CN111550324A - 用于大型发动机的气缸装置以及冷却方法 - Google Patents

Abstract

用于大型发动机的气缸装置以及冷却方法。本发明涉及一种用于大型发动机的具有气缸衬套和气缸盖的气缸装置。气缸装置具有冷却回路，该冷却回路以这样的方式连接到第一冷却入口、第二冷却入口、第一冷却出口和第二冷却出口，即，冷却流体能够从第一冷却出口被引导到第一冷却入口和第二冷却入口，其中，可控的混合阀布置在第一冷却出口和第一冷却入口之间的冷却回路中。循环泵布置在在混合阀和第一冷却入口之间的冷却回路中，用于使冷却流体从第一冷却出口再循环到第一冷却入口。混合阀流动连接到循环泵、第一冷却出口和用于供应新鲜冷却流体的冷却流体供应部，其中，混合阀被设计成使得冷却流体的可再循环量能够被调节。

Description

用于大型发动机的气缸装置以及冷却方法

技术领域

本发明涉及用于大型发动机的气缸装置、具有根据本发明的气缸装置的大型发动机以及用于冷却具有根据本发明的气缸装置的大型发动机的方法。

背景技术

可以被设计为二冲程或四冲程发动机的大型发动机(例如，纵向扫气二冲程大型柴油发动机)通常被用作船舶的驱动单元或者甚至用于固定的操作，例如用于驱动大型发电机以产生电能。发动机通常在连续操作中运行相当长的时间，这对操作安全和可用性提出了高要求。因此，特别长的维护间隔、低磨损和操作材料的经济处理是经营者的中心标准。大型发动机通常具有内径(孔)至少为200mm的气缸。现在，使用具有高达1000mm或甚至更大的孔的大型发动机。

已知不同类型的大型发动机，它们中的每一个都可以被设计为二冲程或四冲程发动机。关于经济和有效的操作、符合废气排放阈值和资源的可用性，还在寻求作为传统上用作大型发动机的燃料的重质燃料油的替代品。在这方面，既使用液体燃料(即，以液体状态引入到燃烧室的燃料)，又使用气体燃料(即，以气体状态引入到燃烧室的燃料)。

液体燃料的示例是各种质量等级的重质燃料油、煤油、柴油和汽油、醇(特别是甲醇或乙醇)、生物产生的燃料(生物燃料)(例如，FAME，其部分地与上述传统燃料混合，或者还有乳液或悬浮液)。例如，已知的是，被称为MSAR(多相超细雾化残余物)的乳液被用作燃料。众所周知的悬浮液是煤粉和水的悬浮液，其也被用作大型发动机的燃料。例如LNG(液化天然气)的天然气、乙烷和丙烷被称为气体燃料，例如在作为LPG的混合物中。

单纯利用重质燃料油或单纯利用另一种基于石油的燃料来操作的另一众所周知的替代是设计大型发动机，使得所述大型发动机可以用两种或多种不同的燃料来操作，其中，根据操作情况或环境，这些发动机用一种燃料或另一种燃料来操作。这种大型发动机，也称为多燃料大型发动机，其在操作期间可以从燃烧第一燃料的第一模式切换到燃烧第二燃料的第二模式，或者可以从燃烧第二燃料的第二模式切换到燃烧第一燃料的第一模式。此外，所述大型发动机同时用两种燃料操作也是可能的。例如，可以将第一燃料和第二燃料两者喷射到一个或多个气缸中，使得燃烧过程基于第一燃料的燃烧和第二燃料的燃烧两者(“燃料共享”)。然而，第一数量的气缸仅用第一燃料来操作同时第二数量的气缸仅用第二燃料来操作也是可能的。

可以用两种不同燃料来操作的大型发动机的已知设计是目前使用术语“双燃料发动机”的发动机的类型。一方面，这些发动机可以以气体模式操作(其中，气体燃料，例如天然气、甲烷、乙烷、丙烷或低闪点液体LFL，例如甲醇、乙醇、LPG或DME)被引入到燃烧室中进行燃烧，另一方面，这些发动机可以以液体模式操作(其中，例如重质燃料油或另一种液体燃料的液体燃料可以在同一发动机中燃烧)。此外，双燃料发动机按同时使用两种燃料的混合模式操作也是可能的。这些大型发动机可以是二冲程和四冲程发动机，尤其也可以是纵向扫气二冲程大型柴油发动机。

众所周知，在操作状态下气缸衬套承受的负载在气缸衬套的上部区域中特别高，即，在操作状态下活塞穿过气缸盖附近的上止点的部分。在活塞的上止点位置附近(即，当由气缸衬套、气缸盖和活塞包围的燃烧室的容积近似最小时)，空气燃料混合物被点燃，或者其自身点燃。这导致气缸衬套中的高温和高压，所述高温和高压也承受强烈的动态变化，这尤其是由于活塞的移动和燃烧室的不断变化的容积。

