BRPI0900931A2

BRPI0900931A2 - sistema e método de monitoramento de performance de lavagem para monitorar um parámetro de processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado

Info

Publication number: BRPI0900931A2
Application number: BRPI0900931-0A
Authority: BR
Inventors: Sangram Kishore Nanda
Original assignee: Wortsilo Schweiz Ag
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-01-26
Also published as: EP2112349B1; KR20090111272A; JP2009264372A; RU2009115011A; KR101564704B1; CN101566092B; RU2490487C2; CN101566092A; JP5461039B2; EP2112349A1; DK2112349T3

Abstract

SISTEMA E MéTODO DE MONITORAMENTO DE PERFORMANCE DE LAVAGEM PARA MONITORAR UM PARáMETRO DE PROCESSO NO PROCESSO DE LAVAGEM DE UM MOTOR A DIESEL GRANDE DE DOIS TEMPOS LONGITUDINALMENTE LAVADO. A presente invenção refere-se a um sistema de monitoramento de performance de lavagem (1) para otimizar um parâmetro de processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado (2). O motor a diesel grande (2) inclui um pistão (3) sendo dispostos para ser móvel indo e vindo em um cilindro (4) ao longo de uma superfície de movimento (5) entre um centro morto de baixo (UT) e um centro morto de cima (01), em que um combustível é alimentado para dentro do cilindro (4) do motor a diesel grande (2) por um bocal de injeção. Aberturas de ar de lavagem (6) são proporcionadas em uma região de admissão do cilindro (4) para o fornecimento de uma quantidade predeterminada de ar de lavagem (7), bem como uma válvula de descarga (8), a qual é proporcionada em uma cobertura do cilindro (9) do cilindro (4) para a expulsão de gás de combustão (10). No estado de operação, um ar fresco (II) é absorvido por um turbocompressor de gás de escape (12) e fornecido para o cilindro (4) como o ar de lavagem (7) em uma pressão predeterminada de ar de admissão via as aberturas de ar de lavagem (6), de modo que uma mistura de gás de ignição é gerada no cilindro (4) a partir do ar de lavagem (7) e do combustível. De acordo com a invenção, pelo menos um primeiro sensor de oxigênio (130, 131) e um segundo sensor de oxigênio (130, 132) é proporcionado na superfície de movimento (5) do cilindro (4) de modo a avaliar uma performance de lavagem no cilindro (4) do motor a diesel grande (1). Adicionalmente, a invenção refere-se a um método para otimizar um parâmetro do processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado (2) por um sistema de monitoramento de performance de lavagem (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO DE MONITORAMENTO DE PERFORMANCE DE LAVAGEM PARA MONITORAR UM PARÂMETRO DE PROCESSO NO PROCESSO DE LAVAGEM DE UM MOTOR A DIESEL GRANDE DE DOIS TEMPOS LONGITUDINALMENTE LAVADO".

A presente invenção refere-se a um sistema de monitoramento de performance de lavagem para monitorar um parâmetro do processo no processo de lavagem de um grande motor a diesel de dois tempos com lavagem longitudinal, bem como com um método para monitorar um parâmetro do processo no processo de lavagem de acordo com a parte de pré-caracterização das reivindicações independentes 1 e 8.

Para o aumento na potência de motores de combustão com pis-tão de movimento alternado, como por exemplo, grandes motores a diesel para navios ou unidades estacionárias para a produção de energia elétrica, o , ar fresco é introduzido no motor de combustão de um cilindro em pressão elevada após um curso de combustão por meio de um grupo de carregamento, o qual geralmente é projetado como um turbocompressor de gás de escape. Nesta conexão, uma parte da energia térmica dos gases de escape, os quais deixam a câmara de combustão do cilindro após o curso de combustão, pode ser explorada. Para este propósito, os gases quentes são transportados para fora da câmara de combustão do cilindro para o grupo de carregamento pela abertura de uma válvula de descarga. O grupo de carregamento substancialmente compreende uma turbina, a qual é acionada pelos gases de escape quentes entrando no grupo de carregamento sob pressão. Por sua vez, a turbina aciona um compressor através do qual o ar fresco é puxado e comprimido. O difusor com a turbina, uma disposição que freqüentemente é simplesmente denominada de turbocompressor e que em particular, mas não somente, no caso de grandes motores a diesel de dois tempos, utiliza um compressor radial como um compressor, é seguido por um assim chamado, difusor, um esfriador de ar, um separador de água e por um receptor de admissão a partir de onde o ar fresco comprimido, também conhecido como ar de admissão ou ar de lavagem, é finalmente alimentadopara as câmaras de combustão individuais dos cilindros do motor a diesel grande. Por meio do uso de um grupo de carregamento deste tipo, o abastecimento de ar fresco pode assim ser aumentado e a eficiência do processo de combustão na câmara de combustão do cilindro pode ser aperfeiçoada.

No caso de grandes motores a diesel, a alimentação do ar acontece em diferentes locais no cilindro, dependendo do tipo. Assim, por exemplo, em motores de dois tempos longitudinalmente lavados, o ar é introduzido na câmara de combustão via janelas de ar de lavagem que são dispostas na superfície de movimento na região inferior do cilindro. Nos motores dequatro tempos, o ar de admissão geralmente é introduzido via uma ou mais válvulas de admissão que são dispostas na cobertura do cilindro. Nesta conexão, também são conhecidos motores de dois tempos que são equipados com válvulas de admissão na cobertura do cilindro ao invés de janelas de ar de lavagem na região inferior do cilindro.

Nesta conexão, na operação de motores de combustão a diesel, consideráveis quantidades de óxidos de nitrogênio (NOx) surgem com um impacto negativo sobre o ambiente. Por esta razão, grandes esforços têm sido feitos para proteger o ambiente, ou seja, para desenvolver motores a diesel com emissões (NOx) consideravelmente reduzidas.

Por outro lado, grandes motores a diesel, como uma regra, funcionam durante consideráveis períodos de tempo em operação permanente, o que exige altas demandas em relação à confiabilidade e a disponibilidade operacional. Por esta razão, em particular, longos intervalos de serviço, ou seja, elevado Tempo Entre Revisões Gerais (TBO), baixo desgaste e utilização econômica de combustíveis e de materiais operacionais, são critérios centrais para os operadores ao selecionar as máquinas.

Nesta conexão, é uma teoria bem entendida que aumenta a saída de potência de saída a partir de um motor com curso e tamanho de orifício constante, aumentaria o consumo de óleo combustível específico, posto que a pressão máxima do cilindro é mantida constante. Na maioria dos casos, o aumento na saída de potência é feito com um aumento na pressão de pico para manter o consumo específico do óleo combustível (sfoc) constanteou almejar um valor inferior. Entretanto, nos projetos existentes, o aumento na pressão de ignição é superado por outros fatores como limitações estruturais e cargas de mancais.

Este processo para otimização em relação a um baixo consumo específico de óleo combustível tem que ser alcançado com baixo NOx para atender à legislação sobre emissões existentes. Um dos fatores chave neste processo de otimização é a performance de lavagem de cilindros individuais. Esta performance pode ser calculada, até alguma extensão, por um diagrama indicador de mola fraca (registro de volume x pressão) como utilizado no passado predominante nos motores lavados transversais e em laço, por e-xemplo, para identificar incrustação de abertura. Entretanto, este método não quantifica a eficiência da lavagem e o regime de fluxo através da camisa do cilindro. Atualmente, a geração de motores a diesel de regime lento é crítica para entender e proporcionar uma medida para este processo alcançar um melhor equilíbrio entre sfoc e emissões de NCv

Aperfeiçoamentos nas capacidades de computação em relação a duas décadas passadas reduziram a necessidade de desenvolvimento de protótipos caros requeridos pelos fabricantes de motores a diesel para seu desenvolvimento de produto, à medida que todos os processos matemáticos e relações físicas necessárias entre os parâmetros do processo podem agora ser simulados em um computador com grandes capacidades de RAM e de velocidades de processamento. A Fluidodinâmica Computacional normalmente conhecida como CFD utilizada para prognosticar fluxos e dinâmicas de fluido é agora uma ferramenta de engenharia comum utilizada não somente no desenvolvimento de motores a diesel, mas em cada aspecto de engenharia. O uso de tais ferramentas no desenvolvimento de motores reduziu a necessidade de executar experimentos trabalhosos e demorados que de outra forma seriam necessários. Além disso, à medida que as ferramentas de simulação fornecem um melhor entendimento dos processos físicos ocorrendo dentro do cilindro, é possível obter metas ambiciosas, tal como aumentar a saída de potência a partir de um cilindro com dimensão fixa ao mesmo tempo em que simultaneamente reduzindo o fator de segurançaque diretamente se correlaciona com economia nos custos. Isto é possível à medida que o modelo está apto a predizer o tamanho e o formato da chama dentro do espaço de combustão, por exemplo, pela utilização de um combustível de referência para o qual são conhecidas as características de ignição.

É prática comum validar o modelo CFD com dados a partir de uma série de experimentos realizados em relação a um tipo particular de motor e então utilizar o mesmo como uma ferramenta de extrapolação para mapear outros diagramas de desenho do motor e monitorar sua performance. Entretanto, também é bem conhecido o fato de que a extrapolação linear simples não fornece necessariamente os resultados corretos. Um dos vários fatores que as ferramentas de simulação falham em prognosticar é a carga de calor nas partes quentes a partir da combustão baseado na qualidade do combustível em serviço. O projeto otimizado do motor funciona de forma satisfatória contanto que os parâmetros estejam dentro dos limites definidos pelo modelo CFD. Isto obviamente é uma ocorrência rara na prática, a não ser que os limites tenham sido estabelecidos de forma generosa considerando as influencias a partir da deterioração dos componentes com o passar do tempo ou pela manutenção ruim.

