專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)并且尤其是可以有利地應(yīng)用于重油運(yùn)行的 大型柴油機(jī)如船用柴油機(jī)中。
背景技術(shù)：
即使在船用柴油機(jī)中允許的氧化氮(NOx)排放限制值也在不斷地 下降。因此需要有也可以最終在大型柴油機(jī)中使用的減少內(nèi)燃機(jī)氧化氮 排放的解決方案。
由汽車工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)知道各種用于減少氧化氮排放的解決方案，但 是它們 一般地都不能夠直接地轉(zhuǎn)用到大型柴油機(jī)上。
例如DE4319294C1和DE102004054449A1分別描述了一種內(nèi)燃才幾， 該內(nèi)燃機(jī)在其廢氣系統(tǒng)中帶有氧化氮儲(chǔ)存催化器或氧化氮吸收器，用于 從廢氣流中去除氧化氮。為了再生這些廢氣清潔裝置，在這些文獻(xiàn)中提 出了各種不同的措施。
代替減少?gòu)U氣流中的在燃燒時(shí)產(chǎn)生的氧化氮，更大的目標(biāo)是，在燃 燒過(guò)程本身中產(chǎn)生更少的氧化氮。已經(jīng)證明這可以通過(guò)在氣缸中減少氧 氣供給來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種關(guān)系在圖1中示意地示出，其中內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排 放量相對(duì)于氣缸中的氧濃度進(jìn)行標(biāo)注，其中針對(duì)環(huán)境空氣中的氧濃度， 將100%的氧化氮排放設(shè)定為基礎(chǔ)值?？梢钥吹?，內(nèi)燃機(jī)前的和由此氣 釭中的氧濃度的減小導(dǎo)致廢氣中的NOx濃度的減少。
氧供給的這種減少和由此氧化氮排放的減少例如可以通過(guò)廢氣系 統(tǒng)向內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的廢氣再循環(huán)(AGR)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該內(nèi)燃機(jī)通常 配置有AGR冷卻裝置。受冷卻的廢氣再循環(huán)是一種減少車用柴油機(jī)中 的氧化氮排放的非常有效的方法。
原則上重油驅(qū)動(dòng)的大型柴油才幾也可以用冷卻的AGR運(yùn)行，其在大 約10%的AGR比率情況下例如導(dǎo)致大約35 %至40%的氧化氮減少。但 是在此情況下由于再循環(huán)的廢氣中的高的疏、顆粒和灰含量，在極短的 時(shí)間內(nèi)就導(dǎo)致大量的臟污以及腐蝕或侵蝕損害。被再循環(huán)的廢氣在輸入 到氣缸之前用顆粒過(guò)濾器、廢氣篩或類似物進(jìn)行清潔的試驗(yàn)到目前為止 也不是成功的。在高速運(yùn)行的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)中，AGR相應(yīng)于行駛循環(huán)主要在內(nèi)燃機(jī)的 小功率下使用并且以負(fù)的吹洗壓差工作，即廢氣渦流增壓器的渦輪前的 廢氣壓力大于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣壓力。但是在大型發(fā)動(dòng)機(jī)中大功率在循 環(huán)中是占據(jù)主要地位的。但是在大功率下，由于在重油發(fā)動(dòng)機(jī)中要求低 的部件溫度和正的吹洗壓差，因此使廢氣再循環(huán)變得困難。
從現(xiàn)有技術(shù)中還知道，為了減低氧化氮排放，在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng) 中設(shè)置空氣分離單元來(lái)代替廢氣再循環(huán)。如在文獻(xiàn)DE10233182A1, DE102004041263A1和US6173567B1中所述的，空氣分離單元在進(jìn)氣系 統(tǒng)中設(shè)置在增壓空氣冷卻器的下游和必要時(shí)設(shè)置在空氣清潔器的下游， 該空氣分離單元將吸入的環(huán)境空氣分離成具有降低的氧含量或提高的 氮含量的部分流和具有提高的氧含量的部分流。具有提高的氮含量的部 分流作為燃燒空氣被供給到內(nèi)燃機(jī)的氣缸，而具有提高的氧含量的另一 部分流被再次排放到環(huán)境中。具有提高的氮含量的燃燒空氣可以實(shí)現(xiàn)在 氣缸中應(yīng)用低的燃燒溫度，其結(jié)果是在燃燒中形成較少的氧化氮。在 DE102004049218A1中，這種空氣分離裝置與一個(gè)廢氣再循環(huán)裝置組合 地設(shè)置，它們可以相互獨(dú)立地控制。
