專利名稱：燃氣發(fā)動機的操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1前序部分所述的燃氣發(fā)動機的操作方法。
背景技術：
在此，安全且可靠地使用燃氣發(fā)動機是指靠氣體燃料運轉的活塞式發(fā)動機，其作為船用發(fā)動機對燃料供給系統(tǒng)提出了一些特定要求，其中最重要的要求在任何情況下均不容許發(fā)動機出現意外停機。因此，作為船用發(fā)動機的燃氣發(fā)動機包括處于燃料供給系統(tǒng)中的備用系統(tǒng)。通常，將用作燃氣發(fā)動機主燃料的氣體燃料與空氣混合后噴入發(fā)動機的燃燒室。氣體燃料通過噴射極少量的點火燃料來點燃，所述點火燃料因現有條件而點燃，進而也點燃氣體燃料。在這種情況下，就氣體燃料而言，發(fā)動機就按照奧托過程運轉。如果上述影響發(fā)動機運轉的操作過程中出現故障，就可以對發(fā)動機提供基于只使用液體燃料的備用燃料供給系統(tǒng)。在這種情況下，發(fā)動機就從靠氣體運轉轉換成靠液體燃料運轉，并且按照柴油機過程運轉。
然而，液體燃料的備用，通常對由流體力學控制的這些系統(tǒng)來說存在問題，由于傾向于使得操作可靠性最大化，但是流體力學系統(tǒng)不可能控制燃燒過程以便使得其盡可能地清潔，而且燃燒產物包括例如明顯多于正常燃氣操作的未燃燒的碳氫化合物和氧化氮。此外，對于備用操作，全部動力通過使用液體燃料產生，因此燃料消耗比在燃氣操作中作為點火燃料的液體燃料的消耗多幾倍。液體燃料箱的尺寸設計必須考慮到影響容器承載能力的容器空間需求。因此，在貯備燃料操作中燃料量不足可能產生風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種方法，利用這種方法可以使得涉及現有技術的那些問題最小化。本發(fā)明的特殊目的是提出一種方法，利用這種方法，尤其是燃氣發(fā)動機的操作穩(wěn)定性可以在所有情況下得到保證且同時使得液體燃料用光的風險最小化，并且提出一種方法，利用這種方法，甚至在燃氣發(fā)動機備用操作情況下也可以減少廢氣排放。
本發(fā)明的目的可以按照附屬權利要求1中所公開內容及其它權利要求中更接近的說明來大體實現。
根據本發(fā)明的方法涉及燃氣發(fā)動機的操作。燃氣發(fā)動機包括第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)和第三燃料供給系統(tǒng)，這些燃料供給系統(tǒng)的使用可以交替進行以便使得發(fā)動機按照各種操作模式運轉。在根據本發(fā)明的方法中，按照發(fā)動機的第一操作模式，發(fā)動機通過借助于第一燃料供給系統(tǒng)將氣體燃料引入發(fā)動機的燃燒空氣中來進行運轉，由此氣體燃料通過借助于第二燃料供給系統(tǒng)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃。本發(fā)明的特征在于發(fā)動機可以按照第二操作模式進行運轉，其中發(fā)動機仍然通過將氣體燃料引入發(fā)動機的燃燒空氣中來進行運轉，而氣體燃料通過借助于第三燃料供給系統(tǒng)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃。
根據本發(fā)明，第二操作模式至少用于第二燃料供給系統(tǒng)中出現故障的情況下。為了檢測故障，將關于操作數據的測量值收集于發(fā)動機的控制系統(tǒng)中，其中將測量值與預定值進行比較，如果測量值與預定值之間的變化超過預定水平，系統(tǒng)就將轉換成第二操作模式。優(yōu)選地，至少將第二燃料供給系統(tǒng)的燃料壓力用作操作數據。在第二燃料供給系統(tǒng)中，利用設置成與每個噴射噴嘴相連的電控制器從共軌分配燃料。與此相反，在第三燃料供給系統(tǒng)中，利用設置成與每個噴射噴嘴相連的噴射泵通過流體力學控制分配燃料。
按照第二操作模式，第三燃料供給系統(tǒng)的控制方式使得其噴射量小于按照這種操作模式待噴射總量的20％并且使得第二燃料供給系統(tǒng)關閉。
然而，在這種情況下，發(fā)動機的最大輸出量實際上必須降低至大約按照第一操作模式可得到的輸出量的80％，因為在第二操作模式中爆燃檢測并非必定可靠。按照第二操作模式，可以通過調節(jié)第一燃料量來大致調節(jié)發(fā)動機的輸出量。
本發(fā)明相對于已知技術提供了明顯的優(yōu)點。通過使用根據本發(fā)明的方法，燃料發(fā)動機可以在點火燃料供給系統(tǒng)出現故障的情況下使用，從而使得廢氣排放量明顯低于根據已知技術的貯備燃料使用的那些情況。此外，使用根據本發(fā)明的方法與根據已知技術的備用燃料操作相比就容許液體貯備燃料的范圍大幅增加。


