雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機以及對應(yīng)的方法和改裝工具包的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機以及對應(yīng)的方法和改裝工具包。雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(1)，優(yōu)選是低壓雙燃料發(fā)動機，尤其是兩沖程雙燃料低速發(fā)動機，以及對應(yīng)的方法和改裝工具包，包括至少一個用于氣體燃料?空氣混合物的點燃或液體燃料?空氣混合物的點燃的燃燒室(2)。發(fā)動機包括進入燃燒室(2)的空氣入口(3)和離開燃燒室(2)的空氣出口(4)。另外，發(fā)動機(1)包括氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式，其中惰性氣體入口閥(5)能夠由控制單元(6)控制，從而惰性氣體能夠根據(jù)預(yù)定燃燒狀態(tài)優(yōu)選地通過空氣入口(3)被引入至少一個燃燒室(2)。
【專利說明】
雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機以及對應(yīng)的方法和改裝工具包
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機、一種用于在雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機中控制燃燒中的早燃和燃燒速度的方法、一種用于雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的改裝工具包以及一種用于控制將惰性氣體引入雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室的計算機程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]由于海運業(yè)中越來越嚴(yán)厲的空氣污染規(guī)定，雙燃料發(fā)動機成為造船業(yè)中的重要發(fā)動機。
[0003]市場上有基于低壓或高壓概念的雙燃料發(fā)動機。低壓雙燃料發(fā)動機被優(yōu)化為奧托循環(huán)的兩沖程氣體燃料發(fā)動機。高壓雙燃料發(fā)動機是柴油循環(huán)發(fā)動機并要求基本上更大量的引燃燃料并產(chǎn)生更高水平的ΝΟχ。
[0004]當(dāng)氣體燃料進入內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室并與燃燒空氣混合時，存在不受控的燃燒(所謂的早燃)的風(fēng)險早燃。早燃主要是由于燃燒室內(nèi)的基團造成的。早燃的發(fā)生降低了發(fā)動機效率并導(dǎo)致零件的更高程度磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并提供一種雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機、一種用于控制早燃和燃燒速度的方法、一種用于雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的改裝工具包以及一種用于控制將惰性氣體引入雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室的計算機程序產(chǎn)品，這減少了早燃的發(fā)生。該目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的一種雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機、一種用于控制預(yù)點火和燃燒速度的方法、一種用于雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的改裝工具包以及一種用于控制將惰性氣體引入雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室的計算機程序產(chǎn)品被實現(xiàn)。
[0006]具體地，該目標(biāo)通過一種雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機被實現(xiàn)，優(yōu)選地為低壓雙燃料發(fā)動機，尤其是兩沖程雙燃料低速發(fā)動機，該雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機包括至少一個燃燒室，所述至少一個燃燒室用于氣體燃料-空氣混合物的點燃或液體燃料-空氣混合物的點燃。所述發(fā)動機包括進入燃燒室的空氣入口和離開燃燒室的空氣出口，其中所述發(fā)動機包括氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式。惰性氣體入口閥能夠由控制單元控制，從而惰性氣體能夠根據(jù)預(yù)定燃燒狀態(tài)優(yōu)選地通過所述空氣入口被引入所述至少一個燃燒室。
[0007]由于可以阻止燃燒室中的早燃以及燃燒速度，這種雙燃料發(fā)動機導(dǎo)致更有效率的燃燒和更少的發(fā)動機零件磨損。
[0008]預(yù)定燃燒狀態(tài)是從理論上或在試驗運轉(zhuǎn)中的或在發(fā)動機運行期間預(yù)先確定的最可能發(fā)生早燃的狀態(tài)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，預(yù)定燃燒狀態(tài)只由早燃發(fā)生的可能性決定。預(yù)定燃燒狀態(tài)不由任何排放標(biāo)準(zhǔn)決定。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，低速發(fā)動機是一種轉(zhuǎn)速最高為200rpm的發(fā)動機。具體地，這些低速發(fā)動機是具有缸徑為250mm到100mm的燃燒室的大型發(fā)動機。[0011 ]低壓雙燃料發(fā)動機不需要任何排氣后處理，因為在氣體燃料模式下不需要任何排氣后處理就能實現(xiàn)tier 3排放，使用液體燃料最少能實現(xiàn)tier 2排放。因此，低壓雙燃料發(fā)動機在每種可能的運行條件(從怠速到滿負荷輸出)下都能滿足全球的排放限制。
[0012]根據(jù)發(fā)動機是高壓還是低壓系統(tǒng)，惰性氣體入口閥可以被設(shè)置在渦輪增壓器的上游或下游。替換地，惰性氣體入口閥可以是氣缸套上的獨立零件。
[0013]惰性氣體可以能夠在氣體燃料運行模式期間被引入。
[0014]在氣體燃料運行模式下惰性氣體的引入導(dǎo)致氣體燃料模式下早燃以及燃燒速度被抑制。發(fā)動機的效率被提高，且零件上的磨損被減少。另外，在液體燃料模式下該過程不受影響。
[0015]惰性氣體可以是排氣。
[0016]使用排氣作為惰性氣體導(dǎo)致非常有效率的過程和排氣的進一步清潔，從而實現(xiàn)發(fā)動機排放的優(yōu)化。另外，不需要額外的惰性氣體容器。
[0017]發(fā)動機包括用于將排氣引入燃燒室的排氣再循環(huán)系統(tǒng)。
[0018]排氣再循環(huán)系統(tǒng)的使用是產(chǎn)生新的抑制早燃和燃燒速度的效果的標(biāo)準(zhǔn)零件的引入。
[0019]排氣再循環(huán)系統(tǒng)可以至少包括鼓風(fēng)機、冷卻裝置(優(yōu)選是水分離器)，以及清潔或洗滌單元，優(yōu)選與渦輪增壓器并聯(lián)布置，更優(yōu)選布置在渦輪增壓器的低壓側(cè)。
[0020]渦輪增壓器的低壓側(cè)的布置比高壓側(cè)的布置便宜。
[0021]排氣再循環(huán)系統(tǒng)使得能夠在排氣被引入渦輪增壓器之前清潔排氣、冷卻排氣以及最終增加排氣的壓力。
[0022]排氣再循環(huán)系統(tǒng)可以能夠由控制單元控制。
[0023]因此，排氣再循環(huán)系統(tǒng)可以只在早燃發(fā)生或最可能發(fā)生的情況下被啟動。排氣再循環(huán)系統(tǒng)不為達到某個排放水平而連續(xù)運行。
[0024]預(yù)定燃燒狀態(tài)可以由燃燒室中的溫度和/或壓力決定。
[0025]例如，氣缸壓力軌跡可以被用于確定燃燒室中早燃的開始。具體的壓力和/或溫度值取決于所使用的氣體燃料和某種發(fā)動機，并且必須被提前確定，或者在試驗運轉(zhuǎn)期間或發(fā)動機運行期間被輸入控制單元。
[0026]所述目標(biāo)還通過一種用于在雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機中控制燃燒中的早燃的方法被實現(xiàn)，雙燃料為氣體燃料和液體燃料，液體燃料尤其是柴油，所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機優(yōu)選是前面描述過的發(fā)動機早燃。該方法包括氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式。在氣體燃料運行模式下在預(yù)定燃燒狀態(tài)期間將惰性氣體引入燃燒室。
[0027]預(yù)定燃燒狀態(tài)基于早燃的發(fā)生或發(fā)生可能性。預(yù)定燃燒狀態(tài)不取決于發(fā)動機的排放水平。
[0028]通過使用所述方法，早燃的發(fā)生可以被控制和避免，因此發(fā)動機效率被提高。
[0029]預(yù)定燃燒狀態(tài)可以取決于燃燒室中的溫度和/或壓力。
[0030]因此，惰性氣體只在需要時被引入。
[0031 ]可以在發(fā)動機運行期間在氣體燃料運行模式下連續(xù)地確定燃燒狀態(tài)。
[0032]連續(xù)地確定導(dǎo)致對燃燒狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)視，因此導(dǎo)致可以在早燃可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的情況下引入惰性氣體。另外，液體燃料模式不受惰性氣體所導(dǎo)致的早燃抑制的影響。
[0033]可以在試驗運轉(zhuǎn)中提前確定發(fā)動機的燃燒狀態(tài)，并且基于試驗運轉(zhuǎn)確定預(yù)定燃燒狀態(tài)。
[0034]因此，可以在沒有連續(xù)監(jiān)視或者有額外的連續(xù)監(jiān)視的情況下引入惰性氣體，并且發(fā)動機的效率被提高。
[0035]如果探測到燃燒室中的早燃(優(yōu)選地是在之前未知早燃的狀態(tài)下探測到早燃)，則增加預(yù)定燃燒狀態(tài)早燃早燃。
[0036]因此，在發(fā)動機運行期間系統(tǒng)獲得信息，并且可以增加其他的預(yù)定燃燒狀態(tài)。
[0037]惰性氣體是排氣，優(yōu)選地是再循環(huán)排氣。
[0038]因此，排氣被重復(fù)利用，排放被降低。另外，不需要額外的惰性氣體容器。
[0039]所述目標(biāo)還通過一種用于雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的改裝工具包被實現(xiàn)，所述雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機優(yōu)選是低壓發(fā)動機，尤其是具有氣體燃料運行模式和柴油運行模式的船用發(fā)動機。所述改裝工具包包括用于在氣體燃料運行模式期間將排氣再循環(huán)到燃燒室中的排氣再循環(huán)系統(tǒng)。所述改裝工具包還包括惰性氣體入口閥和用于控制所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)的控制單元。