但是在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)置空氣分離裝置會(huì)對(duì)燃燒空氣產(chǎn)生 較高的流動(dòng)阻力，因此廢氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)必須提供更大的功率。 這尤其是在大型柴油機(jī)中是不利的。此外在這種空氣分離單元中，其設(shè) 置在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中，燃燒空氣中的氮含量不能夠被直接地控制， 這在內(nèi)燃機(jī)的 一些工況下例如在低負(fù)荷下也是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于降低內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放的方法，該 方法也可以應(yīng)用于大型柴油^L。
該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求1的特征的內(nèi)燃機(jī)和一種具有權(quán)利要 求13的特征的方法解決。本發(fā)明的有利的實(shí)施例和擴(kuò)展方案是從屬權(quán) 利要求的主題。
按照本發(fā)明的增壓內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)用于提供氮?dú)獾牡獨(dú)夤┙o 裝置和至少一個(gè)用于向燃燒空氣中供給氮?dú)獾牡獨(dú)馊肟?，該氮?dú)馊肟谂c 氮?dú)夤┙o裝置連接。
在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)中由此可以向燃燒空氣中供給氮?dú)赓|(zhì)量流，該氮 氣質(zhì)量流由氮?dú)夤┙o裝置提供，尤其是在氮?dú)猱a(chǎn)生裝置中產(chǎn)生。由于該氮?dú)夤┙o裝置不是集成在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的，如例如開頭所述的現(xiàn) 有技術(shù)中的空氣分離單元，因此燃燒空氣的流動(dòng)阻力沒有升高并且可以 靈活地調(diào)節(jié)燃燒空氣中的氮含量。通過(guò)在燃燒空氣中的較高的氮?dú)獗壤?或較低的氧氣比例，可以減少內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放，如在后面更詳細(xì)描 述的圖2中所示的那么，其中相對(duì)于以燃料質(zhì)量為參照基準(zhǔn)的附加氮?dú)?標(biāo)出了氧化氮排放。
如果由氮?dú)夤┙o裝置向燃燒空氣中供給了 一種較純較清潔的氣體， 那么將有利地產(chǎn)生很少的臟污和腐蝕損壞及侵蝕損壞，這種臟污和損壞
在用重油運(yùn)行的大型柴油機(jī)中可以由廢氣再循環(huán)引起。與AGR不同， 對(duì)氮?dú)夤┙o的控制或調(diào)節(jié)可以簡(jiǎn)單、快速和精確地實(shí)施。此外按照本發(fā) 明的氮?dú)夤┙o系統(tǒng)可以在具有和沒有AGR的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)中無(wú)問(wèn)題地進(jìn) 行加裝。
用語(yǔ)"氮?dú)夤┙o裝置，，此時(shí)不僅理解為用于例如由環(huán)境空氣產(chǎn)生氮 氣的氮?dú)夤┙o裝置，而且理解為用于將環(huán)境空氣分離成用氮?dú)庠龈坏?空氣和氮?dú)庳毞Φ目諝獾难b置，和尤其也是氮?dú)鈨?chǔ)存裝置，該氮?dú)鈨?chǔ)存 裝置提供先前產(chǎn)生的氮?dú)?，例如直接地從用于氣態(tài)氮的存儲(chǔ)器中，或者 間接地通過(guò)蒸發(fā)被儲(chǔ)存的液態(tài)氮來(lái)提供氮?dú)狻?br> 在具有一級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)方案中，氮?dú)馊肟诳梢栽O(shè)置在壓縮 沖幾的上游和/或下游。
具有二級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)提供了附加的自由度。例如氮?dú)馊肟诳梢栽O(shè) 置在第一壓縮機(jī)的上游、設(shè)置在第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)之間和/或設(shè)置 在第二壓縮機(jī)的下游。
備選地或附加地也可以將氮?dú)馊肟谥苯拥卦O(shè)置在內(nèi)燃機(jī)氣缸的上 游，尤其是直接地設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的氣缸上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)氮?dú)馊肟谕ㄟ^(guò)氮?dú)夤艿琅c氮?dú)?供給裝置連接，在該氮?dú)夤艿乐胁贾糜锌刂苹蛘{(diào)節(jié)閥，用于控制或調(diào)節(jié) 進(jìn)入燃燒空氣中的氮?dú)赓|(zhì)量流。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還可以有利地利用氮?dú)猱a(chǎn)生裝置的用 氧氣增富的"廢氣，，。為此內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)此外具有至少一個(gè)用于向 燃燒空氣中供給用氧氣增富的空氣的空氣入口 ，該空氣入口也與氮?dú)夤?給裝置連接。
按照本發(fā)明的該內(nèi)燃才幾可以選擇地構(gòu)造成在廢氣系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)之間具有或沒有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
氮?dú)赓|(zhì)量流可以通過(guò)電子控制裝置來(lái)控制或調(diào)節(jié)，該電子控制裝置 例如是內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的組成部分，但是也可以是單獨(dú)的控制 裝置?？梢詫?nèi)燃機(jī)的功率、燃料噴射量和/或轉(zhuǎn)速、 一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī) 的增壓空氣壓力、氮?dú)夤┙o裝置的氮?dú)鈮毫?或氮?dú)饬?、?或允許的 氧化氮量作為測(cè)量參數(shù)輸入該電子控制裝置，在其基礎(chǔ)上，例如借助于 特性曲線來(lái)控制或調(diào)節(jié)對(duì)向內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣中供給的氮?dú)赓|(zhì)量的控 制。因此例如在船用柴油機(jī)中可以在公海或遠(yuǎn)海上減少供給的氮?dú)赓|(zhì)量
流，而在近海岸或沿海岸由于較低的NOx限制值則提高氮?dú)赓|(zhì)量流。 為此可以調(diào)節(jié)氮?dú)夤艿乐械目刂苹蛘{(diào)節(jié)閥或者在氮?dú)夤┙o裝置中改變 產(chǎn)生速率。
尤其是在較高的氮?dú)赓|(zhì)量流的情況下，可以有利的是提高噴射壓 力，尤其是提高蓄壓管壓力。同樣在這種情況下可以實(shí)施后噴射。調(diào)整 增壓空氣也可以是有利的這例如可以通過(guò)靈活的增壓組實(shí)現(xiàn)，該增壓組 具有一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)、具有可變的渦流幾何結(jié)構(gòu)和/或廢氣門。備選地 或附加地，可以依據(jù)供給的氮?dú)赓|(zhì)量流或與此相關(guān)的NOx的減少在壓 縮機(jī)特性曲線中改變內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)，其中大致是通過(guò)打開或關(guān)閉增壓 空氣和廢氣側(cè)之間的回流閥來(lái)進(jìn)行。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求和以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的 描述中給出。


在附圖中部分示意地示出
圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)在以環(huán)境空氣運(yùn)行為參照 基準(zhǔn)下相對(duì)于燃燒空氣的氧含量的氧化氮排放圖2是按照本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)在以環(huán)境空氣運(yùn)行為標(biāo)準(zhǔn) 下或進(jìn)行標(biāo)定下相對(duì)于附加供入燃燒空氣中的氮數(shù)量的氧化氮排放圖3是按照本發(fā)明的 一個(gè)第 一實(shí)施例的具有一級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)的示 意圖4是一個(gè)可以應(yīng)用于本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的氮?dú)猱a(chǎn)生裝置的示意圖； 圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施例的具有二級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)的示 意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放可以通過(guò)燃燒空氣 中的較少的氧含量來(lái)降低。
在圖1中，橫軸上標(biāo)注的是以質(zhì)量百分比表示的氧含量，縱軸上標(biāo)
注的是以百分比表示的內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放。此時(shí)針對(duì)大約23.3 %的氧 含量(環(huán)境空氣)將氧化氮排放標(biāo)定為(或稱標(biāo)準(zhǔn)化為)100%。
通過(guò)普通的廢氣再循環(huán)例如可以將燃燒空氣中的氧含量減少到大 約為22.3%,由此可以將氧化氮排放降低到大約70%。
如開頭所述，由于在重油運(yùn)行的大型柴油機(jī)情況下廢氣再循環(huán)不是 沒有問(wèn)題的，因此在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)的氣缸中被供給用 氮?dú)庠龈坏脑鰤嚎諝狻?br> 在圖2中為此在橫軸上標(biāo)出了燃燒空氣以百分比表示的相對(duì)于燃料 質(zhì)量的附加氮?dú)獠糠郑摳郊拥獨(dú)獠糠挚梢酝ㄟ^(guò)輸入氮?dú)膺M(jìn)行調(diào)節(jié)。在 縱軸上標(biāo)出的是內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放，此時(shí)針對(duì)沒有附加氮?dú)獠糠?0 % )的燃燒空氣將氧化氮排放標(biāo)定為1.0。如從圖2中可以看見的，通 過(guò)大約相當(dāng)于燃料耗量(即100% )的附加的氮?dú)赓|(zhì)量流，可以將氧化 氮排放減少大約25%,即減少到大約0.75。
