專利名稱：大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機，例如船只上的主發(fā)動機，包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動渦輪的渦輪增壓器和一個由渦輪來驅(qū)動并向發(fā)動機汽缸供應(yīng)充入空氣的壓縮機。發(fā)動機還包括一個冷卻單元，通過水的注入來冷卻所充入的氣體。
世界專利WO-9 429 587公開了一種大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其中，廢氣從渦輪的高壓側(cè)向發(fā)動機的充氣系統(tǒng)再循環(huán)。發(fā)動機在使用重油作燃料時，它產(chǎn)生大量的燃燒物，這些燃燒物對于與廢氣接觸的發(fā)動機元件來說是有害的。重污染的廢氣不能簡單地進行再循環(huán)，因為敏感的發(fā)動機部分會發(fā)生損壞。因此再循環(huán)的廢氣的至少一部分大體上被加濕到相對濕度為100％。這減少了有害燃燒物的量，并且減少了由燃燒物產(chǎn)生的NOx的量。在這篇文檔中使用空氣加濕單元的目的是使大型增壓柴油發(fā)動機中的廢氣以這樣一種方式來再循環(huán)，發(fā)動機對于發(fā)動機元件保持高效和長壽命。
這些典型的現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機在充入空氣降到大約37℃和絕對濕度在每kg空氣中水的質(zhì)量為4到12g的環(huán)境下運轉(zhuǎn)。
在本領(lǐng)域中，一般說來，渦輪發(fā)動機在低溫充入空氣的環(huán)境下運轉(zhuǎn)是有利的，因為這會有一個高的燃燒效率和對發(fā)動機產(chǎn)生較低的熱負載。
在現(xiàn)有技術(shù)中使用加濕單元的一般目的是從雜質(zhì)中清潔氣體。
發(fā)動機可以在充入空氣的溫度和絕對濕度相對于傳統(tǒng)的發(fā)動機增加的情況下運轉(zhuǎn)。因此充入空氣的整體的能量容量比傳統(tǒng)發(fā)動機要高一些。充入空氣的溫度和絕對濕度增加是因為來自壓縮機的空氣沒有被冷卻，也就是說，溫度低到一定的程度，但沒有能量從充入空氣中損失掉。相反充入空氣中的能量被貯存起來，或者能量通過將控制溫度的水注入到充入空氣中而被加到充入空氣中。優(yōu)選的是，注入的水的溫度高于周圍環(huán)境。
廢氣的質(zhì)量流量比是大致受由充入空氣的絕對濕度的增加的影響的，因此，廢氣氣流的能量容量與傳統(tǒng)的流動情況相比是增加的。附加的能量可以用作別的用途而不是用來驅(qū)動渦輪。廢氣的一部分因此被分流出來，并用來驅(qū)動一個輔助渦輪，同時主渦輪仍接收充足的能量。發(fā)動機整體的能量輸出因此增加，同時發(fā)動機卻使用大致相同數(shù)量的燃料。這一點是可能的，因為發(fā)動機的廢棄的能量，即，具有低的放射本能的能量被加到注入到充入空氣的水中，這些廢棄的能量因此轉(zhuǎn)化成具有高的放射本能的能量，它可以從廢氣流中分流出來。
用來加熱將要注入的水的能量可以從低質(zhì)量的能源中得到，例如，具有相對低的放射本能的能源。具有低的放射本能的能源一般可以從一個發(fā)動機周圍以廢氣，(護套)冷卻液等形式得到。
用來加熱將要注入的水的能量實際上被加入到氣流中(以充入空氣的增加的溫度和濕度的形式下)，并能可以作為具有高的放射本能的能量回收。通過分流渦輪上游的廢氣流的一部分來進行能量回收，即以具有高的放射本能的能量的形式回收。由于廢氣流中的整體能量容量的增加，可以在不降低渦輪的通?？捎玫哪芰康牧縼韺崿F(xiàn)。
因此，不用冷卻，同時加濕充入的氣體的和向充入空氣中添加“廢棄”能量，在廢氣氣流中的作為結(jié)果額外的能量的容量可以被分流，因此發(fā)動機的整體的能量效率增加。被認為是廢棄的，具有低放射本能的能量可以通過從廢氣氣流中分流更多的能量來作為具有高放射本能的能量回收。因此，發(fā)動機的整體的能量效率增加。
在本發(fā)明中使用一個加濕單元的主要目的是，與現(xiàn)有技術(shù)相反，設(shè)計有一個冷卻器，它將能量添加到充入空氣中，沒有現(xiàn)有技術(shù)中的從充入空氣帶走能量的冷卻器。使用的冷卻器將充入空氣的溫度控制在一個相對高的水平，使它含有大量的水蒸氣，即，來得到具有高能量容量的充入空氣。
本發(fā)明因此克服了一個偏見，即，一般認為，為了減少加在發(fā)動機上的熱負載，渦輪增壓器發(fā)動機在低溫的充入空氣下運轉(zhuǎn)是可取的，因為冷的充入空氣有稍稍提高發(fā)動機的燃燒過程的效率的優(yōu)點。還有，在充入空氣的高絕對濕度下，因為NOx的水平，廢氣的質(zhì)量增加。
在廢氣流中的額外得到的能量被送到一個能量消耗體。這個能量消耗體可以是與如渦輪相連的一個發(fā)電機，一個供給發(fā)動機水壓系統(tǒng)的水壓泵，或一個廢氣再循環(huán)送風(fēng)機，從能量消耗體中分流出的廢氣量可根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來調(diào)節(jié)，如由變化的流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。
加濕單元優(yōu)選的是一個帶有多個噴霧器段的一個沖刷器?？諝庵械乃膲毫F化使空氣中的大量的水可能噴射，因此，空氣可以被有效地加濕成飽合狀態(tài)。在一段很短的氣流長度上，沖刷器可以將大量的水霧化到充入空氣中，這一點對于得到大致100％的相對濕度的所需的充足的濕度是很重要的。在濕度-飽合狀態(tài)空氣中的水的量隨著溫度的升高呈指數(shù)增加?？梢缘玫降目諝獾慕^對濕度主要依賴于充入空氣的溫度，為了使絕對濕度最大，在充入空體通過加濕單元時沒有能量被帶走。因此得到離開加濕單元的高溫的和高的絕對水含量的充入空氣。離開加濕單元的充入空氣的溫度因此可以測量，并且這個溫度和可能將要被霧化的水的量相應(yīng)地可以調(diào)節(jié)。因此，離開加濕單元的充入空氣的溫度和接下來的同樣的空氣的絕對濕度可以加以控制。
一個或多個上游段的狀態(tài)可以供給相對混濁的水，如海水和一個或多個下游的狀態(tài)可以的相對清的水。
在加濕單元的出口處的充入空氣的絕對濕度可以控制在10到120g/kg之間。在加濕單元的出口處的充入空氣的溫度可以控制在37℃到85℃之間。
發(fā)動機可以是四沖程的或是雙沖程的。
必須使用大量的水來對充入的氣體進行加濕。發(fā)動機水的消耗量是燃料的消耗量的四倍。在輸出功率為25,000kw的大中型柴油發(fā)動機中，每小時消耗的水的量是12-17噸。在船只的甲板上，或是海濱或是近河的發(fā)電站中，提供這樣數(shù)量的水是沒問題的。
發(fā)動機也可以帶有一個廢氣再循環(huán)導(dǎo)管，優(yōu)選的包括一個第二加濕單元。第二加濕單元可以是一個水槽，通過它廢氣變成氣泡。通過廢氣再循環(huán)，還可以增加發(fā)動機的效率。再循環(huán)的廢氣可以在一個單獨的加濕單元中被加濕。
本發(fā)明的另一個目標是，提供一種控制大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的方法。這個目標通過權(quán)利要求12所述的方法來實現(xiàn)的，控制大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的方法，包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動渦輪的渦輪增壓器和一個由所述的渦輪驅(qū)動的壓縮機，并且向發(fā)動機汽缸供應(yīng)充入空氣，通過使用一個加濕單元來用水加濕充入空氣，包括以下步驟將水加入到充入空氣中，在所述的加濕單元中，和控制離開所述的加濕單元的充入空氣的絕對濕度。
發(fā)動機可以是四沖程的或是雙沖程的。
發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進一步可以通過以下步驟來控制分流渦輪上游的廢氣流的一部分，因此包含在被分流的廢氣中的能量優(yōu)選的是通過一個能量消耗體來開發(fā)利用，如一個輔助的渦輪。
發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)因此可以通過在一個大的范圍點內(nèi)得以控制。運轉(zhuǎn)狀態(tài)的選擇依賴于周圍溫度和濕度，發(fā)動機的熱載荷，所需的廢氣的質(zhì)量等等。充入的氣體的溫度和濕度可以是變化的，可以是介于傳統(tǒng)的低溫低濕度的運轉(zhuǎn)狀態(tài)與最高溫度和高絕對濕度運轉(zhuǎn)狀態(tài)之間的任何值。在低溫和低絕對濕度下，如可以得到發(fā)動機的低的熱載荷。在高溫和高的絕對濕度下，可以得到較高的整體效率，這是因為用來冷卻的浪費能量減少和“廢棄”的具有低的放射本能能源被回收為具有高的放射本能的能量。
