[發(fā)明專利]大型二沖程直流掃氣式氣體燃料發(fā)動機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010635256.5
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN112177763B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尼爾斯·克耶米庫普
• 申請（專利權(quán)）人: 曼能解決方案（曼能解決方案德國股份公司）分公司
• 主分類號: F02B7/08
• 分類號: F02B7/08;F02B43/12;F02M21/02;F02D19/06;F02B23/02;F02B25/06
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;吳莎

本發(fā)明涉及一種大型二沖程渦輪增壓直流掃氣式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)具有以氣體燃料作為主要燃料的至少一個燃燒室，該至少一個燃燒室由氣缸套(1)、活塞(10)和氣缸蓋(22)限界。該活塞(10)布置成在上止點與下止點之間往復(fù)運(yùn)動以產(chǎn)生高于20的幾何壓縮比。該發(fā)動機(jī)構(gòu)造成在活塞(10)的從下止點向上止點的沖程期間，允許第一量的加壓氣體燃料進(jìn)入至少一個燃燒室，從而在燃燒室中形成空燃比高于50的空氣燃料混合物。該發(fā)動機(jī)還構(gòu)造成當(dāng)活塞(10)在上止點處或上止點附近時將第二量的高壓氣體燃料噴射到至少一個燃燒室中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及大型二沖程氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，尤其涉及具有十字頭的大型二沖程直流掃氣式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其主要使用氣體燃料在操作模式下運(yùn)行。

背景技術(shù)

具有十字頭的大型二沖程渦輪增壓直流掃氣式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)例如用于推進(jìn)大型遠(yuǎn)洋輪船或用作發(fā)電廠中的原動機(jī)。這些二沖程柴油發(fā)動機(jī)不僅由于尺寸龐大，而且其結(jié)構(gòu)也不同于任何其他內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。

這些大型二沖程渦輪增壓直流掃氣式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)越來越多地使用氣體燃料而不是常規(guī)液體燃料來供給燃料，該氣體燃料比方說例如液化天然氣(LNG)或液化石油氣LPG，常規(guī)液體燃料比方說例如船用柴油或重燃油。這種趨向于氣體燃料的改變主要受到以下方面的驅(qū)動：期望通過減少排放以及期望提供更加環(huán)境友好型的原動機(jī)。

向氣體燃料的發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致了大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的兩種不同類型的發(fā)展，該大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)使用氣體燃料作為主要燃料。

發(fā)動機(jī)的第一類是直接噴射型，在直接噴射型發(fā)動機(jī)中，氣體燃料在高壓下在上止點(TDC)周圍被噴射，并且通過壓縮(高溫引起)引起點火，即，這些發(fā)動機(jī)按照狄賽爾循環(huán)操作。氣體燃料在噴射到燃料室中的那一刻被點燃，并且不用擔(dān)心由于空氣過剩率低引起的提前點火或由于空氣過剩率高引起的不點火。用于第一類型的氣體燃料操作式的大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的有效壓縮比與常規(guī)液體燃料操作式的大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的有效壓縮比相比同樣高甚至是更高。通常，這種類型的發(fā)動機(jī)的有效壓縮比在大約15和大約17之間，同時幾何壓縮比大約是30。由于高壓縮比，第一類型的發(fā)動機(jī)的優(yōu)點是具有非常高的燃料效率。另一個優(yōu)點是，相對于第二類型的發(fā)動機(jī)，提前點火和不點火的風(fēng)險要低得多。

然而，為了能夠在上止點處或上止點附近噴射氣體燃料，供給至燃料閥的氣體燃料的壓力需要顯著地高于在燃燒室中的壓縮壓力，其中，該燃料閥將氣體燃料噴射到燃燒室中。實際上，氣體燃料需要以至少250bar但優(yōu)選地至少300bar的壓力噴射到燃燒室中。泵或泵送站將經(jīng)液化的氣體燃料的壓力增加至例如300bar，并且隨后高壓液化燃料在高壓蒸發(fā)單元中蒸發(fā)，并且以氣體的形態(tài)在高壓下輸送至主發(fā)動機(jī)的燃料噴射閥。與常規(guī)液體燃料的供給系統(tǒng)相比，這個氣體燃料的供給系統(tǒng)是昂貴的。

與常規(guī)燃料相比，例如天然氣之類的氣體燃料具有非常低的能量密度。為了用作便利的能量源，密度需要增加。增加能量密度是通過將氣體燃料冷卻至低溫溫度來完成的，例如在天然氣的示例中產(chǎn)生液化天然氣(LNG)，該天然氣主要包括甲烷。

用于這種氣體操作式發(fā)動機(jī)的氣體燃料供給系統(tǒng)包括隔熱箱，在隔熱箱中儲存液化氣體，保持液化氣體長時間處于液體狀態(tài)。然而來自周圍環(huán)境的熱流將會增加箱內(nèi)側(cè)部的溫度，從而導(dǎo)致液化氣體蒸發(fā)。來自該過程的氣體被稱為蒸發(fā)氣體(BOG)。從罐中的蒸發(fā)氣引起的氣體燃料的基本穩(wěn)定流，該氣體燃料的基本穩(wěn)定流需要從罐中移出并且需要處理。在180.0000m3的液化天然氣油罐車上，需要處理的蒸發(fā)氣體的量是每小時幾噸，通常大約每小時3000千克，然而，這種類型的液化天然氣油罐車的主發(fā)動機(jī)的氣體能量需求是大約每小時4000千克(假設(shè)實際上主發(fā)動機(jī)的所有能量都是天然氣)。

使用壓縮機(jī)將這種蒸發(fā)氣體的壓力增加至大約300bar的噴射壓力在技術(shù)上非常有挑戰(zhàn)性，因此蒸發(fā)氣體不能用作第一類型的高壓氣體噴射大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料。