結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部措施，例如米勒方法、升高壓縮等等，通過(guò)以下 描述的向內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣中供給氮?dú)?，可以相?duì)于現(xiàn)今的內(nèi)燃機(jī)(燃 料)消耗中性地將氧化氮減少50 %至以上。對(duì)于具有二級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)， 氧化氮排放的減少可以達(dá)到高于65%的值。
參見圖3和4，現(xiàn)在詳細(xì)描述內(nèi)燃機(jī)的第一實(shí)施例。
內(nèi)燃機(jī)10包括多個(gè)具有相應(yīng)的燃燒室的氣缸12以及一個(gè)用于將燃 燒空氣供給到氣缸12的進(jìn)氣系統(tǒng)16和一個(gè)用于將在燃燒中形成的廢氣 從氣缸中排出的廢氣系統(tǒng)14。該實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)IO設(shè)計(jì)帶有一級(jí)增壓 組。
廢氣渦輪增壓器18以已知的方式具有布置在進(jìn)氣系統(tǒng)16中的用于 壓縮供給氣缸的燃燒空氣的壓縮機(jī)20和布置在廢氣系統(tǒng)14中的渦輪 22,該渦輪由來(lái)自氣缸12的廢氣流驅(qū)動(dòng)并且與壓縮才幾20耦聯(lián)。在壓縮 機(jī)20的下游(圖3中右側(cè))設(shè)有一個(gè)布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的增壓空氣冷 卻器24。
在內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣中供入一個(gè)氮?dú)赓|(zhì)量流。此處可以在不同 的位置上通過(guò)相應(yīng)的氮?dú)馊肟?26實(shí)施氮?dú)赓|(zhì)量流的供入。例如可以在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)16中在廢氣渦輪增壓器18的壓縮機(jī) 20的上游設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?26a。附加地或備選地，可以在縮機(jī)20的 下游和增壓空氣冷卻器24的上游設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?26b和/或在進(jìn)氣系 統(tǒng)16中在增壓空氣冷卻器24的下游設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?26c。尤其是當(dāng) 對(duì)內(nèi)燃機(jī)10提出了關(guān)于負(fù)荷接入的更高的要求時(shí)，附加地或備選地， 直接在氣缸12的上游通過(guò)氮?dú)馊肟?26d供給氮?dú)饣蛘邔⒌獨(dú)庵苯拥毓?入氣缸12 (沒有示出)也是有利的。
用于將氮?dú)赓|(zhì)量流供入內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣或增壓空氣中的所述 氮?dú)馊肟?26不僅可以單個(gè)地而且可以以任意的多重組合進(jìn)行布置。
各個(gè)氮?dú)馊肟?26通過(guò)氮?dú)夤艿?2與形式為氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44的氮 氣供給裝置連接。如圖4所示，氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44中被供入環(huán)境空氣46, 該環(huán)境空氣在氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44中被分離成用氮?dú)庠龈坏牡谝徊糠至?8 和用氧氣增富的第二部分流50。該分離過(guò)程可以例如借助于膜技術(shù)或壓 力變換吸收技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，同時(shí)本發(fā)明不局限于某種特定的氮?dú)猱a(chǎn)生裝 置。依據(jù)氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44的實(shí)施情況的不同，可以達(dá)到直到高于500 巴的壓力和幾乎任意的輸送體積流。尤其是在生產(chǎn)設(shè)備中或船舶上經(jīng)常 已經(jīng)具有可供使用的氮?dú)猱a(chǎn)生裝置或氮?dú)鈨?chǔ)存裝置。
