用于操作大型发动机的方法以及大型发动机与流程

1.本发明涉及一种操作大型发动机的方法以及大型发动机，该大型发动机可以至少以气体模式操作。


背景技术：

2.大型发动机可以被配置为：大型柴油发动机，这种大型柴油发动机通常以燃料自点火的方式操作；或者大型奥托发动机，这种大型奥托发动机通常以诱导点火方式(例如火花点火)操作。此外，已知以混合模式操作(即，使用燃料的自点火和燃料的诱导点火两者)的大型发动机。
3.可以设计成二冲程或四冲程发动机的大型发动机(例如纵向扫气式二冲程大型柴油发动机)通常用作船舶的驱动单元或用于固定操作，例如驱动大型发电机以产生电能。这些发动机通常在连续操作中运行相当长的时期，这对操作的安全性和可用性提出了高要求。因此，特别长的维护间隔、低磨损和经济地处理操作材料是运营商的核心标准。大型发动机通常具有内径(缸径)至少为200毫米的气缸。现在，使用的大型发动机的缸径高达960毫米，甚至更大。在本技术的框架内，术语“大型发动机”指的是气缸缸径至少为200毫米(优选至少为300毫米)的内燃发动机。
4.大型柴油发动机通常使用重燃料油操作。在经济性和高效操作、符合排气限值和资源可用性方面的条件下，现在也在为大型柴油发动机寻找重燃料油的替代品。在这方面，既使用液体燃料(即，以液体状态引入燃烧室的燃料)，也使用气体燃料(即，以气体状态引入燃烧室的燃料)。
5.作为重燃料油的已知替代品，液体燃料的实施例为其他重碳氢化合物(特别是炼油过程中的残渣)、酒精(特别是甲醇或乙醇)、汽油、柴油或乳剂或混悬剂。例如，公知使用称为msar(多相超细雾化残渣)的乳剂作为燃料。公知的混悬剂为煤粉和水的混悬剂，这种混悬剂也被用作大型发动机的燃料。作为气体燃料，已知的有诸如lng(液化天然气)之类的天然气、诸如lpg(液化石油气)之类的液化气体或乙烷。
6.特别是，大型柴油发动机也是已知的，可以用至少两种不同的燃料操作，据此，根据操作情况或环境，发动机可以用一种燃料或另一种燃料操作。
7.可以用两种不同燃料操作的大型柴油发动机的一个实施例是被配置为双燃料大型柴油发动机的大型柴油发动机。这种发动机可以以液体模式操作，其中液体燃料被引入气缸中进行燃烧，并且可以以气体(燃气)模式操作，其中气体作为燃料被引入气缸中。
8.可以用至少两种甚至更多不同的液体或气体燃料操作的大型柴油发动机往往根据当前使用的燃料以不同的操作模式操作。在通常被称为柴油操作的操作模式下，燃料的燃烧通常是根据燃料的压缩点火或自点火原理进行的。在通常被称为奥托操作的模式下，燃烧是通过可燃的预混空气-燃料混合物的诱导点火进行的。这种诱导点火可以通过例如电火花(例如用火花塞)进行，也可以通过少量喷射的燃料的自点火，该自点火然后引起另一种燃料的诱导点火。用于自点火的少量燃料通常被喷射到与燃烧室连接的预燃室中。
9.此外，使用奥托和柴油操作两者的混合形式也是已知的。
10.在本技术的框架内，术语“大型柴油发动机”是指这样的发动机，该发动机至少可以以柴油操作模式操作。特别是，术语“大型柴油发动机”因此还包括这样的双燃料大型发动机，该双燃料大型发动机除了可以以柴油操作模式操作外，还可以以另一种模式(例如奥托操作)操作。
11.因此，术语“大型发动机”包括大型柴油发动机(如前所述)、大型奥托发动机(即，只能以奥托操作模式操作的大型发动机，例如用气体燃料操作的大型气体发动机)以及可以以混合模式操作的大型发动机。混合模式是发动机同时以柴油和奥托操作的模式。
12.在本技术的框架内，术语“气体模式”或“以气体模式操作”是指仅使用气体(燃气)或气体燃料(气态燃料)作为燃料进行产生扭矩的燃烧。如前所述，在预混空气-燃料混合物的诱导点火的气体模式下，喷射少量的自点火液体燃料(例如重燃料油)以进行诱导点火是可能的，并且很常见，但尽管如此，产生扭矩的燃烧过程是完全用气体或气体燃料操作的。
13.这种借助少量液体燃料自点火的诱导点火过程有时被称为先导喷射。这种先导喷射与大型发动机以液体模式操作时将液体燃料喷射到燃烧室中无关。通常但不一定，先导喷射与液体模式下的液体燃料喷射使用不同的喷射装置。此外，在先导喷射中，少量的液体燃料通常也不是直接喷射到燃烧室中，而是喷射到经由通道与燃烧室连接的至少一个预燃室中。
14.特别是在气体模式下，为了实现经济、高效、可靠和低污染的操作，避免异常的燃烧过程是非常重要的，特别是当扫气与气体的比例(即空气-燃料比)不在一定范围内时就会发生异常燃烧。
