[发明专利]大型二冲程单流扫气式气态燃料发动机及用于控制燃烧室中的状况的方法

说明书

大型二冲程涡轮增压单流扫气式气动型内燃发动机及其控制方法。该发动机具有多个燃烧室，至少一个控制器与该发动机相关联，控制器被配置成：确定燃烧开始时在燃烧室中的平均压缩空气过量比和体积压缩温度；当所确定的或所测量的平均压缩空气过量比在压缩空气过量比下阈值之下时，执行至少一个压缩空气过量比增大措施；当所确定的或所测量的平均压缩空气过量比在压缩空气过量比上阈值之上时，执行至少一个压缩空气过量比降低措施；当所确定的或所测量的体积压缩温度在体积压缩温度下阈值之下时，执行至少一个体积压缩温度增大措施；以及当所确定的或所测量的体积压缩温度在体积压缩温度上阈值之上时，执行至少一个体积压缩温度降低措施。

技术领域

本公开内容涉及大型二冲程气态燃料内燃发动机，特别地涉及具有十字头的大型二冲程单流扫气式内燃发动机，该十字头针对从布置在气缸套中的燃料阀喷射的气态燃料来运行。

背景技术

具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机例如用于大型远洋船舶的推进或者用作发电厂的初级原动机。不仅由于庞大的尺寸，这些二冲程柴油发动机被构建的不同于任何其他内燃发动机。它们的排出阀可能重达400kg，活塞具有的直径最高至100cm，并且在燃烧室中的最大运行压力通常为几百巴。在这些高压力水平和活塞尺寸处所涉及的力是巨大的。

利用由沿着气缸套的长度居中布置的燃料阀准许进入的气态燃料运行的大型二冲程涡轮增压内燃发动机——即在刚好在排出阀关闭前启用的活塞的向上冲程期间准许气态燃料的发动机——将在燃烧室中的气态燃料和扫气空气的混合物压缩，并且通过定时点火装置诸如先导油喷射来在上止点(TDC)处或该上止点附近对经压缩的混合物进行点火。

使用布置在气缸套中的燃料阀的这种类型的气体准许进入所具有的优点在于可以使用低得多的燃料喷射压力，因为与在活塞接近其上止点(TDC)时，即在燃烧室中的压缩压力处于其最大值或接近其最大值时喷射气态燃料的大型二冲程涡轮增压内燃发动机相比，气态燃料是在压缩压力相对较低时被喷射的。后一类型的发动机需要的燃料喷射压力显著地高于已经高的最大燃烧压力。由于气态燃料的挥发性及其在这种高压下的特性，该特性包括扩散进入并穿过燃料系统的钢部件，因此能够在这些极高压力下处理气态压力的燃料系统既昂贵又复杂。

因此，当与在TDC处或该TDC附近喷射气态燃料的发动机相比时，用于在压缩冲程期间喷射气态燃料的发动机的燃料供应和系统明显没那么昂贵。

然而，当在压缩冲程期间喷射气态燃料时，活塞压缩该气态燃料和扫气空气的混合物，并因此存在提前点火的危险。通过使用非常稀薄的混合物可以降低提前点火的风险，但是稀薄的混合物使点不燃的风险增大。

因此，在这样的大型二冲程涡轮增压内燃发动机中的压缩期间需要对燃烧室中的条件的控制进行改进，以便克服或至少减少与提前点火/柴油机爆震有关的问题。为了防止发生提前点火和点不燃，需要非常准确地控制燃烧室中的条件。

在发动机稳态运行期间，发动机的性能设计通常确保避免提前点火。这是通过仔细选择燃烧室设计、燃料喷射时间和排出阀时间来实现的。但是，酷热的运行条件和其他外在因素诸如发动机不平稳运行是不可避免的，并可能引起导致燃烧室中提前点火或点不燃的情况。

EP2634398公开了根据权利要求1的前序部分的、以燃料气体为主要燃料来运行、具有空气-燃料比控制器的二冲程发动机，该空气-燃料比控制器被配置成计算气缸内部的平均空气-燃料比，并且通过调节被供应到多个气缸的空气流量来控制平均空气-燃料比；并且被配置成计算每个气缸内部的空气-燃料比，并且通过调节排出阀的关闭时间来控制空气-燃料比)。因此，空气-燃料比可以被保持在上阈值和下阈值内。但是，这不足以确保在所有运行条件下避免提前点火。

发明内容

目的是提供一种克服或至少减少以上所指出问题的发动机和方法。

通过本发明的实施方式实现前述以及其他目的。根据本发明的实施方式、说明书和附图，另外的实施形式是明显的。