往复活塞式内燃发动机及其低负载操作方法、计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及往复活塞式内燃发动机及其低负载操作方法、计算机程序产品。具体涉及用于操作往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料两冲程大型柴油发动机的低负载操作方法。该发动机包括气缸，活塞在该气缸中被布置成能够在上死点和下死点之间来回移动，上死点分别对应于0°或360°的曲柄角，下死点对应于180°的曲柄角，并且该发动机具有出口阀，该出口阀能借助液压介质在预定的开启压力下经由阀液压系统以液压方式致动。根据本发明专利技术，在最大发动机负载的0％至25％之间的低负载范围内，该发动机在气体模式下操作，其中，用于开启该发动机的所述排气阀的曲柄角从在最大发动机负载的25％以上的负载范围内用于开启所述排气阀的正常曲柄角降低到在15°至90°之间的值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于操作往复活塞式内燃发动机的低负载操作方法、用于运行内燃发动机机的计算机程序产品以及往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料大型两冲程柴油发动机。
技术介绍
大型柴油发动机通常用作用于船的驱动单元或者也在静止操作中使用例如用于驱动大型发电机以产生电能的驱动单元。在该方面，发动机通常在相当大的时间段内在永久操作下运行，从而在操作安全性和可用性上形成高要求。尤其是长的维修间隔、低磨损以及燃料和操作材料的经济性操纵因此对于操作者操作机器来说是至关重要的。这样的大孔径缓慢运行的柴油发动机的活塞运行行为对于维修间隔的长度、可用性以及就润滑剂消耗来说还直接对于操作成本并且因此对于操作效率来说是决定性因素之一。一些年来具有日益重要性的另一基本点是排放物的质量，尤其是排放物中的氧化氮浓度。对应排气排放标准的法律规定和极限值在这里已日益变得更严格并且在近来还将变得甚至更严格。这尤其在大型两冲程柴油发动机的情况下具有重要性是在于经典重油的燃烧，其被污染物重重地污染，而且柴油或者其它燃料的燃烧将日益变得更具有问题，这是因为排气排放标准的观测将变得越来越困难，技术上更复杂并且因此更昂贵或者因为最终地它们的观测甚至不再经济合理，使得对应的发动机将不得不停止使用或者至少以复杂和/或昂贵的方式被转变。因此实际上已长时间存在所谓的“双燃料”发动机的需要，即内燃发动机，其能够利用两种不同的燃料操作。就此而言，一方面，例如呈天然气形式(例如所谓的“液化天然气”(LNG))的气体或者呈液化石油气或者适于驱动内燃发动机的另一气体的形式的气体应该被频繁地燃烧，并且另一方面，诸如汽油、柴油、重燃料或者另一合适的液体燃料的另一燃料能够在同一个发动机中燃烧。就此而言，发动机能够是两冲程发动机和四冲程发动机并且它们在该方面能够是小型发动机、中型发动机或者也可以是大型发动机，尤其还可以是大型单流扫气两冲程柴油发动机，诸如用作船的驱动单元的发动机，但是还通常用于在电站中产生电能。因此，双燃料发动机能够在两种不同的模式下操作。在气体模式下，像LNG(液化天然气)的气体用于在气缸中燃烧。在液体模式下，诸如柴油或者重油的合适的液体燃料用于在同一发动机的气缸中燃烧。在该应用范围内，术语“大型柴油发动机”等还包含这样的大型发动机，其能够在除了以燃料的自点燃为特征的柴油操作之外进行操作，而且在以外部点燃为特征的Otto操作中或者在这两种操作的混合形式下操作。双燃料发动机在操作期间能够从气体模式切换至液体模式并且反之亦然。在液体模式下，燃料通常被直接引入气缸的燃烧空间中并且在那里根据自点燃的原理进行燃烧。在气体模式下，已知根据Otto操作原理模式将处于气体状态下的气体与扫气混合，以因此在气缸的燃烧室中产生可点燃混合物。