15.如果气体含量太高，空气-燃料混合物就会变得过于浓厚(过富)。混合物的燃烧发生得太快或太早(例如借助自点火)，这可能会导致发动机的爆震。如果空气含量太高，空气-燃料混合物就会过于稀薄(过贫)，可能会发生哑火(不点火)，这当然也会对发动机的高效和低污染操作产生负面影响。特别是，气体含量太高和空气含量太高这两种状态被指定为异常燃烧过程。因此，在气体模式下，人们努力追求没有空气-气体混合物自点火的燃烧过程。燃烧过程应发生在空气-气体混合物既不过于浓厚也不过于稀薄的极限之间。
16.如果对于大型发动机的给定负载针对空气-燃料比绘制产生的扭矩的图表，高质量的燃烧和异常的燃烧之间的极限例如由两条极限曲线给出，即爆震极限和哑火极限，其中高质量的燃烧位于这两条极限曲线之间。在超过爆震极限的操作状态下，空气-气体混合物过于浓厚，即混合物中的空气太少。过于浓厚的混合物会导致各种问题，即燃烧发生得太快(快速燃烧)，或者发动机开始爆震，或者由于气体含量过高，气缸中的混合物通常通过自点火而过早地开始燃烧(预点火)(与工作周期有关)。在超过哑火极限的操作状态下，空气-气体混合物过于稀薄，即燃烧室中没有足够的气体来实现最佳燃烧和/或有过多的空气而不能实现最佳燃烧。
17.因此，特别是当大型发动机(例如配置为双燃料发动机的大型柴油发动机)在气体模式下操作时，需要将空气-燃料比(也被称为λ)保持在这样的范围内，即空气-气体比既不会太低(混合物过于浓厚)，也不会太高(混合物过于稀薄)。因此，燃烧过程应在发动机的效率、排放和可靠性方面进行优化。


技术实现要素：

18.因此，从这一技术现状出发，本发明的目的是提出一种用于操作大型发动机的方法，该发动机至少可以以气体模式操作，在气体模式下具有高质量的燃烧，使空气-燃料比分别处于爆震极限或发生自点火的极限与哑火极限之间。此外，本发明的一个目的是提出一种用这种方法操作的大型发动机。
19.满足这些目的的本发明的主题的特点在于具有如下的特征。
20.因此，根据本发明，提出了一种用于操作大型发动机的方法，该大型发动机至少能以气体模式操作，在该气体模式下，一定量的气体作为燃料被引入气缸中，气体与扫气混合，并借助先导喷射以空气-气体比点火以启动燃烧。在以气体模式操作期间，确定至少一个控制参数，该控制参数表征气缸内的燃烧质量，其中为控制参数预先确定上限阈值和/或下限阈值，并且其中调整至少一个操作参数，使得控制参数至少与下限阈值一样大并且至多与上限阈值一样大。至少一个操作参数包括确定燃烧的开始的先导喷射正时或用于修改燃烧速度的燃烧速度调整。
21.根据本发明，提出使用指示气缸内的燃烧质量的控制参数，以确保发动机在气体模式下始终以高质量的燃烧操作，即空气-燃料比至少在爆震极限和哑火极限之间并且优选以最佳状态进行燃烧过程。特别是，在以气体模式的操作期间，空气-气体混合物的自点火被避免或至少最小化。
22.例如，通过测量气缸内的着火和压缩压力曲线，可以分析燃烧，并在发动机的效率、排放和可靠性方面与最佳状态进行比较。燃烧过程的最佳状态可以与发动机操作的负载有关，并且需要最佳状态设定点的矢量或矩阵。为了分析燃烧过程，在发动机操作期间测量至少一个控制参数。适合的控制参数例如是：燃烧过程的热释放率；燃烧的开始，即点火的时间；压缩压力；着火压力，即在活塞工作周期内发生在气缸内的最大压力值；着火压力的位置；或先导喷射的开始位置。该位置可以例如借助事件发生时的曲柄角测量。所有这些控制参数都适用于评估或确定气缸内的燃烧过程的质量。
23.然后，使用至少一个操作参数将燃烧过程的质量调整到最佳状态。
24.操作参数优选用于控制气缸内的燃烧速度，或控制燃烧定相(phasing)，或控制燃烧速度和燃烧定相两者。燃烧定相包括燃烧过程的开始(即气缸内空气-气体混合物的点火)以及排气阀正时(特别是排气阀的关闭正时)，该排气阀正时调整压缩压力。因此，先导喷射正时可以用来控制燃烧定相。可以例如借助排气再循环率来控制燃烧速度，排气再循环率影响气缸内空气-气体混合物的反应性。
25.因此，在大型发动机以气体模式操作期间，测量至少一个控制参数以评估燃烧的质量。如果燃烧没有达到其最佳状态，则调整至少一个操作参数以提高燃烧过程的质量。
26.根据一个优选的实施方式，调整至少两个操作参数，即第一操作参数和第二操作参数，使得控制参数至少与下限阈值一样大和/或至多与上限阈值一样大。由于许多操作参数只能在给定的范围内进行修改，因此优选具有至少两个操作参数来调整燃烧过程的质量。