À medida que a tecnologia de motores a diesel está avançando no desenvolvimento termodinâmico com o uso de tais ferramentas analíticas, é essencial desenvolver técnicas de monitoramento que estarão aptas a prognosticar sua performance e identificar falhas no motor. Os parâmetros mais comuns utilizados para monitorar a performance termodinâmica de um motor são a pressão e a temperatura em vários pontos no ciclo. A técnica mais amplamente utilizada para monitorar a performance de motores a diesel é o registro de pressão x volume mencionado acima, uma tecnologia mais antiga do motor a diesel e normalmente referida como um cartão indicador. Ele é utilizado para calcular a potência indicada desenvolvida por um cilindro e quando utilizado com uma versão de mola fraca, visualiza o processo de troca de gás. O instrumento indicador é utilizado para obter um diagrama fora de fase, normalmente referido como "ficha de tração", queajuda a detectar falhas durante o período de injeção e de combustão. Esta técnica pode falhar ao indicar certas falhas no processo termodinâmico. Isto é devido a esta técnica se basear em medir pressão que é em função da temperatura e possui suas limitações quando ela é utilizada para monitorar motores a diesel atuais com baixa proporção de ar para combustível.

Isto pode ser explicado em termos simples, se a massa de ar e o volume forem mantidos constantes, então uma alteração de 100°C na temperatura máxima do ciclo irá alterar a pressão por um fator de 1,04, o qual é pequeno e não pode ser detectado em um diagrama indicador com certeza absoluta. Quando operando próximo das condições estequiométricas, a dissociação (uma reação endotérmica que divide os produtos de volta para re-agentes) acontece, a qual reduz a temperatura do ciclo. Portanto, alterações significativas na temperatura e subseqüentemente na pressão, não são observadas. Entretanto, no cilindro de um motor a diesel com proporção não-uniforme de ar para combustível através do cilindro, a taxa de combustão diminui em regiões onde a mistura ar/combustível é rica. Isto influencia o tamanho da chama e o período de combustão, aumentando a taxa de transferência de calor para os componentes da câmara de combustão.

Até agora, não é possível identificar tais falhas com os diagramas obtidos a partir dos instrumentos indicadores.

Para desenvolver uma nova técnica é essencial entender a interação entre um motor a diesel e sua carga na relação entre o tamanho da chama e a proporção de ar/combustível. Operar o motor mais próximo das condições de sobrecarga térmica irá reduzir a vida útil de operação dos componentes da câmara de combustão e pode causar falha catastrófica em alguns casos. É de consenso que certas condições anormais do cilindro não são prognosticadas pela temperatura média do gás de escape, a qual pode aumentar somente ligeiramente. Nos últimos anos tem sido visto um aumento nos problemas de funcionamento do pistão com uma alta incidência de desgaste da camisa do cilindro enquanto aumentando a saída de potência para as mesmas dimensões de cilindro. Vários fatores contribuem para o início do desgaste e a combustão inadequada é um deles.Assim, é um objetivo da invenção propor um sistema de monitoramento bem como um respectivo método que possa predizer a condição do cilindro antecipadamente para impedir a perda da camisa do cilindro e qualquer dano conseqüente para as unidades adjacentes. Em adição, é outro objetivo da invenção reduzir as margens de segurança em cada aspecto do projeto do motor a diesel por aperfeiçoar a confiabilidade e a disponibilidade ao mesmo tempo.

Ou seja, é um objetivo tornar disponível um grande motor a diesel de dois tempos aperfeiçoado possuindo intervalos de serviço mais longos, menor desgaste e uma utilização mais econômica de combustíveis e de materiais de operação, onde as emissões de NOx sejam consideravelmente reduzidas.

Os tópicos da invenção satisfazendo estes objetivos são caracterizados pelos aspectos das reivindicações independentes 1 e 8.

As reivindicações dependentes se relacionam com concretizações vantajosas particulares da invenção.

Assim, a invenção se relaciona com um sistema de monitoramento de performance de lavagem para otimizar um parâmetro do processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado. O motor a diesel grande inclui um pistão sendo disposto para ser móvel para frente e para trás em um cilindro ao longo de uma superfície de movimento entre o centro motor de baixo e um centro motor de cima, onde um combustível é alimentado para dentro do cilindro do motor a diesel grande por um bocal de injeção. Aberturas de ar de lavagem são pro-porcionadas em uma região de admissão do cilindro para o abastecimento de uma quantidade predeterminada de ar de lavagem bem como uma válvula de descarga que é proporcionada em uma cobertura do cilindro para a expulsão de um gás de combustão. No estado de operação, um ar fresco é absorvido por um turbocompressor de gás de escape e fornecido para o cilindro como o ar de lavagem em uma pressão predeterminada de ar de admissão via as aberturas de ar de lavagem, de modo que a mistura de gás de ignição é gerada no cilindro a partir do ar de lavagem e do combustível. Deacordo com a invenção, pelo menos um primeiro sensor de oxigênio e um segundo sensor de oxigênio é proporcionado na superfície de movimento do cilindro de modo a avaliar uma performance de lavagem no cilindro do grande motor a diesel.

É essencial para a presente invenção que pelo menos um sensor de oxigênio e um segundo sensor de oxigênio, e na prática, de preferência, vários sensores de oxigênio, sejam proporcionados na superfície de movimento do cilindro de modo a avaliar uma performance de lavagem no cilindro do motor a diesel grande.

Utilizando o método de acordo com a presente invenção, a proporção de ar capturado para combustível e as temperaturas máximas do ciclo dentro dos cilindros individuais podem ser localmente preditos para a primeira vez, permitindo monitorar o sistema de condição térmica como complemento para a técnica padrão de ficha indicadora que fornece uma indicação mais precisa da condição do cilindro. O sistema e o método de acordo com a presente invenção podem trabalhar independentes da técnica de ficha indicadora que, se necessário, pode óbvia e adicionalmente ser incorporada no sistema.

Como uma conseqüência, a lavagem aperfeiçoada no cilindro do motor é obtida, resultando em uma maior pureza no cilindro e uma melhor proporção de ar capturado para combustível, ou seja, em um valor X ideal da mistura de ar/combustível no cilindro. O efeito disto é uma duração otimizada da combustão que pode ser observada como menor temperatura do gás de escape e menores temperaturas dos componentes da câmara de combustão, diminuindo o risco de falha de componente e ao mesmo tempo aumentando o TBO (Tempo entre as revisões gerais).

Nesta conexão, é uma descoberta principal da presente invenção que os processos de lavagem que acontecem em um cilindro de um motor a diesel grande de regime lento longitudinalmente lavado estão acontecendo lento o suficiente de modo que sensores de oxigênio bem conhecidos, por exemplo, uma sonda X conhecida, podem ser utilizados para monitorar bem como o tempo determinado à medida que a posição determinada sealtera na proporção da mistura de ar/combustível no cilindro.

Ou seja, com respeito a um dado sensor de oxigênio proporcionado na superfície de movimento de um cilindro, o sensor de oxigênio pode monitorar as alterações na concentração de oxigênio no ar de lavagem dependendo do tempo na posição do sensor de oxigênio.

Por outro lado, se o primeiro sensor de oxigênio for colocado em uma dada primeira posição na superfície de movimento do cilindro e o segundo sensor de oxigênio for colocado em uma dada segunda posição na superfície de movimento do cilindro, o sistema de performance de lavagem de acordo com a presente invenção está apto a monitorar uma diferença na concentração de oxigênio no ar de lavagem entre a primeira posição do primeiro sensor de oxigênio e uma segunda posição do segundo sensor de oxigênio.

Utilizando mais do que dois sensores de oxigênio e colocando os mesmos, por exemplo, em uma admissão do cilindro, em particular em um receptor de admissão do cilindro, em uma saída do cilindro, em particular em um duto de gás de escape, e em adição, vários sensores de oxigênio de forma circunferencial, bem como ao longo de um eixo geométrico longitudinal na superfície de movimento do cilindro, um perfil resolvido de tempo e de posição do fluxo do ar de lavagem pode ser obtido e, por exemplo, um padrão resolvido de tempo e de posição da concentração de oxigênio no cilindro pode ser estabelecido e utilizado para otimizar uma variedade de parâmetros do processo do motor a diesel grande, tal como, consumo de combustível, emissões de NOx, temperatura e carga mecânica, e assim por diante.

Como já mencionado, em uma concretização especial que é muito importante na prática, vários sensores de oxigênio são proporcionados de forma circunferencial na superfície de movimento do cilindro, e/ou vários sensores de oxigênio são proporcionados ao longo de um eixo geométrico longitudinal do cilindro na superfície de movimento do cilindro.

Em adição, de modo a monitorar o fluxo do ar de lavagem a partir do receptor de admissão até o duto do gás de escape, um sensor de oxi-gênio de preferência é proporcionado em uma entrada próxima das aberturas de ar de lavagem, em particular, no receptor de admissão, e/ou um sensor de oxigênio adicional é proporcionado em uma saída do cilindro, em particular no duto de gás de escape e/ou em um coletor de gás de escape do motor a diesel grande.

Para gravar e avaliar os dados a partir dos sensores de oxigênio, um dispositivo de aquisição de dados é proporcionado para obter um sinal a partir do sensor de oxigênio, em particular, um sinal em tempo real de modo a quantificar a performance de lavagem em um cilindro, especialmente com respeito a um ângulo de manivela do motor a diesel grande.

O parâmetro do processo a ser otimizado no estado de operação pode ser a própria performance de lavagem, um processo de combustão, um consumo específico de óleo combustível, uma taxa de desgaste de componente, um parâmetro do processo termodinâmico do motor, um equilíbrio de potência entre dois cilindros, um equilíbrio de NOx - consumo específico de óleo combustível, um desenvolvimento de fumaça, um consumo de energia e/ou outro parâmetro de processo no processo de lavagem do motor a diesel grande, onde o parâmetro do processo de preferência é otimizado dependendo da performance de lavagem.

A invenção também se relaciona com um método para otimizar um parâmetro do processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado por um sistema de monitoramento de performance de lavagem. O motor a diesel grande de dois tempos inclui um pistão sendo disposto para mover de modo alternado em um cilindro ao longo de uma superfície de movimento entre um centro morto de baixo e um centro morto de cima. No estado de operação, um combustível é alimentado para o cilindro do motor a diesel grande por um bocal de injeção e as aberturas de ar de lavagem são proporcionadas em uma região de admissão do cilindro para o fornecimento de uma quantidade predeterminadade ar de lavagem e uma válvula de descarga é proporcionada em uma cobertura do cilindro para a expulsão de um gás de combustão, onde um ar fresco é captado por um turbocompressor de gás de escapamento e forneci-do para o cilindro como o gás de lavagem em uma pressão predeterminada de ar de admissão via as abertura de ar de lavagem, de modo que a mistura de gás de ignição é gerada no cilindro a partir do ar de lavagem e do combustível. De acordo com a presente invenção, uma concentração de oxigênio é detectada por um primeiro sensor de oxigênio e por um segundo sensor de oxigênio sendo proporcionados na superfície de movimento do cilindro e uma performance de lavagem no cilindro do motor a diesel grande é avaliada a partir da concentração de oxigênio.

Em uma primeira concretização, uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo de ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega em várias localizações no cilindro por vários sensores de oxigênio proporcionados de forma circunferencial na superfície de movimento do cilindro e/ou por vários sensores de oxigênio proporcionados ao longo de um eixo geométrico longitudinal do cilindro na superfície de movimento do cilindro.

Com respeito a uma concretização especial que é muito importante na prática, uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega por um sensor de oxigênio proporcionado em uma entrada para as aberturas de ar de lavagem, em particular, em um receptor de admissão e/ou é pega por um sensor de oxigênio proporcionado em uma saída do cilindro, em particular em um duto de gás de escape e/ou em um coletor de gás de escape.

De preferência, um sinal a partir do sensor de oxigênio, em particular, um sinal em tempo real, é adquirido por um dispositivo de aquisição de dados e a performance de lavagem em um cilindro é quantificada, especialmente com respeito a um ângulo de manivela do motor a diesel grande.

O parâmetro do processo a ser otimizado por um método de acordo com a presente invenção é a própria performance de lavagem, um processo de combustão, um consumo específico de óleo combustível, uma taxa de desgaste de componente, um parâmetro do processo termodinâmico do motor, um equilíbrio de potência entre dois cilindros, um equilíbrio de NOx - consumo específico de óleo combustível, um desenvolvimento de fumaça,um consumo de energia e/ou outro parâmetro de processo no processo de lavagem do motor a diesel grande, e/ou onde o parâmetro do processo é otimizado dependendo da performance de lavagem.

Com respeito a uma concretização especial, uma duração do fluxo de retorno ao redor das aberturas de ar de lavagem e/ou uma massa de gases residuais capturados no cilindro e/ou um tipo de regime de fluxo e/ou uma variação de ciclo para ciclo na performance de lavagem e/ou uma indicação de combustível não inflamado, é identificada pelo sistema de monitoramento de performance de lavagem.

A seguir, a invenção será explicada mais claramente com a ajuda dos desenhos, os quais apresentam:

A Figura 1 mostra esquematicamente um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado com um sistema de monitoramento de performance de lavagem de acordo com a invenção;

A Figura 2 mostra uma concretização preferida de um motor a diesel grande de dois tempos;

A Figura 3 mostra uma área de seção transversal ao longo de I -I de acordo com a Figura 2.

A Figura 1 apresenta uma ilustração esquemática para a explicação da cooperação dos diferentes componentes na construção em princípio de um grande motor a diesel com um sistema de turbocompressor de gás de escape, motor a diesel este que é formado como um motor a diesel grande de dois tempos com lavagem longitudinal e possuindo um sistema de monitoramento de performance de lavagem de acordo com a presente invenção. No dito a seguir, o sistema de monitoramento de performance de lavagem é referido com o número de referência 1.

O motor a diesel grande 2 como em princípio bem conhecido a partir do estado na técnica normalmente inclui, de uma maneira conhecida per se, vários cilindros 4 com uma válvula de descarga 8 disposta em uma cobertura do cilindro 9 do cilindro 4, e um pistão 3 sendo disposto para ser móvel para frente e para trás no cilindro 4 ao longo de uma superfície de movimento 5 entre um centro morto de baixo UT e um centro morto de cimaOT. As paredes do cilindro do cilindro 4 com a cobertura do cilindro 9 e o pistão 3 limitam um espaço de combustão 41 do cilindro 4 de uma maneira conhecida. Várias aberturas de ar de lavagem 6 são proporcionadas em uma região de admissão do cilindro 4, as quais são projetadas como aberturas de ar de lavagem 6. Dependendo da posição do pistão 3, as aberturas de ar de lavagem 6 são cobertas ou expostas pelo mesmo. O ar de lavagem 7 também denominado ar de admissão 7, pode fluir para dentro do espaço de combustão 41 do cilindro 4 através das aberturas de ar de lavagem 6. Os gases de combustão 10 ocorrendo durante a combustão, fluem através da válvula de descarga 8 disposta na cobertura do cilindro 9 através de um duto de gás de escape 14, o qual freqüentemente é projetado como um coletor de gás de escape 14 que une a válvula de descarga 8 com o turbocompressor de gás de escape 12.

