ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН ДЛЯ КРУПНОРАЗМЕРНОГО ДВУХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ NO В УКАЗАННОМ ДВИГАТЕЛЕ И УКАЗАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК F01L3/20 F02M25/07 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится, согласно первой концепции, к выпускному клапану для крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя; согласно другой концепции к способу снижения образования NO_x в таком крупноразмерном двухтактном двигателе; и, согласно еще одной концепции, к крупноразмерному двухтактному двигателю. В объем изобретения входят также способы изготовления, а также применение выпускного клапана изобретения и указанного двигателя.

Уровень техники

В технике широко известно, что пики температуры сгорания, а вместе с ними образование NO_x могут быть снижены путем добавления некоторого количества газа сгорания к заполняющему камеру сгорания свежему воздуху. Для этой цели уже предлагалось осуществлять рециркуляцию части выхлопного газа (DE 10116643 С2). Но в этом случае существует опасность того, что в выпускной канал будет попадать не только выхлопной газ, но также и продувочный воздух, в результате чего выхлопной газ будет разбавляться продувочным воздухом, что приведет к более высокому содержанию кислорода в рециркулирующем выхлопном газе и, следовательно, к более высокому образованию NO_x. Дополнительными недостатками этого способа являются необходимость дорогостоящего и сложного рециркуляционного устройства и то, что такое устройство будет занимать ограниченное пространство около двигателя.

В GB 2227055 А описывается двухтактный дизельный двигатель, выпускное отверстие которого регулируется с помощью выпускного клапана. Нижняя сторона этого выпускного клапана является вогнутой и образует симметричную полость, ограниченную закраиной. Причиной этого является то, что подающий топливопровод и впрыскивающее сопло интегрированы в выпускной клапан. О сохранении какого-либо количества сгоревшего газа в подобии гнезда, находящегося в пределах ограниченной краевой зоной вогнутой стороны выпускного клапана, с целью снижения образования NO_x не сообщается. То же относится и к размеру полости на нижней стороне выпускного клапана.

Раскрытие изобретения

Указанный уровень существующей техники определяет цель настоящего изобретения, которая состоит в создании усовершенствованного выпускного клапана, пригодного для снижения образования NO_x, а также в создании усовершенствованного способа изготовления такого клапана.

Второй целью изобретения является создание усовершенствованного способа снижения образования NO_x.

Дополнительными целями изобретения являются конструирование усовершенствованного крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя и усовершенствованный способ его изготовления или переделывания.

Первая цель достигается с помощью выпускного клапана согласно пункту 1 или одному из связанных с изготовлением пунктов 17, 19-22 формулы изобретения, соответственно.

Вторая цель достигается с помощью способа согласно пункту 12.

Другие цели изобретения достигаются с помощью дизельного двигателя согласно пунктам 23, 24 или 33, соответственно, или одному из связанных с изготовлением пунктов 35 или 41, соответственно.

Выдвинутые выше соображения привели к выводу о том, что нужное количество сгоревшего газа, которое должно быть добавлено для последующего сгорания, сохраняется в камере сгорания с помощью своего рода гнезда для выхлопного газа, образованного в пределах зоны закраины на нижней стороне выпускного клапана, регулирующего выпускное отверстие, расположенное соосно с камерой сгорания. Сгоревший газ, удержанный в камере сгорания, не разбавляется свежим воздухом, вследствие чего содержание кислорода в нем очень мало. Следовательно, лишь совсем небольшого объема удержанного газа достаточно для эффективного снижения выброса NO_x, а также для благоприятного распределения температуры в материале выпускного клапана. Это означает далее, что масса выпускного клапана уменьшается и вместе с тем уменьшается перенос тепла к газу внутри камеры сгорания.

Согласно изобретению выпускной клапан, предназначенный для регулирования выпускного отверстия крупноразмерного дизельного двигателя двухтактного типа, имеет клапанный диск, расположенный у нижнего конца штока клапана, на нижней стороне которого, обращенной к камере сгорания, имеется чаша, выполненная в виде поворотно-симметричной полости, ограниченной по своему периметру и открытой вниз, при этом для удержания сгоревшего газа максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска относительно воображаемой плоской лицевой поверхности, служащей непосредственной опорой для клапанного диска, находится в пределах от 2 до 10% от внешнего диаметра клапанного диска.

Предпочтительно, максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска относительно воображаемой плоской лицевой поверхности, служащей непосредственной опорой для клапанного диска, находится в пределах от 5 до 7% от внешнего диаметра клапанного диска.

Предпочтительно, максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска относительно воображаемой плоской лицевой поверхности, служащей непосредственной опорой для клапанного диска, находится в интервале 6-6,5% от внешнего диаметра клапанного диска.

Целесообразно, чтобы внешний диаметр клапанного диска выпускного клапана был равен по меньшей мере 100 мм.

Целесообразно, чтобы внешний диаметр клапанного диска выпускного клапана был равен по меньшей мере 160 мм.

Клапанный диск, имеющий выполненную в виде чаши полость для удерживания сгоревшего газа, может иметь защитный слой на нижней стороне клапанного диска. Выпускной клапан может быть выполнен как сборный клапан, в соответствии с чем клапанный диск насажен на шток клапана.

Шток клапана может иметь пропеллерные лопасти.

Предпочтительно, выпускной клапан идентифицируется данными, бесконтактно считываемыми с по меньшей мере одной этикетки указанного клапана, преимущественно этикетки типа радиочастотной метки.

По меньшей мере в одну из указанных этикеток вводятся данные, определяющие детали для аутентификации указанного клапана, причем аутентифицирующие данные предпочтительно содержат также данные, касающиеся производства, утверждения, истории и возможного или запланированного будущего применения данного клапана.

По меньшей мере одна из этикеток находится в пределах ³/₄ полной осевой длины клапана, противоположных концу со стороны клапанного диска.

Другим объектом изобретения является способ снижения образования NO_x в крупноразмерном дизельном двигателе двухтактного типа, имеющем по меньшей мере одну камеру сгорания с выпускным отверстием, расположенным коаксиально внутри выпускного клапана и регулируемым выпускным клапаном, который выполнен, как описано ранее, в то время как в камере сгорания в каждом рабочем цикле осуществляются впрыскивание топлива, сгорание топлива, выталкивание сгоревшего газа, продувка и заполнение свежим воздухом, а также сжатие содержимого камеры сгорания, в процессе чего к воздуху перед его сгоранием добавляется некоторое количество сгоревшего газа и в результате чего по крайней мере некоторое количество добавленного к воздуху сгоревшего газа сохраняется в камере сгорания в своего рода гнезде для сгоревшего газа в пределах ограниченной закраинной зоны нижней стороны данного выпускного клапана, имеющего на своей нижней стороне вогнутую форму.

Целесообразно, чтобы свежий воздух, подаваемый в камеру сгорания, закручивался вокруг центральной оси.

Топливо, по крайней мере, частично впрыскивается извне гнезда в гнездо для сгоревшего газа, образованное на нижней стороне выпускного клапана.

Предпочтительно, выпускной клапан поворачивается вокруг своей оси в течение времени, когда он находится в не полностью закрытом положении.

Предпочтительно, большая часть топлива впрыскивается в свежий воздух. Способ изготовления выпускного клапана, описанного выше, характеризуется тем, что клапан выполняется как новый клапан из новых элементов.

Готовый новый выпускной клапан подвергают обработке до состояния, характеризующего описанный выше клапан.

Описанный выше клапан изготовляют путем дополнительной обработки использованного клапана, получая в результате состояние описываемого выше клапана.

Описанный выше клапан изготовляют путем обновления изношенного выпускного клапана, по крайней мере ранее, получая в результате функциональное состояние клапана, описанного выше.

Описанный выше клапан изготовляют путем обработки, включающей стадии:

- удаление в виде детали штока клапана от клапанного диска в качестве остающейся детали и

- присоединение другого штока клапана в виде детали к клапанному диску в качестве остающейся детали,

в результате чего выпускной клапан включает в себя клапанный диск в качестве остающейся детали, что дает состояние клапана, описанного выше.

Указанный выше клапан изготовляют путем обработки существующего выпускного клапана, включающей стадии:

удаление в виде детали клапанного диска от штока клапана в качестве остающейся детали и

- присоединение другого клапанного диска в виде детали к штоку клапана в качестве остающейся детали,

в результате чего выпускной клапан включает в себя клапанный диск в качестве остающейся детали, что дает состояние, описываемое выше.

Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, имеющий камеру сгорания, разграниченную совершающим возвратно-поступательные движения поршнем, может иметь по меньшей мере один выпускной клапан, описанный выше.

Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, имеющий камеру сгорания, разграниченную совершающим возвратно-поступательные движения поршнем, имеет по меньшей мере один выпускной клапан, описанный выше, при этом

этикетка указанного выпускного клапана доступна для считывания с помощью бесконтактного устройства, расположенного над камерой сгорания, для данного выпускного клапана.

Дополнительный объем камеры сгорания, возникающий вследствие наличия полости на нижней стороне клапанного диска, компенсируется подъемом уровня верхней лицевой поверхности поршня по сравнению с конструкцией с неуглубленным клапанным диском.

Для компенсирующего поднятия верхней лицевой поверхности клапана между опорными поверхностями, принадлежащими к поршневому агрегату, помещен прокладочный слой.

Крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель имеет ползун, палец которого соединен с поршневым агрегатом через поршневой шток, опирающийся на конструкцию ползуна, при этом прокладочный слой вводится между пальцем ползуна и поршневым штоком.

Объем полости на нижней стороне клапанного диска может находиться в пределах от 0,5 до 3,9% от объема камеры сгорания в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень достиг середины верхней мертвой зоны.

Предпочтительно, объем полости на нижней стороне клапанного диска находится в пределах от 1 до 2% от объема камеры сгорания в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень достиг середины верхней мертвой зоны.

Объем полости на нижней стороне клапанного диска может находиться в пределах от 1,6 до 1,7% от объема камеры сгорания в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень достиг середины верхней мертвой зоны.

Поршень может иметь вогнутую верхнюю сторону, обращенную в сторону вогнутой нижней стороны выпускного клапана.

Целесообразно, чтобы в камере сгорания топливоподающие клапаны были расположены вне пределов вогнутой нижней стороны выпускного клапана.

Камера сгорания по меньшей мере одного из цилиндров двигателя может работать в соответствии с описанным выше способом.

Объектом изобретения является также крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, в котором на по меньшей мере одной из указанных камер сгорания цилиндров установлен ранее описанный выпускной клапан и

в процессе работы такого крупноразмерного дизельного двигателя осуществляется считывание этикетки по меньшей мере одного из таких выпускных клапанов с помощью бесконтактного устройства с целью получения данных с этой этикетки.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, отличающийся установкой по меньшей мере одного выпускного клапана согласно изобретению на деталь или группу деталей, являющихся или предназначенных быть частью указанного крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя описанного типа.

В соответствии с указанным способом устанавливают по меньшей мере один прокладочный слой между двумя опорными участками, относящимися к поршневому агрегату, ограничивающему или предназначенному для ограничения камеры сгорания, которая при этом ограничена также или предназначена быть ограниченной выпускным клапаном согласно изобретению.

Способ может характеризоваться введением между присутствующими конструкцией пальца ползуна и соответствующим ему поршневым штоком прокладочного слоя с целью совместной работы в одной и той же камере сгорания с выпускным клапаном согласно изобретению.

Описанный выше крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель может создаваться как новый двигатель.

Способ может характеризоваться модифицированием существующего крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, состоящим в замене на описанный выше выпускной клапан выпускного клапана, который был предварительно удален из указанного двигателя.

У существующего крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя может быть произведена замена по меньшей мере одного клапана на описанный выше клапан, у которого форма головки клапана отличается от формы головки заменяемого клапана, с целью большего снижения образования NO₂, преимущественно тогда, когда предполагается, что указанный двигатель будет работать при типичном уровне выходной мощности, отклоняющемся на более чем 15% от ранее используемого типичного уровня выходной мощности.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическое вертикальное поперечное сечение крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, обладающего признаком изобретения.

Фиг.2 - представленный схематически верхний участок цилиндра фиг.1 с открытым выпускным клапаном согласно изобретению.

Фиг.3 - компоновка фиг.2 с закрытым выпускным клапаном.

Фиг.4 - вид в сечении вдоль линии IV/IV на фиг.3.

Осуществление изобретения

Дизельные двигатели типа, показанного на фиг.1, используют, как правило, для судовых силовых установок или в качестве приводов на крупных стационарных электростанциях. Повсюду в настоящем описании и соответствующих пунктах формулы изобретения слова, имеющие отношение к направлению, такие как вверх, вниз, сторона и т.д., относятся к основным относительным положениям поршня, цилиндра, камеры сгорания и выпускного клапана, как это показано на фиг.1 для двигателя в состоянии покоя с вертикальной осью цилиндра. В случае других ориентаций имеющие отношение к направлению слова следует интерпретировать соответствующим образом.

Дизельный двигатель 1, показанный на фиг.1, представляет собой крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель ползунного типа. Такой двигатель обычно чаще имеет однорядную l-образную конструкцию, хотя известны также и другие конструкции, например V-, Х- и Y-образные. Один из цилиндров (2) показан в разрезе на фиг.1. Каждый цилиндр 2 содержит в себе камеру сгорания 3, которая ограничена снизу совершающим возвратно-поступательные движения поршнем (поршневым агрегатом) 4, с помощью которого объем камеры сгорания может быть увеличен/уменьшен.

Поршневой агрегат 4 соединен с ползунным агрегатом 5 через поршневой шток 6. Ползунный агрегат 5 включает в себя качающуюся подшипниковую конструкцию известного типа, коротко называемую здесь пальцем 7 ползуна. Поршневой шток 6 прикреплен к поршневому агрегату и к ползунному агрегату 5. Ползунный агрегат 5 соединен с коленчатым валом 8 через соединительный шток 9, один из концов которого шарнирно соединен с пальцем 7 ползуна, в то время как другой конец соединен с возможностью вращения с коленчатым валом известным в технике способом.

В нижней части цилиндра 2 имеются воздуховодные прорези 10. Воздуховодные прорези 10 открываются и закрываются для прохода в камеру сгорания совершающим возвратно-поступательные движения поршнем 4. Когда воздуховодные прорези 10 открыты, в камеру сгорания 3 может поступать воздух для ее продувки и заполнения. По всему описанию и в соответствующих пунктах формулы изобретения выражение «воздух» означает не только обычный воздух из окружающей среды, но возможно и такой воздух, который может содержать какой-либо другой примешанный к нему газовый компонент(ы), например, с целью регулирования общего количества кислорода, содержащегося в подаваемом в камеру сгорания воздухе. В верхней части цилиндра 2 имеется топливоподающий клапан (или топливоподающие клапаны) 11 для впрыскивания топлива в камеру сгорания 3, когда поршень 4 находится в области середины его верхней мертвой зоны.

Сгорание впрыснутого топлива заставляет поршень 4 двигаться вниз. После этого сгоревший газ выталкивается через выпускное отверстие 12, расположенное у верхнего конца камеры сгорания 3, преимущественно соосно. Этот выталкиваемый сгоревший газ обычно называют выхлопным газом. Выпускное отверстие 12 регулируется предназначенным для этого выпускным клапаном 13. Выпускной клапан 13 может быть выполнен как сборный клапан или как неразъемный клапан. Выпускной клапан может быть изготовлен с использованием различных способов, некоторые из которых охватываются объемом формулы изобретения. К числу преимуществ таких способов изготовления относятся утилизация новых клапанов или деталей, которые могут оказаться в избытке, а также выгодная утилизация пригодных для использования деталей/участков изношенных клапанов подходящей конструкции. Таким образом, изготовление/переделка обладающего признаком изобретения выпускного клапана осуществляется более экономично и экологически приемлемо при использовании как предшествующих результатов дорогостоящего обработочного труда, так и материала, вследствие чего остается меньше отбросного материала и одновременно требуется меньше свежего материала. Во всех случаях обладающий признаком изобретения выпускной клапан содержит в себе шток 14 клапана и клапанный диск 15, расположенный у нижнего конца штока 14 клапана. В случае выпускного клапана для крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя 1 диаметр клапанного диска 15 должен составлять не менее 100 мм. Возможны также и большие диаметры, например 160-200 мм или даже еще больше. В области нижнего конца штока 14 клапана над клапанным диском 15 могут находиться пропеллерные лопасти 16 для поворота выпускного клапана 13 при прохождении выхлопного газа, что указано только на фиг.2, где пропеллерные лопасти показаны без их нормального «закручивания».

Один поворот на 360° коленчатого вала, в котором завершается один полный подъем и одно полное опускание поршня 4, определяет один рабочий цикл. Во время каждого рабочего цикла осуществляются сжатие содержимого камеры сгорания 3, впрыскивание топлива, сгорание впрыснутого топлива и заполнение воздухом камеры сгорания 3, открытие выпускного клапана 13 и выпуск сгоревшего газа (так называемого выхлопного газа), а также открытие и закрытие воздуховодных прорезей 10, посредством чего камера сгорания 3 продувается и заполняется свежим воздухом. Воздуховодные прорези 10 могут быть и наклонными, благодаря чему подаваемый в камеру сгорания 3 воздух мог бы закручиваться вокруг центральной оси камеры сгорания 3.

Во время продувки камеры сгорания 3 некоторое количество сгоревшего газа задерживается в камере сгорания 3. Этот сохраненный в камере сгорания 3 сгоревший газ имеет низкое содержание кислорода, что является причиной снижения уровня образующегося NO₂. Этим путем можно уменьшить выброс NO₂ дизельным двигателем 1. При этом может быть также улучшено распределение температур материала в выпускном клапане и, особенно, в клапанном диске 15.

Для указанной цели на нижней стороне клапанного диска 15 имеется неглубокая поворотно-симметричная вогнутая лицевая поверхность 17, как это можно видеть на фиг.2 и 3. Эта поворотно-симметричная вогнутая лицевая поверхность 17 образует полость 18, ограниченную по периметру зоной закраины клапанного диска и обращенную в сторону камеры сгорания 3.

Функция этой полости 18 состоит в создании чашеобразного сборного пространства для удержания сгоревшего газа, когда происходит открытие выпускного клапана 13, как это схематически показано на фиг.2. Во время хода сжатия поршня 4 собранный и задержанный сгоревший газ может создавать на нижней стороне выпускного клапана 13 своего рода гнездо 19 сгоревшего газа. Верхняя сторона клапана 4 имеет в данном примере поворотно-вогнутую лицевую поверхность 20 напротив вогнутой нижней стороны выпускного клапана 13. Это способствует образованию упомянутого выше гнезда, которое можно распознать на фиг.3. Естественно, что в определенных случаях может использоваться и плоская верхняя поверхность поршня.

Во время активации топливоподающих клапанов 11 топливо по крайней мере частично впрыскивается в гнездо 19 со сгоревшим газом, сохраненным в камере сгорания 3, как это показано с помощью линий 21 распыления на фиг.3 и фиг.4. Направление распыления наклонено по отношению к радиальному направлению, в результате чего большая часть топлива впрыскивается в свежий воздух, вращающийся по стрелке 22 на фиг.4, а небольшая часть попадает в гнездо 19 со сгоревшим газом. Поскольку этот сгоревший газ имеет низкое содержание кислорода, сгорание задерживается и, следовательно, температура горения и образование NO₂ снижаются.