27.作为一个实施例，第一操作参数是先导喷射正时，并且第二操作参数是排气再循环率或用于关闭气缸的排气阀的排气阀正时。如果例如使用借助曲柄角测量的着火压力的位置(气缸内压力的最大值)作为控制参数，可以预先确定着火压力位置的下限阈值和上限
阈值。例如，下限阈值是上止点后5
°
的曲柄角，上限阈值是上止点后8
°
的曲柄角。按照本领域的惯例，曲柄角0
°
对应于活塞的上止点位置。因此，应调整操作参数，使着火压力的位置至少在上止点后5
°
的曲柄角处，至多在上止点后8
°
的曲柄角处。最初，调整第一操作参数(即先导喷射正时)以在上止点后5
°
至8
°
的范围内移动着火压力的位置。
28.只能在给定的范围内调整先导喷射正时，以确保发动机的可靠和高效操作。例如，将开始点火的曲柄角应在上止点前17
°
和5
°
之间。这个范围也被称为-17
°
到-5
°
，其中负号表示在上止点之前的曲柄角。如果通过在-17
°
至-5
°
范围内调整先导喷射正时不能将着火压力的位置调整到5
°
至8
°
的范围内，则调整第二操作参数，以便将着火压力的位置转移到5
°
至8
°
的范围内。第二操作参数例如是排气再循环率。排气再循环率影响燃烧速度和着火压力(即，着火压力的值)。
29.在调整第一操作参数和第二操作参数的实施方式中，优选是最初调整第一操作参数而不改变第二操作参数。只是，如果通过调整第一操作参数不能将控制参数转移到期望的范围内，则调整第二操作参数以使控制参数进入该期望的范围。
30.此外，优选的是，预先确定控制参数的目标值，其中目标值至少与下限阈值一样大和/或至多与上限阈值一样大，并且其中调整至少一个操作参数或第一操作参数和第二操作参数，使得控制参数与目标值的偏差最小。优选地，目标值表示燃烧过程处于其最佳状态时各控制参数的值。
31.优选地，至少一个控制参数包括着火压力的位置，或先导喷射开始的位置，其中每个位置均是借助曲柄角测量的。着火压力的位置是在活塞的工作周期内气缸内发生最大压力的曲柄角。
32.此外，优选的是，至少一个控制参数包括气缸内的着火压力。着火压力是最大压力的值。
33.此外，优选的是，至少一个控制参数包括表征气缸内的燃烧速度的控制参数。例如，控制参数包括燃烧的热释放率。燃烧过程的热释放率可以作为燃烧过程之外的控制参数进行分析。热释放率尤其受燃烧速度的影响。
34.因此，可以考虑气缸内的燃烧速度，以确保空气-气体混合物既不会过于浓厚也不会过于稀薄。考虑气缸内的燃烧速度还有额外的好处，即在气体模式下，对大型发动机进行负载限制也成为可能。例如，对于被配置成可以在液体模式和气体模式下操作的大型柴油发动机，负载限制(即避免发动机过载运行)通常在液体模式下通过限制液体燃料(如重燃料油)的量来实现。在一个工作周期中喷射到气缸中的液体燃料量被限制为使产生的扭矩不超过预定值的量。喷射到气缸中的燃料量通常由喷射正时控制，特别是由燃料的喷射持续时间控制。限制液体燃料的量已证明其自身是避免在液体模式下过载操作的一种可靠措施。然而，使用限制气体量来避免气体模式下的过载就不那么可靠了，因为气体量本身并不一定能代表分别由气缸或发动机产生的扭矩。除了气体量之外，还有其他因素(例如，气体燃料的成分、扫气的温度或湿度或扫气的压力)对产生的扭矩有相当大的影响。
35.通过考虑气缸内的燃烧速度，也能够避免气体模式下的过载操作，即根据本发明的方法也可以用作负载限制器，以避免发动机在气体模式下的过载。
36.根据一个优选的实施方式，当分析燃烧速度时，控制参数包括第一曲柄角下的第一压力和第二曲柄角下的第二压力。因此，优选使用不同的压力值来确定燃烧速度。
37.特别优选的是，控制参数包括第一压力和第二压力之差除以第一曲柄角和第二曲柄角之差。因此，随曲柄角变化的压力变化优选用于确定表征燃烧速度的控制参数。
38.此外，优选的是，第一压力是气缸内的着火压力和/或第二压力是气缸内的点火压力。着火压力是在活塞工作周期内发生在气缸内的最大压力。点火压力是气缸内燃烧过程的开始的压力。
39.优选地，点火压力是通过比较实际的气缸压力和压缩压力曲线来确定的。压缩压力曲线是指当气缸内没有发生燃烧过程时，依赖于曲柄角的压力模式。压缩压力曲线代表当气缸内没有燃烧时由活塞的周期性移动引起的气缸内的压力。
40.因此，实际的气缸压力与特定曲柄角下的压缩压力进行比较，当实际气缸压力与压缩压力之差超过可预先确定的极限时，所述极限处的实际气缸压力被视为点火压力。
41.作为进一步的优选措施，针对每个气缸单独确定控制参数，并且其中针对每个气缸单独调整操作参数，使得控制参数至少与下限阈值一样大，并且至多与上限阈值一样大。通过这种措施，能够针对每个气缸单独控制燃烧过程。
