CN102635437A - 两冲程内燃机和用于使其工作的方法 - Google Patents

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Abstract

两冲程内燃机，具有多个可在柴油运行中工作的气缸，每个气缸包括气缸套，气缸套带有可在其内移动的活塞，给气缸套的下区段配设增压空气入口，当活塞在下止点或与下止点相邻的位置区域中打开增压空气入口时，增压空气可经由增压空气入口引入到由气缸套限定的燃烧室中，每个气缸的上区段配设至少一个废气排出阀和至少一个主喷射器，主喷射器用于在压力相对高的情况下输送柴油运行用的燃料，气缸可替代于柴油运行而在燃气运行中工作，为此给每个气缸配设至少一个燃气入口，当活塞处于下止点和/或与下止点相邻的位置区域中时，通过燃气入口可把燃气运行用的燃料引入到相应气缸中，从而可在压力相对小的情况下把燃气运行用的燃料引入到增压空气中。

Description

两冲程内燃机和用于使其工作的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的两冲程内燃机。本发明还涉及一种根据权利要求8的前序部分的用于使得两冲程内燃机工作的方法。
背景技术
由DE 20 2004 002 185 U1已知一种适合于柴油运行的具有多个气缸的两冲程内燃机。每个气缸都有一个气缸套，其带有可在气缸套内移动的活塞，其中活塞安装在活塞杆上，活塞杆与曲轴的轴颈通过横梁（Querhaupt）和连接杆而连接。按照该现有技术，给每个气缸的气缸套的下区段配设也称为扫气口（Spülluft?ffnung）的增压空气入口，其中当相应气缸的活塞在其下止点或者在其与活塞的下止点相邻的位置区域打开相应的增压空气入口时，增压空气可经由增压空气入口引入到相应气缸的由相应气缸的气缸套限定的燃烧室中。此外由该现有技术还已知，每个气缸的上区段，特别是相应气缸的气缸套的上区段或者封闭气缸套的气缸盖，一方面配设有至少一个用于废气的排出阀，另一方面配设有至少一个用于输送柴油运行用的燃料的主喷射器，其中通过所述或每个主喷射器，可在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对高的情况下，把柴油运行用的燃料引入到已压缩的增压空气中，即使活塞处于其与活塞的上止点相邻的位置区域中。柴油运行用的燃料进行自动点火。
这种适合于柴油运行的两冲程内燃机在柴油运行中特别是使用重油作为燃料，且通常作为所谓的大型柴油内燃机应用在集装箱船等上，这种两冲程内燃机在运行中排出相当多的氮氧化物和炭黑，致使因这种两冲程内燃机而难以遵守严格的排放物极限值。因而需要有一种两冲程内燃机能排出少量的氮氧化物和炭黑，进而也能遵守严格的排放物极限值。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提出一种新型两冲程内燃机和一种用于使其工作的方法。
该目的通过一种根据权利要求1的两冲程内燃机得以实现。根据本发明，气缸除了柴油运行外，也可替代地在纯燃气运行中工作，其中为此给每个气缸都配设至少一个燃气入口，当相应气缸的活塞处于其下止点和/或与活塞的下止点相邻的位置区域中时，通过所述燃气入口可把燃气运行用的燃料特别是天然气引入到相应的气缸中，从而可在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对小的情况下把燃气运行用的燃料引入到增压空气中。
本发明的两冲程内燃机因而不仅可用于柴油运行工作，而且除了柴油运行外，也可替代地在纯燃气运行中工作。在燃气运行中，特别是可以把天然气用作燃料，这种燃料能比例如重油更为清洁地燃烧，因而在燃气运行中相比于柴油运行能显著地减少两冲程内燃机的排放物。
