專利名稱：優(yōu)化往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的方法及往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)各類型獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的優(yōu)化往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的方法及往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
背景技支術(shù)對(duì)于諸如往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)，整個(gè)運(yùn)行參數(shù)組都必須被調(diào)節(jié)和優(yōu)化，以提供在不同條件下都沒有問題的運(yùn)行。術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行參數(shù)”在本申請(qǐng)的上下文中將被理解為指涉及或者表征往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀況的任何參數(shù)。例如，燃油消耗、污染物排放、振蕩或振動(dòng)幅度、氣流脈動(dòng)的分量以及描述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀況的每個(gè)其他參數(shù)都可以被理解為本申請(qǐng)意義下的運(yùn)行參數(shù)。
已知各個(gè)運(yùn)行參數(shù)可以依賴于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速而改變。特別地，已知特定運(yùn)行參數(shù)僅在非常特殊的或多或少較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中可以采取預(yù)定容限之外的極值，并且在這些轉(zhuǎn)速范圍之外落入預(yù)定容限范圍內(nèi)。
這種行為的示例可以是特殊振蕩類型，例如DE 202004002185 U1中描述的氣流脈動(dòng)，或者可以是例如在輪船中使用或者在地面上用來(lái)發(fā)電的大型柴油機(jī)的扭轉(zhuǎn)振蕩。
對(duì)于上述振蕩或氣流脈動(dòng)的數(shù)學(xué)描述，它們按照其傅立葉分量以已知方式進(jìn)行有利分析并且被展開為達(dá)特定階數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)。
因此，例如已知根據(jù)往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)在較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中，傅立葉分量在特定階數(shù)中可以彼此相加至最大值，因此在此轉(zhuǎn)速范圍中可能產(chǎn)生不可容忍的強(qiáng)振動(dòng)。
為了禁止這種傅立葉分量的最大振蕩的發(fā)生或者減小發(fā)生至可容忍水平，已知各種措施。為了減小特定的扭轉(zhuǎn)振蕩狀況，即特定階數(shù)的特定傅立葉分量，例如，已知對(duì)大型柴油機(jī)的曲軸應(yīng)用平衡重。通過此措施，運(yùn)行參數(shù)(例如扭轉(zhuǎn)振蕩狀況)的依賴于轉(zhuǎn)速的變化自然僅可以不充分地進(jìn)行控制，或者根本不能進(jìn)行控制。
例如對(duì)于裝載到輪船中地大型柴油機(jī)，尤為難以控制的是扭轉(zhuǎn)振蕩。因?yàn)榇笮筒裼蜋C(jī)與其所安裝到的輪船一起構(gòu)成振蕩系統(tǒng)，可能在安裝狀態(tài)中依賴于較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中的轉(zhuǎn)速，振蕩的傅立葉分量在特定階數(shù)中可以彼此相加至最大值。因此，產(chǎn)生在非安裝狀態(tài)中(例如在測(cè)試臺(tái)上)對(duì)同一發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生并且不可精確預(yù)測(cè)的諧振形式。這是因?yàn)檩喆木_幾何結(jié)構(gòu)和確切構(gòu)造沒有被認(rèn)知到最小細(xì)節(jié)，結(jié)果在預(yù)測(cè)模型中不能考慮全部細(xì)節(jié)。因此，不是全部細(xì)節(jié)都能預(yù)先包括到相應(yīng)的仿真中。
在這樣的情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到輪船中之后，例如很難影響這樣的諧振來(lái)充分抑制它們。
到目前為止，這些問題僅僅利用精細(xì)或復(fù)雜的機(jī)械措施來(lái)處理，如果有的話。例如，平衡重可以事后額外地附裝到曲軸上，這在安裝狀態(tài)下非常困難。此外，這使得必須進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化當(dāng)然包括完整系列的依賴于對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的測(cè)試運(yùn)行。在最差情況下，利用這樣的措施根本不能或者僅僅能不充分地校正依賴于轉(zhuǎn)速的效果。
在特定示例中這種依賴于轉(zhuǎn)速的效果可以被校正。例如，凸輪軸的凸輪可以根據(jù)大型柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)，這當(dāng)然導(dǎo)致大型柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩和性能的減小，引起更高的燃油消耗。這當(dāng)然必需相當(dāng)多的額外構(gòu)造費(fèi)用，從而成為缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種新方法，利用該方法可以在預(yù)定轉(zhuǎn)速范圍中優(yōu)化往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種相應(yīng)的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
