CN104271926B - 用于操作双燃料发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前从双燃料往复式发动机的气体接收器(9)中去除过量空气的方法，所述双燃料往复式发动机包括供各发动机气缸(1)用的独立的供气阀(17)，所述供气阀(17)被布置成在气体模式下操作期间将气态燃料从所述气体接收器(9)供应到发动机气缸(1)的进气口(10)。在所述方法中，液体燃料被供应到所述气缸(1)中，气态燃料从气体源(8)经由进气管路(12)被供应到所述气体接收器(9)中。在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前，打开至少一个供气阀(17)以从所述气体接收器(9)中去除空气。

Description

用于操作双燃料发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前从双燃料往复式发动机的气体接收器中去除过量空气的方法。本发明还涉及用于双燃料发动机的供气系统。
背景技术
双燃料发动机通常可在两种模式下操作。在液体燃料模式下，在燃烧期间将诸如柴油燃料的液体燃料作为唯一能源直接注入发动机气缸或预燃烧室中。在气体模式下，将诸如天然气的气态燃料与空气在气缸的进气口中混合，并且为了点燃空气和气态燃料的混合物而将少量的液体引燃燃料注入气缸或预燃烧室中。在气体模式下，将气态燃料经由气体注入阀注入进气口中，气体注入阀定位在气体接收器和各气缸的进气口之间。在一些双燃料发动机中，在液体引燃燃料之前或之后将气态燃料直接注入气缸中。
当双燃料发动机正在液体燃料模式下运行时，发动机增压空气可经由气体注入阀泄漏到气体接收器中。为了在切换至气体模式之前从气体接收器中去除过量增压空气，气体接收器设置有气体通气阀，积聚的增压空气可经由气体通气阀被排放到大气。在排放增压空气期间，也有一些气态燃料逸出到大气。由于未燃尽的甲烷是强温室气体，因此期望将逸出甲烷的量降至最低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前从双燃料发动机的气体接收器中去除过量空气的改进方法。本发明的目的还在于提供一种改进的用于双燃料发动机的供气系统。
本发明的目的可通过相应的方法和系统来实现。
双燃料往复式发动机包括供各发动机气缸用的独立的供气阀，所述供气阀被布置成在气体模式下操作期间将气态燃料从所述气体接收器供应到发动机气缸的进气口。在根据本发明的所述方法中：液体燃料被供应到发动机气缸中，气态燃料从气体源经由进气管路被供应到所述气体接收器中。在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前，打开至少一个供气阀以从所述气体接收器中去除空气。
根据本发明的供气系统包括：气体接收器，其用于从气体源接收气态燃料；进气管路，其用于将气体从所述气体源供应到所述气体接收器，所述进气管路设置有断流阀，所述断流阀用于连接和关断所述气体源和所述气体接收器之间的流动连通。所述供气系统还包括供各发动机气缸用的独立的供气阀，其中，所述供气阀被布置成在气体模式下操作期间将气态燃料从所述气体接收器供应到所述气缸的进气口，所述供气系统还包括控制单元，所述控制单元被构造成，在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前，打开所述断流阀，并且打开至少一个供气阀，以从所述气体接收器中去除空气。
通过本发明，可减少释放到大气的甲烷量。作为替代，在发动机的燃烧过程中利用甲烷。根据本发明的系统可被容易地安装或装配于双燃料发动机，这是因为只需要对现有系统进行少量改装。
附图说明
在下文中，将参照附图通过示例的方式描述本发明，其中：
图1示意性示出用于双燃料发动机的供气系统，其中，气缸布置成单组。
图2示意性示出用于双燃料发动机的供气系统，其中，气缸布置成两组。
图3示意性示出用于双燃料发动机的另一个供气系统，其中，气缸布置成两组。
图4示意性示出用于双燃料发动机的第三个供气系统，其中，气缸布置成两组。
具体实施方式
附图示出双燃料往复式发动机4的供气系统7。双燃料发动机可在两种模式下操作。在液体燃料模式下，在燃烧期间将诸如柴油或重燃油的液体燃料作为唯一能源直接注入发动机的气缸1中。在气体模式(或双燃料模式)下，将诸如天然气的气态燃料与燃烧空气在气缸1的进气口10中混合，并且为了点燃空气和气态燃料的混合物而将少量的液体引燃燃料注入气缸1中。通常，气体模式下的引燃燃料消耗少于总燃料消耗的5％。双燃料发动机可在发动机操作期间从气体模式切换至液体燃料模式，反之亦然。
发动机4是大型往复式发动机，其可在轮船中和/或发电站中被用作产生电和/或热的主发动机和/或辅助发动机。发动机是中速四冲程发动机。发动机的旋转速度是300-1200rpm。发动机的气缸1可布置成单组11(图1的实施方式)或布置成形成V构造的两组11、11'(图2至图4的实施方式)。
发动机4包括供气系统7，供气系统7用于将来自诸如气罐的气体源8的气态燃料供应到气缸1中。供气系统7包括用于从气体源8接收气态燃料的气体接收器9。气体接收器9用于在将气态燃料导入气缸1的进气口10之前存储气态燃料。气体接收器9可以是细长的罐，与气缸组11、11'平行。供气系统7还包括用于将气体源8连接到气体接收器9的进气管路12。进气管路12设置有断流阀13，断流阀13用于连接和截断气体源8和气体接收器9之间的流动连通。
供气系统7还包括供各气缸1用的独立的供气阀17。供气阀17被布置成在发动机的气体模式操作期间将气态燃料从气体接收器9供应到气缸的进气口10中。供气系统7包括通气管路19，通气管路19用于从气体接收器9排放气态燃料和/或用于将气体接收器9降压。通气管路19设置有通气阀18，通气阀18用于允许和防止从气体接收器9排放气态燃料。气体供应系统7包括控制单元20，控制单元20被构造成以所需方式来操作断流阀13和供气阀17。
当发动机在液体燃料模式下操作时，通过打开通气阀18并且保持断流阀13关闭来将气体接收器9降压。当气体接收器9中的压力降低至所需水平时，通气阀18关闭。在液体燃料模式下操作期间，液体燃料被直接供应到气缸1中。在从液体燃料模式切换成气体模式之前，必须去除经由气体供应阀17泄漏到气体接收器9中的空气。在液体燃料模式下操作期间执行空气去除，使得断流阀13打开，此后打开至少一个供气阀17，以从气体接收器9中去除空气。当供气阀17打开时，空气经由进气口10从气体接收器9流入气缸1中。同时，用经由进气管路12从气体源8引导出的气态燃料填充气体接收器9。
根据本发明的实施方式，位于气缸组11、11'的纵向中点和气缸组11、11'的距离进气管路12的供气点16最远的那个端部5、5'之间的气缸1的至少一个供气阀17被打开，以从气体接收器9中去除过量空气。
通常，距离进气管路12的进气点16最远的那个进气阀17被打开。为了增强从气体接收器9中去除空气的效果，距离供气管路12的供气点16第二远的那个供气阀17可另外地或另选地被打开。如果气缸1被布置成两组11、11'，则在从气体接收器9中去除空气期间，其供气阀17可被打开的气缸1位于两个气缸组11、11'的相同端部5、5'。
在根据本发明的实施方式中，供气阀17和供气点16之间的距离是沿着气体接收器9中的气体流动路径限定的。因此，例如，在图4的实施方式中，第二气缸组11'的第一端6'处的气缸1的供气阀17距离进气管路12的供气点16最远。
控制单元20被构造成监控在从气体接收器9中去除空气期间其供气阀17被打开的气缸1中的燃烧事件。当监控表明从气体接收器9中排放的气态燃料具有低于预定水平的空气浓度时，发动机准备好将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式。燃烧事件的监控可以基于所述气缸1的爆震水平和/或气缸压力和/或废气温度测量来进行。控制单元20从所述气缸1的爆震传感器2和/或气缸压力传感器3和/或废气温度传感器接收信号并且用这些信号确定爆震水平和/或气缸压力和/或废气温度。爆震水平的下降以及气缸压力和废气温度的升高表明从气体接收器9排放的气态燃料中的空气含量降低。当爆震水平和/或气缸压力和/或废气温度达到预定值时，气态燃料中的空气含量低于预定水平。此时，发动机准备好将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式。可通过实验来定义气态燃料中的空气含量与爆震水平、气缸压力和废气温度之间的关联性。
