[发明专利]往复活塞式内燃发动机、废气调节装置和操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机，具体涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的具有废气调节装置(exhaustgasconditioning)的单流扫气式(uniflow-scavenged)大型二冲程柴油发动机、废气调节装置以及操作往复活塞式内燃发动机的方法。

背景技术

在实践中，长期以来需要所谓的“双燃料”发动机，即可以使用两种不同燃料运行的发动机。为此，一方面，应该经常燃烧例如采用天然气(例如所谓的“液化天然气”(LNG))形式的燃气，或者燃烧采用液化石油气和适于驱动内燃发动机的另一种燃气的形式的燃气；另一方面，诸如汽油、柴油、重质燃料油或另一种合适的液体燃料等另一种燃料可以在同一个发动机中进行燃烧。就此而言，发动机可以是二冲程发动机和四冲程发动机两者，并且就此而言它们可以是小型发动机、中型发动机或者也可以是大型发动机，特别是大型单流扫气式二冲程柴油发动机，诸如用作船只中的驱动单元，但也经常用于在发电厂产生电能。

在这方面，在催化转化器辅助下净化废气日益重要，这一般是特别的技术挑战，因为由燃烧不同燃料而产生的废气对同一个催化转化器可能具有不同的效果。例如，具体的催化剂由此可以针对一种燃料(例如针对燃气)进行优化，并且最好净化消耗的燃气燃料的废气，但同时针对可替代使用的燃料(例如针对柴油)或多或少是不可用的，或者可能甚至被柴油废气损坏或可以随着时间的推移而变得不可用。

例如，在实践中，大型二冲程双燃料发动机一方面可以常常通过重质燃料油或柴油来运行，而另一方面通过燃气(例如上述LNG)来运行，这可以导致不完全燃烧的高CH₄逃逸。如果相应的发动机现在用燃气来运行，即在燃气模式下，则燃烧所产生的废气可以特别是包括并非少量的甲烷和/或甲醛排放，这例如可以在燃烧过程中在气缸壁处因燃烧火焰的自然冷却(“淬熄”)而产生，或者可以在具有新鲜空气的气缸在出口阀未同时闭合的情况下发生扫气的阶段中得以释放，或者可以以不同的方式进行释放。如果废气中的甲烷浓度相应较高，则发动机的安全运行可能从而受到削弱。例如，废气系统中的甲烷，例如废气歧管中的甲烷或涡轮增压器之前甚至之中的区域中的甲烷存在着风险。在最坏的情况下，在废气系统中点燃甲烷可以导致暴露于甲烷燃气点火的有害影响的相应部件损坏。另外，甲烷是极其有效的温室气体，已知比二氧化碳更有效至少25倍，这对计算所谓的“能效设计指数”(EEDI)可能具有显著的负面影响。

因此，对纯燃气发动机而言早已公知使用氧化催化剂，这至少减少甲烷和/或甲醛排放，由此不仅节约环境，而且例如防止甲烷在废气系统中富集得太高，使得这些催化剂也防止甲烷在废气系统中点火，这样可以同样避免所提到的这些催化剂对废气系统部件的可能损坏。这样的纯燃气发动机例如在WO2010147071A1中加以阐述。其它现有技术可以例如在DE102010005814A1中找到。

然而，这样的氧化催化剂通常很敏感，并且可能被与为其提供的不同的废气严重损毁。例如，如果根据WO2010147071A1的纯燃气发动机的氧化催化剂通过已燃烧柴油的废气或者甚至通过燃烧重质燃料油所得的废气而起作用，则它将在很短的时间后就因这些废气的上述所有化学性质非常积极的成分而受到不可挽回的损坏，借此发动机的进一步安全可靠运行将至少是成问题的，并且在最坏的情况下甚至成为泡影。仅仅出于这个原因，诸如根据WO2010147071A1的纯AGN燃气发动机处的催化剂一般不适于双燃料运行，即，例如一方面用燃气来替代运行，另一方面用柴油或者甚至用重型油来运行。

然而，特别地但不仅关于船只中大型柴油发动机的操作，尤其在一方面是先前提到的使用燃气，另一方面是使用柴油或重型油，出于各种原因在实践中是期望的，使得日益需要这样的内燃发动机：可以取决于需求来运行，一方面可替代地通过燃气来运行，特别地通过LNG燃气来运行，而且用柴油来运行，经常用重型油来运行；另一方面同时必须避免特别由于乙烷或甲醛造成的上述有害影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种往复活塞式内燃发动机，一方面可以另选地通过燃气来运行，另一方面通过另一种燃料来运行，特别地通过诸如柴油或重型燃料等另一种液体燃料来运行，其中，用燃气运行时，甲烷和/或甲醛和/或根据现有技术已知的其它成分的有害影响通过使用氧化催化剂而排除。然而，另选地，用诸如柴油或重型油等另一种燃料运行在不会损坏或削弱氧化催化剂的情况下也必须是可行的。

满足这些目的的本发明的主题表征为各独立方面的特征。