CN118532256A - 双燃料大型柴油机及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双燃料大型柴油机及操作方法。双燃料大型柴油机包括至少一个具有燃烧室的气缸,气缸设有用于将第一燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射器(10)以及用于将第二燃料喷射到燃烧室中的第二燃料喷射器(20),其中,第一燃料不同于第二燃料,大型柴油机还包括用于将第一燃料供应到气缸的第一燃料供应系统(5)和用于将第二燃料供应到燃料分配系统(6)的第二燃料供应系统(7),其中,燃料分配系统(6)被配置成将来自第二燃料供应系统(7)的第二燃料输送到第二燃料喷射器(20)。设有将第一燃料供应系统(5)连接到燃料分配系统(6)的清洗管线(9),设有用于打开和关闭通过清洗管线(9)的流动连接的开关构件(8)。
Description
技术领域
本发明涉及双燃料大型柴油机和用于操作这种发动机的方法。
背景技术
大型柴油机(其可以被配置为二冲程或四冲程发动机,例如被配置为纵向扫气式二冲程大型柴油机)经常用作船舶的驱动单元或用在固定操作中,例如用来驱动用于产生电能的大型发电机。发动机通常在连续操作中运行相当长的时间,这对操作安全性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操作者的中心标准。大型柴油机通常具有内径(缸径)至少为200mm的气缸。目前,使用缸径高达960mm或甚至更大的的大型柴油机。在本申请的框架内,术语“大型柴油机”表示气缸的缸径至少为200mm且优选至少为300mm的内燃机。
大型柴油机通常用重质燃料油操作。在经济和高效操作、符合废气限制值、资源的可持续性和可用性方面,现在还在为大型柴油机寻求燃料重燃料油的替代品。在这方面,使用液体燃料(即以液态引入燃烧室的燃料)和气体燃料(即以气态引入燃烧室的燃料)二者。
作为重质燃料油的已知替代品的液体燃料的示例是:其他重质烃,其特别作为来自炼油的残余物留下;醇,特别是甲醇或乙醇;氨;汽油;柴油;或乳液或悬浮液。例如,已知使用称为MSAR(多相超细雾化残渣)的乳液作为燃料。众所周知的悬浮液是煤粉和水的悬浮液,该悬浮液也用作大型发动机的燃料。作为气体燃料,已知诸如LNG(液化天然气)的天然气、诸如LPG(液化石油气)的液化气或乙烷。
特别地,如下的大型柴油机也是已知的,该大型柴油机可以用至少两种不同的燃料操作,由此发动机根据操作情况或环境用一种燃料或另一种燃料操作。还已知将两种不同的燃料同时喷射到气缸的燃烧室中。
能够以两种不同燃料操作的大型柴油机被称为双燃料大型柴油机。取决于这两种燃料,所述发动机可以以液体模式和气体模式操作,在液体模式中,液体燃料被引入气缸用于燃烧,在气体模式中,气体作为燃料被引入气缸。
大型柴油机(其可以用至少两种或甚至更多种不同的液体或气体燃料操作)通常根据当前使用的燃料以不同的操作模式操作。在通常称为迪塞尔操作的操作模式中,燃料的燃烧通常根据燃料的压燃(compression ignition)或自燃(self-ignition)的原理发生。在通常称为奥托操作的模式中,燃烧通过可点燃的预混合空气-燃料混合物的诱燃(induced ignition)而发生。这种诱燃可以例如通过电火花(例如通过火花塞)而发生,或者也可以通过喷射的少量燃料的自燃而发生,小喷射量的燃料的自燃然后引起另一种燃料的诱燃。用于自燃的少量燃料通常被喷射到连接到燃烧室的预燃室中。
此外,使用奥托操作和迪塞尔操作二者的混合形式也是已知的。
在本申请的框架内,术语“大型柴油机”是指这样的发动机,其可以至少以迪塞尔操作进行操作。特别地,术语“大型柴油机”因此还包括这样的双燃料大型发动机,其除了迪塞尔操作之外还可以以另一种模式(例如奥托操作)操作。
在本申请的框架内,术语“气体模式”或“以气体模式的操作”是指仅使用用于产生扭矩的燃烧的气体或气体燃料作为燃料。如已经提及的,可能的且相当普遍的是,在气体模式中,为了诱燃预混合空气-燃料混合物,喷射少量的自燃液体燃料(例如船用瓦斯油(MGO)、船用柴油(MDO)或极低硫燃料油)以进行诱燃,但是产生扭矩的燃烧过程完全用气体或气体燃料操作。
