供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法_2

文档序号:9806568阅读:来源:国知局
够相对于径向方向和/或相对于所述气缸的轴向方向以不等于零的预定角度被注射到所述气缸的所述燃烧空间中。
[0019]那么,该角度被称为注射角,该注射角是进气喷嘴的喷嘴轴线和进气阀的阀轴线之间的角度的补角,也就是说,注射角与喷嘴轴线和阀轴线之间的角度彼此互补,形成180°。注射角优选地等于在10度和80度之间的角度,特别优选地在10度和35度之间的角度;注射角具体地大致是22.5度。
[0020]按照本发明的供气系统因此包括阀,所述阀具有带阀盘的阀轴作为基本元件,其中,经由在闭合状态下与阀座密封配合的阀盘通过常用的液压控制阀(有可能,通过喷嘴和合适的喷嘴通道)将所需量的气体引入燃烧空间中。
[0021]供气系统因此可首次用于将燃料气体供应到往复活塞式内燃机的燃烧空间中,由于其两件式实施方式,导致其具有之前未知的灵活性。由于进气喷嘴以可拆卸的方式连接到进气阀并且以可更换的方式连接到气缸壁,因此可依赖于关于往复活塞式内燃机的燃烧空间中的特定燃烧状况的要求,从进气阀单独地更换例如进气喷嘴,使得用于将燃料气体注射到燃烧空间中的不同注射条件可被简单地实现并且可理想地针对变化的要求进行协调。
[0022]本发明的进气喷嘴的喷嘴轴线此外布置成相对于进气阀的阀轴线成预定角度,使得燃料气体可在供气系统的操作和安装状态下以不等于零的预定注射角注射到气缸的燃烧空间中。这是特别重要的,因为由此可同时考虑进气喷嘴的以下两个主要功能:一方面,通过使用适于燃烧空间中的状况的进气喷嘴,在最多变的操作状况下可以进行精确计量。并且,另一方面,可通过准确选择注射角并且通过准确选择注射喷射或多个注射喷射的几何形状以致确保理想燃烧来实现扫气空气和燃料气体的理想混合,使得特别地,可遵守所需的排放标准,另一方面,可将燃料消耗量减至最少。
[0023]这意味着,通过本发明,此外以特定方式彼此影响的多个不同功能可精确相互配合。因此,例如,通过供气系统的精确实施方式,具体地,通过选择合适的进气喷嘴,可以理想地关注给定或优选的操作状态(以及其他),例如,发动机通常是在满负荷范围内还是在部分负荷范围内操作或者是否必须在这些操作模式之间进行频繁变化。或者,可依赖发动机是双燃料发动机还是纯气体发动机来理想地选择进气喷嘴。或者,在不必调节或更换总体供气系统的情况下,供气系统的【具体实施方式】还可以例如首次被灵活设置成适于技术人员本身熟悉的往复活塞式内燃机的发动机构造尺寸、发动机功率、排量、优选的转数范围或其他构造变量或操作状态。因使用按照本发明的供气系统,只有例如进气喷嘴因此必须被合适选择,相应地进行更换,而同时可保持进气阀自己。
[0024]在这个方面,特别地,对于大型二冲程柴油发动机,供气系统不仅具有计量将被引入发动机燃烧空间中的气体的量的功能,如四冲程发动机时常充分要求的。对于大型二冲程柴油发动机,如已经提到的,除了其他要求之外,通过供气系统引入的气体与扫气空气的正确且可靠的混合是决定性的一点(除了别的之外),这是按照本发明的供气系统首次充分考虑的。
[0025]作为其他措施,按照本发明,为了改进燃料气体与扫气空气的混合或者进一步优化将燃料气体引入气缸中的过程,所述进气喷嘴还可具有多个喷嘴开口。
[0026]两个喷嘴开口还可以不同地排列,使得所述燃料气体能够按两个不同的注射角引入所述燃烧空间中,由此,例如,可实现燃烧空间中的更好分布。
[0027]然而,替代地或同时地,两个喷嘴开口可被不同地设计,使得所述燃料气体能够通过所述两个喷嘴开口以两个不同的注射量和/或以两个不同的流动速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入所述燃烧空间中。
[0028]其他主要点涉及发动机的操作安全。如果供气系统全部或部分失效,则例如过大量的气体可以被引入发动机的燃烧空间中,如果没有采取合适的安全措施防止发生的话。发动机的燃烧空间中的这种过大量燃料气体可例如导致排气系统中或大型柴油机的扫气系统中不受控地爆炸,这是可带来以下结果:对应的组件过热或甚至受损,以致在最差情况下,整个发动机会失效,这样可特别地对公海产生灾难性后果,甚至可导致损失整艘轮船。