滿足這些目的的本發(fā)明主題在技術(shù)上從方法方面和從裝置的觀點(diǎn)而言通過各自類型的獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)表征。
各個(gè)從屬權(quán)利要求特別地涉及本發(fā)明的有利實(shí)施例。
本發(fā)明因此涉及一種方法，用于優(yōu)化往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)特別是具有單向流動(dòng)掃氣的二沖程大型柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)包括布置在氣缸內(nèi)的往復(fù)活塞，其中氣缸包括排氣門和噴油嘴，燃油在預(yù)定噴射角由噴油嘴噴射到氣缸中并且排氣門在排氣角被致動(dòng)。在運(yùn)行期間，往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速被改變，使得在第一轉(zhuǎn)速下燃油在第一噴射角被噴射并且排氣門在第一排氣角被打開，并且在第二轉(zhuǎn)速下燃油在第二噴射角被噴射并且排氣門在第二排氣角被致動(dòng)。第一噴射角大于等于第二噴射角并且第一排氣角大于等于第二排氣角。氣缸內(nèi)的氣壓梯度在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間被改變，使得運(yùn)行參數(shù)的分量改變?yōu)轭A(yù)定值。
因此對(duì)本發(fā)明重要的是因?yàn)樵诘谝晦D(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速的預(yù)定轉(zhuǎn)速范圍中采取措施，往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的分量被優(yōu)化，由此氣缸內(nèi)的氣壓梯度以使得運(yùn)行參數(shù)的分量被改變?yōu)轭A(yù)定值的方式被改變。
因此，為了優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，例如內(nèi)燃機(jī)的扭轉(zhuǎn)振蕩、氣流脈動(dòng)、污染物排放或者功率，例如發(fā)生特定動(dòng)作(例如燃油噴射、排氣門的致動(dòng)等)的控制參數(shù)(例如曲柄角)可以在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間從第一轉(zhuǎn)速開始隨轉(zhuǎn)速增大或減小被改變預(yù)定值，以然后再次被復(fù)位到第二曲柄角的值。
用于優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)的措施，即在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間運(yùn)行參數(shù)的分量改變到預(yù)定值的類型、方式和大小，不僅取決于特定往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)自身的構(gòu)造和類型，而且還特別地取決于例如往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)安裝到其中的輪船。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在應(yīng)用本教導(dǎo)時(shí)將實(shí)際上不能避免執(zhí)行額外的簡(jiǎn)單試驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)以下更詳細(xì)描述的參數(shù)的精確調(diào)節(jié)，這最終提供了精確的參數(shù)，例如用于確定第三噴射角或者第三排放角(它們根據(jù)情況不同而有所變化)的確切值。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選示例性實(shí)施例中，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間燃油在第三噴射角噴射，第三噴射角大于第一噴射角或者小于第二噴射角。
這是指噴射角(及因此發(fā)生或者開始噴射周期的曲柄角)根據(jù)轉(zhuǎn)速?gòu)牡谝粐娚浣歉淖兊降诙娚浣?。第一噴射角和第二噴射角之間的噴射角至少采用依賴于轉(zhuǎn)速并與第一噴射角和第二噴射角相關(guān)的最大值和/或最小值。
根據(jù)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的哪個(gè)運(yùn)行參數(shù)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化，例如振蕩的分量、氣流脈動(dòng)、污染物排放或者內(nèi)燃機(jī)的其他運(yùn)行參數(shù)，燃油噴射到氣缸中的噴射角最初從第一轉(zhuǎn)速開始隨著轉(zhuǎn)速的升高或者降低而降低到第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間的最小值，并且再次升高到第二噴射角的值，或者反之。這是指還可能是從第一轉(zhuǎn)速開始隨著轉(zhuǎn)速的升高或者降低燃油噴射到氣缸中的噴射角最初升高到第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間的最大值，并且然后降低到第二噴射角的值。
應(yīng)當(dāng)理解到在特殊情況下，燃油噴射到氣缸中的噴射角還可以不同于以上描述而在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間根據(jù)轉(zhuǎn)速以更復(fù)雜的方式變化。
