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    纵向 扫气两 冲程 大型 柴油机 及其 气缸 填充 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200810074041.X

    申请日:

    2008.02.02

    公开号:

    CN101240742A

    公开日:

    2008.08.13

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):F02B 25/02申请日:20080202授权公告日:20111214终止日期:20180202|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02B 25/02申请日:20080202|||公开
    IPC分类号: F02B25/02; F02B25/04; F02B37/12; F02B29/04; F02D43/00 主分类号: F02B25/02
    申请人: 瓦特西拉瑞士股份有限公司
    发明人: T·哈尼
    地址: 瑞士温特图尔
    优先权: 2007.2.8 EP 07405038.6
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 曾祥夌;赵 辛
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200810074041.X

    授权公告号:

    |||101240742B||||||

    法律状态公告日:

    2019.01.18|||2011.12.14|||2010.04.14|||2008.08.13

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种纵向扫气两冲程大型柴油机及其气缸的填充方法。该方法用填充空气(3)填充柴油机(1)的气缸(2),用于填充空气的供给的扫气狭槽(5)设置在气缸的进气区域(4)处,且用于燃烧气体(7)的排放的排气阀(8)设置在气缸的气缸盖(6)处。在环境压力(P0)下可得到的新鲜空气(9)通过废气涡轮增压器(10)吸入且作为填充空气以预定的填充空气压力(PL)经由扫气狭槽(5)进给至气缸。提供温度传感器(12,13)用于测量进气的引入温度(T0)和/或用于测量填充空气(3)的填充空气温度(TL),在运行状态下通过温度传感器(12,13)测量引入温度(T0)和/或填充空气温度。气缸(2)被填充的填充空气(3)的空气量由引入温度(T0)和/或由填充空气温度(TL)确定。通过控制排气阀(8)可得到对于气缸(2)的填充空气(3)的确定的量。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种用于用填充空气(3)填充纵向扫气两冲程大型柴油机(1)的气缸(2)的方法,其中,用于所述填充空气(3)的供给的扫气狭槽(5)设置在所述气缸(2)的进气区域(4)处,并且用于燃烧气体(7)的排放的排气阀(8)设置在所述气缸(2)的气缸盖(6)处,在所述方法中,在环境压力(P0)下可得到的新鲜空气(9)通过废气涡轮增压器(10)被吸入,并且作为填充空气(3)以预定的填充空气压力(PL)经由所述扫气狭槽(5)被传送给所述气缸(2),其特征在于,提供了温度传感器(12,13)以用于测量所述新鲜空气(9)的引入填充空气温度(T0)和/或以用于测量所述填充空气(3)的填充空气温度(TL),在运行状态中,引入温度(T0)和/或填充空气温度由所述传感器(12,13)测量,并且所述气缸(2)被填充的填充空气(3)的空气量由所述引入温度(T0)和/或由所述填充空气温度(TL)来确定,并且通过控制所述排气阀(8)可得到对于所述气缸(2)的填充空气(3)的被确定的量。

    2.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,环境压力传感器(11)被提供以用于测量环境压力(P0),所述环境压力通过所述环境压力传感器(11)被测量并且考虑所述环境压力(P0)来确定填充空气(3)的量。

    3.  根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述填充空气(3)的量的质量被确定。

    4.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,所述吸入温度(T0)优选地电气地通过电阻温度计(12)在所述废气涡轮增压器(10)的引入过滤器(14)中被测量,并且特别地通过PT 100电阻温度计(12)被测量,和/或在填充空气冷却器(15)和接收器空间(16)之间的所述填充空气温度(TL)优选地通过电阻温度计(13)被电气测量并且特别地通过PT 100电阻温度计(13)被测量。

    5.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,所述环境压力(P0)优选地使用环境压力传送器(11)在所述废气涡轮增压器(10)的所述引入过滤器(14)中被测量,特别地使用电气环境压力传送器(11),和/或在所述填充空气冷却器(15)和所述接收器空间(16)之间的和/或在所述接收器空间(16)中的所述填充空气压力(PL)优选地使用填充空气压力传送器(17)被测量,特别地使用电气填充空气压力传送器(17)。

    6.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,为了设定所述填充空气的量,所述排气阀(8)的开启角和/或闭合角由所述引入温度(T0)和/或所述填充空气温度(TL)和/或所述环境压力(P0)和/或所述填充空气压力(PL)来确定,其使用公式被确定并且优选地被计算,尤其特别地作为旋转速度和/或功率和/或负载的函数其可由查找表和/或特性场来确定。

    7.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,为了最优化运行温度和/或燃料消耗和/或功率和/或废气行为,喷射开始和/或喷射结束由所述引入温度(T0)和/或由所述填充空气温度(TL)和/或由所述环境压力(P0)和/或由所述填充空气压力(PL)来确定,以及优选地使用公式被计算,并且尤其特别地作为旋转速度和/或功率和/或负载的函数其可由查找表和/或由特性场来确定。

