操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机技术

本发明专利技术涉及操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机。该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下进行操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸(21)内并且在燃烧之后经由排气门(24)导走，其中在所述燃气模式(10)下进行操作期间，检测到负荷的剧烈变化状态(13)，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括以下步骤：确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；确定用于所述闭合角的修正值(14)；通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角(14)；在所述瞬态闭合角关闭所述排气门(15)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种操作大型柴油发动机的方法、大型柴油发动机和该方法的用途。
技术介绍
大型柴油发动机可以被构造成二冲程或四冲程机器，例如构造成纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。这种大型柴油发动机常常用作轮船的驱动机组(aggregate)，或者还常常用在固定操作模式下，例如用于驱动大型发电机来产生电能。就此而言，这些发动机通常以连续操作模式运行相当长的时间段，这代表了对操作安全性和可用性的较高要求。由于这个原因，特别是维护之间的长间隔，低磨损和操作燃料的经济处理对运营商来说是核心标准。若干年以来，更深远的关键点以及已经越来越重要的关键点是排气的质量，特别是排气中的氮氧化物的浓度。这里，法律规定和用于对应排气值的阈值正在变得越来越严格。特别是对于二冲程大型柴油发动机来说，这带来的结果是，大量含有污染物的传统重燃料油的燃烧以及还有柴油或任何其他燃料的燃烧变得越来越有问题，这是因为排气阈值的维持变得越来越困难，在技术上的要求更苛刻，并且这样的话成本就越来越昂贵，或者最后，以实用方式对它们进行维护甚至不太可能。由于该原因，对所谓的“双燃料发动机”的要求在实践上已经长期存在，“双燃料发动机”是指能够利用两种不同种类的燃料操作的发动机。在燃气模式下，燃烧燃气，例如天然气，如LNG(液化天然气)或采取液化石油气形式的燃气，或者适合于驱动内燃发动机的不同燃气，而在液体模式下，在同一发动机中燃烧合适的液体燃料，如汽油、柴油、重燃料油或不同的合适液体燃料。就此而言，发动机既可以是二冲程发动机又可以是四冲程发动机，并且就此而言，这些发动机可以是小型发动机、中型发动机，并且还可以是大型发动机，特别可以是纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。使用术语“大型柴油发动机”还指这种大型发动机能够以如下形式操作：与柴油
机操作模式不同的形式，该形式以燃料自燃为特征；汽油发动机操作模式，该模式以燃料的外部点燃为特征；或这两种操作模式的混合操作形式。术语“大型柴油发动机”进一步包括特别所谓的“双燃料发动机”以及其中燃料自燃用于不同燃料的外部点燃的这种大型发动机。在液体模式下，燃料通常被直接引入气缸的燃烧空间，并且根据自燃原理在燃烧空间中燃烧。在燃气模式下，已知的是根据奥托(Otto)原理操作模式将气态状态的燃气与扫气空气混合，以便由此在气缸的燃烧空间中产生可燃混合物。关于这种低压方法，通常就在少量液体燃料被喷射到气缸的燃烧空间内或者被喷射到预燃室内(这随后导致空气燃气混合物点燃)的恰当时刻在气缸内对混合物进行点燃。双燃料发动机能够在燃气模式操作期间切换到液体模式，反之亦然。然而，特别是当对排气需要较高要求并且这种较高要求只能以可接受的技术需求以经济上可行的方式通过燃气燃烧来维持时，就需要纯燃气发动机，纯燃气发动机是指只能利用燃气而不能另选地利用柴油、重燃料油或不同燃料操作的发动机。例如在WO 2010/147071A1中提供了这种纯燃气发动机。在例如DE 10 2010 005814A1中呈现了进一步的技术状态。不管是双燃料发动机还是纯燃气发动机，将燃料气体引入到对应往复活塞式内燃发动机的气缸的燃烧空间内的过程对于这种发动机的可靠的、低污染物的且安全的操作十分重要。在燃气模式下，特别地，设置扫气空气与燃气的正确比率，即所谓的空气燃气比率，具有至关重要的意义。扫气空气或增压空气通常可以通过大型柴油发动机中的涡轮增压器而获得，涡轮增压器产生扫气空气压力或吸入空气压力，扫气空气压力或吸入空气压力依赖于发动机负荷并且这样也依赖于发动机的功率和/或扭矩和/或转速。对于给定的扫气空气压力，可以计算气缸内的空气量，然后可以确定由发动机产生的相应地需要的驱动扭矩和/或可以针对对该操作状态来说产生理想燃烧过程而期望的转速、扭矩量和/或转速来确定适当的气态燃料量。特别是当根据奥托原理操作燃气模式时，空气燃气比率的正确设置对于发动机的操作至关重要，从污染观点、有效性以及经济可行性来看，该空气燃气比率尽可能低。如果燃气部分过大，则空气燃气混合物变得过浓。混合物的燃烧过快或过早发生，这导致发动机爆震。由于燃烧过程不再与气缸内的活塞运动正确地协调一致，除了别的
之外，这还导致了燃烧对活塞运动产生部分消极作用。此外，当空气燃气比率的正确设置在大型柴油发动机中在正常操作条件下不再带来任何较大问题时，在发动机负荷中产生非常突然的、频繁的且猛烈的改变的操作条件下带来缺点。在这方面应该提到的示例是由大型柴油发动机驱动的抵达巨浪中的轮船。这可能带来的结果是，由发动机直接驱动的轮船螺旋桨由于巨浪而或多或少周期性地部分或者完全离开水，以便随后再完全浸入水中。结果，发动机的负荷和/或由发动机传递到水的驱动扭矩自然会有非常巨大且突然的变化。由于使得扫气空气可用的涡轮增压器系统相对于发动机负荷变化以相移方式作出反应，因此在这种操作模式下可能产生气缸中的空气燃气混合物由于过低扫气空气压力而变得过浓，这因而会导致快速或爆震燃烧，快速或爆震燃烧当然是不利的。燃气模式下这种快速且突然的负荷变化只有非常困难地才能调节或者在实践上甚至不可能进行调节，从而使得例如需要向下调节发动机性能或连续改变和/或修改发动机速度，或者然而需要从燃气模式改变到液体模式。对于在液体模式下例如利用重燃料油操作的大型柴油发动机，由于现有的排气要求，在将来可能不再允许这种大型柴油发动机在海岸附近以液体模式进行操作，这是因为在液体模式下排气值可能不再可维持。可能产生发动机负荷非常突然、频繁或猛烈变化的不同示例是轮船进行作战行动。
技术实现思路
由于该原因，从现有技术状态开始，本专利技术的目的是建议一种操作大型柴油发动机的方法，其中对于负荷的突然、频繁或猛烈的变化，诸如例如在巨浪中的轮船或执行军事演习的轮船中出现的这种负荷的突然、频繁或猛烈的变化，所述大型柴油发动机仍然可靠地、高效地并且以环境友好方式操作。此外，本专利技术的目的是建议一种对应的大型柴油发动机。本专利技术的方法、方法的用于以及大型柴油机满足该目的。因而，根据本专利技术，建议了一种操作大型柴油发动机的方法，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸内并且在燃烧之后经由排气门导走，其中在所述燃气模式下进行操作期间，检测到负荷的剧
烈变化状态，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括如下步骤：确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；确定用于所述闭合角的修正值；通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角；以及在所述瞬态闭合角关闭所述排气门。由于通过闭合角的修正来确定用于排气门的瞬态闭合角，因而能够以有针对性的受控方式设置压缩循环过程中在气缸内被压缩并可用于燃烧的空气的量，由此能够确保气缸内的空气燃气混合物的燃烧不会到达过快燃烧或爆震燃烧范围，并且使得气缸内的空气燃气混合物的燃烧不会到达其中混合物过稀的范围，混合物过稀意味着气缸内存在的空气量过大而发生点火故障。如果对于空气燃气混合物的理想组成来说，当前存在的扫气空气的增压压力过低，则将所述修正值确定成使得用于所述排气阀的瞬态闭合角小于正常燃气操作模式下的闭合角，这意味着排气门现在相对于工作循环更早地关闭，使得在气缸内可获得更大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作大型柴油发动机的方法，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下进行操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸(21)内并且在燃烧之后经由排气门(24)导走，其中在所述燃气模式下进行操作(10)期间，检测到负荷的剧烈变化状态(13)，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括以下步骤：确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；确定用于所述闭合角的修正值(14)；通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角(14)；在所述瞬态闭合角关闭所述排气门(15)。

【技术特征摘要】
2015.05.19 EP 15168103.81.一种操作大型柴油发动机的方法，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下进行操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸(21)内并且在燃烧之后经由排气门(24)导走，其中在所述燃气模式下进行操作(10)期间，检测到负荷的剧烈变化状态(13)，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括以下步骤：确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；确定用于所述闭合角的修正值(14)；通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角(14)；在所述瞬态闭合角关闭所述排气门(15)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述大型柴油发动机(20)被构造成用于燃气的燃烧和用于液体燃料的燃烧的双燃料发动机，所述液体燃料特别是柴油或重燃料油。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述修正值添加至所述闭合角以确定所述瞬态闭合角。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述修正值为负，并且所述修正值的大小至多等于60度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述修正值为正，并且所述修正值至多等于60度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述瞬态模式包括如下步骤：确定用于所述发动机的转速或所述发动机的扭矩的期望值；确定在所述大型柴油发动机的每个工作循环都能作为燃料获得的燃气量的上阈值(14)；确定除了所述燃气之外引入到燃烧空间内的液体燃料的附加量(14)，其中所述附加量...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥特，
申请(专利权)人：温特图尔汽柴油公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH