[发明专利]一种内燃发动机和用于确定其具体排放量的方法

说明书

提供了一种内燃发动机，其以给定燃料运行并且在运行期间通过给定燃料与进入空气的燃烧产生排出气体。该发动机包括电子控制单元、被配置成检测排出气体中的第一排出气体成分的浓度的传感器、被配置成检测排出气体中的参考气体的浓度的传感器。该参考气体是氧气或二氧化碳。电子控制单元被配置成确定进入空气和排出气体之间的参考气体浓度之差，以及根据所检测的第一排出气体成分的浓度以及所确定的进入空气与排出气体之间的参考气体浓之差来确定第一排出气体成分的具体排放量。还提供了用于对内燃发动机的排出气体成分的具体排放量进行确定的方法。

技术领域

本公开内容涉及被运行为使给定的燃料与空气燃烧从而产生排出气体的内燃发动机，特别地，具有十字头的大型二冲程单流扫气式内燃发动机。

背景技术

具有十字头的大型二冲程涡轮升压单流扫气式内燃发动机例如被用于推进大型远洋船舶或作为发电厂的原动机。不仅由于庞大的尺寸，这些二冲程柴油发动机在结构上也不同于任何其他内燃发动机。

这些大型二冲程涡轮升压单流扫气式内燃发动机越来越多地服从于较严格的排放法规。满足这些排放法规的技术发展迅速，例如通过改变成较清洁的燃料、经改进的燃料注入系统以及通过增加排出气体处理系统包括例如选择性催化还原，仅提及几个。针对这些发动机的排放法规将排放水平限定为具体排放水平，即，排放水平被限制成在发动机轴处递送的每千瓦时的排出气体中产生的最大质量[g/kWh]。因此，这些排放限制也被称为制动具体限制。

在实践中，该限制以总配量循环排放限制(g/kWh)的形式实施。这样的限制例如是由国际海事组织(IMO)实行的。以这种方式被限制的排出气体的成分的示例是氮氧化物(NOx)。

测量在海运船舶上例如作为原动机运行的大型二冲程内燃发动机的排出气体中的NOx浓度，例如以百万分之几(PPM)为单位，是相对简单的。但是，当发动机不在试验台上时，将这种经测量的排出气体中的NOx浓度转换为以g/kWh为单位的具体值是令人畏惧的任务。因此，在实践中，大型二冲程内燃发动机在发动机被连接至水力制动器(water brake：水力闸式测功器、水力测功器)的情况下在试验台上被测试排放量。来自水力制动器的扭矩和速度读数提供关于在发动机轴上递送的动力的准确信息。这种信息对于被用作海运船舶中的原动机的发动机是不可用的。

因此，目前的大型二冲程发动机是在车间测试中获得认证的，该车间测试证明符合NOx法规一次。如果船/发动机可以证明关键的“NOx成分”或影响发动机调谐的NOx均未被修改，则船舶发动机就符合规定。该模型非常适配已被调谐一次且调谐保持准确的发动机。

IMO Tier III的NOx法规要求NOx还原技术，该NOx还原技术使得NOx排放量大幅低于可能的仅使用发动机调谐的排放量。尚待确定这些NOx还原系统是否仅在车间测试中证明一次符合性，还是基于连续测量的NOx排放量连续监测和/或闭环控制。

然而，不存在简单的官方方法来测量在运行中的具体NOx排放量。无法确定运行中的发动机是否满足具体排放量的法律要求是个问题，因为发动机制造商将希望优化发动机运行，并且特别是将希望优化排出气体处理系统，以确保遵守法律限制。然而，将法律限制限定为具体排放量，以及运行期间的测量仅将排放量作为排出气体中的浓度来提供是不可行的。

另一复杂的因素是排出气体处理系统，例如在所选择的催化还原过程中还原NOx，需要在容许一定剂量的还原剂(如尿素)进入排出气体。目前，这是以前馈方式进行的，这可能导致从容许的还原剂的最佳水平的显著偏差，由于例如还原剂泵的安装的不同位置以及不同管道以及导致的还原剂的不同的流。因此，如果可以在运行的发动机上监测所选择的催化还原过程的效率，将是一个优点。

JPH10131789公开了一种使用氧传感器和NOx传感器以用于控制空气-燃料比的Otto循环发动机。

发明内容

本发明的目的是提供克服上述问题或至少减少上述问题的系统。