    8.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,在所述气缸(2)中的压缩压力曲线(K)和/或喷射压力曲线(Z)是优化的。

    9.  根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,气缸压力传感器被设置在第一气缸(2)中并且气缸压力传感器被设置在第二气缸中,气缸压力在所述第一气缸(2)和所述第二气缸(2)中被测量并且在所述第一气缸(2)和所述第二气缸(2)之间的点火压差被补偿。

    10.  一种具有废气涡轮增压器(10)的纵向扫气两冲程大型柴油机,其中,用于填充空气(3)的供给的扫气狭槽(5)被设置在所述两冲程大型柴油机的气缸(2)的进气区域(4)处并且用于燃烧气体(7)的排放的排气阀(8)被设置在所述气缸(2)的气缸盖(6)处,在运行状态下,在环境压力P0下可得到的新鲜空气(9)通过所述废气涡轮增压器(10)被吸入并且作为填充空气(3)在预定的填充空气压力(PL)下经由所述扫气狭槽(5)被进给至所述气缸(2),其特征在于,温度传感器(12,13)被提供以用于测量所述新鲜空气(9)的入口温度(T0)和/或以用于测量所述填充空气(3)的填充空气温度(TL),使得所述入口温度(T0)和/或所述填充空气温度(TL)可通过被提供的所述温度传感器(12,13)和电气评估装置被测量,使得所述气缸(2)可被填充的填充空气(3)的空气量可由所述入口温度(T0)和/或所述填充空气温度(TL)来确定,并且提供了用于所述排气阀(8)的控制,使得在所述运行状态下通过控制所述排气阀(8)可得到对于所述气缸(2)的填充空气(3)的被确定的量。

    11.  根据权利要求10所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,环境压力传感器(11)被提供以用于测量所述环境压力(P0)。

    12.  根据权利要求10或11所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,所述填充空气(3)的空气量的质量可被确定。

    13.  根据权利要求10至12中的任一项所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,所述温度传感器(12)被提供以用于在所述废气涡轮增压器(10)的入口过滤器(14)中测量引入温度(T0)并且优选地是电气电阻温度计(12),特别地是PT 100电阻温度计(12),和/或所述温度传感器(13)被设置在填充空气冷却器(15)和接收器空间(16)之间和/或所述接收器空间(16)中以用于测量所述填充空气温度(TL)并且优选地是电气电阻温度计(13),特别地是PT 100电阻温度计(13)。

    14.  根据权利要求10至13中的一项所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,用于测量所述环境压力(P0)的所述环境压力传感器(11)被设置在所述废气涡轮增压器(10)的所述入口过滤器(14)中并且优选地是环境压力传送器(11),特别地是电气环境压力传送器(11),和/或用于测量填充空气压力(PL)的填充空气压力传感器(17)被设置在所述填充空气冷却器(15)和所述接收器空间(16)之间和/或在所述接收器空间(16)中并且优选地是填充空气传送器(17),特别地是电气填充空气传送器(17)。

    15.  根据权利要求10至14中的一项所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,气缸压力传感器被设置在第一气缸(2)中并且气缸压力传感器被设置在第二气缸(2)中,使得气缸压力可在所述第一气缸中和在所述第二气缸中被测量并且在所述第一气缸(2)和所述第二气缸(2)之间的点火压差可被补偿。

    16.  根据权利要求10至15中的一项所述的纵向扫气两冲程大型柴油机,其特征在于,所述两冲程大型柴油机是电气控制的发动机,特别地是Wrtsil RT-Flex发动机或MAN B&W ME发动机,使得所述排气阀(8)的开启角和/或闭合角和/或喷射时间点和/或喷射持续时间可被独立地电气调节并且可优选地被液压促动。

