專利名稱：操作活塞發(fā)動機的方法
操作活塞發(fā)動機的方法本發(fā)明涉及一種操作渦輪增壓活塞發(fā)動機的方法。在渦輪增壓活塞發(fā)動機中，增壓空氣(charge air)的壓力通過壓縮機至少在一級中增加。在壓縮機之后，加壓的增壓空氣通常通過增壓空氣冷卻器冷卻。如果增壓空氣壓力、溫度和濕度處于一定水平，則增壓空氣中的水蒸汽液化為水。液化(水滴、霧)可能對發(fā)動機部件引起腐蝕和侵蝕，發(fā)動機部件例如為渦輪增壓器壓縮機葉輪(在2級渦輪增壓中)、增壓空氣容器、進氣道和進氣閥。液化量在增壓空氣系統(tǒng)的高壓側可能特別高。本發(fā)明的目的是減小渦輪增壓活塞發(fā)動機的增壓空氣系統(tǒng)中的液化量。根據在權利要求1中的公開，本發(fā)明的目的得到滿足。渦輪增壓活塞發(fā)動機包括 用于低溫冷卻液體的低溫冷卻回路；用于高溫冷卻液體的高溫冷卻回路；以及連接到所述低溫冷卻回路的增壓空氣冷卻器。根據本發(fā)明，至少在一級中對發(fā)動機的增壓空氣進行加壓，通過饋送有低溫冷卻液體的增壓空氣冷卻器對加壓的增壓空氣進行冷卻，確定在增壓空氣冷卻器的下游的加壓的增壓空氣的露點，并且通過控制饋送到所述增壓空氣冷卻器中的所述低溫冷卻液體的溫度，將離開所述增壓空氣冷卻器的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于該露點。通過向所述低溫冷卻液體添加高溫冷卻液體來控制所述低溫冷卻液體的溫度。在本發(fā)明的一個實施方式中，增壓空氣至少在兩級中加壓。增壓空氣在一級中通過低壓壓縮機而加壓，并且在最后一級中通過高壓壓縮機而加壓。所述增壓空氣冷卻器是布置在所述高壓壓縮機的下游的最后的高壓增壓空氣冷卻器。通過本發(fā)明可以實現顯著的益處。所述增壓空氣系統(tǒng)中的液化量可以被減小，這進而降低了發(fā)動機部件的腐蝕和侵蝕損壞。在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明，所述附圖是在兩級中渦輪增壓的活塞發(fā)動機的示意圖。

圖1是在兩級中渦輪增壓的活塞發(fā)動機1的示意圖。所述發(fā)動機1是例如用作船只和發(fā)電廠中的主發(fā)動機和輔助發(fā)動機的大型活塞發(fā)動機。所述發(fā)動機1包括進氣道2，進氣通過該進氣道2饋送到發(fā)動機汽缸3中。所述發(fā)動機1包括廢氣道4，廢氣通過該廢氣道 4從所述汽缸3中排出。此外，所述發(fā)動機1包括低壓(LP)渦輪增壓器5，該低壓(LP)渦輪增壓器5設置有低壓(LP)壓縮機6和低壓(LP)渦輪7。所述發(fā)動機1包括高壓(HP)渦輪增壓器8，該高壓(HP)渦輪增壓器8設置有高壓(HP)壓縮機9和高壓(HP)渦輪10。低壓(LP)增壓空氣冷卻器11連接到所述LP壓縮機6和所述HP壓縮機9之間的所述進氣道 2。所述LP增壓空氣冷卻器11被布置以在將由所述LP壓縮機6加壓的增壓空氣傳送到所述HP壓縮機9之前對其進行冷卻。高壓(HP)增壓空氣冷卻器12連接到所述HP壓縮機9 和發(fā)動機汽缸3之間的所述進氣道2。所述HP增壓空氣冷卻器12被布置以冷卻由所述HP 壓縮機9加壓的增壓空氣。發(fā)電機(未示出)可以連接到所述發(fā)動機1。所述發(fā)動機1可以設置有另外的低壓(LP)增壓空氣冷卻器20，該低壓(LP)增壓空氣冷卻器20連接到所述LP壓縮機6和所述LP增壓空氣冷卻器11之間的所述進氣道2。 此外，所述發(fā)動機1可以設置有另外的高壓(HP)增壓空氣冷卻器(未示出)，該高壓(HP) 增壓空氣冷卻器連接到所述HP壓縮機9和所述HP增壓空氣冷卻器12之間的所述進氣道2。