在气体模式下，可以使用自点燃的少量所喷射的液体燃料用于在燃烧室中的气体混合物的外部点燃。然而，对于纯粹的气体发动机(其是仅能够在气体情况下操作而不选择性地在柴油、重油或者另一燃料情况下操作的发动机)需求也在增长，尤其是当需要高排气排放标准时，其仅能够通过气体的燃烧以切实的技术努力来经济合理地观测。这样的纯粹气体发动机例如在WO2010147071A1中被阐述。例如在DE102010005814A1中能够发现另外的现有技术。而且，在纯粹的气体发动机中已知的是使用诸如柴油的少量喷射的液体燃料的自点燃来用于燃烧室中的气体混合物的外部点燃。如已经提及的，双燃料(DF)发动机被设计成基于需要来利用气体和/或柴油燃料来操作。在两种燃料操作模式下，气体燃烧和柴油燃烧过程受发动机设计几何特征(诸如几何压缩比)以及受操作特征(例如排气阀正时(其影响有效压缩比等))的影响。由于这样的因素/参数，因此一些区域(例如负载范围)中的发动机的操作是容易并且有效的，而在一些其它区域(负载范围)中是无效的，并且有时不可能运行。DF发动机在非常低的负载下(具体地，在10％负载以下的负载处)在气体模式下操作是极其不稳定的并且因此不可能在当前发动机构造和设定的情况下运行。该发动机行为的原因是在这些低负载下，气缸内的空气-燃料比(即λ＝空气/燃料)极贫并且因此阻止发生混合物的适当燃烧。结果非常少的混合物导致失火循环以及极其不稳定的操作，这是因为与存在于燃烧室中的燃料量相比存在太多的空气。换言之，燃烧室中的空气-燃料混合物具有高的λ值。例如在25％负载以下的低负载操作不仅有用而且在实际中通常绝对必要。当船正接近海港时或者其正在大江中航行时或者例如在许多不同操纵操作模式下(负载通常在5％至25％的负载之间)航行时是必需的。船的操纵操作是指信号机的操作杆从一个限定的速度/负载位置转换到另一个限定的速度/负载位置(例如，从“最低速度”至“低速度”，并且反之亦然)。发动机的操作点的该瞬间转换被转化成推进控制系统内的速度/负载斜坡。斜坡的梯度由发动机到达新的设定点所需要的时间限定。在发动机的该瞬态操作期间，空气-燃料比必须被保持在气体燃烧的可接受的“操作窗”内，以避免异常燃烧。在斜升期间(即，当请求发动机负载增大时)，所喷射的燃料量开始瞬间增大，同时从涡轮增压器所提供的升压压力开始缓慢地形成。这两个动作的组合结果能够造成富混合物(即，低λ)，这能够导致在加载期间装料的连续预点燃。另一方面，在斜降期间(即，当请求在操作期间发动机负载降低时)，所喷射的燃料量显著地降低并且结果装料变得极贫(即，高λ)。如果气缸中的空气-燃料比在可燃性(可点燃性)极限之外，则燃烧变得非常不稳定并且发生多次失火循环。已试图通过一些手段或者技术来调整λ，例如通过：(a)通过变速辅助鼓风机来减少空气的量；或者(b)排气阀关闭(EVC)的极其提前以将燃烧气体截留在气缸内，这可以降低λ并且增大装料温度。然而，这些技术或者其它技术中无一能够提供经适当调整的λ，尤其是将为非常低的负载操作提供稳定的燃烧的足够低的经调整的λ。直到如今，也不可以在例如20％、15％、10％的低负载下或者在甚至更低的负载下尤其在气体操作模式下操作发动机尤其是大型柴油发动机。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于操作往复活塞式内燃发动机的低负载操作方法、用于运行内燃发动机的计算机程序产品、以及往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料大型两冲程柴油发动机，低负载操作方法提供经适当调整的λ，尤其是提供将对于非常低的负载操作提供稳定燃烧的足够低的经调整的λ。尤其是为了操作内燃发动机，如例如在低负载(例如在20％、15％、10％以下或者甚至在低至接近0％(大约0.5％负载)的5％以下的更低的负载)下在柴油机操作模式或者最优选地在气体操作模式下的双燃料大型柴油发动机。满足这些目的的本专利技术的主题由第一、十四、十五方面的特征来表征。其它方面涉及本专利技术的特别有利的实施方式。本专利技术因此涉及一种用于操作往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料两冲程大型柴油发动机的低负载操作方法，该发动机包括气缸，活塞在该气缸中被布置成能够在上死点和下死点之间来回移动，上死点分别对应于0°或360°的曲柄角，下死点对应于180°的曲柄角，并且该发动机具有出口阀，该出口阀能借助液压介质在预定的开启压力下经由阀液压系统以液压方式致动。根据本专利技术，在最大发动机负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料两冲程大型柴油发动机的低负载操作方法，该内燃发动机包括气缸，活塞在该气缸中被布置成能够在上死点和下死点之间来回移动，上死点分别对应于0°或360°的曲柄角，下死点对应于180°的曲柄角，并且该内燃发动机具有出口阀，该出口阀能借助液压介质在预定的开启压力下经由阀液压系统以液压方式致动，其特征在于，在最大发动机负载的0％至25％之间的低负载范围中，该内燃发动机在气体模式下操作，其中，用于开启该内燃发动机的排气阀的曲柄角从在最大发动机负载的25％以上的负载范围内用于开启所述排气阀的正常曲柄角降低到在15°至90°之间的值。

【技术特征摘要】
2015.06.26 EP 15173983.61.一种用于操作往复活塞式内燃发动机尤其是单流扫气双燃料两冲程大型柴油发动机的低负载操作方法，该内燃发动机包括气缸，活塞在该气缸中被布置成能够在上死点和下死点之间来回移动，上死点分别对应于0°或360°的曲柄角，下死点对应于180°的曲柄角，并且该内燃发动机具有出口阀，该出口阀能借助液压介质在预定的开启压力下经由阀液压系统以液压方式致动，其特征在于，在最大发动机负载的0％至25％之间的低负载范围中，该内燃发动机在气体模式下操作，其中，用于开启该内燃发动机的排气阀的曲柄角从在最大发动机负载的25％以上的负载范围内用于开启所述排气阀的正常曲柄角降低到在15°至90°之间的值。2.根据权利要求1所述的低负载操作方法，其中，在该低负载范围内，用于开启所述排气阀的曲柄角随着负载的降低而减小。3.根据权利要求1或2所述的低负载操作方法，其中，所述内燃发动机的所述排气阀在30°至80°之间的曲柄角、优选地在40°至70°之间的曲柄角、最优选地在大约40°的曲柄角处开启。4.根据前述权利要求中任一项所述的低负载操作方法，其中，所述内燃发动机在最大发动机负载的0.5％至20％之间优选地在5％至15％之间尤其是在大约10％的低负载范围内操作。5.根据前述权利要求中任一项所述的低负载操作方法，其中，可预定量的燃料尤其是气体被供应到所述气缸的燃烧室中，使得在42.7MJ/Kg处的制动燃料消耗率即BSFC在最大发动机负载的大约0.5％处的450g/kWh至在最大发动机负载的大约20％处的150g/kWh尤其是180g/kWh之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的低负载操作方法，其中，在气体操作模式下，氮氧化物排放即湿的NOx在最大发动机负载的大约0.5％至最大发动机负载的大约25％之间的负载范围内在大约1g/kWh至大约4g/kWh之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的低负载操作方法，其中，在气体操作模式下，碳氢化合物排放即THC在最大发动机负载的大约0.5％至最大发动机负载的大约25％之间的负载范围内在大约20g/kWh至大约...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·约安努，T·汉斯，
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