往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、廢氣調(diào)節(jié)裝置和操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及根據(jù)相應(yīng)類別的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的具有廢氣調(diào)節(jié)裝置(exhaust gas condit1ning)的單流掃氣式(uniflow-scavenged)大型二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、廢氣調(diào)節(jié)裝置以及操作往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)踐中，長期以來需要所謂的“雙燃料”發(fā)動(dòng)機(jī)，即可以使用兩種不同燃料運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)。為此，一方面，應(yīng)該經(jīng)常燃燒例如采用天然氣(例如所謂的“液化天然氣”(LNG))形式的燃?xì)?，或者燃燒采用液化石油氣和適于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的另一種燃?xì)獾男问降娜細(xì)?；另一方面，諸如汽油、柴油、重質(zhì)燃料油或另一種合適的液體燃料等另一種燃料可以在同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行燃燒。就此而言，發(fā)動(dòng)機(jī)可以是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)兩者，并且就此而言它們可以是小型發(fā)動(dòng)機(jī)、中型發(fā)動(dòng)機(jī)或者也可以是大型發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是大型單流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如用作船只中的驅(qū)動(dòng)單元，但也經(jīng)常用于在發(fā)電廠產(chǎn)生電會K。
[0003]在這方面，在催化轉(zhuǎn)化器輔助下凈化廢氣日益重要，這一般是特別的技術(shù)挑戰(zhàn)，因?yàn)橛扇紵煌剂隙a(chǎn)生的廢氣對同一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器可能具有不同的效果。例如，具體的催化劑由此可以針對一種燃料(例如針對燃?xì)?進(jìn)行優(yōu)化，并且最好凈化消耗的燃?xì)馊剂系膹U氣，但同時(shí)針對可替代使用的燃料(例如針對柴油)或多或少是不可用的，或者可能甚至被柴油廢氣損壞或可以隨著時(shí)間的推移而變得不可用。
[0004]例如，在實(shí)踐中，大型二沖程雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)一方面可以常常通過重質(zhì)燃料油或柴油來運(yùn)行，而另一方面通過燃?xì)?例如上述LNG)來運(yùn)行，這可以導(dǎo)致不完全燃燒的高014逃逸。如果相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在用燃?xì)鈦磉\(yùn)行，即在燃?xì)饽Ｊ较?，則燃燒所產(chǎn)生的廢氣可以特別是包括并非少量的甲烷和/或甲醛排放，這例如可以在燃燒過程中在氣缸壁處因燃燒火焰的自然冷卻(“淬熄”)而產(chǎn)生，或者可以在具有新鮮空氣的氣缸在出口閥未同時(shí)閉合的情況下發(fā)生掃氣的階段中得以釋放，或者可以以不同的方式進(jìn)行釋放。如果廢氣中的甲烷濃度相應(yīng)較高，則發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行可能從而受到削弱。例如，廢氣系統(tǒng)中的甲烷，例如廢氣歧管中的甲烷或渦輪增壓器之前甚至之中的區(qū)域中的甲烷存在著風(fēng)險(xiǎn)。在最壞的情況下，在廢氣系統(tǒng)中點(diǎn)燃甲烷可以導(dǎo)致暴露于甲烷燃?xì)恻c(diǎn)火的有害影響的相應(yīng)部件損壞。另外，甲烷是極其有效的溫室氣體，已知比二氧化碳更有效至少25倍，這對計(jì)算所謂的“能效設(shè)計(jì)指數(shù)”(EEDI)可能具有顯著的負(fù)面影響。
[0005]因此，對純?nèi)細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)而言早已公知使用氧化催化劑，這至少減少甲烷和/或甲醛排放，由此不僅節(jié)約環(huán)境，而且例如防止甲烷在廢氣系統(tǒng)中富集得太高，使得這些催化劑也防止甲烷在廢氣系統(tǒng)中點(diǎn)火，這樣可以同樣避免所提到的這些催化劑對廢氣系統(tǒng)部件的可能損壞。這樣的純?nèi)細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)例如在WO 2010 147071 Al中加以闡述。其它現(xiàn)有技術(shù)可以例如在DE 10 2010 005814 Al中找到。
[0006]然而，這樣的氧化催化劑通常很敏感，并且可能被與為其提供的不同的廢氣嚴(yán)重?fù)p毀。例如，如果根據(jù)WO 2010 147071 Al的純?nèi)細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的氧化催化劑通過已燃燒柴油的廢氣或者甚至通過燃燒重質(zhì)燃料油所得的廢氣而起作用，則它將在很短的時(shí)間后就因這些廢氣的上述所有化學(xué)性質(zhì)非常積極的成分而受到不可挽回的損壞，借此發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步安全可靠運(yùn)行將至少是成問題的，并且在最壞的情況下甚至成為泡影。僅僅出于這個(gè)原因，諸如根據(jù)WO 2010 147071 Al的純AGN燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)處的催化劑一般不適于雙燃料運(yùn)行，SP，例如一方面用燃?xì)鈦硖娲\(yùn)行，另一方面用柴油或者甚至用重型油來運(yùn)行。
