СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ С ПРЯМОТОЧНОЙ ПРОДУВКОЙ, А ТАКЖЕ ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ С ПРЯМОТОЧНОЙ ПРОДУВКОЙ Российский патент 2012 года по МПК F02B25/04 F02B37/22 F02B29/04 F02D13/02 

Изобретение относится к способу эксплуатации двухтактного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, а также к двухтактному дизельному двигателю большой мощности с прямоточной продувкой, согласно ограничительной части пунктов 1 и 9 формулы изобретения.

Для повышения мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания, таких как, например, дизельные двигатели большой мощности для судов или стационарных установок для генерирования электрической энергии, после такта сгорания свежий воздух с помощью нагнетательной группы, которая, как правило, выполнена в виде работающего на отработавших газах турбокомпрессора, с повышенным давлением подают в камеру сгорания цилиндра. При этом можно использовать часть тепловой энергии отработавших газов, которые покидают камеру сгорания цилиндра после такта сгорания. Для этого горячие отработавшие газы за счет открывания выпускного клапана подают из камеры сгорания цилиндра в нагнетательную группу. Нагнетательная группа состоит по существу из турбины, которая приводится в действие входящими под давлением в нагнетательную группу горячими отработавшими газами. Турбина в свою очередь приводит в действие компрессор, с помощью которого всасывается и сжимается свежий воздух. За компрессором с турбиной, системой, которую часто называют просто турбонагнетателем, и в которой, в частности, но не исключительно, в случае двухтактного дизельного двигателя большой мощности в качестве компрессора применяется радиальный компрессор, включен так называемый диффузор, охладитель наддувочного воздуха, отделитель воды и впускной приемник, из которого сжатый свежий воздух, называемый также наддувочным воздухом или продувочным воздухом, подается в конечном итоге в отдельные камеры сгорания цилиндров дизельного двигателя большой мощности. За счет применения такой нагнетательной группы можно увеличивать подачу свежего воздуха и повышать эффективность процесса сгорания в камере сгорания цилиндра.

В случае дизельных двигателей большой мощности, в зависимости от типа, подача воздуха осуществляется в различных местах на цилиндре. Так, например, в двухтактных двигателях с прямоточной продувкой воздух подается в камеру сгорания цилиндра через продувочные окна, которые расположены в рабочей поверхности в нижней зоне цилиндра. В четырехтактных двигателях наддувочный воздух, как правило, подается через один или несколько впускных клапанов, которые расположены в крышке цилиндра. При этом известны также двухтактные двигатели, которые вместо продувочных окон в нижней зоне цилиндра снабжены впускными клапанами в крышке цилиндра.

При этом центральное значение для подачи свежего воздуха в цилиндры имеет уже упомянутый выше охладитель наддувочного воздуха. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, известные охладители наддувочного воздуха состоят из имеющего по существу форму параллелепипеда корпуса, в котором расположены охлаждающие пакеты, через которые проходит для охлаждения поток наддувочного воздуха от входа охладителя наддувочного воздуха до выхода охладителя наддувочного воздуха. При этом наддувочный воздух интенсивно охлаждается, обычно с 250°С до 50°С, так что наряду с охлаждением воздуха в охладителе наддувочного воздуха в охладителе также конденсируется вода из наддувочного воздуха.

При этом при работе дизельного двигателя внутреннего сгорания возникают обычно значительные количества загрязняющих окружающую среду оксидов азота (NO_x). Поэтому для защиты окружающей среды предпринимаются значительные усилия для разработки дизельных двигателей со значительно уменьшенным выбросом NO_x. Уменьшение выброса NO_x можно реализовать, например, с помощью избирательного каталитического восстановления оксидов азота. Однако, в частности, в дизельных двигателях большой мощности, таких как, например, применяемые обычно для приведения в движение судов, по причинам требуемого места часто очень трудно, если вообще возможно, предусматривать катализаторные устройства соответствующего размера. Поэтому усилия концентрируются, среди прочего, на разработке так называемых первичных мер, с помощью которых должно уменьшаться возникновение оксидов азота в камере сгорания цилиндра.

Для двухтактных дизельных двигателей большой мощности с прямоточной продувкой, например, известно подмешивание в продувочный воздух или в свежий воздух вне цилиндра газов сгорания (внешняя рециркуляция отработавших газов) для уменьшения за счет этого содержания кислорода в продувочном воздухе. Это приводит к уменьшению возникающего в процессе сгорания количества NO_x. Однако недостатком этого решения является то, что необходимо либо, по меньшей мере, часть газов сгорания пропускать через компрессор нагнетательной группы (турбонагнетатель), что приводит к значительному загрязнению компрессора и включенном за ним охладителя наддувочного воздуха, либо необходимо предусматривать дополнительный насос для сжатия газов сгорания, если газы сгорания подаются в свежий воздух лишь на стороне высокого давления компрессора. Однако при этом в последнем случае также происходит не желательное загрязнение охладителя наддувочного воздуха.

Поэтому в ЕР-А-653 558 предложен способ уменьшения количества оксидов азота в отработавших газах двухтактного дизельного двигателя большой мощности с помощью содержащей турбину и компрессор наддувочной группы, причем это можно назвать внутренней рециркуляцией отработавших газов. В соответствии с этим способом часть газов сгорания, которые возникают в процессе сгорания, оставляются в цилиндре. Эти оставшиеся отработавшие газы образуют в последующем такте сжатия смесь с входящим свежим воздухом, который в этом случае имеет по сравнению с чистым свежим воздухом уменьшенную концентрацию кислорода, так что в последующем процессе сгорания образуется меньше оксидов азота. Таким образом, сознательно реализуется ухудшенная или, соответственно, уменьшенная продувка в том смысле, что выдувание газов сгорания из цилиндра осуществляется не полностью, и значительная часть отработавших газов остается в цилиндре.

Оставление части газов сгорания в цилиндре достигается, согласно EP-A-653 558, с помощью средств, которые предусмотрены снаружи цилиндра. Предлагается между выходом компрессора и входом цилиндра отбирать часть свежего воздуха, так что меньшее количество свежего воздуха, чем обычно, входит в цилиндр, которое вытесняет меньше газов сгорания, чем обычно в такте сжатия. В качестве альтернативного решения также предлагается часть выходящих из цилиндра газов сгорания пропускать в обход турбины наддувочной группы, так что соответственно меньшее количество свежего воздуха подается из компрессора в цилиндр. Таким образом, в этом варианте выполнения подача свежего воздуха уменьшается за счет того, что уменьшается мощность турбины, приводящей в действие компрессор.

В частности, при больших количествах оставляемых в цилиндре газов сгорания, в цилиндре за счет этого может сильно повышаться температура. Этому можно противодействовать, согласно ЕР-А-653 558, тем, что, по меньшей мере, во время части такта сжатия в находящуюся в цилиндре смесь свежего воздуха и отработавших газов впрыскивается вода.

Однако, во-первых, это является конструктивно очень сложной мерой, поскольку необходимо дополнительно устанавливать устройства для впрыска воды. С другой стороны, вода вызывает, в частности, за счет химических реакций воды с возникающими при сгорании газами сгорания, таких как, например, за счет образования агрессивных кислот, новые проблемы в цилиндре, такие как, например, коррозия, в частности высокотемпературная газовая коррозия на поверхностях поршня, поршневых колец, на стенках цилиндра, выпускных клапанах и т.д.

Поэтому в ЕР 0 967 371 В1 предлагается уменьшать окна для продувочного воздуха для уменьшения потока свежего воздуха в цилиндр, что приводит к значительному уменьшению доли NO_x в газах сгорания, т.е. в отработавших газах.

Однако это также приводит к определенному повышению температуры сгорания, так что при этом решении в камеру сгорания необходимо дополнительно впрыскивать воду, так как в противном случае следует ожидать повышенной тепловой нагрузки двигателя и его компонентов, что в свою очередь приводит к более коротким интервалам технического обслуживания, более высокой вероятности выхода из строя при работе и, наконец, к повышению стоимости эксплуатации.

Поэтому, исходя из уровня техники, задачей изобретения является создание улучшенного способа и улучшенного двухтактного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, в котором достигается уменьшение эмиссии оксидов азота без повышения термической нагрузки двигателя без существенных конструктивных изменений, так что даже имеющиеся двигатели могут эксплуатироваться соответствующим изобретению способом, и, соответственно, могут переоснащаться простым образом без отрицательного влияния на коэффициент полезного действия, т.е. без повышения потребления топлива и/или уменьшения мощности.

Решающие эти задачи предметы изобретения характеризуются признаками независимых пунктов 1 и 9 формулы изобретения.

Зависимые пункты формулы изобретения относятся к особенно предпочтительным вариантам выполнения изобретения.

Таким образом, изобретение относится к способу эксплуатации двухтактного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, при этом в зоне впуска цилиндра предусмотрены продувочные окна для подачи в цилиндр заданного количества продувочного воздуха, а на крышке цилиндра предусмотрен выпускной клапан для выброса газа сгорания (т.е. газообразные продукты сгорания). В способе, согласно данному изобретению, находящийся под давлением окружающей среды свежий воздух всасывается работающим на отработавших газах турбонагнетателем и подается в цилиндр в качестве продувочного воздуха через продувочные окна под заданным давлением наддувочного воздуха, так что в цилиндре создается воспламеняемая газовая смесь из продувочного воздуха и газа сгорания. Согласно изобретению предусмотрено повышающее давление средство для повышения давления наддувочного воздуха, и в цилиндр под повышенным давлением наддувочного воздуха подается уменьшенный объем продувочного воздуха.

Как подробно указывалось выше, в способе, согласно уровню техники, уменьшение выброса NO_x в отработавших газах всегда связано с увеличенной тепловой нагрузкой двигателя, поскольку уменьшение NO_x достигается за счет того, что при сгорании уменьшается количество находящегося в распоряжении количества кислорода, например, за счет уменьшения количества подводимого продувочного воздуха. Это в свою очередь имеет тот огромный недостаток, что соответствующее количество продувочного воздуха больше не используется для охлаждения цилиндра. Поэтому необходимо принимать сложные меры, такие как впрыск воды в цилиндр, для компенсации потери охлаждающего действия вследствие недостающего продувочного воздуха.

Эта проблема впервые решена с помощью данного изобретения, а именно без сложных конструктивных изменений двигателя и без применения мер, таких как, например, впрыск воды в цилиндр, которые в свою очередь отрицательно влияют на двигатель и его работу.

Это достигается с помощью данного изобретения тем, что уменьшается объем подаваемого через продувочные окна в цилиндр продувочного воздуха, так что в такте продувки уменьшается количество выбрасываемых через выпускной клапан отработавших газов. За счет этого в такте сгорания в цилиндре остается больше остаточного газа, чем в способах, согласно уровню техники, что приводит к уменьшению образования NO_x, поскольку уменьшается доля объема заключенного воздуха по сравнению с уровнем техники.

При этом уменьшение объема продувочного воздуха достигается тем, что продувочный воздух подается через продувочные окна в цилиндр под увеличенным по сравнению с уровнем техники давлением. За счет того, что продувочный воздух вдавливается в цилиндр под повышенным давлением наддувочного воздуха, с одной стороны, уменьшается плотность подлежащего введению охлаждающего воздуха, а с другой стороны, улучшается перемешивание продувочного воздуха с оставшимися в цилиндре отработавшими газами. В этом случае за счет подходящего выполнения процесса можно, например, обеспечивать, что в цилиндр подается меньший объем продувочного воздуха. За счет этого повышается объемное соотношение остающихся отработавших газов и свежего воздуха, что ухудшает сгорание также, поскольку дополнительно свежий воздух сильнее перемешивается с отработавшими газами, так что уменьшается доля NO_x в продуктах сгорания, т.е. в отработавших газах.

С другой стороны, соотношение повышения давления наддувочного воздуха и уменьшения вводимого объема свежего воздуха можно устанавливать так, что введенное количество продувочного воздуха, т.е., например, в целом его масса, остается по существу постоянной, т.е. не уменьшается, так что теплопоглощающая способность вводимого свежего воздуха, т.е. его теплоемкость, по существу не уменьшается.

Это означает, что хотя в способе, согласно изобретению, вводят меньший объем свежего воздуха в цилиндр, однако поскольку он находится под повышенным давлением, вводимая масса свежего воздуха по существу не уменьшается, поскольку плотность массы свежего воздуха при повышенном давлении соответственно больше.

Таким образом, за счет применения способа, согласно изобретению, значительно уменьшается образование NO_x, поскольку объемная доля остающихся отработавших газов по сравнению с объемом вновь подаваемого свежего воздуха повышается. С другой стороны, остается сохраненной теплопоглощающая способность вводимого в цилиндр продувочного воздуха, поскольку по существу в цилиндр вводится та же масса свежего воздуха, что и без применения способа, согласно изобретению.

Для достижения повышенного давления наддувочного воздуха, как указывалось выше, применяют средство повышения давления, которое в особенно важном на практике случае может быть реализовано, в частности, с помощью соплового кольца или заслонки, которая предусмотрена перед входом компрессора, работающего на отработавших газах турбонагнетателя, так что входное поперечное сечение на стороне турбины работающего на отработавших газах турбонагнетателя уменьшается так, что скорость входящего в турбонагнетатель газа сгорания повышается. За счет того, что газы сгорания входят в работающий на отработавших газах турбонагнетатель с повышенной скоростью, увеличивается скорость вращения турбины, что приводит к тому, что рабочее колесо компрессора, которое соединено без возможности проворачивания с рабочим колесом турбины турбонагнетателя, также вращается с увеличенной скоростью вращения, так что работающий на отработавших газах турбонагнетатель подает всасываемый свежий воздух с повышенным давлением, например ниже абсолютно 3,5 бар, предпочтительно 4-4,5 бар, в частности до 5 бар или еще более высоким абсолютным давлением, в цилиндр. При этом разница давлений относительно давления окружающей среды, под которым находится всасываемый свежий воздух, ниже по сравнению с указанными выше значениями как раз на величину давления окружающей среды.

При этом введение продувочного воздуха под повышенным давлением наддувочного воздуха во время такта продувки, т.е. во время введения продувочного воздуха в цилиндр через продувочные окна и когда выпускной клапан еще открыт, дополнительно, полностью автоматически оказывает положительное обратное влияние на сам работающий на отработавших газах турбонагнетатель: поскольку продувочный воздух подается в цилиндр под повышенным давлением при еще открытом выпускном клапане, то во время такта продувки смешанные с продувочным воздухом газы выходят из выпускного клапана также с повышенным давлением и тем самым приводят работающий на отработавших газах турбонагнетатель с большим давлением, так что за счет этого в свою очередь увеличивается мощность турбонагнетателя до достижения стационарного состояния и выдачи работающим на отработавших газах турбонагнетателем соответственно увеличенного среднего давления наддува.

Дополнительная энергия получается, естественно, среди прочего за счет того, что выбрасываемые в конечном итоге через выхлопную систему в атмосферу отработавшие газы имеют меньшую тепловую энергию, чем без применения способа, согласно изобретению, т.е. с помощью способа, согласно изобретению, лучше используется, среди прочего, тепловая энергия отработавших газов.

Понятно, что повышающее давление средство может быть любым повышающим давление средством. Так, например, в особенно специальных случаях можно вместо установки заслонки или соплового кольца во входе турбины работающего на отработавших газах турбонагнетателя, что является особенно простым и дешевым решением, работающий на отработавших газах турбонагнетатель снабдить увеличенным давлением нагнетания, с помощью которого создается повышенное давление наддувочного воздуха. Для особенно специальных случаев можно даже предусматривать дополнительный работающий на отработавших газах турбонагнетатель или другой дополнительный насос в системе отработавших газов или продувочного воздуха. При этом в качестве альтернативного решения или дополнительно можно осуществлять на существующем работающем на отработавших газах турбонагнетателе известные сами по себе для специалистов в данной области техники меры для повышения давления наддувочного воздуха, такие как, например, уменьшение корпуса турбины, в котором расположена турбина работающего на отработавших газах турбонагнетателя, или любая другая подходящая мера для увеличения мощности работающего на отработавших газах турбонагнетателя.

В случаях, в которых за счет повышенного давления наддувочного воздуха происходит слишком сильное нагревание продувочного воздуха за счет более сильного сжатия, может быть предпочтительным дополнительное охлаждение наддувочного воздуха с помощью различных мер.

Так, например, можно управлять выпускным клапаном так, что, как указывалось выше, заданное количество отработавших газов сгорания после закрывания выпускного клапана остается в цилиндре, и/или устанавливать заданное давление воспламенения и/или давление сжатия, в частности, устанавливать на меньшее значение, так что по сравнению с уровнем техники максимально достигаемое в цилиндре давление, т.е., например, давление сжатия в цилиндре вблизи верхней мертвой точки, которая обычно обозначается как ВМТ, выбирается немного ниже. За счет этого заключенная в цилиндре смесь из продувочного воздуха и отработавших газов сжимается несколько менее сильно, так что за счет сжатия менее сильно повышается температура. Этого можно достигать, например, за счет того, что выпускной клапан закрывается несколько позже, так что несколько больше смеси из отработавших газов и продувочного воздуха может выходить из цилиндра прежде, чем закроется выпускной клапан и начнется собственно процесс сжатия в цилиндре. За счет этого можно компенсировать, например, вызванное за счет сжатия продувочного воздуха в турбонагнетателе повышение температуры вводимого в цилиндр продувочного воздуха, так что тепловая нагрузка двигателя не увеличивается. Это означает, в частности, что несмотря на применение, согласно изобретению, повышающего давление средства, средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси по существу не изменяется.

При этом дополнительный положительный побочный эффект состоит в том, что достигается не такое высокое максимальное давление сжатия, а также соответственно уменьшается работа сжатия, которую должен выполнять поршень во время такта сжатия, что положительно сказывается на расходе топлива.

Наконец, в способе, согласно изобретению, используется разумная комбинация термодинамических процессов в различных частях машины во время такта сжатия в цилиндре, при сжатии в работающем на отработавших газах турбонагнетателе, при охлаждении в охладителе наддувочного воздуха и т.д., что в конечном итоге приводит в целом к различным положительным эффектам при работе дизельного двигателя большой мощности, согласно изобретению, за счет применения способа, согласно изобретению.

При этом давление наддувочного воздуха и объем продувочного воздуха предпочтительно задаются так, что заданное количество продувочного воздуха, в частности масса заданного количества продувочного воздуха, за счет повышающего давление средства по существу не изменяется, так что теплопоглащающая способность в целом, т.е., например, теплоемкость вводимого в цилиндр продувочного воздуха, в целом по существу не изменяется, за счет чего предотвращается повышенная тепловая нагрузка.

В качестве альтернативного решения или дополнительно к этому можно так управлять и/или регулировать расход охлаждающего средства через охладитель наддувочного воздуха, например, с помощью насоса, который обеспечивает повышение скорости прохождения охлаждающего средства, что за счет повышающего давление средства средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси по существу не изменяется, и/или можно применять охладитель наддувочного воздуха, который имеет, например, более высокую мощность охлаждения, так что за счет повышающего давление средства средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси по существу не изменяется.

При этом способ, согласно изобретению, как указывалось подробно выше, служит главным образом для уменьшения содержания вредных веществ в газах сгорания, в частности для уменьшения содержания NO_x в газах сгорания.

Кроме того, изобретение относится к двухтактному дизельному двигателю большой мощности с прямоточной продувкой для выполнения способа, согласно изобретению, при этом во впускной зоне цилиндра для подачи заданного количества продувочного воздуха предусмотрены продувочные окна, а на крышке цилиндра предусмотрен выпускной клапан для выброса газа сгорания, так что находящийся под давлением окружающей среды свежий воздух всасывается работающим на отработавших газах турбонагнетателем и подается в цилиндр в качестве продувочного воздуха под заданным давлением наддувочного воздуха через продувочные окна, так что в цилиндре создается воспламеняемая газовая смесь из продувочного воздуха и газа сгорания. При этом, согласно изобретению, предусмотрено повышающее давление средство для повышения давления наддувочного воздуха, так что в цилиндр под повышенным давлением наддувочного воздуха подается уменьшенный объем продувочного воздуха.

Предпочтительно, но не обязательно, повышающее давление средство является сопловым кольцом или заслонкой, с помощью которой входное поперечное сечение на стороне турбины работающего на отработавших газах турбонагнетателя уменьшается так, что повышается скорость входящего в работающий на отработавших газах турбонагнетатель газа сгорания, за счет чего достигается повышенное давление наддувочного воздуха в цилиндре.

В другом примере выполнения повышающее давление средство может быть работающим на отработавших газах турбонагнетателем с повышенной мощностью, который в рабочем состоянии создает повышенное давление наддувочного воздуха для выполнения способа, согласно изобретению.

Для улучшения охлаждения продувочного воздуха, так чтобы исключить повышенную тепловую нагрузку двигателя в рабочем состоянии, может быть предусмотрено регулировочное средство, например, в виде насоса, так что обеспечивается возможность такого управления и/или регулирования скорости протекания (расхода) охлаждающего средства через охладитель наддувочного воздуха, что за счет повышающего давление средства средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси по существу не изменяется.

При этом может быть также предусмотрен другой охладитель наддувочного воздуха, который выполнен так, т.е. обеспечивает такую мощность охлаждения, что за счет повышающего давление средства средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси по существу не изменяется.

Двухтактный дизельный двигатель большой мощности, согласно изобретению, может быть на практике предпочтительно переоборудованным, согласно изобретению, электронно-управляемым двигателем, в частности двигателем Wärtsilä RT-Flex или двигателем MAN B&W ME, так что обеспечивается возможность независимого электронного регулирования и предпочтительно гидравлической установки угла открывания и/или угла закрывания выпускного клапана и/или момента впрыска и/или длительности впрыска.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором схематично изображено:

фиг.1 - принципиальная конструкция двухтактного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой, согласно изобретению, с системой работающего на отработавших газах турбонагнетателя.

На фиг.1 для пояснения взаимодействия различных компонентов схематично показана принципиальная конструкция системы работающего на отработавших газах турбонагнетателя дизельного двигателя большой мощности, согласно изобретению, который выполнен в виде двухтактного дизельного двигателя большой мощности с прямоточной продувкой и обозначен в целом позицией 1.

Дизельный двигатель 1 большой мощности содержит, как известно, несколько цилиндров 3 с расположенным в крышке 5 цилиндра выпускным клапаном 7, при этом в цилиндре 3 расположен поршень 300 с возможностью перемещения вдоль рабочей поверхности между нижней мертвой точкой НМT и верхней мертвой точкой ВМТ. Стенки цилиндра 3 с крышкой 5 цилиндра и поршень 300 ограничивают, как известно, камеру сгорания цилиндра 3. Во впускной зоне 2 цилиндра 3 предусмотрено несколько отверстий 4 для продувочного воздуха, которые выполнены в виде продувочных окон 4. В зависимости от положения поршня 300 продувочные окна 4 закрываются им или освобождаются. Через отверстия 4 для продувочного воздуха в камеру сгорания цилиндра 3 может входить продувочный воздух 10, называемый также наддувочным воздухом 10. Через расположенный в крышке 5 цилиндра выпускной клапан 7 возникающие при сгорании газы 6 сгорания проходят через линию 600 для отработавших газов, которая примыкает к выпускному клапану 7, в работающий на отработавших газах турбонагнетатель 9.

Работающий на отработавших газах турбонагнетатель 9 содержит в качестве существенных компонентов компрессор с рабочим колесом 902 для сжатия свежего воздуха 8, а также турбину с рабочим колесом 901 для приведения в действие рабочего колеса 902 компрессора, которое с помощью вала соединено без возможности проворачивания с рабочим колесом 901 турбины. Турбина и компрессор расположены в одном корпусе и образуют работающий на отработавших газах турбонагнетатель 9, который в данном случае со стороны компрессора выполнен в виде радиального компрессора. Турбина приводится во вращение с помощью входящего из камеры сгорания цилиндра 3 горячего газа 6 сгорания.

Для подачи в камеру сгорания цилиндра 3 продувочного воздуха 10 с помощью рабочего колеса 902 компрессора через всасывающий патрубок всасывается свежий воздух 8 и сжимается в работающем на отработавших газах турбонагнетателе 9 до повышенного давления, которое несколько выше, чем создаваемое в конечном итоге в цилиндре 3 давление P_H наддувочного воздуха. Из работающего на отработавших газах турбонагнетателя 9 сжатый свежий воздух 8 попадает в качестве продувочного воздуха 10 через включенный после турбонагнетателя диффузор 1000 и через охладитель 14 наддувочного воздуха посредством отделителя 1001 воды во впускной приемник 1002, который предпочтительно выполнен в виде приемного пространства 1002 и из которого сжатый наддувочный воздух 10 в конечном итоге попадает в качестве продувочного воздуха 10 через продувочные окна 4 с повышенным давлением P_H наддувочного воздуха в камеру сгорания цилиндра 3.

В специальном примере выполнения, показанном на фиг. 1, в работающем на отработавших газах турбонагнетателе 9 на его турбинной стороне 91 уменьшено входное поперечное сечение с помощью соплового кольца 121, так что газы 6 сгорания приводят рабочее колесо 901 турбины с повышенной скоростью потока, за счет чего на стороне 92 компрессора рабочее колесо 902 компрессора, так же, как рабочее колесо 901 турбины, приводятся с повышенной скоростью вращения, так что работающий на отработавших газах турбонагнетатель 9 нагнетает продувочный воздух с повышенным давлением P_H наддувочного воздуха в цилиндр 3. В показанном на фиг. 1 примере выполнения дополнительно установлен еще охладитель 14 наддувочного воздуха с более высокой мощностью охлаждения, так что компенсируется дополнительное увеличение температуры вследствие более высокого наддувочного давления.

При этом дизельный двигатель 1 большой мощности является электронно-управляемым двигателем, так что, среди прочего, можно устанавливать угол открывания и/или угол закрывания выпускного клапана 7 так, что в рабочем состоянии в цилиндр 3 подается в целом меньший объем V_н продувочного воздуха, однако масса продувочного воздуха 10 по сравнению с известным из уровня техники двигателем остается по существу неизменной, поскольку, согласно изобретению, предусмотрено повышающее давление средство 12, 121, так что продувочный воздух нагнетается с повышенным давлением, т.е. с большей плотностью, в цилиндр 3.

Понятно, что все указанные в данной заявке примеры выполнения следует понимать лишь в качестве примеров, и, в частности, все варианты выполнения, которые описаны или, соответственно, пояснены в рамках данной заявки, по отдельности или во всех подходящих комбинациях могут быть предусмотрены в специальных примерах выполнения, согласно изобретению, так что также все подходящие комбинации описанных в данной заявке вариантов выполнения охватываются и входят в объем данного изобретения.

Изобретение может быть использовано в двухтактных дизельных двигателях большой мощности с прямоточной продувкой. Способ эксплуатации двухтактного дизельного двигателя (1) большой мощности с прямоточной продувкой заключается в том, что в зоне (2) впуска цилиндра (3) предусмотрены продувочные окна (4) для подачи заданного количества продувочного воздуха, а на крышке (5) цилиндра (3) предусмотрен выпускной клапан (7) для выброса газа (6) сгорания. Находящийся под давлением (P₀) окружающей среды свежий воздух (8) всасывают работающим на отработавших газах турбонагнетателем (9) и подают в цилиндр (3) в качестве продувочного воздуха (10) под заданным давлением (P_H) наддувочного воздуха через продувочные окна (4). В цилиндре (3) создается воспламеняемая газовая смесь (11) из продувочного воздуха (10) и газа (6) сгорания. Предусмотрено повышающее давление средство (12, 121) для повышения давления (P_H) надувочного воздуха. В цилиндр (3) под повышенным давлением (P_H) надувочного воздуха подают уменьшенный объем (V_H) продувочного воздуха. Предусматривают регулировочное средство, посредством которого осуществляют управление и/или регулирование расхода охлаждающего средства через охладитель (14) надувочного воздуха таким образом, что за счет повышающего давление средства (12, 121) средняя температура воспламенения газовой смеси по существу не изменяется. Раскрыт двухтактный дизельный двигатель большой мощности с прямоточной продувкой. Технический результат заключается в уменьшении оксидов азота без повышения термической нагрузки двигателя. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации двухтактного дизельного двигателя (1) большой мощности с прямоточной продувкой, при этом в зоне (2) впуска цилиндра (3) предусмотрены продувочные окна (4) для подачи заданного количества продувочного воздуха, а на крышке (5) цилиндра (3) предусмотрен выпускной клапан (7) для выброса газа (6) сгорания, при этом находящийся под давлением (P₀) окружающей среды свежий воздух (8) всасывают работающим на отработавших газах турбонагнетателем (9) и подают в цилиндр (3) в качестве продувочного воздуха (10) под заданным давлением (P_H) наддувочного воздуха через продувочные окна (4), так что в цилиндре (3) создается воспламеняемая газовая смесь (11) из продувочного воздуха (10) и газа (6) сгорания, причем предусмотрено повышающее давление средство (12, 121) для повышения давления (P_H) надувочного воздуха, и в цилиндр (3) под повышенным давлением (P_H) надувочного воздуха подают уменьшенный объем (V_H) продувочного воздуха, отличающийся тем, что предусматривают регулировочное средство, посредством которого осуществляют управление и/или регулирование расхода охлаждающего средства через охладитель (14) надувочного воздуха таким образом, что за счет повышающего давление средства (12, 121) средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси, по существу, не изменяется.

2. Способ по п.1, в котором за счет повышающего давление средства (12, 121), в частности за счет соплового кольца (121), входное поперечное сечение (13) на турбинной стороне (91) работающего на отработавших газах турбонагнетателя (9) уменьшают так, что увеличивается скорость входящего в работающий на отработавших газах турбонагнетатель (9) газа (6) сгорания, и/или уменьшают внутреннее пространство турбинного корпуса (911) на турбинной стороне (91) работающего на отработавших газах турбонагнетателя (9).

3. Способ по п.1 или 2, в котором повышающее давление средство (12) является работающим на отработавших газах турбонагнетателем, с помощью которого создают повышенное давление (P_H) наддувочного воздуха.

4. Способ по п.1 или 2, в котором выпускным клапаном (7) управляют так, что в цилиндре (3) остается заданное количество газа (6) сгорания после закрывания выпускного клапана (7), и/или устанавливается заданное давление воспламенения и/или давление сжатия.

5. Способ по п.1 или 2, в котором давление (P_H) наддувочного воздуха и объем (V_H) продувочного воздуха задают так, что заданное количество продувочного воздуха, в частности масса заданного количества продувочного воздуха, за счет повышающего давление средства (12, 121), по существу, не изменяется.

6. Способ по п.1 или 2, в котором выпускным клапаном (7) управляют так, что за счет повышающего давление средства (12, 121) средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси, по существу, не изменяется.

7. Способ по п.1 или 2, в котором уменьшают количество вредного вещества в газе (6) сгорания, в частности уменьшают выброс NO_x.

8. Двухтактный дизельный двигатель большой мощности с прямоточной продувкой, при этом в зоне (2) впуска цилиндра (3) предусмотрены продувочные окна (4) для подачи заданного количества продувочного воздуха, а на крышке (5) цилиндра (3) предусмотрен выпускной клапан (7) для выброса газа (6) сгорания, так что находящийся под давлением (P₀) окружающей среды свежий воздух (8) всасывается работающим на отработавших газах турбонагнетателем (9) и подается в цилиндр (3) в качестве продувочного воздуха (10) под заданным давлением (P_H) наддувочного воздуха через продувочные окна (4), так что в цилиндре (3) обеспечивается возможность создания воспламеняемой газовой смеси из продувочного воздуха (10) и газа (6) сгорания, причем предусмотрено повышающее давление средство (12, 121) для повышения давления (P_H) наддувочного воздуха, так что обеспечивается возможность подачи в цилиндр (3) под повышенным давлением (P_H) наддувочного воздуха уменьшенного объема (V_H) продувочного воздуха, отличающийся тем, что предусмотрено регулировочное средство, посредством которого обеспечивается возможность управления и/или регулирования расхода охлаждающего средства через охладитель (14) надувочного воздуха так, что за счет повышающего давление средства (12, 121) средняя температура воспламенения воспламеняемой газовой смеси, по существу, не изменяется.

9. Двухтактный дизельный двигатель большой мощности по п.8, в котором повышающее давление средство (12, 121) является сопловым кольцом (121), с помощью которого входное поперечное сечение (13) на турбинной стороне (91) работающего на отработавших газах турбонагнетателя (9) уменьшается так, что повышается скорость входящего в работающий на отработавших газах турбонагнетатель (9) газа (6) сгорания, и/или уменьшается внутреннее пространство турбинного корпуса (911) на турбинной стороне (91) работающего на отработавших газах турбонагнетателя (9).

10. Двухтактный дизельный двигатель большой мощности по п.8 или 9, в котором повышающее давление средство (12, 121) является работающим на отработавших газах турбонагнетателем (9), который в рабочем состоянии создает повышенное давление (P_H) наддувочного воздуха.

11. Двухтактный дизельный двигатель большой мощности по п.8 или 9, при этом двухтактный дизельный двигатель большой мощности является электронно управляемым двигателем, в частности двигателем Wärtsilä RT-Flex или двигателем MAN B&W ME, так что обеспечивается возможность независимого электронного регулирования и предпочтительно гидравлической установки угла открывания и/или угла закрывания выпускного клапана (7) и/или момента впрыска и/или длительности впрыска.