因此，长期以来已知例如在靠近气缸盖的气缸衬套的上端处设置冷却环，该冷却环优选地配备有水冷却装置，使得所产生的热负载的至少一部分能够经由冷却环被引导离开气缸衬套。由于目前为止在气缸中产生的热量的最大部分在气缸衬套的上部区域中出现，因此也出现在气缸盖上，所以在现有技术中已知的气缸装置中，气缸衬套的上部区域中的温度明显高于气缸衬套的下部区域中的温度。这意味着在现有技术中已知的气缸衬套中，在气缸衬套的气缸壁中存在沿着气缸轴线的巨大温度梯度。换句话说，在气缸衬套的壁的上部中，特别是与气缸盖相邻的部分的温度与期望的平均温度值相比过高，而气缸衬套的下部的温度相对太低。

这具有本领域技术人员所公知的若干非常不同的负面效应。由于气缸衬套的壁的不同区域中明显不同的温度，自然存在相应的内部机械畸变。例如，如果不采取额外的措施，则气缸盖附近的气缸衬套的上部区域比气缸衬套的下部区域径向扩展得更大。这意味着存在这样的风险，即在大型发动机的操作状态下，气缸衬套的上部区域的内径大于下部区域的内径。这不仅导致活塞的活塞运行特性本身已知的缺点，并且因此导致活塞和衬套运行表面之间的摩擦增加，而且当然还在径向方向上在气缸衬套的材料中产生相应的内应力，并且相对于沿着气缸轴线的轴向方向在气缸衬套的材料中产生相应的内应力。大的温度梯度自然也导致所涉及的机器部件的气缸衬套内的加速的或更强烈且不均匀的腐蚀过程。

例如，如果在利用高硫燃料(例如，重质燃料油或柴油)的操作期间，气缸衬套被有力地冷却以致于即使在发动机满负载的情况下，气缸衬套的上部区域也不会变得过热，这会导致在部分负载操作期间，气缸衬套的较冷的下部区域中的露点下降到低于现有压力水平的事实。这导致形成酸，尤其是形成亚硫酸和硫酸。

因此，有害酸的形成以及例如冷腐蚀可能因此受到气缸衬套中的温度分布的有利或不利影响。列出的上述有害效果仅应被理解为示例，而绝不是穷举的。本领域技术人员非常清楚许多其它负面结果。

EP2 848 786 A1公开了一种冷却装置，其中，在每种情况下为气缸盖和气缸衬套提供了自己的单独冷却系统，并且在防止了衬套冷却流体与盖冷却流体之间的流动交换的情况下，不存在盖冷却系统的冷却介质与衬套冷却系统的冷却介质的混合。

在现有技术中，还已知存在用于气缸衬套和气缸盖的共用冷却回路的冷却回路。在此，将冷却流体从气缸衬套引导到气缸盖中。泵和止回阀可以用于调节已经使用过的冷却流体(即，被加热的冷却流体)是否被再循环(即，退出气缸衬套的冷却流体是否部分地返回到气缸衬套的冷却流体入口)。冷却流体的这种再循环尤其用于发动机的部分负载操作，其中，泵用于再循环，泵被启动用于冷却流体的再循环。这种结构的缺点是，一旦泵被关闭，泵就会发生由停机引起的损坏(由于空闲时间引起的损坏)。泵仅用于部分负载操作，而对于满负载操作则关闭。

因此，利用现有技术中已知的气缸装置，不仅可以预料所涉及的部件的使用寿命大大降低，例如气缸衬套本身或至少气缸衬套的运行表面、活塞环、活塞、气缸盖和设置在那里的部件，例如喷嘴、出口阀、液压阀、泵和设备等，而且在发动机的操作期间也可以预料动力损失，从而导致燃料消耗增加，最终导致总成本更高和操作效率恶化。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种避免了现有技术中的已知缺点的气缸装置。此外，本发明的目的是提出一种避免了现有技术中的已知缺点的改进的大型发动机。本发明的另一个目的是提出一种用于冷却大型发动机的改进方法，所述方法避免了现有技术中的已知缺点。

因此，本发明涉及一种用于大型发动机的气缸装置，该大型发动机尤其可以是纵向扫气二冲程大型柴油发动机。这里，气缸装置包括气缸衬套和气缸盖。活塞可以以公知的方式安装在气缸衬套中，活塞在操作状态下按照使活塞的上侧连同气缸衬套的运行表面和布置在气缸衬套上的气缸盖界定燃烧室的方式布置成能够沿着气缸衬套的气缸轴线在上止点与下止点之间来回移动。气缸衬套具有用于将冷却流体供应到气缸衬套中的第一冷却入口和用于从气缸衬套排出冷却流体的第一冷却出口。气缸盖具有用于将冷却流体供应到气缸盖中的第二冷却入口和用于从气缸盖排出冷却流体的第二冷却出口。此外，气缸装置包括冷却回路，该冷却回路按照使冷却流体能够从第一冷却出口引导到第一冷却入口和第二冷却入口的方式连接到第一冷却入口、第二冷却入口、第一冷却出口和第二冷却出口。因此，冷却流体可在操作状态下借助于冷却回路被引导至气缸衬套和气缸盖，以便将它们冷却至可预先确定的温度或允许冷却水被加热至可预先确定的温度。为此，将可控的混合阀布置在第一冷却出口与第一冷却入口之间的冷却回路中，由此将循环泵布置在混合阀与第一冷却入口之间的冷却回路中，用于使冷却流体从第一冷却出口再循环到第一冷却入口。在这种情况下，混合阀流动连接到循环泵、第一冷却出口和冷却流体供应部，冷却流体供应部用于供应新鲜冷却流体并且被设计成使得能够调节冷却流体的可再循环量。