噴射角的改變目前并非改變氣缸內(nèi)氣壓梯度而使得運(yùn)行參數(shù)的分量可以改變或者優(yōu)化到預(yù)定值的唯一可能。
在本發(fā)明的方法的第二示例性實(shí)施例中，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間在噴射周期中噴射到氣缸中的燃油量，特別是在第三噴射角下噴射的燃油量與在第一噴射角和/或第二噴射角下的噴射周期中噴射的燃油量不同。
在特定噴射周期中噴射燃油量的變化可以用不同方式實(shí)現(xiàn)。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的特殊變化中，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間噴射燃油到氣缸中的噴射周期的持續(xù)時(shí)間，特別是在第三噴射角下的噴射周期的持續(xù)時(shí)間與在第一噴射角和/或第二噴射角下的燃油噴射持續(xù)時(shí)間不同，因此在第三噴射角下在特定噴射周期中，比第一噴射角下和/或第二噴射角下略多或略少的燃油噴射到氣缸中。
在另一個(gè)噴射燃油量被改變特殊變化中，每個(gè)氣缸設(shè)置至少兩個(gè)噴油嘴，并且其中在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間至少一個(gè)噴油嘴至少暫時(shí)關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)理解到以上描述的改變噴射燃油量的兩種可能方法可以有利地結(jié)合。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法即實(shí)現(xiàn)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的另一種可能通過在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間適當(dāng)?shù)乜刂婆艢忾T來(lái)提供。
因此，在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間的排氣時(shí)間期間排氣門被致動(dòng)的排氣角改變?yōu)榇笥诘谝慌艢饨腔蛘咝∮诘诙艢饨堑牡谌艢饨恰?br> 這是指，排氣角(其是來(lái)自內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃?xì)獍l(fā)生排氣或者來(lái)自氣缸的燃?xì)忾_始排氣的曲柄角，即排氣門被致動(dòng)時(shí)的曲柄角)以這樣的方式根據(jù)轉(zhuǎn)速?gòu)牡谝慌艢饨歉淖優(yōu)榈诙艢饨?，即第一排氣角和第二排氣角之間的排氣角至少采取依賴于轉(zhuǎn)速與第一排氣角和第二排氣角相關(guān)的最大值和/或最小值。
根據(jù)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的哪個(gè)運(yùn)行參數(shù)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化，例如振蕩的分量、氣流脈動(dòng)、污染物排放或者內(nèi)燃機(jī)的其他運(yùn)行參數(shù)，排氣角最初從第一轉(zhuǎn)速開始隨著轉(zhuǎn)速的升高或者降低而降低到第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間的最小值，并且再次升高到第二排氣角的值，或者反之。這是指還可能是從第一轉(zhuǎn)速開始隨著轉(zhuǎn)速的升高或者降低排氣門在排氣周期致動(dòng)的排氣角最初升高到第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間的最大值，并且然后降低到第二排氣角的值。
應(yīng)當(dāng)理解到在特殊情況下，排氣角還可以不同于以上描述而在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間根據(jù)轉(zhuǎn)速以更復(fù)雜的方式變化。
但是，不僅排氣門被致動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)即排氣角的值可以被改變來(lái)優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，而且排氣門被打開的持續(xù)時(shí)間或者打開和關(guān)閉過程的精確時(shí)間段也可以影響運(yùn)行參數(shù)的分量。
因此，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)變化，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間在排氣角下排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，特別是在第三排氣角下的排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與在第一排氣角和/或在第二排氣角下的排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不同。
這是指，在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間，排氣門在第三排氣角下被打開的持續(xù)時(shí)間可以例如分別比在第一轉(zhuǎn)速和/或在第二轉(zhuǎn)速下排氣門被打開的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和/或短。在這點(diǎn)上，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)的分量可以通過這種方式被尤為有利地校正或改變時(shí)，排氣門在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)周期中在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間在每種情況下被打開的持續(xù)時(shí)間可能以復(fù)雜的途徑和方式為轉(zhuǎn)速的函數(shù)。
本申請(qǐng)自身非常清楚并且本領(lǐng)域技術(shù)人員自然可知道的是此處描述的根據(jù)本發(fā)明方法的示例性實(shí)施例的全部可以根據(jù)需要被成功地結(jié)合。
利用根據(jù)本發(fā)明的方法，振蕩特別是扭轉(zhuǎn)振蕩、縱向振蕩、橫向振蕩或者氣流脈動(dòng)可以被特別有利地優(yōu)化。
如已經(jīng)描述的那樣，振蕩過程根據(jù)總的幾何結(jié)構(gòu)(例如大型柴油機(jī)和大型柴油機(jī)安裝到其中的輪船的幾何結(jié)構(gòu))可能表現(xiàn)出諧振，并且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以不同方式和不同強(qiáng)度被激勵(lì)。因此，例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在14缸柴油機(jī)(但不僅是14缸柴油機(jī))中，扭轉(zhuǎn)振蕩的傅立葉分量在特定情況下可以疊加至最大值，在特定轉(zhuǎn)速下例如在70轉(zhuǎn)每分(RPM)和120RPM之間該最大值可以變得非常強(qiáng)而使得在該轉(zhuǎn)速范圍中輪船的安全運(yùn)行不再能得到保證。
令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果根據(jù)本發(fā)明，例如在約80RPM下的第一曲柄角和在約95RPM下的第二曲柄角之間的燃油噴射到氣缸中的噴射角被調(diào)節(jié)約1至2度，即如果在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間燃油比在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速下略遲地噴射燃油，那么特定傅立葉分量(例如扭轉(zhuǎn)振蕩的第11階傅立葉分量)可以被減小至在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)也可再次保證大型柴油機(jī)安全運(yùn)行的程度。
以非常類似的方式，例如振蕩分量但也可為其他運(yùn)行參數(shù)的分量在第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間與噴射角的改變同時(shí)地或作為替代地被優(yōu)化或改變，噴射燃油量和/或致動(dòng)排氣門的排氣角的改變和/或排氣門被致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間的改變?cè)诘谝晦D(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速之間被適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> 以特別有利的方式，本發(fā)明的方法對(duì)具有電子凸輪軸的大型柴油機(jī)(例如象來(lái)自Wrtil和RT-Flex或Sulzer RTA型發(fā)動(dòng)機(jī))，特別是但不限于對(duì)14缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在具有電子凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃油噴射到氣缸中的噴射角和/或排氣門被致動(dòng)的排氣角以及噴油器和/或排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間可以被完全自由選擇，噴油器和/或排氣門通過使用計(jì)算機(jī)支持的控制器或調(diào)節(jié)器，可以獨(dú)立于曲柄角在可自由選擇的時(shí)間點(diǎn)處打開或關(guān)閉，和/或打開或關(guān)閉可自由選擇的持續(xù)時(shí)間。因此，通過改變?nèi)加蛧娚涞膰娚鋾r(shí)間點(diǎn)和/或持續(xù)時(shí)間和/或打開排氣門的時(shí)間和/或打開排氣門的持續(xù)時(shí)間或者通過改變噴射角和/或排氣角，例如扭轉(zhuǎn)振蕩的運(yùn)行參數(shù)可以以特別簡(jiǎn)單的方式被優(yōu)化，而無(wú)需非常復(fù)雜的機(jī)械措施形式如附加平衡重到曲軸或者調(diào)節(jié)凸輪軸。
在這點(diǎn)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過使用本發(fā)明的方法往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的其他運(yùn)行參數(shù)(例如往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的根據(jù)DE 20 2004 002 185 U1的氣流脈動(dòng)、功率、轉(zhuǎn)矩、排放或者溫度的分量)可以用有利的方式有效而簡(jiǎn)單地優(yōu)化。
在實(shí)踐上很重要的特殊變化中，將被優(yōu)化或改變的運(yùn)行參數(shù)的分量是第一階和/或更高階的傅立葉分量，并且特別是扭轉(zhuǎn)振蕩的傅立葉分量。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選變化中，通過上述措施針對(duì)噴射周期和/或排氣門的致動(dòng)僅優(yōu)化或改變運(yùn)行參數(shù)的特定分量(例如扭轉(zhuǎn)振蕩的第11階傅立葉分量)。
當(dāng)然，扭轉(zhuǎn)振蕩或其他振蕩或另一振蕩類型的第一階和/或更高階的傅立葉分量也可以被優(yōu)化或改變，并且在特定示例中在第一和第二轉(zhuǎn)速之間通過以上描述/舉例說明的措施針對(duì)噴射周期和/或排氣門的致動(dòng)該傅立葉分量被最小化。在這點(diǎn)上，公知的是傅立葉分量是指在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本旋轉(zhuǎn)頻率處顯示出的分量、在雙倍頻率處顯示出的第二階分量、以及在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的n倍旋轉(zhuǎn)頻率處顯示出的相應(yīng)第n階分量。
如上所述，在實(shí)踐中特別重要的根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，以電子方式確定噴射燃油的曲柄角和/或致動(dòng)排氣門的排氣角。這是指不執(zhí)行機(jī)械措施，例如凸輪軸的調(diào)節(jié)或者噴油嘴機(jī)械驅(qū)動(dòng)的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的方法可以特別有利地用于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其是在恒壓下運(yùn)行的渦輪增壓14缸直列內(nèi)燃機(jī)并包括至少兩個(gè)渦輪增壓器和/或其中往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)被構(gòu)造成至少在兩個(gè)相繼點(diǎn)火的氣缸中的兩個(gè)活塞之間的轉(zhuǎn)角差與360°/14的整數(shù)倍具有預(yù)定偏移。
這是指，不同氣缸中的兩個(gè)活塞之間的曲柄角差不會(huì)如傳統(tǒng)14缸發(fā)動(dòng)機(jī)中那樣確切地是360°/14的整數(shù)倍。相反，此曲柄角差可以從恒定角度間距偏移特定角度量并且也可以具有非恒定的角度間距。通過曲軸的這種非恒定間距，與具有曲軸的恒定角度間距情況即當(dāng)兩個(gè)不同氣缸中的兩個(gè)活塞之間的曲柄角差總是確切地為360°/14的整數(shù)倍時(shí)相比，不同的運(yùn)行參數(shù)如功率、有害排放、氣流脈動(dòng)以及所有類型的振蕩或其他運(yùn)行參數(shù)可以設(shè)置為更理想的值。
與本發(fā)明的方法相結(jié)合，例如當(dāng)內(nèi)燃機(jī)被置入輪船中使得輪船的特定幾何結(jié)構(gòu)也必須被包括到運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化中時(shí)，一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)仍然可以根據(jù)轉(zhuǎn)速被進(jìn)一步優(yōu)化。
此外，本發(fā)明涉及一種可使用根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)運(yùn)行的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
在這點(diǎn)上，本發(fā)明涉及在實(shí)踐中非常重要的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的實(shí)施例，其是在恒壓下運(yùn)行的單排14缸渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)并包括至少兩個(gè)渦輪增壓器，該發(fā)動(dòng)機(jī)被構(gòu)造成燃油噴射到氣缸中時(shí)間點(diǎn)可電子控制，其中至少兩個(gè)不同氣缸的兩個(gè)活塞之間的轉(zhuǎn)角差優(yōu)選但非必須地與360°/14的整數(shù)倍具有預(yù)定偏移。


下面，將參照示意性附圖更詳細(xì)地舉例說明本發(fā)明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)已知的作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)的運(yùn)行參數(shù)的分量特性；圖2是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行了優(yōu)化的作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)的運(yùn)行參數(shù)的分量特性。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了作為轉(zhuǎn)速D′的函數(shù)的運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′的特性示意圖，這是現(xiàn)有技術(shù)已知的。下面，加上標(biāo)的標(biāo)號(hào)總是指現(xiàn)有技術(shù)，而未加上標(biāo)的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)于本發(fā)明。
在圖1中，橫坐標(biāo)定義了往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速D′，而在特定轉(zhuǎn)速D′下發(fā)生燃油噴射到氣缸中的噴射角E′定義在左縱坐標(biāo)上。
在這點(diǎn)上，留意到在圖1的純粹示意性示圖中，在考慮到軸線的對(duì)應(yīng)比例時(shí)，排氣角A′可以用來(lái)代替噴射角E′以舉例說明現(xiàn)有技術(shù)的問題。問題的論證和舉例說明類似地進(jìn)行。出于清楚的原因，下面將在考慮依賴于轉(zhuǎn)速的噴射角變化的同時(shí)討論現(xiàn)有技術(shù)的問題。
根據(jù)上述討論，繪制正噴射角E′，即噴射角E′繪制在縱坐標(biāo)的數(shù)學(xué)上為正的方向上，具有正噴射角E′意味著比具有負(fù)噴射角E′相應(yīng)地較晚實(shí)現(xiàn)噴射。0°的噴射角是指在相應(yīng)氣缸中在活塞的上止點(diǎn)位置處實(shí)現(xiàn)燃油噴射。
同時(shí)，運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′的大小繪制在右縱坐標(biāo)上，其轉(zhuǎn)速依賴性由虛線示意性圖示。虛線水平線K′max代表最大容許大小K′max，在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)中不允許運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′超過K′max。分量K′例如可以是扭轉(zhuǎn)振蕩的傅立葉分量K′。
圖1所示的依賴于轉(zhuǎn)速D′的噴射角E′的曲線對(duì)輪船中大型柴油機(jī)從0轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)到最大滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速D′max(在此轉(zhuǎn)速下大型柴油機(jī)在滿負(fù)荷下運(yùn)行)是典型的。在低轉(zhuǎn)速D′下，例如當(dāng)輪船離開港口時(shí)，燃油在第一正噴射角E′A下被操作上升至特定轉(zhuǎn)速。典型地第一正噴射角E′A量為例如約3°，即在上止點(diǎn)后在約3°噴射燃油。如圖1中示意性示出，此噴射角E′保持不變直至轉(zhuǎn)速D′，此轉(zhuǎn)速可能對(duì)應(yīng)于最大額定轉(zhuǎn)速D′max的約70％。在低轉(zhuǎn)速區(qū)域中優(yōu)選地在正曲柄角E′下實(shí)現(xiàn)噴射的原因例如可能是期望減小煙的產(chǎn)生，但是這是以更高的油耗為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)的。
隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速D′進(jìn)一步增大至額定轉(zhuǎn)速D′max，燃油噴射到氣缸中的噴射角E′于是例如以隨增大的轉(zhuǎn)速D′而線性減小的斜坡方式持續(xù)減小至負(fù)值E′E，其中噴射角E′E再次被保持直至最大轉(zhuǎn)速D′max。噴射角E′E由此確保例如大型柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速D′max處滿負(fù)荷理想運(yùn)轉(zhuǎn)，并且例如燃油消耗最小化。
在這點(diǎn)上，如從圖1中清楚可見，依賴于轉(zhuǎn)速D′的運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′的大小圖示了特性趨勢(shì)。在此處描述的示例中，運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′為在D′1和D′2之間的轉(zhuǎn)速范圍中具有諧振位置的類型。這意味著在D′1和D′2之間的較窄定義的轉(zhuǎn)速范圍中分量K′的大小明顯增大超過最大容許值K′max，因此大型柴油機(jī)在此轉(zhuǎn)速范圍中不再能夠優(yōu)化地運(yùn)行。在最差情形中，諧振可能甚至顯著地影響安全狀況，例如如果運(yùn)行參數(shù)B′是扭轉(zhuǎn)振蕩并且分量K′在D′1和D′2之間的轉(zhuǎn)速范圍中變得過強(qiáng)而使得輪船自身遭受影響。
例如如果在將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到輪船中后發(fā)現(xiàn)如圖1所示的運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′的曲線或者類似的曲線，需要使用上述部分中描述的非常費(fèi)錢而復(fù)雜的機(jī)械措施來(lái)做出努力，以將運(yùn)行參數(shù)B′的分量K′的大小減小到最大容許限值K′max之下。
相反，在圖2中，示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明方法的運(yùn)行參數(shù)B的分量K的優(yōu)化曲線，以下用標(biāo)號(hào)1表示。在這點(diǎn)上，將參照?qǐng)D中噴射角E的改變的示例來(lái)更詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明對(duì)運(yùn)行參數(shù)B的分量K的改變和優(yōu)化。由于運(yùn)行參數(shù)B的分量K可以通過以上詳細(xì)描述的其他措施被類似地改變，此描述可以僅限于噴射角E的示例并且不需要參照單獨(dú)的附圖對(duì)排氣門的致動(dòng)進(jìn)行再次描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠直接將以下描述轉(zhuǎn)化到排氣門的致動(dòng)，特別是因?yàn)橐陨弦呀?jīng)詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的重要變化(其與排氣門的致動(dòng)相關(guān))。
類似于圖1，往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速D定義在橫坐標(biāo)上，而在特定轉(zhuǎn)速D下實(shí)現(xiàn)燃油噴射到氣缸中的噴射角E定義在左縱坐標(biāo)上。運(yùn)行參數(shù)B的分量K的幅值記錄在右縱坐標(biāo)上。
根據(jù)圖示，正噴射角E同樣記錄為向上，這意味著正噴射角E記錄在縱坐標(biāo)的數(shù)學(xué)正向上，具有正噴射角E表明比具有負(fù)噴射角E相應(yīng)地較晚實(shí)現(xiàn)噴射。0°的噴射角是指在相應(yīng)氣缸中在活塞的上止點(diǎn)位置處進(jìn)行燃油噴射。
同時(shí)如上所述，運(yùn)行參數(shù)B的分量K的幅值定義在右縱坐標(biāo)上，其轉(zhuǎn)速依賴性由虛線示意性圖示。虛線Kmax代表最大容許幅值Kmax，在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)中不允許運(yùn)行參數(shù)B的分量K超過Kmax。運(yùn)行參數(shù)B的分量K例如可以是扭轉(zhuǎn)振蕩的傅立葉分量K。
圖2部分地示出了依賴于轉(zhuǎn)速D的噴射角E的已知特性曲線，此特性曲線對(duì)從0轉(zhuǎn)速加速到最大滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速Dmax(在此轉(zhuǎn)速下大型柴油機(jī)在滿負(fù)荷下運(yùn)行)的輪船中大型柴油機(jī)是典型的。在低轉(zhuǎn)速D下，例如當(dāng)輪船離開港口時(shí)，燃油在正噴射角EA下被噴射以上升至特定轉(zhuǎn)速D。典型地此噴射角EA為例如約3°，這意味著在上止點(diǎn)位置后在約3°噴射燃油。如圖1中示意性示出，此噴射角E可以保持不變直至轉(zhuǎn)速D，此轉(zhuǎn)速可能對(duì)應(yīng)于最大額定轉(zhuǎn)速Dmax的約70％。如在對(duì)圖1的描述中所解釋的那樣，在低轉(zhuǎn)速范圍中在正噴射角下進(jìn)行噴射的原因例如可能是期望減小煙的產(chǎn)生，但是這是以更高的油耗為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)的。
隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速D進(jìn)一步增大至額定轉(zhuǎn)速Dmax，燃油噴射到氣缸中的噴射角E于是最初例如以隨增大的轉(zhuǎn)速而線性減小的斜坡方式在第一步驟中持續(xù)減小，并且在根據(jù)本發(fā)明的方法步驟已經(jīng)執(zhí)行之后，被進(jìn)一步減小直至負(fù)值EE，然后噴射角EE被保持直至最大轉(zhuǎn)速Dmax。噴射角EE確保例如大型柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速Dmax下滿負(fù)荷理想運(yùn)轉(zhuǎn)，并且例如燃油消耗最小化。
在這點(diǎn)上，運(yùn)行參數(shù)B的分量K的幅值圖示了依賴于轉(zhuǎn)速D的特性曲線。在此處描述的示例中，運(yùn)行參數(shù)B的分量K為在D1和D2之間的轉(zhuǎn)速范圍中具有諧振位置的類型，類似于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)示例。
但是，與根據(jù)圖1的現(xiàn)有技術(shù)不同，運(yùn)行參數(shù)B的分量K的幅值在在D1和D2之間的較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中增大但不會(huì)超過最大容許值Kmax，而是特別地保持在最大容許值Kmax之下，使得在D1和D2之間的轉(zhuǎn)速范圍中內(nèi)燃機(jī)也優(yōu)化并安全地運(yùn)行。
運(yùn)行參數(shù)K的幅值最小化(這在圖2中清楚可見并且可以例如是扭轉(zhuǎn)振蕩B的傅立葉分量K)根據(jù)本發(fā)明而實(shí)現(xiàn)，在第一轉(zhuǎn)速D1處以第一噴射角E1噴射燃油而在第二轉(zhuǎn)速D2處以第一噴射角E2噴射燃油，其中第一噴射角E1大于第二噴射角E2，并且噴射燃油的噴射角E在第一噴射轉(zhuǎn)速D1和第二噴射轉(zhuǎn)速D2之間改變?yōu)榈谌龂娚浣荅3，其大于第一噴射角E1和第二噴射角E2。
通過在第一轉(zhuǎn)速D1和第二轉(zhuǎn)速D2之間的較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中這樣改變噴射角E，運(yùn)行參數(shù)B的分量K的幅值被減小為這樣的值，該值明顯小于最大容許值Kmax，但在沒有對(duì)依賴于轉(zhuǎn)速的噴射角E(在此噴射角下燃油被噴射到氣缸中)進(jìn)行創(chuàng)造性改變的情況下該值將超過最大容許值。
應(yīng)當(dāng)理解到通過圖2中示例舉例說明的創(chuàng)造性方法1的優(yōu)選實(shí)施例僅僅應(yīng)理解為示意性的，并且在第一轉(zhuǎn)速D1和第二轉(zhuǎn)速D2之間的較窄限定的轉(zhuǎn)速范圍中的噴射角E(在此噴射角下燃油被噴射)的改變可以根據(jù)要求、內(nèi)燃機(jī)和/或輪船的構(gòu)造和/或根據(jù)哪個(gè)運(yùn)行參數(shù)應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化而具有其他曲線。例如，在第一轉(zhuǎn)速D1和第二轉(zhuǎn)速D2之間的噴射角E還可以包括局部最小值或者具有更復(fù)雜的曲線。特別地，在低轉(zhuǎn)速D下確定噴射時(shí)間點(diǎn)的噴射角EA當(dāng)然也可以小于在高轉(zhuǎn)速D下確定噴射時(shí)間點(diǎn)的曲柄角EE。此外，EA以及EE可以具有正的或負(fù)的值。噴射角E的絕對(duì)值和特性轉(zhuǎn)速D特別地依賴于內(nèi)燃機(jī)以及輪船的構(gòu)造，并依賴于將被優(yōu)化的運(yùn)行參數(shù)并且可以相應(yīng)地改變。
權(quán)利要求
1.一種方法，其用于優(yōu)化在氣缸內(nèi)布置有往復(fù)活塞的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)特別是具有縱向掃氣的二沖程大型柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)(B)，其中氣缸包括排氣門和噴油嘴，燃油在預(yù)定噴射角(E)由噴油嘴噴射到氣缸中并且排氣門在排氣角(A)被致動(dòng)，其中在運(yùn)行中往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速(D)被改變，使得在第一轉(zhuǎn)速(D1)下燃油在第一噴射角(E1)被噴射并且排氣門在第一排氣角(A1)被打開，并且在第二轉(zhuǎn)速(D2)下燃油在第二噴射角(E2)被噴射并且排氣門在第二排氣角(A2)被致動(dòng)，其中第一噴射角(E1)大于或等于第二噴射角(E2)并且第一排氣角(A1)大于或等于第二排氣角(A2)，其特征在于，氣缸內(nèi)的氣壓梯度在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間被改變，使得運(yùn)行參數(shù)(B)的分量(K)被改變?yōu)轭A(yù)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間燃油在第三噴射角(E3)噴射，第三噴射角(E3)大于第一噴射角(E1)或者小于第二噴射角(E2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間的噴射周期中噴射的燃油量，特別是在第三噴射角(E3)下噴射的燃油量與在第一噴射角(E1)和/或第二噴射角(E2)下的噴射周期中噴射的燃油量不同。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間噴射燃油到氣缸中的噴射周期的持續(xù)時(shí)間，特別是在第三噴射角(E3)下的噴射持續(xù)時(shí)間與在第一噴射角(E1)和/或第二噴射角(E2)下的燃油噴射持續(xù)時(shí)間不同。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在一個(gè)氣缸處設(shè)置至少兩個(gè)噴油嘴，并且其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間的噴射周期期間至少一個(gè)噴油嘴至少暫時(shí)關(guān)閉。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間的排氣時(shí)間期間排氣門被致動(dòng)的排氣角(A)被改變?yōu)榇笥诘谝慌艢饨?A1)或者小于第二排氣角(A2)的第三排氣角(A3)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在第一轉(zhuǎn)速(D1)和第二轉(zhuǎn)速(D2)之間在排氣角(A)下排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，特別是在第三排氣角(A3)下的排氣門致動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與在第一排氣角(A1)和/或在第二排氣角(A2)下的致動(dòng)持續(xù)時(shí)間不同。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行參數(shù)(B)是振蕩，特別是扭轉(zhuǎn)振蕩、縱向振蕩、橫向振蕩或者氣流脈動(dòng)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行參數(shù)(B)是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、排放或者溫度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述運(yùn)行參數(shù)(B)的分量(K)是第一階和/或更高階的傅立葉分量(K)，并且特別是扭轉(zhuǎn)振蕩的傅立葉分量。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中噴射燃油的噴射角(E)和/或致動(dòng)排氣門的排氣角(A)以電子方式確定。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)是在恒壓下運(yùn)行的渦輪增壓直列14缸內(nèi)燃機(jī)并包括至少兩個(gè)渦輪增壓器。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)被構(gòu)造成兩個(gè)不同氣缸的兩個(gè)不同活塞的轉(zhuǎn)角差與360°/14的整數(shù)倍具有預(yù)定偏移。
14.一種可使用根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)運(yùn)行的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其是包括至少兩個(gè)渦輪增壓器的在恒壓下運(yùn)行的渦輪增壓直列14缸內(nèi)燃機(jī)，并且被構(gòu)造成燃油噴射到氣缸中和/或排氣門致動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)可電子調(diào)節(jié)，其中兩個(gè)不同氣缸的兩個(gè)不同活塞的轉(zhuǎn)角差與360°/14的整數(shù)倍具有預(yù)定偏移。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于優(yōu)化往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)特別是具有縱向掃氣的二沖程大型柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)(B)的方法(1)。往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)包括往復(fù)布置在氣缸內(nèi)的活塞。氣缸包括排氣門和噴油嘴。燃油在預(yù)定噴射角(E)由噴油嘴噴射到氣缸中且排氣門在排氣角(A)處致動(dòng)。運(yùn)行期間，往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速(D)改變，使得在第一轉(zhuǎn)速(D
文檔編號(hào)F02D43/00GK1892005SQ20061009965
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者R·格拉塞, H·凱勒, M·韋伯 申請(qǐng)人:瓦特西拉瑞士股份有限公司