一种具有十字头(23)的大型涡轮增压二冲程压燃式发动机，包括：多个汽缸(1)，每个汽缸(1)设有扫气口(19)和排气阀(4)；排气接收器(3)；涡轮增压器(5)；排气管道(18)；涡轮增压器压缩机(9)；扫气管道(11)；用于将一部分排气再循环回到汽缸(1)的排气再循环管道(30)，排气再循环管道(30)包括用于迫使再循环的排气回到汽缸(1)的鼓风机(32)或压缩机，以及用于通过将一部分热扫气从扫气冷却器(22)上游的扫气管道(11)输送到涡轮增压器(5)的涡轮机(6)而绕过汽缸(1)的汽缸旁通管道(40)和锅炉(36)。发动机被配置成将排气的至少第一部分从汽缸(1)输送穿过锅炉(36)。
【技术实现步骤摘要】
具有排气再循环的大型涡轮增压二冲程压燃式发动机
本专利技术涉及一种具有排气净化系统的十字头型大型涡轮增压二冲程压燃式内燃机。
技术介绍
十字头型大型二冲程压燃式内燃机通常用于大型船舶的推进系统或作为发电厂的发动机。其已经并将越来越难以达到排放要求，特别是关于氮氧化物(NOx)水平。排气再循环是已知的协助内燃机减少NOx的措施。如果不使用排气再循环系统，这些排放要求诸如国际海事组织(IMO)第II级，特别是第III级排放标准是难以满足的。优选地，排气再循环率是可变的。DK177388公开了一种根据权利要求1的前序部分的大型二冲程压燃式内燃机。由发动机汽缸和涡轮增压器组成的能源系统必须在所有运行条件下小心地平衡。如果不平衡，则用于汽缸中的循环过程的边界条件变得不可接受，和/或涡轮增压器的压缩机进入喘振或扼流。压缩机特性决定涡轮增压器是否在接近其最大效率下运行，但是具有足够的喘振裕度以确保压缩机稳定性。喘振裕度是需要的，因为涡轮增压器工作点可能在某一瞬间，例如，发动机负荷快速降低期间，或在异常情况下，接近压缩机特性线图中的喘振线。当发动机必须提供具备有和没有高压排气再循环的运行模式并且具有固定的涡轮增压器部件时，“平衡”变得显著地更加复杂。原因在于从排气接收器到扫气接收器的排气再循环路线包括一冷却器，其从能量系统中去除非常大量的能量。这种能量“丢失”于容器中央冷却器。在排气再循环不进行的情况下运行时，这种能量去除不存在。因此，当从排气再循环运行切换到非排气再循环运行时，能量系统中的平衡显著地不同，反之亦然。目前，通过使用从压缩机出气口到涡轮机进气口的汽缸旁路以及涡轮机旁路来建立“平衡”。这些旁路的控制策略被设计成补偿各个运行模式下的能量去除。当在没有排气再循环的情况下运行时，涡轮机旁路减少输送到涡轮机的能量，当在具有排气再循环的情况下运行时，汽缸旁路增加输送到涡轮机的能量。总之，这些措施补偿了排气再循环管线路起作用或不起作用的效果，同时减少了流过汽缸的扫气。因此，具有一种针对涡轮增压的二冲程压燃式内燃机的需求，其中在使用旁路的需求最小化和排气再循环冷却器中能量损失最小化的情况下，涡轮增压器在有和没有排气再循环的情况下运行都平衡。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种克服或至少减少上述问题的具有十字头的大型二冲程压燃式内燃机。前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式从从属权利要求，说明书和附图中显而易见。根据第一方面，提供了一种具有十字头的大型涡轮增压二冲程压燃式内燃机，包括：多个汽缸，每个汽缸设有扫气口和排气阀；通过各个汽缸的排气阀连接到汽缸的排气接收器；一涡轮增压器；将排气接收器的出气口连接到涡轮增压器的涡轮机的排气管道；由涡轮机驱动的涡轮增压器的涡轮增压器压缩机；将涡轮增压器压缩机的出气口连接到扫气接收器的进气口的扫气管道，扫气管道包括一扫气冷却器，扫气接收器经由各个汽缸的扫气口连接到汽缸；用于将一部分排气再循环回到汽缸的排气再循环管道，排气再循环管道包括用于迫使再循环的排气回到汽缸的鼓风机或压缩机，以及用于通过将一部分热扫气从扫气冷却器上游的扫气管道输送到涡轮增压器的涡轮机而绕过汽缸的汽缸旁通管道和锅炉，其特点在于，发动机被配置成将排气的至少第一部分从汽缸输送穿过锅炉(36)，并且发动机具有至少两个运行模式，发动机被配置处于第一运行模式，以将从汽缸输送穿过锅炉(36)的排气的第一部分，从锅炉(36)穿过排气再循环管道输送回到汽缸并且将一部分热扫气通过旁路管道从扫气冷却器上游的扫气管道输送到涡轮机，并且发动机被配置处于第二运行模式，以阻止穿过排气再循环管道的流动，以阻止穿过旁路管道的流动以及将输送穿过锅炉的第一部分排气从锅炉输送到涡轮机。