[0029]但是,即使这种故障的后果没有这样巨大,这种不太严重的干扰也会造成有害的缺点。
[0030]如果例如由于缺陷而导致供气系统分别将过大量或过小量的气体引入发动机的燃烧空间中,则这样会对诸如氮氧化物含量的排放值或其他排放值产生相当大的负面影响。
[0031]或者,然而,在用气体(例如,用上述LNG)进行操作时,不完全燃烧以及进而技术人员已知的现象(诸如,值过高的甲烷逃逸)会导致供气系统故障。如果对应的发动机此时用气体(也就是说,以气体模式)进行操作,则源自燃烧时供气系统故障的排气可本身包括大量的甲烷和/或甲醛排放(以及其他),这些排放可以是例如由气缸壁上的燃烧过程中的燃烧火焰(“燃烧淬火”)的自发冷却导致的、或者可以是在不关闭排气阀的同时用新鲜空气对气缸进行扫气的阶段中释放的、或者可按不同方式释放的。
[0032]如果气体以不适当方式(例如,以不适当压力或以不适当注射喷射的几何形状、以不适当角度、以不适当位置)被引入燃烧空间中或者以其他方式被不适当引入发动机的燃烧空间中,则会出现类似的效果。
[0033]如果例如排气气体中的甲烷浓度由于这种操作状态而对应地高,则发动机的安全操作可同样地由此受损。例如,存在甲烷在排气系统中(例如,在排气歧管中或涡轮增压器之前的区域中或甚至涡轮增压器中的区域中)点燃的风险。在最差情况下,甲烷在排气系统中的点燃会导致暴露于甲烷气体点燃这种有害效果的对应组件受损。另外,甲烷是作用极大的温室气体,如已知的,甲烷的作用比二氧化碳大至少25倍,可对所谓的“能量效率设计指数”(EEDI)的计算产生显著不利的影响。
[0034]时常使用并且非常敏感的氧化催化剂还会因排气供应系统的故障和由此带来的后果而显著受损,并且在最差情况下,可仅仅在短时间之后不可挽回地受损,由此,发动机的其他安全可靠的操作至少是存有问题的,在最差情况下是不可能进行的。
[0035]通过本发明,首次还可以可靠地避免这些部分非常严重的问题。
[0036]出于此目的,按照本发明的供气系统可包括用于确定所述阀体的位置的监测系统,所述监测系统用于监测流入燃烧空间中的燃料气体,其中,所述监测系统是路径传感器,所述路径传感器特别地是电或电磁路径传感器,具体地是电感、电容或光学路径传感器,使得可在任何时间可靠地检测所述阀体的各个位置(特别地,所述阀体是打开还是关闭)。
[0037]在这个方面,所述监测系统特别优选地与监测单元进行信号通信,使得在操作状态下所述阀体的位置能够由所述监测单元检测,因此能够依赖于所述往复活塞式内燃机的曲轴转角和/或依赖于所述往复活塞式内燃机的换气阀位置,禁止将燃料气体供应到所述进气喷嘴。因此,通过本发明,可以首次不仅检测到供气系统的故障,而且依赖于故障将安全协议设置进操作,使得例如自动地禁止将燃料气体供应到供气系统并且优选地自动地关闭所述往复活塞式内燃机,并且特别优选地自动地切换至用诸如柴油或重油的替代燃料进行的操作。
[0038]在这个方面,所述进气系统优选地被构造成使得用于驱动所述阀轴的所述阀驱动器是机械、电或气压阀驱动器,特别地是液压阀驱动器,其中,特别优选地,为了闭合所述阀体,设置逆着所述阀驱动器起作用的复位装置,所述复位装置具体呈复位弹簧的形式。
[0039]在实际上特别重要的【具体实施方式】中,所述阀轴在轴外壳的引导孔中被引导。在这个方面,液压油能够在密封压力下作用于所述引导孔,所述密封压力用于对抗压力空间中的燃料气体的气体压力进行密封,所述密封压力优选地高于所述压力空间中的所述燃料气体的燃料气体压力,使得能够基本上防止所述燃料气体渗入所述引导孔中或者所述燃料空气通过所述引导孔流出。
[0040]密封压力优选地高于压力空间中的燃料气体的燃料气体压力这一事实不是必须的,因为没有燃料气体可按不受控方式沿着阀轴进入供气系统的其他组件中,特别地,不进入阀轴的液压驱动器中,也就是说,不会发生漏气,或者在阀轴处或者沿着阀轴会出现受极好控制的技术上不明显的只有少量的漏气。阀轴因此必须相应可靠密封,之前的系统例如用对
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