二冲程单向流扫气十字头内燃机包括至少一个气缸、气缸盖、活塞、燃料供给系统和扫气系统，气缸有衬套，气缸盖在气缸顶部并有排气阀，活塞可运动地布置在气缸内，扫气系统包括压缩机，用于压缩环境空气并有在气缸底部的扫气进口，内燃机通过燃料供给系统将燃料喷至气缸中并有至少一种操作模式，燃料供给系统包括在压力下存储液体主燃料的储罐。气缸外的蒸发单元将液态主燃料蒸发成气态；换热器在气态燃料和压缩扫气之间换热；将气态燃料引入气缸中的装置。避免在液体燃料蒸发时在气缸内的不希望的高冷却效果，避免对燃烧室中的高温要求。有助于主燃料在气缸内点火燃烧。扫气在换热器中与气态燃料换热而冷却，能获得低扫气温度，增加扫气密度。扫气密度。扫气密度。
【技术实现步骤摘要】
二冲程单向流扫气十字头内燃机以及用于操作这种内燃机的方法
[0001]本专利技术涉及一种二冲程单向流扫气十字头内燃机，它包括至少一个气缸、气缸盖、活塞、燃料供给系统和扫气系统，气缸有气缸衬套，气缸盖布置在气缸顶部，并有排气阀，活塞可在下止点和上止点之间运动地布置在气缸内，扫气系统包括用于压缩环境空气的压缩机，并有布置在气缸底部的扫气进口，其中，二冲程内燃机设置成通过燃料供给系统而将燃料喷射到至少一个气缸内，该发动机有至少一种操作模式，在该操作模式中，主燃料是氨或类似燃料，例如甲醇，燃料供给系统包括用于在压力下存储液体主燃料的储罐。
[0002]在本文中，类似燃料是具有低能量含量的燃料，它需要大量的能量来用于蒸发。除了氨之外，甲醇也是这种燃料的一个实例。
技术介绍
[0003]在过去，内燃机主要通过烃燃料来操作，例如燃料油(例如柴油)或燃料气体(例如天然气或石油气)。烃燃料的燃烧释放二氧化碳(CO2)以及其它造成大气污染和气候变化的温室气体。与导致副产物排放的化石燃料杂质不同，CO2是烃燃烧不可避免的结果。燃料的能量密度和CO2足迹(footprint)取决于烃链长度以及它的烃分子的复杂性。因此，气态烃燃料具有比液态烃燃料更低的足迹，缺点是气态烃燃料在处理和储存方面更有问题并且很昂贵。为了减少CO2足迹，正在研究非烃燃料。
[0004]氨是从化石燃料、生物质或可再生能源(风能、太阳能、水力或热能)获得的合成产物，且当由可再生能源产生时，氨在燃烧时实际上没有碳足迹或并不排放任何CO2、SOx、颗粒物质或未燃烧的烃。
[0005]不过，使用氨作为燃料存在一些问题。一个问题是与典型的烃燃料相比具有更低的能量含量。氨的能量含量为大约18.6MJ/kg，其中，重质燃料油为大约40.5MJ/kg。因此，当使用氨作为燃料时，需要喷射明显更大体积的燃料，从而导致更大燃料流进入气缸。为了在气缸中获得氨的最佳燃烧，重要的是在燃烧过程中在气缸中存在合适的足够量的氧。增加扫气中的氧量的一种常见方式是通过使用海水在换热器中冷却扫气来增加扫气的密度。通过这种已知的方法，很难将扫气冷却至低于25℃因此进一步增加扫气充气密度，而这将有益于整体发动机性能。当使用液氨作为燃料时的另一问题是它的高蒸发冷却，该高蒸发冷却使得氨燃料在喷射至气缸(它在气缸中蒸发成氨气)中时冷却，从而增加所需的点火能量。由于氨蒸发而引起的高蒸发冷却，在燃烧室中的高温是用于稳定燃烧的先决条件。迄今为止，这些问题的组合限制了氨在压缩点火发动机中用作主燃料。
[0006]当使用类似燃料(例如甲醇)时将有如上所述的相同问题。不过，当使用烃燃料时，当然将排放CO2等。
[0007]大型二冲程单向流扫气十字头内燃机通常用于大型船舶的推进系统中或者用作发电厂中的原动机。全部尺寸、重量和功率输出使得它们与普通内燃机完全不同，且将这种大型二冲程内燃机置于它们自身的分类中。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的是提供一种在引言中提及类型的内燃机，该内燃机有至少一种操作模式，在该操作模式中，主燃料是氨或类似燃料，例如甲醇，其中，与扫气的密度和扫气中的氧气量以及喷射氨的蒸发冷却效果相关的上述问题都至少显著减少。
[0009]前述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。通过从属权利要求、说明书和附图将清楚其它实现形式。
[0010]根据第一方面，提供了一种二冲程单向流扫气十字头内燃机，它包括至少一个气缸、气缸盖、活塞、燃料供给系统和扫气系统，气缸有气缸衬套，气缸盖布置在气缸顶部，并有排气阀，活塞可在下止点和上止点之间运动地布置在气缸内，扫气系统包括压缩机，用于压缩环境空气，并有布置在气缸底部的扫气进口，其中，该二冲程内燃机设置成通过燃料供给系统而将燃料喷射至该至少一个气缸中，该发动机有至少一种操作模式，在该操作模式中，主燃料是氨或类似燃料，例如甲醇，燃料供给系统包括用于在压力下存储液体主燃料的储罐，其特征在于，发动机包括：蒸发单元，该蒸发单元位于该至少一个气缸外部，用于将所述液体主燃料蒸发成气态主燃料；换热器，用于在气态主燃料和压缩的扫气之间换热；以及用于将气态主燃料引导至该至少一个气缸内的装置。