離開加濕單元的空氣的絕對濕度可以通過調(diào)節(jié)添加到充入空氣中的水的溫度和/或通過調(diào)節(jié)所述的壓縮機的上游的空氣的溫度來進行控制。
包含在廢氣分流出的部分的能量可以達到廢氣流所包含的總能量的15％。
本發(fā)明的另一個目標是提供一種大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，它帶有一個新穎裝置，所述的新穎裝置加濕充入空氣和/或再循環(huán)氣體。這個目標通過權(quán)利要求20所描述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機來實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機，包括帶有一個由廢氣驅(qū)動渦輪的渦輪增加器和一個由渦輪驅(qū)動的壓縮機來向發(fā)動機汽缸供應(yīng)充入空氣，所述的發(fā)動機優(yōu)選地包括一個廢氣再循環(huán)回路，用水來加濕充入空氣的一個加濕單元和/或加濕循環(huán)氣體的一個加濕單元，因此，所述的加濕單元包括至少一個水槽，要加濕的氣體通過這個水槽。通過使要加濕的氣體通過這個水槽，氣體被加濕，并且水槽用作一個有效的噪音屏障。這種發(fā)動機產(chǎn)生的噪音的大部分來自壓縮機。通過在充入空氣輸送管中以水槽的形式放置一個噪音屏障，由充入空氣向發(fā)動機的其它部分傳送的噪音就受到阻礙。
將要加濕的氣體可以傳送到低于一個空間的一個點，所述的空間通過一個向下的直接傳輸管至少部分地充有水。
所述的空間部分的充有水，可以通過一個流體限制裝置在一個向下的方向上進行界定，優(yōu)選是同時在一個向上的方向上進行界定，所述的流體限制裝置在氣流通過時產(chǎn)生一個壓力液滴，所述的流體限制裝置是一個柵板的或是一個打孔金屬板。
流體限制裝置可以包括多個孔，為了形成大量氣泡，要加濕的氣體穿過這些孔，所述的大量的氣泡穿過所述的部分充有水的空間中的水。
水槽可以包括一個入水口和一個排水口，所述的入水口向所述的部分充有水的空間供水，所述的排水口從所述的部分充有水的空間排水。
從空氣中分離水的裝置可以安裝在所述的部分充有水的空間的下游。
從將要加濕的氣體中噴射水的噴射裝置可以安裝在所述的部分充有水的空間的上游。
多個水槽可以串連安裝。
可以供給上游的一個或多個水槽相對混濁的水，如海水，可以供給下游的一個或多個水槽相對清的水。
發(fā)動機的其它的目標，特征，優(yōu)點和特性和控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的方法將在下面進行詳細描述。
充入空氣從充入空氣接收器2充入到單獨的汽缸的空氣凈化部分。當排氣閥4打開時，廢氣流穿過一個廢氣導(dǎo)管到達廢氣接收器3并且向里穿過一個傳統(tǒng)的廢氣導(dǎo)管5到達一個渦輪增壓器的一個渦輪6，從這里廢氣流通過一個排氣導(dǎo)管7排出。通過一個軸8，渦輪6驅(qū)動一個壓縮機9，壓縮機9通過一個空氣入口10來供應(yīng)空氣。進入的空氣可以通過一個進入空氣加熱器33進行加熱，優(yōu)選的使用一種廢熱源，例如，冷卻液來對進入的空氣進行加熱。壓縮機9將霧化的充入空氣傳送到一個充入空氣導(dǎo)管11，充入空氣導(dǎo)管11通入到充入空氣接收器2。
導(dǎo)管11中的吸入空氣穿過一個加濕器12，加濕器12在圖示的實施例中帶有三個噴霧器段13-15。在第一段13中，加熱可用的一般質(zhì)量的水，如海水，穿過一個管子17到達加濕和純化氣體的多個噴霧器噴嘴。供有適當?shù)倪^量的水，這樣沒有微粒如水中的鹽或其它雜質(zhì)從氣體中沉淀出。在第二段14中，通過一個管子18供給的水在充入空氣中被霧化。同樣的，在第三段15中，通過一個管子19供給的新鮮水在充入空氣中被霧化。每一段中供給的水的溫度依據(jù)充入空氣所需的溫度和濕度來進行控制。每一段13，14，15的末端包括一個液滴收集器，所述的液滴收集器分離懸吊在氣體中的液滴并且裝盛來自充入空氣中的污染物?？梢栽诶鋮s器使用更少的段。段的數(shù)量，在其它東西中，與發(fā)動機的輸出相適應(yīng)。
供給噴霧器噴嘴的海水和新鮮水，通過一個熱轉(zhuǎn)換器34利用一種“廢棄”的熱源來冷卻或加熱?！皬U棄”的熱源可以，例如，是發(fā)動機冷卻水35。另外，供給加濕單元12的水可以通過一個熱轉(zhuǎn)換器38利用廢氣來預(yù)熱，如圖2所示。熱交換器的特征可以進行選擇，從而使得廢氣中的水蒸氣濃縮，因此可以被回收。
離開加濕器的充入空氣的絕對濕度和溫度可以通過分別控制供給加濕器12中的各個段13，14，15中的水的溫度和/或通過一個加熱器33來控制進入空氣的溫度來進行控制。
在沖刷器12的出口，空氣的溫度通過電池39來測量，并且向控制單元(未畫出)發(fā)送一個信號?？刂茊卧獙y得的溫度和所需(預(yù)設(shè))的溫度進行比較。如果離開沖刷器12的空氣的溫度與預(yù)定的值不相符，為了消除溫差，控制單元調(diào)節(jié)供應(yīng)給沖刷器12的不同段的水的溫度。
供給噴嘴的水的溫度是可控的，這樣當充入空氣離開加濕單元就能得到所需的空氣的濕度的絕對濕度。為了實現(xiàn)所需的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，依據(jù)環(huán)境來選擇所需的值，它可以，例如，是充入空氣的最大的絕對濕度，或是加在發(fā)動機上的最小熱負載，或位于兩者之間。
加濕的空氣穿過一個由一個電動機20驅(qū)動的輔助送風(fēng)機16，對在部分載荷狀態(tài)下的充入空氣流增壓，并且穿過發(fā)動機的汽缸傳送廢氣導(dǎo)管5，廢氣導(dǎo)管5通向渦輪壓縮機8的渦輪6。一個導(dǎo)管24從渦輪6的上游的廢氣導(dǎo)管5上分支出來。所述的導(dǎo)管24與一個驅(qū)動發(fā)電機27的輔助渦輪26相連。供給廢氣流的能量因此轉(zhuǎn)變成電能，例如，具有高的放射本能的能量。從輔助渦輪26的分流出來的廢氣的量可能通過位于導(dǎo)管24內(nèi)的一個可變流量調(diào)節(jié)器25來調(diào)節(jié)。
另一種形式，輔助渦輪26可以與一個水壓泵相連(未畫出)。在其它的形式中(未畫出)，輔助渦輪26驅(qū)動廢氣再循環(huán)導(dǎo)管28中的一個送風(fēng)機30。
輔助渦輪可以用其它形式的氣體驅(qū)動的能源消耗體來代替，例如，任何容積式或非容積式機器或發(fā)動機。
根據(jù)圖3所示的另一個優(yōu)選實施例，發(fā)動機使用再循環(huán)廢氣。一個再循環(huán)導(dǎo)管28從廢氣導(dǎo)管5上分支出來，并且與充入空氣導(dǎo)管11相連，因此，再循環(huán)導(dǎo)管與吸入系統(tǒng)的一部分一起形成一個再循環(huán)通道，吸入系統(tǒng)是與導(dǎo)管11相連的導(dǎo)管28的連接部分的下游。
一個沖刷器29插入到再循環(huán)導(dǎo)管28中，來用水加濕和純化廢氣。溫水從熱交換器34供給沖刷器29。從沖刷器29出來的氣體通向由一個發(fā)動機31驅(qū)動的一個送風(fēng)機30。即使廢氣在渦輪6的高壓側(cè)轉(zhuǎn)向，送風(fēng)機30必須為這些廢氣增壓，達到比導(dǎo)管11內(nèi)的充入空氣的壓力高的一個壓力水平。盡管發(fā)動機的吸入側(cè)和排出側(cè)之間存在壓力比，送風(fēng)機30使再循環(huán)成為可能，這意味著在任何所需的發(fā)動機載荷下再循環(huán)都可能進行。再循環(huán)的廢氣可以，如圖所示，被引導(dǎo)到加濕器12的上游的導(dǎo)管11或可以被引導(dǎo)到加濕單元12(未畫出)的下游的導(dǎo)管11。
如果再循環(huán)的廢氣被引導(dǎo)到加濕器12的上游，通過使用噴射和文氏管效果，就可能使用來自壓縮機充入空氣的高速來至少部分吸收再循環(huán)廢氣。在這種情況下，沒有或只有一個小的廢氣送風(fēng)機就可能實現(xiàn)廢氣的再循環(huán)。
代替霧化加濕器12，19，可以使用一個包括至少一個水槽40，41(如圖5所示)的加濕器，廢氣通過它而成為氣泡。它也具有一個優(yōu)點，就是在水槽中的水也可以起到噪音屏障的作用。在所需的位于相對冷和相對溫暖的溫度范圍內(nèi)，熱交換器34為這樣的一個水槽40，41供水。加濕器12，29可以有一個或多個段，這取決于廢氣的純化和加濕程度，加濕器12，29可以與多個霧化加濕器相結(jié)合。
實例1
下面的實例描述了一個發(fā)動機設(shè)備中的沖刷器的運轉(zhuǎn)模式，此處，再循環(huán)氣體在一個加濕器29中被純化和加濕，所有的充入空氣在一個兩段加濕器12中被加濕。可以選擇發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，以使最大量的能量從廢氣流中分流出來，為了簡單起見，是基于發(fā)動機在全載荷，輸入功為25,000KW和充入空氣的名義壓強為360Kpa下進行計算的。
發(fā)動機在100％載荷下運轉(zhuǎn)，周圍空氣的溫度是25℃，相對濕度是30％，這意味著吸入空氣將包含大約6g水/kg空氣。發(fā)動機的空氣消耗量大約為55kg/s。經(jīng)過壓縮機9后，空氣的溫度為T1＝190℃，相對濕度為0.25％。
在第一個加濕段13中，在大約為70℃的溫度下供給噴霧器噴嘴13l/s的流量的水。優(yōu)選地通過使用“廢棄”的能量(即放射本能低的能量)如發(fā)動機冷卻液，發(fā)動機廢氣或其它的“廢棄”的能量來得到所要的水的溫度?？諝饧訚竦较鄬穸葹?0％以上時，于燥溫度為85℃，這樣等到空氣絕對濕度為110g/kd。在從第一沖刷段放出的空氣，任何鹽度的空氣大部分被純化。
在第二加濕和沖刷段14中，在溫度為100到150℃的范圍內(nèi)通過噴霧器噴嘴噴出50l/s的新鮮水(優(yōu)選的是通過使用廢氣中的“廢棄“的能量來得到)?？諝獾臏囟缺３衷诖蠹s85℃，因此100％的濕度-飽合空氣的絕對濕度為大約120g水/kg空氣。
如果在導(dǎo)管28中使用一個單獨沖刷器29來純化再循環(huán)的廢氣比較合適，在純化的同時，將廢氣加濕到大約100％的相對濕度，溫度大約為110℃。
離開沖刷器的空氣的溫度大約為85℃，絕對濕度為120g/kg。與傳統(tǒng)的溫度為37℃，絕對濕度為6g/kg的充入空氣相比，這會引起包含在廢氣流中的能量增加30％，這對于選擇的發(fā)動機相應(yīng)地增長16500KW。這傳統(tǒng)的16500KW使得16％的廢氣流將從廢氣導(dǎo)管5中分流出來，而被傳送到輔助渦輪26。其它所有的條件相同，在傳統(tǒng)的發(fā)動機中將以燃料的形式使用相同量的能量。因此，在輔助渦輪得到稍稍增加的能量輸入1675KW的額外功時，會引起耗油率(SFOC)增加4％。實例2這個例子顯示了在發(fā)動機低熱載荷的情況下，選擇發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的可能性。在與如上相同的周圍條件和發(fā)動機載荷的條件下，在第一沖刷段12中的噴霧器噴嘴供應(yīng)有溫度為30℃，流量至少為20l/s的海水，因此，通過蒸發(fā)來改變充入空氣的溫度到大約為T1＝75℃，加濕到相對溫度大約為90％，絕對濕度達到大約65g/kg的水平。
在第二沖刷段13，供給有溫度大約為30℃，流量為60l/s的水。這將充入空氣冷卻到溫度大約為37℃，在100％飽合氣體下的空氣的絕對濕度大約為11g/kg。
因此，可以實現(xiàn)發(fā)動機的低熱載荷設(shè)定，例如，用在當出現(xiàn)發(fā)動機的熱超載信號時。實例3這個實例顯示了在發(fā)動機為中熱載時選擇發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的可能性。在與如上相同的周圍條件和發(fā)動機載荷的條件下，在第一沖刷器段12中的噴霧器噴嘴供應(yīng)有溫度為50℃，流量大約為13l/s的海水。這將充入空氣的溫度改變到大約75℃，同時充入空氣被加濕到大約80％的相對濕度。絕對溫度因此達到大約59g/kg的水平。
在第二沖刷器段13，供給有溫度大約為76℃，流量為50l/s的水。這將充入空氣的溫度改變到大約為75℃，在100％飽合氣體下的空氣的絕對濕度大約為76g/kg。
因此，可以實現(xiàn)發(fā)動機的中熱載荷設(shè)定，發(fā)動機在減少NOx散發(fā)和從廢氣流中分流出來的能量的量少于實例1中的量的情況下可以運轉(zhuǎn)。
參照圖4和圖5，本發(fā)明的另一個具體實施方式
。發(fā)動機1有一個充入空氣接收器2和一個廢氣接收器3，由附圖
標記4所指代的排氣閥屬于燃燒室。充入空氣經(jīng)過充入空氣接收器2到達單獨的汽缸的凈化氣口。當排氣閥4打開時，廢氣流經(jīng)一個充氣導(dǎo)管到達廢氣接收器3，并且向前穿過一個傳統(tǒng)的廢氣導(dǎo)管5到達一個渦輪增壓器的一個渦輪6，從這里廢氣流過一個廢氣導(dǎo)管7向外排出。通過一個軸8，渦輪6通過一個進氣口10來驅(qū)動一個壓縮機9。進入的空氣可能通過一個進氣加熱器33來加熱，優(yōu)選的使用廢熱源，如冷卻液來加熱進入空氣。壓縮機9向通向充入空氣接收器2的一個充入空氣導(dǎo)管11傳送霧化的充入空氣。導(dǎo)管11中的吸入的空氣穿過帶有兩個水槽段40，41的一個加濕器12’。
