CN105569876A - 供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法 - Google Patents

供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法。一种用于往复活塞式内燃机的供气系统(1)包括具有进气喷嘴(3)的进气阀(2)，所述进气喷嘴(3)被构造成使得所述进气喷嘴(3)能够布置在所述往复活塞内燃机的气缸(4)的气缸壁(41)中，以致被作为燃料提供的燃料气体(5)能够通过在供气系统(1)的安装状态下的进气喷嘴(3)被供应到所述气缸(4)的燃烧空间(42)。根据本发明，设置有用于确定所述阀体(6)的位置的监测系统，所述监测系统用于监测流入所述燃烧空间(42)中的燃料气体。

Description

供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法
技术领域
本发明涉及用于往复活塞式内燃机(具体地，用于直流扫气大型二冲程柴油机)的具有监测系统的供气系统、往复活塞式内燃机、具有供气系统的气缸以及操作往复活塞式内燃机的方法。
背景技术
大型柴油机时常用作轮船的驱动单元或者还用于固定操作，例如，用于驱动产生电能的大型发电机。在这个方面，发动机通常在相当长的时间段内以持续操作运行，这样使得对操作安全性和可用性的要求高。在特别长的保养间隔中，燃料和工作材料的低耗损和经济操纵因此是操作人员操作机器的中心标准。除了其他的决定因素之外，这种大缸径低速运行柴油机的活塞运行行为是保养间隔长度、可用性、润滑剂消耗的决定因素，也直接是操作成本并因此是操作效率的决定因素。
多年来愈发重要的其他必要点是排放的质量，特别地，排放中的氮氧化物浓度。对应废气排放标准的法律条文和限值现在已经越来越严格，在不久的将来还将更加严格。特别地，这将为大型二冲程柴油机带来以下后果：受污染物重污染的典型重油的燃烧还有柴油或其他燃料的燃烧将变得愈发更成问题，因为遵守废气排放标准将变得越来越困难、技术上更复杂且因此成本更高，或者因为最终对这些标准的遵守甚至明显不再可能，以致对应的发动机将必须停止操作或者至少以复杂和/或成本高的方式进行改装。
实际上，因此，长期以来需要所谓的“双燃料”发动机，即，可使用两种不同的燃料进行操作的发动机。在这个方面，一方面，例如天然气形式(例如，所谓的“液化天然气”(LNG))的气体、或液化石油气形式的气体或适于驱动内燃机的其他气体应该频繁被燃烧，另一方面，诸如汽油、柴油、重燃油或其他合适液体燃料的另一种燃料可在同一个发动机中被燃烧。在这个方面，发动机可以是二冲程发动机和四冲程发动机，并且在这个方面，它们可以是小型发动机、中型发动机或者还可以是大型发动机，特别地，还可以是诸如用作轮船中的驱动单元但也时常用于在电站中产生电能的直流扫气大型二冲程燃油机。
然而，对纯气体发动机(即可只用气体进行操作而没有替代地用柴油、重油或另一种燃料进行操作的发动机)的需求也日益增加，特别是当需要高废气排放标准时；可以仅通过气体燃烧用合理的技术努力经济地且切合实际地遵守该高废气排放标准。例如，在WO2010147071A1中阐述了这种纯气体发动机。其他现有技术可例如见于DE102010005814A1。
不管是双燃料发动机还是纯气体发动机，将燃料气体引入对应往复活塞式内燃机的气缸的燃烧空间中的过程对于此发动机的可靠的安全操作而言都是起决定性重要作用的。
在这个方面，将燃料气体供应到往复活塞式内燃机的燃烧空间中的供气系统具有多个不同的功能，这些功能另外以一定方式相互影响，使得不同的部分功能必须相互精确地配合。另外，供气系统的精确构造可(例如，除了别的之外)取决于给定或优选的操作状态，例如，发动机主要在满负荷范围内还是在部分负荷范围内操作或者是否必须在这些操作模式之间进行频繁变化。或者，发动机是例如双燃料发动机还是纯气体发动机。或者，供气系统的具体实施方式还可取决于技术人员本身熟悉的往复活塞式内燃机的发动机构造尺寸、发动机功率、排量、优选的转数范围或其他构造变量或操作状态。