这种由少量的液体或另一种自燃燃料的自燃进行诱燃的过程有时称为引燃喷射。当大型柴油机在液体模式下以迪塞尔操作进行操作时,该引燃喷射与将液体燃料喷射到燃烧室中无关。与用于在液体模式下喷射液体柴油机燃料的喷射装置相比,不同的喷射装置通常但不一定用于引燃喷射。此外,在引燃喷射中,少量的液体燃料也经常不直接喷射到燃烧室中,而是喷射到经由通道连接到燃烧室的至少一个预燃室中。
在双燃料大型柴油机中,两种不同的燃料(即第一燃料和第二燃料)用于气缸中的燃烧过程。第一燃料通常是用于在燃烧室中自燃的柴油机燃料。例如,柴油机燃料是重燃料油(HFO)、船用柴油(MDO)或船用瓦斯油(MGO)。作为第二燃料,甲醇、甲醇和水的混合物以及氨现在越来越重要。
然而,这种第二(或替代)燃料(如甲醇和氨)可在燃料分配系统中引起腐蚀问题,特别是在发动机停止期间或在用第一燃料操作期间。停滞的第二燃料(例如甲醇或氨)腐蚀性地侵蚀燃料分配系统的管道或其他部件。此外,存在甲醇或氨例如作为蒸气从发动机逸出到发动机维护或发动机操作人员可接近的空间中的风险。这构成了需要全面缓解措施的健康危害。为了解决这个问题,在本领域中已知的是,用无害气体(特别是用氮气)冲洗燃料分配系统以及用于替代燃料的喷射器,以除去替代燃料的所有残留物。这需要单独的清洗系统,该清洗系统包括用于清洗介质(例如氮气)的储存器、管道、阀等,这从构造和成本角度而言都是额外的努力。
发明内容
因此,从现有技术出发,本发明的目的是提出一种双燃料大型柴油机,其可用第一燃料和第二燃料操作,其中,可以以非常简单的方式可靠地从燃料分配系统和喷射器移除第二燃料。此外,本发明的目的是提出一种用于操作这种双燃料大型柴油机的方法。
因此,根据本发明,提出了一种双燃料大型柴油机,该双燃料大型柴油机包括至少一个具有燃烧室的气缸,其中,活塞布置在气缸中用于在上止点位置与下止点位置之间往复运动,其中,气缸设有用于将第一燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射器以及用于将第二燃料喷射到燃烧室中的第二燃料喷射器,其中,第一燃料不同于第二燃料,大型柴油机还包括用于将第一燃料供应到气缸的第一燃料供应系统以及用于将第二燃料供应到燃料分配系统的第二燃料供应系统,其中,燃料分配系统被配置成将来自第二燃料供应系统的第二燃料输送到第二燃料喷射器。设有将第一燃料供应系统连接到燃料分配系统的清洗管线,其中,设有用于打开和关闭通过清洗管线的流动连接的开关构件。
通过将第一燃料供应系统连接到用于第二燃料的燃料分配系统的清洗管线,可以用第一燃料清洗燃料分配系统和第二燃料喷射器,由此从燃料分配系统和第二燃料喷射器去除第二燃料的所有残留物。特别地,不再需要为燃料分配系统提供单独的清洗系统,例如氮气清洗系统,因为第一燃料用于将第二燃料冲洗出燃料分配系统和第二燃料喷射器。因此,双燃料大型柴油机变得不太复杂,而不会降低发动机的操作安全性和可靠性。
此外,使用第一燃料(例如柴油机燃料)来清洗第二燃料的燃料分配系统具有如下的附加优点:由于在例如管道和第二燃料喷射器的原本与第二燃料接触的表面上产生油膜,防止燃料分配系统和第二燃料喷射器腐蚀。所述油膜是在用第一燃料清洗期间产生的。
优选地,每次当执行从第二操作模式(其中仅第二燃料被供应到燃烧室)到第一操作模式(其中仅第一燃料被供应到燃烧室)的切换时,执行对用于第二燃料的燃料分配系统和第二燃料喷射器的清洗。
此外,当大型柴油机在用第二燃料操作之后停止时,优选用第一燃料进行清洗。
由于用第一燃料可靠地清洗,所以不存在第二燃料例如通过蒸发从发动机逸出的风险。
优选地,第二燃料供应系统被配置成以第二燃料低压将第二燃料供应到燃料分配系统,其中,燃料分配系统包括用于将第二燃料的压力从第二燃料低压增加到第二燃料喷射压力的压力放大器。例如,第二燃料供应系统以15至85巴(1.5至8.5MPa)的第二燃料低压将第二燃料(例如氨)输送到燃料分配系统。压力放大器将第二燃料的压力增加到190至1000巴(19至100MPa)的第二燃料喷射压力。优选地,第二燃料喷射压力在250至600巴(25至60MPa)的范围内。