De uma maneira conhecida per se, o turbocompressor de gás de escape 12 inclui como componentes essenciais um compressor com um ro-tor do compressor 121 para a compressão de ar fresco 11 e também uma turbina com um rotor da turbina 122 para acionar o rotor do compressor 121 que é de forma fixa conectado com o rotor da turbina 122 por um eixo. A turbina e o compressor são dispostos em uma caixa e formam o turbocompressor de gás de escape 12 que no presente caso é formado como um compressor radial no lado do compressor. A turbina é acionada pelos gases de combustão quentes 10 fluindo a partir do espaço de combustão do cilindro 4.

Para o carregamento da câmara de combustão 41 do cilindro 4 com o ar de lavagem 7, o ar fresco 11 é absorvido através do rotor do compressor 121 via uma manga de ar de admissão e é comprimido até uma pressão elevada no turbocompressor de gás de escape 12, o qual é alguma coisa maior do que a pressão do ar de admissão finalmente prevalecendo no cilindro 4. O ar fresco comprimido 11 sai do turbocompressor de gás de escape 12 como o ar de lavagem 7 através do difusor 1200 seguinte e do esfriador de ar de admissão 1201 via o separador de água 1202 e para dentro de um receptor de admissão 1203 que de preferência é formado como um espaço receptor 1203 e a partir de onde o ar fresco comprimido 11 como arde lavagem 7 finalmente passa através das aberturas de ar de lavagem 6 em pressão aumentada do ar de admissão para dentro do espaço de combustão 41 do cilindro 4.

De acordo com a presente invenção, um sistema de monitoramento de performance de lavagem 1 com um primeiro sensor de oxigênio 131 e com um segundo sensor de oxigênio 132 é proporcionado na superfície de movimento 5 do cilindro 4 de modo a avaliar uma performance de lavagem no cilindro 4 do motor a diesel grande 2.

Pela Figura 2 e Figura 3, uma concretização preferida de um motor a diesel grande de dois tempos, que é muito importante na prática, é exibida. A Figura 3 é uma área de seção transversal ao longo da linha I - I de acordo com a Figura 2.

Por razões de simplicidade, somente um cilindro 4 do motor a diesel grande 2 é exibido. O cilindro 4 possui uma cobertura do cilindro 9 e um pistão 3 sendo disposto para ser móvel indo e vindo no cilindro 4 ao longo de uma superfície de movimento 5, como bem conhecido no estado da técnica. As paredes do cilindro do cilindro 4 com a cobertura do cilindro 9 e o pistão 3 limitam um espaço de combustão 41 do cilindro 4 de maneira conhecida. Várias aberturas de ar de lavagem 6 são proporcionadas em uma região de admissão do cilindro 4, as quais são projetadas como aberturas de ar de lavagem 6. O ar de lavagem 7 flui no estado de operação para fora do espaço receptor 1203, o qual recebe o ar de lavagem 7 a partir do turbo-compressor de gás de escape 12 (não apresentado na Figura 2) através das aberturas de ar de lavagem 6 para dentro do espaço de combustão 41 do cilindro 4. Os gases de combustão 10 ocorrendo durante a combustão, fluem através da válvula de descarga 8 disposta na cobertura do cilindro 9 através de um duto de gás de escapamento 14, o qual liga a válvula de descarga 8 com o turbocompressor de gás de escape 12.

Com respeito à concretização preferida da Figura 2 e da Figura 3, respectivamente, uma concentração de oxigênio e/ ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem 7 e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega em várias localizações no cilindro 4 por vários sensores de oxigênio130, 131, 132 proporcionados tanto de forma circunferencial na superfície de movimento 5 do cilindro 4, como apresentado na Figura 3, como ao longo do eixo geométrico longitudinal A do cilindro 4 na superfície de movimento 5, como pode ser visto a partir da Figura 2. Em adição, um sensor de oxigênio 130 é proporcionado nas aberturas de ar de lavagem 7 dentro do espaço receptor 1203 e no duto de gás de escape 14.

Utilizando um sistema de monitoramento de performance de lavagem de acordo com a Figura 2 e com a Figura 3, o fluxo do ar de lavagem 7, a partir do receptor de admissão 1203, através do cilindro 4 e para o duto de gás de escape 14, pode ser monitorado por cada sensor de oxigênio 130, 131, 132 em tempo real, de modo que um padrão resolvido de tempo e de posição da concentração de oxigênio e/ou do fluxo no cilindro, pode ser estabelecido e utilizado para otimizar vários parâmetros do processo do motor a diesel grande, tal como, consumo de combustível, emissões de NOx, temperatura e carga mecânica e assim por diante.

Para completar a discussão, os antecedentes técnicos e o conceito do sistema de monitoramento de performance de lavagem de acordo com a presente invenção são resumidos como dito a seguir.