下面，將參照附加示意圖，按照示例性方式對本發(fā)明進行說明，其中圖1示出了應用根據本發(fā)明方法的實施例。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了燃氣發(fā)動機所用的噴射系統(tǒng)1，該系統(tǒng)用于將燃料引入發(fā)動機。燃料供給系統(tǒng)包括作為主燃料源的第一燃料供給系統(tǒng)2，通過該系統(tǒng)可以為發(fā)動機引進氣體燃料。在下文中，還可以將氣體燃料稱作簡單氣體。第一燃料供給系統(tǒng)包括連接著氣體源2.3的進入管路2.1和發(fā)動機的進給閥2.2?？梢酝ㄟ^進入管路2.1利用進給閥2.2將氣體分配于燃燒空氣中。在此，氣體進給閥設置成與發(fā)動機燃燒空氣的進給通道相連。為了控制氣體進給閥2.2，發(fā)動機控制單元11設置成與發(fā)動機相連，由此在發(fā)動機的操作過程中，控制單元11控制著進給閥的打開與關閉時刻以及根據例如發(fā)動機負載來分配氣體供給。在此，按照非常示意性的方式對第一燃料供給系統(tǒng)進行了示出，并且對于不為理解本發(fā)明所需的部件沒有進行示出。
發(fā)動機還包括第二燃料供給系統(tǒng)3。第二燃料供給系統(tǒng)設置成利用噴嘴8從燃料箱12向發(fā)動機供給點火燃料。第二燃料供給系統(tǒng)3是液體燃料所用的噴射系統(tǒng)。它包括高壓泵3.1，其將燃料壓力增加至適用水平從而通過燃料管路3.2將燃料供給共軌6。過量的燃料通過管路3.3返回燃料箱。共軌6還連接于每個燃料噴射噴嘴8上。第二燃料供給系統(tǒng)的噴射閥帶有電控制設備5，利用該控制設備可以分配燃料量并完成噴射正時。每個電控制設備5連接于發(fā)動機控制單元11上，控制單元11還控制著另一個燃料供給系統(tǒng)3的操作。
當氣體燃燒時，發(fā)動機運轉以便使得點火燃料點燃氣體。通過打開與關閉氣體進給閥2.2，利用第一燃料供給系統(tǒng)2將氣體引入發(fā)動機燃燒氣體。當打開閥時，氣體流入燃燒空氣中，當與空氣混合時就在發(fā)動機的燃燒室中被隨后點燃。利用第二燃料供給系統(tǒng)3，通過噴射較少量的點火燃料可以實現點火。在活塞的上死點周圍，在壓縮沖程的最后階段，燃燒室或與其連接在一起的預燃燒室(如果使用的話)中的條件使得點火燃料點燃，這也就點燃了與燃燒空氣混合的氣體。點火燃料的量相對于主燃料量而言極少。
另外，燃氣發(fā)動機還帶有用作第二燃料供給系統(tǒng)3的備用系統(tǒng)的第三燃料供給系統(tǒng)4。在圖中所示的解決方案中，第三燃料供給系統(tǒng)4包括每個發(fā)動機汽缸所用的噴射泵9。每個噴射泵9利用其特有的燃料管路7.1連接于噴射噴嘴7上。對第三燃料供給系統(tǒng)4的噴射噴嘴7的控制可以通過流體力學來實現。這就意味著每個噴射噴嘴包括彈簧承載噴嘴針(未示出)，其中彈簧產生用于關閉噴嘴針的力。通過燃料壓力的力克服彈簧力就可以打開噴嘴針。通過移動調節(jié)桿9.1來將噴射泵的活塞位置轉動至所需位置，再利用噴射泵來調節(jié)燃料噴射量，已知方法如此。為了控制噴射泵的操作且同時控制第三燃料供給系統(tǒng)4的操作，致動器9.2設置成與它們相連，利用致動器可以對燃料的噴射進行調節(jié)。致動器連接于發(fā)動機控制單元11上，致動器9.2將其位置數據傳送至控制單元，控制單元還限定著致動器的操作。噴射泵9通過進給管路9.3和回輸管路9.4與燃料箱12相連。
在圖1所示的實施例中，第二燃料供給系統(tǒng)3與第三燃料供給系統(tǒng)4的燃料都處于共用箱12中。燃料通過輸送泵12.1向前輸送，隨后燃料流通過閥12.2被分入供給系統(tǒng)的進給管路3.2、9.3中。每個燃料供給系統(tǒng)可能正如包括其獨有的單獨燃料箱，例如，如果第二與第三燃料供給系統(tǒng)中使用不同的燃料則將會出現這種情況。
發(fā)動機的操作與主燃料和點火燃料的噴射可以由控制單元11進行控制。關于發(fā)動機的各種操作數據的數據也輸送至控制單元。對本發(fā)明而言，尤其必需的是將第二燃料供給系統(tǒng)的操作數據的值與控制單元11中的預定值進行比較。為此，至少一個壓力測量設備13設置成與第二燃料供給系統(tǒng)相連，由此按照一定間隔將壓力測量值引入發(fā)動機控制單元。這個及可能的其它測量值與存儲于控制單元中的設定值進行比較，如果測量值與預定值之間的差異大于預定情況，系統(tǒng)就將轉換成根據本發(fā)明方法的第二操作模式，下面將對這種模式進行描述。
按照第二種操作模式，發(fā)動機仍然通過第一燃料供給系統(tǒng)2將氣體引入發(fā)動機燃燒空氣中而操作，如同第一操作模式。然而，現在發(fā)動機的控制系統(tǒng)控制著第三燃料供給系統(tǒng)的致動器9.2以便啟動并保持通過第三燃料供給系統(tǒng)的噴射噴嘴7的燃料噴射。與其同時或之后隨即，發(fā)動機控制單元11控制著第二燃料供給系統(tǒng)的電控制器5以便停止通過其噴射噴嘴8進入發(fā)動機燃燒室的燃料噴射。
因此，在沒有干擾的情況下發(fā)動機可以基本上連續(xù)工作，因而通過第三燃料供給系統(tǒng)3將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中就使得氣體燃料點燃。在這種第二操作模式中，第三燃料供給系統(tǒng)以接近恒定的燃料量運轉，該量通常小于燃料總量的20％。因此，可以通過調節(jié)待供給氣體量來調節(jié)發(fā)動機的輸出量。
根據本發(fā)明，第三燃料供給系統(tǒng)的進給能力使得發(fā)動機的輸出量大致與燃氣操作模式中的發(fā)動機最大輸出量相應。因此，當需要時，發(fā)動機仍可以按照第三操作模式進行使用，其中，燃料噴射只通過第三燃料供給系統(tǒng)來實現。因此，控制單元11控制著第一燃料供給系統(tǒng)2和第二燃料供給系統(tǒng)3以便停止燃料供給，而只能通過調節(jié)第三燃料供給系統(tǒng)的致動器9.2來調節(jié)發(fā)動機的輸出量。
本發(fā)明并不限于在此所述的這些實施例，在所附權利要求范圍內可以設想對它們進行多種變動。
權利要求
1.一種燃氣發(fā)動機的操作方法，燃氣發(fā)動機包括第一燃料供給系統(tǒng)(2)、第二燃料供給系統(tǒng)(3)和第三燃料供給系統(tǒng)(4)，在該方法中，按照第一操作模式，發(fā)動機通過借助于第一燃料供給系統(tǒng)(2)將氣體燃料引入發(fā)動機(1)的燃燒空氣中來進行運轉，氣體燃料通過借助于第二燃料供給系統(tǒng)(3)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃，其特征在于，按照第二操作模式，發(fā)動機仍然通過借助于第一燃料供給系統(tǒng)(2)將氣體燃料引入發(fā)動機(1)的燃燒空氣中來進行運轉，而氣體燃料通過借助于第三燃料供給系統(tǒng)(4)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在第二燃料供給系統(tǒng)(3)中，利用設置成與每個噴射噴嘴(8)相連的電控制器(5)，從包括于系統(tǒng)(3)中的共軌(6)分配燃料。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在第三燃料供給系統(tǒng)(4)中，利用設置成與每個噴射噴嘴(7)相連的噴射泵(9)，通過流體力學控制分配燃料。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，按照第二操作模式，第三燃料供給系統(tǒng)的控制方式使得其噴射量小于其總燃料量的20％并且使得第二燃料供給系統(tǒng)(3)關閉。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，按照第二操作模式，通過設置第一燃料量來調節(jié)發(fā)動機輸出。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，關于第二燃料供給系統(tǒng)的操作數據的測量值收集于發(fā)動機的控制系統(tǒng)中，其中將測量數據與預定值進行比較，如果測量值與預定值之間的變化超過預定水平，系統(tǒng)就轉換成第二操作模式。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，至少將燃料壓力用作操作數據。
全文摘要
一種燃氣發(fā)動機的操作方法，燃氣發(fā)動機包括第一燃料供給系統(tǒng)(2)、第二燃料供給系統(tǒng)(3)和第三燃料供給系統(tǒng)(4)，在方法中，按照第一操作模式，發(fā)動機通過借助于第一燃料供給系統(tǒng)(2)將氣體燃料引入發(fā)動機(1)的燃燒空氣中來進行運轉，氣體燃料通過借助于第二燃料供給系統(tǒng)(3)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃。按照該方法的第二操作模式，發(fā)動機仍然通過借助于第一燃料供給系統(tǒng)(2)將氣體燃料引入發(fā)動機(1)的燃燒空氣中來進行運轉，而氣體燃料通過借助于第三燃料供給系統(tǒng)(3)將點火燃料噴入燃燒空氣與氣體燃料的混合物中來點燃。
文檔編號F02D19/08GK1683770SQ20051006527
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權日2004年4月16日
發(fā)明者A·塞科寧 申請人:瓦特西拉芬蘭有限公司