因此，对于本发明重要的是，可以以这样的方式调节混合阀，即，根据操作状况，特别是满负载或部分负载、低硫或无硫或高硫操作，供应到气缸装置的第一冷却入口的冷却流体可以优选是具有可预先确定的比例的新鲜冷却流体和再循环冷却流体的混合物，优选具有数量比率的温度受控的适应。

新鲜冷却流体是指不是源自气缸衬套的第一冷却出口的冷的冷却流体，即，不是之前在气缸衬套中被加热的冷却流体，而是源自冷却流体供应部的冷却流体，并且例如经由热交换器被冷却或者从储存器被供应。

特别地，通过本发明可以实现尤其是根据操作状态的灵活调节操作温度。在根据本发明的气缸装置中，操作温度可经由冷却流体或经由从第一冷却出口再循环到第一冷却入口的冷却流体的量来调节。冷却流体的温度，特别是气缸衬套中的冷却流体的温度可以容易地借助于可调节的混合阀来调节、调整或控制。这样，在部分负载操作中，特别是对于含硫燃料，可以避免气缸衬套的过度冷却，这种过度冷却会导致形成腐蚀性物质，例如亚硫酸或硫酸。

由于根据本发明的装置，可以避免由循环泵的停止引起的损坏(由于空闲时间(idle time)引起的损坏)，因为循环泵可以在操作状态下(即，在发动机运行的情况下)持久地使用，而不必由于具有混合阀的装置而被关闭。

在特别优选的实施方式中，混合阀可以设计为三通阀，特别是三通混合器。像切换阀那样，三通混合器具有三个连接部，并且优选地按照如下方式切换：一个连接部连接到循环泵；一个连接部连接到冷却流体供应部；一个连接部连接到第一冷却出口，以便能够使从第一冷却出口离开的冷却流体的至少一部分再循环。三通混合器优选具有两个极端位置：打开位置，在该打开位置，被引导到第一冷却入口的冷却流体完全源自冷却流体供应部，即，关闭了从第一冷却出口到第一冷却入口的冷却流体的再循环；以及关闭位置，在该关闭位置，将流出第一冷却出口的冷却流体完全再循环到第一冷却入口。三通混合器可以根据需要在这两个极端位置之间调节，使得可以调节从第一冷却出口再循环到第一冷却入口的冷却流体的量。在本发明的实施方式中，对于新鲜冷却流体和再循环冷却流体的混合物，打开位置或打开位置与关闭位置之间的中间位置是优选的。具有新鲜冷却流体和再循环冷却流体的混合物的中间位置可以根据操作状况被调节或调整或控制为新鲜冷却流体和再循环冷却流体的不同混合比率，例如以在第一冷却出口处实现预定温度。根据本发明提供的混合阀当然也可以设计为四通混合器或任意多通混合器或任意多通阀。

特别地，将混合阀设计为两个二通阀的组合也是可能的。在这种情况下，二通阀中的一个用于调节从第一冷却出口再循环到第一冷却入口的冷却流体的量。另一个二通阀用于调节新鲜冷却流体的量。

在实践中，可控的混合阀可经由控制系统以如下方式控制：冷却流体的可再循环量可以调节。因此，经由对混合阀的控制，可以根据需要调节供应到第一冷却入口的再循环冷却流体和新鲜冷却流体的混合物。这里，控制系统可以具体是包括电子单元的控制器或控制混合阀的计算机实现的装置。如上已经描述的，混合阀也可由控制系统以如下方式控制：防止或避免冷却流体从第一冷却出口再循环到第一冷却入口的，使得仅向第一冷却入口供应新鲜冷却流体。

对混合阀的控制不必手动地进行。优选地，根据本发明的气缸装置包括传感器，以便能够至少在很大程度上实现自动控制。在此，尤其第一温度传感器可以布置在冷却回路上在流动方向上位于第一冷却出口后面。第一温度传感器优选地布置在第一冷却出口附近，位于一方面可以将冷却流体供应到第一冷却入口并且另一方面可将冷却流体供应到第二冷却入口的分支的上游的点处。温度传感器可以按照如下方式连接到控制系统：根据由第一温度传感器测量到的冷却流体的温度来调节或者可以调节(尤其是可以调整或控制)冷却流体的可再循环量。

此外，第二温度传感器可布置在冷却回路上在流动方向上位于第二冷却出口后面，以便检测第二冷却出口处或邻近第二冷却出口的下游的冷却流体的温度。由第二温度传感器检测到的温度优选地用于将新鲜冷却剂的温度调节到可预先确定的值。如果由第二温度传感器检测到的温度对再循环的一定量的冷却流体没有直接影响，而是仅用于调节或调整新鲜冷却剂的温度，这是优选实施方式。在此，在实践中，优选地对于由第二温度传感器检测到的温度预先确定固定温度范围或固定温度，特别为60-100℃，优选地约为80℃-90℃。