另选地，在从气体接收器9中去除空气期间，可将供气阀17保持打开预定的时间段。在这个时间段之后，发动机准备好将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式。
在图1的实施方式中，进气管路12连接到气体接收器9的第一端14。因此，进气管路12的供气点16位于气体接收器9的第一端14。通气管路19连接到气体接收器9的第二端15。在从气体接收器9中去除空气期间其供气阀17被打开的气缸1位于气缸组11的第二端5。第二端5比气缸组11的第一端6更远离供气点16。另外，在从气体接收器9中去除空气期间，距离供气点16第二远的气缸1的供气阀17可被打开。以此方式，可增强气体接收器9中的空气去除。
在图1中示出的实施方式中，进气管路12的供气点16可位于气体接收器9的第一端14和第二端15之间，例如，位于气缸组11中间的两个气缸1的供气阀17之间。在这种情况下，在去除空气期间，气缸组11的第一端5和第二端6二者处的气缸1的燃料供应阀17被打开。
图2公开了气缸1布置成形成V构造的两组11、11'的实施方式。供气系统7包括气体接收器9，气体可从气体接收器9被导入第一气缸组11和第二气缸组11'二者的气缸1中。气体接收器9布置在气缸组11和11'之间。进气管路12连接到气体接收器9的第一端14。因此，进气管路12的供气点16位于气体接收器9的第一端14。距离供气点16最远的供气阀17位于第一气缸组11的第二端5处或者位于第二气缸组11'的第二端5'处。第二端5、5'比气缸组11、11'的第一端6、6'更远离供气点16。另选地，在去除空气期间，气缸组11、11'二者的第二端5、5'处的气缸1的供气阀17可被打开。
另外，在图2中示出的实施方式中，进气管路12的供气点16可位于气体接收器9的第一端14和第二端15之间，例如，位于处于气缸组11、11'中间的气缸1的供气阀17之间。在这种情况下，在去除空气期间，位于气缸组11、11'中的一个或两个气缸组的两端处的气缸1的燃料供应阀17被打开。
图3公开了气缸1布置成形成V构造的两组11、11'的实施方式。供气系统7包括两个气体接收器9、9'，气态燃料可从气体接收器9、9'被导入第一气缸组11和第二气缸组11'二者的气缸1中。气体接收器9、9'布置在气缸组11和11'之间。进气管路12连接到气体接收器9、9'的第一端14、14'。通气管路19连接到气体接收器9、9'的第二端15、15'。另选地，各气体接收器9、9'可设置有它门自己的通气管路19。在图3的实施方式中，距离供气点16最远的供气阀17位于第一气缸组11的第二端5和第二气缸组11'的第二端5'处。第二端5、5'比气缸组11、11'的第一端6、6'更远离供气点16。
图4公开了气缸1布置成形成V构造的两组11、11'的实施方式。供气系统7包括布置在第一气缸组11和第二气缸组11'之间的U形接收器9。进气管路12连接到气体接收器9的第一端14。通气管路19连接到气体接收器9的第二端15。在该实施方式中，距离进气管路12的供气点16最远的供气阀17位于第二气缸组11'的第一端6'。
在以上实施方式中，在从气体接收器9中去除空气期间，一个或多个供气阀17被打开并且其它供气阀17保持关闭。通常，距离进气管路12的供气点16最远的供气阀17最靠近气体通气管路19的入口。

Claims (12)

1.一种在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前从双燃料往复式发动机的气体接收器(9)中去除过量空气的方法，所述双燃料往复式发动机包括供各发动机气缸(1)用的独立的供气阀(17)，所述供气阀(17)被布置成在所述气体模式下操作期间将气态燃料从所述气体接收器(9)供应到发动机气缸(1)的进气口(10)中，在所述方法中：
