大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机，包括润滑流体的润滑源和至少一个连杆，所述连杆包括：第一端，所述第一端具有配置成连接至十字头的第一轴承；第二端，所述第二端具有配置成连接至曲柄销的第二轴承；以及位于第一轴承与第二轴承之间的杆部分，所述连杆具有带有轴向中心线的轴向延伸部，所述连杆还包括：流体通道，所述流体通道配置成将润滑流体从第一轴承供应到第二轴承；以及布置在连杆中的至少一个刚度修改孔。

背景技术

在例如船舶中的大型二冲程柴油发动机之类的内燃发动机中，尝试使发动机的重量和体积最小化以便降低发动机成本并且在船舶上为例如更多的集装箱腾出更多空间，这一点日益重要并且是一个不断发展的领域。特别地，在不缩短连杆、轴承和发动机的寿命的情况下，最小化诸如连杆轴承之类的大型部件、同时仍能够为轴承供应润滑并且传递相同的载荷，这已成为重点关注领域。

众所周知，可以使用连杆中的一个或多个刚度修改孔来修改轴承周围的刚度，以便优化油膜压力分布、油膜厚度以及轴承和连杆中的应力。从DK178617还已知，也可以将润滑流体从十字头处的第一轴承经过刚度修改孔引导到曲柄销轴承处的第二轴承，这会干涉连杆中的润滑流体通道。在DK178617中，还描述了如何在润滑流体通道周围使用多个刚度修改孔，或者如何将大刚度修改孔与引导润滑流体经过所述大刚度修改孔的伸缩连接件一起使用。对于带有伸缩连接件的大刚度修改孔而言，从DK178617中还已知，大刚度修改孔内部的无应力平台可以用于解决双缺口应力问题和用于螺栓的螺纹中的应力问题。在确定用于大型二冲程柴油发动机的曲柄销轴承和十字头轴承的尺寸时，最大油膜压力、轴承涂层材料、轴承间隙、油膜厚度以及轴承中的应力和应变被视为主要标准。

从DK178617已知的现有技术方案不是最优的，这是因为要么必须使一个或多个刚度修改孔的位置不干涉连杆内部的润滑流体通道，要么必须使用连接件方案。连杆内部的润滑流体通道是为曲柄销轴承供应润滑油所必需的。因此，布置一个或多个刚度修改孔的位置和设计使其不干涉润滑流体通道是不利的，这是因为连杆中的应力、油膜压力分布、油膜厚度和轴承中的应力不能完全地自由优化。如DK178617中所建议的那样润滑流体通道周围的几个较小的刚度修改孔可以用于获得积极的效果，但是如果一个大的刚度修改孔定位在中心区域中，则可以最好地实现全部效果。然而，该中心区域干涉润滑流体通道的最佳位置。由于复杂性，完全去除连杆内部的润滑流体通道并且使用完全外部管道系统来润滑曲柄销轴承的替代方案是不希望的。此外，由于曲柄轴的复杂性以及曲柄轴中的应力，从曲柄轴供应润滑流体是不希望的。在现有的连杆设计中，改变润滑流体通道的位置以便不干涉刚度修改孔也会导致连杆中的高应力或过大和过重的连杆方面的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中所提到的类型的内燃发动机，其具有带有润滑流体通道的连杆，所述润滑流体通道从十字头轴承延伸到曲柄销轴承，其中至少显著减小了和一个或多个刚度修改孔的位置与连杆内部的润滑流体通道之间的干涉有关的上述挑战。

通过独立权利要求的特征实现了前述及其他目的。其他实施方式从从属权利要求、说明书和附图中是显然的。

根据第一方面，提供了一种大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机，其包括润滑流体的润滑源以及至少一个连杆，所述连杆包括具有配置成连接至十字头的第一轴承的第一端、具有配置成连接至曲柄销的第二轴承的第二端、以及在第一端与第二端之间的杆部分，所述连杆具有带有轴向中心线的轴向延伸部，所述连杆还包括：润滑流体通道，所述润滑流体通道配置成将润滑流体从第一轴承供应到第二轴承；以及布置在连杆中的至少一个刚度修改孔，其特征在于，连杆为板状的，并且润滑流体通道相对于轴向中心线非居中且不干涉所述一个或多个刚度修改孔。

在本文中，表述“板状”是指连杆的杆部分在发动机横向方向上比在纵向方向上明显更宽。因此，杆部分在发动机横向方向上比在纵向方向上宽至少1.5倍。

因此，将可以独立于润滑流体通道而选择一个或多个刚度修改孔的位置和形状，由此可以充分优化连杆中的应力、油膜压力分布、油膜厚度和轴承中的应力。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在不降低轴承性能、不缩短轴承寿命、不降低连杆安全系数、不改变轴瓦背面滑动特性以及没有针对曲柄销轴承的昂贵且复杂的润滑方案的情况下，可以减小曲柄销和十字头轴承的尺寸。立即获得延长的轴承寿命、减少的轴承功率损失以及提高的发动机效率。因此，获得了在宽度和直径方面减小的轴承尺寸、以及减小的发动机总高度、总长度和总宽度。与现有的技术方案相比，这将降低发动机总质量和生产成本。本发明还可以对发动机运动学不平衡和振动产生积极影响。此外，板状的连杆对曲柄轴和整个发动机都有积极的影响，这是因为它允许曲轴弯程(throws)之间的距离更短。

润滑流体通道可以沿着相对于所述连杆的所述轴向中心线倾斜的方向从第一轴承延伸到第二轴承。以此方式，连杆内部的润滑流体通道将不会干涉关于连杆的轴向中心线对称布置的刚度修改孔，由此可以优化刚度修改孔的形状。

此外，在另一个实施例中，连杆被制成为其宽度为第一轴承和第二轴承中最小者的直径的至少1/2，优选地，其直径与第一轴承和第二轴承中最小者的直径至少相同。在这样的实施例中，将可以使润滑流体通道沿着基本上平行于所述连杆的所述轴向中心线的方向从第一轴承延伸到第二轴承。以此方式，连杆内部的润滑流体通道将不会干涉关于连杆的轴向中心线对称布置的刚度修改孔，由此可以优化刚度修改孔的形状。

在本发明的另外的实施例中，润滑流体通道可以在第一部分上沿着相对于所述连杆的所述轴向中心线倾斜第一角度的第一方向以及在第二部分上沿着相对于所述连杆的所述轴向中心线倾斜第二角度的第二方向从第一轴承延伸到第二轴承。

刚度修改孔可以设置有任何合适的形状，所述合适的形状促进连杆中的最佳应力、最佳油膜压力分布、最佳油膜厚度以及轴承中的最佳应力，所述合适的形状例如为圆形、椭圆形、多边形等等，但是优选的是，它是桶形的，即其底部形状为矩形且具有向外弯曲的侧面。

为了获得最佳的轴承性能和最佳的刚度修改孔周围的张力，优选的是，刚度修改孔的宽度与曲柄销的直径之比在1/10到3/10的范围内，优选为约2/10。

为了获得最佳的轴承性能和最佳的刚度修改孔周围的张力，优选的是，刚度修改孔(12)之间的距离与曲柄销(9)的直径之比在1/10到4/10的范围内，优选地介于3/20到3/10之间，并且最优选地为约2/10。

在发动机运行时，载荷在连杆中分布不均匀并且该分布受曲柄销旋转方向的影响。因此，在可以在两个旋转方向上被驱动的发动机中，优选的是，所述至少一个刚度修改孔关于所述连杆的所述轴向中心线对称布置。

附图说明

将参照附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1示出了大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机的局部横截面图，

图2示出了根据本发明的具有倾斜润滑流体通道的连杆，和

图3示出了根据本发明的具有平行润滑流体通道的另一连杆。

具体实施方式

在以下详细描述中，将参照大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机来描述本发明，但可以理解的是，内燃发动机可以是另一种类型。

图1示出了大型二冲程单流扫气涡轮增压十字头内燃发动机1，所述发动机包括润滑流体的润滑源2和连杆3。连杆3包括：具有第一轴承5的第一端4，所述第一轴承配置成连接至十字头6；具有第二轴承8的第二端7，所述第二轴承配置成连接至曲柄销9。连杆3还包括在第一端4与第二端7之间的杆部分10。连杆3包括刚度修改孔12，所述刚度修改孔布置在杆部分10中且靠近第二轴承8，所述刚度修改孔12配置成修改连杆3在其两端之间的纵向方向上的刚度。

与现有技术公开的没有这样的刚度修改孔的连杆相比，通过具有刚度修改孔12，连杆3的刚性或刚度更小，并且由连杆3施加在曲柄销9上的力分布在第二轴承8的更大的接触表面上。这样可以将连杆3制造得明显更薄并且第一轴承5和第二轴承8也可以制造得更小且不降低轴承性能。通过减小连杆3的厚度，曲柄轴35也可以制造得明显更短，从而大大减小内燃发动机的总长度和总体积。

如图2可见，连杆3具有带有轴向中心线L的轴向延伸部并且包括杆部分10，所述杆部分布置在第一轴承5和第二轴承8之间的连杆3中间。连杆3还包括在连杆3内部从第一轴承5延伸到第二轴承8的润滑流体通道11。润滑流体通道11配置成将润滑流体从第一轴承5供应至第二轴承8。润滑流体被输送通过十字头6，以便将润滑流体供应到第一轴承5。润滑流体在润滑流体通道11中流动以将润滑流体供应到第二轴承8。刚度修改孔12垂直于轴向中心线L延伸，并且刚度修改孔12是通孔。

根据本发明，连杆3为板状的，并且润滑流体通道11设置为相对于轴向中心线L非居中。以此方式，可以独立于润滑流体通道11而选择刚度修改孔12的位置和形状，由此可以充分优化连杆3中的应力、油膜压力分布、油膜厚度和轴承中的应力。

在图2所示的实施例中，润滑流体通道11沿着相对于连杆3的轴向中心线L倾斜且与连杆3的轴向中心线L相交的方向从第一轴承5延伸到第二轴承8。以此方式，连杆内部的润滑流体通道11不干涉关于连杆的轴向中心线L对称布置的刚度修改孔12或不与其相交。由此可以优化刚度修改孔12的形状。

在图3所示的实施例中，连杆3被制成为其宽度与第一轴承5的直径基本相同，所述第一轴承是两个轴承中最小者。通过为连杆3提供稍大的宽度，可以使润滑流体通道11沿着基本平行于所述连杆3的所述轴向中心线L的方向从第一轴承5延伸到第二轴承8。而且在本实施例中，连杆3内部的润滑流体通道11不干涉关于连杆3的轴向中心线L对称布置的刚度修改孔12或不与其不相交，由此也可以优化本实施例中的刚度修改孔12的形状。

在图1至图3中，刚度修改孔12被示出为其优选形状，如上文所定义的那样。此外，在图3所示的实施例中，连杆3还可以在靠近第一端4的相对端中设置有附加的刚度修改孔12b。而且，未示出，连杆3也可以在两端中设置有一个或多个附加的刚度修改孔12或12b，优选地所述一个或多个附加的刚度修改孔围绕轴向中心线L均匀分布。