[发明专利]带有排气再循环的大型涡轮增压二冲程柴油发动机

说明书

技术领域

本发明涉及大型涡轮增压二冲程十字头式活塞内燃机，优选地涉及带有排气净化系统的柴油发动机，特别是带有排气再循环系统的十字头式大型二冲程柴油发动机。

背景技术

十字头式的大型二冲程发动机典型地使用在大型船舶的推进系统内或作为发电站中的发动机。排放要求已经难于满足且将会日益难于满足，特别是关于氮的氧化物(NOx)水平方面的排放要求。

排气再循环是已知为有助于在燃烧发动机中降低NOx的措施。

为满足多种排放要求，例如International Maritime Organization(IMO)Tier II和Tier III排放标准，有利的是在十字头式大型二冲程柴油机中可配置有排气再循环系统运行，所述排气再循环系统可开启和关闭或其中的排气再循环比率是可变的。

大型十字头式二冲程发动机的涡轮增压器需要与发动机匹配，以保证涡轮增压器在任何发动机工况下不阻塞(choke)或喘振，且保证涡轮增压器运行为使其提供所要求的扫气压力和效率。压缩机特征确定了涡轮增压器是否接近其最大效率运行，但带有足够的喘振裕量以保证压缩机稳定性。喘振裕量是需要的，因为涡轮增压器运行点可能在暂态期间，例如快速的发动机负荷降低，或在不正常的情况下接近压缩机MAP图中的喘振线。

然而，当大型二冲程柴油机中的排气再循环比率从例如40％改变为0％时，在通向涡轮增压器的入口处的排气的质量流将增大约30％至40％。因此，如果涡轮增压器与发动机在40％的排气再循环比率下匹配，则当排气再循环不工作时时将存在扫气压力的不匹配。目前使用的涡轮增压器的带有叶片的压缩机是单态的，其并不具有为应对当运行从带有排气再循环的运行切换到不带有排气再循环的运行时发生的流量容量和扫气压力变化所需的全范围。

因此，存在对于能够以变化的排气再循环比率运行而不危及涡轮增压器与发动机的匹配的涡轮增压二冲程柴油发动机的需求。

发明内容

在此背景下，本发明的任务是提供大型涡轮增压二冲程柴油发动机，所述柴油发动机能够以可变排气再循环比率和/或带有工作或不工作的排气再循环系统运行。

此任务通过提供十字头式大型涡轮增压二冲程燃烧发动机实现，所述燃烧发动机包括：直列式布置的多个气缸；带有大容积的排气接收器，所述排气接收器用于均衡来自单独的气缸的排气的压力脉动以在排气接收器的出口处提供大致恒定的压力；将排气接收器的出口连接到涡轮增压器的涡轮机的排气管；涡轮增压器的由涡轮机驱动的压缩机，所述压缩机通过包括扫气冷却器的扫气路径将扫气输送到扫气接收器；与扫气路径相关的辅助吹送器，所述辅助吹送器用于在低发动机负荷条件下辅助涡轮机；所述扫气接收器连接到气缸且具有大容积以降低由于到单独的气缸的入口流动导致的压力脉动；排气再循环流路，所述流路包括用于将排气的一部分供给到扫气内的吹送器或压缩机；用于将在扫气冷却器前获取的热扫气的一部分供给到涡轮增压器的涡轮机的气缸旁通流路，所述气缸旁通流路包括可控阀以控制通过气缸旁通流路的流动。

通过提供气缸旁通流路从而允许在运行期间利用排气再循环额外能量使来自涡轮增压器的压缩机的热扫气直接流向涡轮增压器的涡轮机，所述额外能量否则将在空气冷却器内损失掉，并且质量流被提供到涡轮增压器的涡轮机且仅提供到涡轮机，这导致涡轮增压器的运行点向排气再循环不工作时的运行点(即向更高的扫气压力)移动。这允许涡轮增压器在带有排气再循环的运行模式和不带有排气再循环的运行模式两者中都与发动机很好地匹配，且在两个运行模式中均提供可接受的扫气压力。

为获得希望的效果，关键的是气缸旁通线路内的气体流动的比能在其达到涡轮机前保持恒定或甚至增大。任何能量损失将降低或甚至完全消除希望的效果。

在实施例中，电控单元构造为随着排气再循环比率增大而增大所述阀的开度且反之亦然，使得涡轮增压器在发动机用以运行的所有EGR比下与发动机匹配。

在实施例中，排气再循环流路可工作或不工作。

优选地，当排气再循环路径工作时，气缸旁通流路内的阀打开或部分打开。

在实施例中，当排气再循环路径工作时，气缸旁通流路内的阀打开或部分打开。

在另一个实施例中，十字头式大型涡轮增压二冲程燃烧发动机包括电控单元，所述电控单元构造为通过控制排气再循环流路内的吹送器来控制排气再循环比率，使得可改变排气再循环比率，且其中所述电控单元构造为与排气再循环比率、发动机负荷和燃烧室部件上的可接受的热负荷相关地控制阀的开度。可接受的气缸旁通阀的开度将是三个因素之间的折衷。