用于將往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)快速反轉(zhuǎn)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的曲軸在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)快速反轉(zhuǎn)或制動(dòng)的控制方法，具體地，所述內(nèi)燃機(jī)為低速運(yùn)行的直流掃氣式大型二沖程柴油機(jī)，所述往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)包括氣缸，在所述氣缸中，活塞被布置成能在與180°的曲柄角對(duì)應(yīng)的上止點(diǎn)和與0°或360°的曲柄角分別對(duì)應(yīng)的下止點(diǎn)之間來(lái)回移動(dòng)，并且所述氣缸具有排氣門，借助氣門液壓裝置在預(yù)定的開啟壓力下通過(guò)液壓介質(zhì)液壓致動(dòng)所述排氣門，所述液壓介質(zhì)優(yōu)選地是液壓油。
【背景技術(shù)】
[0002]大型柴油機(jī)時(shí)常被用作輪船的驅(qū)動(dòng)單元或者也用在固定操作中，例如，用于驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電能的大型發(fā)電機(jī)。在這個(gè)方面，發(fā)動(dòng)機(jī)照例在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)以持續(xù)操作運(yùn)行，這使得對(duì)操作安全性和可用性的要求高。在特別長(zhǎng)的加燃料間隔中，燃料和工作材料的低耗損和經(jīng)濟(jì)操縱因此是操作人員操作機(jī)器的中心標(biāo)準(zhǔn)。這種具有大氣缸內(nèi)徑的低速運(yùn)行柴油機(jī)的活塞運(yùn)行行為是加燃料間隔長(zhǎng)度、可用性、潤(rùn)滑劑消耗、也直接針對(duì)操作成本并因此針對(duì)操作效率的絕定性因素，還有其它因素。
[0003]在深海運(yùn)輸中，一直期望并需要在緊急情形下在盡可能短的時(shí)間內(nèi)并因此在盡可能短的距離內(nèi)將全速的輪船制動(dòng)或者盡可能快地將發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使得推進(jìn)器盡可能快地在相反方向上旋轉(zhuǎn)，使得輪船可繼續(xù)盡可能立即在相反方向上航行。雖然對(duì)于相對(duì)小的內(nèi)燃機(jī)船或汽船而言，各種通過(guò)長(zhǎng)期廣泛的應(yīng)用而被證明有效的過(guò)程出于此目的已用了很長(zhǎng)時(shí)間并且可以經(jīng)常僅僅借助傳動(dòng)裝置執(zhí)行反轉(zhuǎn)，但是“緊急制動(dòng)”，即，從全速開始的快速制動(dòng)對(duì)裝配有大型往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)(諸如，裝配有低速運(yùn)行的直流掃氣式大型兩沖程柴油機(jī))的大型輪船來(lái)說(shuō)是很大程度上未被解決的問(wèn)題。除了輪船的制動(dòng)，這涉及與發(fā)動(dòng)機(jī)從一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向快速反轉(zhuǎn)至相反旋轉(zhuǎn)方向密切相關(guān)的問(wèn)題。
[0004]對(duì)于低速運(yùn)行的直流掃氣式大型兩沖程柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，尤其存在以下無(wú)法被低估的問(wèn)題:因?yàn)榫哂羞@些發(fā)動(dòng)機(jī)，由于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的大尺寸和功率，所以實(shí)踐中排出了在發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器之間明顯使用傳動(dòng)裝置和/或離合器，因而推進(jìn)器借助軸以可旋轉(zhuǎn)的方式固定連接到具有這種發(fā)動(dòng)機(jī)的輪船中的大型柴油機(jī)的曲軸。
[0005]因此相比于在推進(jìn)器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間設(shè)置傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)相比，該驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造公認(rèn)為地明顯更簡(jiǎn)單。然而，這種不帶傳動(dòng)裝置并且不帶離合器的構(gòu)造的缺點(diǎn)在于，推進(jìn)器一直(即，在每種操作狀態(tài)下)以可旋轉(zhuǎn)的方式固定連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并且至少在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài)(即，只要發(fā)動(dòng)機(jī)沒有成為完全停滯的狀態(tài))下不可與發(fā)動(dòng)機(jī)斷開。也就是說(shuō)，在停止發(fā)動(dòng)機(jī)以制動(dòng)輪船(本質(zhì)上意味著實(shí)際上中斷了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng))的操作狀態(tài)下，輪船并沒有立即就當(dāng)場(chǎng)停止，而是最開始將由于其巨大的慣性繼續(xù)航行，只是將逐漸一點(diǎn)點(diǎn)地喪失速度。