    说明书

    说明书纵向扫气两冲程大型柴油机及其气缸的填充方法
    技术领域
    根据独立权利要求1和10的前序部分,本发明涉及一种用于用填充空气(charging air)填充纵向扫气两冲程大型柴油机(longitudinallyscavenged two-stroke large diesel engine)的气缸的方法,并且还涉及一种纵向扫气两冲程大型柴油机。
    背景技术
    为了增加往复式活塞内燃机比如例如用于船舶或产生电能的固定设备的大型柴油机的功率,在燃烧冲程之后新鲜空气依靠通常被设计为废气涡轮增压器的充气组在升高的压力下被引导到气缸的燃烧空间中。就此而论可充分利用在燃烧冲程之后离开气缸燃烧空间的废气的部分热能。出于这种目的,通过开启排气阀热气体离开气缸燃烧室被传送到充气组。充气组本质上包括由进入充气组的热废气在压力下驱动的涡轮。对于它的角色,涡轮驱动压缩机,新鲜空气穿过该压缩机被吸入和被压缩。具有涡轮的压缩机,其布置通常被简单地称为涡轮增压器并且特别地在大型两冲程柴油机的情形中,但是不仅仅在这种情形中,使用离心式压缩机作为压缩机,该压缩机之后是所谓的扩压器、填充空气中冷器(charge air intercooler)、水分离器和进气接收器,被压缩的新鲜空气,也是公知的填充空气或扫气从该接收器处被最终进给至大型柴油机的气缸的单个燃烧空间中。依靠使用这种类型的充气组,新鲜空气的供给可因此被增加并且在气缸的燃烧空间中的燃烧过程的效率可被改进。
    在大型柴油机的情形中,取决于类型,空气的进给发生在气缸的不同位置处。因此,通过实例,在纵向扫气两冲程发动机中,空气经由被布置在气缸的下部区域的运行表面中的扫气狭槽被引导到燃烧室中。在四冲程发动机中,填充空气经由一个或多个被布置在气缸盖中的进气阀来引导。就此而论,在气缸盖中装备有替代在气缸下部区域中的扫气狭槽的进气阀的两冲程发动机当然也是公知的。
    对于将新鲜空气供给到气缸,上面所提及的填充空气冷却器具有至关重要的意义。如本领域中的普通技术人员所充分公知的,公知的填充空气冷却器是基本上呈平行六面体形状的壳体,冷却装置被容纳在其中,为了冷却填充空气,填充空气穿过该冷却装置从填充空气冷却器的入口处流到填充空气冷却器的出口。就此而论,填充空气被大量冷却下来,典型地例如从250℃到50℃,使得除了冷却在填充空气冷却器中的气体,在填充空气冷却器中也冷凝了来自填充空气的水。
    然而,在温暖的环境温度下,可能低的环境压力和/或贫乏的填充和/或不足的填充空气冷却,在运行状态中的发动机在热力上是更高负荷的。由于升高的吸入温度,例如由于经常在热带地区中所遇到的高的外部环境空气温度,和/或在低的环境压力下,空气流率和因此在气缸中的空气过剩被降低了。由于降低的空气质量和由此产生的低的热吸收能力,换句话说例如在压缩和燃烧冲程期间降低的热容量,燃烧温度增加了以及相应的在发动机上的热负荷。
    在纵向扫气大型柴油机的设计和最优化中,除了其它的以外,必须相应地考虑到这些条件,也就是高达45℃或甚至更高的热带温度和/或环境空气降低的气压,相对于在ISO条件下的理想性能其必然导致妥协。
    在先前指出的从为了在参比条件(ISO)下最优化发动机的现有技术中公知的方法中,必须接收增加的燃料消耗和/或恶化的污染物平衡例如增加的NOX排放或者必须接收功率的损失。
    然而,即使一个技术人员接收了所有这些妥协,也不能完全解决发动机热负荷升高的问题。这意味着在公知的最优化方法中,发动机的热负荷可被降低到某个程度,然而并没有被完全降低到实际希望的程度上。
    尽管使用了所有公知的来自现有技术的措施,这还是导致了发动机,特别是纵向扫气两冲程大型柴油机,必须在升高的热负荷下,例如在热带条件下持续地运行,使得必须接收增加的磨损和缩短的服役间隔,其最终导致显著增加的运行成本以及,经常甚至更糟地,导致增加的单个部件或甚至整个发动机的故障的可能性。
    公知的用于使发动机适应热带条件的方法的进一步的缺点是同样明显的:如果例如船舶离开热带地区,也就是在热带地区和非热带地区之间往返,在热带水域和极地水域之间的极端的情形中,那么发动机在逻辑上是不可能对两种极端相反的环境条件都最优化的。如果相应的发动机对于热带条件在结构上是最优化的,那么它将在极地区域中具有相应的缺点,除了其它的以外,比如增加了燃料消耗例如,增加的NOX排放等等,并且将必须在热力不适合的条件下运行。相同的情况自然也适用于相反的情形中。
    出于这种原因,更灵活的解决方法已经被考虑了一段时间,其并不基于导致发动机分别理想地适合于仅仅一种特定的环境条件例如热带条件的对发动机的静态结构改造。取而代之地,寻找到了通过适应某些运行参数使发动机适合于特定的环境条件的备选方案。