42.优选的是，下限阈值和上限阈值中的至少一者取决于大型发动机操作的负载。特别是，下限阈值和上限阈值两者都能够取决于大型发动机操作的负载。例如，如果大型发动机在全负载(即100％的负载)下操作，可以使用上限阈值和/或下限阈值用于控制参数，该上限阈值和/或下限阈值与用于大型发动机部分负载操作的上限阈值和/或下限阈值不同。
43.在实施方式中，当预先确定用于控制参数的目标值时，优选的是，目标值取决于大型发动机操作的负载。
44.关于用于将控制参数调整到期望范围或目标范围的操作参数，优选的是，至少一个操作参数包括引入气缸中的气体量。例如，气体量是通过喷射正时(即，气体喷射到气缸内的持续时间)来调整的。
45.此外，优选的是，至少一个操作参数包括扫气压力，扫气借助该扫气压力供应到气缸。
46.优选地，扫气由涡轮增压器提供，该涡轮增压器由燃烧产生的排气驱动，其中涡轮增压器的功率可以借助废气门改变，用该废气门调整驱动涡轮增压器的排气的质量流，其中调整废气门以修改所述控制参数。
47.作为进一步的优选措施，至少一个操作参数包括用于关闭气缸的排气阀的排气阀正时。
48.特别是，当大型发动机设置有排气循环系统时，优选的是，至少一个操作参数包括排气的再循环流。例如，部分排气从涡轮增压器的下游再循环到排气冷却器，再从那里循环到扫气接收器，该扫气接收器向气缸提供扫气。于是，操作参数例如是排气再循环率。已知的回收排气的系统是icer系统(icer：排气回收的智能控制)，该系统用于从排气中提取更多的能量，并将排气供应给扫气接收器。部分排气被发回到发动机。所述部分排气被冷却，与涡轮增压器的压缩机上游的新鲜空气混合，被涡轮增压器压缩，被扫气冷却器冷却，供应给扫气接收器，并从那里被引入到气缸中。
49.不言而喻，在一些实施方式中，只使用了一个操作参数来调整控制参数，而在其他实施方式中，使用了多个操作参数来调整控制参数。
50.此外，本发明提出了一种大型发动机，该大型发动机是用根据本发明的方法来操
作的。
51.优选地，该大型发动机被设计为纵向扫气式二冲程大型柴油发动机，该纵向扫气式二冲程大型柴油发动机被配置为双燃料大型柴油发动机，该双燃料大型柴油发动机能够以液体模式操作，在液体模式中，液体燃料被引入到气缸中用于燃烧，该双燃料大型柴油发动机还可以以气体模式操作，在气体模式中，一定量的气体作为燃料被引入气缸中。
52.本发明的进一步有利措施和实施方式产生于如上和/或如下所述的其它方面。
附图说明
53.下文中，将基于实施方式并参考图更详细地解释本发明。图中示出：
54.图1：气缸中的压力与曲柄角的关系图。
具体实施方式
55.术语“大型发动机”是指这样的内燃发动机，该内燃发动机通常用作船舶的驱动单元或甚至用于固定操作，例如驱动大型发电机以产生电能。通常，大型发动机的气缸均具有至少为200毫米的内径(缸径)。术语“纵向扫气”是指扫气或增压空气在下端区域中被引入气缸中，并且排气阀布置在位于气缸上端的气缸盖内或气缸盖处。
56.在以下对本发明的描述中，参考大型柴油发动机作为大型发动机的一个实施例。必须指出的是，本发明不限于大型柴油发动机，而是还包括其他类型的大型内燃机器，例如只能用奥托操作模式操作的奥托发动机(例如用液化天然气操作的大型气体发动机)。
57.大型柴油发动机被设计为双燃料大型柴油发动机，即可以用两种不同的燃料操作的发动机。特别是，双燃料大型柴油发动机可以以液体模式操作，在液体模式中，仅液体燃料喷射到气缸的燃烧室中。通常，液体燃料(例如重燃料油或柴油)在适当的时候直接喷射到燃烧室中，并根据柴油的自点火原理在燃烧室中点火。大型柴油发动机也可以以气体模式操作，在气体模式中，作为燃料的气体(例如诸如lng(液化天然气)之类的天然气或lpg(液化石油气)或乙烷在燃烧室中以预混空气-燃料混合物的形式点火。特别是，大型柴油发动机根据低压过程以气体模式操作，即气体在气态状态下被引入气缸中，据此，气体的喷射压力最多为50巴，优选最多为20巴，甚至更优选最多为16巴，特别最优选为约10巴。根据奥托原理，空气-气体混合物在燃烧室中被诱导点火。这种诱导点火通常是通过如下过程进行的：在适当的时刻将少量自点火的液体燃料(例如柴油或重燃料油)引入燃烧室中或预燃室中，然后该燃料自行点火并导致燃烧室中的空气-燃料混合物的诱导点火。在其他实施方式中，诱导点火是通过火花点火的方式进行的。