[0007]然而，特別地但不僅關(guān)于船只中大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，尤其在一方面是先前提到的使用燃?xì)猓硪环矫媸鞘褂貌裼突蛑匦陀?，出于各種原因在實(shí)踐中是期望的，使得日益需要這樣的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī):可以取決于需求來運(yùn)行，一方面可替代地通過燃?xì)鈦磉\(yùn)行，特別地通過LNG燃?xì)鈦磉\(yùn)行，而且用柴油來運(yùn)行，經(jīng)常用重型油來運(yùn)行；另一方面同時(shí)必須避免特別由于乙烷或甲醛造成的上述有害影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是提供一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，一方面可以另選地通過燃?xì)鈦磉\(yùn)行，另一方面通過另一種燃料來運(yùn)行，特別地通過諸如柴油或重型燃料等另一種液體燃料來運(yùn)行，其中，用燃?xì)膺\(yùn)行時(shí)，甲烷和/或甲醛和/或根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的其它成分的有害影響通過使用氧化催化劑而排除。然而，另選地，用諸如柴油或重型油等另一種燃料運(yùn)行在不會損壞或削弱氧化催化劑的情況下也必須是可行的。
[0009]滿足這些目的的本發(fā)明的主題表征為各獨(dú)立方面的特征。
[0010]各自的其它方面涉及到本發(fā)明的特別有利實(shí)施例。
[0011]由此，本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，具體是大型單流掃氣式二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括氣缸，所述氣缸具有出口閥并且具有活塞，所述活塞在一側(cè)界定出燃燒空間并且被布置成能在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)之間在所述氣缸中來回移動(dòng)。為此，設(shè)置有廢氣線，使得廢氣能經(jīng)由所述出口閥從所述燃燒空間供給到所述廢氣線。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有包括催化轉(zhuǎn)化器和旁路線以及切換裝置的廢氣調(diào)節(jié)裝置，使得所述廢氣能借助所述切換裝置經(jīng)由所述催化轉(zhuǎn)化器或經(jīng)由所述旁路線從所述燃燒空間供給到所述廢氣線。
[0012]可能是首次由于根據(jù)本發(fā)明的廢氣調(diào)節(jié)裝置的構(gòu)造包括所述催化轉(zhuǎn)化器和所述旁路線，所述催化轉(zhuǎn)化器和所述旁路線與切換裝置相互作用，使得所述廢氣可以借助所述切換裝置從所述往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間經(jīng)由所述催化轉(zhuǎn)化器或經(jīng)由所述旁路線導(dǎo)出，用燃?xì)獠⒘磉x地用諸如柴油或重型油等另一種燃料來運(yùn)行往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)并且確保在燃?xì)膺\(yùn)行時(shí)所述廢氣中的甲烷含量可以顯著減少至預(yù)定義值，其中同時(shí)確保當(dāng)用另一種燃料運(yùn)行時(shí)，用于減少甲烷負(fù)荷的所述催化轉(zhuǎn)化器不受到損壞。
[0013]如已經(jīng)提到的，這對已知發(fā)動(dòng)機(jī)而言是不可能的。例如，WO 2010 147071 Al由此涉及具有均質(zhì)壓燃的純?nèi)細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)僅可以用純?nèi)細(xì)膺\(yùn)行，不具有用柴油或重型油的另選運(yùn)行，并且特別地也沒有使用任何引燃噴射。作為直接后果，在根據(jù)WO 2010147071 Al的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述催化劑被固定地安裝在所述廢氣系統(tǒng)中，即在這不具有負(fù)面影響的情況下，來自所述燃燒空間的廢氣始終經(jīng)由所述催化劑導(dǎo)出。然而，如果這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)例如用柴油或重型油來運(yùn)行，這將導(dǎo)致?lián)p壞或者甚至毀壞所述催化轉(zhuǎn)化器的后果，因?yàn)樵赪O 2010 147071 Al的發(fā)動(dòng)機(jī)中，在燃燒柴油或重型油時(shí)，所述催化劑無法防止有害廢氣。
[0014]這可能是首次由本發(fā)明提供一種具有切換裝置的廢氣調(diào)節(jié)裝置，憑借切換裝置，例如由于使用可控閥，在燃燒柴油或重型油時(shí)所產(chǎn)生的所述廢氣經(jīng)由所述旁路線繞過所述催化轉(zhuǎn)化器被導(dǎo)出所述燃燒空間。
[0015]在實(shí)踐中，根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括多個(gè)氣缸以及一廢氣歧管，使得所述廢氣可以從至少兩個(gè)氣缸供給到所述廢氣歧管，其中通常兩個(gè)以上的氣缸將來自所述燃燒空間的廢氣饋送給所述廢氣歧管。在非常特殊的情況下，例如當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)僅具有一個(gè)氣缸或者以不同方式相應(yīng)地構(gòu)造時(shí)，所述廢氣線本身可以形成所述廢氣歧管。
[0016]在實(shí)踐起來特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述廢氣調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在所述氣缸和所述廢氣歧管之間，使得來自所述燃燒空間的所述廢氣可以經(jīng)由所述廢氣調(diào)節(jié)裝置供給到所述廢氣歧管。即，所述催化轉(zhuǎn)化器特別有利地設(shè)置在所述廢氣系統(tǒng)的高壓區(qū)域中，即在所述廢氣渦輪增壓器之前，特別優(yōu)選地盡可能接近所述出口閥，即如所提到的介于所述氣缸和所述廢氣歧管之間。將所述催化轉(zhuǎn)化器安裝在所述高壓區(qū)域中特別