    关于这个问题,在专家界中,依赖喷射点时间调节的气缸压力已经被讨论了一段时间。这种解决方法已经被证实对于发动机,特别是在纵向扫气大型柴油机的情形中,不是非?!跋质档摹辈⑶也皇欠浅:玫?,这是由于依靠这种措施并没有自然地解决基本的问题,即不足地或过多地用冷却空气装载气缸。相对于燃料消耗、NOX排放以及相对于发动机的热负荷,甚至使用这种方法导致了不可避免的拙劣妥协。
    发明内容
    所以,本发明的目的是提出用于最优化纵向扫气两冲程大型柴油机的气缸填充的方法,通过该方法用填充空气填充气缸可被明确改进,尤其是在热带条件下,并且不仅仅是在热带条件下,在非热带条件下发动机的温度负荷也理想地被适应了,其中同时最优化了功率、燃料消耗和废气行为。而且,本发明的目的是提出了用于实现这种类型的方法的改进的发动机。
    满足这些目的的发明主题以独立权利要求1和独立权利要求10的特征为特征。
    从属权利要求涉及本发明特别有利的实施例。
    因此,本发明涉及一种用于用填充空气填充纵向扫气两冲程大型柴油机的气缸的方法,其中用于填充空气供给的扫气狭槽被设置在气缸的进气区域中,并且用于燃烧气体排放的排气阀被设置在气缸的气缸盖处。在本发明的方法中,以环境压力可得到的新鲜空气通过废气涡轮增压器被吸入并且作为填充空气经由扫气狭槽在预定的填充空气压力下被传送给气缸。根据本发明,温度传感器被提供以用于测量新鲜空气的引入温度和/或用于测量填充空气的填充空气温度,并且在运行状态下,引入温度和/或填充空气温度通过温度传感器被测量。气缸被填充的填充空气的空气量由引入温度和/或填充空气温度来确定。通过控制排气阀可得到对气缸的被确定的填充空气量。
    在这种布置中,被确定的对气缸是可得到的空气量实际上是在扫气狭槽和排气阀闭合之后引导气缸中的燃烧的填充空气量。在扫气过程期间穿过扫气狭槽进入气缸的填充空气量必须与这个有区别。如本领域中普通的技术人员所充分公知的,被封闭在气缸中用于燃烧/燃着的新进被传送的填充空气即准确地是穿过扫气狭槽进入气缸中的总体填充空气量减去在燃烧之前和在排气阀关闭之前在扫气期间穿过排气阀再次和燃烧气体一起溢出的填充空气量之间的差值。
    本发明已经显示了在变化的环境条件下对供给到气缸的填充空气量的调节比起对单独喷射时间点或喷射量的适应是更“现实的”、更安全的以及最重要地对发动机是更少损害的。
    在本发明中,对于纵向扫气两冲程大型柴油机的发动机控制另外可得到至少在通过涡轮增压器吸入的入口空气,换句话说新鲜空气,和/或被传送给气缸的填充空气的温度上的信息。如进一步被描述的,为了能够确定必需的扫气量,至少需要多于一条的关于外部气压和/或填充空气的信息。在最简单的情形中,外部气压可被简单地假定为具有一巴(bar)的固定值,这是由于首先实际的外部气压实际上仅仅与这个数值稍有差别。因此,例如,仅仅+/-50毫巴的偏差已经符合在明显的高压或低压的天气条件之间的气压差。在其它方面中,例如一个技术人员可从下面展示的表中看出的,在环境气压中的波动具有较小的意义,如果有什么区别的话,并且如进一步被描述的,其仅仅对于发动机的特别敏感细微的调节是必需的。
    将能理解的是在确定对于气缸必须是可得到的填充空气的气体量中,必须另外同样地考虑发动机的特征和参数,比如例如发动机和/或涡轮增压器的特征,换句话说用在发动机中的决定性部件的特征。
    然后,依靠集成的或外部的数据处理装置,发动机控制从这个数据中可确定用于排气阀调节的最佳控制参数,使得发动机的气缸被最优地填充填充空气,也就是通过排气阀相应的调节可得到对气缸的空气量,以致在气缸中获得最佳的冷却,使得发动机的部件不会热力过载。同时,可由此在气缸中调节最佳的压缩压力曲线或点火压力曲线,使得同时燃料消耗、功率、污染物排放,特别地NOX排放以及如已经被提及的大型柴油机的热负荷可同时被最优化。
    在根据本发明的方法的有利实施例中,如所提及的可另外提供环境压力传感器,环境压力可通过环境压力传感器被测量,并且考虑到环境压力可确定填充空气的空气量。
    此外,如将在下面进一步被描述的,在除了发动机控制之外的更多参数中,借助适当的传感器通过测量这些参数还可得到扫气的温度和/或压力。而且,如已被描述的,对于用于细微调节的发动机控制可得到在环境压力上的换句话说在外部气压上的数据,被吸入的新鲜空气在该数据处遭受到当前盛行的环境条件和/或填充空气被压入到气缸的燃烧空间中的填充空气压力。
    在前述另外的测量参数的帮助下,其优选地基于预定的发动机特征被评估,依靠环境条件、涡轮增压器和填充空气冷却器的条件,发动机在最佳性能和最大允许的热负荷方面可被控制。
    因此,发动机不仅仅可在任何时候被灵活地和理想地调节到变化的环境条件下,而且对于在不变的环境条件下由于大型柴油机的,例如但不仅仅在大型固定的柴油机中的某些部件增加的磨损而发生的变化也可被灵活地再调节,该柴油机例如被固定安装在场地上以用于产生电能。因此,通过将根据本发明的方法应用到在发动机的运行行为中的运行变化中,比如各种部件的损耗、磨损、它们的运行行为等等,大型柴油机可总是运行在最佳的条件下。
    在根据本发明的方法的特别优选的变型中,特别确定的是被传送给气缸的填充空气量的测量。首要地,对于填充在气缸中的填充空气的冷却效果重要的因素即是填充空气量的质量而不是它的体积。在比如在热带地区中典型盛行的升高的外部温度下,例如,即在与较低的环境温度下相同的填充空气的填充体积下较少的填充空气质量被填充到气缸中。因此,例如只要由于被填充在气缸中的填充空气的热吸收能力换句话说热容量总体上较小,那么在相同的填充空气体积下冷却效果就不太有效,如本领域中普通的技术人员本身所公知的,这是由于除了其它的以外气体的热容量取决于它的质量。
    在根据本发明的方法的特定实施例中,引入温度在废气涡轮增压器的入口过滤器中被测量,优选地电气上是用电阻温度计,特别地是用PT 100电阻温度计,和/或填充空气温度在填充空气冷却器和接收器空间之间和/或在接收器空间中被测量,优选地电气上是用电阻温度计测量并且特别地是用PT 100电阻温度计来测量。
    如果填充空气温度和/或压力不是直接地在气缸中被测量,那么然后,填充空气的实际压力或实际温度可简单地例如通过在先校准或通过其它本身所公知的数学方法来确定,使得填充空气的压力或温度测量的位置起到更次要的作用。
    被吸入空气的温度和压力自然优选地是在进入涡轮增压器中之前被测量;也就是,环境压力在废气涡轮增压器的入口过滤器中被特别有利地测量,优选地使用环境压力传送器(transmitter),特别地使用电气环境压力传送器,例如通过Keller 33X绝对压力传送器,和/或在填充空气冷却器和接收器空间之间的和/或在接收器空间中的填充空气压力优选地使用相关的填充空气压力传送器被测量,特别地使用电气填充空气压力传送器,然而例如也可使用Keller 33X压力传送器。
    如上面已经被提及的,对于调节填充空气的量,排气阀的开启角和/或闭合角可由引入温度和/或由填充空气温度和/或由环境压力和/或由填充空气压力来确定,优选地通过使用公式来计算,并且特别地作为旋转速度和/或功率和/或负载的函数尤其可由查找表和/或由一组特性曲线来确定,例如其被存储在数据处理设备中并且例如由校准测量来确定。
    为了最优化运行参数,尤其为了最优化运行温度和/或燃料消耗和/或功率和/或废气行为,喷射开始和/或喷射结束可另外地由入口温度和/或由填充空气温度和/或由环境压力和/或由填充空气压力来确定,以及优选地使用公式来计算,并且特别地作为旋转速度和/或功率和/或负载的函数尤其可由查找表和/或一组特性曲线来确定。
    为了进一步改进纵向扫气两冲程大型柴油机的运行行为,在查找表或其它校准曲线或校准表的可能的帮助下,由上面所提及的可得到的数据可最优化在气缸中的压缩压力曲线和/或点火压力曲线。
    此外,为了发动机运行行为的改进,气缸压力传感器可被设置在第一气缸中并且气缸压力传感器可被设置在第二气缸中,气缸压力可在第一气缸中和在第二气缸中被测量,并且在第一气缸和第二气缸之间的点火压差可被补偿。
    在表1.1至表1.3中,通过实例列出了在典型的负载下环境条件对两冲程大型柴油机的运行状态的影响,以及还有某些通过发动机控制的适应(adaptation)的调节和改进影响。
      标准  ISO         没有发动机控制参数的适应的影响  变量情形          [-]  -  温度_引入  气压计  eta_涡轮  温度_填充  空气  引入温度          [℃]  气压计            [mbar]  涡轮增压器效率    [%]  填充空气温度      [℃]  喷射开始          [OTP前的°KW]  排气阀闭合角      [OTP后的°KW]  燃料消耗          [g/kWh]  填充空气压力      [bar]  压缩压力          [bar]  点火压力          [bar]  燃烧前的空气过量比[-]  部件温度(排气阀)  [℃]  25  1000  69  37.5 1 80  170  3  103  140  2  575  +20  -  -  -  固定的  固定的  +2.1  -0.18  -7  -5  -0.2  +17  -  -50  -  -  固定的  固定的  +0.3  -0.04  -1  -1.5  -0.03  +3  -  -  -4  -  固定的  固定的  +1.5  -0.04  -5.5  -4.5  -0.13  +15  -  -  -  +10  固定的  固定的  +0.9  +0.07  +2  +1  -0.02  +10
                    表1.1没有发动机控制参数的适应的影响
      标准  ISO            具有发动机控制参数的适应的影响  变量情形           [-]  -  温度_引入  气压计  eta_涡轮  温度_填充空  气  引入温度           [℃]  气压计             [mbar]  涡轮增压器效率     [%]  填充空气温度       [℃]  喷射开始           [OTP前的°KW]  排气阀闭合角       [OTP后的°KW]  燃料消耗           [g/kWh]  填充空气压力       [bar]  压缩压力           [bar]  点火压力           [bar]  燃烧前的空气过量比 [-]  部件温度(排气阀)   [℃]  25  1000  69  37.5  1  80  170  3  103  140  2  575  +20  -  -  -  固定的  早于CA7°  +1.2  -0.20  0  0  -0.1  +13  -  -50  -  -  固定的  早于CA1°  +0.1  -0.04  0  0  -0.01  +2  -  -  -4  -  固定的  早于CA6°  +0.7  -0.04  0  0  -0.05  +13  -  -  -  +10  晚于CA0.5°  早于CA2°  +1.3  0.09  -4  0  +0.01  +6
                            表1.2具有发动机控制参数的适应的影响
      标准  ISO           具有发动机控制参数的适应的改进  变量情形          [-]  -  温度_引入  气压计  eta_涡轮  温度_填充  空气  引入温度          [℃]  气压计            [mbar]  涡轮增压器效率    [%]  填充空气温度      [℃]  喷射开始          [OTP前的°KW]  排气阀闭合角      [OTP后的°KW]  燃料消耗          [g/kWh]  填充空气压力      [bar]  压缩压力          [bar]  点火压力          [bar]  燃烧前的空气过量比[-]  部件温度(排气阀)  [℃]  25  1000  69  37.5 1 80  170  3  103  140  2  575  -  -  -  -  -  -  -0.9  -0.02  +6.7  +5  +0.10  -4  -  -  -  -  -  -  -0.2  -0.004  +1.5  +1  +0.02  -1  -  -  -  -  -  -  -0.8  -0.004  +5.5  +5  +0.08  -2  -  -  -  -  -  -  +0.4  0.015  +2.5  -1  +0.03  -4
                    表1.3具有发动机控制参数的适应的改进
    本发明还涉及一种具有废气涡轮增压器的纵向扫气两冲程大型柴油机,其中用于填充空气供给的扫气狭槽被设置在两冲程大型柴油机的气缸的进气区域处,并且用于燃烧气体排出的排气阀被设置在气缸的气缸盖处。在运行状态中,新鲜空气在环境压力下通过废气涡轮增压器被吸入,并且作为填充空气在预定的填充空气压力下经由扫气狭槽被传送给气缸。根据本发明,温度传感器被提供以用于测量新鲜空气的入口温度和/或用于测量填充空气的填充空气温度,使得通过温度传感器可测量入口温度和/或填充空气温度。就此而论,可提供电气评估装置,使得填充空气的空气量可由入口温度和/或填充气缸的填充空气温度来确定,并且可进一步提供用于排气阀的控制,使得在运行状态下依靠控制排气阀可得到对气缸的被确定的填充空气量。
    就此而论,还可提供用于测量环境压力的环境压力传感器。
    在对于实际使用尤其重要的实施例中,根据本发明的纵向扫气两冲程大型柴油机以这种方式被设计并且特别地具有电气装置和/或适当的数据设备,填充空气量的质量可由测量的温度值和/或压力值来确定。
    可特别提供用于测量废气涡轮增压器的入口过滤器中的引入温度的温度传感器,并且优选地是电气电阻温度计,特别地是PT 100或PT 1000电阻温度计或半导体温度计或另一个电学上可读的电阻温度计,和/或在填充空气冷却器和接收器空间之间和/或在接收器空间中提供用于测量填充空气温度的温度传感器,并且优选地是电气电阻温度计,特别地是PT 100、PT 1000、半导体电阻温度计和/或另一个电学上可读的电阻温度计。
    在这种布置中,用于测量环境压力的环境压力传感器被设置在废气涡轮增压器的入口过滤器中,并且优选地是绝对环境压力传送器,特别地是电气环境压力传送器,也就是电学上可读的环境压力传送器,和/或用于测量填充空气压力的填充空气压力传感器被设置在填充空气冷却器和/或接收器空间之间和/或在接收器空间中,并且优选地是绝对或相对填充空气传送器,特别地是电气填充空气传送器。
    在特定的实施例中,气缸压力传感器被设置在第一气缸中,并且气缸压力传感器被设置在第二气缸中,这样使得气缸压力可在第一气缸和在第二气缸中被测量,并且在第一气缸和第二气缸之间的点火压差可通过适当的发动机控制被补偿,例如通过控制和/或调节排气阀和/或喷射时间点和/或喷射持续时间和/或通过其它适当的控制和/或调节措施。
    纵向扫气两冲程大型柴油机尤其优选地是电气控制发动机,特别地是Wrtsil RT-Flex发动机或MAN B&W ME发动机,使得排气阀的开启角和/或闭合角和/或喷射时间点和/或喷射持续时间可被独立地电气调节并且排气阀和/或喷射嘴可优选地被液压促动。
    附图说明
    通过示意图的帮助在下面将对本发明进行解释,其图示了:
    图1是根据本发明具有废气涡轮增压系统的纵向扫气两冲程大型柴油机的示意性原理结构;
    图2是根据本发明的修正的压缩和点火压力曲线。
    具体实施方式
    为了解释不同部件的相互作用,图1以示意性的图解图示了大型柴油机的废气涡轮增压系统的原理结构,其被形成为具有纵向扫气的两冲程大型柴油机并且其在整个下文中用标号1来指代。
    大型柴油机1通常以本身公知的方式包括多个具有布置在气缸盖6中的排气阀8的气缸2,其中活塞200被布置以在下止点UT和上止点OT之间沿着上述气缸2的运行表面往复地移动。具有气缸盖6的气缸2的气缸壁和活塞200以公知的方式限定了气缸2的燃烧空间。多个被设计成扫气狭槽5的扫气气孔5被设置在气缸2的下部区域中。扫气狭槽5取决于活塞200的位置被其覆盖或暴露。被称为填充空气3的扫气3穿过扫气气孔5可流到气缸2的燃烧空间中。在燃烧期间形成的燃烧气体7穿过布置在气缸盖6中的排气阀8流过毗邻排气阀8的废气管700,流到废气涡轮增压器10中。
    作为主要部件的废气涡轮增压器10以本身公知的方式包括用于压缩新鲜空气9的具有压缩机转子101的压缩机,以及还有具有涡轮转子102的涡轮以公知的方式来驱动通过轴被固定地连接到涡轮转子102上的压缩机转子101。涡轮和压缩机被布置在壳体中并且形成废气涡轮增压器10,其在目前的情形下在压缩机侧形成为离心式压缩机。涡轮通过从气缸2的燃烧空间中流入的热的燃烧气体7被驱动。
    为了用填充空气3来填充气缸2的燃烧室,新鲜空气9经由引入短管通过压缩机转子101被吸入并且在废气涡轮增压器10中被压缩到升高的压力,其略高于最终在气缸中所建立的填充空气压力PL。被压缩的新鲜空气9作为填充空气3穿过下面的扩压器1000和填充空气冷却器15经由水分离器1001从废气涡轮增压器10处进入到进气接收器16中,其优选地形成为接收器空间16并且被压缩的填充空气3作为在升高的压力下的扫气3最终从该处穿过扫气狭槽5进入到气缸2的燃烧空间中。
    环境压力传感器11被设置在废气涡轮增压器10的入口过滤器中以用于测量大气的环境压力P0并且PT 100电阻温度计12被提供以用于测量新鲜空气9的入口温度T0。
    此外,在图1的特定实施例中,PT 100电阻温度计13被提供以用于测量在填充空气冷却器15和接收器空间16之间的和在接收器空间16本身中的填充空气温度TL??梢岳斫獾氖歉荼痉⒚鞯姆椒ɑ箍捎媒鼋銮笆龅牧礁龅缱栉露燃?3中的一个来实现,其中在某种情形下通过在两个位置处测量填充空气的温度可更精确地确定填充空气3的量。
    进一步地,如已经被提及到的,环境压力P0优选地由环境压力传送器11在废气涡轮增压器10的入口过滤器14中被测量,并且在图1中图解的特定实施例中,填充空气压力PL使用填充空气压力传送器17在填充空气冷却器15和接收器空间16之间以及同时在接收器空间中被测量。
    如已经被提及到的,在废气涡轮增压器10的入口过滤器14中的环境压力P0优选地使用环境压力传送器11被测量,并且在图1中图解的特定实施例中,填充空气压力PL使用填充空气压力传送器17在填充空气冷却器15和接收器空间16之间以及同时在接收器空间16中被测量。
    如上面已被详细解释的,所确定的压力和温度被使用于调节填充空气3的空气量。也就是,排气阀8的开启角和/或闭合角由引入温度T0和/或由填充空气温度TL和/或由环境压力P0和/或由填充空气压力PL来确定,其优选地可通过适当的数学物理公式的计算而产生,尤其是特别地作为旋转速度和/或功率和/或负载的函数还可由查找表和/或由一组特性曲线来确定。
    此外,为了最优化运行参数,尤其为了最优化运行温度和/或燃料消耗和/或功率和/或废气行为,喷射开始和/或喷射结束可由入口温度T0和/或由填充空气温度TL和/或由环境压力P0和/或由填充空气压力PL来确定。
    当然,目的是从这样测量得到的压力和温度数据中最优化压缩压力曲线K和/或点火压力曲线,如在图2中示意性描绘的。
    以示意性的图解在图2中图解了根据本发明修正的压缩压力曲线和点火压力曲线。
    在图2的表中,在纵轴上的气缸2的压力P被图解为曲柄角Ω的函数,其中曲柄角Ω被绘制在横坐标轴上。
    一方面,上部曲线K、Z以本身公知的方式图示了由虚线所图解的当其运行在没有燃烧的情况下时的压缩压力曲线K。如本领域中普通的技术人员所公知的,当气缸2中的燃烧空间的体积在其最小处时压缩压力曲线K在OT处具有最大值。
    然而,在通常的运行状态下,压力曲线从接近上止点OT的曲柄角处是沿着曲线Z的路线,换句话说是沿着点火压力曲线。例如,如果燃料在接近曲柄角OT处被喷射到气缸2的燃烧室中,那么燃烧随后在曲柄角V处开始,其中曲柄角V典型地位于曲柄角OT之后的大约1°到2°的曲柄角处。
    为了随后朝着下止点UT的方向再次下降,压力通过喷射燃料增加的燃烧进一步增加到了最大的燃烧压力Pm,这是由于在活塞200的移动期间,在再次到达下止点之前燃烧空间的体积再次增加了并且最后扫气狭槽被再次暴露,由此在气缸中的压力P基本上再次下降到填充空气压力PL。
    当根据本发明的方法没有被使用时,图解在曲线K、Z下方的曲线T代表了在热带条件下的压缩压力曲线或点火压力曲线。由于引入的新鲜空气具有升高的温度T0和/或环境压力P0具有较低的值P0,所以由废气涡轮增压器10产生的填充空气压力也较低,其导致在曲柄角OT处气缸中的压力低于对应曲线K、Z的环境条件下的压力,使得不能达到最佳可得到的气体压力Pm,甚至没有在气缸中的随后燃烧。
    通过使用根据本发明的方法,排气阀现在可以这种方式被控制,即在热带条件下基本上也可得到被认为是最佳的根据曲线K、Z的压缩和点火压力曲线,因为例如排气阀8在比非热带条件下略小于曲柄角Ω处被关闭,换句话说是略早于。
    在本领域中普通的技术人员立刻能理解的是使用根据本发明的发动机通过根据本发明的方法还可非常有利地修正相反的情形。
    如果,例如发动机运行在极地条件下,也就是在非常低的新鲜空气的温度T0处,和/或在升高的环境压力P0处,可能的是压缩压力曲线V或点火压力曲线Z在太高的气缸压力P下沿着曲柄角Ω的部分或整个曲柄角区域延伸,其同样导致非理想的运行条件,使得例如,由于排气阀在略大于曲柄角Ω处被关闭,换句话说是略晚于,所以压力曲线可被修正成略小的值,使得在气缸2中的压力曲线P再次沿着最佳的曲线K、Z。
    总结地,可以确定的是根据本发明的方法的或根据本发明的两冲程大型柴油机的特定优点是发动机在参比条件(ISO)下可被最优化成改进的燃料消耗,而不会例如在热带条件下将发动机暴露到增加的热负荷下。
    在特定实施例中,但是不仅仅在那里,热负荷的控制优选地由排气阀闭合角来检查。通过早于或晚于排气阀闭合角,依靠环境条件可控制可得到的用于燃烧的空气质量。
    一个技术人员另外在新近可得到的测量参数的帮助下可控制发动机,使得点火压力尽可能近地位于希望的和最佳的点火压力值处。结合着排气阀-闭合角的调节在喷射时间点的帮助下可将点火压力另外维持在最佳压力处。
    比起已被讨论了很长时间的依赖喷射时间点的气缸压力,这个气缸压力调节/控制的解决方法更“现实”、更安全并且最重要的对发动机更友好。
    此外,为了记录在单个气缸之间的点火压差以及为了按下按钮手动补偿这些压差,被提议的系统可另外地与气缸压力测量结合在一起。该系统可进一步地被推荐具有燃料品质装置,其随后可在有限的范围内被例如手动地或自动地再调节。
    自然地上面所描述的系统可特别有利地被使用在电气控制发动机上,比如例如被最优证实和测试的Wrtsil RT-Flex技术。然而,本发明还可被有利地使用在其它发动机上,比如例如在由MAN & BW提供的MC/MC-C发动机上以用于改进这些发动机。
    就此而论,根据本发明目的的进一步重要的优点是用于在已经运行的发动机中安装这种类型的系统的额外费用将被归类为非常的少,这是由于相对较少的部件比如温度和压力传感器将被翻新。
    可以理解的是所有根据本发明在本申请中被描述的实施例都仅仅是通过实例的方式被理解的,并且特别地所有被描述或被提供的明显在本发明范围中的实施例都可单独地或者根据本发明以实施例的特定变体中的所有适当结合的方式被提供,使得在本发明中所描述的实施例的所有适当结合都被本发明包括和覆盖?!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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