内燃机和用于运行内燃机的方法技术

本发明专利技术涉及内燃机和用于运行内燃机的方法。内燃机(10)，即能至少在气体模式下运行的大型船舶发动机或固定式发动机，包括至少一个具有至少200mm的内径(12)的气缸(11)。内燃机(10)包括涡轮增压器(13)，该涡轮增压器包括涡轮机(14)和压缩机(15)。内燃机包括具有EGR阀(17)的低压排气再循环路径(16)。内燃机(10)进一步包括用于提供表示低压排气再循环路径中的过量空气系数的信号的第一测量单元(18)，优选地，该第一测量单元具有布置在所述EGR阀(17)下游的λ传感器。(17)下游的λ传感器。(17)下游的λ传感器。

【技术实现步骤摘要】
内燃机和用于运行内燃机的方法


[0001]本专利技术涉及一种包括用于排气再循环的系统的内燃机以及一种用于运行内燃机的方法。

技术介绍

[0002]本专利技术优选地涉及一种内燃机，例如大型船用或轮船发动机或固定式发动机，该内燃机的气缸具有至少200mm的内径。发动机优选为二冲程发动机或二冲程十字头发动机。
[0003]发动机可以是柴油机或燃气发动机、双燃料或多燃料发动机。气体燃料或液体和/或气体燃料在这种发动机中的燃烧以及自燃或强制点火是可能的。
[0004]因此，术语“内燃机”通常还指不仅能够以柴油模式(其特征在于燃料的自点火)而且能够以奥托模式(其特征在于燃料的强制点火)或以两者的混合物(例如通过火花点火)运行的大型发动机。此外，术语“内燃机”尤其包括双燃料发动机和大型发动机，其中，燃料的自燃用于另一种燃料的强制点火。
[0005]发动机具有至少一个其中具有活塞的气缸。活塞连接到曲轴。在发动机运行期间，活塞在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间往复运动。气缸通常具有至少一个用于进气的空气通道开口(特别是布置在气缸的衬套中的空气入口)以及至少一个用于排气的空气通道开口(特别是布置在气缸的盖中的排气出口)。优选地，空气入口与扫气空气接收器流体连接。
[0006]内燃机可以是纵向冲洗的二冲程发动机。
[0007]发动机速度优选低于800RPM(四冲程)，更优选低于200RPM(二冲程)，这是低速发动机的标志。
[0008]燃料可以是柴油或船用柴油或重燃料油或乳化液或悬浮液或甲醇或乙醇以及气体如液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等。
[0009]可能根据要求添加的其他可能燃料有：LBG(液化沼气)、生物燃料(例如：藻类燃料或海藻油))、氢气、来自CO2的合成燃料(例如由动力至气体或动力至液体制成的合成燃料)。
[0010]大型轮船，特别是用于运输货物的船舶，通常由内燃机驱动，特别是柴油和/或气体发动机，主要是二冲程十字头发动机。在液体燃料(如重燃料油、船用柴油、柴油或其他液体)被发动机燃烧的情况下以及在气体燃料(如LNG、LPG或其他)被发动机燃烧的情况下，来自该燃烧过程的排气需要被清洁以符合现有的污染物规定，如IMO Tier III规则。
[0011]内燃机可以以气体模式运行。可以提供诸如气体燃料的流体燃料，或者可以由进气阀将加压气液作为液体提供，并且加压气液用于产生扭矩。此外，在气体模式中，可以喷射少量的液体燃料(有时称为“引燃喷射”)以执行诱导点火。
[0012]除了新鲜空气和流体燃料之外，还可以将惰性气体例如排气引入气缸。发动机可以包括高压或低压排气再循环路径。
[0013]现代的四冲程奥托循环发动机使用闭环λ控制，测量排气中的氧含量并控制发动机中喷射的燃料量，以将λ保持在期望的限度内并避免浓燃烧。
[0014]在二冲程发动机上，缸内λ测量可能是有挑战性的，因为气缸扫气过程允许新鲜空气在排气阀打开时通过进气口进入，与排气混合。因此，测量排气中的残余燃烧氧气是不可靠的。
[0015]从EP372572A1已知，可以通过调整引燃燃料喷射正时，通过调整EGR率，通过调整添加的燃料量，通过调整扫气压力和/或通过调整惰性添加量来调整点火压力峰值角度。EGR率可能对燃烧过程具有强烈的影响。
[0016]EGR系统可以在压缩之后提供温度的降低并提供气缸充气的惰性化，这有助于抑制充气的提前点火以及发动机爆震。
[0017]已知为了减少或避免不正常的燃烧过程，可以将惰性气体例如排气引入气缸中。从EP3081890A1中已知通过调节EGR率来防止提前点火，也可以减少或避免爆震和断火。
[0018]此外，通过应用排气再循环，可以减少排气排放物CH4、THC、NO
x
、CO。
[0019]然而，EGR率越高，气缸中的空燃比(AFR)变得太小的风险也越高。空燃比是与燃烧过程中存在的固体、液体或气体燃料的质量比。
[0020]可以通过在发动机之前和之后(例如在扫气接收器中和在排气口处)测量O2浓度来在使用EGR的内燃机中测量EGR率，从而优化燃烧过程。一种替代方案是通过测量排气和扫气充气中的CO2浓度来计算EGR率。
[0021]WO2011/076837A1教导了测量和控制EGR率并且从穿过气缸的总排气质量流量和穿过涡轮机的涡轮机质量流量来确定EGR质量流量。

技术实现思路

[0022]本专利技术的目的是避免现有技术的缺点，特别是提供一种内燃机和一种运行内燃机的方法，该内燃机和该方法允许精确地设定发动机参数。
[0023]根据本专利技术，内燃机是能至少在气体模式下运行的大型船舶发动机或固定式发动机。
[0024]内燃机包括至少一个具有至少200mm的内径的气缸。
[0025]内燃机可包括至少一个用于向气缸供应流体燃料的进气阀。流体燃料可以是燃料气体或高压燃料液体，该高压燃料液体在进入气缸时蒸发。
[0026]内燃机包括具有至少一个涡轮机和至少一个压缩机的至少一个涡轮增压器。
[0027]涡轮增压器利用从气缸排出的排气来增加供给到气缸的空气量。由涡轮增压器压缩的空气可以供应到扫气接收器，该扫气接收器与用于进气的空气通道开口流体连接。
[0028]内燃机包括具有EGR阀的低压排气再循环路径。
[0029]对于低压排气再循环，排气经过涡轮增压器的涡轮机，之后它与新鲜空气混合和/或经过涡轮增压器的压缩机并作为扫气空气的一部分进入气缸。因此，通常EGR路径在涡轮机的下游分支。
[0030]内燃机进一步包括用于提供表示低压排气再循环路径中的过量空气系数的信号的第一测量单元。
[0031]第一测量单元可以包括布置在EGR阀下游的λ传感器。λ(也称为空燃当量比)是给定混合物的实际空燃比与化学计量的比率。λ＝1.0表示混合物处于化学计量，对于λ<1.0给出富混合物，对于λ>1.0给出贫混合物。
[0032]空燃当量比应当总是大于1。典型地，50％的EGR率导致1.5的λ。
[0033]过量空气系数可由空燃比或空燃当量比λ指定。
[0034]典型地，λ传感器测量被分析气体中的氧气(O2)的比例，在这种情况下，被分析气体是再循环的排气。如果燃料的种类是已知的，从氧含量可以确定空燃当量比或化学计量空气需求。
[0035]标准宽带λ探头在高达λ～1.5－1.7的λ范围内工作良好。
[0036]例如，ETAS公司的ES63xλ模块可以用作具有用于任何常规燃料的标准宽带λ探头的测量单元。
[0037]因此，可以通过排气中的λ测量、燃料消耗和涡轮机质量流量计算来计算EGR率。
[0038]排气的空燃当量比的掌握允许确定用于控制燃烧的其他值。
[0039]内燃机可以包括第二测量单元，该第二测量单元具有至少一个用于提供表示环境压力的信号的传感器并且优选地具有至少一个用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃机(10)，即能至少在气体模式下运行的大型船舶发动机或固定式发动机，所述内燃机(10)包括至少一个具有至少200mm的内径(12)的气缸(11)，所述内燃机(10)包括涡轮增压器(13)，该涡轮增压器包括涡轮机(14)和压缩机(15)，所述内燃机包括具有EGR阀(17)的低压排气再循环路径(16)，其特征在于，所述内燃机进一步包括用于提供表示所述低压排气再循环路径中的过量空气系数的信号的第一测量单元(18)，优选地，该第一测量单元具有布置在所述EGR阀(17)下游的λ传感器。2.根据权利要求1所述的内燃机(10)，其中：所述内燃机(10)包括第二测量单元(8)，该第二测量单元具有至少一个用于提供表示环境压力的信号的传感器(2)并且优选地具有至少一个用于提供表示环境温度的信号的传感器(3)；所述内燃机(10)包括第三测量单元(19)，该第三测量单元具有至少一个用于提供表示所述涡轮机(14)下游的压力的信号的传感器(22b)、至少一个用于提供表示所述涡轮机(14)上游的压力的信号的传感器(22a)和/或至少一个用于提供表示所述涡轮机(14)上游的温度的信号的传感器(23a)；并且其中，所述内燃机(10)包括第一控制单元(20)，该第一控制单元被配置成：－接收来自所述第一测量单元(18)的信号；－接收来自所述第二测量单元(8)的信号；－接收来自所述第三测量单元(19)的信号，并且优选地，分别基于上游压力和下游压力以及基于上游温度来确定涡轮机质量流量；并且－基于来自所述第一测量单元(18)、所述第二测量单元(8)的信号以及来自所述第三测量单元(19)的信号来确定EGR率，特别是根据所述涡轮机质量流量来确定EGR率。3.根据权利要求2所述的内燃机(10)，其中，所述第一控制单元(20)被配置成将所确定的EGR率与预定值和/或与预定区间进行比较。4.根据权利要求3所述的内燃机(10)，其中，所述第一控制单元(20)被配置成在所述EGR率低于或高于所述预定值和/或所述预定区间时产生信号。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：温特图尔汽柴油公司，
类型：发明
国别省市：