58.在本技术的框架内，如上所述，术语“气体模式”或“以气体模式操作”应理解为使得大型柴油发动机仅使用气体或气态燃料在气体模式下操作，其中可选的是，将少量自点火燃料(例如重燃料油或柴油)引入燃烧室中或一个或多个预燃室中，仅用于诱导空气-气体混合物点火(先导喷射)。
59.此外，双燃料大型柴油发动机可以以混合模式操作，其中液体燃料和气体燃料两者被喷射到气缸中。在混合模式下，自点火的液体燃料的燃烧和诱导点火的气体燃料的燃烧两者都有助于产生扭矩。例如，如果双燃料大型柴油发动机以气体模式操作，并且仅靠气体燃料的高质量燃烧不能产生所需的扭矩，则额外量的液体燃料喷射到气缸中并燃烧，以
额外产生扭矩，从而达到所需的扭矩。例如，在ep-a-3 267 017中描述了这种混合模式操作。
60.在这里描述的实施方式中，参考大型柴油发动机，该大型柴油发动机被设计成纵向扫气式双燃料二冲程大型柴油发动机。
61.大型柴油发动机至少具有一个气缸，但通常具有多个气缸。在每个气缸内，活塞被布置成可以以本身已知的方式在上止点和下止点之间沿气缸轴线来回移动。活塞以本身已知的方式经由活塞杆与十字头连接，该十字头经由推杆或连杆与曲柄轴连接，以便使活塞的移动经由活塞杆、十字头和连杆传递到曲柄轴，使其旋转。活塞的上侧与气缸盖一起界定燃烧室，用于燃烧的燃料被引入该燃烧室中。
62.在气体模式下，这种燃料是气体。在低压过程中，例如，气体通过圆柱形壁(即相应气缸的侧面区域)或通过气缸套(优选大致在活塞移动的上止点和下止点之间的中间位置)被引入气缸中。在气缸中，气体在活塞的压缩移动期间与扫气混合，从而形成可燃的空气-燃料混合物，该混合物然后在活塞大致处于上止点时被诱导点火。诱导点火优选是通过将自点火燃料(例如重燃料油或柴油)喷射到相应气缸的预燃室中来实现的。先导喷射(即，在气体模式下喷射液体燃料，该液体燃料只是为了诱导燃烧室中的空气-气体混合物点火)优选但不一定借助一个或多个先导喷射喷嘴进行，这些喷嘴与在液体模式下将液体燃料喷射到燃烧室中的主喷射喷嘴不同。
63.在其他实施方式中，诱导点火可由火花点火引起，例如，通过电产生火花来使空气-燃料混合物点火。
64.在提供有先导喷射喷嘴的优选实施方式中，用于液体燃料的主喷射喷嘴在气体模式下被停用，即没有通过主喷射喷嘴进行喷射。如果没有提供单独的先导喷射喷嘴，用于诱导空气-气体混合物点火的先导喷射也可以借助主喷射喷嘴进行。在任何情况下，为先导喷射而引入的液体燃料量非常小，以至于它对产生扭矩的燃烧几乎没有贡献。通常，先导喷射的规模设计成使得液体燃料的燃烧对燃烧过程中释放的能量或能量含量的贡献最多为5％。
65.在液体模式下，只有液体燃料喷射到气缸的燃烧室中。通常，液体燃料(例如重燃料油或柴油)在适当的时间直接喷射到燃烧室中，并根据柴油的自点火原理在那里点火。
66.因而，在液体模式下，只有液体燃料借助主喷射喷嘴被供应到燃烧室。如果提供有先导喷射喷嘴，在液体模式下，可以通过先导喷射喷嘴额外引入液体燃料。然而，这种可选的措施主要是为了防止先导喷射喷嘴堵塞或变得阻塞，因为穿过先导喷射喷嘴的最大燃料流量太小，以至于仅用它不能使大型柴油发动机以液体模式操作。
67.对于本领域的技术人员来说，无论是设计成二冲程发动机还是设计成四冲程发动机，大型柴油发动机的结构和各个部件(如用于液体模式的喷射系统、用于气体模式的气体供应系统、气体交换系统、排气系统或用于供应扫气或增压空气的涡轮增压器系统以及大型柴油发动机的监测和控制系统)都是被充分了解的，因此在此无需进一步解释。
68.在这里描述的纵向扫气式二冲程大型柴油发动机的实施方式中，通常在每个气缸或气缸套的下部区域中设置扫气狭槽，这些扫气狭槽借助活塞在气缸中的移动而周期性打开和关闭，因此，只要扫气狭槽打开，由涡轮增压器在充压下提供的扫气空气就能通过扫气狭槽流入气缸中。在气缸头或气缸盖中，通常设置有居中布置的排气阀，燃烧过程结束后，
排气可以借助该排气阀从气缸排放到排气系统中。排气系统将至少一部分排气引导到涡轮增压器的涡轮，涡轮增压器的压缩机在扫气压力下提供扫气接收器中的扫气(也称为增压空气)。扫气接收器与气缸的扫气狭槽流体连通。扫气压力通常经由所谓的废气门进行调整，用该废气门来调整供应给涡轮增压器的排气量。排气旁路(即，绕过涡轮增压器的涡轮的排气质量流)通常由废气门来调整或调节，例如，该废气门可以设计成类似的阀。
69.为了引入液体燃料，设置有一个或多个主喷射喷嘴，这些主喷射喷嘴例如靠近排气阀设置在气缸头(气缸盖)中。提供有用于气体供应的气体供应系统，该气体供应系统包括具有气体入口喷嘴的至少一个气体入口阀。通常，气体入口喷嘴设置在气缸壁中，例如，设置在大致位于活塞的上止点和下止点之间的中间的高度处。
