用于運行燃氣發動機的方法技術

本發明專利技術涉及用于運行燃氣發動機的方法，尤其涉及用于運行固定的燃氣發動機的方法，設置連接到所述燃氣發動機處的廢氣系，所述廢氣系由所述燃氣發動機的廢氣流動通過，所述燃氣發動機以稀薄的可燃氣體?空氣氣體混合物運行，所述燃氣發動機根據Miller循環過程運行，優選使得所述燃氣發動機的至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點前大約50°至下止點前大約10°的曲軸角度范圍中，根據本發明專利技術，所述廢氣系具有至少一個SCR催化劑元件，流動通過所述SCR催化劑元件的廢氣的氮氧化物借助于所述SCR催化劑元件利用碳氫化合物作為還原劑被減少，流動通過所述SCR催化劑元件的碳氫化合物的至少一部分是所述燃氣發動機的廢氣的組成部分。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及：根據權利要求1的前序部分所述的用于運行燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的方法；根據權利要求14的前序部分所述的具有燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的裝置；以及根據權利要求15所述的用于執行所述方法的并且/或者具有所述裝置的車輛、尤其是商用車輛。
技術介紹
已知的是，以含碳的可燃氣體運行的燃氣發動機要以非常稀薄的可燃氣體-空氣氣體混合物（例如過量空氣系數值λ=1.7）來運行。以該方式，由燃氣發動機排放的氮氧化物（NOx）保持得較小。然而，燃氣發動機的非常稀薄的運行方式會通過熱動態引起地導致燃氣發動機的效率明顯地降低。此外，在稀薄地運行的燃氣發動機中會要求的是，例如當由燃氣發動機排放的氮氧化物（NOx）超過法律上規定的極限值時，在連接到所述燃氣發動機處的廢氣系中設置減少氮氧化物的廢氣后處理。通常，在稀薄地運行的發動機中應用活性的NH3-SCR催化劑（Selective Catalytic Reduction）作為廢氣后處理元件用于減少NOx，流動通過所述SCR催化劑的廢氣的氮氧化物（NOx）借助于其利用作為還原劑的氨氣（NH3）被減少。氨氣在此通常沿著廢氣流動方向看在所述燃氣發動機和所述SCR催化劑之間作為含水的尿素溶液被導入到所述廢氣系中（因為直接從所述燃氣發動機流動出的廢氣通常不含有氨氣）。然而，這樣的氨氣的供應由于設置額外的噴射器、額外的罐和配量調節部（包括傳感器）是耗費的并且尤其基于持續地消耗氨氣是成本大的。此外，也已知的是，利用含碳的可燃氣體運行的燃氣發動機根據Miller循環過程運行。在Miller循環過程中，所述燃氣發動機的進氣氣門非常早地關閉。由此，位于所述燃氣發動機中的缸中的負載首先膨脹，由此缸的燃燒室中的溫度降低。燃燒室中的溫度的降低引起燃氣發動機的抗爆性的提高。由此，所述燃氣發動機的壓縮比以及由此燃氣發動機的效率能夠提高。在應用Miller循環過程時通常要求，供應給所述燃氣發動機的燃燒空氣或者說供應給所述燃氣發動機的可燃氣體-燃燒空氣氣體混合物被施加以高的增壓壓力。該高的增壓壓力或者在所述燃燒室上的正的掃氣壓差在具有外部的混合物形成的燃氣發動機中引起沒有燃燒的碳氫化合物（CyHz）的逸出（Schlupf）的提高，由此由所述燃氣發動機排放大量的碳氫化合物（CyHz）。這種沒有燃燒的碳氫化合物（CyHz）的逸出能夠通過減小氣門疊開（不僅所述燃氣發動機的進氣氣門打開而且排氣氣門也打開的時間段）減少。然而，氣門疊開的減小通常導致燃氣發動機的效率的降低。由此，能夠概括地確定：稀薄地運行的并且根據Miller循環過程運行的燃氣發動機基于減小的氣門疊開不能夠以最大可能的效率運行。此外，應用NH3-SCR催化劑用于減少由內燃機排放的氮氧化物（NOx）具有已經提到的缺點。
技術實現思路
因此，本專利技術的任務是提供用于運行燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的方法以及具有燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的裝置，借助于其，燃氣發動機能夠以高的效率運行并且在所述燃氣發動機的廢氣中含有的有害物質能夠有效地并且簡單地得到減少。該任務通過獨立權利要求的特征得到解決。優選的改進方案在從屬權利要求中公開。