專利名稱：具有組合燃料油和燃料氣體操作模式的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，例如二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括具有燃燒室的缸以及提供具有要在缸的燃燒室中燃燒的燃料油和燃料氣體的燃料油控制系統(tǒng)和燃料氣體控制系統(tǒng)的燃料油供應(yīng)系統(tǒng)和燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，并且內(nèi)燃機(jī)包括燃料油操作模式和組合燃料油和燃料氣體操作模式，在所述燃料油操作模式中，通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)進(jìn)行提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
對(duì)降低由于內(nèi)燃機(jī)的操作產(chǎn)生的二氧化碳、氧化氮和硫的排放越來(lái)越關(guān)注，并因此已經(jīng)研究傳統(tǒng)燃料油的代用燃料替換形式。諸如MAN Diesel 12K80MC-G1-S的大型二沖程柴油機(jī)的操作已經(jīng)顯示出通過(guò)燃料氣體作為一次燃料(primary fuel)的操作與傳統(tǒng)燃料油相比在排放物方面是安全的、可靠的且環(huán)境方面是理想的。至于用于海事市場(chǎng)的大型二沖程柴油機(jī)，具有燃料油及燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)變得越來(lái)越受到關(guān)注，尤其是對(duì)于液化天然氣運(yùn)輸船(LNG運(yùn)輸船)，其中來(lái)自儲(chǔ)氣罐的蒸發(fā)氣體在必須被操縱的運(yùn)輸期間被視為自然損耗。由JP2009133256已知一種用于控制雙燃料內(nèi)燃機(jī)以用于防止形成黑煙的方法，即，用于在燃料氣體的熱值低時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間減少排放物的方法，其中燃料油和燃料氣體的混合物在預(yù)先限定的操作狀態(tài)下同時(shí)被調(diào)節(jié)并噴射到燃燒室中。W02009/046713公開了一種內(nèi)燃機(jī)，其中至具有燃燒傳感器的內(nèi)燃機(jī)的缸的燃料供應(yīng)裝置包括使具有不同燃料油特性的不同燃料油的混合物的使用最優(yōu)化的混合單元。在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入使用之前，內(nèi)燃機(jī)不僅對(duì)于典型的用于其隨后使用的所有負(fù)載條件被測(cè)試，而且還在所有的燃料供應(yīng)混合下被測(cè)試。進(jìn)行測(cè)試以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)溫度完善性，從而排放水平在要求的限度范圍之內(nèi)且燃料消耗符合需要。在僅使用燃料油的傳統(tǒng)船用發(fā)動(dòng)機(jī)中，這暗示對(duì)沿著螺旋槳曲線的代表組的負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。在使用燃料油和燃料氣體的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，需要對(duì)沿著螺旋槳曲線的代表組的負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，該測(cè)試還涵蓋代表組的燃料油和燃料氣體的可能混合。在此，測(cè)試矩陣的維度從一維增加到二維。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)利用燃料油和燃料氣體燃燒的優(yōu)點(diǎn)并在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)之前降低所需發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的范圍。為了該目的，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的特征在于在組合燃料油和燃料氣體操作模式下，提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)在燃料油控制系統(tǒng)與燃料氣體控制系統(tǒng)之間及時(shí)地自動(dòng)交替，使得缸的燃燒室中的燃燒在連續(xù)時(shí)間間隔中基于燃料油或燃料氣體。通過(guò)在組合燃料油和燃料氣體操作模式下使提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)在燃料氣體控制系統(tǒng)與燃料油控制系統(tǒng)之間交替，獲得兩種燃料的連續(xù)使用。這從使用者觀點(diǎn)來(lái)看是理想的，這是因?yàn)樵诮M合燃料油和燃料氣體操作模式下提供到缸的燃燒室中的燃料氣體可以使用來(lái)自LNG運(yùn)輸船的蒸發(fā)氣體。此外，這確保燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可能需要蒸發(fā)氣體的至少一部分的恒定釋放以保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。