CN108930621A - 大型柴油发动机和用于操作大型柴油发动机的方法 - Google Patents

大型柴油发动机和用于操作大型柴油发动机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及大型柴油发动机和用于操作大型柴油发动机的方法。提出了一种具有至少一个汽缸的大型柴油发动机，尤其是纵向扫气的二冲程大型柴油发动机，在该大型柴油发动机中，活塞被设置为可在顶部死点与底部死点之间来回移动，该大型柴油发动机具有：汽缸盖，其与活塞限制用于燃料的燃烧室；和燃料喷射喷嘴，其用于将燃料引入到燃烧室中。燃料喷射喷嘴包括：锥形座，其沿燃烧室的方向增大；和关闭体，其在关闭位置中与座相互作用而进行密封，并且其可借助于提升运动而被从座提升，使得在座与关闭体之间形成环形喷嘴孔口，借助该孔口，可以将燃料引入到燃烧室中。

Description

大型柴油发动机和用于操作大型柴油发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种大型柴油发动机，具体涉及纵向扫气的二冲程大型柴油发动机和用于操作大型柴油发动机的方法。
背景技术
大型柴油发动机(例如纵向扫气的二冲程大型柴油发动机)经常用作用于船的驱动单元甚至用于稳定操作中，例如，驱动用于生成电能的大型发电机。发动机在连续操作中经常运行相当长的时段，这对操作安全性和可用性提出高要求。因此，特别长的维修间隔、低磨损以及操作材料的经济处理是操作员的中心准则。例如，大型柴油发动机或大型发动机通常具有内径(内膛)为至少200mm的汽缸。现今，使用具有多达960mm甚至更大的内膛的大型发动机。
在过去几年中，废气的质量是越来越重要的另一个重要问题，具体为废气中的氧化氮浓度。因此，特别是在二冲程大型柴油发动机中，因为与排放阈值的遵守变得越来越困难、技术上更复杂且由此更昂贵或最终遵守不再有意义的可能，所以被污染物高度污染的传统重燃料的燃烧以及柴油或其他燃料的燃烧变得更成问题。
因此，实际上，对所谓的“双燃料发动机”(即，可以用两种不同燃料操作的发动机)的需要已经长时间存在。在气体模式下燃烧气体(例如，诸如LNG(液化天然气)的天然气或适于驱动内燃机的另一种气体或气体混合物)，而在液体模式下可以在同一发动机中燃烧合适的液体燃料，诸如柴油或重燃料。
在本申请的框架内，术语“大型柴油发动机”还提及不仅可以在以燃料的自燃为特征的柴油操作中操作还可以在以燃料的强制点燃为特征的奥托操作中操作(或以这两种操作的混合形式)的大型发动机。此外，术语“大型柴油发动机”还特别包括以上所提及的双燃料发动机或燃料的自燃用于另一种燃料的强制点燃的那些大型发动机。
在液体模式下，燃料通常直接引入到汽缸的燃烧室中，并且根据自燃的原理在那里燃烧。在气体模式下，已知根据奥托原理混合气态的气体与扫气空气，以便在汽缸的燃烧室中产生可点燃混合物。在该低压方法中，汽缸中混合物的点燃通常通过在正确时刻将少量的液体燃料喷射到汽缸的燃烧室中或预燃室中来进行，该液体燃料然后导致空气气体混合物的点燃。双燃料发动机在操作期间可以从气体模式切换为液体模式，反之亦然。
如果用液体燃料(例如重燃料或柴油)操作大型柴油发动机，则具有喷嘴体和喷嘴头的燃料喷射喷嘴通常用于将燃料引入到汽缸的燃烧室中。喷嘴头还被称为雾化器。一般说来，在喷嘴头中设置若干喷嘴孔口，燃料在例如多达800巴或更多的高压下借助这些喷射孔口喷射到燃烧室中。为了开始或结束喷射过程，在燃料喷射喷嘴中设置可移动喷嘴针，该针以打开或关闭到喷嘴孔口的通路的这种方式与阀座相互作用。
