操作二冲程活塞式发动机的方法、燃料喷射系统、活塞式发动机和改装二冲程活塞式发动机的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的操作二冲程活塞式发动机的方法。本发明还涉及如权利要求13所限定的用于二冲程活塞式发动机的燃料喷射系统、如权利要求15所限定的二冲程活塞式发动机以及如权利要求16所限定的改装二冲程活塞式发动机的方法。

背景技术：

1、许多大型二冲程发动机，例如船用发动机，可以使用气体燃料(通常是天然气)来运行。通常，以气体燃料运行的发动机是所谓的双燃料发动机，其可以使用气体燃料或液体燃料来运行。天然气可作为压缩气体(cng)或液化气体(lng)储存。压缩天然气在储存、供应至气体喷射器和燃料喷射期间处于气相。液化天然气在约-162℃的温度下以液相储存，但以气相喷射到气缸中。气体燃料可以被引入到发动机的进气管中或直接喷射到发动机的气缸中。

2、温室气体排放实际上在所有技术领域中受到越来越多的关注。发动机的温室气体排放主要取决于三个因素：发动机的效率、所使用的燃料的类型以及排气中未燃烧燃料的量。

3、发动机的效率取决于几个因素，但是一个重要的因素是压缩比，即当活塞位于其下止点位置时气缸和燃烧室的容积与当活塞位于其上止点位置时燃烧室的容积之间的比率。较高的压缩比通常导致较好的发动机效率，但是最大压缩比通常受到燃料自燃的限制。

4、未燃烧燃料从发动机中逸出是几个因素的结果，例如在关闭排气门之前经由排气门逸出燃料、预燃室中的不完全燃烧、燃烧室表面上的火焰熄灭、火焰不能渗入燃烧室中的小缝隙以及由于高湍流导致的局部火焰熄灭。

5、尽管与发动机的总燃料消耗相比，排气中未燃烧燃料的量较小，但未燃烧燃料仍可能是温室气体排放的重要来源，因为例如甲烷的全球变暖潜势(gwp)远大于二氧化碳的全球变暖潜势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种操作二冲程活塞式发动机的改进方法。根据本发明的方法的特征在权利要求1中给出。本发明的另一个目的是提供一种用于二冲程活塞式发动机的改进的燃料喷射系统。权利要求13给出了燃料喷射系统的特征。本发明的另一个目的是提供一种改进的二冲程活塞式发动机和一种改装二冲程活塞式发动机的方法。在权利要求15和16中分别给出了发动机和改装发动机的方法的特征。

2、根据本发明的方法包括以下步骤：将液化气体燃料供应到所述发动机的每个气缸；以及经由至少一个布置在所述气缸的壁中的燃料喷射喷嘴将所述燃料以液相喷射到每个气缸中。

3、根据本发明的燃料喷射系统构造成实施上述方法。

4、利用根据本发明的方法和燃料喷射系统，发动机的温室气体排放经由若干机制减少：以液相喷射燃料有助于降低靠近燃烧室的壁的燃料浓度。因此减少了燃烧室表面上火焰的熄灭，这减少了未燃烧燃料随排气的逸出。通过以液相喷射燃料，与以气相喷射燃料相比，可以增加喷射的质量流量。这允许延迟燃料喷射的开始，这降低了未燃烧燃料经由打开的排气门逸出的风险。以液相喷射的另一个优点是燃料的蒸发降低了燃烧室中的温度。因此降低了燃料自燃的风险，这允许增加压缩比并因此提高发动机效率。

5、根据本发明的实施例，所述燃料在10至50巴的压力下喷射。所述压力可以例如在20至40巴的范围内。在上述范围内的喷射压力允许足够短的喷射持续时间，同时避免燃料射流太深地渗入燃烧室以及燃料射流过度接触与燃料喷射器相对的燃烧室壁。

6、根据本发明的实施例，燃料喷射的持续时间是5至20度的曲柄角。燃料喷射的持续时间可以是例如7至13度的曲柄角。因此，持续时间可以明显短于以气相喷射相应量的燃料的持续时间，因此燃料喷射可以被延迟。

