[發(fā)明專利]縱向掃氣兩沖程大型柴油機(jī)及其氣缸的填充方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810074041.X
• 申請日: 2008-02-02
• 公開（公告）號: CN101240742A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·哈尼
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦特西拉瑞士股份有限公司
• 主分類號: F02B25/02
• 分類號: F02B25/02;F02B25/04;F02B37/12;F02B29/04;F02D43/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;趙辛

技術(shù)領(lǐng)域

根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1和10的前序部分，本發(fā)明涉及一種用于用填充空氣(charging?air)填充縱向掃氣兩沖程大型柴油機(jī)(longitudinallyscavenged?two-stroke?large?diesel?engine)的氣缸的方法，并且還涉及一種縱向掃氣兩沖程大型柴油機(jī)。

背景技術(shù)

為了增加往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)比如例如用于船舶或產(chǎn)生電能的固定設(shè)備的大型柴油機(jī)的功率，在燃燒沖程之后新鮮空氣依靠通常被設(shè)計為廢氣渦輪增壓器的充氣組在升高的壓力下被引導(dǎo)到氣缸的燃燒空間中。就此而論可充分利用在燃燒沖程之后離開氣缸燃燒空間的廢氣的部分熱能。出于這種目的，通過開啟排氣閥熱氣體離開氣缸燃燒室被傳送到充氣組。充氣組本質(zhì)上包括由進(jìn)入充氣組的熱廢氣在壓力下驅(qū)動的渦輪。對于它的角色，渦輪驅(qū)動壓縮機(jī)，新鮮空氣穿過該壓縮機(jī)被吸入和被壓縮。具有渦輪的壓縮機(jī)，其布置通常被簡單地稱為渦輪增壓器并且特別地在大型兩沖程柴油機(jī)的情形中，但是不僅僅在這種情形中，使用離心式壓縮機(jī)作為壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)之后是所謂的擴(kuò)壓器、填充空氣中冷器(charge?air?intercooler)、水分離器和進(jìn)氣接收器，被壓縮的新鮮空氣，也是公知的填充空氣或掃氣從該接收器處被最終進(jìn)給至大型柴油機(jī)的氣缸的單個燃燒空間中。依靠使用這種類型的充氣組，新鮮空氣的供給可因此被增加并且在氣缸的燃燒空間中的燃燒過程的效率可被改進(jìn)。

在大型柴油機(jī)的情形中，取決于類型，空氣的進(jìn)給發(fā)生在氣缸的不同位置處。因此，通過實(shí)例，在縱向掃氣兩沖程發(fā)動機(jī)中，空氣經(jīng)由被布置在氣缸的下部區(qū)域的運(yùn)行表面中的掃氣狹槽被引導(dǎo)到燃燒室中。在四沖程發(fā)動機(jī)中，填充空氣經(jīng)由一個或多個被布置在氣缸蓋中的進(jìn)氣閥來引導(dǎo)。就此而論，在氣缸蓋中裝備有替代在氣缸下部區(qū)域中的掃氣狹槽的進(jìn)氣閥的兩沖程發(fā)動機(jī)當(dāng)然也是公知的。

對于將新鮮空氣供給到氣缸，上面所提及的填充空氣冷卻器具有至關(guān)重要的意義。如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所充分公知的，公知的填充空氣冷卻器是基本上呈平行六面體形狀的殼體，冷卻裝置被容納在其中，為了冷卻填充空氣，填充空氣穿過該冷卻裝置從填充空氣冷卻器的入口處流到填充空氣冷卻器的出口。就此而論，填充空氣被大量冷卻下來，典型地例如從250℃到50℃，使得除了冷卻在填充空氣冷卻器中的氣體，在填充空氣冷卻器中也冷凝了來自填充空氣的水。

然而，在溫暖的環(huán)境溫度下，可能低的環(huán)境壓力和/或貧乏的填充和/或不足的填充空氣冷卻，在運(yùn)行狀態(tài)中的發(fā)動機(jī)在熱力上是更高負(fù)荷的。由于升高的吸入溫度，例如由于經(jīng)常在熱帶地區(qū)中所遇到的高的外部環(huán)境空氣溫度，和/或在低的環(huán)境壓力下，空氣流率和因此在氣缸中的空氣過剩被降低了。由于降低的空氣質(zhì)量和由此產(chǎn)生的低的熱吸收能力，換句話說例如在壓縮和燃燒沖程期間降低的熱容量，燃燒溫度增加了以及相應(yīng)的在發(fā)動機(jī)上的熱負(fù)荷。

在縱向掃氣大型柴油機(jī)的設(shè)計和最優(yōu)化中，除了其它的以外，必須相應(yīng)地考慮到這些條件，也就是高達(dá)45℃或甚至更高的熱帶溫度和/或環(huán)境空氣降低的氣壓，相對于在ISO條件下的理想性能其必然導(dǎo)致妥協(xié)。

在先前指出的從為了在參比條件(ISO)下最優(yōu)化發(fā)動機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)中公知的方法中，必須接收增加的燃料消耗和/或惡化的污染物平衡例如增加的NO_X排放或者必須接收功率的損失。

然而，即使一個技術(shù)人員接收了所有這些妥協(xié)，也不能完全解決發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷升高的問題。這意味著在公知的最優(yōu)化方法中，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷可被降低到某個程度，然而并沒有被完全降低到實(shí)際希望的程度上。

盡管使用了所有公知的來自現(xiàn)有技術(shù)的措施，這還是導(dǎo)致了發(fā)動機(jī)，特別是縱向掃氣兩沖程大型柴油機(jī)，必須在升高的熱負(fù)荷下，例如在熱帶條件下持續(xù)地運(yùn)行，使得必須接收增加的磨損和縮短的服役間隔，其最終導(dǎo)致顯著增加的運(yùn)行成本以及，經(jīng)常甚至更糟地，導(dǎo)致增加的單個部件或甚至整個發(fā)動機(jī)的故障的可能性。

公知的用于使發(fā)動機(jī)適應(yīng)熱帶條件的方法的進(jìn)一步的缺點(diǎn)是同樣明顯的：如果例如船舶離開熱帶地區(qū)，也就是在熱帶地區(qū)和非熱帶地區(qū)之間往返，在熱帶水域和極地水域之間的極端的情形中，那么發(fā)動機(jī)在邏輯上是不可能對兩種極端相反的環(huán)境條件都最優(yōu)化的。如果相應(yīng)的發(fā)動機(jī)對于熱帶條件在結(jié)構(gòu)上是最優(yōu)化的，那么它將在極地區(qū)域中具有相應(yīng)的缺點(diǎn)，除了其它的以外，比如增加了燃料消耗例如，增加的NO_X排放等等，并且將必須在熱力不適合的條件下運(yùn)行。相同的情況自然也適用于相反的情形中。