[发明专利]柴油发动机和用于提高柴油发动机功率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油发动机以及一种用于提高柴油发动机功率的方法。本发明特别是涉及大型柴油发动机，如例如用于驱动船舶或用于在发电厂中发电的柴油发动机，并且尤其适用于两冲程大型柴油发动机。

背景技术

在这种柴油发动机中，为了以扫气气体对（一个或数个）燃烧室增压而设置有由一个或多个涡轮增压器构成的涡轮增压器级，该涡轮增压器级利用来自（一个或数个）燃烧室的、通常在废气收集器中收集的废气作为能量源。在此，利用来自（一个或数个）燃烧室或废气收集器的废气与废气被排放到的周围环境之间的压差。扫气气体可以是新鲜空气或是例如由新鲜空气和被回引的废气构成的气体混合物。

在此，在涡轮增压器的高压侧上在进气部段中通常设置有大多电动式驱动的辅助鼓风机，该辅助鼓风机用作起动辅助机构和用于在低转速范围和低负荷范围内补偿涡轮迟滞。于是，英国专利申请GB2410060A公开了一种针对轿车设计的涡轮增压式二冲程小型柴油机，该二冲程小型柴油机具有这样的用作起动辅助机构和用于补偿涡轮迟滞的辅助鼓风机。在该英国专利申请中得知，当新鲜空气要完全流入燃烧室中时，在二冲程发动机中涡轮迟滞问题表现极为突出，这是因为进气压力即使在发动机起动时和在低负荷范围内在低转速时也必须在废气压力之上。

由此，在这种柴油发动机中在涡轮增压器的废气低压侧（即废气所流经的排气管路的在涡轮增压器中沿流动方向布置在下游的区域）上设置有废气后处理系统。这样的二冲程大型柴油发动机例如可从国际专利申请WO2008/135059A1中获知。废气后处理系统在此具有SCR反应器（SCR：SelektiveKatalytischeReduktion（选择性催化还原）），其用于将排放到周围环境的废气中的NOx还原。SCR反应器需要高废气温度，高废气温度通过在涡轮增压器涡轮上游的排气高压侧上的废气加热器来产生。为了补偿由废气加热引起的以及因此最后由废气后处理引起的损耗，在那里与涡轮增压器涡轮并行地在排气部段中布置有附加的涡轮。辅助鼓风机在发动机起动期间和在低负荷范围内被接通，以便在增压时辅助在该运行范围内不起作用的或以低废气压力驱动的涡轮增压器。

在汽车领域中也已知带有辅助鼓风机和废气后处理系统的涡轮增压式小型柴油发动机，参见英国专利申请GB2480240A。在该英国专利申请中，在低负荷范围内负荷升高时，辅助鼓风机被接通不仅用来补偿涡轮迟滞本身，而且也用来在该运行情况下维持在该英国专利申请中所示的发动机中设置的废气回引和随之出现的NOx还原。在该英国专利申请中可选地设置的废气后处理系统可以具有催化器和颗粒滤清器。

在涡轮增压式发动机中不是仅将辅助鼓风机在低负荷范围内用作压气机并且在发动机进一步加速时关断该辅助鼓风机，而是相反将辅助鼓风机甚至在高负荷范围或全负荷范围内用作用于降低进气压力的减压器，这种深入启发可从德国专利申请DE1903261A1、DE4128642C2和DE102004001371A1中获知。在DE1903261A1中，附加压气机通过传动机构由发动机的曲轴驱动，并且还设置有用于在发动机冷却液与进气之间传递热的换热器，根据该DE1903261A1，除了常见的冷起动辅助功能之外还要履行在发动机的全负荷范围内的其他功能，即通过所输送的新鲜空气膨胀实现涡轮增压器-压气机的冷却并且由此允许使用具有高压缩比的涡轮增压器。类似地，在根据DE4128642C2的发动机中，在涡轮增压器-压气机的上游设置有通过传动机构由发动机的曲轴驱动的附加压气机和可旁路的用于在废气与进气之间传递热的换热器，其中传动机构的传动比选择为随着燃烧室壁的温度升高（即随着发动机负荷增大）而降低，以便在高发动机负荷时降低用于附加压气机的但不（再）必需的功率。根据DE102004001371A1，附加压气机在起动阶段被接通用以克服涡轮迟滞、在正常运行时通过设置在进气管路中的旁路管路被旁路并且在发动机的全负荷范围内作为膨胀器来工作，以便在吸气范围内将压力降低到使得完全可以实现来自在此汇集的废气再循环管路的废气的再循环，并且附加地借助连接到辅助鼓风机上的发动机-发电机来获得电。

一般而言，废气后处理系统包含用于后处理废气的单元，废气被引导通过所述单元。在此形成背压，该背压降低了能供涡轮增压器或涡轮增压器级使用的压力。