所述發(fā)動機1包括低溫(LT)冷卻回路13，其中循環(huán)所述發(fā)動機的低溫(LT)冷卻液體，例如水。所述發(fā)動機的所述LP增壓空氣冷卻器11、所述HP增壓空氣冷卻器12和潤滑油冷卻器14連接到所述LT冷卻回路13。在HP增壓空氣冷卻器12和LP增壓空氣冷卻器11的上游，所述潤滑油冷卻器14連接到所述LT冷卻回路13。在所述HP增壓空氣冷卻器12的上游，所述LP增壓空氣冷卻器11連接到所述LT冷卻回路13。所述發(fā)動機1包括冷卻器15，通過該冷卻器15來冷卻LT冷卻液體。從所述HP增壓空氣冷卻器12排出的LT 冷卻液體饋送到所述冷卻器15并且被所述冷卻器15冷卻。LT冷卻液體從所述冷卻器15 通過三通閥16饋送回到所述LT冷卻回路13。所述LT冷卻回路13包括回流管17，該回流管17用于混合從所述冷卻器15排出的經冷卻的LT冷卻液體與由所述LP增壓空氣冷卻器 11和所述HP增壓空氣冷卻器12加溫的LT冷卻液體。所述回流管17連接到所述三通閥 16。與經冷卻的LT冷卻液體混合的溫LT冷卻液體的量可以通過所述三通閥16進行調節(jié)。 因此，可以控制饋送到所述LT冷卻回路13中的LT冷卻液體的溫度。所述三通閥16設置有溫度調節(jié)裝置18，通過該溫度調節(jié)裝置18，饋送到所述LT冷卻回路13中的LT冷卻液體的溫度可以如所期望地設置。此外，所述發(fā)動機1包括高溫(HT)冷卻回路19，其中循環(huán)所述發(fā)動機的高溫(HT) 冷卻液體，例如水。所述HT冷卻回路19中的冷卻液體的溫度水平高于所述LT冷卻回路13 中的溫度水平。所述HT冷卻回路19被布置為冷卻發(fā)動機體(block)。所述發(fā)動機體包括用于HT冷卻液體的冷卻通道。所述另外的LP增壓空氣冷卻器20和所述另外的HP增壓空氣冷卻器連接到HT冷卻回路19。HT冷卻液體被所述冷卻器15冷卻。備選地，HT冷卻液體可以通過單獨的冷卻器冷卻。所述HT冷卻回路19包括HT回流管33，該HT回流管33用于混合從所述冷卻器15 排出的經冷卻的HT冷卻液體與溫HT冷卻液體。所述HT回流管33連接到HT三通閥16。 與經冷卻的HT冷卻液體混合的溫HT冷卻液體的量可以通過所述HT三通閥33進行調節(jié)。 因此，可以控制饋送到所述HT冷卻回路19中的HT冷卻液體的溫度。所述HT三通閥33設置有溫度調節(jié)裝置34，通過該溫度調節(jié)裝置34，饋送到HT冷卻回路19中的HT冷卻液體的溫度可以如所期望地設置。所述LT冷卻回路13通過連接管21與所述HT冷卻回路19流連接。所述連接管 21設置有例如控制閥22的控制裝置，通過該控制裝置，HT冷卻液體通過所述連接管21的流動可以被調節(jié)。所述進氣道2設置有用于測量增壓空氣的壓力的壓力傳感器23。該壓力傳感器 23在增壓空氣的流動方向上被布置在所述HP增壓空氣冷卻器12的下游。附加地，所述進氣道2可以設置有用于測量增壓空氣的壓力的另外的壓力傳感器M。該另外的壓力傳感器M被布置在所述LP增壓空氣冷卻器11的下游但是在所述HP壓縮機9的上游。所述發(fā)動機1在所述LP壓縮機6的上游設置有用于測量周圍空氣或增壓空氣的相對濕度的濕度傳感器25。該濕度傳感器25在增壓空氣的流動方向上可以設置在所述LP壓縮機6之前。 在增壓空氣的流動方向上，所述進氣道2在所述HP增壓空氣冷卻器12的下游設置有用于測量增壓空氣溫度的溫度傳感器27。附加地，在增壓空氣的流動方向上，所述進氣道2在所述LP增壓空氣冷卻器11之后但是在所述HP壓縮機9之前可以設置有用于測量增壓空氣的溫度的另外的溫度傳感器26。所述發(fā)動機1包括控制單元觀，來自增壓空氣濕度傳感器25、壓力傳感器23、24 以及溫度傳感器26、27的測量信號被傳輸到該控制單元觀中。所述控制單元觀基于這些測量信號而確定增壓空氣的露點。露點是如下的溫度，即，在該溫度，空氣中的水蒸汽在普遍的條件(壓力、濕度)下開始液化。在增壓空氣的流動方向上，在最后的增壓空氣冷卻器 (即，所述HP增壓空氣冷卻器12)的下游的位置處確定增壓空氣的露點。附加地，在增壓空氣的流動方向上，在所述LP增壓空氣冷卻器11的下游但是在所述HP壓縮機9的上游的位置處確定增壓空氣的露點。所述控制單元觀被布置以操作所述控制閥22，以使得在所述HP增壓空氣冷卻器12的下游，離開所述HP增壓空氣冷卻器12的增壓空氣的溫度高于增壓空氣的露點。這通過控制饋送到所述HP增壓空氣冷卻器12的LT冷卻液體的溫度來完成。附加地，所述控制單元觀被布置以操作所述三通閥16，以使得在所述LP增壓空氣冷卻器11的下游但是在所述HP壓縮機9的上游，離開所述LP增壓空氣冷卻器11的增壓空氣的溫度高于增壓空氣的露點。這通過控制饋送到所述LP增壓空氣冷卻器11的LT冷卻液體的溫度來完成。當所述發(fā)動機1正在運行時，增壓空氣傳送到所述LP壓縮機6，通過該LP壓縮機 6，它的壓力提高。在增壓空氣的流動方向上，在所述LP壓縮機6之前，測量增壓空氣的濕度25。LP增壓空氣從所述LP壓縮機6傳送到所述另外的LP增壓空氣冷卻器20并且通過該冷卻器20冷卻。HT冷卻液體饋送到該另外的LP增壓空氣冷卻器20。此后，增壓空氣傳送到所述LP增壓空氣冷卻器11并且通過該冷卻器11冷卻。LT冷卻液體饋送到該LP增壓空氣冷卻器11。增壓空氣從所述LP增壓空氣冷卻器11傳送到所述HP壓縮機9，通過該HP壓縮機9，增壓空氣的壓力被進一步地提高。此后，HP增壓空氣傳送到所述HP增壓空氣冷卻器 12并且通過該冷卻器12冷卻。LT冷卻液體饋送到該HP增壓空氣冷卻器12。增壓空氣從所述HP增壓空氣冷卻器12傳送至所述汽缸3以用作燃燒氣體。廢氣從所述汽缸2排出， 并被引導通過所述HP渦輪10，并且然后通過所述LP渦輪7。所述HP渦輪10驅動所述HP 壓縮機9，并且所述LP渦輪7驅動所述LP壓縮機6。LT冷卻液體在所述LT冷卻回路13中循環(huán)。通過混合經冷卻的LT冷卻液體與溫 LT冷卻液體而調節(jié)LT冷卻液體的溫度。此后，LT冷卻液體饋送到所述潤滑油冷卻器14， 其中LT冷卻液體的溫度增加。LT冷卻液體從所述潤滑油冷卻器14饋送到所述LP增壓空氣冷卻器11中。冷卻液體從所述LP增壓空氣冷卻器11饋送到所述HP增壓空氣冷卻器12 中。通過在所述HP增壓空氣冷卻器12之前將HT冷卻液體添加到LT冷卻液體中來調節(jié)LT 冷卻液體的溫度。LT冷卻液體的一部分從所述HP增壓空氣冷卻器12饋送到所述冷卻器 15，并且一部分通過所述回流管17去往所述三通閥16并且與從所述冷卻器15排出的經冷卻的LT冷卻液體混合。HT冷卻液體在所述HT冷卻回路19中循環(huán)。通過混合經冷卻的HT冷卻液體與溫 HT冷卻液體而調節(jié)HT冷卻液體的溫度。此后，HT冷卻液體循環(huán)通過所述發(fā)動機體的冷卻通道。HT冷卻液體從發(fā)動機體饋送到所述另外的LP增壓空氣冷卻器20。如果所述發(fā)動機 1包括所述另外的HP增壓空氣冷卻器，則HT冷卻液體在上述另外的LP增壓空氣冷卻器之后饋送到所述增壓空氣冷卻器中。此后，HT冷卻液體的一部分饋送到冷卻器15，并且一部分通過所述HT回流管33去往所述HT三通閥31并且與從所述冷卻器15排出的經冷卻的 HT冷卻液體混合。為了防止增壓空氣中的水蒸汽液化為水，在增壓空氣流動方向上的最后的增壓空氣冷卻器(即，HP增壓空氣冷卻器12)的下游，將離開所述增壓空氣冷卻器12的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于增壓空氣的露點。首先，基于增壓空氣濕度25和壓力23測量而確定在所述HP增壓空氣冷卻器12的下游的增壓空氣的露點。通過控制饋送到所述HP增壓空氣冷卻器12中的LT冷卻液體的溫度而調節(jié)離開所述HP增壓空氣冷卻器12的增壓空氣的溫度。通過向LT冷卻液體添加HT冷卻液體了來控制LT冷卻液體的溫度?？梢曰跐穸?5和壓力M測量而確定在所述LP增壓空氣冷卻器11和所述HP 渦輪增壓器9之間的增壓空氣的露點。通過控制饋送到所述LP增壓空氣冷卻器11中的LT 冷卻液體的溫度，而將離開所述LP增壓空氣冷卻器11的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于在所述LP增壓空氣冷卻器11和所述HP壓縮機9之間的增壓空氣的露點。通過混合經冷卻的 LT冷卻液體與由所述LP增壓空氣冷卻器11和所述HP增壓空氣冷卻器12加溫的LT冷卻液體來控制LT冷卻液體的溫度。本發(fā)明可以具有與上述實施方式不同的多個實施方式。所述發(fā)動機可以設置有兩個并行的LP渦輪增壓器5和兩個并行的HP渦輪增壓器 8。在該情況下，所述發(fā)動機1包括用于每一個LP壓縮機6的單獨的LP增壓空氣冷卻器11 和用于每一個HP壓縮機9的單獨的HP增壓空氣冷卻器12。相應地，所述另外的LP增壓空氣冷卻器20被布置為彼此并行。在其它方面，該實施方式對應于附圖所示。增壓空氣可以僅在一級中加壓。在該情況下，所述發(fā)動機1設置有僅一個渦輪增壓器或者兩個并行的渦輪增壓器，并且相應地，一個增壓空氣冷卻器或兩個并行的增壓空氣冷卻器布置在該(或這些)渦輪增壓器的下游。增壓空氣可以在三級或更多級中加壓。在所有實施方式中，通過控制饋送到在增壓空氣的流動方向上的最后的增壓空氣冷卻器中的低溫冷卻液體的溫度，將離開所述增壓空氣冷卻器的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于所述增壓空氣冷卻器之后的增壓空氣露點。通過向低溫冷卻液體添加高溫冷卻液體來控制低溫冷卻液體的溫度。
權利要求
1.一種操作渦輪增壓活塞發(fā)動機(1)的方法，所述渦輪增壓活塞發(fā)動機(1)包括用于低溫冷卻液體的低溫冷卻回路(13)、用于高溫冷卻液體的高溫冷卻回路(19)和連接到所述低溫冷卻回路(13)的增壓空氣冷卻器(12)，在所述方法中，-至少在一級中對增壓空氣進行加壓，-通過被饋送低溫冷卻液體的所述增壓空氣冷卻器(1 對加壓的增壓空氣進行冷卻，-確定在所述增壓空氣冷卻器(1 的下游的所述加壓的增壓空氣的露點，以及-通過控制饋送到所述增壓空氣冷卻器(1 中的所述低溫冷卻液體的溫度，將離開所述增壓空氣冷卻器(12)的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于所述露點，其特征在于，通過將所述高溫冷卻液體添加到所述低溫冷卻液體而控制所述低溫冷卻液體的溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述增壓空氣冷卻器(1 是在所述增壓空氣的流動方向上的最后的增壓空氣冷卻器。