[0006]就這點(diǎn)而言，推進(jìn)器此時(shí)被認(rèn)為不再被發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；然而，它被推進(jìn)器和水之間的持續(xù)相對(duì)速度驅(qū)動(dòng)，在水中行進(jìn)。然而，由于推進(jìn)器以可旋轉(zhuǎn)的方式固定連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并且還不可與發(fā)動(dòng)機(jī)斷開，因此發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)也在這種操作狀態(tài)下被推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)。這意味著，在停止燃料供應(yīng)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)卻將繼續(xù)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)在原始方向上旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樗藭r(shí)被推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)。
[0007]可僅通過(guò)在反向旋轉(zhuǎn)方向上重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)將輪船制動(dòng)或者將輪船的前行方向反轉(zhuǎn)的加速。對(duì)于大多數(shù)已知的輪船發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是對(duì)于巨型直流掃氣式大型二沖程柴油機(jī)，可僅通過(guò)在合適的時(shí)間點(diǎn)(即，以合適的曲柄角)將壓縮空氣(也被稱為術(shù)語(yǔ)“啟動(dòng)空氣”)在足夠的高壓下壓入氣缸套中，使得通過(guò)啟動(dòng)空氣作用于活塞而使發(fā)動(dòng)機(jī)在所需的反向旋轉(zhuǎn)方向上重新啟動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種加速。
[0008]由于推進(jìn)器借助曲軸在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套中的活塞上所施加的巨大力(如上所述，所述巨大力使得盡管停止供應(yīng)燃料但發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)在原始方向上旋轉(zhuǎn))，所以最早當(dāng)啟動(dòng)空氣的最大可用壓力足以補(bǔ)償推進(jìn)器作用于活塞的力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)接著可在相反方向上重新啟動(dòng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可被設(shè)置成在啟動(dòng)空氣的作用下在相反方向上足夠快地旋轉(zhuǎn)，以致發(fā)動(dòng)機(jī)可最終在重新開始供應(yīng)燃料時(shí)在相反方向上獨(dú)立地重新啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在相反旋轉(zhuǎn)方向上重新啟動(dòng)時(shí)，與發(fā)動(dòng)機(jī)以可旋轉(zhuǎn)的方式固定連接的推進(jìn)器自然地同樣在發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下在相反方向上驅(qū)動(dòng)，由此，輪船的制動(dòng)可隨后逐漸加速，直到輪船的前行最終變得停滯，或者根據(jù)需要，輪船可開始在相反方向上前行。
[0009]上述和之前的將輪船制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的慣例過(guò)程的缺點(diǎn)是顯而易見的。另一方面，將輪船(尤其是，帶有低速運(yùn)行的直流掃氣式大型二沖程柴油機(jī)的輪船)需要大量時(shí)間，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)可在相反方向上重新啟動(dòng)之前，首先必須進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)間的等待，直到輪船已經(jīng)喪失足夠的速度并且已經(jīng)變得足夠慢，使得借助推進(jìn)器進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可被啟動(dòng)空氣補(bǔ)償。這仍然要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)度，當(dāng)必須在緊急情形下可靠地、立即非?？斓厥馆喆苿?dòng)(例如，為了防止與冰山、另一個(gè)障礙物或者另一艘輪船相撞)時(shí)，這是個(gè)大缺點(diǎn)。著名的泰坦尼克(Titanic)災(zāi)難至今讓人記憶猶新，在這場(chǎng)災(zāi)難中，除了別的外，不能立即將輪船制動(dòng)。即使泰坦尼克不是由低速運(yùn)行的直流掃氣式大型二沖程柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的，這個(gè)問(wèn)題基本上是一樣的。