從測(cè)試的觀點(diǎn)來(lái)看，僅需要對(duì)僅依賴于燃料油的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作和僅依賴于燃料氣體的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試。其中提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)或燃料氣體控制系統(tǒng)進(jìn)行的組合燃料油和燃料氣體操作模式的時(shí)間間隔明顯短于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作周期并同樣短于發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料油操作模式下運(yùn)轉(zhuǎn)的操作周期?？梢砸栽诿牒头昼姷姆秶鷥?nèi)的時(shí)間間隔獲得燃料氣體的期望連續(xù)使用，而燃料操作模式下的操作周期通常在天的范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)的這種操作有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試，該測(cè)試必須沿著螺旋曲線(propellercurve)在多個(gè)不同負(fù)載下來(lái)執(zhí)行以檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)格和與排放法規(guī)的符合性。因此，由于僅需要對(duì)于每一種燃料類型在多個(gè)不同負(fù)載下進(jìn)行測(cè)試，因此根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)明顯降低所需測(cè)試的量，而例如燃料氣體和燃料油的組合的同時(shí)噴射將需要在可能的燃料混合物的寬范圍的內(nèi)在多個(gè)不同負(fù)載下進(jìn)行測(cè)試。即使當(dāng)存在多個(gè)燃料控制系統(tǒng)和相應(yīng)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)也會(huì)提供例如到缸中的燃料噴射的簡(jiǎn)單發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)，并且與具有基于例如不同類型的燃料的混合物在相同燃燒過(guò)程中的噴射的燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)相比提供更簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的燃料控制系統(tǒng)。本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)對(duì)于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)燃料氣體控制系統(tǒng)而不需要主要修改現(xiàn)有燃料油控制系統(tǒng)來(lái)獲得根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)，這是因?yàn)檎{(diào)速控制，即諸如要噴射的燃料的噴射定時(shí)和噴射量的關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)或燃料氣體控制系統(tǒng)進(jìn)行。以時(shí)間間隔與基于組合燃料油和燃料氣體操作模式的燃料氣體的燃燒一起使用的燃料氣體優(yōu)選地為自然地將由LNG運(yùn)輸船的氣體罐蒸發(fā)的氣體，即可用的蒸發(fā)氣體不足以作為在輸送期間用于內(nèi)燃機(jī)的整體操作的唯一燃料。在實(shí)際的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)還包括燃料氣體操作模式。在該操作模式下，提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)由燃料氣體控制系統(tǒng)操縱。這允許將燃料油的消耗保持到最小值，所述最小值不僅對(duì)于減小顆粒排放物是理想的，而且在大量燃料氣體必須被從燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)釋放的時(shí)間段中。這例如可以是用于其中運(yùn)輸船罐中蒸發(fā)的氣體的量高度取決于環(huán)境溫度的大型LNG運(yùn)輸船的情況。此外，由于燃料油操作模式和燃料氣體操作模式的測(cè)試對(duì)于用于其中調(diào)速控制在燃料油控制系統(tǒng)與燃料氣體控制系統(tǒng)之間交替的組合燃料油和燃料氣體操作模式的測(cè)試是足夠的，因此所有需要的測(cè)試可以僅通過(guò)測(cè)試燃料油操作模式和燃料氣體操作模式來(lái)執(zhí)行。其中提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)或燃料氣體控制系統(tǒng)進(jìn)行的組合燃料油和燃料氣體操作模式的時(shí)間間隔明顯短于操作周期，并同樣短于發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料氣體操作模式下運(yùn)轉(zhuǎn)的操作周期。