當(dāng)用氮?dú)庠龈坏牡谝徊糠至?氮?dú)赓|(zhì)量流)48通過(guò)氮?dú)夤艿?2供 到內(nèi)燃機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)氮?dú)馊肟?26時(shí)，如上所述，第二部分流50 例如又被排放到環(huán)境中。但是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，具有高氧氣部 分的該部分流50也可以收集起來(lái)，必要時(shí)被壓縮，和在需要時(shí)通過(guò)進(jìn) 氣系統(tǒng)16中的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的氧氣入口 (沒有示出)供到內(nèi)燃機(jī)的 增壓空氣中或者直接地供入氣缸12。用氧氣增富的部分流也可以在需要 時(shí)直接地引導(dǎo)到壓縮機(jī)20的壓縮機(jī)葉輪上。壓縮機(jī)通過(guò)該部分流被加 速(射流輔助)。增壓空氣的此時(shí)較高的氧氣部分或者使得內(nèi)燃機(jī)10 的煙氣排放在負(fù)荷接入期間較少地出現(xiàn)問(wèn)題，或者允許更準(zhǔn)確的負(fù)荷接 入。此外在低負(fù)荷或加速過(guò)程中可以供入用氧氣增富的氣體50。
如圖4所示，在將氮?dú)馊肟?26與氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44連接的氮?dú)夤艿?52中優(yōu)選設(shè)置一個(gè)控制或調(diào)節(jié)閥54,其用于控制或調(diào)節(jié)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)10 的燃燒空氣中的氮?dú)赓|(zhì)量流。這樣，可以簡(jiǎn)單、快速和精確地調(diào)節(jié)燃燒 空氣中的氮含量。如果設(shè)置多個(gè)氮?dú)馊肟?26，它們各通過(guò)一個(gè)氮?dú)夤艿?53與氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44連接，則每個(gè)氮?dú)夤艿?2可以配置一個(gè)控制或調(diào)節(jié)閥54,或者多個(gè)或所有氮?dú)夤艿?2通過(guò)一個(gè)中央控制或調(diào)節(jié)閥來(lái)控制。
對(duì)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣中的氮?dú)赓|(zhì)量流的控制或調(diào)節(jié)通過(guò)電子 控制裝置(沒有示出)進(jìn)行，該電子控制裝置或者是發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置(沒 有示出)的組成部分或者是單獨(dú)的控制裝置。用于該控制裝置的相關(guān)的 測(cè)量參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)功率、燃料噴射量、轉(zhuǎn)速、增壓空氣壓力、氮?dú)赓|(zhì)量 流的輸送壓力和輸送體積或類似參數(shù)等等。
輸送的氮?dú)饬吭诎l(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線中這樣地進(jìn)行控制，使得它調(diào)節(jié)出 希望的氧化氮排放的減少。高氮?dú)赓|(zhì)量流和氧化氮排放的高減少率必要 時(shí)需要采取附加的措施。例如可能需要更高的蓄壓管壓力或后噴射，以 便克服上升的煙氣值。為了匹配增壓空氣，必要時(shí)可能需要具有可改變 的渦輪幾何結(jié)構(gòu)或廢氣門的靈活的增壓組。此外，可以在進(jìn)氣系統(tǒng)和廢 氣系統(tǒng)之間布置一個(gè)回流閥或泄流閥(Umblaseventil),以便能夠在壓 縮機(jī)特性曲線中移動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)(沒有示出)。
與借助于廢氣再循環(huán)減少氧含量的方法不同，用上述結(jié)構(gòu)來(lái)控制或 調(diào)節(jié)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣中的氮?dú)赓|(zhì)量流是非常簡(jiǎn)單的。在負(fù)荷 接入時(shí)，氮?dú)獾墓┙o此外可以非?？焖俚刂袛嗷驕p少。由于氮?dú)猱a(chǎn)生裝 置44能夠提供純氮?dú)獾姆浅８叩捏w積流和壓力，因此也不需要用于提 高增壓壓力或清潔增壓空氣的任何單獨(dú)的裝置。
此外，采用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)也可以無(wú)問(wèn)題地規(guī)定氧化氮排放的"多 級(jí)限制值，，。例如在近海船舶上的大型柴油機(jī)中應(yīng)用時(shí)可以規(guī)定較低的 氮?dú)庀拗浦担诠Ｉ现恍枰⒁廨^高的限制值。
以下參見圖5詳細(xì)描述本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的第二實(shí)施例。其中相同的 部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。
