往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機、廢氣調(diào)節(jié)裝置和操作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機，具體涉及根據(jù)相應類別的獨立權利要求的前序部分的具有廢氣調(diào)節(jié)裝置(exhaust gas condit1ning)的單流掃氣式(uniflow-scavenged)大型二沖程柴油發(fā)動機、廢氣調(diào)節(jié)裝置以及操作往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
【背景技術】
[0002]在實踐中，長期以來需要所謂的“雙燃料”發(fā)動機，即可以使用兩種不同燃料運行的發(fā)動機。為此，一方面，應該經(jīng)常燃燒例如采用天然氣(例如所謂的“液化天然氣”(LNG))形式的燃氣，或者燃燒采用液化石油氣和適于驅(qū)動內(nèi)燃發(fā)動機的另一種燃氣的形式的燃氣；另一方面，諸如汽油、柴油、重質(zhì)燃料油或另一種合適的液體燃料等另一種燃料可以在同一個發(fā)動機中進行燃燒。就此而言，發(fā)動機可以是二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機兩者，并且就此而言它們可以是小型發(fā)動機、中型發(fā)動機或者也可以是大型發(fā)動機，特別是大型單流掃氣式二沖程柴油發(fā)動機，諸如用作船只中的驅(qū)動單元，但也經(jīng)常用于在發(fā)電廠產(chǎn)生電會K。
[0003]在這方面，在催化轉(zhuǎn)化器輔助下凈化廢氣日益重要，這一般是特別的技術挑戰(zhàn)，因為由燃燒不同燃料而產(chǎn)生的廢氣對同一個催化轉(zhuǎn)化器可能具有不同的效果。例如，具體的催化劑由此可以針對一種燃料(例如針對燃氣)進行優(yōu)化，并且最好凈化消耗的燃氣燃料的廢氣，但同時針對可替代使用的燃料(例如針對柴油)或多或少是不可用的，或者可能甚至被柴油廢氣損壞或可以隨著時間的推移而變得不可用。
[0004]例如，在實踐中，大型二沖程雙燃料發(fā)動機一方面可以常常通過重質(zhì)燃料油或柴油來運行，而另一方面通過燃氣(例如上述LNG)來運行，這可以導致不完全燃燒的高014逃逸。如果相應的發(fā)動機現(xiàn)在用燃氣來運行，即在燃氣模式下，則燃燒所產(chǎn)生的廢氣可以特別是包括并非少量的甲烷和/或甲醛排放，這例如可以在燃燒過程中在氣缸壁處因燃燒火焰的自然冷卻(“淬熄”)而產(chǎn)生，或者可以在具有新鮮空氣的氣缸在出口閥未同時閉合的情況下發(fā)生掃氣的階段中得以釋放，或者可以以不同的方式進行釋放。如果廢氣中的甲烷濃度相應較高，則發(fā)動機的安全運行可能從而受到削弱。例如，廢氣系統(tǒng)中的甲烷，例如廢氣歧管中的甲烷或渦輪增壓器之前甚至之中的區(qū)域中的甲烷存在著風險。在最壞的情況下，在廢氣系統(tǒng)中點燃甲烷可以導致暴露于甲烷燃氣點火的有害影響的相應部件損壞。另外，甲烷是極其有效的溫室氣體，已知比二氧化碳更有效至少25倍，這對計算所謂的“能效設計指數(shù)”(EEDI)可能具有顯著的負面影響。
[0005]因此，對純?nèi)細獍l(fā)動機而言早已公知使用氧化催化劑，這至少減少甲烷和/或甲醛排放，由此不僅節(jié)約環(huán)境，而且例如防止甲烷在廢氣系統(tǒng)中富集得太高，使得這些催化劑也防止甲烷在廢氣系統(tǒng)中點火，這樣可以同樣避免所提到的這些催化劑對廢氣系統(tǒng)部件的可能損壞。這樣的純?nèi)細獍l(fā)動機例如在WO 2010 147071 Al中加以闡述。其它現(xiàn)有技術可以例如在DE 10 2010 005814 Al中找到。
[0006]然而，這樣的氧化催化劑通常很敏感，并且可能被與為其提供的不同的廢氣嚴重損毀。例如，如果根據(jù)WO 2010 147071 Al的純?nèi)細獍l(fā)動機的氧化催化劑通過已燃燒柴油的廢氣或者甚至通過燃燒重質(zhì)燃料油所得的廢氣而起作用，則它將在很短的時間后就因這些廢氣的上述所有化學性質(zhì)非常積極的成分而受到不可挽回的損壞，借此發(fā)動機的進一步安全可靠運行將至少是成問題的，并且在最壞的情況下甚至成為泡影。僅僅出于這個原因，諸如根據(jù)WO 2010 147071 Al的純AGN燃氣發(fā)動機處的催化劑一般不適于雙燃料運行，SP，例如一方面用燃氣來替代運行，另一方面用柴油或者甚至用重型油來運行。