Todos os motores a diesel de dois tempos de baixo regime de velocidade dependem do diferencial de pressão entre o coletor de ar de lavagem e de escape para limpar o cilindro de produtos da combustão e carregar o mesmo com ar fresco para combustão no ciclo seguinte. É a otimização deste processo de troca de gás que é crucial para obter uma melhor troca entre consumo específico de óleo combustível e NOx durante testes de protótipo e de serviço. Na presente geração de motores a diesel de regime de baixa velocidade, a deficiência parcial do processo de troca de gases poderia resultar em menores TBOs e em alguns casos, em falha de componente. A avaliação do processo de troca de gases junto com outros parâmetros do processo irá proporcionar uma indicação da performance termodinâmica do motor. Os parâmetros mais comuns utilizados para monitorar a performance termodinâmica de um motor são pressão e temperatura em vários pontos no ciclo.A técnica mais amplamente utilizada no estado da técnica para monitorar a performance de motores a diesel é um registro de pressão/volume, uma tecnologia mais antiga do que o motor a diesel, e normalmente referida como ficha indicadora. Nos atuais motores a diesel de regime de baixa velocidade, ela falha em indicar certas falhas no processo termodinâmico que são críticas para a performance do motor durante teste e em serviço. O sistema de monitoramento de performance de lavagem utiliza uma série de sensores de oxigênio para avaliar a performance de lavagem de um motor. Os sensores para o sistema serão medidos em um ou múlti-pios pontos em um cilindro individual ou em todos os cilindros do motor:

1. na admissão para as aberturas de ar de lavagem;

2. de forma circunferência na camisa;

3. ao longo do curso da camisa;

4. na saída a partir do cilindro.

Desse modo, o sistema de monitoramento de performance de lavagem da presente invenção será utilizado para identificar os seguintes parâmetros do processo no processo de lavagem:

1. a duração do retorno de fluxo ao redor das aberturas durante o início do processo de lavagem;

2. massa de gases residuais capturados no cilindro no instante que a válvula de escape fecha, isto é, a pureza do cilindro no início da compressão;

3. tipo de regime de fluxo, isto é, perfil de fluxo em pistão, mistura perfeita e/ou curto-circuito através do cilindro e sua duração em função de ângulo de manivela ou da fração aberta da abertura e da válvula de escape;

4. variações de ciclo para ciclo na performance de lavagem em um cilindro individual ou em múltiplos cilindros;

5. indicação de combustão estendida no cilindro e combustível não queimado no gás de escape;

6. perfil da assinatura de oxigênio pega a partir de múltiplas localizações irá fornecer uma indicação de qualquer pulsação no fluxo através do cilindro.Os sinais em tempo real a partir dos sensores serão obtidos por um sistema de aquisição de dados com respeito ao ângulo de manivela do motor e avaliados para quantificar a performance de lavagem. O sistema pode ser utilizado em particular para as seguintes aplicações:

1. monitoramento e otimização do processo de combustão na cama de teste e em serviço;

2. otimização de consumo específico de óleo combustível

3. otimização de taxa de desgaste de componentes durante o projeto e nova otimização na medição de desgaste de componente em tempo real em serviço;

4. otimização de parâmetros do processo termodinâmico do motor com diferentes classes de combustível encontrados durante o serviço;

5. monitoramento de performance de motores em áreas de teste e em serviço;

6. equilíbrio de potência entre os cilindros;

7. otimização de equilíbrio de NOx - sfoc;

8. obter operação sem fumaça;

9. economia de energia com o motor como parte de uma central elétrica maior.

É para ser entendido que todas as concretizações de acordo com a invenção descritas neste pedido são para serem entendidas meramente a título de exemplo e em particular, todas as concretizações como descritas ou óbvias dentro do contexto da presente invenção, podem ser proporcionadas sozinhas ou em todas as combinações adequadas em exemplos especiais de concretizações de acordo com a invenção, de modo que todas as combinações adequadas das concretizações descritas nesta invenção são incluídas e cobertas pela presente invenção.

Claims

1. Sistema de monitoramento de performance de lavagem para otimizar um parâmetro de processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado (2), possuindo um pistão (3) sendo dispostos para serem móveis indo e vindo em um cilindro (4) ao longo de uma superfície de movimento (5) entre um centro morto de baixo (UT) e um centro morto de cima (OT), em que um combustível é alimentado para dentro do cilindro (4) do motor a diesel grande (2) por um bocal de injeção e aberturas de ar de lavagem (6) são proporcionada em uma região de admissão do cilindro (4) para o fornecimento de uma quantidade predeterminada de ar de lavagem (7) e uma válvula de descarga (8) é proporcionada em uma cobertura do cilindro (9) do cilindro (4) para a expulsão de gás de combustão (10), em que no estado de operação, um ar fresco (11) é absorvido por um turbocompressor de gás de escape (12) e fornecido para o cilindro (4) como o ar de lavagem (7) em uma pressão predeterminada de ar de admissão via as aberturas de ar de lavagem (6), de modo que uma mistura de gás de ignição é gerada no cilindro (4) a partir do ar de lavagem (7) e do combustível, caracterizado pelo fato de que pelo menos um primeiro sensor de oxigênio (130, 131) e um segundo sensor de oxigênio (130, 132) são proporcionados na superfície de movimento (5) do cilindro (4) de modo a avaliar uma performance de lavagem no cilindro (4) do motor a diesel grande (1).

2. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, de acordo com a reivindicação 1, em que vários sensores de oxigênio (130, 131, 132) são proporcionados de forma circunferencial na superfície de movimento (5) do cilindro (4).

3. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que vários sensores de oxigênio (130, 131, 132) são proporcionados ao longo de um eixo geométrico longitudinal (A) do cilindro (4) na superfície de movimento (5) do cilindro (4).

4. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que um sensor de oxigênio (130) é proporcionado em uma entrada para as aberturas de ar de lavagem (6), em particular, em um receptor de admissão (1302).

5. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que um sensor de oxigênio (130) é proporcionado em uma saída do cilindro (14), em particular, em um duto de gás de escape (4) e/ou em um coletor de gás de escape (14).

6. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que um dispositivo de aquisição de dados (1000) é proporcionado para adquirir um sinal a partir do sensor de oxigênio (130, 131, 132), em particular, um sinal em tempo real, de modo a quantificar a performance de lavagem em um cilindro (4), especialmente com respeito a um ângulo de manivela do motor a diesel grande (2).

7. Sistema de monitoramento de performance de lavagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que o parâmetro do processo é a própria performance de lavagem, um processo de combustão, um consumo específico de óleo combustível, uma taxa de desgaste de componente, um parâmetro do processo termodinâmico do motor, um equilíbrio de potência entre dois cilindros (4), um equilíbrio de NOx - consumo específico de óleo combustível, um desenvolvimento de fumaça, um consumo de energia e/ou outro parâmetro do processo no processo de lavagem do motor a diesel grande (2), e/ou em que o parâmetro do processo é otimizado dependendo da performance de lavagem.

8. Método para otimizar um parâmetro de processo no processo de lavagem de um motor a diesel grande de dois tempos longitudinalmente lavado (2) por um sistema de monitoramento de performance de lavagem (1), em que o motor a diesel grande de dois tempos (2) inclui um pistão (3) sendo disposto a ser móvel indo e vindo em um cilindro (4) ao longo de uma superfície de movimento (5) entre um centro morto de baixo (UT) e um centro morto de cima (OT), e em que um combustível é alimentado para dentrodo cilindro (4) do motor a diesel grande (2) por um bocal de injeção e aberturas de ar de lavagem (6) são proporcionada em uma região de entrada do cilindro (4) para o fornecimento de uma quantidade predeterminada de ar de lavagem (7) e uma válvula de descarga (8) é proporcionada em uma cobertura do cilindro (9) do cilindro (4) para a expulsão de um gás de combustão (10), em que no estado de operação, um ar fresco (11) é absorvido por um turbocompressor de gás de escape (12) e fornecido para o cilindro (4) como o ar de lavagem (7) em uma pressão predeterminada de ar de admissão via as aberturas de ar de lavagem (6), de modo que uma mistura de gás de ignição é gerada no cilindro (4) a partir do ar de lavagem (7) e do combustível, caracterizado pelo fato de que uma concentração de oxigênio é detectada por um primeiro sensor de oxigênio (130, 131) e por um segundo sensor de oxigênio (130, 132) sendo proporcionados em uma superfície de movimento (5) do cilindro (4) e uma performance de lavagem no cilindro (4) do motor a diesel grande (1) é avaliada a partir da concentração de oxigênio.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega em várias localizações no cilindro (4) por vários sensores de oxigênio (130, 131, 132) proporcionados de forma circunferencial na superfície de movimento (5) do cilindro (4).

10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, em que uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega em várias localizações no cilindro (4) por vários sensores de oxigênio (130, 131, 132) proporcionados ao longo de um eixo geométrico longitudinal (A) do cilindro (4) na superfície de movimento (5) do cilindro (4).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, em que uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pega por um sensor de oxigênio (130) proporcionado em uma entrada para as aberturas de ar de lavagem (6), em particular, em um receptor de entrada (1302).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a-11, em que uma concentração de oxigênio e/ou uma pulsação de um fluxo do ar de lavagem e/ou um perfil de uma assinatura de oxigênio é pego por um sensor de oxigênio (130) proporcionado em uma saída do cilindro (4), em particular, em um duto de gás de escape (14) e/ou em um coletor de gás de escape (14).

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, em que um sinal a partir do sensor de oxigênio (130, 131, 132), em particular, um sinal em tempo real, é adquirido por um dispositivo de aquisição de dados (1000) e a performance de lavagem em um cilindro (4) é quantificada, especialmente com respeito a um ângulo de manivela do motor a diesel grande.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, em que o parâmetro do processo é a própria performance de lavagem, um processo de combustão, um consumo específico de óleo combustível, uma taxa de desgaste de componente, um parâmetro do processo termodinâmico do motor, um equilíbrio de potência entre dois cilindros (4), um equilíbrio de NOx - consumo específico de óleo combustível, um desenvolvimento de fumaça, um consumo de energia e/ou outro parâmetro do processo no processo de lavagem do motor a diesel grande (2), e/ou em que o parâmetro do processo é otimizado dependendo da performance de lavagem.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, em que uma duração de um retorno de fluxo ao redor das aberturas de ar de lavagem (6) e/ou uma massa dos gases residuais capturados no cilindro (4) e/ou um tipo de regime de fluxo e/ou uma variação de ciclo para ciclo na performance de lavagem e/ou uma indicação de combustível não queimado, é identificado pelo sistema de monitoramento de performance de lavagem.