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在兩級中對所述增壓空氣進行加壓，在一級中通過低壓壓縮機(6)加壓，并且在最后一級中通過高壓壓縮機(9)加壓，并且該方法特征在于，所述增壓空氣冷卻器是布置在所述高壓壓縮機(9)的下游的最后的高壓增壓空氣冷卻器(12)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過被饋送低溫冷卻液體的低壓增壓空氣冷卻器(11)對通過所述低壓壓縮機(6)加壓的增壓空氣進行冷卻。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，確定在所述低壓增壓空氣冷卻器(11)的下游的位置處的所述增壓空氣的露點，以及通過控制饋送到所述低壓增壓空氣冷卻器(11) 中的所述低溫冷卻液體的溫度，將離開所述低壓增壓空氣冷卻器(11)的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于所述露點。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，通過混合經冷卻的低溫冷卻液體與通過所述低壓增壓空氣冷卻器(11)和所述高壓增壓空氣冷卻器(1 加溫的低溫冷卻液體來控制饋送到所述低壓增壓空氣冷卻器(11)中的所述低溫冷卻液體的溫度。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述低壓增壓空氣冷卻器(11)的上游，潤滑油冷卻器(14)連接到所述低溫冷卻回路(13)。
8.根據權利要求4到7中的任何一項所述的方法，其特征在于，在所述高壓增壓空氣冷卻器(12)的上游，所述低壓增壓空氣冷卻器(11)連接到所述低溫冷卻回路(13)。
9.根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于，測量在所述增壓空氣冷卻器(12)的下游的增壓空氣壓力03)和增壓空氣濕度(25)，并且基于所述測量確定所述增壓空氣的露點。
10.根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于，通過所述高溫冷卻液體來冷卻所述活塞發(fā)動機(1)的發(fā)動機體。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機包括另外的低壓增壓空氣冷卻器(20)，所述另外的低壓增壓空氣冷卻器00)在所述發(fā)動機體的下游連接到所述高溫冷卻回路(19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作渦輪增壓活塞發(fā)動機(1)的方法，該渦輪增壓活塞發(fā)動機(1)包括用于低溫冷卻液體的低溫冷卻回路(13)、用于高溫冷卻液體的高溫冷卻回路(19)和連接到所述低溫冷卻回路(13)的增壓空氣冷卻器(12)。在該方法中，至少在一級中對增壓空氣進行加壓，通過被饋送低溫冷卻液體的所述增壓空氣冷卻器(12)對加壓的增壓空氣進行冷卻，確定在所述增壓空氣冷卻器(12)的下游的加壓的增壓空氣的露點，并且通過控制饋送到所述增壓空氣冷卻器(12)中的低溫冷卻液體的溫度，將離開所述增壓空氣冷卻器(12)的增壓空氣的溫度調節(jié)為高于該露點。通過將高溫冷卻液體添加到低溫冷卻液體而控制低溫冷卻液體的溫度。
文檔編號F02B29/04GK102472150SQ201080027665
公開日2012年5月23日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者托米·勞尼奧 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司