在進(jìn)一步研究的實(shí)施例中，當(dāng)提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料氣體控制系統(tǒng)來(lái)控制時(shí)，引燃燃料油被提供到缸中。這已知提供用于對(duì)壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程的更好控制，而且對(duì)于當(dāng)燃燒基于燃料氣體時(shí)的操作也是理想的。引燃燃料油使得以本身已知的方式在燃燒室中開始點(diǎn)火，但是實(shí)際燃燒基于提供到缸的燃燒室中的燃料氣體。因此，諸如引燃燃料、激光器、電花或熱球的燃燒劑啟動(dòng)氣體燃燒。在更進(jìn)一步研究的實(shí)施例中，當(dāng)提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)由燃料油控制系統(tǒng)控制時(shí)，來(lái)自燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的蒸發(fā)氣體被提供到缸的燃燒室中。這在保持燃料氣體控制系統(tǒng)在由密封油的氣缸蓋清潔時(shí)免于密封油時(shí)改進(jìn)燃料氣體控制系統(tǒng)的操作，這是因?yàn)槿剂蠚怏w供應(yīng)被保持大于零。該原理還可以應(yīng)用于組合燃料氣體和燃料油操作模式，其中當(dāng)提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)由燃料油控制系統(tǒng)控制時(shí)，來(lái)自燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的一小部分的蒸發(fā)氣體被提供到缸的燃燒室中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，燃料到缸的燃燒室中的提供在連續(xù)時(shí)間間隔之間被中斷。因此，由于燃料控制系統(tǒng)在運(yùn)行下沒(méi)有控制點(diǎn)火程序的點(diǎn)火順序，所以確保將對(duì)燃料提供到缸的燃燒室中的控制在不同的燃料控制系統(tǒng)之間切換時(shí)各個(gè)缸的正確點(diǎn)火順序。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，由缸實(shí)現(xiàn)組合燃料油和燃料氣體操作模式，使得缸以不同模式操作。在優(yōu)選的操作模式為燃料油操作模式且燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)中的壓力要求比燃料油操作模式中可以使用的燃料氣體釋放更多的燃料氣體的情況中，可以通過(guò)使多于一個(gè)的缸中燃燒基于燃料氣體的缸而余缸中的燃燒基于燃料油來(lái)以簡(jiǎn)單且有效的方式減小壓力。顯然，這比僅使燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行排放更加優(yōu)選地來(lái)減少壓力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括消除對(duì)燃料氣體的不連續(xù)需求的緩沖罐。如果例如燃料氣體被從LNG運(yùn)輸船的LNG罐傳送，則將具有罐中含有的氣體的連續(xù)蒸發(fā)。由于蒸發(fā)氣體的量尤其隨著環(huán)境溫度變化，因此蒸發(fā)氣體的量很可能與根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過(guò)程中可以使用的量不相符。在該實(shí)施例的進(jìn)一步研究中，時(shí)間間隔被預(yù)先確定。因此，時(shí)間間隔可以被預(yù)先確定以滿足船本身的特定要求，例如以便將排放物保持在最少。時(shí)間間隔還可以根據(jù)緩沖罐的結(jié)構(gòu)和/或燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可以將燃料氣體提供到燃料氣體控制系統(tǒng)的速率來(lái)確定。在給定溫度下，蒸發(fā)速率相對(duì)恒定，但是當(dāng)例如溫度變化時(shí)，可以在內(nèi)燃機(jī)的操作期間調(diào)節(jié)時(shí)間間隔。這種調(diào)節(jié)可以與緩沖罐中的燃料氣體的量的測(cè)量相結(jié)合。在該實(shí)施例的更進(jìn)一步的研究中，根據(jù)燃料供應(yīng)系統(tǒng)中可用的燃料油和/或燃料氣體的量的測(cè)量值來(lái)確定時(shí)間間隔。因此，還可以通過(guò)考慮可用燃料的總量來(lái)確定時(shí)間間隔的確定。對(duì)于特定要求，例如排放速率，有利的是確定時(shí)間間隔以便使發(fā)動(dòng)機(jī)以固定量的燃料氣體作為一次燃料操作。這還可以確保在LNG輸送期間使用例如來(lái)自LNG運(yùn)輸船的特定量的燃料氣體，如果期望使用較大范圍的容量的LNG罐的，則不可避免蒸發(fā)氣體。對(duì)于更進(jìn)一步的可選方案，確定時(shí)間間隔以便使發(fā)動(dòng)機(jī)以固定量的燃料油作為一次燃料操作。這可以用于將燃料油的消耗保持到最少，例如保持由船本身確定的特定水平。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)燃料控制系統(tǒng)。這允許例如燃料油操作模式的燃燒基于具有不同燃料油特性的不同燃料油。不同燃料油可以在例如通過(guò)混合單元的噴射之前混合，或者可以例如通過(guò)另外的單獨(dú)燃料控制系統(tǒng)來(lái)噴射，使得提供到缸的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)在多個(gè)燃料控制系統(tǒng)之間及時(shí)自動(dòng)地交替。在一個(gè)實(shí)際的實(shí)施例中，包括氣體燃燒的操作模式中的燃燒是采用預(yù)混燃燒的稀燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，即，氣體通過(guò)掃氣或者通過(guò)在壓縮階段被早期噴射而被提供到燃燒室中。