关于优选经济、高效且低排放的操作和最低可能燃料消耗，已经对将液体燃料尽可能最佳地引入到燃烧室中的空气中做出努力，该空气通常在扭曲流动下。燃料在高压下的喷射、其雾化以及燃烧室中的空气的扭曲流动为了确保优选高效且低排放的燃烧过程而应导致燃烧室中的最佳可能混合物形成。为此，已知通常包括多于一个喷嘴孔口的大量不同喷嘴头，以便借助于若干燃料喷射确保良好混合物形成，这些燃料喷射例如以不同角度引入到燃烧室中或空气的扭曲流动中。当然，还已知且在大型柴油发动机中非常常见为了良好混合物形成而每汽缸设置多于一个燃料喷射喷嘴，其中，各燃料喷射喷嘴的喷嘴头可以具有若干喷嘴孔口。尽管有所有已知设计，但仍然存在关于燃料到燃烧室中的最佳可能引入的改进空间。
关于到燃烧室中的燃料引入的另一个已知问题因以下事实而产生：打开或关闭燃料到喷嘴孔口的通路的阀座通常被设置为稍远离喷嘴孔口，以使其免于喷嘴头暴露到的高热、机械以及化学负荷集合。除了别的之外，机械负荷基于高喷射压力。热负荷由于燃烧室中的高温以及燃烧温度与新供应的扫除空气或充注空气的温度之间的大量温度变化而引起，而化学负荷主要是由于高温腐蚀或热腐蚀而产生。
由于该原因，通常在阀座下游的喷嘴头中设置被设计为盲孔的纵向孔，从该纵向孔，孔以通向喷嘴孔口的方式分支。
阀座与喷嘴孔口之间的空间距离涉及以下问题。在停止燃料喷射时，喷嘴针被压入到阀座中，使得不再用供给压力应用在处于阀座下游(即，在阀座与喷嘴孔口之间)的盲孔中的燃料。该部分燃料可能导致喷嘴头中的不期望沉积，并且可能在完成喷射之后借助到燃烧室中的喷嘴孔口变得不良雾化，或者它可能滴入它很少燃烧或根本不燃烧的位置中。这导致增大的燃料消耗，导致废气的另外污染(特别是具有氧化氮NOx)，并且导致未燃烧燃料在燃烧室的所有部分上和与废气接触的部件上的沉积。
发明内容
本发明致力于与液体燃料在燃烧室中的引入关联的这些问题。
从现有技术开始，因此，本发明的目的是提出一种大型柴油发动机，尤其是纵向扫气的二冲程大型柴油发动机，其中，使得液体燃料到燃烧室中的特别良好的引入变成可能，这可以实现特别经济、高效以及低排放的操作。进一步地，本发明的目的是提出一种操作大型柴油发动机的方法，该方法允许液体燃料到燃烧室中的特别有利的引入。
根据本发明，提出了一种具有至少一个汽缸的大型柴油发动机，尤其是纵向扫气的二冲程大型柴油发动机，在该大型柴油发动机中，活塞被设置为可在顶部死点与底部死点之间来回移动，该大型柴油发动机具有：汽缸盖，其中，汽缸盖和活塞限制用于燃料的燃烧室；和燃料喷射喷嘴，该燃料喷射喷嘴用于将燃料引入到燃烧室中，其中，燃料喷射喷嘴包括：锥形座，该锥形座沿燃烧室的方向增大；和关闭体，该关闭体在关闭位置中与座相互作用而进行密封，并且该关闭体可以借助于提升运动而被从座提升，使得在座与关闭体之间形成环形喷嘴孔口，燃料能经由该环形喷嘴孔口而被引入到燃烧室中。
在根据本发明的大型柴油发动机中，燃料引入到汽缸的燃烧室中所借助的燃料喷射喷嘴的喷嘴孔口被设计为环状喷嘴孔口，该环状喷嘴孔口受沿着燃烧室的方向锥形地增大的座的限定。因此，燃料以中空锥或中空截锥的形式引入到燃烧室中。为中空锥形式的该燃料喷射导致燃料在燃烧室中的特别良好的空间分布，这导致与扫气空气或充注空气的非常良好的、特别均匀的混合物形成。这允许特别高效且低排放的燃烧。另外，已经示出，高湍流在中空锥形燃料喷射中占上风，这以积极方式促进与在燃烧室中螺旋地施加的充注空气流的混合。燃烧室中该特别有利的混合物形成允许大型柴油发动机的经济、高效以及低排放操作。
在座或关闭体的整个圆周上延伸的环状喷嘴孔口还具有以下优点：因为燃料的雾化已经凭借喷嘴孔口的环状几何结构和产生的、进入燃烧室的燃料的中空锥形分布而发生，所以与已知大型柴油发动机相比，它允许燃料的特别低的喷射压力。由此，例如可以用100至500巴的喷射压力操作根据本发明的大型柴油发动机。低喷射压力对燃料消耗具有直接积极效果。燃料消耗因为加压燃料需要更少的工作而降低。