通过包括一在排气再循环运行和非排气再循环运行中从排气中去除能量的锅炉，能量系统在两种运行模式中均衡，并且不使用涡轮旁路用于非排气再循环运行。相反，它使用一锅炉，即与排气接收器并联的高压锅炉，以便从系统中去除能量。一个显著的优点是气体温度和密度高，导致极其高效的热交换器或高压锅炉，相比于传统锅炉，在涡轮机出气口后，以显著较低的尺寸和成本提供有用蒸汽。当该发动机被用于总是需要蒸汽的船舶上时，这是特别有用的。在第一方面的第一可能的实施方式中，发动机被配置成将排气的第二部分从汽缸输送到涡轮而不经过锅炉。在第一方面的第二可能的实施方式中，发动机包括位于扫气管道中的辅助鼓风机，并且发动机被配置为运行辅助鼓风机以便最大化锅炉的蒸汽产量。在第一方面的第三可能的实施方式中，排气的第一部分和排气的第二部分一起构成来自汽缸的总排气。在第一方面的第四可能的实施方式中，发动机包括具有锅炉的锅炉管道，锅炉管道的进气口在第一位置连接于排气接收器或排气管道。在第一方面的第五可能的实施方式中，锅炉管道的出气口在第三位置连接于排气再循环管道，第三位置优选地位于鼓风机或压缩机的上游。在第一方面的第六可能的实施方式中，锅炉管道的出气口在第一位置下游的第二位置处连接于排气管道。在第一方面的第七可能的实施方式中，发动机包括位于排气再循环管道中的第一控制阀。在第一方面的第八可能的实施方式中，发动机包括位于旁路管道中的第二控制阀。在第一方面的第九可能的实施方式中，发动机包括第三控制阀，该第三控制阀位于第三位置和排气再循环管道连接到排气管道的位置之间。在第一方面的第十可能的实施方式中，排气再循环管道包括排气再循环冷却器。在第一方面的第十一可能的实施方式中，根据期望的涡轮增压器平衡来控制锅炉和排气管道之间的排气流的分配。在第一方面的第十二可能的实施方式中，锅炉被集成到排气接收器中。在第一方面的第十三可能的实施方式中，排气接收器具有用于均衡来自各个汽缸的排气的压力脉冲的大体积，以在排气接收器的出气口处提供基本恒定的压力。在第一方面的第十四可能的实施方式中，发动机还包括与扫气管道相关联的辅助鼓风机，用于在相关负载条件下辅助涡轮增压器。在第一方面的第十五可能的实施方式中，扫气接收器具有用于减小由流入各个汽缸的气流引起的压力波动的大体积。在第一方面的第十六可能的实施方式中，发动机被配置成在所有发动机负载水平下运行辅助鼓风机，从而最大化锅炉的蒸汽产量。因此，可以减少或避免使用燃油器等来增加主发动机的低负载区域中的蒸汽产量。在第一方面的第十七可能的实施方式中，发动机在涡轮机的低压侧不设置蒸汽锅炉。本专利技术的这些和其它方面将从下面描述的实施例中变得显而易见。附图说明在本公开的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例性实施例，更详细地解释本专利技术，其中：图1是示出根据示例性实施例的大型二冲程压燃式涡轮增压发动机的前端和一个侧面的立体图；图2是图1的发动机的后端和另一横向侧的立体图；图3是具有进气和排气系统的根据图1的发动机的示意图；图4是现有技术的III级发动机，现有技术的进气和排气系统的示意图；图5是图4中的现有技术的III级发动机在III级模式下即有排气再循环的情况下运行的示意图；图6是图4中的现有技术的II级发动机在II级模式下即没有排气再循环的情况下运行的示意图；图7是根据本专利技术的具有进气和排气系统的III级发动机的示例性实施例的示意图；图8是图7的III级发动机在III级模式下即有排气再循环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有十字头(23)的大型涡轮增压二冲程压燃式发动机，其包括：多个汽缸(1)，每个所述汽缸(1)设有扫气口(19)和排气阀(4)；排气接收器(3)，所述排气接收器(3)经由各个所述汽缸的排气阀(4)连接到所述汽缸(1)；涡轮增压器(5)；排气管道(18)，所述排气管道(18)将所述排气接收器(12)的出气口连接到所述涡轮增压器(5)的涡轮机(6)；所述涡轮增压器(5)的涡轮增压器压缩机(9)，所述涡轮增压器压缩机(9)由所述涡轮机(17)驱动；扫气管道(11)，所述扫气管道(11)将所述涡轮增压器压缩机(9)的出气口连接到扫气接收器(2)的进气口，所述扫气管道(11)包括一扫气冷却器(12)，所述扫气接收器(2)经由各个所述汽缸(1)的扫气口(19)连接到所述汽缸(1)；排气再循环管道(30)，所述排气再循环管道(30)用于将一部分排气再循环回到所述汽缸(1)，所述排气再循环管道(30)包括：用于迫使再循环的排气回到所述汽缸(1)的鼓风机(32)或压缩机，以及用于通过将一部分热扫气从所述扫气冷却器(22)上游的所述扫气管道(11)输送到所述涡轮增压器(5)的所述涡轮机(6)而绕过汽缸(1)的汽缸旁路管道(40)和锅炉(36)；其特征在于，所述发动机被配置成将所述排气的至少第一部分从所述汽缸(1)输送穿过所述锅炉，并且所述发动机具有至少两个运行模式，所述发动机被配置处于第一运行模式，以将从所述汽缸(1)输送穿过所述锅炉(36)的所述排气的所述第一部分，从所述锅炉(36)穿过所述排气再循环管道(30)输送回到所述汽缸(1)并且将一部分热扫气通过所述旁路管道(40)从所述扫气冷却器(12)上游的所述扫气管道(11)输送到所述涡轮机(6)，并且所述发动机被配置处于第二运行模式，以阻止穿过所述排气再循环管道(30)的流动，以阻止穿过所述旁路管道(40)的流动以及将输送穿过所述锅炉(36)的所述第一部分排气从所述锅炉(36)输送到所述涡轮机(6)。...
【技术特征摘要】
2016.12.21 DK PA2016710131.一种具有十字头(23)的大型涡轮增压二冲程压燃式发动机，其包括：多个汽缸(1)，每个所述汽缸(1)设有扫气口(19)和排气阀(4)；排气接收器(3)，所述排气接收器(3)经由各个所述汽缸的排气阀(4)连接到所述汽缸(1)；涡轮增压器(5)；排气管道(18)，所述排气管道(18)将所述排气接收器(12)的出气口连接到所述涡轮增压器(5)的涡轮机(6)；所述涡轮增压器(5)的涡轮增压器压缩机(9)，所述涡轮增压器压缩机(9)由所述涡轮机(17)驱动；扫气管道(11)，所述扫气管道(11)将所述涡轮增压器压缩机(9)的出气口连接到扫气接收器(2)的进气口，所述扫气管道(11)包括一扫气冷却器(12)，所述扫气接收器(2)经由各个所述汽缸(1)的扫气口(19)连接到所述汽缸(1)；排气再循环管道(30)，所述排气再循环管道(30)用于将一部分排气再循环回到所述汽缸(1)，所述排气再循环管道(30)包括：用于迫使再循环的排气回到所述汽缸(1)的鼓风机(32)或压缩机，以及用于通过将一部分热扫气从所述扫气冷却器(22)上游的所述扫气管道(11)输送到所述涡轮增压器(5)的所述涡轮机(6)而绕过汽缸(1)的汽缸旁路管道(40)和锅炉(36)；其特征在于，所述发动机被配置成将所述排气的至少第一部分从所述汽缸(1)输送穿过所述锅炉，并且所述发动机具有至少两个运行模式，所述发动机被配置处于第一运行模式，以将从所述汽缸(1)输送穿过所述锅炉(36)的所述排气的所述第一部分，从所述锅炉(36)穿过所述排气再循环管道(30)输送回到所述汽缸(1)并且将一部分热扫气通过所述旁路管道(40)从所述扫气冷却器(12)上游的所述扫气管道(11)输送到所述涡轮机(6)，并且所述发动机被配置处于第二运行模式，以阻止穿过所述排气再循环管道(30)的流动，以阻止穿过所述旁路管道(40)的流动以及将输送穿过所述锅炉(36)的所述第一部分排气从所述锅炉(36)输送到所述涡轮机(6)。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机被配置成...
【专利技术属性】
技术研发人员：金姆·詹森，
申请(专利权)人：曼狄赛尔公司德国曼柴油机欧洲股份公司的联营公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK
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