7、根据本发明的实施例，燃料喷射在上止点之前的140至40度曲柄角处开始。

8、根据本发明的实施例，燃料喷射在上止点之前的120至95度的曲柄角处开始。当在该范围内开始喷射时，排气门几乎关闭，这使得在燃烧开始之前未燃烧燃料的逸出最小化。

9、根据本发明的实施例，所述燃料在比所述燃料在喷射压力下的沸点低至少5℃的温度下供应到所述燃料喷射喷嘴。在足够低的温度下，降低了在燃料喷射系统中形成气泡的风险。

10、根据本发明的实施例，所述燃料在比所述燃料在喷射压力下的沸点低至多50℃的温度下供应到所述燃料喷射喷嘴。避免过低的喷射温度确保了燃料在燃烧室中有效地蒸发。

11、根据本发明的实施例，所述燃料以从水平方向朝向气缸的上端倾斜的角度喷射到气缸中。这有助于避免燃料射流接触与燃料喷射喷嘴相对的燃烧室壁。

12、根据本发明的实施例，所述燃料通过至少两个燃料喷射喷嘴喷射到每个气缸中。这允许保持短的喷射持续时间和相对低的喷射压力，从而减少燃料射流渗入燃烧室中并允许燃料喷射的延迟。

13、根据本发明的实施例，所述燃料是液化天然气或沼气。

14、根据本发明的二冲程活塞式发动机包括上述燃料喷射系统。

15、根据本发明的实施例，所述至少一个燃料喷射喷嘴布置在与所述活塞的在上止点之前100至30度曲柄角的位置相对应的位置处。

16、根据本发明的用于改装二冲程活塞式发动机的方法，在该发动机中，每个气缸的壁设有用于将燃料以气相引入气缸的至少一个孔，该方法包括在每个孔中布置插塞的步骤，该插塞构造成用作用于液相燃料的燃料喷射喷嘴。这允许将现有发动机容易地转换为利用以液相喷射气体燃料的发动机。

技术特征：

1.一种操作二冲程活塞式发动机(1)的方法，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料在10至50巴的压力下喷射。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述压力为20至40巴。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，燃料喷射的持续时间为5至20度的曲柄角。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述持续时间为7至13度的曲柄角。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，燃料喷射在上止点之前的140至40度曲柄角处开始。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述燃料喷射在上止点之前的120至95度的曲柄角处开始。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料在比所述燃料在喷射压力下的沸点低至少5℃的温度下供应到所述燃料喷射喷嘴(23)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料在比所述燃料在喷射压力下的沸点低至多50℃的温度下供应到所述燃料喷射喷嘴(23)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料以从水平方向朝向所述气缸(2)的上端倾斜的角度喷射到所述气缸(2)中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料通过至少两个燃料喷射喷嘴(23)喷射到每个气缸(2)中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃料是液化天然气或沼气。

13.一种用于二冲程活塞式发动机(1)的燃料喷射系统，其中，所述燃料喷射系统构造成实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的燃料喷射系统，其中，所述至少一个燃料喷射喷嘴(23)布置在与所述活塞(13)的在上止点之前100至30度曲柄角的位置相对应的位置处。

15.一种二冲程活塞式发动机(1)，该发动机包括根据权利要求13或14所述的燃料喷射系统。

16.一种改装二冲程活塞式发动机(1)的方法，在该发动机(1)中，每个气缸(2)的壁设有用于将燃料以气相引入所述气缸(2)中的至少一个孔(28)，其中，所述方法包括在每个孔(28)中布置插塞(29)的步骤，该插塞构造成用作用于液相燃料的燃料喷射喷嘴(23)。

技术总结
操作二冲程活塞式发动机(1)的方法包括以下步骤：将液化气体燃料供应到发动机(1)的每个气缸(2)；以及经由布置在气缸(2)的壁中的至少一个燃料喷射喷嘴(23)将燃料以液相喷射到每个气缸(2)中。

技术研发人员：P·斯克罗科,S·K·楠达
受保护的技术使用者：瓦锡兰服务瑞士有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15