为了保证燃气运行，给每个气缸都配设至少一个燃气入口，即当相应气缸的活塞处于其下止点和/或与活塞的下止点相邻的位置区域中时，通过所述燃气入口可把燃气运行用的燃料引入到相应的气缸中。可在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对小的情况下把燃气运行用的燃料引入到增压空气中。
这具有如下优点：在压力相对小的情况下在相应气缸的燃烧室中形成燃气运行用的混合物，从而燃气运行用的燃料在气缸之外由此不必压缩到高压。燃气运行用燃料的燃料供应系统于是只需提供相对小的压力，该燃料供应系统由此相比于如下燃料系统必须满足较小的安全要求，且在技术设计上更为简单：所述燃料供应系统以相对高的喷射压力工作，且类似于柴油运行用的燃料，可在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对高的情况下，与相应气缸的活塞的上止点相邻地把燃气运行用的燃料引入到燃烧室中。
燃气运行用的燃料可通过燃气入口引入到相应的气缸中，优选所述或每个燃气入口配属于相应气缸的气缸套的下区段。
当所述或每个燃气入口配属于气缸套的下区段时，所述一个或多个燃气入口在相应气缸的已配设有至少一个排出阀和至少一个主喷射器的区域中不占用安装空间，由此简化了在构造上对本发明的实施。
根据本发明的一种有利的改进方案，每个气缸还配设有至少一个辅助喷射器（Pilotinjektor），在燃气运行中，为了对被压缩的燃气运行用的增压空气-燃料-混合物进行外源点火，在相应气缸的燃烧室中的压力相对高的情况下，可把柴油燃料通过所述辅助喷射器引入到燃气运行用的增压空气-燃料-混合物中。
在燃气运行中对增压空气-燃料-混合物的点火通过外源点火来进行，为此在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对高的情况下，把柴油燃料通过至少一个辅助喷射器引入到燃气运行用的增压空气-燃料-混合物中。相比于通过所述或每个针对柴油运行所存在的主喷射器，通过所述或每个辅助喷射器对外源点火所需要的柴油燃料进行更为精细的配给。由此可以精细地调节为了外源点火而通过所述或每个辅助喷射器引入的柴油燃料，由此在燃气运行中把排放物减少到最小值。
本发明的用于使得两冲程内燃机工作的方法在权利要求8中限定。
附图说明
本发明的优选改进方案可由从属权利要求和下面的说明得到。本发明的实施例将借助附图予以详述，但本发明不局限于这些实施例。附图示出：
图1为本发明的两冲程内燃机的第一实施例的示意图；
图2为图1的两冲程内燃机沿着图1的剖切线A-A剖切的示意性的横剖视图；和
图3为本发明的两冲程内燃机的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图1和2所示为本发明的两冲程内燃机10在其气缸11的区域中的示意图，其中两冲程内燃机10或其气缸11一方面可用于柴油运行工作，且除了柴油运行外，也可替代地在纯燃气运行中工作。本发明的两冲程内燃机10的每个气缸11都具有气缸套12，活塞13可移动地容纳在该气缸套中。活塞13在气缸套12中在其上止点与下止点之间来回移动。活塞13安装在活塞杆14上，且通过活塞杆14通常类似于DE 20 2004 002 185 U1作用在连接杆上，并通过该连接杆作用于曲轴的轴颈上。
由图1可见，气缸套12的下区段15配设有多个增压空气入口16。这些增压空气入口16在此沿着气缸套12的圆周分布。当相应气缸11的活塞13在其下止点或者在其与活塞13的下止点相邻的位置区域打开增压空气入口16时，增压空气可经由增压空气入口16引入到相应气缸的由相应气缸11的气缸套12限定的燃烧室17中，其中可经由增压空气入口16引入到相应气缸11的燃烧室17中的增压空气由一个（或者也可以由多个）未详细示出的废气涡轮增压器的增压空气汇集器18提供。
两冲程内燃机10的每个气缸11的上区段19，特别是气缸套12的上区段或者封闭气缸套12的气缸盖28，配设有至少一个用于废气的排出阀20和至少一个主喷射器21，主喷射器用来把柴油运行用的燃料输送到相应气缸11的燃烧室17中。
