[发明专利]湿空气柴油发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种安装有扫气空气增湿器的重质燃料操作的大型柴油发动机，诸如远洋船的主发动机。

背景技术

对环境问题的普遍意识正在迅速地增强。在IMO(国际海事组织)内部，不断存在对海上空气污染形式的排放限制的讨论。世界不同地区的管理机构正在采取类似的措施。一种实例是所提出的当前正在讨论的EPA(美国-环境保护局)规则。

排气中的NO_X可通过直接和/或间接减少方法减少。直接方法是直接影响发动机燃烧过程的方法。实际减少的程度取决于发动机类型和减少方法，但是一般从10％至大于50％变化。

间接方法是一种在不改变发动机性能的情况下通过其燃料优化设定减少排放水平的方法，并且其利用的设备并不形成发动机本身的一部分。迄今为止，最成功的间接方法是去除NO_X的SCR(选择性催化还原)方法。所述方法通过在排气进入催化转化器(catalytic converter)之前向所述排气添加氨或尿素可以减少超过95％的NO_X水平。间接方法可以结合本发明一起使用，本发明涉及一种减少排放水平的直接方法。

其中一种已知的直接方法是对扫气空气进行增湿。所产生的高的绝对含水量降低了最大燃烧温度并使排气中的NO_X水平降低。使用扫气空气增湿的缺点是：当使用适合的全负载匹配的涡轮增压机(turbocharger)时，部分负载时的扫气空气压力太低。较低的扫气空气压力会导致较低的压缩率，从而导致部分负载时燃料效率变劣。另外，高的含水量会在排气流中产生过多的能量，并且如果要获得可接受的排气温度水平，所述过多的能量能够/必须绕过涡轮增压机的涡轮。典型地，所述过多的能量经由废气门(waste gate)(旁路)清除，并且如果所述过多的能量不能在动力涡轮或类似设备中回收，则湿空气马达的能量效率相对于非湿空气马达甚至将进一步降低。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种具有扫气空气增湿器的重质燃料操作的大型柴油发动机，所述发动机能够克服或至少减小以上指出的缺点。特别是，本发明的目的是提供一种重质燃料操作的大型柴油发动机，其能够在对燃料消耗率产生最小影响的情况下提供低的NO_X排放水平。

所述目的通过提供一种重质燃料操作的大型柴油发动机实现，所述发动机包括：涡轮增压机，其具有排气驱动的可变面积涡轮和由所述可变面积涡轮驱动的用于将扫气空气供应至所述发动机气缸的压缩机；位于所述压缩机下游的扫气空气增湿单元；排气导管，其将所述排气从所述气缸导向所述可变面积涡轮；以及位于所述排气导管中的可控制的废气门。

通过在大型双冲程柴油发动机中结合增湿单元、受控的废气门和可变面积涡轮的涡轮增压机，可以获得基本降低的NO_X排放水平而不会对燃油消耗率产生负面影响。

所述发动机可以包括控制器，所述控制器联结至所述可控制的废气门和所述可变面积涡轮，并且所述控制器可以构造为对所述可变面积涡轮的面积和所述废气门的开启进行控制。

所述控制器可以构造为对所述可变面积涡轮和所述可控制的废气门进行控制以使预定的扫气空气压力遵循发动机负载曲线。

所述控制器可以作为直接措施来控制所述可变面积涡轮的面积以遵循所述预定的曲线，并且所述控制器可以构造为仅在所述直接措施不能充分遵循所述预定曲线时打开作为间接措施的所述废气门。

所述控制器可以构造为对所述可变面积涡轮和所述可控制废气门进行控制以最小化所述发动机的燃料消耗率同时使NO_X排放或其加权平均值保持低于给定阈值。

所述控制器可以联结至所述增湿单元，并且所述控制器可以构造为控制所述扫气空气的绝对含水量以使NO_X排放低于给定阈值。

所述可控制的废气门可以连接至诸如动力涡轮之类的动力消耗器。

本发明的另一目的是提供一种用于降低涡轮增压的重质燃料操作的湿空气大型柴油发动机的燃油消耗率的方法。所述目的通过以下步骤实现：通过减小较低或中等发动机负载条件下的涡轮面积，增大部分负载时所述扫气空气的压力，以及仅在中等至较高发动机负载条件下使一部分排气绕过所述涡轮增压机的涡轮。

根据本发明的大型双冲程柴油发动机的其它目的、特征、优点和性质通过以下详细的描述将更加清楚。

附图说明

在本说明书的以下详细部分中，将参考附图示出的示例性实施方式更加详细地说明本发明，在附图中：