[0040]通過所述改裝工具包，即使是已有的內(nèi)燃發(fā)動機也很能被更新，從而抑制雙燃料模式下的早燃。
[0041]所述目標(biāo)還通過一種用于控制將惰性氣體引入內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室的計算機程序產(chǎn)品被實現(xiàn)，所述內(nèi)燃發(fā)動機優(yōu)選是低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機，優(yōu)選是如之前所述的發(fā)動機。如之前所述的用于控制早燃的方法能夠由這種計算機程序產(chǎn)品執(zhí)行。
【附圖說明】
[0042]通過附圖在實施方式中進一步描述本發(fā)明:
[0043]圖1是具有低壓排氣再循環(huán)的裝置的示意圖；
[0044]圖2是具有高壓排氣再循環(huán)的裝置的示意圖；
[0045]圖3是用于控制早燃的方法的示意流程圖；
[0046]圖4是標(biāo)準(zhǔn)燃燒循環(huán)的圖；
[0047]圖5是發(fā)生早燃的燃燒循環(huán)的圖。
【具體實施方式】
[0048]圖1示出了具有低壓排氣再循環(huán)的裝置的示意圖。在低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)中，排氣再循環(huán)系統(tǒng)7布置在渦輪增壓器12的低壓側(cè)。雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機I是兩沖程低壓雙燃料發(fā)動機I。雙燃料發(fā)動機I具有兩個獨立的運行模式:氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式。在兩種模式下，燃料都被引入燃燒室2。另外，空氣通過空氣入口 3被引入燃燒室2。燃燒之后，排氣從燃燒室2被釋放到排氣出口 4。在空氣入口 3的下游布置有渦輪增壓器12。通過渦輪增壓器12的應(yīng)用，提高了發(fā)動機I的效率。在渦輪增壓器12的下游布置有排氣再循環(huán)系統(tǒng)7。排氣再循環(huán)系統(tǒng)7包括清潔單元8、冷卻單元9、水分離器10和鼓風(fēng)機11。如果燃燒室中達到預(yù)定燃燒狀態(tài)，惰性氣體入口閥5由控制單元6打開。還將排氣再循環(huán)系統(tǒng)7連接到渦輪增壓器12的壓縮側(cè)是可能的，從而在液體燃料運行期間使用排氣再循環(huán)系統(tǒng)?？刂茊卧?與燃燒室2中的一個傳感器或幾個傳感器連接，從而確定燃燒室2中是否存在預(yù)定燃燒狀態(tài)。排氣再循環(huán)系統(tǒng)7只在預(yù)定燃燒狀態(tài)被傳感器感測到時才被控制單元6啟動。傳感器是燃燒室2中的壓力傳感器和溫度傳感器。
[0049]圖2示出了圖1的替換實施方式，其中排氣再循環(huán)系統(tǒng)7布置在渦輪增壓器12的高壓側(cè)。排氣再循環(huán)系統(tǒng)7包括清潔單元8、冷卻單元9、水分離器10、鼓風(fēng)機11和惰性氣體入口閥5。惰性氣體入口閥5由控制單元6控制，并根據(jù)燃燒室2中預(yù)定燃燒狀態(tài)的發(fā)生允許將排氣引入燃燒室2。為此，控制單元6被連接到一個或幾個確定預(yù)定燃燒狀態(tài)的傳感器。傳感器是燃燒室2中的壓力傳感器和溫度傳感器?？梢酝ㄟ^將可利用的排氣共享給兩根流體連接管線同時將來自燃燒室2的排氣用于渦輪增壓器12和排氣再循環(huán)。只要預(yù)定燃燒狀態(tài)不再被識別，排氣再循環(huán)在氣體燃料運行模式下被停止。
[0050]圖3示出了用于控制燃燒中早燃的方法的示意流程圖。當(dāng)在發(fā)動機運行期間氣體燃料模式31開始時，為了預(yù)定燃燒狀態(tài)32連續(xù)地監(jiān)視燃燒。預(yù)定燃燒狀態(tài)32由燃燒室2中的溫度和壓力確定(參見圖1和圖2)。預(yù)定燃燒狀態(tài)32的一個實施例在圖5中示出。在沒有達到預(yù)定燃燒狀態(tài)32的情況下，在氣體燃料運行模式下不需要排氣再循環(huán)33。在預(yù)定燃燒狀態(tài)32被識別的情況下，進入燃燒室2的排氣再循環(huán)被開啟。在預(yù)定燃燒狀態(tài)不再被識別的情況下，排氣再循環(huán)被停止。在發(fā)動機I的氣體燃料運行模式31期間，連續(xù)地進行預(yù)定燃燒狀態(tài)的監(jiān)視。
[0051]圖4通過氣缸壓力與曲軸轉(zhuǎn)角示出了在沒有任何早燃的標(biāo)準(zhǔn)燃燒循環(huán)期間的早燃燃燒過程。氣缸壓力的峰值發(fā)生在大約5°曲軸轉(zhuǎn)角處，該峰值本身非常陡峭。
[0052]圖5示出了在早燃發(fā)生的情況下預(yù)定燃燒狀態(tài)下的圖4的相同圖。在早燃發(fā)生期間，氣缸壓力已經(jīng)在0°曲軸轉(zhuǎn)角處達到峰值。另外，該峰值更平緩且峰值壓力比圖4中所示的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的峰值壓力高大約10%。
【主權(quán)項】
