操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机
阅读：81发布：2020-05-16
专利汇可以提供操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及操作大型柴油 发动机 的方法、其用途以及 大型 柴油发动机 。该 大型柴油发动机 能够在至少一种燃气模式下进行操作，在该燃气模式下，燃气被作为 燃料 引入 气缸 (21)内并且在燃烧之后经由排气 门 (24)导走，其中在所述燃气模式(10)下进行操作期间，检测到负荷的剧烈变化状态(13)，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括以下步骤：确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合 角 ；确定用于所述闭合角的修正值(14)；通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角(14)；在所述瞬态闭合角关闭所述排气门(15)。，下面是操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机专利的具体信息内容。
1.一种操作大型柴油发动机的方法，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下进行操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸(21)内并且在燃烧之后经由排气门(24)导走，其中在所述燃气模式下进行操作(10)期间，检测到负荷的剧烈变化状态(13)，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括以下步骤：
确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；
确定用于所述闭合角的修正值(14)；
通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角(14)；
在所述瞬态闭合角关闭所述排气门(15)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述大型柴油发动机(20)被构造成用于燃气的燃烧和用于液体燃料的燃烧的双燃料发动机，所述液体燃料特别是柴油或重燃料油。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述修正值添加至所述闭合角以确定所述瞬态闭合角。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述修正值为负，并且所述修正值的大小至多等于60度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述修正值为正，并且所述修正值至多等于60度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述瞬态模式包括如下步骤：
确定用于所述发动机的转速或所述发动机的扭矩的期望值；
确定在所述大型柴油发动机的每个工作循环都能作为燃料获得的燃气量的上阈值(14)；
确定除了所述燃气之外引入到燃烧空间内的液体燃料的附加量(14)，其中所述附加量的大小被设置成使得实现用于所述转速的所述期望值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用当前能获得的扫气空气的相应压力来确定用于所述燃气量的上阈值(14)或所述修正值(14)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，手动地开始所述瞬态模式。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据如下参数中的至少一者开始所述瞬态模式：扫气空气的当前压力、气缸压力、所计算的空气燃气比率、爆震检测器的信号、发动机转速与负荷比率、发动机转速与负荷比率的变化、发动机扭矩、扭矩的变化、喷射所需的燃料量以及喷射所需的燃料量的变化。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，穿过缸套将所述燃气供应到所述气缸(21)内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将所述扫气空气引入到所述气缸(21)内之前或者在将所述扫气空气引入到所述气缸(21)内时将所述燃气供应给所述扫气空气。
12.一种大型柴油发动机，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式(10)下进行操作并且根据前述权利要求中任一项所述的方法进行操作。
13.根据权利要求12所述的大型柴油发动机，该大型柴油发动机被构造成用于燃气的燃烧和用于液体燃料的燃烧的双燃料发动机，所述液体燃料特别是柴油或重燃料油。
14.根据权利要求12或13所述的大型柴油发动机，其中，设置有发动机控制器，该发动机控制器包括用于开始和执行所述瞬态模式的控制设备(14)。