Вогнутая поверхность 17 нижней стороны выпускного клапана 13 выполнена таким образом, что максимум подъема относительно воображаемой непосредственной опорной плоской лицевой поверхности 23, которая указана на фиг.2, находится в пределах от 2 до 10% от внешнего диаметра клапанного диска 15, который может быть равным 100-160 мм или большим, как уже указывалось выше. Предпочтительно, чтобы этот интервал составлял 5-7% и, наиболее предпочтительно, 6-6,5% от внешнего диаметра клапанного диска 15. Указанная величина подъема вогнутой поверхности 17 обеспечивает достаточный объем для сохраняемого сгоревшего газа. Чашеобразная полость 18 может быть, кроме того, выполнена таким образом, чтобы ее объем находился в пределах от 0,5-3% от объема камеры сгорания 3 в максимально уменьшенном состоянии, т.е. когда поршень 4 достигает середины его верхней мертвой зоны, одновременно с чем выпускной клапан 13 естественным образом полностью поднят, герметизируя камеру сгорания 3 в результате закрытия выпускного отверстия 12. Предпочтительно, чтобы указанный интервал составлял 1-2% и, наиболее предпочтительно, 1,6-1,7% от указанного минимального объема камеры сгорания 3.

Указанный объем полости 18 мог бы привести к увеличению общего объема камеры сгорания 3. Чтобы избежать этого увеличения, предусмотрены компенсационные средства. Чтобы достичь желаемой компенсации, можно соответственно повысить верхний уровень поршня 4 по сравнению с конструкцией с неуглубленным выпускным клапаном. Это можно выполнить, поместив на верхнюю лицевую поверхность (часть поверхности) поршня 4 слой соответствующей толщины. Согласно другой, более предпочтительной возможности, между двумя опорными участками, входящими в поршневой агрегат 4, может быть введен прокладочный слой соответствующей толщины. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.1, прокладочный слой 24 показан введенным между взаимно опирающимися участками поршневого штока 6 и шатунным пальцем 7, соответственно.

Изготовление крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, входящего в объем изобретения, обычно осуществляется путем установки по меньшей мере одного обладающего признаком изобретения выпускного клапана на какую-либо другую деталь или ансамбль деталей, являющихся частью указанного двигателя. Этот способ в наилучшей степени подходит в качестве предварительного монтажа основных агрегатов перед заключительной сборкой двигателя и является распространенным для таких крупноразмерных двигателей, часто используемых в качестве единственного источника двигательной мощности на судне. Названное изготовление включает в себя также установку прокладочного слоя между двумя упорными участками, предназначенными для поршневого агрегата, ограничивающего камеру сгорания, ограниченную при этом также имеющим признак изобретения выпускным клапаном. Предпочтительно, чтобы в процессе изготовления прокладочный слой вводился между существующей конструкцией пальца ползуна и соответствующим ему поршневым штоком с целью их совместного функционирования в одной и той же камере сгорания вместе с имеющим признак изобретения выпускным клапаном.

В большинстве случаев новый крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель создают производственным способом, а использованный двигатель такого рода может быть доведен до состояния в объеме изобретения путем модифицирования до крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя все еще известного типа и замены предварительно удаленного из этого двигателя традиционного выпускного клапана на выпускной клапан с признаком изобретения. Предпочтительно устанавливать выпускные клапаны изобретения на все цилиндры двигателя, чтобы «запрещенный»/»непригодный» по экологическим соображениям двигатель мог быть недорого введен в эксплуатацию в качестве обновленного двигателя типа MAN B&W, предназначенного для эффективной работы в течение еще многих лет, например, при установке его на судне, т.е. отвечающего стандартам IMO (IMO - Международная Морская Организация, структура ООН, осуществляющая морское законодательство, группа «Технологии и Инфраструктуры для Развивающихся Регионов», устанавливающая верхние пределы выбросов и т.д.).

Особый тип модифицирования или переделки имеет место в том случае, когда на крупноразмерном двухтактном дизельном двигателе с уже установленными выпускными клапанами с признаком изобретения один или более из этих выпускных клапанов заменяются на какой-либо другой выпускной клапан с признаком изобретения. Целью такой замены будет достижение усиленного снижения образования NO₂. Причинами для этого могут быть переход на использование другого топлива в течение довольно долгого периода времени, что требует новой оптимизации для установленного на судне двигателя, которую это судно способно выполнить, например требования IMO в отношении выбросов с целью возможности входа в прибрежные области и расположенные там гавани. Такого рода переделки могут быть также уместными в том случае, когда указанный двигатель может быть работающий на том же сорте топлива, предназначен для работы в течение некоторого периода времени при уровне типичной выходной мощности, отклоняющемся на более чем 15% от используемого перед тем другого уровня типичной выходной мощности, например, потому что повышенный уровень цен на топливо делает выгодным снижение номинальной эксплуатационной скорости от, например, 90% от максимальной мощности двигателя до, скажем, 60% от максимальной мощности двигателя, что обычно сопровождается уменьшением скорости хода судна лишь на несколько узлов. Другой полезной возможностью изготовления указанного крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, позволяющей продолжение эксплуатации изношенного двигателя, является вторичное изготовление крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя путем замены изношенного выпускного клапана на выпускной клапан изобретения.

В случае каждого из такого рода вариантов изготовления двигателей предусматривается использование выпускных клапанов изобретения с помощью любого из указанных или заявленных способов изготовления выпускных клапанов с признаком изобретения. Общим для всех этих способов является обработка выпускного клапана из какого-либо конкретного состояния. Естественно, что такую обработку следует понимать в широком смысле и, следовательно, она может включать в себя, например, фрезеровку, токарную обработку, шлифование, полирование и т.д. и известные их сочетания, каждое из которых хорошо известно специалистам.

Далее, выпускной клапан изобретения с данным внешним диаметром диска может быть изготовлен в нескольких почти подобных один другому вариантах, которые очень трудно надежно различить/идентифицировать путем простого визуального изучения с помощью человеческого глаза формы полости с нижней стороны клапана или с помощью простой измерительной процедуры. По этой причине появились сообщения об опасности неправильной подборки не подходящего вследствие указанной причины выпускного клапана изобретения с целью последующей установки его для работы на крупноразмерном двухтактном дизельном двигателе изобретения. Следствием этого будет то, что такой двигатель с неправильно подобранным и установленным на нем выпускным клапаном с признаком изобретения будет неправильно функционировать, возможно до такой степени, что судну, приводимому в движение неправильно работающим двигателем, может быть закрыт доступ в некоторые прибрежные/гаванные зоны с «ограничением загрязнения». Таким образом, благодаря возможно большому количеству подробностей, необходимых для полного документирования выпускного клапана изобретения, такой клапан преимущественно выполняется как легко идентифицируемый по данным, хранящимся при разных обстоятельствах с целью бесконтактного знакомства с ними с помощью по меньшей мере одной этикетки у данного клапана, преимущественно этикетки типа радиочастотной метки, содержащей сохраняемые данные для безошибочного определения данного клапана.

Предпочтительно в по меньшей мере одну из этикеток вводить данные, характеризующие подробности для аутентификации указанного клапана, причем аутентифицирующие данные предпочтительно должны содержать также данные, касающиеся производства, одобрения со стороны IMO, истории и возможного или запланированного будущего применения данного клапана.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна этикетка находилась в пределах ³/₄ полной осевой длины клапана, противоположных концу со стороны клапанного диска. Это обеспечивает то, что по меньшей мере эта этикетка, которая обычно является электронным устройством, чувствительным к высоким температурам, может находиться в положении, защищенном от опасности быть смытой или разрушенной очень горячим выхлопным газом, выходящим из камеры сгорания при открывании выпускного клапана. Благодаря этому этикетка данного выпускного клапана может быть доступной для считывания неконтактным устройством, расположенным над камерой сгорания, для указанного выпускного клапана.

Как правило, такое считывание производится до или при запуске двигателя для выдачи параметров/данных системе управления двигателя, но считывание такой этикетки с помощью бесконтактного устройства для сбора данных от по меньшей мере одного из указанных выпускных клапанов может также производиться и во время работы крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя изобретения. Этим путем лицо, которым мог быть инспектор от IMO или судовой страховой компании, могло бы проверить, что установленный выпускной клапан допустим для непрерывной работы двигателя, причем данные для такого разрешения могут также одновременно заводиться на этикетку без необходимости остановки для этой цели двигателя.

В приведенном выше описании даются предпочтительные варианты осуществления. Однако изобретение ими не ограничивается. В приведенной ниже формуле изобретения определен защищенный объем изобретения.

Изобретение может быть использовано в крупноразмерных двухтактных дизельных двигателях. Выпускной клапан, предназначенный для регулирования выпускного отверстия (12) крупноразмерного дизельного двигателя двухтактного типа, имеет клапанный диск (15), расположенный у нижнего конца штока (14) клапана. На нижней стороне клапанного диска, обращенной к камере сгорания (3), имеется чаша, выполненная в виде поворотно-симметричной полости (18), ограниченная по своему периметру и открытая вниз. Для удержания сгоревшего газа максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска (15) относительно воображаемой плоской лицевой поверхности (23), служащей непосредственной опорой для клапанного диска (15), находится в пределах от 2 до 10% от внешнего диаметра клапанного диска (15). Раскрыты способ снижения образования NO_x, варианты способов изготовления выпускного клапана, варианты выполнения крупноразмерных дизельных двигателей, способ изготовления крупноразмерного дизельного двигателя и способ переделки крупноразмерного дизельного двигателя. Технический результат заключается в снижении выбросов NO_x крупноразмерным двухтактным дизельным двигателем. 13 н. и 28 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Выпускной клапан, предназначенный для регулирования выпускного отверстия (12) крупноразмерного дизельного двигателя двухтактного типа, имеющего клапанный диск (15), расположенный у нижнего конца штока (14) клапана, на нижней стороне которого, обращенной к камере сгорания (3), имеется чаша, выполненная в виде поворотно-симметричной полости (18), ограниченная по своему периметру и открытая вниз, отличающийся тем, что для удержания сгоревшего газа максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска (15) относительно воображаемой плоской лицевой поверхности (23), служащей непосредственной опорой для клапанного диска (15), находится в пределах от 2 до 10% от внешнего диаметра клапанного диска (15).