該實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)配有二級(jí)增壓，它包括第一廢氣渦輪增壓器28 和第二廢氣渦輪增壓器29,如圖5所示。第一廢氣渦輪增壓器(低壓渦 輪增壓器)28包括在內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系統(tǒng)16中的第一壓縮機(jī)30和在 內(nèi)燃機(jī)10的廢氣系統(tǒng)14中的第一渦輪32,它們以已知的方式相互連接。 在第一廢氣渦輪增壓器28的第一壓縮機(jī)30的下游在進(jìn)氣系統(tǒng)16中設(shè) 有一個(gè)第一增壓空氣冷卻器34。第二廢氣渦輪增壓器(高壓渦輪增壓器) 29類似地包括在內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系統(tǒng)14中在第一增壓空氣冷卻器34 上游的笫二壓縮機(jī)36和在內(nèi)燃機(jī)10的廢氣系統(tǒng)14中的第二渦輪38,它們也相互連接。在第二廢氣渦輪增壓器29的第二壓縮機(jī)36的下游在 進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)第二增壓空氣冷卻器40。也可以取消在第一廢氣渦 輪增壓器28的第一壓縮機(jī)30的下游的第一增壓空氣冷卻器34和/或在 第二廢氣渦輪增壓器29的第二壓縮機(jī)36的下游的第二增壓空氣冷卻器 40。
如在上述第一實(shí)施例中那樣，該內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣中通過(guò)一個(gè) 或多個(gè)氮?dú)馊肟?42供入了氮?dú)赓|(zhì)量流，以便減少氧化氮排放。
氮?dú)馊肟?42a例如可以設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系統(tǒng)16中的第一廢 氣渴輪增壓器28的第一壓縮機(jī)30的上游。附加地或備選地，可以在第 一壓縮機(jī)30和第一增壓空氣冷卻器34之間設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?42b，在 第一增壓空氣冷卻器34和第二廢氣渦輪增壓器29的第二壓縮機(jī)36之 間設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?42c,在第二壓縮機(jī)36和第二增壓空氣冷卻器40 之間設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?42d，和/或在進(jìn)氣系統(tǒng)16中在第二增壓空氣冷 卻器40下游設(shè)置一個(gè)氮?dú)馊肟?42e。尤其是當(dāng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)IO提出了關(guān)于 負(fù)荷接入的特別的要求時(shí)，附加地或備選地，直接在氣缸12的上游通 過(guò)氮?dú)馊肟?42f供給氮?dú)饣蛘邔⒌獨(dú)庵苯拥毓┤霘飧?2 (沒有示出)也 是可以設(shè)想的和是有利的。
在該實(shí)施例中，用于將氮?dú)赓|(zhì)量流供入內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣或增 壓空氣中的氮?dú)馊肟?42也不僅可以單個(gè)地而且可以以4壬意的多重組合 進(jìn)行布置。
各個(gè)氮?dú)馊肟?42如在上述實(shí)施例中那樣通過(guò)其中優(yōu)選設(shè)有控制或 調(diào)節(jié)閥54的氮?dú)夤艿?2與氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44連接。該氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44 對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例中的氮?dú)猱a(chǎn)生裝置，因此在此處不重復(fù)對(duì)它的描述。
當(dāng)然在該實(shí)施例中也可以類似于上面描述的方式附加地利用具有 氮?dú)猱a(chǎn)生裝置44的提高了氧含量的第二部分流50。
利用參照?qǐng)D5描迷的內(nèi)燃機(jī)10的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)與上述第一實(shí)施 例相同的作用和優(yōu)點(diǎn)。因此不做重復(fù)的描述。但是由于多級(jí)增壓有利地 提高了靈活性，尤其是氮?dú)馊肟诘脑O(shè)置位置的選擇，或?qū)Φ獨(dú)赓|(zhì)量流的 壓力和輸入的控制。
以上依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例并且參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是本發(fā)明 自然不局限于所示的實(shí)施例，而是專業(yè)人員能夠認(rèn)識(shí)到有許多種變型， 這些變型處于本發(fā)明的保護(hù)范圍中，如其在所附權(quán)利要求書中限定的那樣。