[0007]然而，特別地但不僅關于船只中大型柴油發(fā)動機的操作，尤其在一方面是先前提到的使用燃氣，另一方面是使用柴油或重型油，出于各種原因在實踐中是期望的，使得日益需要這樣的內(nèi)燃發(fā)動機:可以取決于需求來運行，一方面可替代地通過燃氣來運行，特別地通過LNG燃氣來運行，而且用柴油來運行，經(jīng)常用重型油來運行；另一方面同時必須避免特別由于乙烷或甲醛造成的上述有害影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是提供一種往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機，一方面可以另選地通過燃氣來運行，另一方面通過另一種燃料來運行，特別地通過諸如柴油或重型燃料等另一種液體燃料來運行，其中，用燃氣運行時，甲烷和/或甲醛和/或根據(jù)現(xiàn)有技術已知的其它成分的有害影響通過使用氧化催化劑而排除。然而，另選地，用諸如柴油或重型油等另一種燃料運行在不會損壞或削弱氧化催化劑的情況下也必須是可行的。
[0009]滿足這些目的的本發(fā)明的主題表征為各獨立方面的特征。
[0010]各自的其它方面涉及到本發(fā)明的特別有利實施例。
[0011]由此，本發(fā)明涉及一種往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機，特別是二沖程發(fā)動機或四沖程發(fā)動機，具體是大型單流掃氣式二沖程柴油發(fā)動機，該往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機包括氣缸，所述氣缸具有出口閥并且具有活塞，所述活塞在一側(cè)界定出燃燒空間并且被布置成能在上死點和下死點之間在所述氣缸中來回移動。為此，設置有廢氣線，使得廢氣能經(jīng)由所述出口閥從所述燃燒空間供給到所述廢氣線。根據(jù)本發(fā)明，設置有包括催化轉(zhuǎn)化器和旁路線以及切換裝置的廢氣調(diào)節(jié)裝置，使得所述廢氣能借助所述切換裝置經(jīng)由所述催化轉(zhuǎn)化器或經(jīng)由所述旁路線從所述燃燒空間供給到所述廢氣線。
[0012]可能是首次由于根據(jù)本發(fā)明的廢氣調(diào)節(jié)裝置的構(gòu)造包括所述催化轉(zhuǎn)化器和所述旁路線，所述催化轉(zhuǎn)化器和所述旁路線與切換裝置相互作用，使得所述廢氣可以借助所述切換裝置從所述往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒空間經(jīng)由所述催化轉(zhuǎn)化器或經(jīng)由所述旁路線導出，用燃氣并另選地用諸如柴油或重型油等另一種燃料來運行往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機并且確保在燃氣運行時所述廢氣中的甲烷含量可以顯著減少至預定義值，其中同時確保當用另一種燃料運行時，用于減少甲烷負荷的所述催化轉(zhuǎn)化器不受到損壞。
[0013]如已經(jīng)提到的，這對已知發(fā)動機而言是不可能的。例如，WO 2010 147071 Al由此涉及具有均質(zhì)壓燃的純?nèi)細獍l(fā)動機。這些發(fā)動機僅可以用純?nèi)細膺\行，不具有用柴油或重型油的另選運行，并且特別地也沒有使用任何引燃噴射。作為直接后果，在根據(jù)WO 2010147071 Al的發(fā)動機中，所述催化劑被固定地安裝在所述廢氣系統(tǒng)中，即在這不具有負面影響的情況下，來自所述燃燒空間的廢氣始終經(jīng)由所述催化劑導出。然而，如果這樣的發(fā)動機例如用柴油或重型油來運行，這將導致?lián)p壞或者甚至毀壞所述催化轉(zhuǎn)化器的后果，因為在WO 2010 147071 Al的發(fā)動機中，在燃燒柴油或重型油時，所述催化劑無法防止有害廢氣。
[0014]這可能是首次由本發(fā)明提供一種具有切換裝置的廢氣調(diào)節(jié)裝置，憑借切換裝置，例如由于使用可控閥，在燃燒柴油或重型油時所產(chǎn)生的所述廢氣經(jīng)由所述旁路線繞過所述催化轉(zhuǎn)化器被導出所述燃燒空間。
[0015]在實踐中，根據(jù)本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃發(fā)動機通常包括多個氣缸以及一廢氣歧管，使得所述廢氣可以從至少兩個氣缸供給到所述廢氣歧管，其中通常兩個以上的氣缸將來自所述燃燒空間的廢氣饋送給所述廢氣歧管。在非常特殊的情況下，例如當所述發(fā)動機僅具有一個氣缸或者以不同方式相應地構(gòu)造時，所述廢氣線本身可以形成所述廢氣歧管。
[0016]在實踐起來特別優(yōu)選的實施例中，所述廢氣調(diào)節(jié)裝置設置在所述氣缸和所述廢氣歧管之間，使得來自所述燃燒空間的所述廢氣可以經(jīng)由所述廢氣調(diào)節(jié)裝置供給到所述廢氣歧管。即，所述催化轉(zhuǎn)化器特別有利地設置在所述廢氣系統(tǒng)的高壓區(qū)域中，即在所述廢氣渦輪增壓器之前，特別優(yōu)選地盡可能接近所述出口閥，即如所提到的介于所述氣缸和所述廢氣歧管之間。將所述催化轉(zhuǎn)化器安裝在所述高壓區(qū)域中特別