在这个方面，特别地，对于大型二冲程柴油发动机，供气系统不仅具有计量将被引入发动机燃烧空间中的气体的量的功能，如四冲程发动机时常充分要求的。对于大型二冲程柴油发动机，除了其他要求之外，通过供气系统引入的气体与扫气空气的正确且可靠的混合是决定性的一点(除了别的之外)。
其他主要点涉及发动机的操作安全。如果供气系统全部或部分失效，则例如过大量的气体可以被引入发动机的燃烧空间中，如果没有采取合适的安全措施防止发生的话。发动机的燃烧空间中的这种过大量气体可例如导致排气系统中或大型柴油机的扫气系统中不受控地爆炸，这可带来以下结果：对应的组件过热或甚至受损，以致在最差情况下，整个发动机会失效，这样可特别地对公海产生灾难性后果，甚至可导致损失整艘轮船。
但是，即使这种故障的后果没有这样巨大，这种不太严重的干扰也会造成有害的缺点。
如果例如由于缺陷而导致供气系统分别将过大量或过小量的气体引入发动机的燃烧空间中，则这样会对诸如氮氧化物含量的排放值或其他排放值产生相当大的负面影响。
或者，然而，在用气体(例如，用上述LNG)进行操作时，不完全燃烧并且进而技术人员已知的现象(诸如，值过高的甲烷逃逸)会导致供气系统故障。如果对应的发动机此时用气体(也就是说，以气体模式)进行操作，则源自燃烧时供气系统故障的废气可包括大量的甲烷和/或甲醛排放(以及其他)，这些排放可以是例如由气缸壁上的燃烧过程中的燃烧火焰(“燃烧淬火”)的自发冷却导致的、或者可以是在不关闭排气阀的同时用新鲜空气对气缸进行扫气的阶段中释放的、或者可按不同方式释放的。
如果气体以不适当方式(例如，以不适当压力或以不适当喷射几何形状、以不适当角度、以不适当位置)被引入燃烧空间中或者以其他方式被不适当引入发动机的燃烧空间中，则会出现类似的效果。
如果例如排气中的甲烷浓度由于这种操作状态而对应地高，则发动机的安全操作可同样地由此受损。例如，存在甲烷在排气系统中(例如，在排气歧管中或涡轮增压器之前的区域中或甚至涡轮增压器中的区域中)点燃的风险。在最差情况下，甲烷在排气系统中的点燃会导致暴露于甲烷气体点燃这种有害效果的对应组件受损。另外，甲烷是作用极大的温室气体，如已知的，甲烷的作用比二氧化碳大至少25倍，可对所谓的“能量效率设计指数”(EEDI)的计算产生显著不利的影响。
时常使用并且非常敏感的氧化催化剂还会因排气供应系统的故障和由此带来的后果而显著受损，并且在最差情况下，可仅仅在短时间之后不可挽回地受损，由此，发动机的其他安全可靠的操作至少是存有疑问的，在最差情况下是不可能进行的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于具有供气系统的直流扫气大型二冲程柴油机的供气系统、气缸(特别地，气缸套)、或往复活塞式内燃机(特别地，具有供气系统的直流扫气大型二冲程柴油机)，它们可灵活地适用于不同的发动机或不同的操作状态和要求，使得还可以在特定情况下在以前的发动机中进行改造，或者使得现有发动机可被改装或灵活简单地适用于其他操作模式或操作状态。在这个方面，应该可靠地确保将气体安全地引入往复活塞式内燃机的燃烧空间中，并且在直流扫气大型二冲程柴油机的情况下应该特别地(但不仅仅)在燃烧空间中确保与扫气空气理想地混合。另外，应该可靠地确保供气系统及其组件不发生泄漏。
满足这些目的的本发明的用于往复活塞式内燃机的供气系统、直流扫气大型二冲程柴油机的气缸、往复活塞式内燃机、操作往复活塞式内燃机的方法实现的。
本发明因此涉及一种用于往复活塞式内燃机的供气系统，特别是用于直流扫气大型二冲程柴油机的供气系统，其中，所述供气系统包括具有进气喷嘴的进气阀，所述进气喷嘴被构造成所述进气喷嘴能够布置在所述往复活塞式内燃机的气缸的气缸壁中，使得被作为燃料提供的燃料气体能够通过在所述供气系统的安装状态下的所述进气喷嘴被供应到所述气缸的燃烧空间。在这个方面，所述进气阀包括压力空间，所述压力空间布置在阀外壳中，所述燃料气体能够经由气体供应件提供在所述压力空间中以在操作状态下存储并且供应到所述进气喷嘴中。在所述压力空间中设置有阀体，所述阀体具有布置在阀轴处的阀盘并且具有阀座，所述阀座在所述阀体的闭合状态下与所述阀盘密封地配合，使得禁止将所述燃料气体从所述压力空间供应到所述进气喷嘴中，并且能够通过与所述阀轴操作连接的阀驱动器将所述阀盘抬离所述阀座，使得所述燃料气体能够在所述阀体的打开状态下从所述压力空间经过所述阀盘供应到所述进气喷嘴。按照本发明，设置有用于确定阀体位置的监测系统，所述监测系统用于监测流入燃烧空间中的燃料气体。
用按照本发明的监测系统明确地提高发动机的操作安全性。如果供气系统全部或部分失效，则例如过大量的气体可以被引入发动机的燃烧空间中，如果没有采取合适的安全措施防止发生的话。发动机的燃烧空间中的这种过大量燃料气体可例如导致排气系统中或大型柴油机的扫气系统中不受控地爆炸，这是可带来以下结果：对应的组件过热或甚至受损，以致在最差情况下，整个发动机会失效，这样可特别地对公海产生灾难性后果，甚至可导致损失整艘轮船。
但是，即使这种故障的后果没有这样巨大，这种不太严重的干扰也会造成有害的缺点。
如果例如由于缺陷而导致供气系统分别将过大量或过小量的气体引入发动机的燃烧空间中，则这样会对诸如氮氧化物含量的排放值或其他排放值产生相当大的负面影响。
或者，然而，在用气体(例如，用上述LNG)进行操作时，不完全燃烧以及进而技术人员已知的现象(诸如，值过高的甲烷逃逸)会导致供气系统故障。如果对应的发动机此时用气体(也就是说，以气体模式)进行操作，则源自燃烧时供气系统故障的排气可本身包括大量的甲烷和/或甲醛排放(以及其他)，这些排放可以是例如由气缸壁上的燃烧过程中的燃烧火焰(“燃烧淬火”)的自发冷却导致的、或者可以是在不关闭排气阀的同时用新鲜空气对气缸进行扫气的阶段中释放的、或者可按不同方式释放的。
如果气体以不适当方式(例如，以不适当压力或以不适当注射喷射的几何形状、以不适当角度、以不适当位置)被引入燃烧空间中或者以其他方式被不适当引入发动机的燃烧空间中，则会出现类似的效果。
如果例如排气气体中的甲烷浓度由于这种操作状态而对应地高，则发动机的安全操作可同样地由此受损。例如，存在甲烷在排气系统中(例如，在排气歧管中或涡轮增压器之前的区域中或甚至涡轮增压器中的区域中)点燃的风险。在最差情况下，甲烷在排气系统中的点燃会导致暴露于甲烷气体点燃这种有害效果的对应组件受损。另外，甲烷是作用极大的温室气体，如已知的，甲烷的作用比二氧化碳大至少25倍，可对所谓的“能量效率设计指数”(EEDI)的计算产生显著不利的影响。
时常使用并且非常敏感的氧化催化剂还会因排气供应系统的故障和由此带来的后果而显著受损，并且在最差情况下，可仅仅在短时间之后不可挽回地受损，由此，发动机的其他安全可靠的操作至少是存有问题的，在最差情况下是不可能进行的。
通过本发明，首次还可以可靠地避免这些部分非常严重的问题。
出于此目的，按照本发明的供气系统可包括用于确定所述阀体的位置的监测系统，所述监测系统用于监测流入燃烧空间中的燃料气体，其中，所述监测系统是路径传感器，所述路径传感器特别地是电或电磁路径传感器，具体地是电感、电容或光学路径传感器，使得可在任何时间可靠地检测所述阀体的各个位置(特别地，所述进气阀是打开还是关闭)。
在这个方面，所述监测系统特别优选地与监测单元进行信号通信，使得在操作状态下所述阀体的位置能够由所述监测单元检测，因此能够依赖于所述往复活塞式内燃机的曲轴转角和/或依赖于所述往复活塞式内燃机的换气阀位置，禁止将燃料气体供应到所述进气喷嘴。因此，通过本发明，可以首次不仅检测到供气系统的故障，而且依赖于故障将安全协议设置进操作，使得例如自动地禁止将燃料气体供应到供气系统并且优选地自动地关闭所述往复活塞式内燃机，并且特别优选地自动地切换至用诸如柴油或重油的替代燃料进行的操作。
在这个方面，所述进气系统优选地被构造成使得用于驱动所述阀轴的所述阀驱动器是机械、电或气压阀驱动器，特别地是液压阀驱动器，其中，特别优选地，为了闭合所述阀体，设置有逆着所述阀驱动器起作用的复位装置，所述复位装置具体呈复位弹簧的形式。
在实际上特别重要的具体实施方式中，所述阀轴在轴外壳的引导孔中被引导。在这个方面，液压油能够在密封压力下作用于所述引导孔，所述密封压力用于对抗压力空间中的燃料气体的气体压力进行密封，所述密封压力优选地高于所述压力空间中的所述燃料气体的燃料气体压力，使得能够基本上防止所述燃料气体渗入所述引导孔中或者所述燃料空气通过所述引导孔流出。
密封压力优选地高于压力空间中的燃料气体的燃料气体压力这一事实不是必须的，因为没有燃料气体可按不受控方式沿着阀轴进入供气系统的其他组件中，特别地，不进入阀轴的液压驱动器中，也就是说，不会发生漏气，或者在阀轴处或者沿着阀轴会出现受极好控制的技术上不明显的只有少量的漏气。阀轴因此必须相应可靠密封，之前的系统例如用对应的密封环尝试进行该可靠密封，但是经证实，这总体来说是不利的，因为密封环也没有相对于加压的燃料气体表现出任何充分的密封效果，或者还例如由于操作状态下出现的摩擦现象而过快磨损，因此最终成本过高且过度不可靠。
通过本发明，首次还可靠地避免这些问题。
在实际上特别重要的实施方式中，所述进气喷嘴以可拆卸的方式连接到所述进气阀并且以可更换的方式连接到所述气缸壁，并且所述进气喷嘴的喷嘴轴线布置成相对于所述进气阀的阀轴线成预定角度，使得在所述供气系统的操作和安装状态下所述燃料气体能够相对于所述气缸的径向方向和/或轴向方向以不等于零的预定角度被注射到所述气缸的所述燃烧空间中。
那么，该角度被称为注射角，该注射角是进气喷嘴的喷嘴轴线和进气阀的阀轴线之间的角度的补角，也就是说，注射角与喷嘴轴线和阀轴线之间的角度彼此互补，形成180°。注射角优选地等于在10度和80度之间的角度，特别优选地在10度和35度之间的角度；注射角具体地大致是22.5度。
按照本发明的供气系统因此包括阀，所述阀具有带阀盘的阀轴作为基本元件，其中，经由在闭合状态下与阀座密封配合的阀盘通过常用的液压控制阀(有可能，通过喷嘴和合适的喷嘴通道)将所需量的气体引入燃烧空间中。
供气系统因此可首次用于将燃料气体供应到往复活塞式内燃机的燃烧空间中，由于其两件式实施方式，导致其具有之前未知的灵活性。由于进气喷嘴以可拆卸的方式优选地连接到进气阀并且以可更换的方式优选地连接到气缸壁，因此可依赖于关于往复活塞式内燃机的燃烧空间中的特定燃烧状况的要求，从进气阀单独地更换例如进气喷嘴，使得用于将燃料气体注射到燃烧空间中的不同注射条件可被简单地实现并且可理想地针对变化的要求进行协调。
在其它具体实施方式中，本发明的进气喷嘴的喷嘴轴线此外可布置成相对于进气阀的阀轴线成预定角度，使得燃料气体可在供气系统的操作和安装状态下以不等于零的预定注射角注射到气缸的燃烧空间中。这是特别重要的，因为由此可同时考虑进气喷嘴的以下两个主要功能：一方面，通过使用适于燃烧空间中的状况的进气喷嘴，在最多变的操作状况下可以进行精确计量。并且，另一方面，可通过准确选择注射角并且通过准确选择注射喷射或多个注射喷射的几何形状以致确保理想燃烧来实现扫气空气和燃料气体的理想混合，使得特别地，可遵守所需的排放标准，另一方面，可将燃料消耗量减至最少。
这意味着，通过本发明，此外以特定方式彼此影响的多个不同功能可首次精确相互配合。因此，例如，通过供气系统的精确设计，具体地，通过选择合适的进气喷嘴，可以理想地关注给定或优选的操作状态(以及其他)，例如，发动机通常是在满负荷范围内还是在部分负荷范围内操作或者是否必须在这些操作模式之间进行频繁变化。或者，可依赖发动机是双燃料发动机还是纯气体发动机来理想地选择进气喷嘴。或者，在不必调节或更换总体供气系统的情况下，供气系统的具体实施方式还可以例如首次被灵活设置成适于技术人员本身熟悉的往复活塞式内燃机的发动机构造尺寸、发动机功率、排量、优选的转数范围或其他构造变量或操作状态。使用按照本发明的供气系统，只有例如进气喷嘴因此必须被合适选择，相应地进行更换，而同时可保持进气阀自己。
在这个方面，特别地，对于大型二冲程柴油发动机，供气系统不仅具有计量将被引入发动机燃烧空间中的气体的量的功能，如四冲程发动机时常充分要求的。对于大型二冲程柴油发动机，如已经提到的，除了其他要求之外，通过供气系统引入的气体与扫气空气的正确且可靠的混合是决定性的一点(除了别的之外)，这是按照本发明的供气系统首次充分考虑的。
作为其他措施，按照本发明，为了改进燃料气体与扫气空气的混合或者进一步优化将燃料气体引入气缸中的过程，所述进气喷嘴还可具有多个喷嘴开口。
两个喷嘴开口还可以不同地排列，使得所述燃料气体能够按两个不同的注射角引入所述燃烧空间中，由此，例如，可实现燃烧空间中的更好分布。
或者，替代地或同时地，两个喷嘴开口可被不同地设计，使得所述燃料气体能够通过所述两个喷嘴开口以两个不同的注射量和/或以两个不同的流动速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入所述燃烧空间中。
此外，本发明涉及一种具有以上详细描述的供气系统的直流扫气大型二冲程柴油机的气缸，特别是，气缸套，其中，所述供气系统特别优选地设置在所述气缸中的处于所述往复活塞式内燃机的活塞的上止点和下止点之间的区域中，具体地，所述区域为所述气缸的远离所述上止点达所述上止点和所述下止点之间的间距的20％至80％、优选地45％至65％、特别优选地50％至60％的区域。即，已发现，由此可实现燃料气体与扫气空气甚至更理想的混合。由此，还可以避免燃料气体被注射到仍然在气缸套中的热排气中，由此燃料气体可提早点燃，像现有技术中供气系统位于与气缸套处的上止点毗邻的位置的情况一样。
此外，本发明涉及具有上述供气系统的往复活塞式内燃机，其中，所述往复活塞式内燃机特别优选地是双燃料发动机，所述双燃料发动机用于燃烧所述燃料气体并且替代地用于燃烧其他燃料，特别地，用于燃烧柴油或重油。
在另一个实施方式中，按照本发明的往复活塞式内燃机也可自然地是可只燃料气体(也就是说，没有其他燃料)的纯气体发动机。
本发明尤其是还涉及一种操作具有按照本发明的供气系统的往复活塞式内燃机的方法，其中，如已经描述的，在操作状态下检测所述供气系统的故障，禁止将所述燃料气体供应到所述供气系统，以及优选地自动地切换所述往复活塞式内燃机并且特别优选地自动地切换至用诸如柴油或重油的替代燃料进行的操作。
附图说明
将在下文中参照示意图更详细地说明本发明。示出了：
图1具有进气阀和进气喷嘴的按照本发明的供气系统的特别优选的实施方式。
具体实施方式
图1在用于说明不同组件相互作用的示意图中示出了位于往复活塞式内燃机的气缸套处的、按照本发明的供气系统的基本设计，往复活塞式内燃机在这里被举例地指定为具有直流扫气的大型二冲程柴油机，但出于清晰起见没有更详细地示出该大型二冲程柴油机，这是因为直流扫气大型二冲程柴油机的基本设计是技术人员十分熟悉的。在下文中，将用参考标号1整体地表示按照本发明的供气系统。
安装在直流扫气大型二冲程柴油机中的根据图1的按照本发明的供气系统1的具体实施方式包括具有进气喷嘴3的进气阀2，进气喷嘴3被设计并且布置在往复活塞式内燃机的气缸4的气缸壁41中，使得被作为燃料提供的燃料气体5可通过供气系统1的安装状态下的进气喷嘴3被供应到气缸4的燃烧空间42(没有更详细地示出)。在这个方面，进气阀2包括布置在阀外壳21中的压力空间22，燃料气体5可经由气体供应件23提供在压力空间22中，以在操作状态下存储并且供应到进气喷嘴3中。
在压力空间22本身中或者在压力空间22的区域中，设置阀体6，阀体6具有布置在阀轴61上的阀盘62并且具有阀座63，阀座63在阀体6的闭合状态下与阀盘62密封地配合，使得禁止将燃料气体5从压力空间22供应到进气喷嘴3中。