[0010]這樣使得制動(dòng)時(shí)或者反轉(zhuǎn)到相反前行方向時(shí)輪船行進(jìn)的距離減至最小，經(jīng)常嘗試通過(guò)向氣缸套供應(yīng)啟動(dòng)空氣而盡可能在最早的時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)被推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)從而在舊方向上運(yùn)行越快，為了能夠開始相反方向上的反轉(zhuǎn)，需要的啟動(dòng)空氣或啟動(dòng)空氣能量越多。這不僅成本高并且是能量消耗大的，因?yàn)槭走x必須使用對(duì)應(yīng)的壓縮器來(lái)產(chǎn)生啟動(dòng)空氣并且必須將啟動(dòng)空氣貯存在壓力貯存體中。但該方法還產(chǎn)生了以下的風(fēng)險(xiǎn):消耗了更多或更少的啟動(dòng)空氣總貯存量，發(fā)動(dòng)機(jī)在相反方向上啟動(dòng)卻是不可能的。這樣不僅進(jìn)一步延遲了制動(dòng)，而且可甚至變成安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@種情形下，必須再次提供新啟動(dòng)空氣并且同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可不再再次啟動(dòng)，在某些情況下這樣會(huì)帶來(lái)致命后果，因?yàn)檩喆谶@種情形下是沒有被驅(qū)動(dòng)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供一種可將發(fā)動(dòng)機(jī)(具體地，低速運(yùn)行的直流掃氣式大型二沖程柴油機(jī))在相反方向上更有效且更快反轉(zhuǎn)的方法，其中，極大程度地避免了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)描述的問(wèn)題；具體地，可避開現(xiàn)有技術(shù)中已知的致命安全問(wèn)題并且可以更經(jīng)濟(jì)地且更節(jié)省能量地另外執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。
[0012]滿足這些目的的本發(fā)明的主題的特征在于:在制動(dòng)階段中斷向所述往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)燃料，并且在位于與第一氣缸關(guān)聯(lián)的第一活塞的上止點(diǎn)位置的區(qū)域中的第一曲柄角時(shí)，在所述第一氣缸的第一排氣門的氣門液壓裝置的預(yù)定最大開啟壓力下提供所述液壓介質(zhì)，使得在第二曲柄角時(shí)，最早在所述第一活塞通過(guò)所述上止點(diǎn)位置時(shí)，通過(guò)所述氣門液壓裝置自動(dòng)地開啟所述第一排氣門。
[0013]本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方式如下:
[0014]在第一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第二曲柄角位于所述第一活塞的上止點(diǎn)之后、在所述第一活塞的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，所述第二曲柄角的值介于180°和360°之間，優(yōu)選地介于180°和225°之間，或介于180°和200°之間，特別優(yōu)選地介于180°和190°之間。
[0015]在第二優(yōu)選實(shí)施方式中，在位于所述第二曲柄角和所述第一活塞的下止點(diǎn)之間的區(qū)域中的第三曲柄角時(shí)，再閉合所述第一排氣門，以在所述第一氣缸中產(chǎn)生預(yù)定真空。
[0016]在第三優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在所述第一旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)的所述制動(dòng)階段中選擇所述第三曲柄角，使得通過(guò)在所述第三曲柄角時(shí)閉合所述第一排氣門，在所述第一氣缸中產(chǎn)生真空，從而對(duì)所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)得到產(chǎn)生的真空的輔助。
[0017]在第四優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述制動(dòng)階段之后的所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的反轉(zhuǎn)階段中選擇所述第三曲柄角，使得通過(guò)在所述第三曲柄角時(shí)閉合所述第一排氣門，在所述第一氣缸中產(chǎn)生真空，從而通過(guò)在第二氣缸中供應(yīng)燃料所促發(fā)的所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上的重新啟動(dòng)得到所述第一氣缸中產(chǎn)生的真空的輔助。
[0018]在第五優(yōu)選實(shí)施方式中，在位于所述下止點(diǎn)和所述上止點(diǎn)之間的第四曲柄角時(shí)，優(yōu)選地在終止將掃氣空氣供應(yīng)到所述氣缸中之后達(dá)到的第四曲柄角時(shí)，閉合所述第一排氣門。
[0019]在第六優(yōu)選