DK174242B1 - Fremgangsmåde til styring af brændselstilførslen til en dieselmotor, der ved højtryksindsprøjtningbåde kan tilføres brændselsolie og brændselsgas, og en højtryks gasindsprøjtningsmotor af dieseltypen - Google Patents

Description

i DK 174242 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af brændselstilførslen til en dieselmotor, der ved højtryksindsprøjtning både kan tilføres brændselsolie og brændselsgas, idet hver forbrænding i motorens cylindre 5 igangsættes ved indsprøjtning af brændselsolie, og gas kan indsprøjtes efter forbrændingens igangsætning, hvor gasandelen af den samlede brændselsmængde per forbrænding er indstillelig, og hvor gasindsprøjtningen hindres af en sikkerhedsindretning i tilfælde af 10 svigtende indsprøjtning af brændselsolie.

En sådan fremgangsmåde kendes fra den tekniske artikel "Development of the World's First Large-Bore Gas-Injection Engine" af T. Fukuda, P. Sunn Pedersen et al, paper D51, CIMAC 1995 i Interlaken, CH. Det nævnes, 15 at de kamakseldrevne brændselsoliepumper og olieindsprøjtningsventilerne højst kan indsprøjte en oliemængde, der ved ren oliedrift svarer til en motorbelastning på 30% af fuld belastning. Det nævnes også, at der i tilfælde af ønske om ren oliedrift ved fuld belastning 20 kan monteres standard størrelse pumper og ventiler, som de kendes fra rent oliedrevne dieselmotorer.

I gasmotorerne af dieseltypen anvendes olieindsprøjtningen til, på det ønskede tidspunkt af motorcyklussen, at sikre forbrændingen af den indsprøjtede 25 gas, der er mindre tændvillig end olien. For sikkerheden i gasmotoranlægget er det afgørende, at gassen afbrændes i cylinderen og ikke eksploderer i udstødssystemet, og for driftsøkonomien og motorstyringen er et præcist, forudbestemt antændelsestidspunkt af 30 brændslet vigtigt. Som tændhjælp for gassen indsprøjtes derfor i de kendte motorer en bestemt brændselsoliemængde, der typisk kan svare til ca. 8% af brændselsoliemængden ved ren oliedrift ved fuld motorbelastning.

I DK-B 154448 anvises en gasmotor med en sikker-35 hedsindretning til hindring af gasindsprøjtningen i en DK 174242 B1 2 motorcyklus, hvor indsprøjtningen af brændselsolie er svigtet. Hvis denne motor udføres med variabel indstilling af tændingstidspunktet (VIT) ved variabel indstilling af starttidspunktet for brændselsoliepum-5 pens effektive pumpeslag, anviser patentet, at gasventilens åbning skal ske med uændret tidsmæssige afstand til åbningen af brændselsolieventilen.

I gasmotoren kendt fra EP-B1 520659 nævnes med hensyn til ren oliedrift, at denne driftstilstand kan 10 forekomme ved lav motorbelastning, eksempelvis ved start og stop af motoren.

For brændselsventilen kendt fra EP-A1 546985 beskrives, at der ved starten af gasindsprøjtningen også sker en kortvarig indsprøjtning af en lille mængde 15 dieselolie, hvis mængde kan svare til ca. 5% af rent olieforbrug ved fuldlast. Motoren med denne ventil kan enten drives i gasdrift med indsprøjtning af den nævnte lille oliemængde, eller i ren oliedrift uden gasind-sprøj tning.

20 Ved stationære, elproducerende motoranlæg med gasmotorer af ovennævnte art kan der opstå det problem, at ledningsgastrykket falder i en periode, så gaskompressoren ikke kan nå at højtrykskomprimere tilstrækkeligt gas til at dække motorens behov, og det vil i så 25 fald være nødvendigt at reducere belastningen på motoren i overensstemmelse med den tilgængelige brændsel smængde.

I gas tankskibe kan der også være variationer i energiindholdet i den gasmængde, der står til rådighed 30 for en gasfremdrivningsmotor. Ved eksempelvis LNG-carriers {Liquified Natural Gas) vil gasafkogningen i tankene være mindre umiddelbart efter lastningen, hvor tankene er underafkølede, ligesom også brændværdien af den af dampede gas vil være mindre som følge af et 35 højere kvælstofindhold i gassen. Det er også klart, at DK 174242 B1 3 gasafkogningen er større ved sejlads under tropiske forhold end ved tempererede eller arktiske forhold.

Det er ønskeligt at kunne opretholde fuld motorbelastning, selv om gastilførslen mindskes eller svigter.