出于此目的，可通过与阀轴61操作连接的阀驱动器7将阀盘62抬离阀座63，使得燃料气体5可在阀体6的打开状态下从压力空间22经过阀盘62供应到进气喷嘴3。
按照本发明，进气喷嘴3以可拆卸的方式连接到进气阀2并且以可更换的方式连接到气缸壁41，其中，进气喷嘴3的喷嘴轴线D布置成相对于进气阀2的阀轴线V成预定角度α，使得在供气系统1的操作和安装状态下燃料气体5能够相对于径向方向R和/或相对于气缸4的轴向方向A以不等于零的预定角度被注射到气缸4的燃烧空间42中。
在这个方面，该角度被称为相对于径向方向的注射角β，注射角β是进气喷嘴3的喷嘴轴线D和进气阀2的阀轴线V之间的角度α的补角，也就是说，注射角β和喷嘴轴线D和阀轴线V之间的角度α彼此互补，形成180°；因此得到β＝180°-α。注射角β优选地等于在10度和80度之间，特别优选地，10度和35度之间；注射角具体地大致是22.5度。
相对于轴向方向，注射角β优选地是90°，也就是说，燃料气体5优选地垂直于轴向方向A注射，也就是说，在图1的图平面内或者与活塞表面平行地注射。
在这个方面，相对简单的进气喷嘴3只具有一个喷嘴开口31。然而，在另一个具体实施方式中，进气喷嘴3可事实上还具有多个喷嘴开口31，其中，例如，两个喷嘴开口31可不同地排列，使得燃料气体5能够按两个不同的注射角引入燃烧空间42中，和/或其中，两个喷嘴开口31还能够或同时能够被不同地构造，使得燃料气体5能够通过两个喷嘴开口31以两个不同的注射量和/或以两个不同的速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入燃烧空间42中。
此外，实际上，可设置用于监测流入燃烧空间42中的燃料气体和用于确定阀体6的位置的未在图1中明确示出的监测系统，所述监测系统特别优选地是路径传感器，特别地，电或电磁路径传感器(具体地，电感、电容或光学路径传感器)。所述监测系统与监测单元进行信号通信，使得操作状态下阀体6的位置可由所述监测单元检测并且可依赖往复活塞式内燃机的曲轴转角和/或依赖于往复活塞式内燃机的换气阀的位置，自动地禁止将燃料气体供应到进气喷嘴3。
在按照图1的实施方式中，用于驱动阀轴61的阀驱动器7是液压阀驱动器7，液压阀驱动器7的功能和操作通常是技术人员熟悉的。为了闭合阀体6，设置逆着阀驱动器7起作用的复位装置8，复位装置8呈复位弹簧81的形式。
阀轴61在轴外壳9的引导孔91中被引导，其中，液压油10可在密封压力PA下作用于引导孔91，所述密封压力PA此时高于压力空间22中的燃料气体5的燃料气体压力BG，使得能够基本上防止燃料气体5渗入引导孔91中。
按照本发明的供气系统优选地被构造为低压气体系统。这意味着，燃料气体5注射到气缸4的燃烧空间42中的注射压力最大是100巴(10MPa)。该注射压力优选地最大是50巴(5MPa)并且特别优选地最大是20巴(2MPa)。气体压力(即，燃料气体注射到气缸中的压力)在内燃机操作期间通常不是恒定的，但可依赖于例如内燃机的负荷或旋转速度而稍微变化。
对于按照本发明的供气系统或者对于按照本发明的气缸，在优选的实施方式中，寻求燃料气体5注射到燃烧空间42中的尽可能小的气体压力。燃料气体5的最大注射压力因此可例如也只是15巴或甚至更小。
尽可能小的燃料气体5的注射压力自然地在安全方面提供大优点。另外，整个供气系统仅仅必须被构造用于这种相当小的操作压力，这种相当小的操作压力对于系统密封而言，对于例如出现在阀座63的力而言，另外对于阀驱动器7的构造而言以及对于导气管路或其连接件的压力负荷而言是特别有利的。也不需要专门的高压压缩器(在高压系统的情况下必须用所述高压压缩器将燃料气体5压缩至例如350巴或甚至更高的操作压力)，这在经济和成本方面也是有利的。
特别地，相对于尽可能小的燃料气体5的注射压力，因此，如果进气阀2和进气喷嘴3布置在气缸壁41中或气缸套中并且与活塞移动的上止点(topdeadcenter)相距尽可能大的间隔，则是特别优选的。即，由此可实现气缸中的压缩压力仍然相对小(必须向着气缸注射燃料气体5)。当活塞在直流扫气大型二冲程柴油机中向下移动时释放扫气空气狭缝时，扫气空气开始流入气缸中。这个过程长时间地发生，直到活塞在其随后向上移动时再次完全闭合扫气空气狭缝为止。只有当换气阀(这里，排气阀)闭合并完全闭合时—通常在扫气空气狭缝闭合之后—由于活塞向上移动，导致气缸中的压缩空气开始升高，直到它达到其最大值，例如，当活塞处于上止点时。
因此，优选地，当气缸中的还没有任何特别大的压缩压力时发生燃料气体注射，并且优选地，在排气阀闭合之前发生燃料气体5的注射。
出于此原因，优选地，如果设置在气缸壁41中的进气喷嘴3相对于轴向方向A与上止点相距尽可能大的间距，则是优选的。另一方面，还存在关于可布置进气喷嘴3的地点的构造限制。经证实，供气系统1的进气喷嘴3布置在此高度(相对于轴向方向A)，使得进气喷嘴3与上止点的间距特别优选地等于上止点和下止点之间的间距的50％至60％，实际上是非常好的权衡。
已发现，如果进气喷嘴3布置在此高度(相对于轴向方向A而言)，使得进气喷嘴3与扫气空气狭缝上边缘(相对于内燃机的典型使用位置的“上边缘”)的间距优选地等于扫气空气狭缝上边缘与上止点的间距的不足50％并且特别优选地等于其30％至40％，则相对于空气狭缝的位置是特别优选的。
除了可以使燃料气体5有小喷射压力之外，进气喷嘴3的优选布置还具有的优点是，在进气喷嘴3和换气阀或排气阀之间相对于轴向方向A存在大间距。由此，一方面，避免注射的燃料气体5中的绝大部分会在非燃烧状态下逸出排气阀，另一方面，闭合排气阀的时间更多。
此外，相对于尽可能同质的空气/燃料气体混合物，进气阀3的优选布置也是有利的。由于相对于活塞的压缩冲程早期注射燃料气体5，导致扫气空气和燃料气体有足够的时间在燃烧混合物之前密切地混合。这导致在燃烧空间42中的燃烧过程是最佳的并且特别尽可能低地排放。
相对于扫气空气和燃料空气5的理想混合，如果—如已经提到的—燃料气体5相对于径向方向以不等于零度的注射角β被注射到气缸4的燃烧空间42中，则也是有利的。特别强烈的混合由此是随扫气空气发生的，扫气空气通常在活塞的压缩冲程中被螺旋加载在气缸4中或者燃烧空间42中。
还可顺理成章地在气缸中设置具有进气阀2的两个或更多个这种供气系统1或两个或更多个进气喷嘴3。
要理解，本申请中描述的本发明的实施方式还可依赖于应用按任何合适方式进行组合，特别地，附图中示出的具体实施方式仅应理解为举例。技术人员立即认识到所描述的本发明的实施方式的简单有利的其他改进，并且理解本发明自然也涵盖了这些简单的其他改进。

Claims (15)

1.一种用于往复活塞式内燃机的供气系统，特别是用于直流扫气大型二冲程柴油机的供气系统，其中，所述供气系统包括具有进气喷嘴(3)的进气阀(2)，所述进气喷嘴(3)被构造成所述进气喷嘴(3)能够布置在所述往复活塞式内燃机的气缸(4)的气缸壁(41)中，使得被作为燃料提供的燃料气体(5)能够通过在所述供气系统的安装状态下的所述进气喷嘴(3)被供应到所述气缸(4)的燃烧空间(42)，其中，所述进气阀(2)包括压力空间(22)，所述压力空间(22)布置在阀外壳(21)中，并且所述燃料气体(5)能够经由气体供应件(23)提供在所述压力空间(22)中以在操作状态下存储并且供应到所述进气喷嘴(3)中，在所述压力空间(22)设置有阀体(6)，所述阀体(6)具有布置在阀轴(61)处的阀盘(62)并且具有阀座(63)，所述阀座(63)在所述阀体(6)的闭合状态下与所述阀盘(62)密封地配合，使得禁止将所述燃料气体(5)从所述压力空间(22)供应到所述进气喷嘴(3)中，并且能够通过与所述阀轴(61)操作连接的阀驱动器(7)将所述阀盘(62)抬离所述阀座(63)，使得所述燃料气体(5)能够在所述阀体(6)的打开状态下从所述压力空间(22)经过所述阀盘(62)供应到所述进气喷嘴(3)，其特征在于，设置有用于确定所述阀体(6)的位置的监测系统，所述监测系统用于监测流入所述燃烧空间(42)中的燃料气体。
2.根据权利要求1所述的供气系统，其中，所述监测系统是路径传感器，所述路径传感器特别地是电或电磁路径传感器，具体地是电感、电容或光学路径传感器。
3.根据权利要求1或2所述的供气系统，其中，所述监测系统与监测单元进行信号通信并且在操作状态下所述阀体(6)的位置能够由所述监测单元检测，使得能够依赖于所述往复活塞式内燃机的曲轴转角和/或依赖于所述往复活塞式内燃机的换气阀位置而禁止将燃料气体供应到所述进气喷嘴(3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的供气系统，其中，用于驱动所述阀轴(61)的所述阀驱动器(7)是机械、电或气压阀驱动器(7)，特别地是液压阀驱动器(7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的供气系统，其中，为了闭合所述阀体(6)，设置有逆着所述阀驱动器(7)起作用的复位装置(8)，所述复位装置(8)具体呈复位弹簧(81)的形式。
6.根据前述权利要求中任一项所述的供气系统，其中，所述阀轴(61)在轴外壳(9)的引导孔(91)中被引导。
7.根据权利要求6所述的供气系统，其中，液压油(10)能够在密封压力(PA)下作用于所述引导孔(91)，所述密封压力(PA)高于所述压力空间(22)中的所述燃料气体(5)的燃料气体压力(BG)，使得能够基本上防止所述燃料气体(5)渗入所述引导孔(91)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的供气系统，其中，所述进气喷嘴(3)以可拆卸的方式连接到所述进气阀(2)并且以可更换的方式连接到所述气缸壁(41)，并且所述进气喷嘴(3)的喷嘴轴线(D)布置成相对于所述进气阀(2)的阀轴线(V)成预定角度(α)，使得在所述供气系统的操作和安装状态下所述燃料气体(5)能够相对于所述气缸(4)的径向方向(R)和/或轴向方向(A)以不等于零的预定角度被注射到所述气缸(4)的所述燃烧空间(42)中。
9.根据权利要求8所述的供气系统，其中，所述进气喷嘴(3)具有多个喷嘴开口(31)。
10.根据权利要求9所述的供气系统，其中，两个喷嘴开口(31)不同地排列，使得所述燃料气体(5)能够按两个不同的注射角引入所述燃烧空间(42)中。
11.根据权利要求8或9所述的供气系统，其中，两个喷嘴开口(31)被不同地构造，使得所述燃料气体(5)能够通过所述两个喷嘴开口(31)以两个不同的注射量和/或以两个不同的流动速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入所述燃烧空间(42)中。
12.一种具有根据权利要求1至11中任一项所述的供气系统(1)的直流扫气大型二冲程柴油机的气缸，特别是，气缸套。
13.根据权利要求12所述的气缸，其中，所述供气系统(1)设置在所述气缸(4)中的处于所述往复活塞式内燃机的活塞的上止点和下止点之间的区域中，具体地，所述区域为所述气缸(4)的远离所述上止点达所述上止点和所述下止点之间的间距的20％至80％、优选地45％至65％、特别优选地50％至60％的区域。
14.一种往复活塞式内燃机，所述往复活塞式内燃机具有根据权利要求1至11中任一项所述的供气系统并且具有根据权利要求12或13所述的气缸，其中，所述往复活塞式内燃机是双燃料发动机，所述双燃料发动机用于燃烧所述燃料气体(5)并且替代地用于燃烧其他燃料，特别地，用于燃烧柴油或重油。
15.一种操作根据权利要求14所述的往复活塞式内燃机的方法，其中，检测到所述供气系统(1)的故障，禁止将所述燃料气体供应到所述供气系统(1)，并且优选地自动地关闭所述往复活塞式内燃机，并且特别优选地自动地切换至用诸如柴油或重油的替代燃料进行的操作。
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