-液体燃料被供应到所述气缸(1)中，
-气态燃料从气体源(8)经由进气管路(12)被供应到所述气体接收器(9)中，其特征在于，在将燃料模式从所述液体燃料模式变成所述气体模式之前，打开至少一个供气阀(17)以从所述气体接收器(9)去除空气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，位于气缸组(11、11')的纵向中点和所述气缸组(11、11')的距离所述进气管路(12)的供气点(16)最远的那个端部，即第二端之间的所述气缸(1)的至少一个供气阀(17)被打开。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，距离所述进气管路(12)的供气点(16)最远的那个供气阀(17)被打开。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，距离所述进气管路(12)的供气点(16)第二远的那个供气阀(17)被打开。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机的所述气缸(1)被布置成至少一个气缸组(11、11')，并且其供气阀(17)被打开的那个气缸(1)位于所述气缸组(11、11')的第一端。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，位于所述气缸组(11、11')的第二端处的所述气缸(1)的所述供气阀(17)额外地被打开。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从所述气体接收器(9)中去除空气期间，所述供气阀(17)保持打开预定的时间段，此后，所述发动机准备好将燃料模式从所述液体燃料模式变成所述气体模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述气体接收器(9)中去除空气期间其供气阀(17)被打开的所述气缸(1)中的燃烧事件被监控，并且当监控表明从所述气体接收器(9)排放的气态燃料具有低于预定水平的空气浓度时，所述发动机准备好将燃料模式从所述液体燃料模式变成所述气体模式。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机的所述气缸(1)被布置成两个气缸组(11、11')，并且其供气阀(17)被打开的所述气缸(1)位于所述两个气缸组(11、11')的相同端处。
10.一种用于双燃料往复式发动机的供气系统(7)，所述发动机既能够在气体模式下操作又能够在液体燃料模式下操作，所述供气系统(7)包括：
-气体接收器(9)，该气体接收器用于从气体源(8)接收气态燃料，
-进气管路(12)，该进气管路用于将气体从所述气体源(8)供应到所述气体接收器(9)中，所述进气管路(12)设置有断流阀(13)，所述断流阀(13)用于连接和关断所述气体源(8)与所述气体接收器(9)之间的流动连通，
-供各发动机气缸(1)用的独立的供气阀(17)，其中，所述供气阀(17)被布置成在所述气体模式下操作期间将气态燃料从所述气体接收器(9)供应到所述气缸(1)的进气口(10)，其特征在于，所述供气系统(7)还包括控制单元(20)，所述控制单元(20)被构造成，在将燃料模式从液体燃料模式变成气体模式之前：
-打开所述断流阀(13)；以及
-打开至少一个供气阀(17)，以从所述气体接收器(9)中去除空气。
11.根据权利要求10所述的供气系统，其特征在于，所述控制单元(20)被构造成：监控在从所述气体接收器(9)中去除空气期间其供气阀(17)被打开的所述气缸(1)中的燃烧事件，并且当监控表明从所述气体接收器(9)排放的气态燃料具有低于预定水平的空气浓度时，准备好将燃料模式从所述液体燃料模式变成所述气体模式。
12.根据权利要求10或11所述的供气系统，其特征在于，所述进气管路(12)的供气点(16)位于所述气体接收器(9)的端部(14)处。
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