本發(fā)明的示例及其實(shí)施例參照高度示意的視圖在下面更詳細(xì)地說(shuō)明，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的總圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的處于組合燃料油和燃料氣體的操作模式的發(fā)動(dòng)機(jī)的示例；和圖3a、圖3b和圖3c顯示根據(jù)本發(fā)明的不同操作模式。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)I可以為如圖1所示的二沖程十字頭式柴油機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)I可以例如為MAN Diesel制造的MC或ME型，或者為WMsiM制造的Sulzer RT_f Iex 或 Sulzer RTA 型，或者為 MitsubishiHeavy Industries 制造。這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)是通常用作船中的主發(fā)動(dòng)機(jī)或者用作發(fā)電廠中的固定發(fā)動(dòng)機(jī)的大型發(fā)動(dòng)機(jī)。缸可以例如具有在從25cm到120cm的范圍內(nèi)的缸筒，并且發(fā)動(dòng)機(jī)可以例如具有在從3000kW到120.0OOkW的范圍內(nèi)的功率。發(fā)動(dòng)機(jī)速度通常在從40rpm到250rpm的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)可以可選地為具有例如在從300rpm到1400rpm的范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度以及例如在從1300kW到30.0OOkff的范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的四沖程柴油機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)通常能夠使用重燃料油作為一次燃料。圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)I具有多個(gè)缸，所述多個(gè)缸具有安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)框架4的缸部分3中的缸套2。排出閥殼體5安裝在缸蓋6中，并且排氣管道7從各個(gè)缸延伸到多個(gè)或所有缸共有的廢氣接收器8。在廢氣接收器中，由從排氣管道發(fā)出的廢氣脈沖所引起的壓力變化被均衡到更均勻的壓力，并且一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器9接收來(lái)自廢氣接收器8的廢氣并將壓縮后空氣傳送到包括掃氣空氣接收器10的掃氣空氣系統(tǒng)，所述掃氣空氣接收器類似于廢氣接收器為細(xì)長(zhǎng)的壓力容器。在各個(gè)缸中，活塞安裝在通過(guò)十字頭和連接桿(未示出)與曲柄軸上的曲柄銷相連接的活塞桿上。如果發(fā)動(dòng)機(jī)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，則活塞直接連接到連接桿。燃料噴射器將燃料噴射到燃燒室中，在所述燃燒室中，所述燃料由于活塞上方的空氣中的高溫而自動(dòng)點(diǎn)火。因?yàn)榛钊谙蛏蠅嚎s沖程期間已經(jīng)壓縮進(jìn)入空氣而存在高溫。然而，本發(fā)明通?？蓱?yīng)用到基于預(yù)混燃燒的內(nèi)燃機(jī)，即燃料在燃燒室中均質(zhì)分布。在圖2中，缸部分3顯示為僅具有單個(gè)缸11，但是發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)缸，例如在所述發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程內(nèi)燃機(jī)時(shí)為4-15個(gè)缸，以及例如在所述發(fā)動(dòng)機(jī)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)為4-20個(gè)缸。如圖2中示意性地顯示，內(nèi)燃機(jī)I包括燃料油供應(yīng)系統(tǒng)23和燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19，所述燃料油供應(yīng)系統(tǒng)23和所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19為燃料油控制系統(tǒng)20和燃料氣體控制系統(tǒng)30提供燃料油和燃料氣體以被提供到缸11的燃燒室中。在本示例中，燃料油控制系統(tǒng)20和燃料氣體控制系統(tǒng)30分別控制到缸11的燃燒室中的燃料油和燃料氣體的噴射。燃料控制系統(tǒng)20、30的一般原理在于每一個(gè)缸11與控制諸如連接到缸蓋6中的燃料噴射器13、14的燃料泵或閥的一個(gè)或多個(gè)燃料定量裝置15、16的缸控制單元12相關(guān)聯(lián)。噴射器13、14對(duì)于每個(gè)缸的數(shù)量取決于缸11的功率。每一個(gè)缸至少包括燃料油噴射器13和燃料氣體噴射器14。在較小發(fā)動(dòng)機(jī)中，對(duì)于每一種燃料類型來(lái)說(shuō)單個(gè)噴射器可以足以噴射一個(gè)燃燒過(guò)程所需的燃料的量，而在較大的更大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)中，對(duì)于每一種燃料類型可能需要兩個(gè)或三個(gè)噴射器。在每個(gè)缸11設(shè)置多個(gè)噴射器時(shí)，每個(gè)噴射器13、14可以具有一個(gè)燃料定量裝置15、16。燃料控制系統(tǒng)20、30的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元12進(jìn)而由與船舶的橋接器(bridge)通信的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17控制。優(yōu)選的是燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19連接到在海上操作的LNG運(yùn)輸船舶的液化天然氣(LNG)罐18。LNG運(yùn)輸船舶的LNG罐保持在低溫下，但是由于來(lái)自海水和大氣的外部熱量通過(guò)罐的隔層被傳遞而不可避免地被加熱。由于外部熱量的侵入，LNG的一部分被氣化，即汽化，并且罐壓力逐漸增加。為了將罐壓力保持在可接受的水平下，再液化系統(tǒng)(未示出)可以用于再液化蒸發(fā)氣體?？蛇x地，或與再液化系統(tǒng)結(jié)合，當(dāng)由燃料氣體控制系統(tǒng)30指令時(shí)，蒸發(fā)氣體壓縮機(jī)可以提供高壓蒸發(fā)氣體。在所述缸處，由缸控制單元12控制的燃料氣體定量裝置16影響燃料氣體噴射器14的定時(shí)和打開。緩沖罐22用于儲(chǔ)存通過(guò)燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19提供給燃料氣體控制系統(tǒng)30之如的蒸發(fā)氣體。LNG運(yùn)輸船的LNG iil中不可避免的蒸發(fā)氣體的量通常不足以作為用于LNG運(yùn)輸船的內(nèi)燃機(jī)的操作的唯一燃料，但是蒸發(fā)氣體的量可以有利地與根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)中的燃料油組合使用。在燃料油控制系統(tǒng)20中，燃料油定量裝置15可以是燃料泵，并且在該情況下，燃料油供應(yīng)系統(tǒng)23在燃料供給管24中僅需要以相對(duì)較低的供給壓力，例如在從2巴到15巴的范圍內(nèi)的壓力將燃料油從燃料油罐21傳送到燃料定量裝置?？蛇x地，燃料油定量裝置15可以為閥或者與計(jì)量裝置相組合的閥，并且燃料供給管進(jìn)而為高壓管，在所述高壓管中，燃料處于比噴射壓力高的壓力下，例如在500巴到1500巴的范圍內(nèi)的供給壓力。這種燃料油供應(yīng)系統(tǒng)23被稱作共軌系統(tǒng)。在任何一種情況下，燃料油定量裝置15通過(guò)具有在正常發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間保持處于打開位置的閥的分支管道連接到燃料供給管24。燃料油定量裝置15通過(guò)高壓燃料油管道連接到燃料油噴射器13?；亓鞴艿缽娜剂嫌蛧娚淦魍ㄏ蛉剂嫌突亓鞴苈?未示出)。提供給缸的燃料油典型地為重燃料油或船用柴油?？梢酝ㄟ^(guò)將燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19和燃料氣體控制系統(tǒng)30安裝在具有如上所述的燃料油供應(yīng)系統(tǒng)的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)上提供根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)I。為了簡(jiǎn)化安裝且通常為了使燃燒過(guò)程的控制策略簡(jiǎn)單容易，通常優(yōu)選的是獨(dú)立缸控制單元12a、12b分別控制提供到缸11的燃燒室中的燃料油和燃料氣體的量。同樣地，燃料油控制系統(tǒng)20和燃料氣體控制系統(tǒng)30兩者都包括獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17a、17b。顯然，如船用柴油機(jī)的領(lǐng)域中所公知，至少燃料油控制系統(tǒng)20優(yōu)選地是多余的，即存在具有至缸控制單元的多余電纜線路的另外的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。當(dāng)操作根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)時(shí)，燃料控制的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)20或燃料氣體控制系統(tǒng)30進(jìn)行。