根據權利要求1，提出了用于運行燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的方法，其中，設置有連接到所述燃氣發動機處的驅動系，其由所述燃氣發動機的廢氣流動通過，其中，所述燃氣發動機以稀薄的可燃氣體-空氣氣體混合物運行，其中，所述燃氣發動機根據Miller循環過程運行，優選如下地設計，使得所述燃氣發動機的至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點（UT，unterer Totpunkt）前大約50°曲軸角度至下止點前大約10°曲軸角度的曲軸角度范圍中。根據本專利技術，所述廢氣系具有至少一個SCR催化劑元件，流動通過所述SCR催化劑元件的廢氣的氮氧化物（NOx）借助于所述SCR催化劑元件利用作為還原劑的碳氫化合物（CyHz）被減少，其中，流動通過所述SCR催化劑元件的碳氫化合物（CyHz）的至少一部分是所述燃氣發動機的廢氣的組成部分。以該方式，所述燃氣發動機能夠以特別高的效率運行，因為廢氣的沒有燃燒的碳氫化合物（CyHz）現在作為還原劑用于減少在所述廢氣中含有的氮氧化物（NOx）。由此，所述燃氣發動機例如能夠以較大的氣門疊開運行，這實現了所述燃氣發動機的效率的提高。此外，所述燃氣發動機例如也能夠以較濃的可燃氣體-空氣氣體混合物運行，由此同樣能夠提高所述燃氣發動機的效率。此外，所述燃氣發動機例如也能夠以提高的增壓壓力運行，這同樣能夠實現所述燃氣發動機的效率的提高。此外，所述點火時刻也能夠朝著早的方向調整，由此同樣能夠提高所述燃氣發動機的效率。此外，所述燃氣發動機的所述至少一個進氣氣門也能夠更早地關閉，由此能夠提高所述燃氣發動機的效率?；谧兇蟮臍忾T疊開和/或較濃的可燃氣體-空氣氣體混合物和/或提高的增壓壓力和/或更早的點火時刻和/或進氣氣門的更早的關閉時刻而提高的、排放的碳氫化合物（CyHz）的量通過排放的碳氫化合物（CyHz）與在廢氣中含有的氮氧化合物（NOx）反應又減少。此外，通過根據本專利技術的方法引導，在所述廢氣中含有的有害物質也特別簡單地并且有效地減少，因為為了減少在所述廢氣中含有的氮氧化合物（NOx）現在不必將氨氣導入到所述廢氣系中。所述氮氧化合物（NOx）的減少現在借助于已經在所述燃氣發動機的廢氣中含有的碳氫化合物（CyHz）實現。借助于其氮氧化合物（NOx）利用碳氫化合物（CyHz）作為還原劑而減少的SCR催化劑元件已經由現有技術已知。在此，氮氧化合物（NOx）通常根據以下的反應式轉化或者轉換：（x=1或2）利用甲烷作為還原劑，反應式例如能夠如下：在SCR催化劑元件中的平行反應/副反應和/或在可選擇地設置的氧化催化劑元件中的主反應例如能夠為：（NO-氧化）（CyHz氧化，一般地）（甲烷氧化）在優選的根據本專利技術的方法引導中，所述燃氣發動機以可燃氣體-空氣氣體混合物運行，所述可燃氣體-空氣氣體混合物具有1.2至1.6的空氣過量系數值（Lambda）。進一步優選地，所述燃氣發動機的點火時刻位于上止點（OT，oberer Totpunkt）前40°曲軸角度至上止點前10°曲軸角度的曲軸角度范圍中。在此，特別優選地規定，所述燃氣發動機的點火時刻位于上止點前30°曲軸角度至上止點前15°曲軸角度的曲軸角度范圍中。借助于這樣的點火時刻，所述燃氣發動機能夠以特別高的效率運行。優選地，所述燃氣發動機的所述至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點前45°曲軸角度至下止點前20°曲軸角度的曲軸角度范圍中。通過所述燃氣發動機的所述至少一個進氣氣門提早地關閉，Miller循環過程被優化并且所述燃氣發動機以特別高的效率運行。在另一優選的方法引導中，所述燃氣發動機的所述至少一個進氣氣門的和所述燃氣發動機的所述至少一個排氣氣門的氣門疊開具有0°曲軸角度至50°曲軸角度的氣門疊開值、優選30°曲軸角度至50°曲軸角度的氣門疊開值。借助于30°曲軸角度至50°曲軸角度的氣門疊開值，所述燃氣發動機能夠以特別高的效率運行并且結合SCR催化劑能夠使在所述燃氣發動機的廢氣中含有的有害物質特別有效地減少。優選地，所述燃氣發動機利用可燃氣體運本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于運行燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的方法，其中，設置連接到所述燃氣發動機（3）處的廢氣系（29），所述廢氣系由所述燃氣發動機（3）的廢氣（30）流動通過，其中，所述燃氣發動機（3）以稀薄的可燃氣體?空氣氣體混合物（6）運行，其中，所述燃氣發動機（3）根據Miller循環過程運行，優選如下地設計，使得所述燃氣發動機（3）的至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點前大約50°曲軸角度至下止點前大約10°曲軸角度的曲軸角度范圍中，其特征在于，所述廢氣系（29）具有至少一個SCR催化劑元件（31），流動通過所述SCR催化劑元件（31）的廢氣的氮氧化物（NOx）借助于所述SCR催化劑元件利用碳氫化合物（CyHz）作為還原劑被減少，其中，流動通過所述SCR催化劑元件（31）的碳氫化合物（CyHz）的至少一部分是所述燃氣發動機（3）的廢氣（30）的組成部分。

【技術特征摘要】
2015.06.20 DE 102015007908.51.用于運行燃氣發動機、尤其是固定的燃氣發動機的方法，其中，設置連接到所述燃氣發動機（3）處的廢氣系（29），所述廢氣系由所述燃氣發動機（3）的廢氣（30）流動通過，其中，所述燃氣發動機（3）以稀薄的可燃氣體-空氣氣體混合物（6）運行，其中，所述燃氣發動機（3）根據Miller循環過程運行，優選如下地設計，使得所述燃氣發動機（3）的至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點前大約50°曲軸角度至下止點前大約10°曲軸角度的曲軸角度范圍中，其特征在于，所述廢氣系（29）具有至少一個SCR催化劑元件（31），流動通過所述SCR催化劑元件（31）的廢氣的氮氧化物（NOx）借助于所述SCR催化劑元件利用碳氫化合物（CyHz）作為還原劑被減少，其中，流動通過所述SCR催化劑元件（31）的碳氫化合物（CyHz）的至少一部分是所述燃氣發動機（3）的廢氣（30）的組成部分。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃氣發動機（3）以可燃氣體-空氣氣體混合物（6）運行，所述可燃氣體-空氣氣體混合物具有1.2至1.6的空氣過量系數值（Lambda）。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃氣發動機（3）的點火時刻位于上止點前40°曲軸角度至上止點前10°曲軸角度的曲軸角度范圍中，其中，優選地規定，所述燃氣發動機（3）的點火時刻位于上止點前30°曲軸角度至上止點前15°曲軸角度的曲軸角度范圍中。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述燃氣發動機（3）的所述至少一個進氣氣門的關閉時刻位于下止點前45°曲軸角度至下止點前20°曲軸角度的曲軸角度范圍中。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述燃氣發動機（3）的所述至少一個進氣氣門的和所述燃氣發動機（3）的至少一個排氣氣門的氣門疊開具有0°曲軸角度至50°曲軸角度的氣門疊開值、優選30°曲軸角度至50°曲軸角度的氣門疊開值。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述燃氣發動機（3）利用可燃氣體（4）運行，所述可燃氣體具有大于40%體積比的甲烷份額（CH4）、優選大于60%體積比的甲烷份額、特別優選地大于80%體積比的甲烷份額，其中，優選地規定，所述可燃氣體（4）至少部分地通過天然氣和/或通過生物氣體形成。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述廢氣系（29）具有廢氣渦輪增壓機（11）的至少一個廢氣渦輪機（42），其中，優選地規定，所述至少一個SCR催化劑元件（31）沿著廢氣流動方向看在所述廢氣系（29）處或者在所述廢氣系（29）中布置在所述廢氣渦輪機（42）上游和/或下游。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，設置能量回收機構（53），借助于所述能量回收機構能夠從所述廢氣（30）的熱能量中回收并且/或者產生能夠使用的能量，其中，所述能量回收機構（53）具有至少一個吸收熱量的熱量傳遞器（55），所述廢氣（30）的熱能量能夠借助于所述熱量傳遞器被吸收，其中，優選地規定，所述至少一個吸收熱量的熱量傳遞器（30）沿著廢氣流動方向看在所述廢氣系（29）處或者在所述廢氣系（29）中布置在所述SCR催化劑元件（31）下游。9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述廢氣系（29）具有至少一個氧化催化劑元件（41），其中，優選地規定，所述至少一個氧化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B巴齊拉，M麥克麥金，
申請(專利權)人：曼卡車和巴士股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE