[发明专利]大型低速涡轮增压二冲程单流扫气内燃发动机及操作方法

说明书

本发明提供了大型低速涡轮增压二冲程单流扫气内燃发动机及操作方法，该发动机具有多个气缸(1)和对用于气缸(1)的扫气进行加压的排气驱动的涡轮增压器(5)，气缸具有：排气阀(4)，用于致动排气阀(4)的排气阀致动系统(46)，用于将一定量的第一燃料输送至相关的气缸(1)的燃料输送系统(30)，用于产生表示相关的气缸(1)中的压力的特定气缸的压力信号。该方法包括：基于特定气缸的压力信号以及基于对于所有气缸的公共设定点或者基于各个特定气缸的设定点单独地对气缸的燃料量、燃料进入/喷射开始的时机和/或排气阀关闭的时机进行闭环控制，各个特定气缸的设定点是公共设定点的各个特定气缸的调节。

技术领域

本发明涉及具有十字头并且具有多个气缸的大型低速涡轮增压二冲程单流扫气内燃发动机，以及对这种发动机进行操作的方法。

背景技术

具有十字头的大型低速涡轮增压二冲程单流扫气内燃发动机通常用于大型船舶的推进系统或用作发电厂的原动机。

这种类型的现代发动机是完全地电子地控制的，即在发动机运行期间，可以通过电子控制系统既对燃料的进入/喷射进行控制又对排气阀的打开和关闭进行控制，以确保发动机在给定的运行条件下最佳地运行。

在出厂前对发动机进行校准，以确保发动机满足所有性能要求，比如说例如功率、燃料效率、排放、噪音/振动水平和可靠性。

因此，在出厂时，发动机发挥最佳性能并满足性能要求。然而，因为发动机、或者至少是发动机的气缸偏离了出厂规格、即需要重新校准，因此随着时间的流逝发生磨损和损耗。

近来，存在大型涡轮增压二冲程压缩点火发动机能够处理替代类型的燃料的需要，替代类型的燃料比如天然气、石油气、甲醇、煤泥、水油混合物、石油焦等。

这些替代燃料中的若干燃料具有降低成本和排放的潜力。

通常使用大型低速单流扫气涡轮增压二冲程内燃发动机来推进大型远洋货轮，因此可靠性至关重要。这些使用替代燃料的发动机的运行仍处于相对较新的发展，并且与使用常规燃料运行时相比，使用气体燃料运行的冗余性处于较低的可靠性水平。在有意使用气体燃料时，双燃料发动机的正常运行时间缩短，从而降低成本。例如，对于气体燃料系统，冗余性较低。如果在一个气缸上检测到故障，则停止向所有气缸的气体燃料供给。在常规的燃料(燃油)模式下，只有受故障影响的气缸被停止。使用常规燃料运行确保了相关性。因此，重要的是能够快速从替代燃料切换为常规燃料，因为使用常规燃料的运行被认为是安全的后退措施。

因此，现有的大型低速二冲程柴油发动机都是双燃料发动机，该双燃料发动机具有用于使用比方说诸如气体燃料之类的替代燃料运行的燃料系统和用于使用比方说诸如燃油之类的常规燃料运行的另一燃料系统，使得发动机可以在仅使用常规燃料的情况下以全功率运行。

在使用替代燃料运行存在问题、比方说例如在使用气体燃料运行时存在气体压力不足的情况下，能够迅速从使用替代燃料运行切换为使用常规燃料运行是必不可少的。为了节省成本和减少排放，能够快速和简便地从常规燃料切换回替代燃料也很重要。

然而，当燃料类型改变时，燃烧过程不再相同，并且发动机必须重新校准以适应使用不同燃料的运行，例如，需要将燃料喷射的时机和时长、排气阀关闭的时机、扫气压力、压缩压力、气缸最大(峰值)压力和平均指示压力的控制调节成所使用的燃料类型。这意味着必须实现新的过程平衡，尤其是因为由典型的气体燃料系统输送的大量气体燃料的特性(热值)会显示出较大的波动。

已知的发动机控制系统无法在没有人为干预的情况下以令人满意的方式执行这种重新校准。已知的控制系统或者花费太长的时间或者精度不足，无法在燃料切换后立即达到发动机的最佳运行条件。