置有錐形過渡部分55。

環(huán)形體在氣缸蓋22的下側(cè)48處設(shè)置有整體式的徑向向外突出的凸緣31。徑向向外突出的凸緣31具有向上的接觸表面43，用于支撐環(huán)形保持器30。徑向向外突出的凸緣31具有向下的表面，其優(yōu)選地與底部環(huán)形接觸表面44齊平。

中心通道38在向內(nèi)的環(huán)形凸緣上具有面向上的支撐表面42，用于支撐排氣閥的面向下的環(huán)形接觸表面。

在一個實施方式中，氣缸蓋22的環(huán)形體由單件材料形成，即氣缸蓋22的本體形成為一個整體元件。

環(huán)形體的結(jié)構(gòu)使得其具有基本均勻分布的壁厚度。在所示的實施方式中，下部36和上部35之間的過渡是錐形部分55的形式，以便為環(huán)形構(gòu)件保持基本恒定的壁厚。然而，下部36和上部35之間的過渡不需要是逐漸變細的，例如，是直角過渡。

環(huán)形體設(shè)置有設(shè)置在孔34的位置的突出部56，燃料閥27容納在孔34中。在所示的實施方式中，每個氣缸有3個燃料閥，但是取決于發(fā)動機設(shè)計和發(fā)動機運行時應(yīng)當(dāng)采用的燃料數(shù)量，每個氣缸可以有2至6個燃料閥。

環(huán)形保持器30是與氣缸蓋22分離的元件，并且環(huán)形保持器30的尺寸和形狀設(shè)置成圍繞下部36而配合，其中，環(huán)形保持器30的底表面的徑向內(nèi)側(cè)部分接合徑向向外突出的凸緣31的向上的接觸表面43。

環(huán)形保持器30設(shè)置有中心開口，該中心開口的直徑等于或稍大于氣缸蓋22的下部36的外徑。向外突出的凸緣31的(外)直徑大于環(huán)形保持器30的中心開口的直徑。

然而，向外突出的凸緣31的(外)直徑小于環(huán)形保持器30的外徑，使得缸蓋螺柱24可以穿過向外突出的凸緣31，但是仍然容納在環(huán)形保持器30的通孔46中，貫通孔46被設(shè)置成使得缸蓋螺柱24緊密地布置在徑向向外突出的凸緣31的周邊周圍。

上部35的外徑等于或小于下部36的外徑，使得環(huán)形保持器30可以被放置在氣缸蓋22的主體上和在向外突出的凸緣31的向上的接觸表面43上。因此，氣缸蓋22的最大外徑由徑向向外突出的凸緣31形成。這種結(jié)構(gòu)還允許通過簡單地將環(huán)形保持器30向上提起并遠離氣缸蓋22來被移除，從而便于維護。

在一個實施方式中，環(huán)形冷卻凹部39形成在下部36中并且由環(huán)形保持器30封閉。環(huán)形冷卻凹部提供周向基本均勻的冷卻分布。環(huán)形保持器30設(shè)置有直立邊緣40，來形成以密封環(huán)形凹部39的方式圍繞氣缸蓋22的下部36的定位板(strongback)。環(huán)形冷卻凹部39和徑向向外突出的凸緣31減小了過渡中的張力。

環(huán)形冷卻凹槽39連接到氣缸蓋22的中間部分中的多個基本徑向的冷卻通道37，并且冷卻通道37連接到排氣閥中的冷卻通道，以冷卻排氣閥。

氣缸蓋22的本體在實施方式中由鑄鐵或鑄鋼制成。在另一個實施方式中，氣缸蓋22的主體由高強度耐熱鋼(例如鍛造鋼)制成。

在一個實施方式中，環(huán)形保持器30由相對便宜的材料(例如鑄鐵或低合金鋼)制成，其允許通過鑄造而制造環(huán)形保持器30。

已經(jīng)結(jié)合本文的各種實施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐要求保護的本發(fā)明時，通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，可以理解和實現(xiàn)所公開的實施方式的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施的事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中使用的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。