在本发明的实施方式中，第二冷却入口可经由冷却回路连接到用于供应新鲜冷却流体的冷却流体供应部。通过这种装置，可以实现穿过气缸装置的均匀的容积流量，因为例如通过补偿管线，一定量的再循环冷却流体(即，为进一步冷却不直接到达进入气缸盖中的冷却流体)可以被新鲜冷却流体代替，以便也使得以均匀的容积流量对气缸盖均匀冷却成为可能。再循环到第一入口的冷却流体的量可由补偿管线补偿的事实意味着再循环的一定量的冷却流体至少部分地由新鲜冷却流体代替。

优选地，衬套冷却系统可以布置在气缸衬套的气缸壁中，并且盖冷却系统可以布置在气缸盖中。盖冷却系统主要用于冷却气缸盖和设置或安装在气缸盖上的部件，例如出口阀。

在此，盖冷却系统优选地可以按照如下方式布置在气缸盖中：冷却流体可以经由第二冷却入口供应到盖冷却系统，并且可以经由第二冷却出口从盖冷却系统排出。

类似地，衬套冷却系统优选地可以按照如下方式布置在气缸衬套中：冷却流体可经由第一冷却入口供应到衬套冷却系统或衬套，并且可经由第一冷却出口从衬套冷却系统或衬套排出。

盖冷却系统和衬套冷却系统两者优选地是气缸装置的冷却回路的一部分。

特别优选的，油和/或水，特别是海水和/或饮用水和/或淡水被用作冷却流体。冷却流体优选地通过循环泵而移动穿过冷却回路。循环泵可以是例如旋桨泵或离心泵。另外的支承泵可以布置在气缸装置上，以支承冷却流体的循环或使其它流体循环。

例如，如果冷却回路是闭合回路并且利用再冷却流体(特别是低温冷却水)再冷却，则这种支承泵可以是有帮助的。在此，例如，热交换器可用于利用再冷却流体来使冷却流体再冷却，其中，冷却流体和再冷却流体两者被引导穿过回路(冷却回路和再冷却回路)中的热交换器，其中，冷却流体将热量释放给再冷却流体并因此被冷却。再冷却回路优选地被供给新鲜的或冷的再冷却流体，特别是海水，并且可以由支承泵驱动。例如，可以使用逆流原理来冷却热交换器。

除了属于高温系统的冷却回路之外，用于大型发动机的整个冷却系统优选地包括低温系统和另一系统，利用该低温系统将高温系统(冷却回路)的冷却流体再冷却，并且利用另一系统将低温系统的再冷却流体再冷却。属于高温系统的冷却回路的冷却流体与大型发动机的气缸直接热接触。低温系统经由热交换器热联接到高温系统，使得低温系统的再冷却流体可以从高温系统的冷却流体吸收热量，从而可以将其冷却。该另一系统经由热交换器热联接到低温系统，使得该另一系统的热载体能够从低温系统的再冷却流体吸收热量，并因此能够将其冷却。代替热交换器，也可以设置混合系统或一个或多个混合装置，只要在技术上可以实现回路的联接，例如考虑到压力水平以及冷却介质的相容性。

高温系统的冷却流体优选是可被加入添加剂的淡水。低温系统的再冷却流体优选是可被加入添加剂的淡水。该另一系统的热载体优选是海水，特别是在大型发动机是船舶的驱动单元的情况下。

气缸装置可以设计成使得冷却流体可以穿过第一冷却出口直接或间接地输送到气缸盖中。间接意味着冷却流体经由管线被引导出气缸衬套并接着进入气缸盖。

本发明的另一方面涉及一种用于冷却包括根据本发明的气缸装置的大型发动机的气缸的方法。在根据本发明的方法中，冷却流体的再循环量是经由混合阀调节的。为此，混合阀按照如下方式被控制和调节：新鲜冷却流体和再循环冷却流体以可预先确定的比率混合以调节期望的温度。当然，混合阀的控制可以自动进行，并且可以配备例如控制系统形式的传感器，特别是温度传感器。在此，优选连续地记录在冷却回路的合适点处的温度，并将该温度与可预先确定的温度参考值进行比较。然后，在调节到温度参考值的意义上影响混合阀。

这具有如下优点：气缸装置的冷却可以可靠地适应发动机的负载。

本发明的另一方面涉及一种大型发动机，该大型发动机包括根据本发明的气缸装置，其中，冷却流体的可再循环量是经由可控的混合阀来调节的。

例如，大型发动机可以设计为纵向扫气大型发动机。

在优选实施方式中，大型发动机被设计为纵向扫气二冲程大型柴油发动机。

特别地，大型发动机也可以设计为双燃料大型柴油发动机，该发动机可以以液体模式操作，其中，液体燃料被引入到燃烧室中以用于燃烧，并且该发动机可以另外以气体模式操作，其中，气体或低闪点液体LFL作为燃料被引入到燃烧室中。可选地，双燃料发动机还配备同时使用两种燃料的混合模式也是可能的。

对于双燃料发动机，其具有非常大的优点，即气缸装置的冷却可以可靠地适应发动机的负载和相应的燃料。这是由于在利用通常含硫的重质燃料油或另一种含硫燃料的柴油操作中，为了避免由于水在气缸衬套的壁上的冷凝而形成酸，需要气缸衬套的高操作温度。相反，在气体操作中，例如利用天然气作为燃料，需要气缸衬套的最低可能操作温度。

如果在柴油操作中气缸衬套的操作温度太低，则会形成酸，特别是亚硫酸和硫酸，这会损坏气缸装置。另一方面，酸的形成通常不是气体操作的问题，因为在气体或其它高度易燃的液体燃料中通常没有硫。然而，在气体操作中，由于空气-气体混合物的自点火，气缸衬套的过高的操作温度会导致哑火。在气体操作中，也出于热力学原因，目的通常是尽可能多地冷却衬套。

附图说明

下面，参照实施方式和附图，在设备和工艺工程方面更详细地解释本发明。附图以示意图的形式示出：

图1是根据本发明的气缸装置的第一实施方式，并且

图2是根据本发明的气缸装置的第二实施方式。

具体实施方式

实施方式示出了特别适用于大型发动机的气缸装置。

术语“大型发动机”是指这样的发动机，其通常用作船舶的主驱动单元或者也用于固定操作，例如用于驱动大型发电机以产生电能。通常，大型发动机的气缸均具有至少大约200mm的内径(孔)。

大型发动机可以设计为四冲程或二冲程发动机。特别地，大型发动机可以设计为大型柴油发动机，尤其是纵向扫气二冲程大型柴油发动机。术语“大型柴油发动机”是指这样的发动机，其可以在柴油操作中操作，其中燃料的燃烧通常根据自点火原理发生。在本申请的框架内，术语“大型柴油发动机”还指这样的发动机，其除了柴油操作之外，可以另选地在奥托(Otto)操作中操作。在奥托操作中，燃烧通常根据燃料的强制点火原理发生。大型柴油发动机可以以柴油操作和奥托操作的混合形式操作也是可能的。

在本发明的以下描述中，以示例性的性质涉及对于实践重要的大型发动机的情况，该大型发动机被设计为纵向扫气二冲程大型柴油发动机并且被用作船舶的主驱动单元。该大型柴油发动机优选地设计为双燃料大型柴油发动机，使得其可以用两种不同的燃料操作，即，用如重质燃料油或船用柴油的液体燃料，以及用如天然气的气体燃料，或用根据利用强制点火的奥托原理燃烧的高度易燃的液体燃料。双燃料大型柴油发动机可以在操作期间从燃烧第一燃料切换到燃烧第二燃料，并且可以在操作期间从燃烧第二燃料切换到燃烧第一燃料。这意味着，大型柴油发动机可以在液体模式中操作，其中，液体燃料被引入到燃烧室中用于燃烧，并且也可以在气体模式(也称为气体操作)中操作，其中，气体或低闪点液体LFL作为燃料被引入到燃烧室中。在液体模式中，大型发动机利用燃料的自点火来操作(柴油操作)，而在气体模式中，大型发动机利用燃料的强制点火来操作(奥托操作)。在气体模式中，双燃料发动机优选地根据低压法操作。气缸中的空气-气体混合物的强制点火在气体模式中优选地通过喷射少量的自点火燃料(例如重质燃料油或柴油)发生，然后强制点火该空气-气体混合物。

应当理解，本发明不限于这种类型的大型发动机和这种用途，而是总体上涉及大型发动机。因此，将大型发动机设计成仅燃烧单一燃料，例如重质燃料油、船用柴油或柴油，或气体例如天然气也是可能的。大型发动机也可设计为气体发动机。将大型发动机设计成多燃料发动机也是可能的，其可以用第一燃料操作，并且其可以用不同于第一燃料的至少第二燃料操作。当然，大型发动机也可以设计成燃烧多于两种燃料。

关于大型发动机可以用于操作的一种或多种燃料，参考上面解释的燃料的示例性性质。

在图1中，示意性地示出了根据本发明的用于大型发动机的气缸装置1的第一实施方式，特别是用于纵向扫气二冲程大型柴油发动机。气缸装置1包括多个气缸23，图1中示出了其中的三个。这种装置特别适用于根据本发明的具有可预先确定的数量的气缸23的大型发动机。

各个气缸23以本身已知的方式包括气缸衬套2，气缸衬套2通常也被称为气缸衬套或衬套。在各个气缸衬套2中以本身已知的方式布置有未示出的活塞，所述活塞在操作和安装状态下按照如下方式被布置为可沿着气缸衬套2的气缸轴线X在上止点与下止点之间来回移动：活塞的上侧连同气缸衬套2的运行表面和布置在气缸衬套2上的气缸盖3界定燃烧室。

在这方面，图1示出了根据气缸装置1的本发明的实施方式。各个气缸衬套2具有用于将冷却流体供应到气缸衬套2中的第一冷却入口E1和用于从气缸衬套2排出冷却流体的第一冷却出口A1。各个气缸盖3具有用于将冷却流体供应到气缸盖3中的第二冷却入口E2和用于从气缸盖3排出冷却流体的第二冷却出口A2。所示的气缸装置1包括冷却回路100。该冷却回路100以管线的形式连接到各个气缸23。

