[发明专利]具有用于低闪点燃料的燃料喷射系统的内燃机及其燃料阀

说明书

本发明涉及具有用于低闪点燃料的燃料喷射系统的内燃机及其燃料阀。一种大型二冲程涡轮增压式压缩点火十字头型内燃机，包括：多个气缸(1)；用于每个气缸(1)的至少一个增压器(40)，其用于增大燃料压力；用于每个气缸的两个或更多个电子控制燃料阀(50)，其中两个或更多个电子控制燃料阀(50)的入口与至少一个增压器(40)的出口连接；以及电子控制单元(25)，其可操作地连接到至少一个增压器(40)和两个或更多个电子控制燃料阀(50)。电子控制单元(25)被配置为：‑确定燃料喷射事件的开始时间，‑在所确定的开始时间之前激活至少一个增压器，‑在所确定的开始时间打开两个或更多个电子控制燃料阀。

技术领域

本公开涉及具有用于将低闪点燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射系统的大型低速运行的二冲程压缩点火十字头型内燃机。

背景技术

大型二冲程单流涡轮增压式压缩点火十字头型内燃机通常用于大型船舶的推进系统或作为发电厂的原动机。绝对的尺寸、重量和功率输出使它们与普通内燃机完全不同，并针对其自身将大型二冲程涡轮增压式压缩点火内燃机归于一类。

十字头型的大型二冲程涡轮增压式压缩点火内燃机通常用于大型船舶的推进系统或作为发电厂的原动机。

大型二冲程压缩点火内燃机通常利用液体燃料(例如，燃料油或重燃料油)运行，但对环境方面的关注增加已经引起向着使用替代型燃料(例如气体、甲醇、煤浆、石油焦等)发展。需求量增加的一组燃料是低燃点燃料。

许多低闪点燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气(LPG)、二甲醚(DME)或生物燃料、石脑油、汽油、粗汽油、原油都是相对清洁的燃料，当其用作大型低速单流涡轮增压式二冲程内燃机的燃料时，与例如使用重燃料油作为燃料相比，使得废气中的含硫成分、NOx和CO2水平明显降低。

然而，存在与在大型低速单流涡轮增压式二冲程内燃机中使用低闪点燃料相关的问题。这些问题之一是低闪点，如果低闪点燃料泄漏到内燃机的其它系统之一(例如，润滑油系统)并与另一种流体混合，则低闪点会引起显著问题。低闪点燃料本身易于点燃，其蒸汽容易形成爆炸性混合物。因此，如果低闪点发现进入内燃机的另一系统的路径，则出于安全原因必须要停止内燃机操作并且清洁或更换该系统中的所有液体，这对于内燃机的操作者来说是成本高且难处理的事情。

燃料喷射的定时高度影响柴油机(压缩点火内燃机)中的燃烧压力，因此需要非常精确地控制压缩点火内燃机中的燃料喷射的定时。

本领域中已知的是提供具有共轨型系统的大型二冲程压缩点火内燃机，该系统以通常数百巴(bar)的所需喷射压力(取决于气体类型和内燃机需求)储存并分配气体，其中蓄能器靠近燃料阀。共轨型系统与每个气缸的气缸盖中的两个或三个燃料喷射阀连接。燃料喷射阀是电子控制的，并且通过电子地(信号产生在电子控制单元中，但是到燃料阀的实际信号通常是液压信号，即电子信号在电子控制单元和燃料阀之间被转换成液压信号)控制燃料喷射阀打开的时间(相对于内燃机循环)对燃料喷射进行定时。

在一次喷射事件中进入气缸的燃料量通过从燃料阀打开至燃料阀关闭的时间间隔的长度进行电子控制。为了确保安全并防止不合时的喷射和/或不受限的喷射，在蓄能器和燃料阀之间设置所谓的窗口阀。因此，当例如燃料阀被卡在其打开位置时能够喷射的燃料的最大量是在窗口阀和燃料阀之间的系统中存在的燃料气体的量，这相对较少因此是安全的量。

用于大型二冲程压缩点火内燃机的已知共轨型气态燃料供给系统在基于LPG或具有相对高的压缩性的任何其它类似的低闪点燃料运行时具有缺点。LPG的注射压力需要高达600巴，这意味着包括所有阀、蓄能器、管道等在内的共轨系统需要针对该高压设计。此外，具有窗口阀的安全性概念不太适用于像LPG这样的致密气体，因为首先，窗口阀和燃料阀之间的气体通道需要具有非常小的体积，其次，由于关闭窗口阀而引起的高频振荡，导致确保泄漏检测所必需的对气体通道压力的监测非常困难。