通过所述或每个主喷射器21，可在相应气缸11的燃烧室17中的压力相对高的情况下，把柴油运行用的燃料引入到已压缩的增压空气中，即使活塞13处于上止点或与上止点相邻的位置区域中。
在柴油运行中，柴油运行用的在高压下喷入到相应气缸11的燃烧室17中的燃料进行自动点火，其中特别是把重油用作柴油运行用的燃料。
本发明的两冲程内燃机即其气缸11，不仅可用于柴油运行工作，而且除了柴油运行外，还可替代地在燃气运行中工作。为此，每个气缸11都配设有至少一个燃气入口22，通过所述燃气入口可把燃气运行用的燃料特别是天然气引入到相应的气缸11中，即引入到相应气缸11的燃烧室17中，也就是按照本发明，当相应气缸11的活塞13处于其下止点和/或与活塞13的下止点相邻的位置区域中时，可在相应气缸11的相应燃烧室17中的压力相对小的情况下把燃气运行用的燃料引入到增压空气中。
因此，燃气运行用的燃料供应系统利用燃气运行燃料特别是天然气的相对小的喷射压力就足够了，因为如上所述，燃气运行用的燃料在活塞的下止点和/或与下止点相邻的位置区域中引入到相应的气缸中。燃气运行用的燃料供应系统由此只需满足较低的安全要求，也可以简单地像以前那样设计。
根据本发明的一种有利的改进，燃气运行用的燃料可通过燃气入口22引入到两冲程内燃机10的相应气缸11中，所述或每个燃气入口配属于相应气缸11的气缸套12的下区段29，即在图1和2的实施例中，每个燃气入口22都代替或占据一个增压空气入口16。气缸套12的下区段29于是相应于气缸套12的下区段15。
因而据图2所示的实施例，有三个沿着气缸套12的圆周分布的增压空气入口16改用作燃气入口22，也就是说，现在用作燃气入口22的每个增压空气入口16都配设有一个独立的燃气阀23。
燃气阀23优选插入到现在用作燃气入口22的增压空气入口16中，并与燃气通道24连接，该燃气通道在径向外部包围相应的气缸11或其气缸套12，燃气运行用的燃料可以从燃料供应系统25经由燃气通道被输送给燃气运行用的两冲程内燃机10。
配属于每个气缸11的燃气通道24与共同地用于全部气缸11的燃气运行用的燃料供应系统25通过燃气管路26连接。
不同于图1和2所示的实施例，也可以给每一个气缸11的燃气入口22均喷射一个共同的燃气阀，于是例如可以把该燃气阀整合到燃气管路26上。
当如图1和2的实施例中那样把一些增压空气入口16改用作燃气入口22时，尽管通过剩余的增压空气入口16可引入到相应气缸11的燃烧室17中的增压空气量略微减少，但按照本发明仍可花费较小的代价来改装已有的两冲程内燃机。为此只需把燃气阀23插入一些于是用作燃气入口22的增压空气入口16中，并与燃气运行用的燃料供应系统25耦接。
与柴油运行相反，燃气运行用的增压空气-燃料-混合物的点火并非通过其自动点火进行，而是通过外源点火来进行，为此还给每个气缸11配设至少一个辅助喷射器27，在燃气运行中，为了对压缩的增压空气-燃料-混合物进行外源点火，在相应气缸11的相应燃烧室17中的压力相对高的情况下，通过所述辅助喷射器可把柴油燃料引入到燃气运行的压缩的增压空气-燃料-混合物中。
在图1中，辅助喷射器27在此配属于气缸11的上区段19，其中与通过所述或每个主喷射器21相比，通过所述或每个辅助喷射器27能更为精细地配给燃料即柴油燃料。由此为了在燃气运行中对增压空气-燃料-混合物进行外源点火，可以给压缩的增压空气-燃料-混合物输送精确规定的少量柴油燃料，进而把外源点火所需要的柴油燃料量减少到绝对的最小值。由此也可以进一步减少燃气运行中的排放物。
图3示出了两冲程内燃机10′的第二实施例，其基本结构与图1和2的两冲程内燃机10相同，因而为避免不必要的重复，给相同的组件标上相同的附图标记。
下面仅针对图3的实施例与图1和2的实施例的区别细节予以介绍。有关所有其余细节，参见就图1和2的实施例所做的说明。
