[发明专利]具有废气再循环系统的大型慢速涡轮增压二冲程内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及具有十字头的大型慢速单流式涡轮增压二冲程内燃发动机，其设有用于排放与废气再循环或燃烧气体再循环的系统。

背景技术

具有十字头的大型慢速二冲程内燃机通常地用于大型船舶的推进系统中或者用作发电厂中的原动机。这些发动机具有布置在活塞与曲轴之间的十字头。

排放要求已经并且将会越来越难以满足，尤其是关于单氮氧化物等级。

废气再循环是已知用于协助小型快速柴油发动机减小NOx排放的措施。然而，到现在为止存在非常少量的利用废气再循环的商业上运营的大型二冲程柴油发动机。原因是难以在大型二冲程柴油机中执行废气再循环。

一种已知的方法是布线将废气从涡轮机的低压侧通过EGR冷却器发送到发动机压缩机的入口。不幸的是，此方法要求每次气体膨胀与压缩时全部排放物都膨胀与再压缩，由此造成效率损失。此外，EGR布线通过中冷器/后冷器，其被设计为冷却干净空气，与在此情形中其被要求冷却的充满颗粒的空气相反。因此，颗粒将会弄脏冷却器，造成它们的效力损失。

另一个已知的EGR方式是将废气从排放接收器泵送到新鲜空气中冷器的下游的入口接收器中。尽管减缓了中冷器的污染，但是此方法要求额外的鼓风机以使再循环的废气泵送到入口侧。

再一种方式是将内部EGR保持在发动机的全部气缸中。尽管这是相对简单的方法，但是此方法遭受的不足在于EGR未被冷却，并且由此不那么有效。

已经证实在大型二冲程柴油发动机中执行废气再循环的如此具有挑战性的一个原因是被要求用于将再循环的废气从废气接收器传送到扫气气流中的功率值。在大型二冲程柴油机中，扫气压力通常地高达大约0.3巴，高于大型二冲程柴油发动机的废气接收器中的压力。因此，需要鼓风机或其它装置以用于迫使再循环的废气从废气接收器到扫气系统中。在大口径12或14气缸二冲程柴油发动机中，诸如MANB&W12K98MC-C发动机，要求驱动此鼓风机的功率可能接近0.5MW。这是在废气系统上使用的大量的能量，并且用于驱动具有这种大功率要求的鼓风机的驱动电机是极其昂贵的。此外，用于克服此压差的任何鼓风机或装置都放置在燃烧处理的“脏污”侧上并且这对鼓风机材料提出了重要要求。

因此，用于在用于大型二冲程燃烧发动机的废气再循环系统中的例如鼓风机与驱动电机的机械装置的第一成本总计相当大，这是由于这些部件的尺寸。

此外，将废气从废气管道吹动到增压空气管道的过程利用大量能量。

发明内容

在此背景上，本申请的目的是提供一种具有废气再循环系统的大型慢速涡轮增压二冲程内燃机，其克服或者至少减少了上面指出的问题。

通过提供具有十字头的单流式大型慢速涡轮增压二冲程内燃直列发动机实现了此目的，此发动机包括：

单列气缸，每个气缸都在气缸的下端处或气缸的下端附近设有扫气端口并且在气缸的顶部处设有单个排气阀；具有驱动压缩机的涡轮机的涡轮增压器；沿着该列气缸延伸的细长扫气接收器，扫气接收器经由扫气端口连接到气缸；细长废气接收器，其沿着该列气缸延伸，废气接收器经由排气阀连接到气缸，扫气接收器被纵向地分成至少两个扫气接收器部分，第一扫气接收器部分连接到一个或多个主气缸并且第二扫气接收器部分连接到一个或多个副气缸。第一扫气接收器部分设有入口并且第二扫气接收器部分设有入口。第二扫气接收器部分选择性地可连接到第一扫气接收器部分，废气接收器被纵向地分成至少两个废气接收器部分，第一废气接收器部分经由一个或多个排放管道连接到一个或多个主气缸并且第二排放气体接收器部分经由一个或多个排放管道连接到一个或多个副气缸。第一废气接收器部分设有出口并且第二废气接收器部分设有出口，第二废气接收器部分选择性地可连接到第一废气接收器部分。

通过提供分开的废气接收器，分开的扫气接收器具有与副气缸相关的专用部分以及具有与主气缸相关的其它专用部分，并且通过将废气从副气缸引导到主气缸的入口，建立了无需用于增强再循环废气的压力的鼓风机或其它装置的废气再循环。

产生用于主气缸的废气的副气缸可以以不同的燃料/不同处理运行，这减小了NO_X还原需要的数量，例如这些副气缸可以利用馏分油或乙醇运行，同时主气缸利用重燃料油上运行。

尤其对于利用气体作为燃料来运行的发动机来说，此解决方法看起来是有利的。

在实施方式中，第一废气接收器部分与第二废气接收器部分通过细长废气接收器中的横向壁分离。

在另一个实施方式中，第一废气接收器部分具有中空内部空间并且其中在第二废气接收器部分具有中空内部空间。