發(fā)動(dòng)機(jī)快速反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)方法、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于使發(fā)動(dòng)機(jī)且尤其是呈大型低速直流掃氣式(uniflow-scavenged)二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)形式的往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向快速反轉(zhuǎn)至相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的反轉(zhuǎn)方法、涉及用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品并且涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)且尤其是呈大型低速直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)形式的往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常被用作船舶的驅(qū)動(dòng)單元或者也在穩(wěn)定運(yùn)行中例如被用于驅(qū)動(dòng)大型發(fā)電機(jī)以發(fā)電。就此而言，發(fā)動(dòng)機(jī)一般在永久運(yùn)行中運(yùn)行相當(dāng)長的一段時(shí)間，這對(duì)運(yùn)行安全性和可用性提出嚴(yán)格要求。因此，在特別長的維修間歇期情況下，低磨損以及燃料和工作材料的經(jīng)濟(jì)處理對(duì)操作者操控機(jī)器來說是重要準(zhǔn)則。這樣的大缸膛低速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)尤其是維護(hù)間歇期長短、可用性和潤滑劑消耗的一個(gè)決定性因素，也是直接決定運(yùn)行成本和進(jìn)而決定效率的因素。
[0003]人們不僅長久以來期望而且必須在航運(yùn)中在操縱操作中改變船舶行駛方向，例如當(dāng)航行入港時(shí)或在港口中操縱時(shí)(例如在進(jìn)塢操縱中或在其它操縱操作過程中)，在盡量短的時(shí)間內(nèi)從向前行駛改變至反向行駛或反之。這牽涉到從一定速度起以盡量短的時(shí)間和距離制動(dòng)船舶并盡可能快速地使船舶行駛方向反轉(zhuǎn)并且盡量快速地在該相反方向又加速到預(yù)定速度。
[0004]與此相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)導(dǎo)致不僅在相對(duì)低的靠港速度下的緊急制動(dòng)情況，而且還導(dǎo)致在高速(如全速)下的緊急制動(dòng)情況。船舶必須從全速起在盡量短的距離范圍內(nèi)被盡快制動(dòng)，或者發(fā)動(dòng)機(jī)須被盡快反轉(zhuǎn)，從而使得推進(jìn)器盡快反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而船舶能馬上反向航行。
[0005]然而，一段時(shí)間以來，經(jīng)過驗(yàn)證的不同做法已可供用于針對(duì)相對(duì)小型的摩托船或摩托艇改變行駛方向，并且反轉(zhuǎn)往往簡單地能夠通過傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)，但快速制動(dòng)一直是一個(gè)為了匹配配備有大型往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)如大型低速直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的很大型的船舶而在大部分情況下不能令人滿意地得到解決的難題。這涉及在相對(duì)低的速度如在港口內(nèi)或靠港時(shí)的上述操縱操作及發(fā)動(dòng)機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)從一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向快速反轉(zhuǎn)至相反轉(zhuǎn)動(dòng)方向的所述問題。
[0006]這尤其是伴隨著大型低速直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而不應(yīng)該被低估的問題，因?yàn)榘殡S著這些發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠渚扌统叽绾凸β剩瑢?shí)際上排除了在發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器之間采用切合實(shí)際的傳動(dòng)裝置和/或離合器，從而使得推進(jìn)器在帶有這種發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶中通過軸以抗轉(zhuǎn)動(dòng)的方式被連接至大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。
[0007]因此，驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與其中傳動(dòng)裝置設(shè)置在推進(jìn)器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)裝置相比被公認(rèn)簡單了許多。但這種不帶傳動(dòng)裝置和離合器的結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是推進(jìn)器總是即在其每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)中以抗轉(zhuǎn)動(dòng)的方式連接至發(fā)動(dòng)機(jī)，并且至少在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下(即只要發(fā)動(dòng)機(jī)沒有出現(xiàn)完全靜止?fàn)顟B(tài))無法與之分離。就是說，在其中發(fā)動(dòng)機(jī)被停止以制動(dòng)船舶的操作狀態(tài)中，這在實(shí)踐中本質(zhì)上意味著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)被中斷，船舶沒有馬上當(dāng)場停下，而是因?yàn)槠渚薮蟮膽T性質(zhì)量而一開始將繼續(xù)航行，并且只會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地逐漸喪失速度。
[0008]與此相關(guān)，推進(jìn)器現(xiàn)在公認(rèn)不再被發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但它現(xiàn)在通過借助在推進(jìn)器和水之間的持續(xù)相對(duì)速度在水中前行被驅(qū)動(dòng)。但因?yàn)橥七M(jìn)器以抗轉(zhuǎn)動(dòng)的方式連接至發(fā)動(dòng)機(jī)且也能與發(fā)動(dòng)機(jī)分離，故發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在也在這樣的運(yùn)行狀態(tài)下被推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)。這意味著馬達(dá)將無論如何繼續(xù)在燃料供應(yīng)停止之后在初始方向上轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)長一段的時(shí)間，因?yàn)樗F(xiàn)在被推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)。
[0009]只能如此獲得船舶制動(dòng)的或船舶行駛方向反轉(zhuǎn)的加速，即，使發(fā)動(dòng)機(jī)在相反轉(zhuǎn)動(dòng)方向上重新起動(dòng)。在最常見的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)且尤其是大型直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，這只能如此獲得，即，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻(即在適當(dāng)?shù)那?crank angle)處)，壓縮空氣(按技術(shù)用語也被稱為起動(dòng)空氣)以足夠高的壓力被壓入缸套中，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)通過作用于活塞的起動(dòng)空氣在期望的反向轉(zhuǎn)動(dòng)方向上被重新起動(dòng)。
[0010]由于有巨大的力如上所述由推進(jìn)器通過曲軸被施加在發(fā)動(dòng)機(jī)缸套內(nèi)的活塞上以致發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)在初始方向轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)隨后可以在起動(dòng)空氣的最大可獲壓力足以充分補(bǔ)償推進(jìn)器作用于活塞的力時(shí)在最早時(shí)刻在相反方向被重新起動(dòng)，盡管已停止了燃料供應(yīng)，從而可以通過起動(dòng)空氣使發(fā)動(dòng)機(jī)足夠快速地在相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)可以最終在再啟用燃料供應(yīng)情況下在相反方向上獨(dú)立重新起動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在相反轉(zhuǎn)動(dòng)方向上被重新起動(dòng)時(shí)，以抗轉(zhuǎn)動(dòng)的方式連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)器自然也在相反方向被發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由此可以隨即顯著加速船舶的制動(dòng)，直到船舶的行駛最終停下來或者如果需要該船舶能啟動(dòng)在相反方向上的行駛。
[0011]用于船舶的制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的上述的先前常規(guī)做法的缺點(diǎn)是明顯的。一方面，船舶且尤其是具有大型低速直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶的制動(dòng)要求大量時(shí)間，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)可以在相反方向上被重新起動(dòng)，首先需要等候很長時(shí)間直到船舶已失去足夠的速度并變得足夠緩慢，從而通過推進(jìn)器的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以通過該起動(dòng)空氣來補(bǔ)償。
[0012]這不僅目前還是耗用相當(dāng)多的時(shí)間，而且導(dǎo)致實(shí)際上消耗相當(dāng)多的起動(dòng)空氣，這尤其當(dāng)船舶須被操縱時(shí)(例如當(dāng)在港口進(jìn)塢操縱過程中船舶通過停止指令遇到在按照各種變化組合的“向前-停止-向后”之間的不斷改變時(shí))是很不利的。但從現(xiàn)有技術(shù)中知道的方法目前仍然需要當(dāng)船舶例如必須從高速被快速制動(dòng)時(shí)在緊急制動(dòng)情況下的緊急制動(dòng)操縱中耗用不可接受的大量時(shí)間或不可接受的大量起動(dòng)空氣，如在緊急情況下及時(shí)可靠地防止撞上其它船舶、冰山或其它障礙物。公眾至今仍對(duì)當(dāng)時(shí)尤其無法及時(shí)制動(dòng)船舶的著名的泰坦尼克號(hào)災(zāi)難銘記于心。即便泰坦尼克號(hào)不是通過大型低速直流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)的，該問題在原理上還是一樣的。
[0013]為了盡量縮短船舶在制動(dòng)時(shí)或反轉(zhuǎn)至相反行駛方向時(shí)所經(jīng)過的距離，人們經(jīng)常嘗試盡可能早地通過供應(yīng)起動(dòng)空氣至缸套來反轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。但發(fā)動(dòng)機(jī)在推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)下在原來方向上運(yùn)轉(zhuǎn)得越快，就需要越多的起動(dòng)空氣或起動(dòng)空氣能量以便能夠啟動(dòng)反向反轉(zhuǎn)。這不僅昂貴，而且能量密集，因?yàn)槠饎?dòng)空氣首先須利用相應(yīng)的壓縮機(jī)來產(chǎn)生且須被儲(chǔ)蓄在貯壓器中。但該方法也承受以下風(fēng)險(xiǎn)，即起動(dòng)空氣的整個(gè)貯藏量或多或少被消耗太快，并且用于結(jié)束伴隨許多次更改行駛方向的復(fù)雜操縱的起動(dòng)空氣并不足以或者仍然還是無法在相反方向上起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然在較高速度下大量采用了起動(dòng)空氣。這不僅進(jìn)一步延緩了所述制動(dòng)，而且甚至可能變?yōu)榘踩ｋU(xiǎn)，尤其是在相應(yīng)的緊急制動(dòng)情況之后在猛浪情況下，因?yàn)樵谶@樣的情況下首先必須又提供新的起動(dòng)空氣并且發(fā)動(dòng)機(jī)隨后不能被同時(shí)再次起動(dòng)，這在某些情況下產(chǎn)生致命結(jié)