2. Выпускной клапан по п.1, отличающийся тем, что максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска (15) относительно воображаемой плоской лицевой поверхности (23), служащей непосредственной опорой для клапанного диска (15), находится в пределах от 5 до 7% от внешнего диаметра клапанного диска (15).

3. Выпускной клапан по п.2, отличающийся тем, что максимум подъема вогнутой нижней стороны клапанного диска (15) относительно воображаемой плоской лицевой поверхности (23), служащей непосредственной опорой для клапанного диска (15), находится в интервале 6-6,5% от внешнего диаметра клапанного диска (15).

4. Выпускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что внешний диаметр клапанного диска (15) выпускного клапана (13) равен по меньшей мере 100 мм.

5. Выпускной клапан по п.4, отличающийся тем, что внешний диаметр клапанного диска (15) выпускного клапана (13) равен по меньшей мере 160 мм.

6. Выпускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что клапанный диск (15), имеющий выполненную в виде чаши полость (18) для удерживания сгоревшего газа, имеет защитный слой на нижней стороне клапанного диска.

7. Выпускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен как сборный клапан, в соответствии с чем клапанный диск (15) насажен на шток (14) клапана.

8. Выпускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что шток (14) клапана имеет пропеллерные лопасти (16).

9. Выпускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что он идентифицируется данными, бесконтактно считываемыми с по меньшей мере одной этикетки указанного клапана, преимущественно этикетки типа радиочастотной метки.

10. Выпускной клапан по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну из указанных этикеток вводятся данные, определяющие детали для аутентификации указанного клапана, причем аутентифицирующие данные предпочтительно содержат также данные, касающиеся производства, утверждения, истории и возможного или запланированного будущего применения данного клапана.

11. Выпускной клапан по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из этикеток находится в пределах s полной осевой длины клапана, противоположных концу со стороны клапанного диска.

12. Способ снижения образования NO_x в крупноразмерном дизельном двигателе (1) двухтактного типа, имеющем по меньшей мере одну камеру сгорания (3) с выпускным отверстием (12), расположенным коаксиально выпускному клапану и регулируемым выпускным клапаном (13), который выполнен по любому из предыдущих пунктов, в то время как в камере сгорания (3) в каждом рабочем цикле осуществляются впрыскивание топлива, сгорание топлива, выталкивание сгоревшего газа, продувка и заполнение свежим воздухом, а также сжатие содержимого камеры сгорания (3), в процессе чего к воздуху перед его сгоранием добавляется некоторое количество сгоревшего газа и в результате чего по крайней мере некоторое количество добавленного к воздуху сгоревшего газа сохраняется в камере сгорания (3) в своего рода гнезде (19) для сгоревшего газа в пределах ограниченной закраинной зоны нижней стороны данного выпускного клапана (13), имеющего на своей нижней стороне вогнутую форму.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что свежий воздух, подаваемый в камеру сгорания (3), закручивается вокруг центральной оси.

14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что при впрыскивании топлива последнее по крайней мере частично впрыскивается извне гнезда (19) в гнездо (19) для сгоревшего газа, образованное на нижней стороне выпускного клапана (13).

15. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что выпускной клапан (13) поворачивается вокруг своей оси в течение времени, когда он находится в не полностью закрытом положении.

16. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что большая часть топлива впрыскивается в свежий воздух.

17. Способ изготовления выпускного клапана, выполненного по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный клапан выполняется как новый клапан из новых элементов.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что готовый новый выпускной клапан подвергают обработке до состояния, описываемого любым из пп.1-11.

19. Способ изготовления выпускного клапана, выполненного по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный клапан изготовляют путем дополнительной обработки использованного клапана, получая в результате состояние, описываемое любым из пп.1-11.

20. Способ изготовления выпускного клапана, выполненного по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный клапан изготовляют путем обновления изношенного выпускного клапана, по крайней мере ранее, получая в результате функциональное состояние, описываемое любым из пп.1-11.

21. Способ изготовления выпускного клапана, выполненного по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный клапан изготовляют путем обработки, включающей стадии:
- удаление в виде детали штока клапана от клапанного диска в качестве остающейся детали и
- присоединение другого штока клапана в виде детали к клапанному диску в качестве остающейся детали,
в результате чего выпускной клапан включает в себя клапанный диск в качестве остающейся детали, что дает состояние, охватываемое объемом одного или более пп.1-11.

22. Способ изготовления выпускного клапана, выполненного по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный клапан изготовляют путем обработки существующего выпускного клапана, включающей стадии:
удаление в виде детали клапанного диска от штока клапана в качестве остающейся детали и
присоединение другого клапанного диска в виде детали к штоку клапана в качестве остающейся детали,
в результате чего выпускной клапан включает в себя клапанный диск в качестве остающейся детали, что дает состояние, описываемое любым из пп.1-11.

23. Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, имеющий камеру сгорания (3), разграниченную совершающим возвратно-поступательные движения поршнем (4), отличающийся тем, что он имеет по меньшей мере один выпускной клапан (13) по любому из пп.1-11.

24. Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, имеющий камеру сгорания (3), разграниченную совершающим возвратно-поступательные движения поршнем (4), отличающийся тем, что он:
- имеет по меньшей мере один выпускной клапан по п.1, и
- этикетка указанного выпускного клапана доступна для считывания с помощью бесконтактного устройства, расположенного над камерой сгорания, для данного выпускного клапана.

25. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.24, отличающийся тем, что дополнительный объем камеры сгорания (3), возникающий вследствие наличия полости (18) на нижней стороне клапанного диска (15), компенсируется подъемом уровня верхней лицевой поверхности поршня (4) по сравнению с конструкцией с неуглубленным клапанным диском.

26. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.25, отличающийся тем, что для компенсирующего поднятия верхней лицевой поверхности клапана между опорными поверхностями, принадлежащими поршню (4), помещен прокладочный слой (24).

27. Крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель по п.25, имеющий ползун (5), палец которого соединен с поршнем (4) через поршневой шток (6), опирающийся на конструкцию ползуна (5), отличающийся тем, что прокладочный слой (24) вводится между пальцем (7) ползуна и поршневым штоком (6).

28. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.24 или 25, отличающийся тем, что объем полости (18) на нижней стороне клапанного диска (15) находится в пределах от 0,5 до 3,9% от объема камеры сгорания (3) в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень (4) достиг середины верхней мертвой зоны.

29. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.28, отличающийся тем, что объем полости (18) на нижней стороне клапанного диска (15) находится в пределах от 1 до 2% от объема камеры сгорания (3) в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень (4) достиг середины верхней мертвой зоны.

30. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.29, отличающийся тем, что объем полости (18) на нижней стороне клапанного диска (15) находится в пределах от 1,6 до 1,7% от объема камеры сгорания (3) в момент, когда выпускной клапан находится в запирающем положении, а поршень (4) достиг середины верхней мертвой зоны.

31. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.24 или 25, отличающийся тем, что поршень (4) имеет вогнутую верхнюю сторону (20), обращенную в сторону вогнутой нижней стороны (17) выпускного клапана (13).

32. Крупноразмерный дизельный двигатель по п.24 или 25, отличающийся тем, что в камере сгорания (3) топливоподающие клапаны (11) расположены вне пределов вогнутой нижней стороны (17) выпускного клапана (13).

33. Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, отличающийся тем, что камера сгорания (3) по меньшей мере одного из его цилиндров работает в соответствии со способом по п.12.

34. Крупноразмерный дизельный двигатель двухтактного типа, отличающийся тем, что
- на по меньшей мере одной из указанных камер сгорания цилиндров установлен выпускной клапан по п.11, и
- в процессе работы такого крупноразмерного дизельного двигателя осуществляется считывание этикетки по меньшей мере одного из таких выпускных клапанов с помощью бесконтактного устройства с целью получения данных с этой этикетки.

35. Способ изготовления крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, выполненного по любому из пп.23-34, отличающийся установкой по меньшей мере одного выпускного клапана по любому из пп.1-11 на деталь или группу деталей, являющихся или предназначенных быть частью указанного крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя по любому из пп.23-34.

36. Способ по п.35, отличающийся установкой по меньшей мере одного прокладочного слоя между двумя опорными участками, относящимися к поршню, ограничивающему или предназначенному для ограничения камеры сгорания, которая при этом ограничена также или предназначена быть ограниченной выпускным клапаном по любому из пп.1-11.

37. Способ по п.35 или 36, отличающийся введением между присутствующими конструкцией пальца ползуна и соответствующим ему поршневым штоком прокладочного слоя с целью совместной работы в одной и той же камере сгорания с выпускным клапаном по любому из пп.1-11.

38. Способ по п.35, отличающийся тем, что этот крупноразмерный двухтактный дизельный двигатель создается как новый двигатель.

39. Способ по п.35, отличающийся модифицированием существующего крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, состоящим в замене на выпускной клапан по одному или более пп.1-11 выпускного клапана, который был предварительно удален из указанного двигателя.

40. Способ по п.35, отличающийся тем, что у существующего крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя производится замена по меньшей мере одного из выпускных клапанов по любому из пп.1-11 на выпускной клапан по любому из пп.1-11, у которого форма головки клапана отличается от формы головки заменяемого клапана, с целью большего снижения образования NO₂, преимущественно тогда, когда предполагается, что указанный двигатель будет работать при типичном уровне выходной мощности, отклоняющемся на более чем 15% от ранее используемого типичного уровня выходной мощности.

41. Способ переделки крупноразмерного двухтактного дизельного двигателя, выполненного по любому из пп.23-34, отличающийся заменой изношенного выпускного клапана на выпускной клапан по любому из пп.1-11.