根据本发明的所提出解决方案与用于大型柴油发动机的已知燃料喷射喷嘴相比的另一个优点是：根据本发明的大型柴油发动机的燃料喷射喷嘴没有盲孔，由此，也没有燃料可能在完成喷射过程之后从其滴入到燃烧室中的盲孔容积。因为关闭体在空间上被直接设置在座上并由此限制或关闭喷嘴孔口本身，所以在关闭体或喷嘴孔口的下游没有盲孔容积或死区容积。关闭体与座在喷射过程结束时的密封相互作用立即停止燃料到燃烧室中的侵入。以上所描述的、由于在大型柴油发动机中的已知燃料喷射喷嘴中的阀座与喷嘴孔口之间的空间距离而存在的问题还由根据本发明的实施方式来解决，并且避免关联的负面影响。这还具有关于大型柴油发动机的经济和低排放操作的有利效果。具体地，至少减少燃烧室中的残留的结焦或沉积以及与废气接触的部件，这导致增加的使用寿命或延长的维护间隔。
根据优选实施方式，为关闭体设置启动装置，凭借该启动装置，可以调节提升运动的幅度，使得可以改变喷嘴孔口的开口流动横截面。这里的优点是可用于流入到燃烧室中的燃料的流动横截面实际上可以被调节到零与最大值之间的任意值，零与关闭体密封与座相互作用的关闭位置对应，其中，最大值与由关闭体的提升运动的最大幅度实现的最大打开位置对应。
由于该措施，还可以在喷射过程期间改变开口流动横截面，即，可以通过以受控方式改变关闭体的提升来主动调节喷射过程期间的所喷射量的燃料的时间过程。该引入燃料的完全灵活的方式允许优化燃料喷射。例如，可以控制燃料中空锥到燃烧室中的穿透深度。此外，可以通过改变关闭体的提升(由此改变开口流动横截面)以受控方式影响并调节喷射过程(即，在喷射过程期间被引入到燃烧室中的量的燃料的过程)。具体地，可以预先确定期望的喷射过程，然后由关闭体的提升的对应变化实现这一点。相应期望的喷射过程例如可以取决于操作发动机的负荷范围，使得可以从空载速度到部分负荷和全负荷的整个负荷范围内优化燃料喷射。还可以关于不同部件(例如，燃料喷射喷嘴、排气系统或气体交换系统或活塞的部件)的温度优化喷射过程。
开口流动横截面的该变化是与大型柴油发动机中的已知燃料喷射喷嘴相比的主要优点，已知燃料喷射喷嘴通常仅可以在两个位置(即，对于燃料到燃烧室中的流动打开固定预定流动横截面的打开位置和没有燃料流动到燃烧室中的关闭位置)之间移位。由此，固定在喷射过程期间的开口流动横截面。因此，到燃烧室中的燃料流动至少近似地与喷射压力或燃料蓄压器(轨)中的压力直接成比例。这意味着燃料到燃烧室中的质量流动仅可以经由喷射压力来调节。相反，在具有可变流动横截面的本发明的优选实施方式中，燃料到燃烧室中的质量流动在以下意义上至少与喷射压力大幅脱离：即使在恒定的喷射压力下，也可以在喷射过程期间以受控方式改变燃料的质量流动。这里的优点是例如可以关于最佳可能雾化优化喷射压力。
关于作用在大型柴油发动机中的力，在启动装置被设计为液压启动装置时是优选的。
有利的措施是设置沿关闭位置的方向预加载关闭体的弹簧元件。这确保关闭体在喷射之前和之后与座相互作用而进行密封，并且关闭体仅从座提升，以针对弹簧的力喷射。
因为大型柴油发动机中的燃烧室的最大直径在喷射期间与其在汽缸的纵轴的方向上的高度相比较大，所以优选的是锥形座以至少90°的角度增大。该措施允许燃料在燃烧室中的良好空间分布。
特别优选地，锥形座以大于90°(优选地大于100°且至多140°)的角度增大。
关于燃料喷射喷嘴的设置，若干变体是可以的。优选实施方式是燃料喷射喷嘴被居中地设置在汽缸盖中，使得它与汽缸的纵轴对准。
特别地，在具有在汽缸盖中的中心设置的该实施方式中，优选地设置至少一个出口阀，借助该出口阀，燃烧气体可以从汽缸排出，其中，出口阀被设置为优选侧向地分散在汽缸盖中。
根据另一个优选实施方式，设置至少一个出口阀，借助该出口阀，燃烧气体可以从汽缸排出，其中，出口阀被居中地设置在汽缸盖中，使得出口阀的纵轴与汽缸的纵轴对准。
在另一个优选实施方式中，各汽缸具有多个出口阀，借助该多个出口阀，燃烧气体可以从汽缸排出，并且其中，出口阀设置在汽缸盖中并且围绕燃料喷射喷嘴。在该实施方式中，在各汽缸具有设置在汽缸盖中的燃料喷射喷嘴周围的四个出口阀时是特别优选的。
