本發(fā)明涉及根據(jù)相應(yīng)種類的獨(dú)立權(quán)利要求的前序的操作大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法、大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、以及所述方法的使用。

背景技術(shù)：

能夠被構(gòu)造為二沖程或四沖程機(jī)器的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，作為縱向掃氣二沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī))被頻繁地用作船的驅(qū)動(dòng)集合(drive aggregate)或者在靜態(tài)操作模式下頻繁地使用，例如，用于驅(qū)動(dòng)大型發(fā)電機(jī)以用于產(chǎn)生電能。在這一點(diǎn)上，發(fā)動(dòng)機(jī)通常在表示關(guān)于操作安全性和可用性的高要求的連續(xù)操作模式下運(yùn)行相當(dāng)長時(shí)間段。為此原因，特別是維護(hù)之間的長時(shí)間間隔，低磨損以及操作燃料的經(jīng)濟(jì)處理對(duì)于操作者來說是中心標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，又一要點(diǎn)且具有增加的重要性的要點(diǎn)是廢氣的質(zhì)量，特別是廢氣中的氮氧化物濃度。在此，針對(duì)相應(yīng)廢氣值的法律規(guī)定和閾值變得越來越嚴(yán)格。特別是關(guān)于二沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，這具有以下結(jié)果：裝載有很多污染物的典型重燃油的燃燒、以及柴油或者任何其它燃料的燃燒變得更有問題，由于廢氣閾值的維護(hù)變得越來越難，因此技術(shù)上更苛刻并且以此方式更昂貴，或者最后，它們的維護(hù)不再可能以合理方式進(jìn)行。

為此原因，對(duì)所謂的“雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)”的需求實(shí)際上已經(jīng)存在很長一段時(shí)間，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)能夠使用兩種不同種類的燃料來操作。在氣體模式下，使例如天然氣(諸如LNG(液化天然氣))的氣體或者為液化石油氣形式的氣體或者適于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的不同氣體燃燒，然而在液體模式下，使諸如汽油、柴油、重燃油的合適液體燃料或者不同合適液體燃料在相同發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料。在這一點(diǎn)上，發(fā)動(dòng)機(jī)可以是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)二者，并且在這一點(diǎn)上，這些發(fā)動(dòng)機(jī)可以是小型發(fā)動(dòng)機(jī)、中型發(fā)動(dòng)機(jī)、以及大型發(fā)動(dòng)機(jī)，還特別是縱向掃氣二沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

使用術(shù)語“大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)”還意味著這種大型發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以其特征在于燃料的 自點(diǎn)燃的不同于柴油操作模式的形式、還有在其特征在于燃料的外部點(diǎn)燃的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式下、或者以這兩種操作模式的混合形式來操作。術(shù)語大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還包括特別是所謂的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、以及燃料的自點(diǎn)燃被用于不同燃料的外部點(diǎn)燃的這種大型發(fā)動(dòng)機(jī)。

在液體模式下，通常將燃料直接引入到汽缸的燃燒空間中并且在那里根據(jù)自點(diǎn)燃的原理燃燒。在氣體模式下，已知根據(jù)奧托原理(Otto principle)操作模式混合氣態(tài)的氣體與掃氣(scavenging air)，以在汽缸的燃燒空間中產(chǎn)生可點(diǎn)燃混合物。關(guān)于該低壓方法，混合物的點(diǎn)燃通常發(fā)生在汽缸中，在合適時(shí)刻，將少量液體燃料噴射到汽缸的燃燒空間中或者預(yù)燃室中，然后導(dǎo)致空氣-氣體混合物的點(diǎn)燃。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在氣體模式操作期間切換到液體模式，并且反之亦然。

然而，還有純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，這意味著要求僅可使用氣體并且不另選地使用柴油、重燃油或者不同燃料操作的發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是當(dāng)關(guān)于廢氣的高需求被要求并且僅通過氣體的燃燒來保持時(shí)，具有可接受技術(shù)要求并且為經(jīng)濟(jì)可變方式。例如在WO 2010147071A1中提供了這樣一種純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。在例如DE 10 2010 005814A1中存在現(xiàn)有技術(shù)的又一狀態(tài)。

不管是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)還是純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，將燃料氣體引入到相應(yīng)往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的汽缸的燃燒空間中的過程對(duì)于可靠性、污染物低以及這種發(fā)動(dòng)機(jī)的安全操作來說是非常重要的。

在氣體模式下，特別是設(shè)置掃氣與氣體的正確比率(所謂的空氣-燃料比率)具有至關(guān)重要性。掃氣或者增壓空氣通常由大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪增壓器使用，渦輪增加器產(chǎn)生掃氣壓力或者加載空氣壓力，其取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載并且以此方式取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和/或轉(zhuǎn)矩和/或旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)于給定掃氣壓力，能夠計(jì)算汽缸中的空氣量，并且然后能夠確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的分別要求的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和/或能夠確定用于期望旋轉(zhuǎn)速度的氣體燃料的合適量，轉(zhuǎn)矩的量和/或旋轉(zhuǎn)速度的量產(chǎn)生用于該操作狀態(tài)的理想燃燒過程。

特別是當(dāng)根據(jù)奧托原理來操作氣體模式時(shí)，對(duì)于從污染物視點(diǎn)看盡可能低的、有效的且經(jīng)濟(jì)可行的發(fā)動(dòng)機(jī)操作來說，空氣-氣體比率的正確設(shè)置具有至關(guān)重要性。如果氣體部分太大，則空氣-氣體混合物變得太濃?；旌衔锏娜紵l(fā)生地太快或者太早，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的撞擊。由于燃燒過程不再被正確地調(diào)諧到汽缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，因此除 了其它事情以外，還導(dǎo)致燃燒部分地抵抗活塞的運(yùn)動(dòng)來工作。

而且，當(dāng)在正常操作條件下，空氣-氣體比率的正確設(shè)置在現(xiàn)代大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中不再表示任何大問題時(shí)，在具有發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載的非常突然、頻繁且強(qiáng)改變的操作條件下經(jīng)常導(dǎo)致?lián)p害。

在這一點(diǎn)上，應(yīng)該提到的示例是由大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的到達(dá)波濤洶涌的大海的船。這可能具有以下結(jié)果：由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的船用螺旋槳由于大浪導(dǎo)致或多或少周期性部分或甚至完全離開水，以便隨后再次完全侵入水中。結(jié)果，這自然具有發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載和/或由發(fā)動(dòng)機(jī)傳送到水的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的非常大且突然改變。當(dāng)用于使掃氣可用的渦輪增壓器系統(tǒng)關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載的改變以相移方式反應(yīng)時(shí)，這可能容易發(fā)生在以下操作模式下：由于太低的掃氣壓力導(dǎo)致汽缸中的空氣-氣體混合物變得太濃，這導(dǎo)致快速燃燒或者撞擊燃燒，這自然是不利的。負(fù)載在氣體模式下的這種快速且突然改變非常難僅被調(diào)節(jié)或者甚至實(shí)際上根本不被調(diào)節(jié)，使得要求例如發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下調(diào)或者發(fā)動(dòng)機(jī)速度的連續(xù)改變和/或適應(yīng)，或者要求從氣體模式到液體模式的改變。然而考慮到在液體模式下例如使用重燃油操作的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，由于現(xiàn)有廢氣要求導(dǎo)致在海岸附近不再允許在液體模式下操作大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，因此在液體模式下，不再能保持廢氣值。

發(fā)動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生的負(fù)載的非常突然、頻繁或者強(qiáng)改變的不同示例是實(shí)現(xiàn)船演習(xí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此原因，從現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)開始，本發(fā)明的目的在于提出一種操作大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，還針對(duì)負(fù)載的突然、頻繁或者強(qiáng)改變(諸如，它們例如針對(duì)巨浪中的船或者正在演習(xí)的船出現(xiàn))，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)仍然能夠可靠地、有效地且以環(huán)境友好方式來操作。而且，本發(fā)明的目的在于提供相應(yīng)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

滿足該目的的本發(fā)明的主題的特征在于：相應(yīng)種類的獨(dú)立專利權(quán)利要求的特征。

根據(jù)本發(fā)明，由此提出一種操作大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在氣體作為燃料被引入到汽缸中的至少一個(gè)氣體模式下操作，其中，在氣體模式下操作期間，檢測(cè)到負(fù)載的強(qiáng)改變的狀態(tài)，并且然后所述大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在過渡模式(transient mode)下操作，該方法包括以下步驟：

-指定針對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或者所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的期望值；

-確定針對(duì)所述大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的每工作周期可用作燃料的氣體的量的上限閾值；

-確定除了所述氣體以外被引入到燃燒空間中的液體燃料的附加量，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)所述旋轉(zhuǎn)速度的期望值的方式確定所述附加量的大小(dimension)。

由于供應(yīng)的氣體量被限制到上限閾值(以汽缸中的空氣-氣體混合物的燃燒不達(dá)到太快燃燒或者撞擊燃燒的范圍的方式確定所述上限閾值的大小)，針對(duì)負(fù)載的突然、頻繁或者周期改變或者負(fù)載的轉(zhuǎn)移還可以使用氣體模式，而沒有低效、污染物含量高并且非環(huán)境友好的操作模式導(dǎo)致的危險(xiǎn)。由于受限的或減少的氣體供應(yīng)導(dǎo)致由此產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)想要的期望旋轉(zhuǎn)速度的缺少的動(dòng)力(lacking power)，在過渡模式的操作下，除了氣體以外，特定量液體燃料被引入到汽缸中，所述特定量液體燃料的燃燒提供缺少的能量和/或動(dòng)力。

通過根據(jù)本發(fā)明的方法，像在僅在液體模式下操作的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中一樣，以此方式可以在至少一個(gè)氣體模式下操作的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的類似響應(yīng)。從而使得汽缸中的空氣-氣體混合物不能變得太濃，并且通常根據(jù)柴油原理發(fā)生的液體燃料的附加燃燒對(duì)掃氣壓力的改變反應(yīng)不太靈敏。

優(yōu)選地，該大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被構(gòu)造為用于氣體的燃燒并且用于特別是柴油或重燃油的液體燃料的燃燒的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，其以此方式使得以下情況可以：甚至考慮到負(fù)載的突然且頻繁的改變，仍然能夠在氣體操作模式下有效地操作雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在將大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用為船的驅(qū)動(dòng)集合的重要情況下，這意味著考慮到大浪也仍然能夠有效地使用氣體模式。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)平滑性并且明顯地減小了速度的波動(dòng)。

當(dāng)利用(draw on)可用掃氣的相應(yīng)實(shí)際壓力以確定針對(duì)氣體的量的上限閾值時(shí)這是有利的。以此方式，能夠優(yōu)化基于氣體的燃燒的部分。

根據(jù)第一實(shí)施方式，手動(dòng)發(fā)起過渡模式。因此，例如，船上的操作人員能夠在大浪出現(xiàn)時(shí)激活發(fā)動(dòng)機(jī)的過渡模式。

當(dāng)另選地或者另外地能夠根據(jù)以下參數(shù)中的至少一個(gè)發(fā)起過渡模式時(shí)這是優(yōu)選的：掃氣的實(shí)際壓力、汽缸壓力、所計(jì)算的空氣-氣體比率、撞擊檢測(cè)器的信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與負(fù)載的比率、發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與負(fù)載的比率的改變、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩的改變、噴射所要求的燃料量、以及噴射所要求的燃料量的改變。這些參數(shù) 中的至少一個(gè)的連續(xù)或有規(guī)律的(regulated)確定還使得能夠進(jìn)行過渡模式的自動(dòng)激活。

為了在過渡模式下將附加量的液體燃料引入到燃燒空間中，存在多個(gè)優(yōu)選變型例：

通過在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的液體模式下使用的噴射設(shè)備，可以將附加量的液體燃料引入到燃燒空間中。

通過在用于點(diǎn)燃?xì)怏w的氣體模式下使用的預(yù)噴射設(shè)備，可以將附加量的液體燃料引入到燃燒空間中。

通過針對(duì)過渡模式的操作提供的單獨(dú)噴射設(shè)備，可以將附加量的液體燃料引入到燃燒空間中。

還考慮到氣體到燃燒空間的供應(yīng)，存在多個(gè)優(yōu)選變型例：

所述氣體到所述汽缸的供應(yīng)還能夠經(jīng)由汽缸套發(fā)生。為此目的，已知通常知曉的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其設(shè)置在汽缸壁處并且經(jīng)由汽缸套將氣體引入到汽缸的內(nèi)部空間中。這樣的氣體供應(yīng)系統(tǒng)以它們將在一位置處的氣體引入到汽缸中的方式被布置，所述位置與汽缸中的活塞的上死點(diǎn)中心位置或下死點(diǎn)中心位置具有一間隔，特別地，這樣的間隔總計(jì)達(dá)上死點(diǎn)中心位置與下死點(diǎn)中心位置之間的間隔的40％至60％，優(yōu)選地為50％。

所述氣體到所述汽缸的供應(yīng)也可以發(fā)生在汽缸蓋處。氣體供應(yīng)系統(tǒng)還已知用于該目的。

在所述掃氣被引入到所述汽缸中之前或者當(dāng)所述掃氣被引入到所述汽缸中時(shí)，所述氣體被供應(yīng)到所述掃氣也是可以的。最后提到的變型例特別能夠以一個(gè)或更多個(gè)氣體入口噴嘴設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)(web)處的方式實(shí)現(xiàn)，所述一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)使相鄰掃氣開口或者掃氣狹縫彼此分隔開。

根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在至少一個(gè)氣體模式下操作并且按照根據(jù)本發(fā)明的方法操作。在此得到的優(yōu)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于以上提供的相同解釋并且參考根據(jù)本繁忙的方法作出。

優(yōu)選地，該大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被構(gòu)造為用于氣體的燃燒并且用于特別是柴油或者重燃油的液體燃料的燃燒的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

在優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)置包括用于發(fā)起并且執(zhí)行過渡模式的操作的控制設(shè)備的發(fā) 動(dòng)機(jī)控制裝置。

而且，根據(jù)本發(fā)明提出根據(jù)用于改裝特別是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的方法的使用。由于根據(jù)本發(fā)明的方法從設(shè)備的視點(diǎn)看能夠在沒有較大附加要求的情況下在很多應(yīng)用情況下實(shí)現(xiàn)，其還特別適于以此方式修改和/或改裝現(xiàn)有大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別考慮到頻繁且突然發(fā)生負(fù)載的改變(例如，考慮到大浪)，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更有效地、安全地且以經(jīng)濟(jì)可行方式進(jìn)行操作。

本發(fā)明的進(jìn)一步有利措施和設(shè)計(jì)由從屬權(quán)利要求得到。

附圖說明

以下將通過實(shí)施方式并且參照附圖，從設(shè)備視點(diǎn)以及從處理工程視點(diǎn)二者詳細(xì)地址描述本發(fā)明。在附圖中示出：

圖1是示出在本發(fā)明的實(shí)施方式的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式中的用于可視化關(guān)于轉(zhuǎn)矩對(duì)空氣與氣體比率的依賴性的示意圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的示意圖；以及

圖3是示出轉(zhuǎn)矩的時(shí)間進(jìn)展的示意圖。

具體實(shí)施方式

考慮到參照實(shí)施方式的本發(fā)明的以下描述，在被構(gòu)造為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)踐中，通過示例性字符對(duì)特別重要的應(yīng)用情況作出參考，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)能夠使用兩種不同類型的燃料來操作。特別是，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的該實(shí)施方式能夠在液體模式下操作，在所述液體模式下，僅液體燃料被噴射到汽缸的燃燒空間中。通常，液體燃料(例如，重燃油或者柴油)在合適時(shí)間點(diǎn)被直接噴射到燃燒空間中并且根據(jù)柴油自點(diǎn)燃原理在此點(diǎn)燃。然而，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也可以在氣體操作模式下操作，在所述氣體操作模式下，用作燃料的氣體(例如，天然氣)以空氣-氣體混合物的形式被引入到燃燒空間中并且被點(diǎn)燃。特別地，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)低壓方法在氣體操作模式下工作，這意味著氣體在氣態(tài)下被引入到汽缸中。為此，與空氣的混合可以發(fā)生在汽缸本身中或者在汽缸之前發(fā)生。根據(jù)奧托原理在外部點(diǎn)燃空氣-氣體混合物。該外部點(diǎn)燃通常發(fā)生，這是因?yàn)樯倭恳后w燃料在合適時(shí)間點(diǎn)被引入到燃燒空間中并且點(diǎn)燃自身，并且從而導(dǎo)致空氣-氣體混合物的外部點(diǎn)燃。

大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠被構(gòu)造為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)以及二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)二者?？紤]到在該示例中描述的實(shí)施方式，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被構(gòu)造為在液體模式下工作的具有共軌系統(tǒng)的縱向掃氣二沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的組件和單獨(dú)部件(諸如，例如，用于液體模式的噴射系統(tǒng)、用于氣體模式的氣體供應(yīng)系統(tǒng)、氣體交換系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)或者用于提供掃氣和/或增壓空氣的渦輪增壓器系統(tǒng)、以及用于大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng))對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是已知的，二者考慮作為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)并且考慮作為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，為此原因，在此不要求進(jìn)一步解釋。

考慮到在縱向掃氣二沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的該示例中描述的實(shí)施方式，掃氣狹縫通常設(shè)置在每個(gè)汽缸的下部區(qū)域和/或汽缸套中，所述掃氣狹縫通過活塞在汽缸中的移動(dòng)周期性地閉合和打開，使得由渦輪增壓器提供的掃氣能夠在充氣壓力(charging pressure)下經(jīng)由掃氣狹縫(假設(shè)它們打開)進(jìn)入汽缸中。通常集中布置的出口閥設(shè)置在汽缸蓋和/或汽缸罩中，燃燒氣體在燃燒過程之后能夠通過汽缸蓋和/或汽缸罩再次排出汽缸并且進(jìn)入廢氣系統(tǒng)。為了引入液體燃料，設(shè)置例如布置在出口閥附近的汽缸蓋中的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴射噴嘴。為了在氣體模式下的氣體供應(yīng)，設(shè)置包括具有氣體入口噴嘴的至少一個(gè)氣體入口閥的氣體供應(yīng)系統(tǒng)。氣體入口噴嘴通常例如在大致位于活塞的上死點(diǎn)中心位置與下死點(diǎn)中心位置中間的高度處設(shè)置在汽缸壁中。

此外，以下通過示例對(duì)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是船的驅(qū)動(dòng)集合的應(yīng)用情況作出參考。

由于關(guān)于廢氣值的法律規(guī)定，導(dǎo)致大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)如今在海岸附近在氣體操作模式下頻繁地操作，否則，不能再保持針對(duì)廢氣排放(特別是氮氧化物NO_x和二氧化硫)的規(guī)定閾值。

在氣體操作模式下，污染物盡可能低的空氣-氣體混合物的效率和燃燒對(duì)空氣量與氣體量的比率非常敏感。該比率通常由λ值表示，其被用于可用于燃燒的空氣的質(zhì)量與用作燃料的氣體的質(zhì)量的比率。

理想空氣與氣體比率取決于將由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩并且以此方式取決于船的期望速度。由于大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常直接連接到船的螺旋槳，因此速度對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

在示意圖中，圖1示出了空氣與氣體比率1與由驅(qū)動(dòng)船的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩2之間的示例性連接。該說明適用于當(dāng)船在基本平靜的水上移動(dòng)時(shí)與船的特定速度對(duì)應(yīng) (或者與發(fā)動(dòng)機(jī)的特定旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng))的特定轉(zhuǎn)矩。特別地，圖1中示出的轉(zhuǎn)矩2是BMEP轉(zhuǎn)矩(制動(dòng)平均有效壓力轉(zhuǎn)矩)，其在一個(gè)工作周期(針對(duì)二沖程機(jī)器的活塞運(yùn)動(dòng)的周期以及針對(duì)四沖程機(jī)器的活塞運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)周期)基本上是扭轉(zhuǎn)平均值。

在圖1的示意圖中，可以看到兩個(gè)邊界曲線，即，第一撞擊(knocking)曲線3和不點(diǎn)火(misfiring)曲線4?？紤]到在撞擊曲線3之上根據(jù)附圖呈現(xiàn)的操作狀態(tài)，空氣與氣體比率過濃，這意味著在混合物中存在太少空氣。太濃的混合物可能導(dǎo)致不同問題，即，由于汽缸中的氣體的高含量，導(dǎo)致燃燒發(fā)生得太快(快速燃燒)或者發(fā)動(dòng)機(jī)開始撞擊或者混合物通常通過自點(diǎn)燃而太早開始燃燒(相對(duì)于工作周期，也稱作預(yù)點(diǎn)燃)。根據(jù)附圖，考慮到位于不點(diǎn)火曲線4上方的操作狀態(tài)，空氣與氣體比率太稀(lean)，這意味著不存在足夠的氣體以用于燃燒空間中的理想燃燒。

為此原因，一個(gè)努力在于在針對(duì)空氣與氣體比率的理想點(diǎn)5處一直操作大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上，對(duì)于船的恒定旋轉(zhuǎn)速度和/或恒定速度，也不能避免或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的自然偏差和/或空氣與氣體比率1，為此原因，存在在圖1中通過兩條直線7和8限制的容差范圍6，在該范圍內(nèi)，空氣與氣體比率1與理想點(diǎn)5的偏差是可容許的。通過A表示的操作點(diǎn)在圖1中給出在氣體模式下的理想操作。

當(dāng)船現(xiàn)在離開平靜水面(參照?qǐng)D1)并且到達(dá)大浪時(shí)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說可能導(dǎo)致負(fù)載的非常突然且強(qiáng)改變，這意味著經(jīng)由水上的船用螺旋槳通過發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可能非?？斓馗淖儾⑶腋淖兞撕艽罅?負(fù)載的改變)。因此，例如，對(duì)于波濤洶涌的大海，發(fā)生船用螺旋槳在短時(shí)間段內(nèi)部分地或不完全地離開水，其顯著地減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載。如果船用螺旋槳隨后再次完全侵入水中，這導(dǎo)致負(fù)載的顯著增加，并且以此方式導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩增加。在圖1中，這實(shí)際上意味著例如從點(diǎn)A到位于撞擊曲線3上方的點(diǎn)B的一次移動(dòng)，并且以此方式，意味著在“快速燃燒”和/或撞擊的范圍內(nèi)。由于渦輪增壓器系統(tǒng)的相移響應(yīng)，導(dǎo)致掃氣不再能夠以空氣-氣體混合物變得太濃的方式在所要求的充氣壓力下可用。

由于在波濤洶涌的大海上，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的這些強(qiáng)波動(dòng)經(jīng)常一個(gè)接一個(gè)地并且基本周期性地出現(xiàn)，因此大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在氣體模式下的有效的、經(jīng)濟(jì)的、以及低排放操作模式不再可能。

根據(jù)本發(fā)明的方法提供了補(bǔ)救措施。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的示意圖。起點(diǎn)是，在步驟10中，大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在氣體模式下操作。如果船現(xiàn)在到 達(dá)波濤洶涌的大海，則能夠通過操作人員的觀察11和/或通過評(píng)估操作參數(shù)來檢測(cè)該狀態(tài)，所述操作參數(shù)在步驟12中由發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置或者由不同控制設(shè)備檢測(cè)。如果確定由此導(dǎo)致的負(fù)載的強(qiáng)改變太大，則在步驟13中作出將大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)切換到過渡模式的決定。在該過渡模式下，最初確定針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或者將由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的期望值。該值例如可以是與船在平靜水面上的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的值。在步驟14中，控制設(shè)備然后確定針對(duì)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的每工作周期可用作燃料的氣體量的上限閾值。該上限閾值通過以下方式來確定：可用掃氣是足夠的，以燃燒最大量氣體，所述最大量氣體以避免“快速燃燒”和/或撞擊燃燒的范圍的方式通過上限閾值確定，由此空氣與氣體比率不太濃。用于避免超過撞擊閾值3(圖1)的針對(duì)最大可用氣體量的上限閾值取決于存在于汽缸中的空氣量。考慮到已知汽缸體積，可以在可用掃氣的充氣壓力的幫助下確定該空氣量。在這一點(diǎn)上，考慮充氣壓力的偏差，這意味著有利地假設(shè)在任何情況下可用的最小充氣壓力。當(dāng)確定用于氣體量的合適上限閾值時(shí)，自然也能夠利用大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)值或不同的已知操作參數(shù)。

特別優(yōu)選地，利用掃氣的當(dāng)前可用充氣壓力以確定氣體量的上限閾值。該充氣壓力通常通過在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行測(cè)量來檢測(cè)，并且以此方式可用于控制設(shè)備和/或能夠被發(fā)送到控制設(shè)備。特別地，在這一點(diǎn)上，能夠在當(dāng)前可用的掃氣的當(dāng)前值與掃氣的所要求充氣壓力之間的差異的幫助下確定用于氣體量的上限閾值的確定。用于實(shí)際操作參數(shù)的所要求充氣壓力例如被存儲(chǔ)在查找表或查找矩陣中。

然后，控制設(shè)備包括上限閾值，該上限閾值依賴于能夠作為燃燒氣體被供應(yīng)到汽缸的氣體量的充氣壓力，并且將氣體量限制到該上限閾值。使得由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)速度或者轉(zhuǎn)矩能夠保持在期望值，在步驟14中，通過控制設(shè)備進(jìn)一步指定附加量的液體燃料，以補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度或者轉(zhuǎn)矩的期望值與將通過最大氣體量實(shí)現(xiàn)的值之間的差的方式確定該附加量的大小。

這意味著控制設(shè)備確定能夠通過由上限閾值確定的最大量氣體實(shí)現(xiàn)的針對(duì)轉(zhuǎn)矩或者旋轉(zhuǎn)速度的值。然后，確定期望值與該值之間的差。隨后，確定為了補(bǔ)償該差要求的液體燃料的量。

在步驟15中，現(xiàn)在將所確定的氣體量引入到汽缸中并且像在氣體模式下那樣使其燃燒。同時(shí)，這意味著在相同工作周期中，在步驟16中，將先前確定的液體燃料的量引入到汽缸中并且使其本身自點(diǎn)燃。通過氣體和另外引入的液體燃料的共同燃 燒，能夠以此產(chǎn)生針對(duì)旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)矩的期望值。在這一點(diǎn)上，液體燃料的自點(diǎn)燃能夠被用于空氣-氣體混合物的外部點(diǎn)燃。

在步驟17中，通過操作人員的觀察和/或通過確定操作參數(shù)以常規(guī)間隔作出連續(xù)檢驗(yàn)或者是否滿足用于激活過渡模式的條件的檢驗(yàn)。如果是，則保持過渡模式，如在圖2中由箭頭18所指示的，其中，優(yōu)選地，檢驗(yàn)和/或更新針對(duì)氣體量的上限閾值和針對(duì)液體燃料的附加量的值。

如果在步驟17中在檢驗(yàn)時(shí)不再滿足針對(duì)過渡模式的條件，則在步驟19中再次作出改變，以返回到正常氣體模式。

將用于發(fā)起并且執(zhí)行過渡模式的控制設(shè)備優(yōu)選地集成到發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置中。

以此方式確保針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度的期望值，這意味著在氣體的燃燒不發(fā)生在“快速燃燒”范圍和/或撞擊的范圍內(nèi)和/或“預(yù)點(diǎn)燃”的范圍內(nèi)的情況下，能夠在過渡模式下通過組合氣體的燃燒與液體燃料的燃燒保持旋轉(zhuǎn)速度或者針對(duì)轉(zhuǎn)矩的期望值。通過針對(duì)氣體量的上限閾值確?？諝?氣體混合物在燃燒空間中不變得太濃。

因此，例如，在氣體操作模式下根據(jù)奧托原理工作的雙燃料大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)負(fù)載改變的響應(yīng)，這至少大致與僅根據(jù)柴油機(jī)原理(通過該方法使用液體燃料排他性地操作)工作的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相同。一方面，確?？紤]到根據(jù)本發(fā)明的方法和/或考慮到根據(jù)本發(fā)明的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣-氣體混合物不變得太濃，并且另一方面，與液體燃料相關(guān)聯(lián)的燃燒部分對(duì)掃氣的充氣壓力太低反應(yīng)明顯不太敏感。以此方式，特別是在波濤洶涌的大海中，而且在氣體操作模式期間，能夠改進(jìn)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性并且能夠減少速度的波動(dòng)。

圖3中的示意圖通過示例再次強(qiáng)調(diào)在過渡模式下氣體燃燒與液體燃料燃燒的配合。根據(jù)時(shí)間t應(yīng)用大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T，考慮到波濤洶涌的大海，其可能發(fā)生。然后，船遭受的大波浪移動(dòng)引起轉(zhuǎn)矩T的近似周期性及時(shí)改變。曲線G示出了由氣體的燃燒引起的轉(zhuǎn)矩的部分，其中，最大氣體量可以以空氣-氣體混合物不變得太濃的方式以可用掃氣足夠的方式被限制。具有附圖標(biāo)記F的限制通過剖面線示出的區(qū)域的兩條曲線示出了關(guān)于通過增加液體燃料的燃燒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T的附加量。

為了在過渡模式期間將附加量液體燃料引入到汽缸的燃燒空間中，存在不同可能性。在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被構(gòu)造為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，可以使用相同噴射設(shè)備以用于噴射液體燃料，該設(shè)備也用于在液體模式下噴射燃料。

在過渡時(shí)引入液體燃料的又一可能性在此包括：能夠通過在氣體模式下用于點(diǎn)燃空氣-氣體混合物的預(yù)噴射設(shè)備將液體燃料引入到燃燒空間中。

自然地，還可以設(shè)置單獨(dú)噴射設(shè)備以用于在過渡模式期間引入液體燃料。特別地，當(dāng)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不被構(gòu)造用于液體模式并且不具有相應(yīng)噴射設(shè)備時(shí)，這是特別優(yōu)選的。

考慮到在過渡模式期間并且在氣體模式期間將氣體引入到汽缸的燃燒空間中，存在多個(gè)優(yōu)選變型例。如在前面已經(jīng)提到的，可以設(shè)置具有至少一個(gè)氣體入口噴嘴的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，所述至少一個(gè)氣體入口噴嘴以如下方式布置在汽缸套中：氣體能夠被引入到汽缸中并且能夠在那里與掃氣一起混合為可燃空氣-氣體混合物。

然而，也可以在汽缸蓋和/或汽缸罩處以以下方式設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)氣體入口噴嘴：從汽缸蓋發(fā)生氣體到汽缸中的供應(yīng)，并且然后氣體與掃氣混合。

在此存在又一可能性：在掃氣被引入到汽缸之前，將氣體供應(yīng)到掃氣。然后，氣體在汽缸內(nèi)部空間的外側(cè)與掃氣混合為空氣-氣體混合物，然后例如通過掃氣狹縫或者掃氣開口，將空氣-氣體混合物引入到汽缸中。由此，氣體到掃氣的供應(yīng)發(fā)生在渦輪增壓器系統(tǒng)的出口與到汽缸的內(nèi)部空間中的入口開口(例如，掃氣狹縫)之間的點(diǎn)處。

特別地，還可以當(dāng)掃氣被引入到汽缸中時(shí)，將氣體供應(yīng)到掃氣。為此目的，例如，然后可以在一個(gè)或更多個(gè)網(wǎng)處分別設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)氣體入口噴嘴，所述一個(gè)或更多個(gè)網(wǎng)以掃氣與氣體通過掃氣狹縫在通道上混合的方式，將相鄰掃氣狹縫分隔開。

在步驟12(圖2)中被確定或者分析以在步驟13中判斷是否改變?yōu)檫^渡模式的操作參數(shù)優(yōu)選為已經(jīng)存在于發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置中的參數(shù)或者可以從這樣的參數(shù)推導(dǎo)的值，這意味著這樣的參數(shù)針對(duì)大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的操作或者在操作期間以任何方式被檢測(cè)。

然而，也可以僅利用一個(gè)操作參數(shù)以改變到過渡模式的決定，或者由于操作人員的觀測(cè)導(dǎo)致僅發(fā)生改變到過渡模式的決定，操作人員然后還可以手動(dòng)發(fā)起過渡模式。

例如，以下參數(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)適合作為步驟12的操作參數(shù)和/或步驟13中的決定：由渦輪增壓器系統(tǒng)可用的掃氣的實(shí)際壓力；和/或該壓力的改變；汽缸壓力；所計(jì)算的空氣-氣體比率；撞擊檢測(cè)器的信號(hào)，當(dāng)汽缸中的燃燒以撞擊方式發(fā)生時(shí)，所述撞擊檢測(cè)器的信號(hào)能夠被識(shí)別，這意味著空氣-氣體混合物太濃；發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 與負(fù)載的比率或者該比率的改變或所測(cè)量的轉(zhuǎn)矩、或者轉(zhuǎn)矩隨著時(shí)間的改變。

根據(jù)本發(fā)明的方法還能夠特別被用于改裝特別是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的已經(jīng)存在的大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的目的。由于在這種大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，從用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備視點(diǎn)看，先決條件通常已經(jīng)被滿足或者能夠通過低努力需求或者成本和/或通過轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，因此經(jīng)常能夠通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置中的相應(yīng)適應(yīng)或補(bǔ)充來使大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備用于過渡模式。改裝的該可能性還特別考慮維護(hù)具有大益處的排放值。