15.一种根据权利要求1至11中任一项所述的方法用于改进大型柴油发动机特别是双燃料发动机的用途。
操作大型柴油发动机的方法、其用途以及大型柴油发动机
技术领域
背景技术
[0002] 大型柴油发动机可以被构造成二冲程或四冲程机器，例如构造成纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。这种大型柴油发动机常常用作轮船的驱动机组(aggregate)，或者还常常用在固定操作模式下，例如用于驱动大型发电机来产生电能。就此而言，这些发动机通常以连续操作模式运行相当长的时间段，这代表了对操作安全性和可用性的较高要求。由于这个原因，特别是维护之间的长间隔，低磨损和操作燃料的经济处理对运营商来说是核心标准。
[0003] 若干年以来，更深远的关键点以及已经越来越重要的关键点是排气的质量，特别是排气中的氮氧化物的浓度。这里，法律规定和用于对应排气值的阈值正在变得越来越严格。特别是对于二冲程大型柴油发动机来说，这带来的结果是，大量含有污染物的传统重燃料油的燃烧以及还有柴油或任何其他燃料的燃烧变得越来越有问题，这是因为排气阈值的维持变得越来越困难，在技术上的要求更苛刻，并且这样的话成本就越来越昂贵，或者最后，以实用方式对它们进行维护甚至不太可能。
[0004] 由于该原因，对所谓的“双燃料发动机”的要求在实践上已经长期存在，“双燃料发动机”是指能够利用两种不同种类的燃料操作的发动机。在燃气模式下，燃烧燃气，例如天然气，如LNG(液化天然气)或采取液化石油气形式的燃气，或者适合于驱动内燃发动机的不同燃气，而在液体模式下，在同一发动机中燃烧合适的液体燃料，如汽油、柴油、重燃料油或不同的合适液体燃料。就此而言，发动机既可以是二冲程发动机又可以是四冲程发动机，并且就此而言，这些发动机可以是小型发动机、中型发动机，并且还可以是大型发动机，特别可以是纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。
[0005] 使用术语“大型柴油发动机”还指这种大型发动机能够以如下形式操作：与柴油机操作模式不同的形式，该形式以燃料自燃为特征；汽油发动机操作模式，该模式以燃料的外部点燃为特征；或这两种操作模式的混合操作形式。术语“大型柴油发动机”进一步包括特别所谓的“双燃料发动机”以及其中燃料自燃用于不同燃料的外部点燃的这种大型发动机。
[0006] 在液体模式下，燃料通常被直接引入气缸的燃烧空间，并且根据自燃原理在燃烧空间中燃烧。在燃气模式下，已知的是根据奥托(Otto)原理操作模式将气态状态的燃气与扫气空气混合，以便由此在气缸的燃烧空间中产生可燃混合物。关于这种低压方法，通常就在少量液体燃料被喷射到气缸的燃烧空间内或者被喷射到预燃室内(这随后导致空气燃气混合物点燃)的恰当时刻在气缸内对混合物进行点燃。双燃料发动机能够在燃气模式操作期间切换到液体模式，反之亦然。
[0007] 然而，特别是当对排气需要较高要求并且这种较高要求只能以可接受的技术需求以经济上可行的方式通过燃气燃烧来维持时，就需要纯燃气发动机，纯燃气发动机是指只能利用燃气而不能另选地利用柴油、重燃料油或不同燃料操作的发动机。例如在WO 2010/147071A1中提供了这种纯燃气发动机。在例如DE 10 2010 005814A1中呈现了进一步的技术状态。
[0009] 在燃气模式下，特别地，设置扫气空气与燃气的正确比率，即所谓的空气燃气比率，具有至关重要的意义。扫气空气或增压空气通常可以通过大型柴油发动机中的涡轮增压器而获得，涡轮增压器产生扫气空气压力或吸入空气压力，扫气空气压力或吸入空气压力依赖于发动机负荷并且这样也依赖于发动机的功率和/或扭矩和/或转速。对于给定的扫气空气压力，可以计算气缸内的空气量，然后可以确定由发动机产生的相应地需要的驱动扭矩和/或可以针对对该操作状态来说产生理想燃烧过程而期望的转速、扭矩量和/或转速来确定适当的气态燃料量。
[0010] 特别是当根据奥托原理操作燃气模式时，空气燃气比率的正确设置对于发动机的操作至关重要，从污染观点、有效性以及经济可行性来看，该空气燃气比率尽可能低。如果燃气部分过大，则空气燃气混合物变得过浓。混合物的燃烧过快或过早发生，这导致发动机爆震。由于燃烧过程不再与气缸内的活塞运动正确地协调一致，除了别的之外，这还导致了燃烧对活塞运动产生部分消极作用。
[0011] 此外，当空气燃气比率的正确设置在大型柴油发动机中在正常操作条件下不再带来任何较大问题时，在发动机负荷中产生非常突然的、频繁的且猛烈的改变的操作条件下带来缺点。
[0012] 在这方面应该提到的示例是由大型柴油发动机驱动的抵达巨浪中的轮船。这可能带来的结果是，由发动机直接驱动的轮船螺旋桨由于巨浪而或多或少周期性地部分或者完全离开水，以便随后再完全浸入水中。结果，发动机的负荷和/或由发动机传递到水的驱动扭矩自然会有非常巨大且突然的变化。由于使得扫气空气可用的涡轮增压器系统相对于发动机负荷变化以相移方式作出反应，因此在这种操作模式下可能产生气缸中的空气燃气混合物由于过低扫气空气压力而变得过浓，这因而会导致快速或爆震燃烧，快速或爆震燃烧当然是不利的。燃气模式下这种快速且突然的负荷变化只有非常困难地才能调节或者在实践上甚至不可能进行调节，从而使得例如需要向下调节发动机性能或连续改变和/或修改发动机速度，或者然而需要从燃气模式改变到液体模式。对于在液体模式下例如利用重燃料油操作的大型柴油发动机，由于现有的排气要求，在将来可能不再允许这种大型柴油发动机在海岸附近以液体模式进行操作，这是因为在液体模式下排气值可能不再可维持。
[0013] 可能产生发动机负荷非常突然、频繁或猛烈变化的不同示例是轮船进行作战行动。
发明内容
[0014] 由于该原因，从现有技术状态开始，本发明的目的是建议一种操作大型柴油发动机的方法，其中对于负荷的突然、频繁或猛烈的变化，诸如例如在巨浪中的轮船或执行军事演习的轮船中出现的这种负荷的突然、频繁或猛烈的变化，所述大型柴油发动机仍然可靠地、高效地并且以环境友好方式操作。此外，本发明的目的是建议一种对应的大型柴油发动机。
[0015] 本发明的方法、方法的用于以及大型柴油机满足该目的。
[0016] 因而，根据本发明，建议了一种操作大型柴油发动机的方法，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下操作，在该燃气模式下，燃气被作为燃料引入气缸内并且在燃烧之后经由排气门导走，其中在所述燃气模式下进行操作期间，检测到负荷的剧烈变化状态，然后在瞬态模式下操作所述大型柴油发动机，该瞬态模式包括如下步骤：
[0017] 确立用于在所述燃气模式下关闭所述排气门的闭合角；
[0018] 确定用于所述闭合角的修正值；
[0019] 通过将所述闭合角与所述修正值关联而确定瞬态闭合角；以及
[0020] 在所述瞬态闭合角关闭所述排气门。
[0021] 由于通过闭合角的修正来确定用于排气门的瞬态闭合角，因而能够以有针对性的受控方式设置压缩循环过程中在气缸内被压缩并可用于燃烧的空气的量，由此能够确保气缸内的空气燃气混合物的燃烧不会到达过快燃烧或爆震燃烧范围，并且使得气缸内的空气燃气混合物的燃烧不会到达其中混合物过稀的范围，混合物过稀意味着气缸内存在的空气量过大而发生点火故障。如果对于空气燃气混合物的理想组成来说，当前存在的扫气空气的增压压力过低，则将所述修正值确定成使得用于所述排气阀的瞬态闭合角小于正常燃气操作模式下的闭合角，这意味着排气门现在相对于工作循环更早地关闭，使得在气缸内可获得更大量空气用于压缩。由此能够补偿扫气空气的过低增压压力。如果当前存在的扫气空气的增压压力对于空气燃气混合物的理想组成来说过大，则将修正值确定成使得用于排气门的瞬态闭合角比正常燃气操作模式下大，这意味着对于工作循环来说该排气门现在较晚关闭，使得在气缸内可获得更少量的空气用于压缩。由此，能够补偿增压空气的过高增压压力。
[0022] 这样，即使对于突然、频繁或周期性的负荷变化或负荷转移，也可以利用燃气模式，而且不会导致不充分、富含污染物和不经济的操作结果。
[0023] 优选地，所述大型柴油发动机被构造成用于燃气的燃烧和用于液体燃料的燃烧的双燃料发动机，所述液体燃料特别是柴油或重燃料油。因而，通过根据本发明的方法，使得即使对于突然和频繁的负荷变化，双燃料发动机本身也可以在燃气模式下高效地操作。在大型柴油发动机作为轮船的驱动机组这种重要应用情形的情况下，这意味着仍然可以高效地使用燃气模式，对于在波涛汹涌的海面航行或执行军事演习的轮船来说，情况同样如此。
[0024] 优选的措施是，将所述修正值添加至所述闭合角以确定所述定瞬态闭合角，因为这代表闭合角的一类特别简单的修正。
[0025] 如果应该更早地关闭所述排气门，则所述修正值为负。在实践中，已经发现有利的是，在这方面所述修正值至多等于60°。
[0026] 如果应该在更晚的时间点关闭该排气门，则该修正值为正。在实践中，已经发现有利的是，在这方面所述修正值至多等于60°。
[0027] 在特别优选的实施方式中，在根据本发明的方法中，在瞬态模式下，在每个工作循环引入到气缸内的燃气的量也是受限的。除了燃气之外，还将预定量的液体燃料引入到气缸内，以便补偿由于燃气供应受限或减少而缺乏的功率。关于该优选实施方式，所述瞬态模式包括如下步骤：
[0028] 确定用于所述发动机的转速或所述发动机的扭矩的期望值；
[0029] 确定在所述大型柴油发动机的每个工作循环都能作为燃料获得的燃气量的上阈值；
[0030] 确定除了所述燃气之外引入的液体燃料的附加量，其中所述附加量的大小被设置成使得实现用于所述转速的所述期望值。瞬态模式下的燃气量的限制代表了进一步优选的措施，该措施特别地与用于排气门的闭合角的变化组合而能够将气缸内的空气燃气混合物的组成维持在其边界内，在该边界内能够以高效方式确保理想的燃烧过程。
[0031] 将所供应的燃气限制于上阈值特别地有助于气缸内的空气燃气混合物的燃烧不到达过于快速燃烧或爆震燃烧的范围。因而产生由于燃气供应受限或减少而引起的实现想要的期望转速所缺少的功率，因此在瞬态模式下，除了燃气之外还将预定量的液体燃料引入到气缸内，该预定量的液体燃料的燃烧提供所缺少的能量，即相应缺少的功率。
[0032] 这样，就像在只以液体模式操作的大型柴油发动机中一样，特别地通过该优选实施方式，可以在在至少一种燃气模式下进行操作的大型柴油发动机中实现对负荷的类似响应。这一点能够实现是因为在气缸内空气燃气混合物不会变得过浓也不会变得过稀，而且通常根据柴油原理发生的液体燃料的燃烧对扫气空气的变化的反应不是太敏感。此外，增加了发动机的运转平顺性，并且显著地降低了速度波动。
[0033] 有利的是，利用能获得的扫气空气的相应实际压力来确定用于燃气量的上阈值。这样，能够将基于燃气燃烧的部分最优化。
[0034] 根据一个实施方式，手动地开始所述瞬态模式。因而，例如，轮船上的操作人员可以在波涛汹涌的海面上时或在执行军事演习时的紧急情况下起动发动机的瞬态模式。
[0035] 优选的是，另选地或附加地根据如下参数中的至少一者开始所述瞬态模式：扫气空气的实际压力、气缸压力、所计算的空气燃气比率、爆震检测器的信号、发动机转速与负荷比率、发动机转速与负荷比率的变化、发动机的扭矩、扭矩的变化、喷射所需的燃料量以及喷射所需的燃料量的变化。连续地或规则地确定这些参数中的至少一个还使得能够自动起动瞬态模式。
[0036] 关于具有液体燃料附加燃烧的该实施方式，存在多个优选变型，以便在瞬态模式下将附加量的液体燃料引入到燃烧空间内：
[0037] 可以通过在大型柴油发动机的液体模式下使用的喷射设备将附加量的液体燃料引入到燃烧空间内。
[0038] 可以通过在燃气模式下使用用于点燃燃气的前导喷射设备将附加量的液体燃料引入到燃烧空间内。
[0039] 可以通过为瞬态操作模式设置的单独喷射设备将附加量的液体燃料引入到燃烧空间内。
[0040] 此外，对于燃气到燃烧空间内的供应，存在多个优选变型：
[0041] 可以穿过缸套将燃气供应到气缸内。为此，已知一种普遍已知的燃气供应系统，该燃气供应系统设置在气缸内处并且穿过缸套将燃气引入到气缸的内部空间中。这种燃气供应系统优选以如下方式布置：它们在从气缸内的活塞的上止点或下止点位置间隔开的位置将燃气引入气缸内，特别地，该间隔等于上止点位置和下止点位置之间的间隔的40％至60％，优选为50％。
[0042] 还可以在气缸盖处将燃气供应到气缸内。为此也已知燃气供应系统。
[0043] 还可以在将扫气空气引入到气缸内之前或者将扫气空气引入到气缸内时将燃气供应到扫气空气。最后提到的变型也可以特别地以如下方式实现：在将相邻扫气空气开口或扫气空气狭缝彼此分开的一个或多个腹板处设置一个或多个燃气进气喷嘴。
[0044] 根据本发明，进一步建议了一种大型柴油发动机，该大型柴油发动机能够在至少一种燃气模式下操作并且根据本发明的方法进行操作。由此得到的优点与上文中针对根据本发明的方法提供的相同说明对应。
[0045] 优选地，该大型柴油发动机被构造成用于燃气的燃烧和用于液体燃料的燃烧的双燃料发动机，所述液体燃料特别是柴油或重燃料油。
[0046] 在优选实施方式中，设置有发动机控制器，该发动机控制器包括用于开始和执行瞬态模式操作的控制设备。
[0047] 此外，根据本发明，建议了一种根据本发明的方法的用于改进大型柴油发动机特别是双燃料发动机的用途。从设备角度来看，由于无需较大附加要求就能够在许多应用情况下实现根据本发明的方法，所以该方法还特别适合于修改和/或改进已经存在的大型柴油发动机。这样，特别是对于频繁和突然发生的负荷变化，例如在波涛汹涌的海面上，这些大型柴油发动机能够以经济上可行的方式更高效、安全地操作。附图说明
[0048] 在下文中，将通过实施方式参照附图从设备角度以及从工艺工程角度来更详细地描述本发明。在附图中示出了：
[0049] 图1是根据本发明的大型柴油发动机的实施方式的示意图；
[0050] 图2是为了强调在大型柴油发动机的实施方式中扭矩对空气燃气比率的依赖性的示意图；
[0051] 图3是根据本发明的方法的第一实施方式的示意图；
[0052] 图4是根据本发明的方法的第二实施方式的示意图；以及
[0053] 图5是扭矩随时间的进展的示例性示意图。
具体实施方式
[0054] 关于本发明的参照实施方式进行的如下描述，将以示例性特征对在实践中大型柴油发动机的特别重要的应用情况进行参考，该大型柴油发动机被构造成为双燃料发动机，双燃料发动机是指能够利用两种不同类型燃料操作的发动机。具体而言，大型柴油发动机的该实施方式能够在液体模式下操作，在该液体模式下，只有液体燃料被喷射到气缸的燃烧空间内。典型地，液体燃料(如重燃料油或柴油)在合适的时间点被直接喷射到燃烧空间内，并且根据柴油自燃原理在燃烧空间中点燃。然而，该大型柴油发动机还能够在燃气操作模式下操作，在该燃气操作模式下，用作燃料的燃气(如天然气)被以空气燃气混合物的形式引入到燃烧空间内并在此进行点燃。特别地，大型柴油发动机在燃气操作模式下根据低压方法工作，这意味着燃气被以气态状态引入到气缸内。在这方面，与空气的混合能够在气缸本身内发生，或者也可以在气缸之前发生。根据奥托原理，空气燃气混合物被外部点燃。这种外部点燃通常是这样产生的，即在合适的时间点将少量液体燃料引入到燃烧空间内，然后使该少量燃料自身点燃并由此导致空气燃烧混合物发生外部点燃。
[0055] 该大型柴油发动机既可以被构造成四冲程发动机又可以被构造成二冲程发动机。这样，关于所描述的实施方式，该大型柴油发动机被构造成利用共轨系统在液体模式下工作的纵向扫气式二冲程大型柴油发动机。
[0056] 图1以非常鲜明的示意性强调图示出了整体上以附图标记20参照的大型柴油发动机的该实施方式的气缸21。在气缸21的内部中，活塞23以本身公知的方式运动。
[0057] 大型柴油发动机20的组件和各个部件，诸如例如用于液体模式的喷射系统、用于燃气模式的燃气供应系统、燃气交换系统、用于提供扫气空气和/或增压空气的排气系统或涡轮增压器系统以及用于大型柴油发动机的控制和调节系统，无论是作为二冲程发动机的设计还是作为四冲程发动机的设计，对本领域技术人员来说都是公知的，因此这里不需要对这些部件进行进一步说明，并且图1中仅仅示出了足够用来理解本发明的排气门24。
[0058] 关于在纵向扫气式二冲程柴油发动机20的这个示例中描述的实施方式，扫气空气狭缝22通常设置在各个气缸31和/或缸套的下部区域中并且通过活塞23在气缸21中的运动而周期性地打开和关闭，从而由涡轮增压器提供的扫气空气能够在这些扫气空气狭缝打开的情况下以增压压力通过这些扫气空气狭缝流入气缸内。在图1中这由设有附图标记L的两个箭头表示出。通常居中布置的排气门24设置在气缸盖和/或气缸罩中，通过该排气门能够在燃烧过程之后将燃烧气体再次从气缸分配到排气系统25。为了引入液体燃料，设置一个或多个燃料喷嘴(未示出)，这些燃料喷嘴例如在排气门24附近布置在气缸盖中。设置燃气供应系统(未示出)以在燃气模式下供应燃气，该燃气供应系统具有至少一个具有燃气进气喷嘴的燃气进气门。燃气进气喷嘴通常设置在气缸壁中，例如在近似位于活塞的上止点位置和下止点位置之间的中间的高度处。
[0059] 在图1中的左手侧还附加地表述了不同的曲柄角，所述曲柄角以本身已知方式表征大型柴油发动机20的工作循环。在这方面，所表述的曲柄角涉及活塞23的压缩冲程。对于180°的曲柄角来说，活塞23出现在下止点位置或反转点，而在360°的曲柄角时，活塞23出现在上止点位置或反转点。对于作为二冲程发动机的设计来说，完整的工作循环包括360°。从
0°(在0°时，活塞23位于与在360°时相同的位置，即位于上止点位置)开始，活塞23向下移动直到其已经到达180°的下止点位置，然后在压缩冲程再次向上移动直到其到达360°的上止点位置。在图1的图示中，活塞23精确地位于与270°的曲柄角对应的位置。
0°(在0°时，活塞23位于与在360°时相同的位置，即位于上止点位置)开始，活塞23向下移动直到其已经到达180°的下止点位置，然后在压缩冲程再次向上移动直到其到达360°的上止点位置。在图1的图示中，活塞23精确地位于与270°的曲柄角对应的位置。
[0060] 对于作为四冲程发动机的设计来说，如所公知的那样，完整的工作循环包括720°。
[0061] 此外，在下文中将通过示例对其中大型柴油发动机作为轮船的驱动机组的应用情况进行参照。
[0062] 由于关于排气值的法律规定，如今在海岸附近大型柴油发动机经常在燃气操作模式下进行操作，因为如果不这样的话，不能再维持排气排放(特别是氮氧化物、NOx和二氧化硫)的规定阈值。
[0063] 在燃气操作模式下，污染物尽可能低的空气燃气混合物的效率和燃烧对空气量与燃气量的比率非常敏感。该比率通常表述为用于燃烧可用空气质量与用作燃料的燃气质量的比的值。
[0064] 除了其他因素之外，理想的空气燃气比率取决于将由发动机产生的驱动扭矩，并且这样的话还取决于轮船的期望速度。由于大型柴油发动机通常直接连接至轮船的螺旋桨，因此对于例如固定螺距螺旋桨来说，在所有情况下速度都与发动机转速对应。
[0065] 图2以非常示例性的图示示出了空气燃气比率1和由驱动轮船的发动机产生的扭矩2之间的示例性联系。对于与轮船在基本平静水域中航行时轮船的特定速度(或与发动机的一定转速)对应的具体扭矩来说确如该图所示。特别地，图2中所示的扭矩2为BMEP扭矩(制动平均有效压力扭转)，该BMEP扭矩基本为一个工作循环(对于二冲程发动机来说为活塞运动的一个周期，而对四冲程机器来说为活塞运动的两个周期)上的扭矩平均值。
[0066] 在图2的图示中，可以看到两个边界曲线，即第一爆震曲线3和不点火曲线4。对于根据该图示出现在爆震曲线3上方的操作状态，空气燃气比率过浓，这说明在混合物中存在的空气太少。过浓的混合器会导致不同的问题，即燃烧发生的过快(快速燃烧)或发动机开始爆震或混合物随后开始过早燃烧(对于还被称为预点燃的工作循环来说)，这种过早燃烧通常是由于气缸中的燃气量较高而通过自燃而开始的。对于根据该图示位于不点火曲线4上方的操作状态，空气燃气比率过大，这说明并不存在足够用于在燃烧空间中理想燃烧的燃气。
[0067] 由于该原因，人们争取总是在空气燃气比率的理想点5处操作大型柴油发动机。在实践中，对于轮船的恒定速度和/或恒定转速也不能避免或调节扭矩和/或空气燃气比率1的自然偏离，由于该原因，存在公差范围6，在图2中该公差范围6由两条直线7和8限定，在该公差范围内，可以容忍空气燃气比率1从理想点5的偏离。燃气模式下的理想操作在图2中以A指代的操作点给出。
[0068] 当轮船离开平静水域(图2所指的)并到达汹涌澎湃的海浪中时，对于发动机来说可能导致负荷非常突然且剧烈的变化，这意味着由发动机经由轮船螺旋桨施加到水上的扭矩会非常快速且大量地变化(负荷偏移)。因而，例如，由于波涛汹涌的海面，可能发生轮船螺旋桨短时间地部分地或不完全地离开水面的情况，这相当大地减少了发动机的实际负荷。如果轮船螺旋桨随后再次完全浸没在水中，则这会导致负荷显著增加，并且这样的话会导致扭矩增加。在图2中，在实践中，这意味着从例如点A移动到位于爆震曲线3上方的以B指代的点，这样就位于快速燃烧的范围内和/或爆震范围内。