5 Det har været foreslået, at en højtryks gasindsprøjtningsmotor af dieseltypen valgfrit og afhængende af de ydre omstændigheder burde kunne drives i en af tre driftstilstande, nemlig - ren oliedrift op til fuld belastning (alene-brænd-10 selsolie tilstand), - dual fuel tilstand, hvor der op til en forudbestemt, lav belastning køres i ren oliedrift og derover køres med den minimale brændselsoliemængde krævet som tænd-hjælp og effekttilpasning til belastningen af motoren 15 ved variation af gasmængden, og - låst-gas tilstand, hvor der op til en af den valgte gasmængde bestemt belastning køres i ren oliedrift og derover køres med en fastlåst gasmængde, der er indstillelig efter den forhåndenværende gasmængde, men er 20 uafhængig af motorbelastningen, samt effekttilpasning til belastningen af motoren ved variation af oliemæng den.

Med henblik på at muliggøre dette og samtidig opretholde høje virkningsgrader og størst mulig mo-25 toreffekt er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at når gassens andel af den samlede brændselsmængde ved en bestemt motorbelastning ændres, så varieres starttidspunktet for indsprøjtning af brændselsgas således i forhold til starttidspunktet for 30 indsprøjtningen af brændselsolie, at gasindsprøjtningen forsinkes, når gasandelen af den samlede brændselsmængde er mindre, og vice versa.

Den forsinkede gasindsprøjtning ved mindre gasandele medfører, at en større mængde af brændselsolie er 35 afbrændt på det tidspunkt, hvor gassen tændes og DK 174242 B1 4 bidrager til varmeudviklingen og dermed også til trykstigningen i cylinderen. Den samlede forbrænding i cylinderen frembringer et mere jævnt trykstigningsforløb med et kontrolleret maksimaltryk i cylinderen, som 5 svarer til motorens designtryk, hvilket bidrager til opnåelse af en god virkningsgrad og ikke alt for høje belastninger på motorelementerne.

Gasmotoren kan hensigtsmæssigt styres således, at starttidspunktet for indsprøjtning af brændselsgas 10 ændres således ved variationer i gassens andel af den samlede brændselsmængde, at den begyndende åbning af gasindsprøjtningsventilen normalt højst varierer inden for en krumtapdrejningsvinkel på 6° i forhold til den begyndende lukning af olieindsprøjtningsventilen, når 15 motoren ved fastholdt, fortrinsvis fuld motorbelastning skiftes mellem 100% oliedrift og maksimal gasdrift. Ved maksimal gasdrift indsprøjtes kun den oliemængde, der er krævet som tændhjælp, og olien kan være afbrændt efter få graders krumtapdrejning. Gassen skal derfor 20 indsprøjtes hurtigst muligt efter at sikkerhedsindretningen detekterer olieindsprøjtningen, hvilket i praksis betyder, at gasventilen begynder at åbne umiddelbart inden begyndende lukning af olieventilen.

Kvi s gasandelen er mindre, og olien indsprøjtes i løbet 25 af en krumtapdrejning på eksempelvis 8°, vil oliens afbrænding fortsætte lidt endnu, og temperaturniveauet i cylinderen vil være så højt, at gasventilens åbnebevægelse kan indledes 1-3° efter begyndende lukning af olieventilen, hvis varmeudviklingen ønskes spredt 3 0 over et større drejningsinterval for derved at styre forbrændingstrykket. Det er også muligt at fremme varmeudviklingen i det tidsrum, hvor leveringstrykket fra oliepumpen er faldende, idet gasventilens åbnebevægelse kan indledes op til 3° før begyndende lukning af 35 olieventilen. Hvorvidt og i hvilken grad dette er DK 174242 B1 5 hensigtsmæssigt afhænger af den aktuelle udformning af brændselspumperne og -ventilerne.

I en styringsmæssigt særlig enkel videreudvikling af fremgangsmåden forskydes den begyndende åbning af 5 gasindsprøjtningsventilen i takt med den begyndende lukning af olieindsprøjtningsventilen, når gasandelen varieres. Den synkrone forskydning af ventilernes lukning og åbning muliggør en enkel sammenkobling af mekanisk eller anden styreteknisk art mellem styrin-10 gerne af olieventilens lukning og gasventilens åbning.

Opfindelsen angår også en højtryks-gasindsprøjtningsmotor af dieseltypen med et indsprøjtningssystem for brændselsolie og brændselsgas omfattende en ved hver forbrænding i den tilhørende cylinder aktiveret 15 brændselsoliekilde, der kan levere olien til mindst en brændselsolieindsprøjtningsventil ved et tryk, der overstiger dennes åbningstryk, og en højtryksgaskilde tilsluttet mindst en brændselsgasindsprøjtningsventil, hvis åbning og lukning er styret med kontrololie, samt 20 mindst en sikkerhedsindretning, der ved hver forbrænding kun tillader kontrololien at åbne gasindsprøjtningsventilen, hvis brændselsolietrykket ved den pågældende forbrænding har oversteget nævnte åbningstryk, hvilken motor har mindst en regulator, der styrer 25 de indsprøjtede mængder af olie og gas og kan variere gasandelen af den samlede brændselsmængde per forbrænding. Denne gasmotor er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at for hver cylinder omfatter indsprøjtningssystemet en elektronisk aktiveret styreventil, der 30 er forbundet med et dræn og med en kontrololie-høj-trykskilde samt med gasindsprøjtningsventilens tilgangsledning for kontrololie, og at en elektronisk styreenhed afgiver aktiveringssignaler til styreventilens åbning af gasindsprøjtningsventilen ved krumtap-35 vinkelstillinger, der afhænger således af gasandelens DK 174242 B1 6 størrelse af den samlede brændselsmængde, at ved mindre gasandel sker gasindsprøjtningen senere i motorcyklussen .

Udover de ovennævnte fordele ved at kunne styre 5 tidspunktet for indledning af gasindsprøjtningen i afhængighed af gasandelen ved hjælp af den elektronisk aktiverede styreventil og den elektroniske styreenhed, giver disse to elektroniske komponenter i gasindsprøjtningssystemet den yderligere fordel, at motoren kan 10 leveres som en rent tungolieforbrændende dieselmotor, der senere nemt kan konverteres til en gasdrevet motor ifølge opfindelsen. Ved konverteringen kan brændselssystemet suppleres med gaskomponenterne uden at der skal foretages ændringer i kamakselsystemet. Det er 15 også muligt at eftermontere gassystemet på en eksisterende motor. Da der kun er behov for én kamakseldre-vet oliepumpe per cylinder, er der med en konventionel kamaksel plads til, at oliepumpen kan laves i en størrelse, der tillader, at motoren drives ved 100% 20 belastning i alene-brændselsolie tilstanden, hvis der ikke ønskes noget gasforbrug, eller gassystemet midlertidigt er taget ud af drift.

Når der kun skal indsprøjtes en minimal mængde brændselsolie som tændhjælp, og gasindsprøjtningen skal 25 starte hurtigst muligt efter konstateret brændselsolietryk, kan motoren i en udførelsesform være indrettet således, at styreenheden aktiverer styreventilen til at påføre kontrololietryk på gasindsprøjtnings-ventilens tilgangsledning, inden denne ventil skal 30 aktiveres til gasindsprøjtning, og at sikkerhedsindretningen bortdræner eller afspærrer kontrololietrykket, indtil den detekterer det krævede brændselsolietryk og afslutter bortdræningen eller afspærringen. I denne udførelsesform kan forholdsvis langsomtvirkende 35 elektroniske styreventiler, såsom traditionelle magnet- DK 174242 B1 7 ventiler eller solenoidestyrede ventiler, anvendes til at slutte kontrololiehøjtrykskilden til nævnte tilgangsledning, idet den hurtigtvirkende aktivering af gasindsprøjtningen foretages af sikkerhedsindretningen.

5 Ved højere motorbelastninger, når gasandelen ikke er så stor, og gassen skal indsprøjtes senere, kan styreenheden aktivere gasindsprøjtningen ved hjælp af den elektroniske styreventil. Olieindsprøjtningen fortsætter her i såpas langt et tidsrum efter sikkerhedsindretnin-10 gens muliggørelse af gasindsprøjtningen, at der er passende tid til omskiftning af den elektroniske styreventil.

I en foretrukken udførelsesform er den elektronisk aktiverede styreventil hurtigtvirkende med en omstil-15 lingstid på højst 2 ms, fortrinsvis højst 1 ms. Den korte omstillingstid tillader, at styreenheden ved alle driftsforhold anvender den elektroniske styreventil til aktivering af gasindsprøjtningen. Den hurtigtvirkende styreventil giver den for motorens sikkerhed væsentlige 20 virkning, at aktiveringen af gasindsprøjtningen altid afhænger af indstillingen af to forskellige komponenter, nemlig den aktivt virkende styreventil og sikkerhedsindretningen. Dette er navnlig væsentligt ved dual-fuel drift ved fuld motorbelastning, hvor oliemængden 25 er minimal og gasmængden maksimal per indsprøjtning.

Den korte indstillingstid på højst 1 ms stiller også mere tid til rådighed for signalindsamling og beregning i den elektroniske styreenhed.

I et gastankskib er det kendt, at mindst en måler 30 registrerer trykket i gastankene og trykændringerne heri . I en udførelsesform er motoren fremdrivningsmotor i et sådant skib, og motorens regulator er indrettet til på basis af de målte tanktryk at styre gasandelen af brændselsmængden således, at motorens gasforbrug 35 holder tanktrykket inden for et forudbestemt trykinter- DK 174242 B1 8 val. Denne udførelsesform er specielt egnet til LNG-skibe, i hvilke gassen holdes flydende ved hjælp af afkøling fra gasfordampningen, ikke ved tryksætning. Gastankene er ikke egentlige trykbeholdere, men er 5 isolerede tanke med gas, hvor den afkogte gas skal fjernes for at hindre for store trykstigninger i tankene. I de tidligere kendte LNG-skibe afbrændes den afkogte gas i kedler for dampfremstilling til turbiner.

Ved ifølge opfindelsen at anvende en højtryks-gasind-10 sprøjtningsmotor af dieseltypen som fremdrivningsmotor kan denne motors overlegne brændselsudnyttelse i forhold til turbiner delvis kompensere for det forhold, at bedre tankisolering i LNG-skibene vil nedbringe den afkogende gasmængde fra omtrent 0,25% til omtrent 0,1% 15 af tankindholdet per døgn. Ifølge opfindelsen tilpasser regulatoren motorens gasforbrug efter den afkogende gasmængde, dvs. gasforbruget reguleres af hensyn til skibets gastanke. Hvis motoren ikke er i stand til af bruge tilstrækkeligt meget gas, kan overskudsgas af-20 brændes i en kedel.

Det foretrækkes, at regulatoren tilfører motoren mere brændselsolie, hvis mængden og/eller brændværdien af den fra gastankene afkogende gas er utilstrækkelig til dækning af motorens brændselsgasbehov. Denne 25 udførelsesform udmærker sig ved, at skibets drift automatisk er gjort uafhængig af gasafkogningen fra tankene.

I en yderligere udførelsesform, der blandt andet muliggør gasmotorer uden kamaksel, afgiver den elektro-30 niske styreenhed også aktiveringssignaler til en elektronisk aktiveret anden styreventil, der er forbundet med et dræn og med brændselsoliehøjtrykskilden samt med brændselstilgangen på olieindsprøjtningsventilen og kan omskifte brændselstilgangen mellem 35 tilslutning til drænet og højtrykskilden. Brændsels- DK 174242 B1 9 oliehøjtrykskilden kan være en af en pumpe tryksat højtrykstank, der med tilnærmelsesvis jævnt leverings -tryk forsyner motorens cylindre med brændselsolie. Ved at styreenheden styrer både olie- og gasindsprøjtningen 5 ved hjælp af elektronisk aktiverede styreventiler opnås der frihed til ikke alene at justere gasandelens størrelse per forbrænding, men også samtidig at variere indstillingen af indsprøjtningstidspunktet for forbrændingen som helhed, uden at der skal anvendes meget 10 komplicerede mekaniske styringssystemer. Det er klart, at regulatoren i denne udførelsesform uden videre kan udgøres af en integreret del af den elektroniske styreenhed, eksempelvis en styrekreds heri.

Eksempler på opfindelsen forklares herefter 15 nærmere med henvisning til den meget skitseagtige tegning, hvor fig. 1-3 viser diagrammer over tre forskellige eksempler på styringstilstande for brændselsleveringen, fig. 4 og 5 diagrammer til anskueliggørelse af 20 ventilaktiveringerne ifølge opfindelsen i løbet af en forbrænding, vist for samme motorbelastning med henholdsvis stor og lille gasandel, fig. 6 et forenklet eksempel på en udførelsesform for brændselssystemet i motoren ifølge opfindelsen, og 25 fig. 7 gassystemet for en fremdrivningsmotor i et LNG-skib, vist mere detaljeret.

Høj tryks-gasindsprøjtningsmotorer af dieseltypen kan være firtakts motorer af mediumspeed-typen eller være store totakts krydshovedmotorer, der med dagens 30 motorer af ansøgerens type MC-GI kan have en effekt per cylinder i intervallet 250-5710 kW ved omdrejningshastigheder i intervallet 75-250 omdr./min med slag-længde-til-boringsforhold i intervallet 2,45-4,20.

De tre i indledningen nævnte styringstilstande for 35 brændselsleveringen til motoren, alene-brændselsolie, DK 174242 B1 10 dual fuel og låst-gas tilstandene er vist i fig. 1-3.

Disse styringstilstande udmærker sig ved at være enkle at styre med en mekanisk virkende regulator for mængde-regulering af olie og gas, idet styringstilstandene er 5 baseret på låsning af den ene af mængdereguleringerne i et forudbestemt interval for motorbelastningen. Ved meget lav belastning under start og stop er gastilførslen låst til nul i alle tre tilstande. I fig. 1 opretholdes afbrydelsen af gastilførslen over hele 10 belastningsintervallet. For samtlige driftstilstande gælder, at der indsprøjtes en vis mindstemængde olie, der eksempelvis kan være på 5% eller 8% af den maksimale oliemængde ved 100% belastning. I dual fuel tilstanden i fig. 2 omskiftes ved en forudbestemt be-15 lastning på eksempelvis 40% til fastlåsning af oliemængden til nævnte mindstemængde, mens gasmængdere-guleringen frigives. I fig. 3 er gasmængdereguleringen låst til en bestemt, indstillelig gasmængde, der afhænger af det ønskede gasforbrug. De i figuren 20 markerede områder med både gas og olie betyder, at der her kan køres med enten gas eller olie alt efter den indstillede gasmængde. Andre styringstilstande end de på tegningen viste er mulige, navnlig hvis regulatoren udgør en del af en elektronisk styreenhed, der uden 25 komplicerede mekaniske systemer kan foretage gradvise ændringer i mængdereguleringerne.

Når der omtales mængder og brændselsandele er dette relateret til et enkelt forbrændingsforløb i en cylinder, og mængderne er udtrykt i %, dvs. normeret 30 med den pågældende cylinders forbrug ved 100% belastning. Mængdeangivelserne skal i øvrigt forstås som energimængder, idet ren brændselsgas kan have fx 10% større brændværdi per kg end brændselsolie.

Et eksempel på styringen af gasindsprøjtningen med 35 fremgangsmåden ifølge opfindelsen er vist i fig. 4 og DK 174242 B1 11 5. Den nederste del af diagrammerne viser løftekurverne for ventilgliderne, idet fuldstregskurven a angiver brændselsolieventilen, den punkterede kurve b en som drænventil udformet sikkerhedsindretning og den stiple-5 de kurve c gasventilen. I den øverste del illustrerer fuldstregskurven d brændselsolietrykket, den stiplede kurve e kontrololietrykket og den øvre fuldstregskurve f trykket i forbrændingskammeret.

I begge figurerne ses, at forbrændingen indledes 10 med, at brændselsolietrykket d stiger op over olieindsprøjtningsventilens åbningstryk, så denne åbner {kurve a). Såsnart dette åbningstryk opnås, aktiveres sikkerhedsindretning, som vist ved kurve b, til at muliggøre gasindsprøjtning. I fig. 4 ses, at kontrololietrykket 15 e begynder at stige kraftigt, såsnart sikkerhedsindretningen aktiveres, og lidt senere åbnes for gasindsprøjtningen (kurve c) på det tidlige tidspunkt, der er optimalt ved den største gasandel (dual fuel tilstand).

I fig. 5 opretholdes brændselsolietrykket over en 20 længere krumtapdrejningsvinkel, hvilket giver en større indsprøjtet oliemængde og dermed kræver mindre gasandel. Det ses, at opbygningen af kontrololietrykket og dermed også åbningen af gasventilen er forsinket og forekommer omtrent 7° senere i motorcyklussen. Gasind-25 sprøjtningen kan passende forsinkes såpas meget, at forløbet af varmeudviklingen i cylinderen hovedsageligt svarer til den varmeudvikling, som frembringes ved ren oliedrift ved den tilsvarende motorbelastning.

Brændselssystemet 1 i fig. 6 omfatter en gasind-30 sprøjtningsventil 2 og en olieindsprøjtningsventil 3.

De to ventiler kan være separat monteret i hver sin injektor i det tilhørende cylinderdæksel, eller kan være sammenbygget i en kombineret brændselsinjektor til en såkaldt dual-fuel injektor. Der kan være flere ind-35 sprøjtningsventiler af hver type monteret på samme DK 174242 B1 12 cylinder for blandt andet at opnå bedre fordeling af brændslet i cylinderen.

Brændselsolien leveres periodevis på det ønskede tidspunkt i motorcyklussen til cylinderens olieventil 5 3 fra en brændselsoliekilde 4, der kan have forskellige udformninger. Brændselsoliekilden kan være en sædvanlig brændselspumpe, der forsynes med olie fra en for pumperne fælles lavtryksfødeledning, og som har et pumpestempel drevet af en kam på en kamaksel. En ikke 10 vist regulator kan på sædvanlig vis dreje pumpestemplet for mængderegulering af olien leveret fra pumpen ved højt tryk på op til eksempelvis 800 bar. Alternativt kan brændselsoliekilden være en elektronisk aktiveret brændselspumpe, der forsynes med olie fra en fælles 15 lavtryksfødeledning og mængdereguleres og tidsstyres ved hjælp af indstillingssignaler fra en elektronisk styreenhed. En anden mulighed er, at brændselsoliekilden omfatter et højtryksreservoir for olie, der er sluttet til en tilgangsport på en elektronisk aktiveret 20 styreventil, der yderligere har mindst to porte, nemlig en afgangsport til en ledning 5 førende til ventilen 3's olietilgang og en port forbundet med et dræn. Styreventilen kan ud fra styresignaler modtaget fra en elektronisk styreenhed slutte ledningen 5 til enten 25 olietilgangsporten eller drænporten.

Når brændselsoliekilden 4 på det for forbrændingens timing ønskede tidspunkt af motorcyklussen starter levereringen af højtryksolie til ledningen 5, vil trykket hurtigt stige op over olieventilens 3's åb-30 ningstryk, hvorefter olien indsprøjtes. Samtidig aktiverer olietrykket en sikkerhedsindretning 6 til at muliggøre påsætning af kontrololietryk på gasventilen 2. Sikkerhedsindretningen 6 kan være af velkendt mekanisk type med et stempel, der holder en drænport i 35 en kontrololieledning 7 åben, indtil brændselsolietryk- DK 174242 B1 13 ket ved overskridelse af nævnte åbningstryk forskyder stemplet til lukning af drænporten. Drænporten er gennem en ledning 8 forbundet til et reservoir 9 for kontrololie. Sikkerhedsindretningen kan alternativt 5 være af elektronisk art, der i en elektronisk styreenhed afgør, om brændselsolien indsprøjtes og anvender denne information som betingelse for aktivering af gasventilen 2. I dette tilfælde kan styreenheden detektere olieindsprøjtningen på basis af en trykføler 10 i ledningen 5 eller af en positionsføler i ventilen 3 til aftastning af den faktiske ventilåbning.

I den viste udførelsesform kan gasventilen 2 påvirkes til åben stilling ved påførsel af kontrololietryk ved gasventilens tilslutning til ledningen 7.

15 Ventilen 2 har endvidere en tilslutning 10 for spærreolie og en tilslutning 11, der fører til et højttryks gasreservoir. Spærreolietrykket er eksempelvis 40 bar højere end gastrykket i tilslutningen 11. Gasventilen kan alternativt holdes lukket af kontrololietrykket og 20 åbnes ved fjernelse af dette, hvorved behovet for spærreolie bortfalder. Dette er nærmere beskrevet i W095/24551.

En elektronisk aktiveret styreventil 12 har en tilgangsport, der er tilsluttet en ledning 13 med 25 højtryksolie leveret fra en pumpe 14, der gennem en ledning 15 fødes fra reservoiret 9. Styreventilen 12 har yderligere mindst to porte, nemlig en afgangsport til ledningen 7 til gasventilen 2 og en drænport forbundet med reservoiret 9. Styreventilen kan ud fra 30 styresignaler modtaget fra en elektronisk styreenhed 16 slutte ledningen 7 til enten olietrykledningen 13 eller drænporten. Styreventilen kan eksempelvis være en magnetventil, en elektronisk styret hydraulisk ventil eller en magnetventil med såkaldt magnetisk låsning, 35 hvilket kan give særdeles korte omskiftningstider.

DK 174242 B1 14

Den elektroniske styreenhed 16 tilføres på velkendt vis oplysning om den øjeblikkelige drejestilling for motorens krumtapaksel. Hvis brændselsoliekilden styres af en mekanisk virkende regulator, aftaster en 5 føler den for indsprøjtningen af olie gældende indstilling af regulatoren og afleverer signaler herom til styreenheden 16. Hvis regulatoren er elektronisk og eventuelt indbygget i i styreenheden 16, står aktiveringssignalerne for brændselsoliekilden allerede til 10 rådighed på elektronisk form. Styreenheden kan endvidere indeholde data for omstillingstiden for styreventilen 12 samt for det krævede tidsrum, der forløber fra styreventilens aktivering indtil trykændringen i ledningen 7 medfører åbning af gasventilen 2, således 15 at styreenheden kan kompensere for disse tidsforsinkelser. På basis af oplysningerne om den aktuelle olieindsprøjtning kan styreenheden 16 aktivere styreventilen 12 på netop det tidspunkt, der starter gasindsprøjtningen på det ønskede tidspunkt i forhold til afslut-20 ningen af olieindsprøjtningen.

Et eksempel på gassystemet i et LNG-skib med en fremdrivningsmotor ifølge opfindelsen beskrives herefter nærmere med henvisning til fig. 7. Fra gastanke 115 kan den afkogte gas via en ledning 116 føres ind i 25 et gasbehandlingsrum 17, der er helt adskilt fra skibets maskinrum. En lavtrykskompressor 18 komprimerer gassen til omtrent 25 bar og er gennem en ledning 19 tilsluttet både en højtrykskompressor 20 og en grenledning 21, hvorigennem overskudsgas kan bortledes til 3 0 en ikke vist kedel efter forvarmning i en enhed 22. Højtrykskompressoren afleverer gassen ved et tryk på eksempelvis 250 bar til en fødeledning 23, der er ført ind i maskinrummet 24. Drivmotorerne 25 for kompressorerne er placeret i et gastæt aflukke 26, og både dette 35 og rummet 17 er ventileret af hver sin ventilator.

DK 174242 B1 15 I maskinrummet er fødeledningen 23 ved hver motorcylinder sluttet til et højtryks gasreservoir 27, hvis volumen kan indeholde gas til eksempelvis 20 indsprøjtningsforløb, hvilket giver mulighed for at måle en 5 begrænset gastrykssænkning ved hver indsprøjtning, og at afbryde gastilførslen til gasventilen 2 ved hjælp af en afspærringsventil 28, hvis tryksænkningen er større end en forudbestemt værdi.

På tegningen er kun vist to cylindre 29, men 10 motoren har naturligvis flere. En afblæsningsventil 30 kan tømme cylinderens gassystem for gas ud gennem en drænledning 31, hvis dette er nødvendigt. En udluftningsventil 32 kan tømme gasreservoiret 27, hvis motoren i en periode ikke skal drives på gas, fx fordi 15 skibet sejler i ballast. Hvis hele fødeledningen 23 skal tømmes for gas, kan en hovedventil 33 lukkes, og en afspærringsventil 34 i en drænledning 35 åbnes, ligesom afblæsningsventilerne 30 også åbnes, hvilket leder gassen via drænledningerne 31 og 35 til en 20 ventilationsenhed 36, der leder gassen ud i den fri atmosfære. Derefter kan en afspærringsventil 37 åbne for en inertgaskilde 38, der blæser systemet helt rent for gas.

De gasførende elementer i maskinrummet er omgivet 25 af en kappe 39, der ved drænledningen 31' s afgang tilføres ventilationsluft som vist ved pilen 40, idet mindst en ventilator 41 suger luft ud fra kappen 39 ved fødeledningens passage ind i maskinrummet. Gasdetektorer 42 er placeret på passende steder i systemet for 30 overvågning af eventuelle gaslækager. Der kan eksempelvis være en gasdetektor 42 i hver cylinders udstødskanal 43 til udstødsreceiveren 44 samt en gasdetektor i udstødsrøret på afstrømssiden af turboladeren 45.

Gastanken 115 er forsynet med en tryksensor 46, og 35 i en ikke vist styreenhed registreres over længere tid DK 174242 B1 16 trykændringerne i gastanken, så styreenheden ud fra tendensen i trykændringerne kan give motorens regulator besked om det ønskede gasforbrug, der opretholder tanktrykket i det foreskrevne trykinterval. Da tank-5 trykket varierer langsomt ved korrekt drift af anlægget, justerer motorens regulator gasforbruget med forholdsvis lange tidsintervaller, eksempelvis for hver 1000 eller 10.000 motoromdrejninger.

10

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til styring af brændselstilførslen til en dieselmotor, der ved høj tryksindsprøjtning både kan tilføres brændselsolie og brændselsgas, 5 idet hver forbrænding i motorens cylindre (29) igangsættes ved indsprøjtning af brændselsolie, og gas kan indsprøjtes efter forbrændingens igangsætning, hvor gasandelen af den samlede brændselsmængde per forbrænding er indstillelig, og hvor gasindsprøjtningen 10 hindres af en sikkerhedsindretning (6) i tilfælde af svigtende indsprøjtning af brændselsolie, kende -tegnet ved, at når gassens andel af den samlede brændselsmængde ved en bestemt motorbelastning ændres, så varieres starttidspunktet for indsprøjtning af 15 brændselsgas således i forhold til starttidspunktet for indsprøjtningen af brændselsolie, at gasindsprøjtningen forsinkes, når gasandelen af den samlede brændselsmængde er mindre, og vice versa.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg-20 n e t ved, at starttidspunktet for indsprøjtning af brændselsgas ændres således ved variationer i gassens andel af den samlede brændselsmængde, at den begyndende åbning af gasindsprøjtningsventilen (2) normalt højst varierer inden for en krumtapdrejningsvinkel på 6° i 25 forhold til den begyndende lukning af olieindsprøjtningsventilen (3) , når motoren ved fastholdt, fortrinsvis fuld motorbelastning skiftes mellem 100% oliedrift og maksimal gasdrift.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendeteg-30 n e t ved, at den begyndende åbning af gasindsprøjtningsventilen (2) forskydes i takt med den begyndende lukning af olieindsprøjtningsventilen (3), når gasandelen varieres.

4. Højtryks-gasindsprøjtningsmotor af dieseltypen 35 med et indsprøjtningssystem (i) for brændselsolie og DK 174242 B1 18 brændselsgas omfattende en ved hver forbrænding i den tilhørende cylinder (29) aktiveret brændselsoliekilde (4) , der kan levere olien til mindst en brændselsolieindsprøjtningsventil (3) ved et tryk, der over-5 stiger dennes åbningstryk, og en højtryksgaskilde tilsluttet mindst en brændselsgasindsprøjtningsventil (2), hvis åbning og lukning er styret med kontrololie, samt mindst en sikkerhedsindretning (6) , der ved hver forbrænding kun tillader kontrololien at åbne gasind-10 sprøjtningsventilen (2), hvis brændselsolietrykket (d) ved den pågældende forbrænding har oversteget nævnte åbningstryk, hvilken motor har mindst en regulator, der styrer de indsprøjtede mængder af olie og gas og kan variere gasandelen af den samlede brændselsmængde per 15 forbrænding, kendetegnet ved, at for hver cylinder (29) omfatter indsprøjtningssystemet en elektronisk aktiveret styreventil (12), der er forbundet med et dræn og med en kontrololie-højtrykskilde samt med gasindsprøjtningsventilens tilgangsledning (7) 20 for kontrololie, og at en elektronisk styreenhed (16) afgiver aktiveringssignaler til styreventilens åbning af gasindsprøjtningsventilen (2) ved krumtapvinkelstil-linger, der afhænger således af gasandelens størrelse af den samlede brændselsmængde, at ved mindre gasandel 25 sker gasindsprøjtningen senere i motorcyklussen.

5. Høj tryks-gasindsprøjtningsmotor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at styreenheden (16) aktiverer styreventilen (12) til at påføre kontrololietryk på gasindsprøjtningsventilens (2) tilgangsledning 30 (7) , inden denne ventil skal aktiveres til gasindsprøjtning, og at sikkerhedsindretningen (6) bortdræner eller afspærrer kontrololietrykket, indtil den detek-terer det krævede brændselsolietryk og afslutter bortdræningen eller afspærringen. 35

6. Høj tryks-gasindsprøjtningsmotor ifølge krav 4 DK 174242 B1 19 eller 5fkendetegnet ved, at den elektronisk aktiverede styreventil (12) er hurtigtvirkende med en omstillingstid på højst 2 ms, fortrinsvis højst 1 ms.

7. Høj tryks-gasindsprøjtningsmotor ifølge et af 5 kravene 4-6, kendetegnet ved, at motoren er fremdrivningsmotor i et gastankskib, i hvilket mindst en måler (46) registrerer trykket i gastankene (115) og trykændringerne heri, og at motorens regulator er indrettet til på basis af de målte tanktryk at styre 10 gasandelen af brændselsmængden således, at motorens gasforbrug holder tanktrykket inden for et forudbestemt trykinterval.

8. Høj tryks-gasindsprøjtningsmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at regulatoren tilfører 15 motoren mere brændselsolie, hvis mængden og/eller brændværdien af den fra gastankene (115) afkogende gas er utilstrækkelig til dækning af motorens brændselsgasbehov.

9. Højtryks-gasindsprøjtningsmotor ifølge et af 20 kravene 4-8, kendetegnet ved, at den elektroniske styreenhed (16) også afgiver aktiveringssignaler til en elektronisk aktiveret anden styreventil, der er forbundet med et dræn og med brændselsoliehøjtrykskilden (4) samt med brændselstilgangen på 25 olieindsprøjtningsventilen (3) og kan omskifte brændselstilgangen mellem tilslutning til drænet og højtrykskilden .