[0011]因此，能够避免在液体主燃料蒸发过程中在气缸内部产生不希望的高冷却效果，因此避免对气缸中的燃烧室中的高温的要求，因为液体主燃料在气缸外部蒸发。这将有助于主燃料在气缸内的点火和燃烧。而且，由于扫气在换热器中通过与气态主燃料换热或者换句话说通过提取主燃料相变所需的热量而冷却，将能够获得低得多的扫气温度。这将明显增加扫气的密度，因此增加可用于燃烧的氧量。计算表明，扫气的温度可以降低至大约15℃，因此与温度为大约25℃的扫气相比增加了它的密度。这将能够在每次燃烧循环中引入相应量的主燃料气体，从而至少局部补偿所述主燃料的较低能量含量(与重质燃料油相比)。
[0012]主燃料通常可以在5和20巴之间的压力(优选是大约10巴)下以及接近环境温度的温度下以液体形式储存在储罐中。
[0013]蒸发单元可以是方便主燃料从液相蒸发转变至气相的任何类型装置，并可以包括膨胀阀，该膨胀阀从液体主燃料移除压力，以便允许从液体至蒸汽的膨胀或状态改变。蒸发单元位于换热器的主燃料进口开口处或非常靠近换热器的主燃料进口开口，以便恰好在液体主燃料进入换热器时方便液体主燃料蒸发。
[0014]压缩机原则上可以是用于压缩环境空气的任何合适压缩机，但优选是涡轮增压器的一部分，该涡轮增压器有由来自发动机的排气驱动的涡轮机。发动机可以包括多个涡轮增压器。优选是，发动机还包括多个辅助鼓风机，这些辅助鼓风机优选是位于换热器的下游，并保证气缸在发动机的启动阶段中完全扫气，且这些辅助鼓风机在发动机的操作过程中当扫气进口压力下降至低于预设值时自动启动。
[0015]离开压缩机的扫气将在进入气缸之前冷却。根据本专利技术，扫气的这种冷却在换热器中进行，在该换热器中，扫气与气态主燃料换热。换热器原则上可以是适合在气态主燃料和压缩的扫气之间换热的任何类型换热器。非限定实例是以逆流原理工作的管式或板式非接触换热器。
[0016]在发动机是也可用其它燃料(例如柴油、重质燃料油或不需要大量能量来蒸发的
其它燃料，且对于该燃料可以不使用本专利技术的基本思想)来操作的双燃料发动机的情况下，发动机还需要包括使用水作为冷却介质的标准冷却系统。
[0017]气态主燃料可以在不同位置处引入气缸中。因此，在气态主燃料以高压被引入的发动机中，当活塞接近它的上止点时，气态主燃料通过位于气缸盖中的气体燃料喷射阀而被引入气缸内。在这样的实施例中，气态主燃料应当在喷射至气缸的燃烧室中之前在压缩机中压缩至足够高压力，非限制地为大约300巴。
[0018]在气态主燃料恰好在运动离开下止点的活塞经过布置于气缸底部的扫气进口之后以低压被引入的发动机中，气态主燃料可以通过位于气缸盖中的气体燃料喷射阀或位于气缸衬套中的气体燃料进入阀而被引入气缸内。因为当活塞处于所述位置时气缸内部的压力相对较低，因此对气体燃料本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二冲程单向流扫气十字头内燃机，包括至少一个气缸(1)、气缸盖(22)、活塞(10)、燃料供给系统(81、82、85)和扫气系统(12、7、13、16、2、18)，气缸有气缸衬套(41)，气缸盖(22)布置在气缸(1)的顶部，并有排气阀(4)，活塞(10)能够在下止点和上止点之间运动地布置在气缸(10)内，扫气系统包括压缩机(7)，用于压缩环境空气，并有布置在气缸(1)的底部处的扫气进口(18)，其中，二冲程内燃机设置成通过燃料供给系统而将燃料喷射至所述至少一个气缸中，所述内燃机有至少一种操作模式，在该操作模式中，主燃料是氨或类似燃料，例如甲醇，燃料供给系统包括用于在压力下存储液体主燃料的储罐(81)，其特征在于，所述内燃机包括：蒸发单元(84)，该蒸发单元(84)位于所述至少一个气缸(1)的外部，用于将所述液体主燃料蒸发成气态主燃料；换热器(14)，用于在所述气态主燃料和压缩的扫气之间换热；以及用于将气态主燃料引导至和引入所述至少一个气缸(1)中的装置(85、86、50、51)。2.根据权利要求1所述的二冲程单向流扫气十字头内燃机，其中：所述主燃料以液体形式在5巴和20巴之间的压力下以及在接近环境温度的温度下储存在储罐(81)中，该压力优选是大约10巴。3.根据权利要求1所述的二冲程单向流扫气十字头内燃机，其中：蒸发单元(84)是膨胀阀，该膨胀阀从所述液体主燃料移除压力，以便允许从液体至蒸汽的膨胀或状态改变。4.根据权利要求1或3所述的二冲程单向流扫气十字头内燃机，其中：蒸发单元(84)位于换热器(14)的主燃料进口开口(83)处或非常靠近换热器(14)的主燃料进口开口(83)，以便恰好在液体主燃料进入换热器(14)时方便所述液体主燃料的蒸发。5.根据权利要求1所述的二冲程单向流扫气十字头内燃机，其中：换热器(14)是根据逆流原理来工作的管式或板式非接触换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：曼能解决方案曼能解决方案德国股份公司分公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。