[0069] 另一方面，发动机可能会到达位于不点火曲线4上方的负荷显著降低的操作状态，在不点火曲线4上方，对于燃气量来说，在气缸21中存在过多空气，空气与燃气混合物中的空气因而过多。这种操作状态例如在图2中的点C处实现。由于响应涡轮增压器系统而移位的相位，扫气空气在过高增压压力时可用，从而使得空气燃气混合物变得过稀。
[0070] 由于在波涛汹涌的海面中发动机的这些剧烈波动经常相继地并且近似周期性出现，因此在燃气模式下大型柴油发动机20不再可能进行高效、经济且低排放的操作模式。
[0071] 通过根据本发明的方法提供了补救措施。图3以非常示意性的图示示出了根据本发明的方法的第一实施方式。在步骤10中，起始点是大型柴油发动机在燃气模式下操作。如果轮船现在到达波涛汹涌的海面，则该状态可以通过操作人员的观察11和/或在步骤12中通过评估由发动机控制器或不同的控制设备检测的操作参数来检测到。如果确定由此导致的负荷剧烈变化过大，则在步骤13中做出决定以将大型柴油发动机切换到瞬态模式。
[0072] 在该瞬态模式中，初始确定用于在燃气模式下关闭排气门24的闭合角。就此而言，通过闭合角来理解曲柄角，对于活塞23的向上运动来说，排气门24在该闭合角关闭。对于燃气模式来说，也向用于其他操作参数的值一样，通常将排气门的闭合角以矩阵方式存储，该矩阵的一个维度为发动机负荷(通过所产生的扭矩来确定)，另一个维度为发动机的转速。这样，对于由负荷和转速构成每个值对，都可以从该矩阵读取用于燃气模式的正确闭合角。
该闭合角例如等于270°，在图1中该270°对应于活塞23的位置。在步骤14中，控制设备然后确定用于关闭角度的修正值。该修正值可以以各种方式确定。特别地，还可以将经验值汇合到在控制设备中存储的控制值中。
该闭合角例如等于270°，在图1中该270°对应于活塞23的位置。在步骤14中，控制设备然后确定用于关闭角度的修正值。该修正值可以以各种方式确定。特别地，还可以将经验值汇合到在控制设备中存储的控制值中。
[0073] 确定修正值的一个特别优选的方法在于利用当前可用的扫气空气的增压压力来确定该修正值。在大型柴油发动机中该增压压力通过测量来检测，这样可在控制设备中获得该增压压力，或者可以将该增压压力传递给该控制设备。就此而言，修正值的确定可以特别地借助于当前可获得的扫气空气的增压压力的当前值与所需的扫气空气的增压压力之间的差来确定。对于实际操作参数来说，该所需增压压力例如存储在查找表或查找矩阵中。根据当前可获得的增压压力与所需增压压力之间的差，可以通过对于气缸的已知容积和/或气缸盖和活塞上侧之间的空间的已知容积来说排气门24必须提前或推迟多长时间关闭来进行确定，从而使得排气门24关闭之后紧接着在气缸中存在用于当前可获得的增压压力的相同量的空气，如同在燃气模式的闭合角和所需增压压力时将需要的那样。
[0074] 控制设备然后通过将闭合角与修正值关联而确定用于排气门的瞬态闭合角。优选地，将该修正值增加至闭合角以便确定瞬态闭合角。在步骤15中，控制设备然后在瞬态闭合角关闭排气门24。
[0075] 因而，如果由于响应涡轮增压器系统移位的相位而使得当前增压压力相对于负荷变化过小，则该修正值为负，这意味着排气门24已经在比用于燃气模式的闭合角小的瞬态闭合角关闭。
[0076] 与此相反，如果由于响应涡轮增压器系统移位的相位而使得当前增压压力相对于负荷变化过大，则修正值为正，这意味着排气门24仅在比用于燃气模式的闭合角大的瞬态闭合角关闭。
[0077] 在步骤17中，通过操作人员的观察和/或通过确定操作参数来连续地检查或以规则间隔检查是否仍然满足启动瞬态模式的条件。如果为是(yes)，则保持瞬态模式，如图3中的箭头18所示，其中优选地，检查和/或更新用于修正值和/或瞬态闭合角的值。
[0078] 如果在步骤17中用于瞬态模式的条件不再满足，则可以在步骤19中改变回到正常燃气模式。
[0079] 用于引入和执行瞬态模式的控制设备优选地集成到发动机控制器中。
[0080] 通过针对排气门24的关闭进行这些改变，还可以在瞬态模式下确保大型柴油发动机在位于在图2中由两条直线7和8限定的公差范围6内的操作状态下工作。
[0081] 已经在实践中尝试并测试了当在负修正值的情况下，其大小至多等于60°，而在正修正值的情况下，该量至多等于60°。这意味着，根据图1中的图示，在燃气模式下对于270°的排气门24的闭合角来说，最小瞬态闭合角在210°处，而最大瞬态闭合角在330°处。
[0082] 通过在瞬态操作模式下将闭合角改变到瞬态闭合角，能够增加或减小气缸中的空气燃气混合物的压缩最终温度。然而，这通常并不是决定性的，但是应该避免压缩最终温度采取如此大的值以致于空气燃气混合物在气缸中发生自燃。在具体应用中这可以例如通过为修正值和/或其数量设置最大值来确保这一点。
[0083] 在下文中，将描述代表第一实施方式的扩展的第二优选实施方式。至此所做的说明特别是第一实施方式的说明因此以类似方式同样适合于第二实施方式。除了针对瞬态闭合角对排气门的闭合角进行修正之外，对于第二实施方式，在大型柴油发动机的每个工作循环都可获得的作为燃料的燃气量受到上阈值的限制，并且确定附加量的液体燃料，在瞬态模式下除了该燃气之外还将该附加量的液体燃料引入到燃烧空间内，其中该附加量的大小被确定成使得实现用于转速的期望值。
[0084] 以与图3的图示类似的非常示意的图示，图4示出了根据本发明的方法的第二实施方式。在步骤10中，起始点为大型柴油发动机在燃气模式下操作。与关于第一实施方式的情况一样，在该示例中也可以通过操作人员的观察11和/或在步骤12中通过发动机控制器或不同控制设备来参照操作参数评价来检测负荷的剧烈或突然变化的状态，例如在波涛汹涌的海面中或在演习操作模式中会发生这行负荷的剧烈或突然变化的状态。如果确定负荷的剧烈变化过大，则在步骤13中做出决定以将大型柴油发动机改变到瞬态模式。
[0085] 在该瞬态模式中，初始确定用于发动机转速或由发动机产生的扭矩的期望值。例如，这可以是与在平静水域中轮船的运动对应的值。在步骤14’中，控制设备然后确定在大型柴油发动机的每个工作循环中可获得的作为燃料的燃气量的上阈值。就此而言，该上阈值这样来确定，即：气缸21中可用的扫气空气足以燃烧通过该上阈值确定的最大燃气量，从而避免快速燃烧范围和/或爆震燃烧范围和/或预燃范围，这意味着空气燃气比率因而不过小。用于避免超过爆震曲线3(图1)的最大容许燃气量的上阈值取决于气缸中存在的空气量。对于已知的气缸容积，该空气量可以借助于可用的扫气空气的增压压力来确定。就此而言，当然要考虑到增压压力的偏差，这意味着在任何情况下都有利地采取可获得的最小增压压力。当然，在确定用于燃气量的适当上阈值的过程中，也可以利用大型柴油发动机的不同的已知操作参数或经验值。而且，在步骤14’中，如针对第一实施方式所描述的，确定用于闭合角的修正值，并且优选通过增加而将该修正值与该闭合角关联，以便确定用于排气门24的瞬态闭合角。
[0086] 特别优选的是，利用当前可获得的扫气空气的增压压力来确定燃气量的上阈值。就此而言，特别是可以借助于当前可获得的扫气空气的变化压力的当前值与扫气空气所需的增压压力之间的差来确定用于燃气量的上阈值的确定。用于实际操作参数的所需增压压力例如存储在查找表或查找矩阵中。
[0087] 控制设备然后包含依赖于增压压力并且可能还依赖于用于燃气量的瞬态闭合角的上阈值(该燃气能够作为燃料气体供应给气缸)并且将燃气量限制于该上阈值。因而现在能够将由发动机产生的转速或扭矩维持在期望值，在步骤14’中通过该控制设备进一步规定附加量的液体燃料，该附加量的液体燃料的多少被确定成使其对用于转速或扭矩的期望值与将利用最大燃气量实现的值之间的差进行补偿。
[0088] 这意味着该控制设备确定了用于该扭矩或该转速的值，该值能够利用由该上阈值确定的最大燃气量实现。因而，确定了期望值与该值之间的差。随后，确定所需要的液体燃料的量，以便对该差进行补偿。
[0089] 虽然燃气量的上阈值、液体燃料的附加量和瞬态闭合角的确定措施当然不是彼此独立的，但是相对于彼此协调这些措施从而能够在瞬态模式下确保大型柴油发动机的尽可能理想的操作状态并没有带来较大问题。
[0090] 当然还可以将液体燃料的附加量固定至固定额定值。
[0091] 现在，排气门24在步骤15c中在瞬态闭合角关闭，并且在步骤15a中将所确定的燃气量引入气缸内，并且使该燃气量像在燃气模式中一样进行燃烧。同时，这意味着在同一工作循环中，在步骤15b中将之前确定的量的液体燃料引入到气缸内并使该液体燃料自燃。通过燃气和附加引入的液体燃料的共同燃烧，可以这样产生用于转速或用于扭矩的期望值。就此而言，液体燃料的自燃可以用于空气燃气混合物的外部点燃。
[0092] 在步骤17中，通过操作人员的观察和/或通过确定操作参数来连续地或以规则间隔检查是否仍然满足启动瞬态模式的条件。如果为是(yes)，则维持瞬态模式，如由图4中的箭头18所示，其中优选的是，检查和/或更新用于燃气量的上阈值的值和用于液体燃料的附加量的值。
[0093] 如果在步骤17中检查时不再满足用于瞬态模式的条件，则可以在步骤19中再改变回到正常燃气模式。
[0094] 用于开始和执行瞬态模式的控制设备优选集成到发动机控制器中。
[0095] 这样，通过燃气燃烧和液体燃料燃烧的组合并修改排气门24的闭合角，能够确保在瞬态模式下维持用于发动机速度(这是指转速)的期望值或用于扭矩的期望值，而不会使燃气在快速燃烧范围内和/或在爆震范围内发生燃烧。通过用于燃气量的上阈值确保了空气燃气混合物不会在燃烧空间内变得过浓。此外，特别是通过将关闭角改变到瞬态闭合角而避免超过不点火曲线4(图2)。这样，大型柴油发动机20也在公差范围6内在瞬态模式下操作(图2)。
[0096] 因而，通过该方法，例如，在燃气操作模式下根据奥托原理工作的双燃料大型柴油发动机可以实现对负荷变化的响应，该响应与仅仅根据柴油机原理工作(专门以液体燃料操作)的大型柴油发动机的情形至少大致类似。对于根据本发明的方法和/或根据本发明的大型柴油发动机，由于一方面确保了空气燃气混合物不变得过浓以及不变得过稀，因此另一方面与液体燃料相关的燃烧部件对过低的扫气空气的增压压力的反应明显不太敏感。这样，特别是在波涛汹涌的海面上，在燃气操作模式期间，也可以提高大型柴油发动机的运转稳定性，并且能够抑制速度波动。
[0097] 图5中的示意性图示再次通过示例强调了在瞬态模式下燃气燃烧和液体燃料燃烧的协作。大型柴油发动机的扭矩T依赖于时间t施加，就像其针对波动汹涌的海面所发生的一样。于是，轮船所经历的高波浪运动致使扭矩T随着时间进行近似周期性变化。曲线G示出了扭转的由燃气燃烧引起的部分，其中最大燃气量被限制成使得可获得的扫气空气在考虑瞬态闭合角时足以使得空气燃气混合物不会变得过浓。具有附图标记F的两个曲线(这两个曲线限定了由阴影线表示的区域)示出了通过对液体燃料的燃料进行增加而产生的关于扭矩T的附加量。
[0098] 为了避免气缸中的混合物过稀，确定瞬态闭合角是特别合适的。由于与在燃气模式下相比排气门24较晚关闭(在该示例中，排气门24的这种较晚关闭对应于正的修正值，并且这样对应于比燃气操作模式下的闭合角大的瞬态闭合角)，可以在该关闭之前将气缸21中存在的过多空气经由该排气门24推出。
[0099] 为了在瞬态模式期间将附加量的液体燃料引入到气缸的燃烧空间内，存在不同的可能性。在大型柴油发动机被构造成双燃料发动机的情况下，可以使用同一个喷射设备来喷射液体燃料，该喷射设备还用来在液体模式下喷射燃料。
[0100] 在瞬态模式下将液体燃料引入的另一个可能性在于，可以通过在燃气模式中用于将空气燃气混合物点燃的前导喷射设备将液体燃料引入燃烧空间内。
[0101] 当然，也可以设置单独的喷射设备用于在瞬态模式期间引入液体燃料。当大型柴油发动机不是针对液体模式进行构造并没有对应的喷射设备时这是特别优选的。
[0102] 关于燃气到气缸内的燃烧空间的引入，在瞬态模式期间以及在燃气模式期间，都存在若干优选变型。如已经在上文中提到的，可以设置燃气供应系统，该燃气供应系统具有至少一个燃气进气喷嘴，该燃烧进气喷嘴布置在缸套中，使得燃气能够被引入气缸内并在此与扫气空气混合成可点燃的空气燃气混合物。
[0103] 然而，还可以在气缸盖和/或气缸罩处设置一个或多个燃气进气喷嘴，使得从气缸盖将燃气供应到气缸内，然后将燃气与扫气空气混合。
[0104] 在瞬态模式下将液体燃料引入的另一个可能性在于，可以通过在燃气模式中用于将空气燃气混合物点燃的前导喷射设备将液体燃料引入燃烧空间内。
[0105] 当然，也可以设置单独的喷射设备用于在瞬态模式期间液体燃料的引入。当大型柴油发动机不是针对液体模式进行构造并没有对应的喷射设备时这是特别优选的。
[0106] 关于燃气到气缸内的燃烧空间的引入，在瞬态模式期间以及在燃气模式期间，都存在若干优选变型。如已经在上文中提到的，可以设置燃气供应系统，该燃气供应系统具有至少一个燃气进气喷嘴，该燃烧进气喷嘴布置在缸套套中，使得燃气能够被引入气缸内并在此与扫气空气混合成可点燃的空气燃气混合物。
[0107] 然而，还可以在气缸盖和/或气缸罩处设置一个或多个燃气进气喷嘴，使得从气缸盖将燃气供应到气缸内，然后将燃气与扫气空气混合。
[0108] 这里存在的进一步可能是在扫气空气被引入气缸内之前将燃气供应给扫气空气。燃气因而已经在气缸内部空间外与空气燃气混合物混合，该空气燃气混合物然后例如通过扫气空气狭缝或扫气空气开口引入气缸内。由此，可以在涡轮增压器系统的出口与通向气缸内部空间的进气开口(如扫气空气狭缝)之间的点将燃气供应给扫气空气。
[0109] 特别地，那么还可以在扫气空气被引入气缸内时将燃气供应给扫气空气。为此，那么例如可以分别在将相邻扫气空气狭缝分开的一个或多个腹板处设置一个或多个燃气进气喷嘴，使得扫气空气在其经过扫气空气狭缝时与燃气混合。
[0110] 在步骤12(图3和图4)中确定或为了在步骤13中判断是否应该对瞬态模式进行改变而分析的操作参数优选是已经存在于大型柴油发动机的发动机控制器中的这些参数(这意味着这些参数是以任何方式针对操作或在操作过程中检测到的)或能够从这些参数推导出的值。然而，还可以仅仅利用一个操作参数来用于决定变化到瞬态模式，另选地，可以纯粹地通过操作人员观察来决定变化到瞬态模式，该操作人员然后还可以手动启动瞬态模式。
[0111] 例如，如下参数中的一个或多个参数适合于作为用于步骤12和/或步骤13中的决定的操作参数：可由涡轮增压器系统获得的扫气空气的实际压力；和/或该压力的变化；气缸压力；所计算的空气燃气比率；爆震检测器的信号，通过该爆震检测器能够识别气缸内的燃烧何时以爆震方式进行，这意味着空气燃气混合物过浓；发动机的扭矩载荷比率或该比率的变化或所测量的扭矩或其随着时间的变化；或者为了维持发动机转速而需要的喷射燃料量(喷射量)或该喷射量的变化。
[0112] 根据本发明的方法还可以特别地用于改进已经存在的大型柴油发动机特别是双燃料发动机的目的。由于在这种大型柴油发动机中，从执行根据本发明的方法的设备观点来看经常已经满足了先决条件，或者能够以低努力要求和成本和/或通过改装而实现该先决条件，因此常常可以通过在发动机控制器中进行对应的修改或增补就可以使大型柴油发动机准备好瞬态模式。特别是对于排放值的维持，这种改进的可能性也是一个巨大优点。
[0113] 此外，在这方面，尽管与用于瞬态模式的瞬态闭合角的确定组合地描述了用于每个工作循环都可获得的作为燃料的燃气量的上阈值的确定以及除了燃气之外还引入到燃烧空间内的附加量的液体燃料的确定的措施，但是这些措施也可以独立地进行，这意味着无需改变用于排气门的闭合角。这意味着第二实施方式也可以以与燃气操作模式相比不改变闭合角的方式进行修改。
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