本發明專利技術涉及內燃機。內燃機(20)，即大型船用發動機或固定發動機，包括至少一個內徑(22)為至少200mm的氣缸(21)。內燃機(20)包括排氣再循環系統(1)，該排氣再循環系統具有布置在排氣出口(2)與空氣入口(3)之間的EGR路徑(13)，并且內燃機(20)包括渦輪增壓器(5)。排氣再循環系統(1)包括：至少一個第一傳感器(12)，其提供表示離開氣缸的排氣的NO
【技術實現步驟摘要】
內燃機
[0001]本專利技術涉及一種包括排氣再循環系統的內燃機以及一種用于運行內燃機的方法。
[0002]本專利技術優選地涉及一種內燃機，例如大型船用或船舶發動機或固定發動機，這些發動機的氣缸具有至少200mm的內徑。發動機優選為二沖程發動機或二沖程十字頭發動機。發動機可以是柴油機或氣體燃料發動機、雙燃料或多燃料發動機。液體和/或氣體燃料在這種發動機中的燃燒以及自燃或強制點火是可能的。
[0003]該發動機具有至少一個氣缸，在該氣缸中具有活塞。活塞連接到曲軸。在發動機運行期間，活塞在上止點(TDC)和下止點(BDC)之間往復運動。氣缸通常具有至少一個用于進氣的空氣路徑開口(特別是布置在氣缸的襯套中的空氣入口)以及至少一個用于排氣的空氣路徑開口(特別是布置在氣缸的蓋中的排氣出口)。
[0004]內燃機可以是縱向掃氣的二沖程發動機。
[0005]術語“內燃機”還指不僅能夠以柴油模式(其特征在于燃料的自燃)，而且可以以奧托模式(其特征在于燃料的強制點火)或以兩者的混合運行的大型發動機。此外，術語“內燃機”尤其包括雙燃料發動機和大型發動機，在所述大型發動機中，燃料的自燃用于另一種燃料的強制點火。
[0006]發動機速度優選低于800RPM(四沖程)，更優選低于200RPM(二沖程)，該速度表示低速發動機的標志。
[0007]燃料可以是柴油或船用柴油或重質燃料油或乳化液或漿液或甲醇或乙醇以及氣體燃料，如液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)等。
[0008]可能根據要求添加的其他可能燃料有：LBG(液化沼氣)、生物燃料(例如藻類燃料或海藻油)、氫、來自CO2的合成燃料(例如，由電轉氣(Power
?
To
?
Gas)或電轉液(Power
?
To
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Liquid)制成)。
技術介紹
[0009]大型船舶，特別是用于運輸貨物的船舶，通常由內燃機驅動，特別是柴油和/或氣體燃料發動機，主要是二沖程十字頭發動機。在液體燃料(如重質燃料油、船用柴油，柴油或其他液體燃料)的情況下以及在氣體燃料(如LNG、LPG或其他)被發動機燃燒的情況下，來自該燃燒過程的排氣需要被清潔以符合現有的污染物規定，如IMO Tier III規則。
[0010]通常稱為Tier I至Tier III標準等的IMO排放標準尤其限定了現有的和新的船用發動機的NO
x
排放標準。
[0011]對于大型船舶，排放要求一直增加，特別是關于氮氧化物排放。因此，需要調節由這些船舶的內燃機排放的排氣中的氮氧化物(NO
x
)的量。
[0012]選擇性催化還原(SCR)和排氣再循環(EGR)是柴油機減少NO
x
和實現Tier III限制的主要技術。EGR減少NO
x
的產生，而SCR在燃燒后減少NO
x
。
[0013]過低的EGR率導致過高的NO
x
排放，并且在過高的EGR率的情況下不能再發生燃燒。黑煙污染是結果并且是對發動機的危害。
[0014]US10508606B2示出了用于控制排放的系統。控制器可以被構造成通過以下手段來響應進氣歧管空氣溫度、進氣空氣流速或感測的或估計的進氣氧分數中的一個或多個：改變EGR量以將顆粒物質和NO
x
維持在一個范圍內，然后基于NO
x
傳感器反饋進一步調節EGR量。
技術實現思路
[0015]本專利技術的目的是避免現有技術的缺點，特別是提供一種內燃機和一種操作內燃機的方法，該內燃機具有比現有技術發動機更好的性能。
[0016]該目的通過根據本專利技術的內燃機和操作內燃機的方法來實現。
[0017]內燃機包括至少一個內徑至少為200mm的氣缸。內燃機可以是大型船舶發動機或固定發動機。
[0018]內燃機包括具有EGR路徑的排氣再循環系統。排氣再循環系統的EGR路徑從氣缸的排氣出口通向氣缸的空氣入口。
[0019]內燃機進一步包括至少一個渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有渦輪和壓縮機。
[0020]排氣再循環系統可以是低壓系統，其中，排氣能被引導通過渦輪增壓器的渦輪并且排氣的至少一部分隨后能經由渦輪增壓器的壓縮機被引導到氣缸的空氣入口。
[0021]在低壓EGR系統中，渦輪增壓器布置在EGR路徑中，使得再循環的排氣有助于驅動渦輪增壓器。
[0022]從氣缸的排氣出口通向氣缸的空氣入口的EGR路徑包括渦輪增壓器的渦輪和渦輪增壓器的壓縮機。
[0023]通常，排氣能與新鮮空氣混合地通過渦輪增壓器被引導到氣缸的空氣入口。因此，渦輪增壓器的壓縮機吸入待再循環的排氣和新鮮空氣。
[0024]典型地，EGR路徑包括接頭，該接頭優選地在渦輪增壓器的渦輪下游，排氣可以從該接頭要么被引導朝向氣缸的空氣入口(優選地被引導至渦輪增壓器的壓縮機)，要么被引導朝向排氣漏斗。
[0025]替代地，排氣再循環系統可以是高壓系統，其中，排氣被引導到氣缸的空氣入口而不經過壓縮機，并且優選地不經過渦輪增壓器的渦輪。
[0026]排氣再循環系統包括至少一個第一傳感器，其提供表示離開氣缸的排氣的NO
x
含量的信號。術語“NO
x
含量”可以表示NO
x
的絕對量、NO
x
濃度(例如相對于排氣量)或NO
x
速率(例如相對于發動機負荷)。
[0027]優選地，傳感器被構造成提供與以ppm為單位的NO
x
的量相關的信號。
[0028]第一傳感器可以布置在該EGR路徑中，優選地在渦輪增壓器的渦輪的下游并且與該渦輪相鄰，因為在該點處排氣仍然是熱的。冷卻的排氣可能包含更多的濕度，這會導致傳感器的損壞。
[0029]NO
x
含量可以使用UV光譜法(例如使用DANFOSS IXA MES 1001傳感器)、電化學方法(例如使用TESTO 340或TESTO 350傳感器)或NDIR(例如使用SICK MARSIC 300傳感器)測定。替代地，可以使用λ測量、IR吸收或化學發光。
[0030]第一傳感器可以被構造成提供定期測量和/或連續測量。
[0031]排氣再循環系統進一步包括控制單元，該控制單元被構造成基于來自第一傳感器的信號來控制再循環至空氣入口的排氣的量。第一傳感器可以被構造為向控制單元傳遞信
號。
[0032]控制單元特別地被構造成設定EGR路徑中的排氣壓力和/或排氣流速。
[0033]通過設定排氣壓力和/或排氣流速，確定在排氣出口處排出的排氣中被分支以沿著EGR路徑行進的部分以及因此再循環到氣缸中的排氣的量。
[0034]可以通過操作至少一個閥和/或鼓風機來設定再循環到空氣入口的排氣的量，特別是排氣壓力和/或排氣流速。
[0035]對閥進行操作意本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種內燃機(20)，即大型船用發動機或固定發動機，該內燃機包括至少一個內徑(22)為至少200mm的氣缸(21)，所述內燃機(20)包括排氣再循環系統(1)，該排氣再循環系統具有布置在排氣出口(2)與空氣入口(3)之間的EGR路徑(13)，并且所述內燃機(20)包括渦輪增壓器(5)，其特征在于，所述排氣再循環系統(1)包括：－至少一個第一傳感器(12)，所述第一傳感器提供表示離開所述氣缸的排氣的NO
x
含量的信號；以及－控制單元(11)，所述控制單元被構造成基于來自所述第一傳感器(12)的信號來控制再循環至所述空氣入口(3)的排氣的量，其中，所述控制單元(11)優選地被構造成設定至少一個閥和/或鼓風機。2.根據權利要求1所述的內燃機(20)，其中，所述排氣再循環系統(1)是低壓系統，其中，再循環的排氣能經由所述渦輪增壓器(5)的壓縮機(10)被引導到所述氣缸(21)的所述空氣入口(3)，并且再循環的排氣的至少一部分能被引導通過渦輪增壓器(5)的渦輪(4)。3.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(20)，其中，所述控制單元(11)被構造成將NO
x
含量保持在預定范圍內和/或低于預定值。4.根據權利要求3所述的內燃機(20)，其中，所述控制單元(11)還被構造成根據環境條件、掃氣壓力、掃氣溫度、掃氣濕度、壓縮壓力、發動機負荷、爆發壓力和/或所述渦輪增壓器的工作參數來設定所述預定范圍和/或所述預定值，優選地以符合污染物規定，所述環境條件例如為環境溫度、環境壓力、環境濕度。5.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(20)，其中，所述內燃機包括至少一個第二傳感器(32)，所述第二傳感器提供表示環境條件、掃氣壓力、掃氣溫度、掃氣濕度、壓縮壓力、發動機負荷、爆發壓力和/或所述渦輪增壓器的工作參數的信號，所述環境條件例如為環境溫度、環境壓力、環境濕度，并且所述控制單元(11)優選地被構造成接收由所述第二傳感器提供的信號。6.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(20)，其中，所述控制單元(11)被構造成僅基于環境條件、掃氣壓力、掃氣溫度、掃氣濕度、壓縮壓力、發動機負荷、所述EGR路徑(13)上的壓降、爆發壓力和/或所述渦輪增壓器的工作參數來優選地以反饋控制和/或預測控制的方式控制再循環至所述空氣入口(3)的排氣的量，所述環境條件例如為環境溫度、環境壓力、環境濕度。7.根據權利要求6所述的內燃機(20)，其中，所述控制單元(11)被構造成在第一模式和第二模式之間改變，優選地在第一模式和第二模式之間自動地改變，在所述第一模式中，基于來自所述第一傳感器(12)的信號來控制通過所述排氣再循環系統(1)的排氣的流量，在所述第二模式中，僅基于環境條件、掃氣壓力、掃氣濕度、壓縮壓力、發動機負荷、所述EGR路徑(13)上的壓降、爆發壓力和/或所述渦輪增壓器(5)的工作參數來控制通過所述排氣再循環系...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A，
申請(專利權)人：溫特圖爾汽柴油公司，
類型：發明
國別省市：
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