例如上述建議的由于減少內(nèi)燃機(jī)的氧化氮排放的解決方案也可以 無(wú)問(wèn)題地應(yīng)用于已經(jīng)存在的設(shè)備中，亦即現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)可以在一定的邊 緣條件下簡(jiǎn)單地進(jìn)行再裝備。
上述第一實(shí)施例示出了一種具有一級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)和上述第二實(shí) 施例示出了 一種具有二級(jí)增壓的內(nèi)燃機(jī)。原則上本發(fā)明也可以以現(xiàn)相應(yīng) 的方式應(yīng)用于具有多于兩個(gè)壓縮/增壓級(jí)的內(nèi)燃機(jī)。
在上述實(shí)施例中，內(nèi)燃才幾10的增壓組各具有壓縮才幾20或30,它們 是廢氣渦輪增壓器18或28, 29的組成部分。備選地，當(dāng)然也可以使用 其它類型的壓縮機(jī)用于增壓的內(nèi)燃機(jī)10。
雖然在上述實(shí)施例中的內(nèi)燃機(jī)10設(shè)計(jì)成總是在廢氣系統(tǒng)14和進(jìn)氣 系統(tǒng)16之間沒有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，但是本發(fā)明自然也可以以相同的方 式應(yīng)用于具有廢氣再循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)中。
本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于尤其是用重油運(yùn)行的大型柴油機(jī)，如例如在船舶 上使用的大型柴油機(jī)。但是本發(fā)明自然也可以應(yīng)用于其它的內(nèi)燃機(jī)。
權(quán)利要求
1.增壓式內(nèi)燃機(jī)(10)，尤其是大型柴油機(jī)或船用柴油機(jī)，其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)用于提供氮?dú)獾牡獨(dú)夤┙o裝置，尤其是用于產(chǎn)生氮?dú)獾牡獨(dú)猱a(chǎn)生裝置(44)和/或用于放出被儲(chǔ)存的氮?dú)獾牡獨(dú)鈨?chǔ)存裝置；和設(shè)有至少一個(gè)用于向內(nèi)燃機(jī)的燃燒空氣中供給氮?dú)獾牡獨(dú)馊肟?26a-26d；42a-42f)，該氮?dú)馊肟谂c氮?dú)夤┙o裝置(44)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)(10)具 有至少一個(gè)在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)中的壓縮機(jī)(20; 30, 36 );并 且至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26a;42a-42f)布置在該壓縮機(jī)(20; 30， 36)的 上游。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)(10) 具有至少一個(gè)在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)中的壓縮機(jī)(20; 30, 36); 并且至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26b-26d;42a-42f)布置在該壓縮機(jī)(20; 30, 36)的下游。
4. 按照權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)(10)具 有至少一個(gè)在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)中的增壓空氣冷卻器(24; 34, 40)，該增壓空氣冷卻器布置在壓縮機(jī)(20; 30, 36 )的下游；并且至 少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26a, 26b;42a-42d)布置在該增壓空氣冷卻器(24; 34, 40)的上游。
5. 按照權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)(IO) 具有至少一個(gè)在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)中的增壓空氣冷卻器(24; 34, 40),該增壓空氣冷卻器布置在壓縮機(jī)(20; 30, 36)的下游；并且至 少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26c， 26d; 42c-42f)布置在該增壓空氣冷卻器(24; 34, 40)的上游。
6. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃機(jī) (10)具有在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)中的一個(gè)第一壓縮機(jī)(30)和一個(gè)在該第一壓縮機(jī)(30)下游的第二壓縮機(jī)(36);和至少一個(gè)氮?dú)馊?口 (46a)布置在該第一壓縮機(jī)(30)的上游；和/或至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(46b, 42c)布置在該第一壓縮機(jī)(30)的下游和該第二壓縮機(jī)(36) 的上游；和/或至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(46d-42f)布置在該第二壓縮機(jī)(36 ) 的下游。
7. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26d; 42f)在最后一個(gè)壓縮機(jī)(20; 36)之后布置在內(nèi)燃 機(jī)(10)的一個(gè)氣缸(12)的上游。
8. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 一個(gè)氮 氣入口布置在內(nèi)燃機(jī)(10)的一個(gè)氣缸(12)上。
9. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，氮?dú)馊?口 ( 26a-26d; 42a-42f)通過(guò)氮?dú)夤艿?52 )與氮?dú)夤┙o裝置(44 )連接， 在該氮?dú)夤艿?52)中布置有控制或調(diào)節(jié)閥(54)，用于控制或調(diào)節(jié)進(jìn) 入所述至少一個(gè)氮?dú)馊肟?(26a-26d;42a-42f)的氮?dú)赓|(zhì)量流。
10. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，內(nèi)燃 機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)(16)具有至少一個(gè)用于向燃燒空氣中供給富氧空氣的空 氣入口，該空氣入口也與氮?dú)夤┙o裝置(44)連接。
11. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該內(nèi) 燃機(jī)(10)構(gòu)造成在廢氣系統(tǒng)(14)和進(jìn)氣系統(tǒng)(16)之間沒有廢氣再 循環(huán)系統(tǒng)。
12. 按照權(quán)利要求1至10中之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該 內(nèi)燃機(jī)(10)具有在廢氣系統(tǒng)(14)和進(jìn)氣系統(tǒng)(16)之間的廢氣再循 環(huán)系統(tǒng)。
13. 用于控制按照前述權(quán)利要求中之一所述增壓式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行的 方法，其特征在于，向內(nèi)燃機(jī)(10)的燃燒空氣中供給氮?dú)赓|(zhì)量流，該 氮?dú)赓|(zhì)量流在氮?dú)夤┙o裝置(44)中產(chǎn)生。
14. 按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過(guò)控制或調(diào)節(jié) 閥(54)控制或調(diào)節(jié)向內(nèi)燃機(jī)(10)的燃燒空氣中的氮?dú)赓|(zhì)量流的供給。
15. 按照權(quán)利要求13至14中之一所述的方法，其特征在于，向內(nèi) 燃機(jī)(IO)的燃燒空氣中供給用氮?dú)庠龈坏目諝赓|(zhì)量流，該空氣質(zhì)量流 尤其也是在氮?dú)夤┙o裝置(44)中產(chǎn)生。
16. 按照權(quán)利要求13至15中之一所述的方法，其特征在于，依據(jù) 內(nèi)燃機(jī)的功率、燃料噴射量、轉(zhuǎn)速、壓縮機(jī)的增壓空氣壓力、氮?dú)鈮毫Α?氮?dú)饬亢?或允許的氧化氮量將所述氮?dú)赓|(zhì)量流供到內(nèi)燃機(jī)(10)的燃燒 空氣中。
17. 按照權(quán)利要求13至16中之一所述的方法，其特征在于，依據(jù) 供給的氮?dú)赓|(zhì)量流改變噴射壓力，實(shí)施后噴射，改變?cè)鰤簤毫?或在壓 縮機(jī)特性曲線中改變內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)(10)其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)用于提供氮?dú)獾牡獨(dú)夤┙o裝置(44)和至少一個(gè)用于向燃燒空氣中供給氮?dú)赓|(zhì)量流的氮?dú)馊肟?26a-26d；42a-42f)，該氮?dú)馊肟谂c氮?dú)夤┙o裝置(44)連接。通過(guò)將氮?dú)夤┤肴紵諝庵锌梢杂行У販p少內(nèi)燃機(jī)(10)的氧化氮排放。該系統(tǒng)可以特別有利地應(yīng)用于用重油運(yùn)行的大型柴油機(jī)中。
文檔編號(hào)F02M25/00GK101555841SQ20091013432
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月12日
發(fā)明者G·廷希曼 申請(qǐng)人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司