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17從傳感器接收發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)和其他發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，并且控制要提供到缸11的燃燒室中的燃料的量和速率，這還被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制(governor control)。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)可以在燃料油操作模式、燃料氣體操作模式和組合燃料油和燃料氣體操作模式下運(yùn)行。操作模式可以由船的橋接器指令。操作模式之間的切換由連接到燃料油控制系統(tǒng)和燃料氣體控制系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)切換單元執(zhí)行，優(yōu)選地發(fā)動(dòng)機(jī)切換單元連接到燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19。在組合燃料油和燃料氣體操作模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)切換控制單元25確定內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過(guò)程的臨界定時(shí)和調(diào)節(jié)是否通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)20或燃料氣體控制系統(tǒng)30，即發(fā)動(dòng)機(jī)切換單元25在燃料油控制系統(tǒng)20與燃料氣體控制系統(tǒng)30之間切換調(diào)速控制。因此，在組合燃料油和燃料氣體操作模式下，在燃料油操作模式與燃料氣體操作模式之間自動(dòng)地交替操作。在實(shí)際的實(shí)施例中，當(dāng)調(diào)速控制的響應(yīng)將在燃料控制系統(tǒng)20、30之間切換時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)切換單元25是燃料氣體控制系統(tǒng)30的一部分并與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17a、17b通信。燃料控制系統(tǒng)20、30之間的切換可能例如基于來(lái)自燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)于緩沖罐22中可用蒸發(fā)氣體的水平的輸入而受到與相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17a、17b的通信的影響。燃料控制系統(tǒng)20、30之間的切換還可能基于預(yù)定時(shí)間間隔或者燃料氣體控制系統(tǒng)30中檢測(cè)到的泄漏而受到影響。通常，燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19可以觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)切換單元25，以向燃料油控制系統(tǒng)20提供調(diào)速控制并放棄組合燃料油和燃料氣體操作模式或氣體操作模式而使發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)處于燃料油操作模式下。圖3a顯示燃料油操作模式下的燃料消耗，其中燃燒過(guò)程基于燃料油作為主燃料提供到缸中，并且調(diào)速控制通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)20進(jìn)行。消耗的燃料油量由區(qū)域40表示，所述區(qū)域表示隨著時(shí)間變化的燃料指標(biāo)(index)，即要提供到缸中且尤其依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載而隨時(shí)間緩慢變化的燃料油的量。圖表的一部分表示為陰影區(qū)域41，所述陰影區(qū)域顯示少量來(lái)自燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)30的蒸發(fā)氣體。為了將燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)30的壓力保持在規(guī)定極限內(nèi)，優(yōu)選的是即使當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料油操作模式下運(yùn)行時(shí)也將少量蒸發(fā)氣體噴射到缸中。然而，調(diào)速控制整體通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)20進(jìn)行。該少量的燃料氣體也可以隨著時(shí)間變化，并且與缸燃燒室中的燃燒所使用的一次燃料相比為非常少的量，并且可以例如根據(jù)燃料油被噴射到正在進(jìn)行的燃燒過(guò)程中。圖3b顯示燃料氣體操作模式下的燃料氣體的使用，其中燃燒過(guò)程基于燃料氣體作為主燃料提供到缸中，并且調(diào)速控制通過(guò)燃料氣體控制系統(tǒng)30進(jìn)行。消耗的燃料氣體量由陰影部分50表示，所述陰影部分顯示隨著時(shí)間變化的燃料指標(biāo)，即提供到缸燃燒室中且尤其依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載隨時(shí)間緩慢變化的燃料氣體的量。非陰影部分51顯示引燃燃料油(pilot fuel oil),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在圖3a的燃料油操作模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)且優(yōu)選的控制燃燒過(guò)程時(shí)也存在所述引燃燃料油。通常，引燃燃料在例如一次燃料的噴射之前被噴射到燃燒室中。圖3c顯示組合燃料油和燃料氣體操作模式下的燃料消耗，其中調(diào)速控制通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元25在燃料油控制系統(tǒng)20與燃料氣體控制系統(tǒng)30之間在連續(xù)時(shí)間間隔中自動(dòng)切換。陰影區(qū)域50、41顯示以一定時(shí)間間隔消耗的燃料氣體的量，而非陰影區(qū)域51、40顯示以一定時(shí)間間隔消耗的燃料油的量。此外，小部分41、51分別顯示如上所述的小部分蒸發(fā)氣體和引燃燃料油。燃燒基于作為一次燃料的單一燃料類型，并且通過(guò)在燃料油控制系統(tǒng)20與燃料氣體控制系統(tǒng)30之間切換調(diào)速控制使得不同類型的燃料以連續(xù)的時(shí)間間隔被提供到缸的燃燒室中而獲得燃料氣體隨著時(shí)間的連續(xù)使用。顯然，提供到缸11的燃燒室中的燃料油可以為不同燃料油的混合物，并且燃料氣體可以為例如天然氣中存在的不同燃料氣體的混合物。在一定時(shí)間間隔期間，例如，執(zhí)行用作一次燃料的燃料類型的多個(gè)燃料噴射，并因此內(nèi)燃機(jī)在時(shí)間間隔期間完成多轉(zhuǎn)。時(shí)間間隔可以基于緩沖罐體積和消耗的燃料量在1-10分鐘范圍內(nèi)且甚至達(dá)到大約1/2小時(shí)到I小時(shí)。顯然，時(shí)間間隔將隨著LNG罐中的蒸發(fā)氣體的變化速率而變化，從而還可以有效增加，使得較大量的LNG用于內(nèi)燃機(jī)的操作。優(yōu)選地，預(yù)先確定時(shí)間間隔的長(zhǎng)度，使得調(diào)速控制的自動(dòng)切換被優(yōu)化以用于內(nèi)燃機(jī)的特定操作條件。因此，優(yōu)選地根據(jù)緩沖罐22的尺寸確定時(shí)間間隔，所述緩沖罐被再次構(gòu)造成諸如LNG的普通燃料氣體罐。當(dāng)調(diào)速控制通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)20進(jìn)行時(shí)，來(lái)自燃料氣體罐的蒸發(fā)氣體儲(chǔ)存在緩沖罐22中，而當(dāng)調(diào)速控制通過(guò)燃料氣體控制系統(tǒng)30進(jìn)行時(shí)，儲(chǔ)存在緩沖罐22中的蒸發(fā)氣體用作燃料氣體。顯然，儲(chǔ)存在緩沖罐中的特定量的蒸發(fā)氣體可以用于確定時(shí)間間隔，并且更進(jìn)一步地，可以根據(jù)燃料供應(yīng)裝置20、30中可用的燃料油和燃料氣體的量的測(cè)量值來(lái)確定時(shí)間間隔。在供給燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)19的氣體罐18的蒸發(fā)速率可以隨時(shí)間改變時(shí)，可以執(zhí)行相應(yīng)的時(shí)間間隔的調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在缸座上實(shí)現(xiàn)組合燃料油和燃料氣體操作模式，使得缸11以不同模式操作。該實(shí)施例由于僅需要發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元17b控制一個(gè)缸控制單元12b來(lái)執(zhí)行這種操作而變得容易。通過(guò)本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在不需要混合燃料類型的情況下而是通過(guò)在不同類型的燃料控制系統(tǒng)之間自動(dòng)地切換調(diào)速控制可以獲得內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際簡(jiǎn)單測(cè)試和不同燃料類型的受控使用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)(1)，所述內(nèi)燃機(jī)例如為二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括具有燃燒室的缸(11)以及燃料油供應(yīng)系統(tǒng)(23)和燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(19)，所述燃料油供應(yīng)系統(tǒng)和所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)為燃料油控制系統(tǒng)(20)和燃料氣體控制系統(tǒng)(30)提供要在缸(11)的燃燒室中燃燒的燃料油和燃料氣體，并且內(nèi)燃機(jī)包括燃料油操作模式以及組合燃料油和燃料氣體操作模式，其中在所述燃料油操作模式中，提供到缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)(20)進(jìn)行，其特征在于: 在組合燃料油和燃料氣體操作模式下，提供到缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)在燃料油控制系統(tǒng)(20)與燃料氣體控制系統(tǒng)(30)之間及時(shí)自動(dòng)地交替，使得缸(11)的燃燒室中的燃燒在連續(xù)的時(shí)間間隔中基于燃料油或燃料氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，所述內(nèi)燃機(jī)還包括燃料氣體操作模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，當(dāng)提供到所述缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)由所述燃料氣體控制系統(tǒng)(30)控制時(shí)，引燃燃料油被提供到所述缸(11)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(1)，其中，當(dāng)提供到所述缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)由所述燃料油控制系統(tǒng)(20)控制時(shí)，來(lái)自所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(19)的蒸發(fā)氣體被提供到所述缸(11)的燃燒室中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，燃料到所述缸(11)的所述燃燒室中的提供在連續(xù)時(shí)間間隔之間被中斷。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī)(1)，其中，所述組合燃料油和燃料氣體操作模式逐缸地實(shí)施，使得所述缸(11)以不同模式操作。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(19)包括消除對(duì)燃料氣體的不連續(xù)需求的緩沖罐(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，所述時(shí)間間隔被預(yù)先確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)(19，23)中可用的燃料油和/或燃料氣體的量的測(cè)量值來(lái)確定所述時(shí)間間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(1)，其中，確定所述時(shí)間間隔以使所述發(fā)動(dòng)機(jī)以固定量的燃料氣體作為一次燃料運(yùn)轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)(1)，其中，確定所述時(shí)間間隔以使所述發(fā)動(dòng)機(jī)以固定量的燃料油作為一次燃料運(yùn)轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，包括多個(gè)燃料供應(yīng)系統(tǒng)和燃料控制系統(tǒng)(23，20 ;19，30)。
13.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的內(nèi)燃機(jī)(I)，其中，包括氣體燃燒的操作模式中的燃燒是采用預(yù)混燃燒的稀燃?xì)怏w發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機(jī)(1)，例如二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括具有燃燒室的缸(11)以及燃料油供應(yīng)系統(tǒng)(23)和燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(19)，所述燃料油供應(yīng)系統(tǒng)和所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)提供將要在缸(11)的燃燒室中燃燒的燃料油和燃料氣體提供給燃料油控制系統(tǒng)(20)和燃料氣體控制系統(tǒng)(30)，并且內(nèi)燃機(jī)包括燃料油操作模式以及組合燃料油和燃料氣體操作模式，其中在燃料油操作模式中，提供到缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)燃料油控制系統(tǒng)(20)進(jìn)行，在組合燃料油和燃料氣體操作模式下，提供到缸(11)的燃燒室中的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)在燃料油控制系統(tǒng)(20)與燃料氣體控制系統(tǒng)(30)之間及時(shí)自動(dòng)地交替，使得缸(11)的燃燒室中的燃燒在連續(xù)的時(shí)間間隔中基于燃料油或燃料氣體。
文檔編號(hào)F02D19/06GK103216341SQ20131001950
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者斯蒂芬·邁爾 申請(qǐng)人:曼恩柴油機(jī)渦輪股份公司曼恩柴油機(jī)渦輪德國(guó)分公司