1.一種雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)，優(yōu)選地為低壓雙燃料發(fā)動機，尤其是兩沖程雙燃料低速發(fā)動機，該雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)包括至少一個燃燒室(2)、進入所述燃燒室(2)的空氣入口(3)以及離開所述燃燒室(2)的空氣出口(4)，所述至少一個燃燒室(2)用于氣體燃料-空氣混合物的點燃或液體燃料-空氣混合物的點燃，其中所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)包括氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式，其特征在于，惰性氣體入口閥(5)能夠由控制單元(6)控制，從而惰性氣體能夠根據(jù)預(yù)定燃燒狀態(tài)優(yōu)選地通過所述空氣入口(3)被引入所述至少一個燃燒室(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)，其特征在于，所述惰性氣體能夠在氣體燃料運行模式期間被引入。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)，其特征在于，所述惰性氣體是排氣。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機包括用于將排氣引入所述至少一個燃燒室(2)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(7)至少包括鼓風(fēng)機(11)、冷卻裝置(9)以及清潔單元(8)，優(yōu)選地與渦輪增壓器(12)并聯(lián)布置，更優(yōu)選地布置在渦輪增壓器(12)的低壓側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(7)能夠由所述控制單元(6)控制。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)，其特征在于，所述預(yù)定燃燒狀態(tài)由所述至少一個燃燒室(2)中的溫度和/或壓力決定。8.—種用于在雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)中控制燃燒中的早燃的方法，雙燃料為氣體燃料和液體燃料，液體燃料尤其是柴油，所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)優(yōu)選地是根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機，所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機(I)具有氣體燃料運行模式和液體燃料運行模式，其特征在于，在所述氣體燃料運行模式下在預(yù)定燃燒狀態(tài)期間將惰性氣體弓I入燃燒室(2)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定燃燒狀態(tài)由所述燃燒室(2)中的溫度和/或壓力決定。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在發(fā)動機運行期間在所述氣體燃料運行模式下連續(xù)地確定燃燒狀態(tài)。11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在試驗運轉(zhuǎn)中提前確定所述雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒狀態(tài)，并且基于所述試驗運轉(zhuǎn)確定所述預(yù)定燃燒狀態(tài)。12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的方法，其特征在于，在探測到所述燃燒室(2)中的早燃的情況下，增加預(yù)定燃燒狀態(tài)。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體是排氣，優(yōu)選是再循環(huán)排氣。14.一種用于低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的改裝工具包，所述低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機尤其是船用發(fā)動機，所述低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機具有氣體燃料運行模式和柴油運行模式，所述改裝工具包包括用于在氣體燃料運行模式期間將排氣再循環(huán)到燃燒室(2)中的排氣再循環(huán)系統(tǒng)(7)、惰性氣體入口閥(5)以及用于控制所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(7)的控制單元(6)。15.—種用于控制將惰性氣體引入低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室(2)的計算機程序產(chǎn)品，所述低壓雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機優(yōu)選地是根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的雙燃料船用內(nèi)燃發(fā)動機，其中能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的方法。
【文檔編號】F02D19/06GK105909399SQ201610097135
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月16日
【發(fā)明人】N·S·基肖爾
【申請人】溫特圖爾汽柴油公司