在图3的实施例中，燃气入口22同样配属于相应气缸11的气缸套12的下区段29，但燃气入口22并非由改用的增压空气入口16所提供，而是在图3的实施例中以独立的燃气入口22存在，其直接在增压空气入口16上方进而在区段15上方引入到相应气缸11的气缸套12中。
这种设计方案具有如下优点：全部增压空气入口16都用来输送增压空气，从而经由增压空气入口16可引入到相应气缸11的燃烧室17中的增压空气量不会受到燃气入口22的限制。
这种设计方案的另一优点在于，于是在增压空气入口16被活塞13再次堵住时，燃气才经由所述或每个燃气入口22在燃烧室内的压力相对小的情况下引入到该燃烧室17中，因而决不会产生燃气经由增压空气入口16从燃烧室17进入到增压空气汇集器18的区域中的危险。然而在图1和2的实施例中同样也没有燃气从燃烧室17进入到增压空气汇集器18的区域中的危险。
本发明的内燃机10或10′因而既可在柴油运行中工作，又可在燃气运行中工作。
在两冲程内燃机10或10′的柴油运行中，在气缸11中的压力相对高且柴油运行用的增压空气-燃料-混合物自动点火的情况下，柴油运行用的燃料特别是重油被引入到已压缩的增压空气中，即通过相应气缸11的所述或每个主喷射器21被引入。
在两冲程内燃机10或10′的燃气运行中，在气缸11中的压力相对低的情况下，燃气运行用的燃料特别是天然气被引入到尚未压缩或仅略微压缩的增压空气中。
在柴油运行中，气缸11的燃气入口22不起作用，或者相应气缸11的所述或每个燃气阀23关闭。在柴油运行中，柴油运行用的燃料优选除了主喷射器21外还通过相应气缸11的所述或每个辅助喷射器27被引入到相应气缸11的燃烧室17中，以便由此防止辅助喷射器27在柴油运行中堵塞。
在燃气运行中，燃气入口22起作用，而气缸11的主喷射器21不起作用。在两冲程内燃机10或10′的燃气运行中，只有气缸11的辅助喷射器27起作用，以便为了对燃气运行用的被压缩的增压空气-燃料-混合物进行外源点火而把柴油燃料引入到气缸的燃烧室17中。用于外源点火的柴油燃料优选在相应气缸11的燃烧室中的压力高的情况下被引入到燃气运行的增压空气-燃料-混合物中。
因而根据本发明，在燃气运行中，燃气运行用的燃料特别是天然气在相应活塞13的下止点区域中或者与下止点相邻地被引入到相应的气缸11中。这点能以相对小的压力进行，因为当相应气缸11的活塞13处于其下止点区域中时，在相应气缸的燃烧室17内产生相对小的压力。此外，由此确保在活塞13朝向上止点移动情况下使得燃气运行用的燃料顺畅地分布在增压空气中，以便由此产生均匀的混合物，用于增压空气-燃料-混合物的点火。如已述，通过至少一个辅助喷射器27把用于外源点火的柴油燃料引入到燃气运行用的均匀的被压缩的增压空气-燃料-混合物中，即在相应活塞13的上止点区域中或者与上止点相邻地引入。
对于引入燃气运行用的燃料所需要的喷射压力仅略高于增压空气的压力，从而对燃气运行用的燃料供应系统25的安全要求低。
燃气入口22和燃气阀23在气缸11的气缸套12的下区段15或29中的几何布置方式具有如下优点：所述或每个排出阀20、所述或每个主喷射器21以及所述或每个辅助喷射器27已经位于相应气缸11的上区段19中，该上区段中，无需其它安装空间用来引入燃气运行用的燃料，特别是用来引入天然气。
附图标记清单
10、10′ 两冲程内燃机
11 气缸
12 气缸套
13 活塞
14 活塞杆
15 下区段
16 增压空气入口
17 燃烧室
18 增压空气汇集器
19 上区段
20 排出阀
21 主喷射器
22 燃气入口
23 燃气阀
24 燃气通道
25 燃料供应系统
26 燃气管路
27 辅助喷射器
28 气缸盖
29 下区段

Claims (10)