优选地,当流动连接打开时,清洗管线以第一燃料低压将第一燃料供应到燃料分配系统,其中,第一燃料低压比第二燃料低压大至少20%。在上述示例中,第一燃料低压例如比第二燃料低压高2至4巴(0.2至0.4MPa)。
根据与清洗管线连接的第一燃料供应系统的位置,在第一燃料进入燃料分配系统之前,第一燃料的压力必须降低到第一燃料低压。为此,优选的是,开关构件被配置成将第一燃料的压力降低到第一燃料低压。
作为另一个有利的措施,在清洗管线与第二燃料供应系统之间布置有用于防止第一燃料流入第二燃料供应系统的止回装置。
对于许多应用,优选的是,气缸包括多个第二燃料喷射器,例如两个第二燃料喷射器或三个第二燃料喷射器。提供多于一个的第二燃料喷射器具有如下的优点:第二燃料更好地分布在燃烧室内。
可以将燃料分配系统配置成具有仅一个压力放大器,该压力放大器将加压到第二燃料喷射压力的第二燃料供应到气缸的每个第二喷射器。在其他实施例中,燃料分配系统包括多个压力放大器,每个压力放大器专用于第二燃料喷射器中的刚好一个。因此,对于每个第二燃料喷射器,存在单独的压力放大器,该压力放大器将第二燃料仅输送到所述第二燃料喷射器。
特别地,对于在每种情况下具有专用于第二燃料喷射器中的刚好一个的压力放大器的那些实施例,每个压力放大器集成在第二燃料喷射器中是优选的配置。
根据优选实施例,气缸包括用于界定燃烧室的气缸盖,其中,每个第一燃料喷射器以及每个第二燃料喷射器都布置在气缸盖中。
优选地,第一燃料是用于在燃烧室中自燃的柴油机燃料,例如重燃料油(HFO)、船用柴油(MDO)或船用瓦斯油(MGO)。
此外,优选的是,第二燃料是甲醇或氨。
优选地,双燃料大型柴油机被配置为纵向扫气式二冲程大型柴油机。
此外,提出了一种用于操作双燃料大型柴油机的方法,其中,该双燃料大型柴油机是根据本发明配置的。该方法包括从第二操作模式切换到第一操作模式,在第二操作模式中,仅将第二燃料供应到燃烧室,在第一操作模式中,仅将第一燃料供应到燃烧室。切换步骤包括以下步骤:
以期望的负载或速度操作双燃料大型柴油机;
致动开关构件以打开通过清洗管线的流动连接;
用第一燃料喷射器将第一量喷射到燃烧室中,同时用第二喷射器将第二量喷射到燃烧室中;
连续地调节第一量和第二量以保持期望的负载或速度;
减小第二量并增加第一量,直到第二量等于零。
在燃料转换期间,必须通过适当的发动机校准参数或其他类型的减排技术来保证排放,从而也满足现行规定。
因此,在从第二操作模式切换到第一操作模式期间,使用将第一燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射器和将第二燃料喷射到燃烧室中的第二燃料喷射器二者。此外,开关构件被致动以打开通过清洗管线进入燃料分配系统的流动连接。当通过清洗管线的流动连接打开时,在气缸中的活塞的接下来的冲程期间,从燃料分配系统和从第二燃料喷射器冲洗出第二燃料。由第二燃料喷射器喷射的第二量的燃料越来越多地减少,直到它变成零。此后,仅使用向燃烧室提供第一燃料的第一燃料喷射器。发动机以第一操作模式操作,并且第二燃料从燃料分配系统、从压力放大器和从第二燃料喷射器被完全冲洗出。
优选的措施是在大型柴油机停止之前执行切换步骤,使得大型柴油机在以第一操作模式操作期间停止。因此,当大型柴油机以第二操作模式操作并将停止时,优选地首先执行到第一操作模式的切换,然后停止或关闭大型柴油机。
此外,优选地,在从第二操作模式切换到第一操作模式期间,阻止从第二燃料到燃料分配系统的供应。因此,一旦开始切换步骤,第二燃料就不能再进入燃料分配系统。在开始切换步骤之后,仍存在于燃料分配系统和第二燃料喷射器中的第二燃料在活塞的几个冲程期间通过第一燃料冲洗。
附图说明
在下文中,基于实施例并参考附图更详细地解释本发明。在附图中:
图1是根据本发明的双燃料大型柴油机的实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的双燃料大型柴油机的实施例的示意图,该双燃料大型柴油机总体用附图标记1表示。在本领域中已知具有各种不同构造的这样的大型柴油机。因此,在图1中仅示出了用于将燃料分配到大型柴油机1的气缸的系统,因为这足以理解本发明。
术语“大型柴油机”指的是这样的内燃机,其通常用作船舶的驱动单元或者也用在固定操作中,例如用来驱动用于产生电能的大型发电机。通常,大型柴油机的气缸各自具有至少约200mm的内径(缸径)。术语“纵向扫气”是指扫气或增压空气在下端的区域处引入气缸中,并且排气阀布置在位于气缸的上端处的气缸盖中或气缸盖处。
此外,术语“大型柴油机”是指这样的发动机,其可以至少以迪塞尔操作进行操作。特别地,术语“大型柴油机”因此还包括这样的大型发动机,其除了迪塞尔操作之外还可以以另一种模式(例如奥托操作)操作。
双燃料大型柴油机是能够用两种不同的燃料(即第一燃料和第二燃料)操作的发动机。特别地,双燃料大型柴油机可以以液体模式用第一燃料操作,在该液体模式中,仅液体第一燃料被喷射到气缸的燃烧室中。通常,液体燃料(例如重燃料油(HFO)、船用柴油(MDO)或船用瓦斯油(MGO))在合适的时间直接喷射到燃烧室中,并根据自燃的迪塞尔原理在那里点燃。大型柴油机也可以用第二燃料操作,该第二燃料可以是以气态喷射到燃烧室中的气体燃料,或者是以液态喷射到燃烧室中的另一种液体燃料。
第二燃料可以是自燃燃料,使得在用第二燃料操作期间,大型柴油机也以迪塞尔操作进行操作。也可能的是,第二燃料是用于奥托操作的燃料,即第二燃料是诱燃的。在这种情况下,第二燃料被喷射到燃烧室中以与扫气形成预混合的空气-燃料混合物。空气-燃料混合物根据奥托原理在燃烧室中被诱燃。通常通过在适当的时刻将少量的自燃燃料(例如柴油或重质燃料油)引入燃烧室或引入预燃室中来引起这种诱燃,该燃料在引入燃烧室或引入预燃室中之后自燃并引起燃烧室中的空气-燃料混合物的诱燃。
将少量自燃液体或气体燃料引入燃烧室或引入至少一个预燃室用于诱燃主燃料(此处为第二燃料),这也称为引燃(pilot ignition)。除了柴油之外,还可以使用气体或醇(如甲醇)作为用于引燃的引燃流体。
在其他实施例中,通过火花点火或激光脉冲或通过适于点燃燃烧室中的第二燃料的任何其他方式来进行诱燃。
在下面的描述中,参考优选实施例,其中,第一燃料是用于自燃的柴油机燃料,第二燃料是甲烷或氨。例如,柴油机燃料是HFO、MDO或MGO。关于第二燃料(甲烷或氨),优选地,用第二燃料的操作是根据奥托原理的操作,即,第二燃料在燃烧室中是诱燃的,优选地通过引燃。然而,在其他实施例中,用第二燃料的操作可以是迪塞尔操作,其中,第二燃料在燃烧室中是自燃的。
此外,双燃料大型柴油机可以以混合模式操作,其中,第一燃料和第二燃料都被喷射到气缸的燃烧室中。在混合模式中,第一燃料的燃烧和第二燃料的燃烧都有助于产生扭矩。
在本文中描述的实施例中,双燃料大型柴油机被配置为纵向扫气式双燃料二冲程大型柴油机。
双燃料大型柴油机具有至少一个但通常多个气缸。在每个气缸内,活塞以本身已知的方式沿气缸轴线在上止点位置和下止点位置之间来回移动。活塞以本身已知的方式经由活塞杆连接到十字头,该十字头经由推杆或连杆连接到曲轴,使得活塞的运动经由活塞杆、十字头和连杆传递到曲轴以使曲轴旋转。活塞的上侧与气缸盖一起限定燃烧室,用于燃烧的燃料被引入该燃烧室中。
大型柴油机的结构和各个部件(例如用于燃料的喷射系统、气体交换系统、排气系统或用于供应扫气或增压空气的涡轮增压系统,还有大型柴油机的监测和控制系统)对于本领域技术人员来说对于作为二冲程发动机的设计和作为四冲程发动机的设计都是充分已知的,因此本文中不需要进一步解释。
在本文中描述的纵向扫气式二冲程大型柴油机1的实施例中,扫气槽通常设置在每个气缸或气缸套的下部区域中,所述扫气槽通过活塞在气缸中的运动而周期性地关闭和打开,从而只要扫气槽打开,由涡轮增压器在增压压力下提供的扫气就可以通过扫气槽流入气缸中。在气缸盖中设置有通常居中布置的排气阀,在燃烧过程之后,废排气可通过该排气阀从气缸排放到排气系统中。排气系统将排气的至少一部分引导至涡轮增压器的涡轮机,该涡轮增压器的压缩机在扫气压力下将扫气提供到扫气接收器中,该扫气也被称为增压空气。扫气接收器与气缸的扫气槽流体连通。
图1示出了双燃料大型柴油机1的燃料供应系统的示意图。在图1中,仅示出用于大型柴油机的一个气缸的燃料供应系统。通常,大型柴油机包括多个气缸。然而,为了理解本发明,仅参考一个气缸就足够了,因为燃料供应系统以与图1所示类似的方式配置用于所有其他气缸。
气缸包括至少一个第一燃料喷射器10,用于将第一燃料喷射到气缸的燃烧室中。优选地,气缸包括多个第一燃料喷射器10,例如两个或三个第一燃料喷射器10,用于在燃烧室中均匀地分配第一燃料。在图1所示的实施例中,正好设置三个第一燃料喷射器10。每个第一燃料喷射器10以本领域已知的方式布置在气缸的气缸盖中。优选地,第一燃料喷射器10靠近排气阀(未示出)布置在气缸盖中。
气缸还包括至少一个第二燃料喷射器20,用于将第二燃料喷射到气缸的燃烧室中。优选地,气缸包括多个第二燃料喷射器20,例如两个或三个第二燃料喷射器20,用于在燃烧室中均匀地分配第二燃料。在图1所示的实施例中,设置正好三个第二燃料喷射器20。每个第二燃料喷射器20以本领域已知的方式布置在气缸的气缸盖中。优选地,第二燃料喷射器20靠近排气阀布置在气缸盖中。
大型柴油机1还包括第一燃料供应系统5,用于将第一燃料供应到第一燃料喷射器10。第一燃料供应系统5可以以本领域已知的用于大型柴油机的任何方式配置。第一燃料供应系统5包括共轨系统,其将第一燃料(例如重油)供应到气缸盖中的第一燃料喷射器10。共轨系统包括压力储存器51,也称为“燃料轨”或“蓄压器”,其包含将在基本上对应于喷射压力的高压下输送到气缸的第一燃料。通常,压力储存器51被配置成沿发动机1的所有气缸延伸的封闭管状容器。一个或更多个燃料泵(未示出)向压力储存器51供应处于高压下的第一燃料,如图1中具有附图标记F的箭头所示。压力储存器51中的第一燃料的压力具有例如700至1000巴的值,但是也可以更高或更低,并且高于第二燃料压力。与用于第一燃料的储存器(未示出)连接的第一燃料增压泵(未示出)将第一燃料输送到燃料泵。
压力储存器51与第一燃料喷射器10流体连通,用于将第一燃料喷射到相应气缸的燃烧室中。此外,喷射控制装置52设置在压力储存器51和第一燃料喷射器10之间,用于控制第一燃料的喷射,例如关于用于相应喷射过程的第一燃料的定时和量。喷射控制装置52连接到发动机控制单元(未示出)。
现在,现代大型柴油机1以完全电子控制的方式操作。发动机控制单元通过电信号和命令或电子信号和命令来操作和控制大型柴油机1的所有功能,例如用于气体交换的排气阀的操作,用于燃料的喷射过程和引燃喷射定时(当需要引燃喷射时)。另外,发动机控制单元从几个检测器、传感器或测量装置接收信息。
大型柴油机1还包括第二燃料供应系统7和用于向第二燃料喷射器20供应第二燃料(例如甲烷或氨)的燃料分配系统6。第二燃料供应系统7以第二燃料低压将第二燃料输送到燃料分配系统6。燃料分配系统6包括至少一个压力放大器61,用于将第二燃料的压力从第二燃料低压增加到第二燃料喷射压力,利用第二燃料喷射器20将第二燃料以该第二燃料喷射压力喷射到燃烧室中。
也可能的是,在燃料分配系统6中仅设置一个压力放大器61。所述一个压力放大器61然后连接到气缸的每个第二燃料喷射器20。因此,在每个气缸中,只有一个压力放大器61以第二燃料喷射压力将第二燃料供应到该气缸的所有第二燃料喷射器20。
在图1所示的实施例中,用于第二燃料的燃料分配系统6包括多个压力放大器61,即三个压力放大器61。每个压力放大器61专用于三个第二燃料喷射器20中的刚好一个,即,为每个第二燃料喷射器20提供单独的压力放大器61,该压力放大器以第二燃料喷射压力将第二燃料供应到相应的第二燃料喷射器20。
特别地,对于其中为每个第二燃料喷射器20提供单独的压力放大器61的那些实施例,优选的是,相应的压力放大器61集成在相应的第二燃料喷射器20中,使得第二燃料喷射器20和专用压力放大器61被配置为结构单元。
每个压力放大器61可以以本领域已知的方式配置。每个压力放大器61例如被配置为液压压力放大器61,其中,液压流体(例如伺服油)用于将第二燃料的压力从第二燃料低压增加到第二燃料喷射压力。
提供用于液压流体的储存器62,液压流体从储存器62被泵送到包含处于工作压力的液压流体的储存单元63。储存单元63与每个压力放大器61流体连通。在储存单元63和压力放大器61之间设置有控制阀64,每个控制阀用于打开和关闭储存单元63和相应的压力放大器61之间的流体连通。优选地,每个控制阀64被配置为电磁阀,其可通过电信号或电子信号打开和关闭。在每个压力放大器61的下游,即在压力放大器61和专用的第二燃料喷射器20之间,布置有止回阀65以防止加压的第二燃料回流到相应的压力放大器61中。
第二燃料供应系统7包括用于第二燃料的第二燃料储存器71和用于以第二燃料低压将第二燃料从第二燃料储存器71输送到燃料分配系统6的第二燃料泵72。第二燃料供应系统7通过输送管线67连接到压力放大器61的公共入口,输送管线67用于将来自第二燃料供应系统7的第二燃料供应到压力放大器61。输送管线67包括布置在压力放大器61的公共入口处的第一止回阀68和布置在第二燃料供应系统7的出口处的第二止回阀69。第一止回阀68防止第二燃料从压力放大器61回流到输送管线67中。第二止回阀69防止第二燃料从输送管线67回流到第二燃料供应系统7中。
例如,第二燃料从第二燃料供应系统7输送到压力放大器61的第二燃料低压可以在10至20巴(1至2MPa)的范围内。优选地,第二燃料低压至多为16巴(1.6MPa),例如约13巴(1.3MPa)。压力放大器61将第二燃料的压力增加到例如300至700巴(30至70MPa)的第二燃料喷射压力。第二燃料喷射器20以至少近似第二燃料喷射压力将第二燃料喷射到燃烧室中。用于操作压力放大器61的液压流体的工作压力例如在200至400巴(20至40MPa)的范围内。工作压力可以是例如大约300巴(30MPa)。
双燃料大型柴油机1进一步包括将第一燃料供应系统5连接到用于第二燃料的燃料分配系统6的清洗管线9。此外,提供用于打开和关闭通过清洗管线9的流动连接的开关构件8。当开关构件8处于打开位置时,第一燃料可以从第一燃料供应系统5通过清洗管线9流入燃料分配系统6。当开关构件8处于闭合位置时,第一燃料不可以从第一燃料供应系统5通过清洗管线9流入燃料分配系统6。优选地,开关构件8被配置为电磁阀。
在图1所示的实施例中,清洗管线9连接到第一燃料供应系统5的压力储存器51和燃料分配系统6的输送管线67。清洗管线9在第一止回阀68和第二止回阀69之间的位置,即在第二止回阀69的下游和第一止回阀68的上游,通向输送管线67。
当开关构件8处于打开位置时,具有压力放大器61和输送管线67的燃料分配系统6还有第二燃料喷射器20用第一燃料清洗。
当通过清洗管线9的流动连接打开时,清洗管线9以第一燃料低压将第一燃料供应到燃料分配系统6。第一燃料低压被调节到优选比第二燃料低压高至少20%的值。参考以上给出的示例,第一燃料低压例如比第二燃料低压高3巴(0.3MPa)。由于第一燃料低压高于第二燃料低压,当通过清洗管线9的流体连接打开时,第二止回阀69关闭。具有高于第二燃料低压的第一燃料低压的第一燃料保持第二止回阀69关闭,使得当第一燃料通过清洗管线9流入燃料分配系统6时,第二燃料不能进入输送管线67。
当清洗管线9连接到用于第一燃料的压力储存器51时,优选在第一燃料进入燃料分配系统6之前降低第一燃料的压力,因为压力储存器51中的第一燃料的压力通常显著高于期望的第二燃料低压。为此,优选的措施是将开关构件8配置为减压阀,用于将第一燃料的压力降低到期望的第一燃料低压。
在其他实施例中,清洗管线9连接到用于第一燃料的低压管线或连接到第一燃料供应系统5的低压储存器,而不是连接到压力储存器51。根据清洗管线9在第一燃料供应系统5中连接的位置,有可能在第一燃料进入燃料分配系统6之前不需要降低第一燃料的压力。
在双燃料大型柴油机1操作期间,清洗管线9可用于用第一燃料冲洗燃料分配系统6、压力放大器61和第二燃料喷射器20,使得第二燃料从燃料分配系统6和第二燃料喷射器20完全去除。现在将更详细地对此进行解释。
