[發明專利]帶有排氣再循環的大型渦輪增壓二沖程柴油發動機

有效

• 申請號: 201210021631.2
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN102619615A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 彼得·施約爾達格;塞爾克·斯托亞科維奇;金·詹森
• 申請（專利權）人: 曼恩柴油機渦輪公司;曼恩柴油機渦輪德國公司子公司
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B47/08;F02B75/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 沈同全;車文

技術領域

本發明涉及大型渦輪增壓二沖程十字頭式活塞內燃機，優選地涉及帶有排氣凈化系統的柴油發動機，特別是帶有排氣再循環系統的十字頭式大型二沖程柴油發動機。

背景技術

十字頭式的大型二沖程發動機典型地使用在大型船舶的推進系統內或作為發電站中的發動機。排放要求已經難于滿足且將會日益難于滿足，特別是關于氮的氧化物(NOx)水平方面的排放要求。

排氣再循環是已知為有助于在燃燒發動機中降低NOx的措施。

為滿足多種排放要求，例如International?Maritime?Organization(IMO)Tier?II和Tier?III排放標準，有利的是在十字頭式大型二沖程柴油機中可配置有排氣再循環系統運行，所述排氣再循環系統可開啟和關閉或其中的排氣再循環比率是可變的。

大型十字頭式二沖程發動機的渦輪增壓器需要與發動機匹配，以保證渦輪增壓器在任何發動機工況下不阻塞(choke)或喘振，且保證渦輪增壓器運行為使其提供所要求的掃氣壓力和效率。壓縮機特征確定了渦輪增壓器是否接近其最大效率運行，但帶有足夠的喘振裕量以保證壓縮機穩定性。喘振裕量是需要的，因為渦輪增壓器運行點可能在暫態期間，例如快速的發動機負荷降低，或在不正常的情況下接近壓縮機MAP圖中的喘振線。

然而，當大型二沖程柴油機中的排氣再循環比率從例如40％改變為0％時，在通向渦輪增壓器的入口處的排氣的質量流將增大約30％至40％。因此，如果渦輪增壓器與發動機在40％的排氣再循環比率下匹配，則當排氣再循環不工作時時將存在掃氣壓力的不匹配。目前使用的渦輪增壓器的帶有葉片的壓縮機是單態的，其并不具有為應對當運行從帶有排氣再循環的運行切換到不帶有排氣再循環的運行時發生的流量容量和掃氣壓力變化所需的全范圍。

因此，存在對于能夠以變化的排氣再循環比率運行而不危及渦輪增壓器與發動機的匹配的渦輪增壓二沖程柴油發動機的需求。

發明內容

在此背景下，本發明的任務是提供大型渦輪增壓二沖程柴油發動機，所述柴油發動機能夠以可變排氣再循環比率和/或帶有工作或不工作的排氣再循環系統運行。

此任務通過提供十字頭式大型渦輪增壓二沖程燃燒發動機實現，所述燃燒發動機包括：直列式布置的多個氣缸；帶有大容積的排氣接收器，所述排氣接收器用于均衡來自單獨的氣缸的排氣的壓力脈動以在排氣接收器的出口處提供大致恒定的壓力；將排氣接收器的出口連接到渦輪增壓器的渦輪機的排氣管；渦輪增壓器的由渦輪機驅動的壓縮機，所述壓縮機通過包括掃氣冷卻器的掃氣路徑將掃氣輸送到掃氣接收器；與掃氣路徑相關的輔助吹送器，所述輔助吹送器用于在低發動機負荷條件下輔助渦輪機；所述掃氣接收器連接到氣缸且具有大容積以降低由于到單獨的氣缸的入口流動導致的壓力脈動；排氣再循環流路，所述流路包括用于將排氣的一部分供給到掃氣內的吹送器或壓縮機；用于將在掃氣冷卻器前獲取的熱掃氣的一部分供給到渦輪增壓器的渦輪機的氣缸旁通流路，所述氣缸旁通流路包括可控閥以控制通過氣缸旁通流路的流動。

通過提供氣缸旁通流路從而允許在運行期間利用排氣再循環額外能量使來自渦輪增壓器的壓縮機的熱掃氣直接流向渦輪增壓器的渦輪機，所述額外能量否則將在空氣冷卻器內損失掉，并且質量流被提供到渦輪增壓器的渦輪機且僅提供到渦輪機，這導致渦輪增壓器的運行點向排氣再循環不工作時的運行點(即向更高的掃氣壓力)移動。這允許渦輪增壓器在帶有排氣再循環的運行模式和不帶有排氣再循環的運行模式兩者中都與發動機很好地匹配，且在兩個運行模式中均提供可接受的掃氣壓力。

為獲得希望的效果，關鍵的是氣缸旁通線路內的氣體流動的比能在其達到渦輪機前保持恒定或甚至增大。任何能量損失將降低或甚至完全消除希望的效果。

在實施例中，電控單元構造為隨著排氣再循環比率增大而增大所述閥的開度且反之亦然，使得渦輪增壓器在發動機用以運行的所有EGR比下與發動機匹配。

在實施例中，排氣再循環流路可工作或不工作。

優選地，當排氣再循環路徑工作時，氣缸旁通流路內的閥打開或部分打開。

在實施例中，當排氣再循環路徑工作時，氣缸旁通流路內的閥打開或部分打開。

在另一個實施例中，十字頭式大型渦輪增壓二沖程燃燒發動機包括電控單元，所述電控單元構造為通過控制排氣再循環流路內的吹送器來控制排氣再循環比率，使得可改變排氣再循環比率，且其中所述電控單元構造為與排氣再循環比率、發動機負荷和燃燒室部件上的可接受的熱負荷相關地控制閥的開度。可接受的氣缸旁通閥的開度將是三個因素之間的折衷。