供气系统、气缸套、往复活塞式内燃机及其操作方法技术方案

本发明专利技术涉及供气系统、气缸套、往复活塞式内燃机及其操作方法。供气系统(1)用于往复活塞式内燃机，特别是用于纵向扫气二冲程大型柴油机。供气系统(1)包括具有进气喷嘴(3)的进气阀(2)以及气缸套(41)。根据本发明专利技术，进气喷嘴(3)是气缸套(41)的整体部件，并且被设置为气缸套(41)中的孔，其中，进气喷嘴(3)的喷嘴轴线(D)以相对于进气阀(2)的阀轴线(V)成预定角(α)的方式设置，使得能够在供气系统的运转和安装状态下将燃气(5)相对于气缸(4)的径向方向(R)和/或相对于气缸(4)的轴向方向(A)以不同于零的喷射角(β)喷射到气缸(4)的燃烧室(42)中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于往复活塞式内燃机的气体供应，涉及往复活塞式内燃机以及涉及具有气体供应的气缸，更具体地说，用于纵向扫气(scavenged)二冲程大型柴油机，并且涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的操作往复活塞式内燃机的方法。
技术介绍
大型柴油机被频繁用作船舶的驱动集合体，或者还采用固定运转模式，例如，用于驱动用于产生电能的大型发电机。在这点上，该发动机通常在相当长时段采用连续运转模式运行，这造成有关运转安全和可用性的高要求。为此，在维护之间的特别长的间隔中，对于操作员来说，燃料和运转材料的低磨损与经济处理是针对该机器运转的中心标准。尤其是，这种大缸径低速运行柴油机的活塞运行行为对于维护之间的间隔长度、可用性以及经由润滑剂消耗还直接对于运转成本以及这样对于经济效益的来说都是决定性的因素。几年时间以来已经越来越重要的另一基本点是排气的质量，特别是排气中的氮氧化合物浓度。在这点上，针对对应排气值的法律规定和边界值正日益变得更严格，而且在不久的将来还会变得更加严格。这(特别考虑到二冲程大型柴油机)具有如下结果：燃烧高度加载有污染物的经典重质原油，而且燃烧柴油或其他燃料将变得越来越有问题，这是因为按切合实际的方式维护排气边界值变得更加困难、技术上更苛刻而且这样更昂贵，或者最后，它们的维护甚至不再可能，致使对应发动机不得不无法继续工作，或者至少必须按有关精力和成本的需求方式加以翻新。为此，有关所谓“双燃料发动机”的需求在实践中已经存在较长时段，双燃料发动机是指可以用两种不同类型燃料运转的发动机。在这点上，常见的是，一方面，应当燃烧例如采用天然气(例如，所谓的“液化天然气”(LNG))形式的气体或者采用汽车燃气形式的气体或者适于内燃机运转的不同气体，而另一方面，还应当能够在同一发动机中燃烧不同种类的燃料，如汽油、柴油、重质原油或不同的合适液体燃料。在这点上，所述发动机可以是二冲程发动机和四冲程发动机，并且它们在这点上可以是小型发动机、中型发动机，而且还可以是大型发动机，还特别是纵向扫气二冲程大型柴油机，举例来说，如用作船舶中的驱动集合体，或者还用于电厂中的电能生产。在本申请的框架下，术语“大型柴油机”或类似术语，诸如为除以燃料自点火为特征的柴油运转模式以外还可以按以燃料的外部点火为特征的奥托运转模式或者按这两种运转模式的混合形式来运转的大型发动机。然而，还有纯气体发动机，纯气体发动机是指仅可以利用气体来运转而非另选地还利用日益更多需求的柴油、重质原油或不同燃料来运转的发动机，特别是在需要有关排气的高标准的时候，该高标准可以仅通过燃烧气体、按经济上切合实际的方式、以可接受的技术要求而坚持。这种纯气体发动机例如在WO2010147071A1中提出。例如在DE102010005814A1中提出了进一步的现有技术。与其是双燃料发动机还是燃气发动机无关，将燃气引入到对应往复活塞式内燃机的气缸的燃烧室中的过程对于这种发动机的可靠且安全运转来说是至关重要的。用于将燃气供应到往复活塞式内燃机的燃烧室中的供气系统在这点上具有此外在一定程度上彼此影响的多个不同功能，使得不同部分功能必须相对于彼此精确调谐。而且，例如，供气系统的精确设计尤其可以取决于预定或优选运转状态，例如，取决于发动机是通常按满载荷运转模式还是按部分载荷运转模式来运转，或者是否必须频繁执行这两种运转模式之间的变化。或者取决于发动机例如是双燃料发动机还是纯气体发动机。或者供气系统的特定设计还可以取决于发动机的构造尺寸、其功率、发动机尺寸、优选转速范围，或者本领域普通技术人员已知的任何不同构造变型，或者取决于往复活塞式内燃机的运转状态。特别考虑到二冲程大型柴油机，供气系统不仅仅具有计量要引入到燃烧室中的气体的量的功能，如经常是针对四冲程发动机的充分要求。尤其针对二冲程大型柴油机，另一要求是正确并可靠地混合经由供气系统引入的气体和扫气，这是一决定性点。另一基本点涉及发动机的运转安全。万一供气系统完全或部分发生故障，就可能将太大量的气体引入发动机的燃烧室，在没有采取合适的安全措施来防止其时。发动机燃烧室中的这种过大量的气体例如可以导致大型柴油机的排气系统中或扫气系统中的不可控爆炸，这可以具有如下影响：对应组件过热甚或损坏，使得在最坏情况下，整个机器都可以毁掉，这特别对于公海上的船舶来说可以具有致命的后果，甚至具有失去整艘船的后果。然而，此外在这种出错功能的结果不是如此惊人时，这种不太严重的失灵也可以具有与其相关联的非希望缺点。例如，当由于供气系统的缺陷而造成不太多或甚至太少量的气体被引入发动机的燃烧室时，可以显著地负面影响排气值(举例来说，如氮氧化合物含量)或不同的排气值。然而，另选的是，在利用气体(例如，利用上述LNG)运转时，供气系统的出错功能例如可以导致不完全燃烧，而且这样导致对本领域普通技术人员来说已知的现象，如得到太高的CH4值的CH4滑移(slippage)。当对应发动机仅利用气体运转时，这意味着在气体运转模式下，在供气系统的出错功能期间针对燃烧而产生的排气尤其可以包括不可忽略的甲烷排出量和/或甲醛排出量，其例如可以在燃烧过程期间，由燃烧火焰在气缸壁处的自发冷却(“火焰猝熄”)所产生，或者可以在未开启排气阀同时利用新鲜空气对气缸扫气的阶段释放，或者可以按不同方式释放。类似影响可以在将气体按不合适方式引入时产生，例如，按不合适的压力或者按不合适的喷射器几何结构、按未限定的不合适角、按燃烧室中的不合适位置，或者按任何其他不合适方式引入发动机的燃烧室。例如，当排气中的甲烷浓度因这种运转状态而对应地高时，由此同样可以影响发动机的安全运转模式。例如，危险存在于，排气系统中的甲烷例如在排气收集管中和/或在涡轮增压器之前的区域中甚或在涡轮增压器中引燃。在最坏情况下，引燃排气系统中的甲烷可以导致经受引燃甲烷气体的破坏影响的对应组件损坏。而且，甲烷是一种极其活跃的温室气体，其如所公知的，比二氧化碳更有效至少25倍，其可以对计算所谓“能效设计指数”(EEDI)具有显著的负面影响。而且，频繁使用且非常敏感的氧化催化剂可以受排气系统的出错功能显著影响，并且由其导致的结果和在最坏情况下，已经在短时段之后不可回复地损坏，由此，对发动机的进一步安全且可靠的运转至少产生问题，在最坏情况下，甚至变得不可能。
技术实现思路
由此，本专利技术的目的是获得供气系统、用于具有供气系统的纵向扫气二冲程大型柴油机的气缸套，相应地具有供气系统的往复活塞式内燃机(特别是纵向扫气二冲程大型柴油机)，所述供气系统可以按灵活方式适应于不同种类的发动机和/或不同操作状态和要求，使得这些可以在某些情况下还在旧发动机处加以翻新，和/或使得现有发动机可以灵活且简单地加以翻新和/或简单地转化成不同种类的运转或运转状态。在这点上，将燃气安全引入往复活塞式内燃机的燃烧室应当可靠地确保，而且特别是，但不是仅仅针对纵向扫气二冲程大型柴油机的情况，应当确保与燃烧室中的扫气理想混合。该目的分别通过本专利技术的供气系统、气缸套、往复活塞式内燃机以及操作往复活塞式内燃机的方法满足。相应附属权利要求涉及本专利技术的特别有利的实施方式。本专利技术由此涉及一种用于往复活塞式内燃机的供气系统，该供气系统特别是用于纵向扫气二冲程大型柴油机，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于往复活塞式内燃机的供气系统，该供气系统特别是用于纵向扫气二冲程大型柴油机，其中，所述供气系统包括具有进气喷嘴(3)的进气阀(2)以及气缸套(41)，并且所述供气系统被构造为所述供气系统能够设置在所述往复活塞式内燃机的气缸(4)处，使得能用作燃料的燃气(5)能够在所述供气系统的安装状态下借助于所述进气喷嘴(3)供应到所述气缸(4)的燃烧室(42)，其中，所述进气阀(2)包括设置在阀壳体(21)中的压力空间(22)，能够借助于供气部(23)在该压力空间中得到所述燃气(5)以用于存储并且在运转状态下供应到所述进气喷嘴(3)中；并且其中，提供了具有设置在阀轴(61)处的阀板(62)的阀体(6)，并且还提供了阀座(63)，所述阀座(63)在所述阀体(6)的闭合状态下与所述阀板(62)以密封方式协作，使得防止所述燃气(5)从所述压力空间(22)供应到所述进气喷嘴(3)中；并且其中，所述阀板(62)能够借助于操作性连接至所述阀轴(61)的阀驱动器(7)从所述阀座(63)抬起，使得所述燃气(5)能够在所述阀体(6)的开启状态下从所述压力空间(22)、经过所述阀板(62)供应到所述进气喷嘴(3)，其特征在于，所述进气喷嘴(3)是所述气缸套(41)的整体部件并且被构造为所述气缸套(41)中的孔；并且所述进气喷嘴(3)的喷嘴轴线(D)以相对于所述进气阀(2)的阀轴线(V)成预定角(α)的方式设置，使得能够在所述供气系统的运转和安装状态下将所述燃气(5)相对于所述气缸(4)的径向方向(R)和/或相对于所述气缸(4)的轴向方向(A)以不同于零的角喷射到所述气缸(4)的所述燃烧室(42)中。...

【技术特征摘要】
2015.09.23 EP 15186519.31.一种用于往复活塞式内燃机的供气系统，该供气系统特别是用于纵向扫气二冲程大型柴油机，其中，所述供气系统包括具有进气喷嘴(3)的进气阀(2)以及气缸套(41)，并且所述供气系统被构造为所述供气系统能够设置在所述往复活塞式内燃机的气缸(4)处，使得能用作燃料的燃气(5)能够在所述供气系统的安装状态下借助于所述进气喷嘴(3)供应到所述气缸(4)的燃烧室(42)，其中，所述进气阀(2)包括设置在阀壳体(21)中的压力空间(22)，能够借助于供气部(23)在该压力空间中得到所述燃气(5)以用于存储并且在运转状态下供应到所述进气喷嘴(3)中；并且其中，提供了具有设置在阀轴(61)处的阀板(62)的阀体(6)，并且还提供了阀座(63)，所述阀座(63)在所述阀体(6)的闭合状态下与所述阀板(62)以密封方式协作，使得防止所述燃气(5)从所述压力空间(22)供应到所述进气喷嘴(3)中；并且其中，所述阀板(62)能够借助于操作性连接至所述阀轴(61)的阀驱动器(7)从所述阀座(63)抬起，使得所述燃气(5)能够在所述阀体(6)的开启状态下从所述压力空间(22)、经过所述阀板(62)供应到所述进气喷嘴(3)，其特征在于，所述进气喷嘴(3)是所述气缸套(41)的整体部件并且被构造为所述气缸套(41)中的孔；并且所述进气喷嘴(3)的喷嘴轴线(D)以相对于所述进气阀(2)的阀轴线(V)成预定角(α)的方式设置，使得能够在所述供气系统的运转和安装状态下将所述燃气(5)相对于所述气缸(4)的径向方向(R)和/或相对于所述气缸(4)的轴向方向(A)以不同于零的角喷射到所述气缸(4)的所述燃烧室(42)中。2.根据权利要求1所述的供气系统，其中，所述进气喷嘴(3)在所述燃烧室一侧被构造为大致圆柱形孔(32)，该圆柱形孔的轴线(D)与所述阀轴线(V)成所述预定角(α)。3.根据权利要求2所述的供气系统，其中，所述进气喷嘴(3)在所述进气喷嘴的远离所述燃烧室(42)的一侧具有锥形区(33)，所述锥形区沿所述径向方向(R)通向所述气缸套(41)的外表面(411)。4.根据权利要求3所述的供气系统，其中，所述锥形区(33)在一侧构造有过渡到所述进气喷嘴(3)的所述圆柱形孔中的内半径(34)。5.根据前述权利要求中任一项所述的供气系统，其中，为监测进入所述燃烧室(42)的燃气流，提供了用于确定所述阀体(6)的位置的控制系统。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥特，S·亨泽尔，I·尼隆德，
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