70.现代大型柴油发动机的监测和控制系统是电子系统，通常可以用该电子系统来设定或控制或调节所有的发动机或气缸功能，特别是喷射(喷射的开始和结束)、先导喷射正时(在气体模式操作期间)和排气阀的激活。
71.许多大型柴油发动机包括排气再循环系统，用于将排气再循环到例如扫气接收器。排气再循环率可以用来影响燃烧速度，因为通过调整排气再循环率，可以影响气缸的燃烧室中的空气-气体混合物的反应度。为了进一步提高大型柴油发动机的能量效率，其目的是从燃烧过程中产生的排气中提取尽可能多的能量，以便这些能量不会例如以热的形式不被利用地释放到环境中。因此，排气再循环可以与用于冷却排气的热交换器相结合。例如，在大型柴油发动机中，公知的是，作为一种可选，进行所谓的“通过排气再循环进行智能控制(icer)”。在这里，根据当前使用的燃料和当前发动机操作的负载，一部分来自涡轮增压器的涡轮的排气被供应给排气冷却器，例如热交换器。可选地，可以提供排气锅炉，以从热排气中产生蒸汽。然后，冷却的排气被供应给扫气接收器。
72.在这方面，公知的是，例如，将来自从涡轮增压器引出的排气管的一部分排气再循环到大型柴油发动机的排气或烟囱，以便在热交换器中从排气提取能量，然后加以利用。在排气管中通常设置有背压阀，该背压阀可以增大来自涡轮增压器的排气管中的压力，并将一部分排气作为再循环流转移到再循环管中，然后将排气供应给排气冷却器(例如热交换器)。排气从排气冷却器被供应给扫气接收器。为了将排气转移到再循环管，可以设置两个阀，即第一阀以及第二个阀，位于再循环管道中的第一阀通常设计成截止阀(即，该第一阀可以在打开位置和关闭位置之间切换)，第二阀设置在排气管中，并且通常被称为背压阀(bpv)。可以用此阀来调整作为再循环流从排气管转移到再循环管中的那部分排气。
73.特别是，被配置为双燃料发动机的大型柴油发动机在气体模式下进行低压气体喷射，这种大型柴油发动机对空气-燃料比非常敏感，空气-燃料比也被称为莱姆达(λ)值。空气-燃料比应保持在一定范围内，使空气-气体(燃气)比既不太低(混合物过于浓厚)也不太高(混合物过于稀薄)。此外，这种大型柴油发动机对过高的负载和变化的环境条件非常敏感，如环境温度或环境空气湿度的变化。
74.为了更好地控制以气体模式操作的大型柴油发动机的燃烧过程，根据本发明，提出了确定控制参数，该参数代表气缸中的燃烧质量。预先确定所述控制参数的上限阈值以及下限阈值，并调整大型柴油发动机的至少一个操作参数，使该控制参数至少与下限阈值一样大，至多与上限阈值一样大。该至少一个操作参数包括先导喷射正时，该先导喷射正时通过致动空气-气体混合物的点火开始来确定燃烧的开始，或者该至少一个操作参数包括
速度调整，用于修改气体模式下的燃烧速度。
75.通过以这种方式控制控制参数，可以确保对于大型柴油发动机的每个给定负载的燃烧过程始终是高质量的燃烧，并且可以避免任何异常燃烧。可以调整燃烧过程，使燃烧始终处于两个极限(即爆震极限和哑火极限)曲线之间。空气-气体混合物的自点火被避免或至少被最小化。因此，借助控制参数，可以避免异常燃烧，即分别超过爆震极限的燃烧(空气-气体混合物过于浓厚)或自点火的燃烧以及超过哑火极限的燃烧(空气-气体混合物过于稀薄)。此外，还可以通过限制引入气缸中的气体量来避免发动机在过载下的操作。
76.特别是，可以借助控制参数来识别燃烧过程是否是在无自点火的情况下发生的以及是否处于爆震极限和哑火极限之间的操作范围。在这个范围内，大型柴油发动机的高效、经济和低排放的操作是可能的，特别是在气体模式下。这被指定为高质量的燃烧过程。
77.控制参数的上限阈值和下限阈值是可以预先确定的，并且调整控制参数，使得该控制参数始终处于这两个阈值之间。
78.更优选的是，控制参数的目标值是预先确定的，其中目标值至少与下限阈值一样大和/或至多与上限阈值一样大，并且其中至少一个操作参数被调整，以使控制参数与目标值的偏差最小。
79.目标值可以是一个范围，并且小于由下限阈值和上限阈值限定的范围。而预先确定上限阈值和下限阈值可以分别避免超过爆震极限的燃烧或超过自点火的燃烧以及超过哑火极限的燃烧，预先确定较窄的目标值以在最佳状态下进行燃烧。
80.有利的变型是，阈值或目标值是根据当前大型柴油发动机操作的负载来预先确定的。为此，可以在大型柴油发动机的监测系统中提供查找表，该查找表中包含了根据大型柴油发动机的负载的控制参数的阈值。
81.例如，通过测量着火和压缩压力曲线，可以分析燃烧，并与发动机的效率、排放和可靠性方面的最佳状态进行比较。最佳状态可以与负载有关，并且在发动机的监测和控制系统中存储有查找表，例如设定点的矢量或矩阵。
82.对于每个控制参数，可以优选地根据负载来预先确定最佳状态(例如目标值或较低和/或较高的阈值)。以气体模式操作的过程中，调整操作参数或多个操作参数，使各控制参数尽可能地接近其最佳状态。现在将参考一个具体的实施方式来解释这方面。
83.在此具体实施方式中，第一控制参数是借助曲柄角测量的着火压力的位置，在活塞的工作周期中，气缸中的最大压力发生在此位置。作为另一控制参数(即第二控制参数)，测量燃烧速度。
84.此外，考虑三个不同的操作参数，即作为第一操作参数的先导喷射正时、作为第二操作参数的排气再循环率以及作为第三操作参数的用于关闭排气阀的排气阀正时。
85.着火压力的位置是借助曲柄角来测量的。按照本领域的惯例，曲柄角0
°
对应于活塞的上止点位置。负的曲柄角表示活塞到达上止点位置之前的位置(压缩冲程)，正的曲柄角表示上止点之后的位置，即活塞已经经过上止点时的位置(膨胀冲程)。用于着火压力的位置的目标值是5
°
到8
°
曲柄角的范围，即燃烧应使气缸内的最大压力最早发生在5
°
的曲柄角处，最晚发生在8
°
的曲柄角处。图1示出了气缸的燃烧室中的压力p与曲柄角kw的关系。在二冲程大型柴油发动机的情况下，气缸的一个工作周期包括360
°
的曲柄角范围。在曲柄角为0
°
或360
°
时，活塞位于上止点，此时燃烧室的容积最小，并且在该上止点附近，燃料在燃
烧室中发生点火。在曲柄角为180
°
时，活塞位于下止点，此时燃烧室的容积最大。在图1中，在活塞的压缩冲程期间，排气阀关闭时的曲柄角被指定为附图标记1，即气缸中开始压缩的地方，在燃烧过程后，在活塞的膨胀冲程中，排气阀打开时的曲柄角被指定为附图标记2。
86.指定为附图标记3的曲线表示在气缸内没有燃料的喷射或燃烧的情况下气缸内的压力。因此，曲线3表示的是工作周期内气缸内压力的纯几何确定过程。用附图标记4指定的曲线表示当气缸内发生燃烧过程时气缸内的压力。
87.当活塞在工作周期期间从下止点向上止点移动时，排气阀在曲柄角1处关闭，并且压缩过程开始。在曲柄角5处，曲线4开始偏离曲线3，表示燃烧过程通过液体燃料的自点火(液体模式)或通过含有气体的空气-燃料混合物的诱导点火而开始。下面的解释将限于气体模式。在气体模式下，通过在燃烧室的预燃室中先导地喷射少量的自点火的液体燃料(例如柴油)以诱导燃烧室中的空气-气体混合物的点火，使空气-气体混合物点火。因此，曲柄角5表示开始先导喷射的曲柄角
‑‑
至少是近似的。此曲柄角5被称为“先导喷射正时”。
88.在曲线4与曲线3不同的范围内，曲线4取决于燃烧过程的质量。由于燃烧过程，气缸内的压力增大。在经过上止点后，压力在活塞的膨胀移动过程中下降。当排气阀在曲柄角2处打开时，该压力降增大。
89.优选地，第二控制参数包括第一曲柄角c1处的第一压力p1和第二曲柄角c2处的第二压力p2。根据优选的实施方式，第二控制参数包括第一压力p1和第二压力p2之差除以第一曲柄角c1和第二曲柄角c2之差。因此，测量燃烧速度的第二控制参数由经过图1中的点s1和s2的直线s的斜率决定。s1是曲线4上的点，在该点处，压力等于第一压力p1，曲柄角等于第一曲柄角c1，s2是曲线4上的点，在该点处，压力等于第二压力p2，曲柄角等于第二曲柄角c2。所述直线s的斜率确定了第二控制参数，该第二控制参数指示气缸内的燃烧速度。
90.优选地，但不必须如此，第一压力p1是气缸内的着火压力，即燃烧过程中气缸内的最大压力pm，即曲线4的最大值。第二压力p2优选是(但不必须如此)气缸内的点火压力，即燃烧过程开始时曲柄角c2处的压力p2。这里，曲柄角c2与曲柄角5至少近似相同。
91.优选地，点火压力p2通过比较曲线4所代表的实际气缸压力和曲线3所代表的压缩压力曲线来确定。压缩压力曲线3是在气缸内没有发生燃烧过程时取决于曲柄角的压力模式。
92.因此，将实际气缸压力(曲线4)与同一曲柄角下的压缩压力(曲线3)进行比较，当实际气缸压力和压缩压力之差超过可预先确定的极限时，将所述极限处的实际气缸压力视为点火压力p2。
93.根据本实施方式，第二控制参数由(p1-p2)/(c1-c2)来确定。
94.第一控制参数(即着火压力的位置)是借助压力传感器来测量的，该压力传感器被布置并配置为确定气缸的燃烧室中的压力。通过监测气缸燃烧室中的压力，可以确定着火压力的位置，即第一控制参数。
95.在大型柴油发动机在气体模式下的操作过程中，调整第一控制参数，使得该第一控制参数至少与下限阈值一样大，至多与上限阈值一样大。优选的是，第一控制值处于目标值。此外，优选的是，上限值和下限值以及目标值中的至少一者取决于大型柴油发动机操作的负载。甚至更优选的是，目标值取决于大型柴油发动机操作的负载。在本实施例中，目标值是5
°
至8
°
的曲柄角范围。
96.此外，优选方案是，针对大型柴油发动机的每个气缸单独确定和调整这些控制参数。
97.为了将第二控制参数调整到目标值，至少要使用大型柴油发动机的一个操作参数。作为第一步骤，调整第一操作参数(即先导喷射正时)。先导喷射正时有最大范围，在该最大范围内，可以调整先导喷射正时而不影响发动机的有效/高效和可靠操作。例如，先导燃料喷射正时的最大范围可以是-17
°
至-5
°
的曲柄角范围。如果着火压力的位置(第一控制参数)不能被调整到5
°
到8
°
的目标值，则由于先导喷射正时处于其极限，因此必须调整第二操作参数(即排气再循环率)和/或第三操作参数(即关闭排气阀的排气阀正时)。如果例如先导喷射正时“停滞”在最大极限(例如-5
°
曲柄角)，则必须增加排气再循环率。这将通过关闭背压阀(例如5％)来实现。如果先导喷射正时“停滞”在最小极限(例如-17
°
曲柄角)，则必须通过打开背压阀(例如5％)来降低排气再循环率。
98.此外，通过单独调整每个气缸的排气阀正时(第三操作参数)，可以实现压缩压力的平衡。
99.此外，通过单独调整每个气缸的先导燃料喷射正时(℃a)，可以实现着火压力的平衡。
100.所描述的程序也可以用于其他(第二)控制参数，例如，着火压力的值(即着火压力的大小)、压缩压力、点火开始、热释放率。
101.通过调整先导喷射正时(第一操作参数)，影响点火开始，但也影响着火压力和着火位置。
102.排气再循环率(第二操作参数)影响燃烧速度和着火压力。
103.通过调整排气阀正时(第三操作参数)，影响空气-气体比和压缩压力。空气-气体比对燃烧速度和着火压力的位置有影响，而压缩压力主要影响着火压力。
104.操作参数也可以用于调整燃烧速度和热释放率位置。
105.例如，为了使燃烧更快或者更慢，可以调整燃烧室中的空气-气体比和/或二氧化碳含量。二氧化碳含量可以借助排气再循环率来调整。如果先导喷射正时设定为例如固定值，则可以通过排气阀的延迟关闭和/或减小排气再循环率来调整燃烧速度和热释放率位置，以使燃烧更快。
106.此外，通过单独调整每个气缸的排气阀，可以实现气缸之间的平衡，以获得所有气缸的相同燃烧行为。
107.此外，用于将控制参数调整到预定范围或目标值的优选操作参数包括以下参数，其中所述操作参数中只有一个或所述操作参数中有多个操作参数可以用于(这些)调整控制参数。
108.用于(这些)调整控制参数的一个优选操作参数是引入气缸中的气体(燃气)量。气体量优选通过气体喷射正时(特别是气体喷射的持续时间)来调整。如果应减少特定气缸中引入的气体量，则缩短气体喷射的持续时间。根据本发明的方法也可以用于控制引入气缸中的气体量，例如，用于避免过载操作。
109.另一个优选的操作参数是扫气压力，扫气空气以该扫气压力供应到气缸。例如可以借助废气门来修改进气接收器中存在的扫气压力，借助废气门来调整驱动涡轮增压器的排气的质量流。
110.再一个优选的操作参数是用于打开和关闭特定气缸的排气阀的排气阀正时。例如，通过将排气阀的关闭延迟到较大的曲柄角，可以减少气缸内的可用空气量。
111.因此，借助根据本发明的方法，可以对燃烧进行控制，可选地针对每个气缸进行单独控制，例如通过排气阀的关闭或正时和/或引入气缸中的气体量和/或先导喷射正时和/或其他操作参数进行所述控制，从而始终进行高质量的燃烧，即没有空气-气体混合物的自点火和/或发生在爆震极限和哑火极限之间的燃烧，该燃烧优选处于燃烧过程的最佳状态。用于评估燃烧过程的控制参数是燃烧质量的特征参数。
112.通过控制燃烧过程，使其始终是高质量的燃烧，也能够减少大型柴油发动机的排放或使其最小化，例如，氮氧化物的排放。例如，能够达到imo tier iii关于氮氧化物排放的限制，而不受环境条件的影响(例如，环境中的温度或空气的湿度)。此外，icer过程可以通过优化来进一步提高大型柴油发动机的能量效率。
113.此外，根据本发明的方法可以用作负载限制器，以避免发动机的过载。
114.此外，能够实施预点火监测功能，例如通过比较点火开始(例如由点火压力确定)和用于诱导空气-气体混合物点火的先导喷射正时。