冷却回路100中的所有气缸23并联连接，即，所有第一冷却入口E1流动连接到第一供应管线10，所有第一冷却出口A1流动连接到第一排出管线12，所有第二冷却入口E2流动连接到第二供应管线11，并且所有第二冷却出口A2流动连接到第二排出管线13。

对于各个气缸23，冷却回路100按照如下方式连接到相应的第一冷却入口E1、相应的第二冷却入口E2、相应的第一冷却出口A1和相应的第二冷却出口A2，即，冷却流体可以从第一冷却出口A1被引导到第一冷却入口E1和第二冷却入口E2。此外，冷却回路100包括冷却流体供应部5，新鲜冷却流体可经由该冷却流体供应部5供应至冷却回路100。

在冷却回路100中，可控的混合阀V1布置在第一出口管线12与第一供应管线10之间，第一出口管线12连接所有第一冷却出口A1，并且第一供应管线10连接所有第一冷却入口E1，混合阀V1能够按照如下方式控制和调节，即，可以调节新鲜冷却流体和再循环冷却流体的任何比率以及因此任何操作温度。另外，循环泵P1被布置在冷却回路100中，介于混合阀V1与第一冷却入口E1之间，用于使冷却流体从第一冷却出口A1再循环到第一冷却入口E1，使得冷却流体能够借助于循环泵P1循环穿过冷却回路100。混合阀V1流动连接到循环泵P1，循环泵P1连接第一冷却出口A1、第一出口管线12和用于供应新鲜冷却流体的冷却流体供应部5，并且该混合阀被设计为使得可以如上所述地调节、调整或控制冷却流体的可再循环量。

此外，冷却回路100包括补偿管线6，利用该补偿管线6，一定量的冷却流体(再循环到第一冷却入口E1的冷却流体，即，不经由第二冷却入口E2直接到达气缸盖3以进一步冷却的冷却流体)可以由新鲜冷却流体代替，以便也使得能够以均匀的容积流量均匀地冷却气缸盖3。因此，再循环的量的冷却流体可以至少部分地被新鲜冷却流体替代。补偿管线6将冷却流体供应部5连接到第一出口管线12与第二供应管线11之间的连接部，使得所有第一冷却出口A1和所有第二冷却入口E2可与补偿管线6流动连接。可控阀V3设置在补偿管线6中，利用该可控阀V3，可以关闭补偿管线。例如，关闭补偿管线6以预热大型发动机。

此外，提供控制系统4以控制混合阀V1。控制系统4连接到混合阀V1，混合阀V1被设计为三通阀。混合阀V1可由控制系统4按照如下方式控制，即，可以调节冷却流体的可再循环量。为此，可以调节冷却流体的再循环量和由冷却流体供应部5提供的新鲜冷却流体的量。因此，对新鲜冷却流体与穿过第一出口管线12来自冷却出口A1的冷却流体的混合比率进行调节。这里，循环泵P1确保在操作状态下冷却流体循环穿过冷却回路100。这里，当发动机被开启时，循环泵P1优选地总是在运行中，以便避免由停机引起的损坏(由于空闲时间引起的损坏)。

为了即使在循环泵P1发生故障的情况下也能确保气缸23的充分冷却，具有止回阀V2的旁通管线与循环泵P1并联地设置。如果循环泵P1在大型发动机的操作期间发生故障，则冷却流体可经由止回阀V2被输送到第一冷却入口5，以便由另一泵进行紧急操作，例如，将冷却流体输送到冷却流体供应部5的泵。

此外，气缸装置1具有第一温度传感器S1。第一温度传感器S1按照如下方式连接到控制系统4，即，可以根据可由第一温度传感器测量到的冷却流体的温度调节冷却流体的可再循环量，特别是可以调整或控制冷却流体的可再循环量。

还提供了第二温度传感器S2，其设置在第二出口管线13中，用于测量通过第二冷却出口A2退出的冷却流体的温度。优选地，由第二温度传感器S2测量到的温度用于调节经由冷却流体供应部5供给的新鲜冷却流体的温度。优选的是，可以将第二冷却出口A2之后或第二出口管线13中的冷却流体的温度调节或调整到例如80℃至90℃。传感器S2也可以安装在所表示的系统边界之外。

此外，还示出了气缸衬套2的气缸壁中的衬套冷却系统21和气缸盖3中的盖冷却系统31。在此，衬套冷却系统21在各种情况下布置在第一冷却入口E1与第一冷却出口A1之间，并且盖冷却系统31在各种情况下布置在第二冷却入口E2与第二冷却出口A2之间。

图2以类似于图1的表示示出了根据本发明的气缸装置1的第二实施方式。下面，将仅关注与第一实施方式的不同之处。另外，关于第一实施方式的解释也以类似的相同方式适用于第二实施方式。

一方面，在第二实施方式中，代替止回阀V2，次级泵P2与循环泵P1并联地布置在冷却回路100上，当在启动之前关闭时，次级泵P2通过使适当温度的流体循环来预热气缸装置1并因此预热大型发动机。次级泵P2还用于在循环泵P1出现故障的情况下在紧急操作中使冷却流体循环穿过冷却回路100。

当然，在第一实施方式中，也可以另选地或除了止回阀V2之外设置这种次级泵P2。

另一方面，在第二实施方式中，混合阀V1被设计为两个二通阀V11和V12的组合，其中，各个二通阀V11和V12被信号连接到控制系统4，使得相应的二通阀可由控制系统4控制，例如经由相应的伺服电机M。第一二通阀V11布置在冷却流体供应部5与循环泵P1之间的冷却回路100中。利用该阀V11，可以调节供应到冷却回路100的新鲜冷却流体的量。第二二通阀V12布置在第一出口管线12和循环泵P1之间的连接部中，即，介于第一冷却出口A1与循环泵P1之间。利用该阀V12，可以调节从第一冷却出口A1再循环到第一冷却入口的冷却流体的可再循环量。

当然，在第一实施方式中，混合阀V1也可以另选地设计成阀V12和V13的形式。

图1和图2均示出了中断，中断表示在属于大型发动机的分别示出的气缸装置1和用于提供冷却流体的未示出的冷却系统之间的分离。这些分离示出了冷却系统的其它部件布置在大型发动机外部的情况，这在现有技术中是最公知的。这些部件包括例如另外的泵、阀、热交换器和本身已知的另外部件，其设计对于根据气缸装置1的本发明的基本功能并不重要。

根据本发明提供的冷却回路100或冷却回路100的循环泵P1、混合阀V1和控制系统4的部件例如可以直接安装在大型发动机上。然而，也可能的是，这些部件与大型发动机分开并远离地安装，然后可以经由管线连接到大型发动机。

在下文中，使用图1和图2中的两个实施方式，描述了冷却流体循环穿过冷却回路100作为气缸23中具有和不具有冷却流体的再循环的一个气缸作为示例。

新鲜冷却流体经由冷却流体供应部5供应到冷却回路100。冷却流体借助于循环泵P1循环穿过冷却回路100。这里，冷却流体经由第一冷却入口E1供应到气缸衬套2。在通过气缸衬套2之后，冷却流体通过第一冷却出口A1离开气缸衬套2。

如果冷却流体或其部分将被再循环，混合阀V1处于关闭位置或处于中间位置，使得冷却流体或其部分能够经由冷却回路100从第一冷却出口A1再循环到第一冷却入口E1。在中间位置，再循环冷却流体在混合阀V1处与来自冷却流体供应部5的新鲜冷却流体混合，并且然后返回到第一冷却入口E1。然后，经由该混合比率可以影响或调节气缸衬套的操作温度。未再循环的那部分冷却流体经由第二冷却入口E2供应到气缸盖3，并且在通过气缸盖3之后经由第二冷却出口A2从气缸盖3排出。

然而，在中间位置，不仅来自第一冷却出口A1的冷却流体被供应到气缸盖3，而且一定量的再循环冷却流体经由连接到冷却流体供应部5的补偿管线6被补偿，并因此经由第二冷却入口E2被供应到气缸盖3。

供应至第一冷却入口E1的新鲜冷却流体和再循环冷却流体的期望混合比率可特别地经由控制系统4调节、调整或控制。为此，来自第一冷却出口A1的冷却流体的温度可以在温度传感器S1处预先确定，并且然后经由控制系统4调节。

如果冷却流体不再循环，则冷却流体如上所述地通过气缸衬套2、气缸盖3和冷却回路100。然而，冷却流体不从第一冷却出口A1再循环到第一冷却入口E1，因为混合阀V1处于打开位置，并因此只有来自冷却流体供应部5的新鲜冷却流体被供应到第一冷却入口E1。在该位置，冷却当然更强，因为没有热的(即，再循环的)冷却流体返回到第一冷却入口E1中。因此，这种位置适合于更强的冷却，例如在满负载操作和/或在气体模式下。

另一方面，上述中间位置特别适合于部分负载操作和/或柴油操作，以避免过度冷却。

因此，可以认识到，在根据本发明的装置中，循环泵P1可以持久地开启，而不管是否执行冷却流体的再循环。

例如布置在双燃料大型发动机中的气缸装置1尤其可以用于气体操作或柴油操作。这里，在气体操作中，可以在传感器S1处预先确定与柴油操作中不同的目标温度，直到混合阀V1在打开位置操作，即，在第一冷却出口A1与第一冷却入口E1之间没有循环。因此，利用控制系统4经由新鲜冷却流体与再循环冷却流体的混合比率来调节、调整或控制温度，新鲜冷却流体和再循环冷却流体被供应到第一冷却入口E1。

在柴油操作中，温度传感器S1处的温度被调高，特别是在部分负载操作中，例如调高至120℃。此外，例如80-90℃的第二温度可在第二温度传感器S2处被调节。

在气体操作和柴油操作中，循环泵P1优选地总是开启，以便避免如上所述由停机引起的损坏(由于空闲时间引起的损坏)。通过根据本发明的装置，使得循环泵P1在气体操作和柴油操作中的持久操作成为可能。

当操作状态改变时，优选缓慢地调节温度传感器S1、S2处的温度。当从气体操作切换到柴油操作时，温度可以每分钟增加1-10℃，优选5℃。当从柴油操作切换到气体操作时，温度可以每分钟降低5-15℃，优选10℃。该系统通常被确定尺寸为使得在传感器2处的温度保持恒定，而与发动机负载和操作模式无关。

发动机，特别是大型发动机的另一操作状态是预热操作。对于预热操作，阀V3关闭，并且混合阀V1优选处于打开位置。然后通常被预热的冷却流体现在移动穿过冷却回路100而没有再循环，以在发动机起动之前预热大型发动机。

Claims (15)

1.一种用于大型发动机、特别是纵向扫气二冲程大型柴油发动机的气缸装置，所述气缸装置包括气缸衬套(2)和气缸盖(3)，其中，活塞能够安装在所述气缸衬套(2)中，所述活塞按照所述活塞的上侧连同所述气缸衬套(2)的运行表面和布置在所述气缸衬套(2)上的所述气缸盖(3)界定燃烧室的方式被布置成能够在操作状态下沿着所述气缸衬套(2)的气缸轴线(X)在上止点与下止点之间来回移动，其中，所述气缸衬套(2)包括用于将冷却流体供应到所述气缸衬套(2)中的第一冷却入口(E1)和用于从所述气缸衬套(2)排出所述冷却流体的第一冷却出口(A1)，并且所述气缸盖(3)包括用于将所述冷却流体供应到所述气缸盖(3)中的第二冷却入口(E2)和用于从所述气缸盖(3)排出所述冷却流体的第二冷却出口(A2)，其中，所述气缸装置(1)包括冷却回路(100)，所述冷却回路(100)按照能够将所述冷却流体从所述第一冷却出口(A1)引导到所述第一冷却入口(E1)和所述第二冷却入口(E2)的方式连接到所述第一冷却入口(E1)、所述第二冷却入口(E2)、所述第一冷却出口(A1)和所述第二冷却出口(A2)，其中，能够控制的混合阀(V1)在所述第一冷却出口(A1)与所述第一冷却入口(E1)之间布置在所述冷却回路(100)中，其中，循环泵(P1)在所述混合阀(V1)与所述第一冷却入口(E1)之间布置在所述冷却回路(100)中，用于将所述冷却流体从所述第一冷却出口(A1)再循环到所述第一冷却入口(E1)，其中，所述混合阀(V1)流动连接到所述循环泵(P1)、所述第一冷却出口(A1)和用于供应新鲜冷却流体的冷却流体供应部(5)，并且其中，所述混合阀(V1)是按照使得能够调节所述冷却流体的可再循环量的方式设计的。

2.根据权利要求1所述的气缸装置，其中，所述混合阀(V1)被设计为三通阀(V1)或两个二通阀的组合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，所述气缸装置包括控制系统(4)，借助于所述控制系统(4)，能够按照使得能够调节所述冷却流体的可再循环量的方式控制所述混合阀(V1)。

4.根据权利要求3所述的气缸装置，其中，所述混合阀(V1)能够由所述控制系统(4)按照能够使所述冷却流体从所述第一冷却出口(A1)到所述第一冷却入口(E1)的再循环中断的方式进行控制。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的气缸装置，其中，第一温度传感器(S1)在流动方向上布置在所述冷却回路(100)上并且位于所述第一冷却出口(A1)后面，并且所述第一温度传感器(S1)按照使得能够根据能够由所述第一温度传感器(S1)测量的所述冷却流体的温度来调节所述冷却流体的可再循环量的方式连接到所述控制系统(4)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，所述第二冷却入口(E2)经由所述冷却回路(100)连接到所述冷却流体供应部(5)以供应新鲜冷却流体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，补偿管线(6)布置在所述第二冷却入口(E2)与所述冷却流体供应部(5)之间，利用所述补偿管线，能够补偿再循环到所述第一冷却入口(E1)的冷却流体的量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，衬套冷却系统(21)布置在所述气缸衬套(2)的气缸壁中，并且盖冷却系统(31)布置在所述气缸盖(3)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，所述循环泵(P1)是旋桨泵或离心泵。

10.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，所述冷却流体是油和/或水，特别是海水和/或饮用水和/或淡水。

11.根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置，其中，所述冷却回路(100)被设计为闭合回路，并且能够利用再冷却流体，特别是低温冷却水再冷却。

12.根据权利要求11所述的气缸装置，所述气缸装置包括用于冷却所述冷却流体的热交换器或混合装置。

13.一种大型发动机，所述大型发动机包括根据前述权利要求中任一项所述的气缸装置(1)。

14.根据权利要求13所述的大型发动机，其中，所述大型发动机被设计为双燃料大型柴油发动机。

15.一种用于冷却大型发动机的气缸的方法，所述大型发动机包括根据权利要求1至12中任一项所述的气缸装置(1)，其中，经由能够控制的混合阀(V1)调节所述冷却流体的可再循环量。

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