[发明专利]减少两冲程大功率柴油机废气中一氧化二氮的方法及装置

说明书

本发明涉及减少两冲程大功率柴油机废气中一氧化二氮含量的方法，该柴油机包含至少一个汽缸，汽缸装有由透平机和压缩机组成的增压器组件，其中在增压器组件的压缩冲程期间汽缸充入新鲜空气，在压缩冲程接近结束时将燃料注入其中。本发明也涉及为实现此方法的两冲程大功率柴油机。

一般情况下在柴油机运行中产生大量的一氧化二氮。由于在环保方面的越来越严格的管理，因此有必要急剧减少两冲程大功率柴油机所散发出的一氧化二氮。为做到这一点一个可能的方法是采用所谓选择性催化剂减少方法(SCR法)，其中用氨或载有氮气和水的氨来催化减少一氧化二氮。我们知道从PCT申请WO 83/00057中有一个柴油机中SCR法的应用，催化剂以床的形式排列装在废气管上的反应器中。在这种情况下因为反应器内的催化剂床直径大于废气管，因此所要求的空间相当大。故特别是在所述柴油机用作大船号的推进器时，将产生有关反应器安置所带来的空间问题。

减少一氧化二氮发散的另一可能的方法是采用所谓的初级措施，这种措施使汽缸的燃烧室中的一氧化二氮的产生得到减少。在这种情况下废气在汽缸外被加到进入汽缸中的新鲜空气(也称纯化气)中，以降低燃烧室内氧的浓度，因为燃烧过程中所产生的一氧化二氮的数量本身取决于氧的浓度。还有一个影响一氧化二氮形成的因素是燃烧室内的温度。上述将废气加到新鲜空气的方法可以在增压器组件的压缩机的低压的一边也可以在高压的一边。在谈及的第一种情况下，加到新鲜空气中的废气既通过压缩机又通过装在其后的进料冷却器，这可导致压缩机内和进料冷却器内大量的污染问题。废气加到压缩机高压一边时，离开汽缸废气的压力低于流入汽缸的新鲜空气的压力，这是个缺陷。因此被导入到新鲜空气中的废气必须提高到一个较高压力水平，故须提供一台泵，即罗茨鼓风机泵。进料冷却器的污染无法避免。上述缺陷导致在实际操作中废气加到新鲜空气中，也被称为废气再循环，对于两冲程大功率柴油机是不成功的。

本发明的目的是要改进上述方法，从一开始即减少一氧化二氮的含量，使压缩机和进料冷却器不再受到污染而且可不装增压泵。

根据本发明，这个目的可以由下列方法来达到：使在汽缸内燃烧操作期间产生的废气中滞留至少5％(重量)，至多40％(重量)，优选至多20％(重量)的废气在汽缸中，这部分滞留的废气与下一个压缩冲程期间流入的新鲜空气形成混合气体。

因此用这个方法，燃烧操作中产生的所有废气并非在汽缸中得到清除—而这正是一般柴油机所采用的方法—而是相当多的废气留在汽缸中，即允许减少清除废气。将留在汽缸中的废气与下一个压缩冲程的新鲜空气相混合，则大大减少了燃烧室内的氧气浓度，这就有效地减少了一氧化二氮的生成。使用新的方法可同时减少设备费用和运行费用，无需增压泵，而且压缩机和进料冷却器不再受到污染。

部分量的废气的滞留导致了压缩机出口和汽缸进口之间相应部分量的新鲜空气被除去，因而比以往较少量的新鲜空气进入汽缸中，在压缩冲程时则比以往少量换废气。另一个可能性为从汽缸中出来的部分量废气被传送到增压器组件的透平机，使得相应较少量新鲜空气从压缩机被传送至汽缸中。然后这些被传送到透平机的废气可以在一个称为有效透平机中释放出来。

尤其是对汽缸中保留的大量废气，根据本发明的方法在压缩冲程期间的温度将远远高于在有着一般清除装量的柴油机的温度。较高温度将对柴油机的性能产生不利的影响。本发明的一个改进方法可以防止这种现象发生：至少在压缩冲程的一部分将水注入汽缸中的新鲜空气和废气的混合物中。根据本发明方法的另一个实施例，水还可以在燃烧操作时注入，结果由于燃烧时温度的降低使得一氧化二氮的生成大大减少。

下面将进一步详述本发明的一个实施例，参照图进行描述，利用图解来阐明实现根据本发明方法的两冲程大功率柴油机。

压缩机2的抽气管与废气透平机8一起组成了增压器组件，从大气中抽取新鲜空气，示于1，压缩机2出口处的的压力管11经进料冷却器进入一进气贮存器4，它经分配圈12与两冲程大功率柴油机的汽缸5相连接。进气贮存器还与其它柴油机相连(图上未示出)。通过一些排气口13新鲜空气从包围每个汽缸的分配圈进入汽缸5，排气口在汽缸5的下部周边，在排气口13的下面有一活塞14，它表示在其较低冲程死点的位置并经活塞杆15与十字头连接(图上未示出)。和曲柄轴连接的连接杆在十字头处以已知的方式链接。