双燃料大型柴油机1被配置成在第一操作模式和第二操作模式之间切换,在第一操作模式中,仅将第一燃料供应到气缸的燃烧室,在第二操作模式中,将第二燃料供应到气缸的燃烧室。在第二操作模式中,第一燃料可用于引燃以点燃第二燃料。从第一操作模式到第二操作模式的切换以及反之亦然可以在发动机操作期间执行而不改变发动机1的负载或速度。此外,还可以以第三操作模式操作双燃料大型柴油机1,在第三操作模式中,第一燃料喷射器10和第二燃料喷射器20都用于将第一燃料和第二燃料同时喷射到气缸的燃烧室中以产生所需扭矩。
此外,双燃料大型柴油机1配备有气体排放系统,以能够从气缸和其他隔室中排出第二燃料蒸气。
通过清洗管线9,可以避免第二燃料在压力放大器61中、在第二燃料喷射器20中和在所有连接管中的任何残留,例如在以第一操作模式操作期间的输送管线67中,因此防止了由第二燃料引起的任何腐蚀以及第二燃料或第二燃料蒸气的任何泄漏。
特别是在发动机1停止之后避免第二燃料的任何残留具有避免给维护或操作人员带来健康危害的附加优点。
此外,通过用第一燃料清洗,可以在燃料分配系统6和第二燃料喷射器20的内表面上产生油膜。当双燃料大型柴油机1停止时,所述油膜确保在静止、检查或维修工作期间的持久腐蚀保护。
优选地,当双燃料大型柴油机从第二操作模式切换到第一操作模式时或当发动机1停止时执行用第一燃料的清洗。
在请求从第二操作模式改变到第一操作模式时,以下面的方式执行切换。开关构件8从关闭位置改变到打开位置,使得第一燃料可以从第一燃料供应系统5通过清洗管线9流入燃料分配系统6。具有比第二燃料低压高的第一燃料低压的第一燃料进入输送管线67。第一燃料通过第一止回阀68进入压力放大器61,并通过第二燃料喷射器20喷射到燃烧室中。此外,输送管线67中的第一燃料关闭第二止回阀69,使得第二燃料不再能够进入输送管线67。在活塞的随后冲程期间,第一燃料从压力放大器61、输送管线67和第二燃料喷射器20排出第二燃料。
在第二燃料被冲出的过渡时间期间,第一燃料喷射器10和第二燃料喷射器20都处于操作中。同时,第一量的燃料由第一燃料喷射器10喷射,第二量的燃料由第二燃料喷射器20喷射。调节第一量和第二量以保持期望的负载或速度。第二量连续减小,同时第一量增加,直到第二量等于零。
在第二燃料已经从燃料分配系统6和第二燃料喷射器20完全去除之后,大型柴油机以第一操作模式操作。开关构件8可以改变到闭合位置。
在过渡时间期间,可以通过调节第一燃料喷射器10和/或第二燃料喷射器20的打开/关闭来调节发动机1的负载或速度,所述第一燃料喷射器10和/或第二燃料喷射器20可以是燃料油喷射器组或AF喷射器组,或者同时是两者。用第二燃料喷射器喷射的第二量的燃料的逐渐减少可以继续,直到达到用于喷射的最小稳定水平。
作为调节第一量和第二量的基础,可以使用诸如气缸压力或气缸温度的操作参数的测量值。
当双燃料大型柴油机1以第二操作模式操作并且应当停止时,优选地在停止发动机之前执行从第二操作模式到第一操作模式的切换。
关于用于清洗燃料分配系统6和第二燃料喷射器20的构造,各种变型是可能的。在本文中仅以举例的方式提及少数变型。
可以为包括压力放大器61和专用第二燃料喷射器20的每个分支提供单独的清洗系统。这使得包括压力放大器61和第二燃料喷射器20的每个喷射管线的单独清洗成为可能。喷射管线可以同时或顺序清洗。
可以提供用于双燃料大型柴油机的所有气缸的共用清洗系统。
燃料分配系统6可具有用于相应气缸的所有第二燃料喷射器20的正好一个压力放大器61。所述公共压力放大器供给相应气缸的所有第二燃料喷射器20。
每个第二燃料喷射器20可以配置有螺线管致动的针或弹簧加载的针。
清洗系统可以包括用于清洗第二燃料喷射器20的针区域的单独的专用清洗管线。
Claims (15)
1.一种双燃料大型柴油机,该双燃料大型柴油机包括至少一个具有燃烧室的气缸,其中,活塞布置在所述气缸中用于在上止点位置与下止点位置之间的往复运动,其中,所述气缸设有用于将第一燃料喷射到所述燃烧室中的第一燃料喷射器(10)以及用于将第二燃料喷射到所述燃烧室中的第二燃料喷射器(20),其中,所述第一燃料不同于所述第二燃料,所述双燃料大型柴油机进一步包括用于将所述第一燃料供应至所述气缸的第一燃料供应系统(5)以及用于将所述第二燃料供应至燃料分配系统(6)的第二燃料供应系统(7),其中,所述燃料分配系统(6)被配置成将来自所述第二燃料供应系统(7)的所述第二燃料输送至所述第二燃料喷射器(20),其特征在于,设有将所述第一燃料供应系统(5)连接至所述燃料分配系统(6)的清洗管线(9),其中,设有用于打开和关闭通过所述清洗管线(9)的流动连接的开关构件(8)。
2.根据权利要求1所述的双燃料大型柴油机,其中,所述第二燃料供应系统(7)被配置成以第二燃料低压将所述第二燃料供应到所述燃料分配系统(6),并且其中,所述燃料分配系统(6)包括用于将所述第二燃料的压力从所述第二燃料低压增加到第二燃料喷射压力的压力放大器(61)。
3.根据权利要求2所述的双燃料大型柴油机,其中,当所述流动连接打开时,所述清洗管线(9)以第一燃料低压将所述第一燃料供应到所述燃料分配系统(6),其中,所述第一燃料低压比所述第二燃料低压大至少20%。
4.根据权利要求3所述的双燃料大型柴油机,其中,所述开关构件(8)被配置成将所述第一燃料的压力降低到所述第一燃料低压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,在所述清洗管线(9)与所述第二燃料供应系统(7)之间布置有用于防止所述第一燃料流入所述第二燃料供应系统(7)的止回装置(69)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,所述气缸包括多个第二燃料喷射器(20)。
7.根据权利要求6所述的双燃料大型柴油机,其中,所述燃料分配系统(6)包括多个压力放大器(61),每个压力放大器专用于所述第二燃料喷射器(20)中的刚好一个。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,每个压力放大器(61)集成在第二燃料喷射器(20)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,所述气缸包括用于界定所述燃烧室的气缸盖,并且其中,每个第一燃料喷射器(10)以及每个第二燃料喷射器(20)都布置在所述气缸盖中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,所述第一燃料是用于在所述燃烧室中自燃的柴油机燃料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,其中,所述第二燃料是甲醇或氨。
12.根据前述权利要求中任一项所述的双燃料大型柴油机,该双燃料大型柴油机被配置为纵向扫气式二冲程大型柴油机。
13.一种用于操作双燃料大型柴油机的方法,该双燃料大型柴油机是根据前述权利要求中任一项配置的,该方法包括从第二操作模式切换到第一操作模式,在该第二操作模式中,仅将所述第二燃料供应到所述燃烧室,在该第一操作模式中,仅将所述第一燃料供应到所述燃烧室,其特征在于,切换步骤包括以下步骤:
以期望的负载或速度操作所述双燃料大型柴油机;
致动所述开关构件(8)以打开通过所述清洗管线(9)的流动连接;
用所述第一燃料喷射器(10)将第一量喷射到所述燃烧室中,同时用所述第二燃料喷射器(20)将第二量喷射到所述燃烧室中;
连续地调节所述第一量和所述第二量以保持所述期望的负载或速度;
减小所述第二量并增加所述第一量,直到所述第二量等于零。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,在所述双燃料大型柴油机停止之前执行所述切换步骤,使得所述双燃料大型柴油机在以所述第一操作模式操作期间停止。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其中,在从所述第二操作模式切换到所述第一操作模式期间,阻止从所述第二燃料到所述燃料分配系统(6)的供应。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication |