用于操作雙燃料發(fā)動機(jī)的方法
【專利摘要】一種在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前從雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)的氣體接收器(9)中去除過量空氣的方法，所述雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)包括供各發(fā)動機(jī)氣缸(1)用的獨立的供氣閥(17)，所述供氣閥(17)被布置成在氣體模式下操作期間將氣態(tài)燃料從所述氣體接收器(9)供應(yīng)到發(fā)動機(jī)氣缸(1)的進(jìn)氣口(10)。在所述方法中，液體燃料被供應(yīng)到所述氣缸(1)中，氣態(tài)燃料從氣體源(8)經(jīng)由進(jìn)氣管路(12)被供應(yīng)到所述氣體接收器(9)中。在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前，打開至少一個供氣閥(17)以從所述氣體接收器(9)中去除空氣。
【專利說明】用于操作雙燃料發(fā)動機(jī)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前從雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)的氣體接收器中去除過量空氣的方法。本發(fā)明還涉及用于雙燃料發(fā)動機(jī)的供氣系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]雙燃料發(fā)動機(jī)通?？稍趦煞N模式下操作。在液體燃料模式下，在燃燒期間將諸如柴油燃料的液體燃料作為唯一能源直接注入發(fā)動機(jī)氣缸或預(yù)燃燒室中。在氣體模式下，將諸如天然氣的氣態(tài)燃料與空氣在氣缸的進(jìn)氣口中混合，并且為了點燃空氣和氣態(tài)燃料的混合物而將少量的液體引燃燃料注入氣缸或預(yù)燃燒室中。在氣體模式下，將氣態(tài)燃料經(jīng)由氣體注入閥注入進(jìn)氣口中，氣體注入閥定位在氣體接收器和各氣缸的進(jìn)氣口之間。在一些雙燃料發(fā)動機(jī)中，在液體引燃燃料之前或之后將氣態(tài)燃料直接注入氣缸中。
[0003]當(dāng)雙燃料發(fā)動機(jī)正在液體燃料模式下運行時，發(fā)動機(jī)增壓空氣可經(jīng)由氣體注入閥泄漏到氣體接收器中。為了在切換至氣體模式之前從氣體接收器中去除過量增壓空氣，氣體接收器設(shè)置有氣體通氣閥，積聚的增壓空氣可經(jīng)由氣體通氣閥被排放到大氣。在排放增壓空氣期間，也有一些氣態(tài)燃料逸出到大氣。由于未燃盡的甲烷是強(qiáng)溫室氣體，因此期望將逸出甲烷的量降至最低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前從雙燃料發(fā)動機(jī)的氣體接收器中去除過量空氣的改進(jìn)方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種改進(jìn)的用于雙燃料發(fā)動機(jī)的供氣系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的可通過相應(yīng)的方法和系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0006]雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)包括供各發(fā)動機(jī)氣缸用的獨立的供氣閥，所述供氣閥被布置成在氣體模式下操作期間將氣態(tài)燃料從所述氣體接收器供應(yīng)到發(fā)動機(jī)氣缸的進(jìn)氣口。在根據(jù)本發(fā)明的所述方法中:液體燃料被供應(yīng)到發(fā)動機(jī)氣缸中，氣態(tài)燃料從氣體源經(jīng)由進(jìn)氣管路被供應(yīng)到所述氣體接收器中。在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前，打開至少一個供氣閥以從所述氣體接收器中去除空氣。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的供氣系統(tǒng)包括:氣體接收器，其用于從氣體源接收氣態(tài)燃料；進(jìn)氣管路，其用于將氣體從所述氣體源供應(yīng)到所述氣體接收器，所述進(jìn)氣管路設(shè)置有斷流閥，所述斷流閥用于連接和關(guān)斷所述氣體源和所述氣體接收器之間的流動連通。所述供氣系統(tǒng)還包括供各發(fā)動機(jī)氣缸用的獨立的供氣閥，其中，所述供氣閥被布置成在氣體模式下操作期間將氣態(tài)燃料從所述氣體接收器供應(yīng)到所述氣缸的進(jìn)氣口，所述供氣系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元被構(gòu)造成，在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前，打開所述斷流閥，并且打開至少一個供氣閥，以從所述氣體接收器中去除空氣。
[0008]通過本發(fā)明，可減少釋放到大氣的甲烷量。作為替代，在發(fā)動機(jī)的燃燒過程中利用甲烷。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可被容易地安裝或裝配于雙燃料發(fā)動機(jī)，這是因為只需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行少量改裝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]在下文中，將參照附圖通過示例的方式描述本發(fā)明，其中:
[0010]圖1示意性示出用于雙燃料發(fā)動機(jī)的供氣系統(tǒng)，其中，氣缸布置成單組。
[0011]圖2示意性示出用于雙燃料發(fā)動機(jī)的供氣系統(tǒng)，其中，氣缸布置成兩組。
[0012]圖3示意性示出用于雙燃料發(fā)動機(jī)的另一個供氣系統(tǒng)，其中，氣缸布置成兩組。
[0013]圖4示意性示出用于雙燃料發(fā)動機(jī)的第三個供氣系統(tǒng)，其中，氣缸布置成兩組。

【具體實施方式】
[0014]附圖示出雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)4的供氣系統(tǒng)7。雙燃料發(fā)動機(jī)可在兩種模式下操作。在液體燃料模式下，在燃燒期間將諸如柴油或重燃油的液體燃料作為唯一能源直接注入發(fā)動機(jī)的氣缸I中。在氣體模式(或雙燃料模式)下，將諸如天然氣的氣態(tài)燃料與燃燒空氣在氣缸I的進(jìn)氣口 10中混合，并且為了點燃空氣和氣態(tài)燃料的混合物而將少量的液體引燃燃料注入氣缸I中。通常，氣體模式下的引燃燃料消耗少于總?cè)剂舷牡?%。雙燃料發(fā)動機(jī)可在發(fā)動機(jī)操作期間從氣體模式切換至液體燃料模式，反之亦然。
[0015]發(fā)動機(jī)4是大型往復(fù)式發(fā)動機(jī)，其可在輪船中和/或發(fā)電站中被用作產(chǎn)生電和/或熱的主發(fā)動機(jī)和/或輔助發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)是中速四沖程發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度是300-1200rpm。發(fā)動機(jī)的氣缸I可布置成單組11 (圖1的實施方式)或布置成形成V構(gòu)造的兩組11、11’ (圖2至圖4的實施方式)。
[0016]發(fā)動機(jī)4包括供氣系統(tǒng)7，供氣系統(tǒng)7用于將來自諸如氣罐的氣體源8的氣態(tài)燃料供應(yīng)到氣缸I中。供氣系統(tǒng)7包括用于從氣體源8接收氣態(tài)燃料的氣體接收器9。氣體接收器9用于在將氣態(tài)燃料導(dǎo)入氣缸I的進(jìn)氣口 10之前存儲氣態(tài)燃料。氣體接收器9可以是細(xì)長的罐，與氣缸組11、11’平行。供氣系統(tǒng)7還包括用于將氣體源8連接到氣體接收器9的進(jìn)氣管路12。進(jìn)氣管路12設(shè)置有斷流閥13，斷流閥13用于連接和截斷氣體源8和氣體接收器9之間的流動連通。
[0017]供氣系統(tǒng)7還包括供各氣缸I用的獨立的供氣閥17。供氣閥17被布置成在發(fā)動機(jī)的氣體模式操作期間將氣態(tài)燃料從氣體接收器9供應(yīng)到氣缸的進(jìn)氣口 10中。供氣系統(tǒng)7包括通氣管路19，通氣管路19用于從氣體接收器9排放氣態(tài)燃料和/或用于將氣體接收器9降壓。通氣管路19設(shè)置有通氣閥18，通氣閥18用于允許和防止從氣體接收器9排放氣態(tài)燃料。氣體供應(yīng)系統(tǒng)7包括控制單元20，控制單元20被構(gòu)造成以所需方式來操作斷流閥13和供氣閥17。
[0018]當(dāng)發(fā)動機(jī)在液體燃料模式下操作時，通過打開通氣閥18并且保持?jǐn)嗔鏖y13關(guān)閉來將氣體接收器9降壓。當(dāng)氣體接收器9中的壓力降低至所需水平時，通氣閥18關(guān)閉。在液體燃料模式下操作期間，液體燃料被直接供應(yīng)到氣缸I中。在從液體燃料模式切換成氣體模式之前，必須去除經(jīng)由氣體供應(yīng)閥17泄漏到氣體接收器9中的空氣。在液體燃料模式下操作期間執(zhí)行空氣去除，使得斷流閥13打開，此后打開至少一個供氣閥17，以從氣體接收器9中去除空氣。當(dāng)供氣閥17打開時，空氣經(jīng)由進(jìn)氣口 10從氣體接收器9流入氣缸I中。同時，用經(jīng)由進(jìn)氣管路12從氣體源8引導(dǎo)出的氣態(tài)燃料填充氣體接收器9。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，位于氣缸組11、11’的縱向中點和氣缸組11、11’的距離進(jìn)氣管路12的供氣點16最遠(yuǎn)的那個端部5、5’之間的氣缸I的至少一個供氣閥17被打開，以從氣體接收器9中去除過量空氣。
[0020]通常，距離進(jìn)氣管路12的進(jìn)氣點16最遠(yuǎn)的那個進(jìn)氣閥17被打開。為了增強(qiáng)從氣體接收器9中去除空氣的效果，距離供氣管路12的供氣點16第二遠(yuǎn)的那個供氣閥17可另外地或另選地被打開。如果氣缸I被布置成兩組11、11’，則在從氣體接收器9中去除空氣期間，其供氣閥17可被打開的氣缸I位于兩個氣缸組11、11’的相同端部5、5’。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，供氣閥17和供氣點16之間的距離是沿著氣體接收器9中的氣體流動路徑限定的。因此，例如，在圖4的實施方式中，第二氣缸組11’的第一端6’處的氣缸I的供氣閥17距離進(jìn)氣管路12的供氣點16最遠(yuǎn)。
[0022]控制單元20被構(gòu)造成監(jiān)控在從氣體接收器9中去除空氣期間其供氣閥17被打開的氣缸I中的燃燒事件。當(dāng)監(jiān)控表明從氣體接收器9中排放的氣態(tài)燃料具有低于預(yù)定水平的空氣濃度時，發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式。燃燒事件的監(jiān)控可以基于所述氣缸I的爆震水平和/或氣缸壓力和/或廢氣溫度測量來進(jìn)行?？刂茊卧?0從所述氣缸I的爆震傳感器2和/或氣缸壓力傳感器3和/或廢氣溫度傳感器接收信號并且用這些信號確定爆震水平和/或氣缸壓力和/或廢氣溫度。爆震水平的下降以及氣缸壓力和廢氣溫度的升高表明從氣體接收器9排放的氣態(tài)燃料中的空氣含量降低。當(dāng)爆震水平和/或氣缸壓力和/或廢氣溫度達(dá)到預(yù)定值時，氣態(tài)燃料中的空氣含量低于預(yù)定水平。此時，發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式?？赏ㄟ^實驗來定義氣態(tài)燃料中的空氣含量與爆震水平、氣缸壓力和廢氣溫度之間的關(guān)聯(lián)性。
[0023]另選地，在從氣體接收器9中去除空氣期間，可將供氣閥17保持打開預(yù)定的時間段。在這個時間段之后，發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式。
[0024]在圖1的實施方式中，進(jìn)氣管路12連接到氣體接收器9的第一端14。因此，進(jìn)氣管路12的供氣點16位于氣體接收器9的第一端14。通氣管路19連接到氣體接收器9的第二端15。在從氣體接收器9中去除空氣期間其供氣閥17被打開的氣缸I位于氣缸組11的第二端5。第二端5比氣缸組11的第一端6更遠(yuǎn)離供氣點16。另外,在從氣體接收器9中去除空氣期間，距離供氣點16第二遠(yuǎn)的氣缸I的供氣閥17可被打開。以此方式，可增強(qiáng)氣體接收器9中的空氣去除。
[0025]在圖1中示出的實施方式中，進(jìn)氣管路12的供氣點16可位于氣體接收器9的第一端14和第二端15之間,例如,位于氣缸組11中間的兩個氣缸I的供氣閥17之間。在這種情況下，在去除空氣期間，氣缸組11的第一端5和第二端6 二者處的氣缸I的燃料供應(yīng)閥17被打開。
[0026]圖2公開了氣缸I布置成形成V構(gòu)造的兩組11、11’的實施方式。供氣系統(tǒng)7包括氣體接收器9，氣體可從氣體接收器9被導(dǎo)入第一氣缸組11和第二氣缸組11’ 二者的氣缸I中。氣體接收器9布置在氣缸組11和11’之間。進(jìn)氣管路12連接到氣體接收器9的第一端14。因此,進(jìn)氣管路12的供氣點16位于氣體接收器9的第一端14。距離供氣點16最遠(yuǎn)的供氣閥17位于第一氣缸組11的第二端5處或者位于第二氣缸組11’的第二端5’處。第二端5、5’比氣缸組11、11’的第一端6、6’更遠(yuǎn)離供氣點16。另選地，在去除空氣期間，氣缸組11、11’ 二者的第二端5、5’處的氣缸I的供氣閥17可被打開。
[0027]另外，在圖2中示出的實施方式中，進(jìn)氣管路12的供氣點16可位于氣體接收器9的第一端14和第二端15之間,例如,位于處于氣缸組11、11’中間的氣缸I的供氣閥17之間。在這種情況下，在去除空氣期間，位于氣缸組11、11’中的一個或兩個氣缸組的兩端處的氣缸I的燃料供應(yīng)閥17被打開。
[0028]圖3公開了氣缸I布置成形成V構(gòu)造的兩組11、11’的實施方式。供氣系統(tǒng)7包括兩個氣體接收器9、9’，氣態(tài)燃料可從氣體接收器9、9’被導(dǎo)入第一氣缸組11和第二氣缸組11’ 二者的氣缸I中。氣體接收器9、9’布置在氣缸組11和11’之間。進(jìn)氣管路12連接到氣體接收器9、9’的第一端14、14’。通氣管路19連接到氣體接收器9、9’的第二端15、15’。另選地，各氣體接收器9、9’可設(shè)置有它門自己的通氣管路19。在圖3的實施方式中，距離供氣點16最遠(yuǎn)的供氣閥17位于第一氣缸組11的第二端5和第二氣缸組11’的第二端5’處。第二端5、5’比氣缸組11、11’的第一端6、6’更遠(yuǎn)離供氣點16。
[0029]圖4公開了氣缸I布置成形成V構(gòu)造的兩組11、11’的實施方式。供氣系統(tǒng)7包括布置在第一氣缸組11和第二氣缸組11’之間的U形接收器9。進(jìn)氣管路12連接到氣體接收器9的第一端14。通氣管路19連接到氣體接收器9的第二端15。在該實施方式中，距離進(jìn)氣管路12的供氣點16最遠(yuǎn)的供氣閥17位于第二氣缸組11’的第一端6’。
[0030]在以上實施方式中，在從氣體接收器9中去除空氣期間，一個或多個供氣閥17被打開并且其它供氣閥17保持關(guān)閉。通常，距離進(jìn)氣管路12的供氣點16最遠(yuǎn)的供氣閥17最靠近氣體通氣管路19的入口。
【權(quán)利要求】
1.一種在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前從雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)的氣體接收器(9)中去除過量空氣的方法，所述雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)包括供各發(fā)動機(jī)氣缸(I)用的獨立的供氣閥(17)，所述供氣閥(17)被布置成在所述氣體模式下操作期間將氣態(tài)燃料從所述氣體接收器(9)供應(yīng)到發(fā)動機(jī)氣缸(I)的進(jìn)氣口(10)中，在所述方法中: -液體燃料被供應(yīng)到所述氣缸(I)中， -氣態(tài)燃料從氣體源(8)經(jīng)由進(jìn)氣管路(12)被供應(yīng)到所述氣體接收器(9)中，其特征在于，在將燃料模式從所述液體燃料模式變成所述氣體模式之前，打開至少一個供氣閥(17)以從所述氣體接收器(9)去除空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，位于氣缸組(11、11’)的縱向中點和所述氣缸組(11、11’)的距離所述進(jìn)氣管路(12)的供氣點(16)最遠(yuǎn)的那個端部(5)之間的所述氣缸(I)的至少一個供氣閥(17)被打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，距離所述進(jìn)氣管路(12)的供氣點(16)最遠(yuǎn)的那個供氣閥(17)被打開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，距離所述進(jìn)氣管路(12)的供氣點(16)第二遠(yuǎn)的那個供氣閥(17)被打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)的所述氣缸(I)被布置成至少一個氣缸組(11、11’)，并且其供氣閥(17)被打開的那個氣缸(I)位于所述氣缸組(11、11’)的第一端(6、6’)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，位于所述氣缸組(11、11’)的第二端(5、5’)處的所述氣缸(I)的所述供氣閥(17)額外地被打開。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，在從所述氣體接收器(9)中去除空氣期間，所述供氣閥(17)保持打開預(yù)定的時間段，此后，所述發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好將燃料模式從所述液體燃料模式變成所述氣體模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的方法，其特征在于，從所述氣體接收器(9)中去除空氣期間其供氣閥(17)被打開的所述氣缸(I)中的燃燒事件被監(jiān)控，并且當(dāng)監(jiān)控表明從所述氣體接收器(9)排放的氣態(tài)燃料具有低于預(yù)定水平的空氣濃度時，所述發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好將燃料模式從所述液體燃料模式變成所述氣體模式。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)的所述氣缸(I)被布置成兩個氣缸組(11、11’)，并且其供氣閥(17)被打開的所述氣缸(I)位于所述兩個氣缸組(11、11’)的相同端(5、5’)處。
10.一種用于雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)的供氣系統(tǒng)(7)，所述發(fā)動機(jī)既能夠在氣體模式下操作又能夠在液體燃料模式下操作，所述供氣系統(tǒng)(7)包括: -氣體接收器(9)，該氣體接收器用于從氣體源(8)接收氣態(tài)燃料， -進(jìn)氣管路(12)，該進(jìn)氣管路用于將氣體從所述氣體源(8)供應(yīng)到所述氣體接收器(9)中，所述進(jìn)氣管路(12)設(shè)置有斷流閥(13)，所述斷流閥(13)用于連接和關(guān)斷所述氣體源(8)與所述氣體接收器(9)之間的流動連通， -供各發(fā)動機(jī)氣缸(I)用的獨立的供氣閥(17)，其中，所述供氣閥(17)被布置成在所述氣體模式下操作期間將氣態(tài)燃料從所述氣體接收器(9)供應(yīng)到所述氣缸(I)的進(jìn)氣口(10)，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)(7)還包括控制單元(20)，所述控制單元(20)被構(gòu)造成，在將燃料模式從液體燃料模式變成氣體模式之前: -打開所述斷流閥(13);以及 -打開至少一個供氣閥(17)，以從所述氣體接收器(9)中去除空氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元(20)被構(gòu)造成:監(jiān)控在從所述氣體接收器(9)中去除空氣期間其供氣閥(17)被打開的所述氣缸(I)中的燃燒事件，并且當(dāng)監(jiān)控表明從所述氣體接收器(9)排放的氣態(tài)燃料具有低于預(yù)定水平的空氣濃度時，準(zhǔn)備好將燃料模式從所述液體燃料模式變成所述氣體模式。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣管路(12)的供氣點(16)位于所述氣體接收器(9)的端部(14)處。
【文檔編號】F02D19/06GK104271926SQ201380024455
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】K·努爾馬拉, P·弗爾斯, K·波爾廷, T·格蘭倫, T·哈格達(dá)爾 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司