专利名称：操作活塞发动机的方法
操作活塞发动机的方法本发明涉及一种操作涡轮增压活塞发动机的方法。在涡轮增压活塞发动机中，增压空气(charge air)的压力通过压缩机至少在一级中增加。在压缩机之后，加压的增压空气通常通过增压空气冷却器冷却。如果增压空气压力、温度和湿度处于一定水平，则增压空气中的水蒸汽液化为水。液化(水滴、雾)可能对发动机部件引起腐蚀和侵蚀，发动机部件例如为涡轮增压器压缩机叶轮(在2级涡轮增压中)、增压空气容器、进气道和进气阀。液化量在增压空气系统的高压侧可能特别高。本发明的目的是减小涡轮增压活塞发动机的增压空气系统中的液化量。根据在权利要求1中的公开，本发明的目的得到满足。涡轮增压活塞发动机包括 用于低温冷却液体的低温冷却回路；用于高温冷却液体的高温冷却回路；以及连接到所述低温冷却回路的增压空气冷却器。根据本发明，至少在一级中对发动机的增压空气进行加压，通过馈送有低温冷却液体的增压空气冷却器对加压的增压空气进行冷却，确定在增压空气冷却器的下游的加压的增压空气的露点，并且通过控制馈送到所述增压空气冷却器中的所述低温冷却液体的温度，将离开所述增压空气冷却器的增压空气的温度调节为高于该露点。通过向所述低温冷却液体添加高温冷却液体来控制所述低温冷却液体的温度。在本发明的一个实施方式中，增压空气至少在两级中加压。增压空气在一级中通过低压压缩机而加压，并且在最后一级中通过高压压缩机而加压。所述增压空气冷却器是布置在所述高压压缩机的下游的最后的高压增压空气冷却器。通过本发明可以实现显著的益处。所述增压空气系统中的液化量可以被减小，这进而降低了发动机部件的腐蚀和侵蚀损坏。在下文中，将参考附图描述本发明，所述附图是在两级中涡轮增压的活塞发动机的示意图。
图1是在两级中涡轮增压的活塞发动机1的示意图。所述发动机1是例如用作船只和发电厂中的主发动机和辅助发动机的大型活塞发动机。所述发动机1包括进气道2，进气通过该进气道2馈送到发动机汽缸3中。所述发动机1包括废气道4，废气通过该废气道 4从所述汽缸3中排出。此外，所述发动机1包括低压(LP)涡轮增压器5，该低压(LP)涡轮增压器5设置有低压(LP)压缩机6和低压(LP)涡轮7。所述发动机1包括高压(HP)涡轮增压器8，该高压(HP)涡轮增压器8设置有高压(HP)压缩机9和高压(HP)涡轮10。低压(LP)增压空气冷却器11连接到所述LP压缩机6和所述HP压缩机9之间的所述进气道 2。所述LP增压空气冷却器11被布置以在将由所述LP压缩机6加压的增压空气传送到所述HP压缩机9之前对其进行冷却。高压(HP)增压空气冷却器12连接到所述HP压缩机9 和发动机汽缸3之间的所述进气道2。所述HP增压空气冷却器12被布置以冷却由所述HP 压缩机9加压的增压空气。发电机(未示出)可以连接到所述发动机1。所述发动机1可以设置有另外的低压(LP)增压空气冷却器20，该低压(LP)增压空气冷却器20连接到所述LP压缩机6和所述LP增压空气冷却器11之间的所述进气道2。 此外，所述发动机1可以设置有另外的高压(HP)增压空气冷却器(未示出)，该高压(HP) 增压空气冷却器连接到所述HP压缩机9和所述HP增压空气冷却器12之间的所述进气道2。所述发动机1包括低温(LT)冷却回路13，其中循环所述发动机的低温(LT)冷却液体，例如水。所述发动机的所述LP增压空气冷却器11、所述HP增压空气冷却器12和润滑油冷却器14连接到所述LT冷却回路13。在HP增压空气冷却器12和LP增压空气冷却器11的上游，所述润滑油冷却器14连接到所述LT冷却回路13。在所述HP增压空气冷却器12的上游，所述LP增压空气冷却器11连接到所述LT冷却回路13。所述发动机1包括冷却器15，通过该冷却器15来冷却LT冷却液体。从所述HP增压空气冷却器12排出的LT 冷却液体馈送到所述冷却器15并且被所述冷却器15冷却。LT冷却液体从所述冷却器15 通过三通阀16馈送回到所述LT冷却回路13。所述LT冷却回路13包括回流管17，该回流管17用于混合从所述冷却器15排出的经冷却的LT冷却液体与由所述LP增压空气冷却器 11和所述HP增压空气冷却器12加温的LT冷却液体。所述回流管17连接到所述三通阀 16。与经冷却的LT冷却液体混合的温LT冷却液体的量可以通过所述三通阀16进行调节。 因此，可以控制馈送到所述LT冷却回路13中的LT冷却液体的温度。所述三通阀16设置有温度调节装置18，通过该温度调节装置18，馈送到所述LT冷却回路13中的LT冷却液体的温度可以如所期望地设置。此外，所述发动机1包括高温(HT)冷却回路19，其中循环所述发动机的高温(HT) 冷却液体，例如水。所述HT冷却回路19中的冷却液体的温度水平高于所述LT冷却回路13 中的温度水平。所述HT冷却回路19被布置为冷却发动机体(block)。所述发动机体包括用于HT冷却液体的冷却通道。所述另外的LP增压空气冷却器20和所述另外的HP增压空气冷却器连接到HT冷却回路19。HT冷却液体被所述冷却器15冷却。备选地，HT冷却液体可以通过单独的冷却器冷却。所述HT冷却回路19包括HT回流管33，该HT回流管33用于混合从所述冷却器15 排出的经冷却的HT冷却液体与温HT冷却液体。所述HT回流管33连接到HT三通阀16。 与经冷却的HT冷却液体混合的温HT冷却液体的量可以通过所述HT三通阀33进行调节。 因此，可以控制馈送到所述HT冷却回路19中的HT冷却液体的温度。所述HT三通阀33设置有温度调节装置34，通过该温度调节装置34，馈送到HT冷却回路19中的HT冷却液体的温度可以如所期望地设置。所述LT冷却回路13通过连接管21与所述HT冷却回路19流连接。所述连接管 21设置有例如控制阀22的控制装置，通过该控制装置，HT冷却液体通过所述连接管21的流动可以被调节。所述进气道2设置有用于测量增压空气的压力的压力传感器23。该压力传感器 23在增压空气的流动方向上被布置在所述HP增压空气冷却器12的下游。附加地，所述进气道2可以设置有用于测量增压空气的压力的另外的压力传感器M。该另外的压力传感器M被布置在所述LP增压空气冷却器11的下游但是在所述HP压缩机9的上游。所述发动机1在所述LP压缩机6的上游设置有用于测量周围空气或增压空气的相对湿度的湿度传感器25。该湿度传感器25在增压空气的流动方向上可以设置在所述LP压缩机6之前。 在增压空气的流动方向上，所述进气道2在所述HP增压空气冷却器12的下游设置有用于测量增压空气温度的温度传感器27。附加地，在增压空气的流动方向上，所述进气道2在所述LP增压空气冷却器11之后但是在所述HP压缩机9之前可以设置有用于测量增压空气的温度的另外的温度传感器26。所述发动机1包括控制单元观，来自增压空气湿度传感器25、压力传感器23、24 以及温度传感器26、27的测量信号被传输到该控制单元观中。所述控制单元观基于这些测量信号而确定增压空气的露点。露点是如下的温度，即，在该温度，空气中的水蒸汽在普遍的条件(压力、湿度)下开始液化。在增压空气的流动方向上，在最后的增压空气冷却器 (即，所述HP增压空气冷却器12)的下游的位置处确定增压空气的露点。附加地，在增压空气的流动方向上，在所述LP增压空气冷却器11的下游但是在所述HP压缩机9的上游的位置处确定增压空气的露点。所述控制单元观被布置以操作所述控制阀22，以使得在所述HP增压空气冷却器12的下游，离开所述HP增压空气冷却器12的增压空气的温度高于增压空气的露点。这通过控制馈送到所述HP增压空气冷却器12的LT冷却液体的温度来完成。附加地，所述控制单元观被布置以操作所述三通阀16，以使得在所述LP增压空气冷却器11的下游但是在所述HP压缩机9的上游，离开所述LP增压空气冷却器11的增压空气的温度高于增压空气的露点。这通过控制馈送到所述LP增压空气冷却器11的LT冷却液体的温度来完成。当所述发动机1正在运行时，增压空气传送到所述LP压缩机6，通过该LP压缩机 6，它的压力提高。在增压空气的流动方向上，在所述LP压缩机6之前，测量增压空气的湿度25。LP增压空气从所述LP压缩机6传送到所述另外的LP增压空气冷却器20并且通过该冷却器20冷却。HT冷却液体馈送到该另外的LP增压空气冷却器20。此后，增压空气传送到所述LP增压空气冷却器11并且通过该冷却器11冷却。LT冷却液体馈送到该LP增压空气冷却器11。增压空气从所述LP增压空气冷却器11传送到所述HP压缩机9，通过该HP压缩机9，增压空气的压力被进一步地提高。此后，HP增压空气传送到所述HP增压空气冷却器 12并且通过该冷却器12冷却。LT冷却液体馈送到该HP增压空气冷却器12。增压空气从所述HP增压空气冷却器12传送至所述汽缸3以用作燃烧气体。废气从所述汽缸2排出， 并被引导通过所述HP涡轮10，并且然后通过所述LP涡轮7。所述HP涡轮10驱动所述HP 压缩机9，并且所述LP涡轮7驱动所述LP压缩机6。LT冷却液体在所述LT冷却回路13中循环。通过混合经冷却的LT冷却液体与温 LT冷却液体而调节LT冷却液体的温度。此后，LT冷却液体馈送到所述润滑油冷却器14， 其中LT冷却液体的温度增加。LT冷却液体从所述润滑油冷却器14馈送到所述LP增压空气冷却器11中。冷却液体从所述LP增压空气冷却器11馈送到所述HP增压空气冷却器12 中。通过在所述HP增压空气冷却器12之前将HT冷却液体添加到LT冷却液体中来调节LT 冷却液体的温度。LT冷却液体的一部分从所述HP增压空气冷却器12馈送到所述冷却器 15，并且一部分通过所述回流管17去往所述三通阀16并且与从所述冷却器15排出的经冷却的LT冷却液体混合。HT冷却液体在所述HT冷却回路19中循环。通过混合经冷却的HT冷却液体与温 HT冷却液体而调节HT冷却液体的温度。此后，HT冷却液体循环通过所述发动机体的冷却通道。HT冷却液体从发动机体馈送到所述另外的LP增压空气冷却器20。如果所述发动机 1包括所述另外的HP增压空气冷却器，则HT冷却液体在上述另外的LP增压空气冷却器之后馈送到所述增压空气冷却器中。此后，HT冷却液体的一部分馈送到冷却器15，并且一部分通过所述HT回流管33去往所述HT三通阀31并且与从所述冷却器15排出的经冷却的 HT冷却液体混合。为了防止增压空气中的水蒸汽液化为水，在增压空气流动方向上的最后的增压空气冷却器(即，HP增压空气冷却器12)的下游，将离开所述增压空气冷却器12的增压空气的温度调节为高于增压空气的露点。首先，基于增压空气湿度25和压力23测量而确定在所述HP增压空气冷却器12的下游的增压空气的露点。通过控制馈送到所述HP增压空气冷却器12中的LT冷却液体的温度而调节离开所述HP增压空气冷却器12的增压空气的温度。通过向LT冷却液体添加HT冷却液体了来控制LT冷却液体的温度。可以基于湿度25和压力M测量而确定在所述LP增压空气冷却器11和所述HP 涡轮增压器9之间的增压空气的露点。通过控制馈送到所述LP增压空气冷却器11中的LT 冷却液体的温度，而将离开所述LP增压空气冷却器11的增压空气的温度调节为高于在所述LP增压空气冷却器11和所述HP压缩机9之间的增压空气的露点。通过混合经冷却的 LT冷却液体与由所述LP增压空气冷却器11和所述HP增压空气冷却器12加温的LT冷却液体来控制LT冷却液体的温度。本发明可以具有与上述实施方式不同的多个实施方式。所述发动机可以设置有两个并行的LP涡轮增压器5和两个并行的HP涡轮增压器 8。在该情况下，所述发动机1包括用于每一个LP压缩机6的单独的LP增压空气冷却器11 和用于每一个HP压缩机9的单独的HP增压空气冷却器12。相应地，所述另外的LP增压空气冷却器20被布置为彼此并行。在其它方面，该实施方式对应于附图所示。增压空气可以仅在一级中加压。在该情况下，所述发动机1设置有仅一个涡轮增压器或者两个并行的涡轮增压器，并且相应地，一个增压空气冷却器或两个并行的增压空气冷却器布置在该(或这些)涡轮增压器的下游。增压空气可以在三级或更多级中加压。在所有实施方式中，通过控制馈送到在增压空气的流动方向上的最后的增压空气冷却器中的低温冷却液体的温度，将离开所述增压空气冷却器的增压空气的温度调节为高于所述增压空气冷却器之后的增压空气露点。通过向低温冷却液体添加高温冷却液体来控制低温冷却液体的温度。
权利要求
1.一种操作涡轮增压活塞发动机(1)的方法，所述涡轮增压活塞发动机(1)包括用于低温冷却液体的低温冷却回路(13)、用于高温冷却液体的高温冷却回路(19)和连接到所述低温冷却回路(13)的增压空气冷却器(12)，在所述方法中，-至少在一级中对增压空气进行加压，-通过被馈送低温冷却液体的所述增压空气冷却器(1 对加压的增压空气进行冷却，-确定在所述增压空气冷却器(1 的下游的所述加压的增压空气的露点，以及-通过控制馈送到所述增压空气冷却器(1 中的所述低温冷却液体的温度，将离开所述增压空气冷却器(12)的增压空气的温度调节为高于所述露点，其特征在于，通过将所述高温冷却液体添加到所述低温冷却液体而控制所述低温冷却液体的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增压空气冷却器(1 是在所述增压空气的流动方向上的最后的增压空气冷却器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在两级中对所述增压空气进行加压，在一级中通过低压压缩机(6)加压，并且在最后一级中通过高压压缩机(9)加压，并且该方法特征在于，所述增压空气冷却器是布置在所述高压压缩机(9)的下游的最后的高压增压空气冷却器(12)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过被馈送低温冷却液体的低压增压空气冷却器(11)对通过所述低压压缩机(6)加压的增压空气进行冷却。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定在所述低压增压空气冷却器(11)的下游的位置处的所述增压空气的露点，以及通过控制馈送到所述低压增压空气冷却器(11) 中的所述低温冷却液体的温度，将离开所述低压增压空气冷却器(11)的增压空气的温度调节为高于所述露点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过混合经冷却的低温冷却液体与通过所述低压增压空气冷却器(11)和所述高压增压空气冷却器(1 加温的低温冷却液体来控制馈送到所述低压增压空气冷却器(11)中的所述低温冷却液体的温度。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述低压增压空气冷却器(11)的上游，润滑油冷却器(14)连接到所述低温冷却回路(13)。
8.根据权利要求4到7中的任何一项所述的方法，其特征在于，在所述高压增压空气冷却器(12)的上游，所述低压增压空气冷却器(11)连接到所述低温冷却回路(13)。
9.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，测量在所述增压空气冷却器(12)的下游的增压空气压力03)和增压空气湿度(25)，并且基于所述测量确定所述增压空气的露点。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，通过所述高温冷却液体来冷却所述活塞发动机(1)的发动机体。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述发动机包括另外的低压增压空气冷却器(20)，所述另外的低压增压空气冷却器00)在所述发动机体的下游连接到所述高温冷却回路(19)。
全文摘要
本发明涉及一种操作涡轮增压活塞发动机(1)的方法，该涡轮增压活塞发动机(1)包括用于低温冷却液体的低温冷却回路(13)、用于高温冷却液体的高温冷却回路(19)和连接到所述低温冷却回路(13)的增压空气冷却器(12)。在该方法中，至少在一级中对增压空气进行加压，通过被馈送低温冷却液体的所述增压空气冷却器(12)对加压的增压空气进行冷却，确定在所述增压空气冷却器(12)的下游的加压的增压空气的露点，并且通过控制馈送到所述增压空气冷却器(12)中的低温冷却液体的温度，将离开所述增压空气冷却器(12)的增压空气的温度调节为高于该露点。通过将高温冷却液体添加到低温冷却液体而控制低温冷却液体的温度。
文档编号F02B29/04GK102472150SQ201080027665
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月17日
发明者托米·劳尼奥 申请人:瓦锡兰芬兰有限公司