發(fā)動機可以包括一個廢氣再循環(huán)導(dǎo)管。在這種情況下，一個再循環(huán)導(dǎo)管28從廢氣導(dǎo)管5分支出來，并與充入空氣導(dǎo)管11相連，因此再循環(huán)導(dǎo)管與吸入系統(tǒng)部分形成一個再循環(huán)通道，吸入系統(tǒng)是到導(dǎo)管11的導(dǎo)管28的連接部分的下游。一個由一個電動機31驅(qū)動的廢氣送風(fēng)機30可以安裝在導(dǎo)管28內(nèi)來推動再循環(huán)氣體流向充入空氣導(dǎo)管11。再循環(huán)氣體經(jīng)過帶有兩個水槽段40，41的一個加濕器29’。
加濕器12’的結(jié)構(gòu)原則上與加濕器29’的結(jié)構(gòu)相同。因此，加濕單元12’，29’的結(jié)構(gòu)的細節(jié)可以一起來參照圖5。此處示出了一個兩段加濕單元。這兩個段由導(dǎo)管50相互連接。加濕單元可以包括更多的段或只有一個段。而且，可以將水槽型的加濕器和一個噴霧器型的加濕器組合起來。每一段包括一個帶有至少部分充有水的空間42，42’的座44，44’。導(dǎo)管43，43’把要充入的空氣傳送到座44，44’內(nèi)，到達低于空間42，42’的一點處?？臻g42，42’位于所述的座內(nèi)，并至少部分地充有水。水是通過一個入口47，47’供應(yīng)，通過一個出口48，48’來排出的。優(yōu)選的是，水是連續(xù)供應(yīng)的，較少量地連續(xù)排出。優(yōu)選的是，供給空間42，42’的水的濕度是受控的。空間42，42’由座來限定，有一個上限46，46’和一個下限45，45’。界限45，45’，46，46’形成一個產(chǎn)生一個壓力下降的流動限制。界限45，45’，46，46’上有很多孔，通過這些孔，將要被加濕的氣體穿過這些孔進出空間42，42’。當氣體穿過下限45，45’，形成大量的氣泡，使氣體從水中溢出。界限45，45’，46，46’可以例如是由柵板的或穿孔金屬板形成的。
為了進一步提高加濕的程度，管子42可以有一個霧化噴射器49。
在每一個加濕單元的段之后提供一個水氣分離裝置(未畫出)，如一個捕霧器。
加濕單元12’中的水槽40，41將氣體加濕到100％的相對濕度，氣體中的雜質(zhì)大部分被去除，在傳播過程中被阻礙的由氣體攜帶的噪音還通過系統(tǒng)。
雖然為了說明起見，以上對本發(fā)明進行了詳細描述，可以理解這樣的詳細描述只是出于說明的目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍之內(nèi)的各種變動都是允許的。
因此，對照具體實施例對各種裝置和方法所進行的描述只是對本發(fā)明的說明，這些裝置和方法不是一成不變的。在不偏離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的其它的實施方式和結(jié)構(gòu)都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機，包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動渦輪(6)的渦輪增壓器和一個由渦輪驅(qū)動的向發(fā)動機氣缸供應(yīng)充入空氣的壓縮機(9)，一個廢氣導(dǎo)管(5)將廢氣從氣缸引導(dǎo)到渦輪(6)，和一個通過注入的水來冷卻充入空氣的冷卻單元(12)，其特征在于冷卻單元(12)的運轉(zhuǎn)得到高的絕對濕度和相對高的溫度的充入空氣，和一個由從廢氣導(dǎo)管(5)分流出來的廢氣驅(qū)動的能量消耗體(26)。
2.如權(quán)利要求1所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于能量消耗體是一個輔助渦輪(26)。
3.如權(quán)利要求2或3所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于供應(yīng)給冷卻單元的水的溫度高于環(huán)境溫度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于供應(yīng)給冷卻單元的水的溫度通過發(fā)動機的廢能來升高從而高于環(huán)境溫度。
5.如權(quán)利要求1到4中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于高濕度和相對高溫度的充入空氣引起充入空氣和廢氣中包含的能量的增加，增加的包含在廢氣中的能量用來驅(qū)動輔助渦輪。
6.如權(quán)利要求1到5中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于輔助渦輪(26)與一個發(fā)電機(27)，一個水壓泵或一個廢氣再循環(huán)送風(fēng)機耦合，或這些的組合耦合。
7.如權(quán)利要求1到6中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于還包括一個再循環(huán)通道(28)來將部分廢氣送回發(fā)動機汽缸。
8.如權(quán)利要求1到7中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于所述的再循環(huán)通道(28)包括一個第二加濕單元(29)，優(yōu)選的是一個水槽(40，41)的形式，通過它廢氣變成氣泡。
9.如權(quán)利要求1到8中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于所述的再循環(huán)通道(28)包括一個導(dǎo)管，所述的導(dǎo)管從渦輪的上游的排氣導(dǎo)管(5)分支出來，并且于壓縮機(9)的下游的充入空氣導(dǎo)管(28)相連，所述的導(dǎo)管(28)與所述的第二加濕單元(29)和一個送風(fēng)機(30)相連；和/或一個位于壓縮機出口處的一個用來增加再循環(huán)廢氣的壓力的噴射器。
10.如權(quán)利要求1到9中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于所述的冷卻單元(12)和/或所述的第二加濕單元(29)包括帶有多個水噴霧器段的沖刷器和/或包括水槽(40，41)，通過所述的水槽(40，41)氣體形成氣泡。
11.如權(quán)利要求1到10中的任意一項所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于還包括控制離開冷卻單元(12)的充入空氣的絕對濕度的裝置(33，34)。
12.如權(quán)利要求11所述的大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于所述的控制充入空氣的絕對濕度的裝置包括裝置(34)，通過冷卻單元(12)來控制被引導(dǎo)到充入空氣中的水的溫度。
13.一種控制一種大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機(1)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的方法，該內(nèi)燃發(fā)動機包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動渦輪(6)的渦輪增壓器和一個由所述的渦輪(6)驅(qū)動的向發(fā)動機汽缸供應(yīng)充入空氣的壓縮機(9)，一個來用水加濕充入空氣的加濕單元(12)，包括以下步驟將水加到充入空氣中，在所述的加濕單元(12)中，其特征在于通過測量加濕單元的下游的充入空氣的溫度和根據(jù)所測得的溫度調(diào)節(jié)加入的水的溫度來控制充入空氣的絕對濕度。
14.一種如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括從渦輪(6)的上游分流一部分廢氣的步驟，優(yōu)選的是通過一個能量消耗體來利用包含在分流的廢氣中的能量，例如一個用來驅(qū)動發(fā)電機的一個輔助渦輪(26)。
15.一種如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于充入空氣的絕對濕度根據(jù)周圍環(huán)境控制在介于充入空氣的最低溫度和最小絕對濕度與最高溫度和最大絕對濕度之間的任意中間狀態(tài)。
16.一種如權(quán)利要求13到15中的任意一項所述的方法，其特征在于還包括將加濕單元(12)下游的充入空氣的絕對濕度控制在11到120g/kg之間的步驟。
17.一種如權(quán)利要求13到16中的任意一項所述的方法，其特征在于還包括將恰處于加濕單元(12)下游的充入空氣的溫度控制在37℃到85℃之間的步驟。
18.一種如權(quán)利要求13到17中的任意一項所述的方法，其特征在于包含在廢氣的分流部分的能量被控制在包括在廢氣流中的總能量的0到16％之間。
19.一種如權(quán)利要求13到18中的任意一項所述的方法，其特征在于渦輪(6)下游的廢氣通過一個廢氣冷卻器(38)來冷卻，為了濃縮和回收包含于廢氣中的水，優(yōu)選的是冷卻到結(jié)露點以下。
20.一種如權(quán)利要求13到19中的任意一項所述的方法，其特征在于分流到能量消耗體的廢氣的量由一個可變的流量調(diào)節(jié)器(25)來控制。
21.一種大型增壓雙沖程內(nèi)燃發(fā)動機，包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動的渦輪(6)的渦輪增壓器和一個由所述的渦輪(6)驅(qū)動的向發(fā)動機的汽缸供應(yīng)充入空氣的壓縮機(9)，所述的發(fā)動機優(yōu)選地包括一個廢氣再循環(huán)回路、一個用水加濕充入空氣的加濕器(12’)和/或一個用來加濕再循環(huán)氣體的加濕單元(29’)，其特征在于至少一個所述的加濕單元(12’，29’)包括一個或更多個水槽(40，41，40’，41’)，被加濕的氣體穿過所述的水槽(40，41，40’，41’)。
22.如權(quán)利要求21所述的發(fā)動機，其特征在于所述的水槽(40，41)包括一個座(44，44’)，所述的座(44，44’)帶有一個至少部分充有水的空間(42，42’)，和一個向下延伸的管子(43，43’)，所述的管子(43，43’)將要被加濕的氣體傳送到所述的座(42，42’)中，到達低于所述的空間(42，42’)的一點處。
23.如權(quán)利要求22所述的發(fā)動機，其特征在于所述的空間(42，42’)在向下方向上由一個由下限(45，45’)來限定，優(yōu)選的是同樣在向上方向上由一個上限(46，46’)來限定，因此所述的(45，45’，46，46’)在氣流穿過時形成一個產(chǎn)生一個壓力下降的流動限制。
24.如權(quán)利要求23所述的發(fā)動機，其特征在于所述的下限(45，45’)包括多個孔，將要被加濕的氣體穿過這些孔，從而在在所述的空間(42，42’)中的水中形成大量的氣泡，
25.一種如權(quán)利要求21到24中的任意一項的所述的發(fā)動機，其特征在于所述的水槽(40，41)包括一個水入口(47，47’)和一個水出口(48，48’)來從所述的空間(42，42’)提供或排出水。
26.一種如權(quán)利要求21到25中的任意一項的所述的發(fā)動機，其特征在于包括安裝在所述的空間(42，42’)下游的從將要被加濕的氣體中分離水的裝置。
27.一種如權(quán)利要求21到26中的任意一項的所述的發(fā)動機，其特征在于包括將水噴射進所述的空間(42)的上游的將要被加濕氣體中的裝置。
28.一種如權(quán)利要求21到27中的任意一項的所述的發(fā)動機，其特征在于包括串聯(lián)安裝的多個水槽(40，41)。
29.一種如權(quán)利要求28的所述的發(fā)動機，其特征在于上游的一個或多個水槽提供有相對較混濁的水，如海水，下游的一個或多個水槽提供有相對較清的水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型增壓內(nèi)燃發(fā)動機(1)，包括一個帶有一個廢氣驅(qū)動渦輪的渦輪增壓器和一個由渦輪來驅(qū)動并向發(fā)動機汽缸供應(yīng)充入空氣的壓縮機。內(nèi)燃發(fā)動機還帶有一個為了增加充入空氣的絕對濕度而用水來使所充入空氣加濕的加濕單元(12)。一部分廢氣流從渦輪的上游分流并被導(dǎo)向能源消耗體。一個或多個加濕單元可以由一個水槽(40，41)形成，通過這個水槽，要加濕的氣體形成氣泡。
文檔編號F02B29/04GK1461876SQ03136910
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者彼得·伯格-桑尼 申請人:曼B與W狄賽爾公司