在另一个同样优选的实施方式中，燃料喷射喷嘴设置在活塞中。特别地，因为根据燃料喷射喷嘴的本发明的实施方式用比已知大型柴油发动机中远远更低的燃料的喷射压力来启用大型柴油发动机的操作，所以燃料喷射喷嘴可以设置在活塞中，优选地居中地设置在活塞面向燃烧室的表面中，使得燃料喷射喷嘴突出到燃烧室中。
另一个优选措施是：对于各汽缸设置多个燃料喷射喷嘴，其中，各燃料喷射喷嘴包括：锥形座，该锥形座沿燃烧室的方向增大；和关闭体，该关闭体在关闭位置中与座相互作用而进行密封，并且该关闭体可以借助于提升运动从座提升，使得在座与关闭体之间形成环形喷嘴孔口，借助该孔口，燃料可以被引入到燃烧室中。
具体地，根据本发明的大型柴油发动机可以被设计为双燃料大型柴油发动机，该双燃料大型柴油发动机可以在液体燃料被引入到燃烧室中以便燃烧的液体模式下操作，并且还可以在气体作为燃料引入到燃烧室中的气体模式下操作。同样地，在作为双燃料大型柴油发动机的设计中，发动机可以被具体设计为纵向扫气的二冲程大型柴油发动机。
此外，本发明提出了一种用于操作大型柴油发动机的方法，其中，根据本发明设计大型柴油发动机，其中，燃料用燃料喷射喷嘴引入到燃烧室中，其中，燃料喷射喷嘴包括：锥形座，该锥形座沿燃烧室的方向增大；和关闭体，该关闭体在关闭位置中与座相互作用而进行密封，并且该关闭体可以借助于提升运动从座提升，使得在座与关闭体之间形成环形喷嘴孔口，借助该孔口，燃料可以引入到燃烧室中。优选的是：预先确定将燃料引入到燃烧室中的喷射过程，并且根据预先确定的喷射过程在燃料的引入期间改变关闭体的提升运动的幅度。
优选地，在各燃料喷射喷嘴处以至多500巴的喷射压力提供燃料。
附图说明
在下文中，将借助于实施方式并参照附图来更详细地说明本发明。在附图中，示出了：
图1是根据本发明的大型柴油发动机的实施方式的汽缸的示意纵向剖面图；和
图2是来自图1的大型柴油发动机的燃料喷射喷嘴的示意纵向剖面图。
具体实施方式
在本发明的以下描述中，用示例性性质提及对于实践特别重要的大型柴油发动机的情况，该大型柴油发动机被设计为纵向扫气的二冲程大型柴油发动机并用作船的主驱动单元。当然，本发明不限于这种大型柴油发动机和该用途，而是一般地提及大型柴油发动机。例如，大型柴油发动机还可以被设计为四冲程发动机。如以上已经说明的，在本申请的框架内，术语“大型柴油发动机”还提及不仅可以在以燃料的自燃为特征的柴油操作中操作还可以在以燃料的强制点燃为特征的奥托操作中操作(或以这两种操作的混合形式)的大型发动机。此外，术语“大型柴油发动机”还特别包括以上所提及的那些双燃料发动机，一方面，这些双燃料发动机可以在气体模式下操作，在该模式下，燃烧气体(例如，天然气)，并且另一方面，这些双燃料发动机可以在液体模式下操作，在该模式下，燃烧合适的液体燃料，诸如甲醇、汽油、柴油、重燃料或其他合适的液体燃料。
图1示出了根据本发明的大型柴油发动机的实施方式的汽缸2的示意纵向剖面图，该大型柴油发动机整体用附图标记1来提及，并且被设计为纵向扫气的二冲程大型柴油发动机。
术语“大型柴油发动机”提及习惯上用作用于船的驱动单元或还用于稳定操作中(例如，驱动用于生成电能的大型发电机)的那些发动机。通常，大型柴油发动机的汽缸2各具有至少大约200mm的内径(内膛)。
大型柴油发动机1以本身已知的方式包括多个汽缸2(例如，六个至十二个汽缸，甚至更多)，在这些汽缸中，在图1中仅描绘一个。汽缸2的纵轴用附图标记A来提及。汽缸2在其上端处由如所描绘的汽缸盖5来关闭。活塞3设置在各汽缸2中，该活塞被设置为可在顶部死点与底部死点之间来回移动，该活塞的顶侧31连同汽缸盖5一起限制燃烧室6。活塞3通常经由活塞杆32连接到未示出的十字头，该十字头经由推杆连接到曲轴。
燃料喷射喷嘴7突出到燃烧室5中，凭借该燃料喷射喷嘴，液体燃料(例如，重燃料或柴油)可以引入到燃烧室6中。在该实施方式中，燃料喷射喷嘴7被居中地设置在汽缸盖5中，使得它与汽缸2的纵轴A对准，即，燃料喷射喷嘴7的轴线C位于汽缸2的纵轴A上。燃料喷射喷嘴7是未更详细描绘的喷射系统的一部分，该喷射系统除了包括燃料喷射喷嘴7之外，还包括另外的部件，如例如通常被设计为共轨累积器、控制阀、泵以及连接线路的燃料的蓄压器。
出口阀8也设置在汽缸盖5中，借助该出口阀，燃烧气体可以从汽缸2排出，并且可以供应到未示出的排气系统。在该实施方式中，出口阀8被设置为分散的(即，侧向地设置在汽缸盖5中)。
大型柴油发动机1的结构和独立部件(诸如例如喷射系统、气体交换系统、用于提供扫气空气或充注空气的排气系统或涡轮增压器系统、以及大型柴油发动机1的检查系统和控制系统)的细节为本领域技术人员公知为如二冲程发动机的设计以及四冲程发动机的设计，因此，这里不需要另外的说明。
大型柴油发动机1被设计为电控发动机，其中，具体地，电控气体交换系统和相应燃料的引入，即，借助于来自发动机1的检查装置和控制装置的电气或电子信号进行出口阀8和喷射系统或气体供应系统的启动(在气体模式下的操作的情况下)。因为操作参数(诸如到独立汽缸2的燃料供应的开始或结束或出口阀8的打开时间或出口阀8的关闭时间)可以自由选择，并且不例如经由机械耦合绑定到工作循环中的特定曲柄角，所以该电子控制提供最大可能灵活性的优点。
在这里所描述的纵向扫气的二冲程大型柴油发动机1的实施方式中，通常在各汽缸2或汽缸衬垫的下区域中设置扫气空气槽(未示出)，这些扫气空气槽由汽缸2中的活塞3的移动来周期性地关闭和打开，使得由涡轮增压器在充注压力下提供的充注空气或扫气空气可以借助扫气空气槽流入到汽缸2中，只要它们打开即可。在活塞3向上移动时，关闭扫气空气槽，并且一关闭出口阀8，则扭转施加的充注空气的压缩在汽缸2中开始。在活塞3靠近其顶部死点时，液体燃料借助于燃料喷射喷嘴7引入到扭转施加的压缩空气中，并且燃料空气混合物的自燃发生。在燃烧之后且在活塞的向下移动期间，出口阀8打开，借助该出口阀，燃烧气体然后可以从汽缸2排出到排气系统中。
在下文中，将更详细地说明燃料喷射喷嘴7。为了更佳的理解，图2示出了来自图1的大型柴油发动机1的燃料喷射喷嘴7的示意纵向剖面图。
突出到燃烧室6中的燃料喷射喷嘴7包括壳体71，在该壳体中，压力室72被设置为接收加压燃料。燃料供给9通向压力室72中，借助该燃料供给，燃料可以从未示出的燃料储备(例如从共轨系统的蓄压器)流入到压力室72中。
燃料喷射喷嘴7在其面向燃烧室的端处具有锥形座73(这里为燃料喷射喷嘴7的壳体71)，该座73沿燃烧室6的方向增大，并且围绕燃料喷射喷嘴7的轴线C对称延伸。座73被设计为截锥的壳表面，其中，截锥具有与燃料喷射喷嘴7的轴线C对应的对称轴。截锥且由此座73以至少90°的角度α打开。
此外，设置被设计为与座73相互作用的关闭体74。为此，关闭体74在其面向燃烧室的端处包括截锥部741，该截锥部限定与座73相互作用的表面。截锥部741例如设计有锥角，该锥角具有与座73增大的角度α相同的大小。在远离燃烧室6面向的侧处，杆状部742邻接截锥部741，该杆状部742为圆柱状，并且沿轴线C的方向延伸并与其同心。在杆状部742远离截锥部741面向的端处，设置盘状元件743，该盘状元件与轴线C同心地设置，并且与用于关闭体74的启动装置10的启动元件11相互作用。启动装置10优选地被设计为液压启动装置，即，启动元件11的移动借助于液压力来实现。
具有截锥部741、杆状部742以及盘状元件743的关闭体74居中地设置在燃料喷射喷嘴7的壳体71中，并且与轴线C同心。它从燃料喷射喷嘴7面向燃烧室的端居中地延伸穿过压力室72。优选地，关闭体74被设计并设置为关于轴线C旋转对称。
关闭体74以其截锥部741由受座面73限制的腔来接收的这种方式设置在壳体71中。在关闭位置中，关闭体74与锥形座73相互作用而进行密封，使得没有燃料可以从压力室72流入到燃烧室6中。弹簧75被设置为沿其关闭位置的方向预加载关闭体74，该弹簧一方面将其本身支撑在关闭体74的盘状元件743上，并且另一方面支撑在与轴线C同心延伸的壳体71的肩部711上。弹簧75设置在关闭体74的杆状部742周围，并且在如所描绘的向上指向的盘状元件743上施加力，由该力，关闭体74被按压密封到锥形座73中。
为了将燃料引入到燃烧室6中，借助于指向燃烧室6的方向的提升运动由启动装置10从座73提升，使得在座73与关闭体74的截锥部741之间形成环形喷嘴孔口，借助该孔口，燃料可以从压力室72流入到燃烧室6中。图1和图2各示出了打开状态的燃料喷射喷嘴7。
由此，燃料由于座73的截锥设计和关闭体74的截锥部741以中空锥形喷射的形式引入到燃烧室6中。由此，燃料散布为中空锥形轮廓，这导致燃料的特别良好的雾化和与燃烧室6中的充注空气的非常良好的混合。
启动装置10优选地以关闭体74的提升运动的幅度可以被调节为使得可以改变座73与关闭体73之间的喷嘴孔口的开口流动横截面的这种方式来设计。为此，启动装置10使启动元件11向下移动如图所示的可控且可调节值，借此，启动元件11经由盘状元件743沿燃烧室6的方向针对弹簧75的力将关闭体74提出座73。在这种情况下，可以选择或改变关闭体的提升运动的幅度。这意味着可用于流入到燃烧室6中的燃料的流动横截面实际上可以被调节到零与最大值之间的任意值，零与关闭体74与座73相互作用而进行密封的关闭位置对应，其中，最大值与由关闭体74的提升运动的最大幅度实现的最大打开位置对应。具体地，在喷射过程期间还可以改变关闭体74的提升运动的幅度，由此可以改变座73与关闭体74之间的开口流动横截面。据此，可以主动控制并调节喷射过程，即，引入到燃烧室6中的量的燃料的时间过程。
可选地，关闭体74优选地可以在其杆状部742处具有若干叶片76，这些叶片各以抗转矩方式与关闭体74连接。如果燃料喷射喷嘴打开，则流过压力室72的燃料在叶片76上引起力，借此，使关闭体74围绕燃料喷射喷嘴7的轴线C旋转。该旋转移动确保考虑具体为座73和关闭体74的截锥部741的外周的均匀负荷，借此，使磨损和其他劣化效应最小化。
在大型柴油发动机1的操作期间，压力室72用在喷射压力下的燃料恒定填充，该燃料可以借助燃料供给9流入到压力室中。例如，燃料在喷射压力下从共轨系统的蓄压器来提供。只要燃料喷射喷嘴的关闭体74在关闭体74与座73相互作用而进行密封的关闭位置中，就没有燃料可以从压力室72流到燃烧室6中。为了初始化喷射过程，如图例示，借助于信号(例如由大型柴油发动机1的检查装置或控制装置)诱导启动装置10，以借助于启动元件11的向下移动引起关闭体74的可预订幅度的提升运动，借此，关闭体74沿燃烧室6的方向被提离座73预定距离。在这样做时，角喷嘴孔口在关闭体74的截锥部741与锥形座73之间打开，借助该孔口，燃料可以从压力室72流入到燃烧室6中。在这种情况下，由关闭体74的提升运动的幅度预定角喷嘴孔口的开口流动横截面，由此，该剖面可以受控方式调节并可变。然后，燃烧过程由燃烧室6中的自燃开始，其中，燃烧过程通常在完成喷射过程之前已经在大型柴油发动机1中开始。
为了停止喷射过程，例如由液压启动元件11的压力释放“关闭”由启动元件11施加在关闭体74上的力。因此，关闭体74借助于弹簧75的弹簧力进入关闭位置中并保持在那里。然后，没有另外的燃料可以从压力室72流入到燃烧室6中，并且完成喷射过程。
大型柴油发动机1的操作的特定优点是：在具有喷嘴孔口的可变开口流动横截面的该实施方式中，可以以受控方式调节喷射过程(即，在喷射过程期间引入的量的燃料的时间过程)，由此，可以优化它。由此，例如可以根据操作大型柴油发动机1所用的当前负荷预定用于喷射过程的期望喷射过程。然后，启动装置10以实现期望喷射过程的这种方式经由关闭体74的提升幅度在喷射过程期间改变角喷嘴孔口的开口流动横截面。在那里，可以以受控方式调节中空锥形喷射B的喷射率(每时间燃料的质量流量)和穿透深度这两者。具体地，每时间燃料的质量流量(至少在很大程度上)与喷射压力脱离，因为它可以经由开口流动横截面的变化来调节。总之，这导致关于喷射的极高灵活性。
具有锥形座73和与其相互作用的关闭体的根据本发明的设计具体还具有以下优点：与传统大型柴油发动机相比，可以显著降低为喷射提供燃料所用的喷射压力。这具体是因为进入燃烧室的燃料的中空锥形轮廓已经具有高雾化程度，燃料散布在燃烧室6的宽空间区域上，并且燃料在中空锥形轮廓中已经具有高湍流，这促进与燃烧室中的充注空气的扭转流动的非常良好的混合。这使得可以例如以至多500巴的喷射压力以经济、高效且低排放的方式操作大型柴油发动机1。甚至仅350巴的喷射压力也足以在全负荷下安全且经济地操作大型柴油发动机1。对于全负荷操作，喷射压力优选地为至少300巴，在部分负荷操作中，甚至可以进一步降低喷射压力或共轨系统的蓄压器中的压力，例如降低至150巴。
另一个优点因以下事实而产生：为了打开喷嘴开口，关闭体74沿燃烧室6的方向移动或移动至燃烧室6中。从而，仅可忽略地少量容积存在(如果存在)，这与已知燃料喷射喷嘴的盲孔容积对应。由此，根据本发明的实施方式解决因这种盲孔或容积而产生的、以上所描述的问题。
座73沿燃烧室6的方向打开的角度α的合适选择具体取决于喷射时的燃烧室6的几何结构。已经示出，至少100°(具体从110°到140°)的值对于角度α是有利的。
关于燃料喷射喷嘴7的结构，若干变体是可以的。除了参照图1的、在汽缸盖5的中心具有燃料喷射喷嘴7和侧向分散设置的出口阀8的所讨论结构之外，例如，还可以将出口阀8设置在汽缸盖5的中心，并且将一个或更多个燃料喷射喷嘴7设置为分散(例如，在汽缸盖上横向分散)。另一个变体是将燃料喷射喷嘴7居中地设置在汽缸盖5中(如图1所示)，并且设置被设置在汽缸盖5中的中心燃料喷射喷嘴7周围的多个出口阀8。在该变体中，优选地设置四个出口阀8。
当然，以下这种实施方式是可以的：每汽缸2设置多个燃料喷射喷嘴7，其中，各燃料喷射喷嘴7包括：锥形座73，该锥形座沿燃烧室6的方向增大；和关闭体74，该关闭体在关闭位置中与座73相互作用而进行密封，并且该关闭体可以借助于提升运动从座73提升，使得在座73与关闭体74之间形成环形喷嘴孔口。
具体在至多500巴的低喷射压力下的另外变体是在活塞3中设置燃料喷射喷嘴7。在这种情况下，燃料喷射喷嘴7优选地居中地设置在活塞3中，使得它从活塞3的上侧31的中心突出到燃烧室6中。然后，向燃料喷射喷嘴7供给燃料优选地借助活塞杆32来进行，即，燃料供给9在活塞杆32内部延伸。

Claims (15)

1.一种具有至少一个汽缸(2)的大型柴油发动机，尤其是纵向扫气的二冲程大型柴油发动机，在该大型柴油发动机中，活塞(3)被设置为能在顶部死点与底部死点之间来回移动，该大型柴油发动机具有：
汽缸盖(5)，其中，所述汽缸盖(5)和所述活塞(3)限制用于燃料的燃烧室(6)；以及
燃料喷射喷嘴(7)，该燃料喷射喷嘴用于将所述燃料引入到所述燃烧室(6)中，
该大型柴油发动机的特征在于：
所述燃料喷射喷嘴(7)包括：
锥形座(73)，该锥形座沿所述燃烧室(6)的方向增大；以及
关闭体(74)，该关闭体在关闭位置中与所述锥形座(73)相互作用而进行密封，并且该关闭体能借助于提升运动而被从所述锥形座(73)提升，使得在所述锥形座(73)与所述关闭体(74)之间形成环形喷嘴孔口，所述燃料能经由所述环形喷嘴孔口而被引入到所述燃烧室(6)中。
2.根据权利要求1所述的大型柴油发动机，其中，设置有用于所述关闭体(74)的启动装置(10)，凭借该启动装置，所述关闭体(74)的所述提升运动的幅度成为可调的，使得能改变所述环形喷嘴孔口的开口流动横截面。
3.根据权利要求2所述的大型柴油发动机，其中，所述启动装置(10)被设计为液压启动装置(10)。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，设置有弹簧元件(75)，该弹簧元件沿所述关闭位置的方向预加载所述关闭体(74)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，所述锥形座(73)以至少90°的角度(α)增大。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，所述锥形座(73)以大于90°、优选大于100°的角度(α)增大，并且该角度至多为140°。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，所述燃料喷射喷嘴(7)被居中地设置在所述汽缸盖(5)中，使得其与所述汽缸(2)的纵轴(A)对准。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，所述大型柴油发动机具有至少一个出口阀(8)，借助该出口阀，燃烧气体能被从所述汽缸(2)排出，其中，所述出口阀(8)被分散地、优选侧向地设置在所述汽缸盖(5)中。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，所述大型柴油发动机具有至少一个出口阀(8)，借助该出口阀，燃烧气体能被从所述汽缸(2)排出，其中，所述出口阀(8)被居中地设置在所述汽缸盖(5)中，使得所述出口阀(8)的纵轴与所述汽缸(2)的纵轴(A)对准。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，各汽缸(2)具有多个出口阀(8)，借助这些出口阀，燃烧气体能被从所述汽缸(2)排出，并且其中，所述出口阀(8)被设置在所述汽缸盖(5)中并且围绕所述燃料喷射喷嘴(7)。
11.根据权利要求1至6中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，所述燃料喷射喷嘴(7)被设置在所述活塞(3)中。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，其中，各汽缸(2)都设置有多个燃料喷射喷嘴(7)，其中，各燃料喷射喷嘴(7)包括：锥形座(73)，该锥形座沿所述燃烧室(6)的方向增大；和关闭体(74)，该关闭体在关闭位置中与所述锥形座(73)相互作用而进行密封，并且该关闭体能借助于提升运动而被从所述锥形座(73)提升，使得在所述锥形座(73)与所述关闭体(74)之间形成环形喷嘴孔口，所述燃料能经由所述环形喷嘴孔口而被引入到所述燃烧室(6)中。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机，所述大型柴油发动机被设计为双燃料大型柴油发动机，该双燃料大型柴油发动机能在液体燃料被引入到所述燃烧室(6)中以便燃烧的液体模式下操作，并且该双燃料大型柴油发动机还能在气体作为燃料引入到所述燃烧室(6)中的气体模式下操作。
14.一种用于操作根据前述权利要求中任意一项所述的大型柴油发动机的方法，其中，预先确定将燃料引入到所述燃烧室(6)中的喷射过程，并且其中，在引入燃料期间，根据预先确定的所述喷射过程来改变所述关闭体(74)的所述提升运动的幅度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在各燃料喷射喷嘴处以至多500巴的喷射压力提供燃料。
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