专利名称：燃气发动机的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的燃气发动机的操作方法。
背景技术：
在此，安全且可靠地使用燃气发动机是指靠气体燃料运转的活塞式发动机，其作为船用发动机对燃料供给系统提出了一些特定要求，其中最重要的要求在任何情况下均不容许发动机出现意外停机。因此，作为船用发动机的燃气发动机包括处于燃料供给系统中的备用系统。通常，将用作燃气发动机主燃料的气体燃料与空气混合后喷入发动机的燃烧室。气体燃料通过喷射极少量的点火燃料来点燃，所述点火燃料因现有条件而点燃，进而也点燃气体燃料。在这种情况下，就气体燃料而言，发动机就按照奥托过程运转。如果上述影响发动机运转的操作过程中出现故障，就可以对发动机提供基于只使用液体燃料的备用燃料供给系统。在这种情况下，发动机就从靠气体运转转换成靠液体燃料运转，并且按照柴油机过程运转。
然而，液体燃料的备用，通常对由流体力学控制的这些系统来说存在问题，由于倾向于使得操作可靠性最大化，但是流体力学系统不可能控制燃烧过程以便使得其尽可能地清洁，而且燃烧产物包括例如明显多于正常燃气操作的未燃烧的碳氢化合物和氧化氮。此外，对于备用操作，全部动力通过使用液体燃料产生，因此燃料消耗比在燃气操作中作为点火燃料的液体燃料的消耗多几倍。液体燃料箱的尺寸设计必须考虑到影响容器承载能力的容器空间需求。因此，在贮备燃料操作中燃料量不足可能产生风险。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法，利用这种方法可以使得涉及现有技术的那些问题最小化。本发明的特殊目的是提出一种方法，利用这种方法，尤其是燃气发动机的操作稳定性可以在所有情况下得到保证且同时使得液体燃料用光的风险最小化，并且提出一种方法，利用这种方法，甚至在燃气发动机备用操作情况下也可以减少废气排放。
本发明的目的可以按照附属权利要求1中所公开内容及其它权利要求中更接近的说明来大体实现。
根据本发明的方法涉及燃气发动机的操作。燃气发动机包括第一燃料供给系统、第二燃料供给系统和第三燃料供给系统，这些燃料供给系统的使用可以交替进行以便使得发动机按照各种操作模式运转。在根据本发明的方法中，按照发动机的第一操作模式，发动机通过借助于第一燃料供给系统将气体燃料引入发动机的燃烧空气中来进行运转，由此气体燃料通过借助于第二燃料供给系统将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃。本发明的特征在于发动机可以按照第二操作模式进行运转，其中发动机仍然通过将气体燃料引入发动机的燃烧空气中来进行运转，而气体燃料通过借助于第三燃料供给系统将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃。
根据本发明，第二操作模式至少用于第二燃料供给系统中出现故障的情况下。为了检测故障，将关于操作数据的测量值收集于发动机的控制系统中，其中将测量值与预定值进行比较，如果测量值与预定值之间的变化超过预定水平，系统就将转换成第二操作模式。优选地，至少将第二燃料供给系统的燃料压力用作操作数据。在第二燃料供给系统中，利用设置成与每个喷射喷嘴相连的电控制器从共轨分配燃料。与此相反，在第三燃料供给系统中，利用设置成与每个喷射喷嘴相连的喷射泵通过流体力学控制分配燃料。
按照第二操作模式，第三燃料供给系统的控制方式使得其喷射量小于按照这种操作模式待喷射总量的20％并且使得第二燃料供给系统关闭。
然而，在这种情况下，发动机的最大输出量实际上必须降低至大约按照第一操作模式可得到的输出量的80％，因为在第二操作模式中爆燃检测并非必定可靠。按照第二操作模式，可以通过调节第一燃料量来大致调节发动机的输出量。
本发明相对于已知技术提供了明显的优点。通过使用根据本发明的方法，燃料发动机可以在点火燃料供给系统出现故障的情况下使用，从而使得废气排放量明显低于根据已知技术的贮备燃料使用的那些情况。此外，使用根据本发明的方法与根据已知技术的备用燃料操作相比就容许液体贮备燃料的范围大幅增加。
下面，将参照附加示意图，按照示例性方式对本发明进行说明，其中图1示出了应用根据本发明方法的实施例。
具体实施例方式
图1示意性地示出了燃气发动机所用的喷射系统1，该系统用于将燃料引入发动机。燃料供给系统包括作为主燃料源的第一燃料供给系统2，通过该系统可以为发动机引进气体燃料。在下文中，还可以将气体燃料称作简单气体。第一燃料供给系统包括连接着气体源2.3的进入管路2.1和发动机的进给阀2.2。可以通过进入管路2.1利用进给阀2.2将气体分配于燃烧空气中。在此，气体进给阀设置成与发动机燃烧空气的进给通道相连。为了控制气体进给阀2.2，发动机控制单元11设置成与发动机相连，由此在发动机的操作过程中，控制单元11控制着进给阀的打开与关闭时刻以及根据例如发动机负载来分配气体供给。在此，按照非常示意性的方式对第一燃料供给系统进行了示出，并且对于不为理解本发明所需的部件没有进行示出。
发动机还包括第二燃料供给系统3。第二燃料供给系统设置成利用喷嘴8从燃料箱12向发动机供给点火燃料。第二燃料供给系统3是液体燃料所用的喷射系统。它包括高压泵3.1，其将燃料压力增加至适用水平从而通过燃料管路3.2将燃料供给共轨6。过量的燃料通过管路3.3返回燃料箱。共轨6还连接于每个燃料喷射喷嘴8上。第二燃料供给系统的喷射阀带有电控制设备5，利用该控制设备可以分配燃料量并完成喷射正时。每个电控制设备5连接于发动机控制单元11上，控制单元11还控制着另一个燃料供给系统3的操作。
当气体燃烧时，发动机运转以便使得点火燃料点燃气体。通过打开与关闭气体进给阀2.2，利用第一燃料供给系统2将气体引入发动机燃烧气体。当打开阀时，气体流入燃烧空气中，当与空气混合时就在发动机的燃烧室中被随后点燃。利用第二燃料供给系统3，通过喷射较少量的点火燃料可以实现点火。在活塞的上死点周围，在压缩冲程的最后阶段，燃烧室或与其连接在一起的预燃烧室(如果使用的话)中的条件使得点火燃料点燃，这也就点燃了与燃烧空气混合的气体。点火燃料的量相对于主燃料量而言极少。
另外，燃气发动机还带有用作第二燃料供给系统3的备用系统的第三燃料供给系统4。在图中所示的解决方案中，第三燃料供给系统4包括每个发动机汽缸所用的喷射泵9。每个喷射泵9利用其特有的燃料管路7.1连接于喷射喷嘴7上。对第三燃料供给系统4的喷射喷嘴7的控制可以通过流体力学来实现。这就意味着每个喷射喷嘴包括弹簧承载喷嘴针(未示出)，其中弹簧产生用于关闭喷嘴针的力。通过燃料压力的力克服弹簧力就可以打开喷嘴针。通过移动调节杆9.1来将喷射泵的活塞位置转动至所需位置，再利用喷射泵来调节燃料喷射量，已知方法如此。为了控制喷射泵的操作且同时控制第三燃料供给系统4的操作，致动器9.2设置成与它们相连，利用致动器可以对燃料的喷射进行调节。致动器连接于发动机控制单元11上，致动器9.2将其位置数据传送至控制单元，控制单元还限定着致动器的操作。喷射泵9通过进给管路9.3和回输管路9.4与燃料箱12相连。
在图1所示的实施例中，第二燃料供给系统3与第三燃料供给系统4的燃料都处于共用箱12中。燃料通过输送泵12.1向前输送，随后燃料流通过阀12.2被分入供给系统的进给管路3.2、9.3中。每个燃料供给系统可能正如包括其独有的单独燃料箱，例如，如果第二与第三燃料供给系统中使用不同的燃料则将会出现这种情况。
发动机的操作与主燃料和点火燃料的喷射可以由控制单元11进行控制。关于发动机的各种操作数据的数据也输送至控制单元。对本发明而言，尤其必需的是将第二燃料供给系统的操作数据的值与控制单元11中的预定值进行比较。为此，至少一个压力测量设备13设置成与第二燃料供给系统相连，由此按照一定间隔将压力测量值引入发动机控制单元。这个及可能的其它测量值与存储于控制单元中的设定值进行比较，如果测量值与预定值之间的差异大于预定情况，系统就将转换成根据本发明方法的第二操作模式，下面将对这种模式进行描述。
按照第二种操作模式，发动机仍然通过第一燃料供给系统2将气体引入发动机燃烧空气中而操作，如同第一操作模式。然而，现在发动机的控制系统控制着第三燃料供给系统的致动器9.2以便启动并保持通过第三燃料供给系统的喷射喷嘴7的燃料喷射。与其同时或之后随即，发动机控制单元11控制着第二燃料供给系统的电控制器5以便停止通过其喷射喷嘴8进入发动机燃烧室的燃料喷射。
因此，在没有干扰的情况下发动机可以基本上连续工作，因而通过第三燃料供给系统3将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中就使得气体燃料点燃。在这种第二操作模式中，第三燃料供给系统以接近恒定的燃料量运转，该量通常小于燃料总量的20％。因此，可以通过调节待供给气体量来调节发动机的输出量。
根据本发明，第三燃料供给系统的进给能力使得发动机的输出量大致与燃气操作模式中的发动机最大输出量相应。因此，当需要时，发动机仍可以按照第三操作模式进行使用，其中，燃料喷射只通过第三燃料供给系统来实现。因此，控制单元11控制着第一燃料供给系统2和第二燃料供给系统3以便停止燃料供给，而只能通过调节第三燃料供给系统的致动器9.2来调节发动机的输出量。
本发明并不限于在此所述的这些实施例，在所附权利要求范围内可以设想对它们进行多种变动。
权利要求
1.一种燃气发动机的操作方法，燃气发动机包括第一燃料供给系统(2)、第二燃料供给系统(3)和第三燃料供给系统(4)，在该方法中，按照第一操作模式，发动机通过借助于第一燃料供给系统(2)将气体燃料引入发动机(1)的燃烧空气中来进行运转，气体燃料通过借助于第二燃料供给系统(3)将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃，其特征在于，按照第二操作模式，发动机仍然通过借助于第一燃料供给系统(2)将气体燃料引入发动机(1)的燃烧空气中来进行运转，而气体燃料通过借助于第三燃料供给系统(4)将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二燃料供给系统(3)中，利用设置成与每个喷射喷嘴(8)相连的电控制器(5)，从包括于系统(3)中的共轨(6)分配燃料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三燃料供给系统(4)中，利用设置成与每个喷射喷嘴(7)相连的喷射泵(9)，通过流体力学控制分配燃料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照第二操作模式，第三燃料供给系统的控制方式使得其喷射量小于其总燃料量的20％并且使得第二燃料供给系统(3)关闭。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照第二操作模式，通过设置第一燃料量来调节发动机输出。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于第二燃料供给系统的操作数据的测量值收集于发动机的控制系统中，其中将测量数据与预定值进行比较，如果测量值与预定值之间的变化超过预定水平，系统就转换成第二操作模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，至少将燃料压力用作操作数据。
全文摘要
一种燃气发动机的操作方法，燃气发动机包括第一燃料供给系统(2)、第二燃料供给系统(3)和第三燃料供给系统(4)，在方法中，按照第一操作模式，发动机通过借助于第一燃料供给系统(2)将气体燃料引入发动机(1)的燃烧空气中来进行运转，气体燃料通过借助于第二燃料供给系统(3)将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃。按照该方法的第二操作模式，发动机仍然通过借助于第一燃料供给系统(2)将气体燃料引入发动机(1)的燃烧空气中来进行运转，而气体燃料通过借助于第三燃料供给系统(3)将点火燃料喷入燃烧空气与气体燃料的混合物中来点燃。
文档编号F02D19/08GK1683770SQ20051006527
公开日2005年10月19日 申请日期2005年4月15日 优先权日2004年4月16日
发明者A·塞科宁 申请人:瓦特西拉芬兰有限公司