1. 一种两冲程内燃机，具有多个可在柴油运行中工作的气缸（11），其中每个气缸（11）都包括气缸套（12），气缸套带有可在气缸套（12）内移动的活塞（13），其中给每个气缸（11）的气缸套（12）的下区段（15）都配设增压空气入口（16），当相应气缸（11）的活塞（13）在其下止点或者在其与活塞（13）的下止点相邻的位置区域中打开相应的增压空气入口（16）时，增压空气可经由增压空气入口引入到相应气缸的由相应气缸（11）的气缸套（12）限定的燃烧室中，其中每个气缸（11）的上区段（19）配设有至少一个用于废气的排出阀（20）和至少一个主喷射器（21），主喷射器用于在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对高的情况下把柴油运行用的燃料特别是重油输送到已压缩的增压空气中，其特征在于，气缸（11）除了柴油运行外，也可替代地在纯燃气运行中工作，其中为此给每个气缸都配设至少一个燃气入口（22），当相应气缸的活塞处于其下止点和/或与活塞（13）的下止点相邻的位置区域中时，通过所述燃气入口可把燃气运行用的燃料特别是天然气引入到相应的气缸（11）中，从而可在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对小的情况下把燃气运行用的燃料引入到增压空气中。
2. 如权利要求1所述的两冲程内燃机，其特征在于，燃气运行用的燃料可通过燃气入口引入到相应的气缸（11）中，所述或每个燃气入口（22）配属于相应气缸（11）的气缸套（12）的下区段（29）。
3. 如权利要求2所述的两冲程内燃机，其特征在于，燃气运行用的燃料可通过燃气入口引入到相应的气缸（11）中，所述或每个燃气入口（22）分别代替或占据一个增压空气入口（16），增压空气可经由增压空气入口引入到相应气缸的由相应气缸的气缸套（12）限定的燃烧室中。
4. 如权利要求2所述的两冲程内燃机，其特征在于，燃气运行用的燃料可通过燃气入口引入到相应的气缸（11）中，所述或每个燃气入口（22）在增压空气入口（16）的上方伸入到相应气缸的气缸套（12）中，增压空气可经由增压空气入口引入到相应气缸的由相应气缸的气缸套限定的燃烧室中。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的两冲程内燃机，其特征在于，每个气缸的每个燃气入口（22）都配设有一个独立的燃气阀（23）。
6. 如权利要求1-4中任一项所述的两冲程内燃机，其特征在于，每个气缸的全部燃气入口（22）都配设有一个共同的燃气阀。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的两冲程内燃机，其特征在于，每个气缸（11）还配设有至少一个辅助喷射器（27），在燃气运行中，为了对被压缩的增压空气-燃料-混合物进行外源点火，在相应气缸（11）的相应燃烧室（17）中的压力相对高的情况下，可把柴油燃料通过所述辅助喷射器引入到增压空气-燃料-混合物中。
8. 一种用于使得具有多个气缸的两冲程内燃机特别是根据权利要求1-7中任一项的两冲程内燃机的工作的方法，其中在两冲程内燃机的柴油运行中，在气缸中的压力相对高且增压空气-燃料-混合物自动点火的情况下，把柴油运行用的燃料特别是重油引入到已压缩的增压空气中，其特征在于，在燃气运行中，在气缸中的压力相对低的情况下，把燃气运行用的燃料特别是天然气引入到尚未压缩或仅略微压缩的增压空气中。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，在燃气运行中，为了对增压空气-燃料-混合物进行外源点火，在相应气缸的相应燃烧室中的压力相对高的情况下，把柴油燃料引入到增压空气-燃料-混合物中。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在柴油运行中，在燃气入口不起作用的情况下，把柴油运行用的燃料通过主喷射器优选还通过辅助喷射器引入到气缸中，而在燃气运行中，在主喷射器不起作用的情况下，把燃气运行用的燃料通过燃气入口引入到气缸中，且为了进行外源点火，把柴油燃料通过辅助喷射器引入到气缸中。
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