【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种大型二冲程内燃发动机，特别地涉及一种大型二冲程单向流扫气涡轮增压内燃发动机，该大型二冲程内燃发动机在至少一种运行模式下以氨(nh3)作为用于在发动机中燃烧的主要燃料。
技术介绍
1、大型二冲程单向流扫气涡轮增压压燃内燃横置发动机通常用于大型船舶的推进系统或者用作发电厂中的原动机。庞大的尺寸、重量和功率输出使其与普通内燃发动机完全不同，并使大型二冲程涡轮增压压燃内燃发动机自成一类。
2、过去，内燃发动机主要使用碳氢化合物燃料，诸如燃料油例如柴油，或者燃气例如天然气或石油气。碳氢化合物燃料的燃烧会释放二氧化碳(co2)以及其他温室气体，造成大气污染和气候变化。与化石燃料杂质造成的副产品排放不同，co2是碳氢化合物燃烧造成的不可避免的结果。特定燃料的能量密度和co2足迹取决于碳氢化合物链的长度及其碳氢化合物分子的复杂性。因此，与液态碳氢化合物燃料相比，气态碳氢化合物燃料具有较少的足迹，但缺点是气态碳氢化合物燃料的处理和储存更具挑战性且成本更高。为了减少co2足迹，正在开发非碳氢化合物燃料。
3、氨(nh3)是一种合成产品，来自化石燃料、生物质或者可再生或可持续源(风能、太阳能、水能、核能或热能)，并且在由可再生/可持续源生成时，nh3几乎没有碳足迹，燃烧时也不会排放任何co2、sox、颗粒物或未燃烧的碳氢化合物。
4、nh3已在小型内燃发动机——例如在汽车中使用的内燃发动机——中进行了小规模测试和使用，但尚未用于驱动大型二冲程内燃发动机。
5、在大型二冲程内燃发动机中通过燃
6、用于从排放气体中去除nh3的已知系统使用氨泄漏催化剂(asc或amox)。使用选择性催化还原(scr)催化剂还原nox。使用氨泄漏催化剂(asc)来控制排放气体中的nh3泄漏。asc催化剂位于scr催化剂的下游，nox和nh3已在该处发生反应，从而去除nox。如果由于一些原因，在scr催化剂之后还存在nh3，则会通过asc进行氧化来去除nh3。asc像与scr那样处理整个气体量。因此，如果在大型二冲程内燃发动机上安装asc，由于需要处理所有排放气体，asc的尺寸将与scr催化剂相似。由于scr催化剂是体积很大的物质，因此增加另一体积很大的设备是存在问题的。另一缺点是，一氧化二氮(n2o)可以是asc上nh3氧化的副产品。用于一氧化二氮的已知消减系统已经存在，但需要400摄氏度以上的温度才能有效，而高效船用发动机很难达到这样的排放气体温度。
7、另一已知技术是使用湿式洗涤器从排放气体中洗涤出nh3，这种方法会在船上引入非常大且笨重的部件，并且船上的废水也不容易处理。
8、dk202170273公开了一种根据权利要求1的前序部分所述的大型二冲程内燃发动机。
技术实现思路
1、目的是提供一种克服或至少减少上述问题的大型二冲程内燃发动机。另一目的是提供一种用于从大型二冲程内燃发动机减少氨泄漏的方法。
2、通过独立权利要求的特征实现了上述目的和其他目的。另外的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中很明显。
3、根据第一方面，提供了一种大型二冲程单向流扫气涡轮增压内燃发动机，该发动机具有至少一种操作模式，在该操作模式中，主要燃料是氨，该发动机包括：
4、-至少一个气缸，该气缸具有覆盖该气缸的气缸盖以及位于气缸中的气缸衬套和往复活塞，
5、-燃烧室，该燃烧室形成在气缸的内部且位于往复活塞与气缸盖之间，
6、-进气系统，该进气系统用于向燃烧室供应扫气空气，
7、-排放系统，该排放系统用于排放在燃烧室中通过氨的燃烧而生成的排放气体流，
8、-涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括在进气系统中用于对扫气空气进行压缩的至少一个压缩机和在排放系统中用于对压缩机进行驱动的至少一个排放气体驱动涡轮，
9、-在排放系统中的scr催化剂，优选地位于排放气体驱动涡轮的上游，
10、-将含有nox的气体流添加到scr催化剂内或上游的排放气体流中的装置。
11、专利技术者意识到，如果能确保氨在scr催化剂中被还原，就可以避免氨泄漏。然而，当存在于scr催化剂中的nox不足时，即氨和nox之间的摩尔比高于1时，氨不会被还原。在离开燃烧室的排放气体中，氨和nox之间的比率并不总是可以(准确地)控制或(准确地)预测。通过向排放气体中提供含有nox的气体流，可以确保scr催化剂中始终存在用于完全还原氨的nox的所需量，以确保存在于排放气体中的全部或至少几乎全部氨在scr催化剂中被还原。仅需要相对较少的气态nox流就可以获得所需的结果。
12、在第一方面的可能实现形式中，通过在氧化催化剂上处理氨和空气的流以将氨转化为no来产生含有nox的气体流。尽管在此过程中需要施加一些热，但与之前提到的已知解决方案相比而言量较少，而且与已知的氨泄漏催化剂装置相比，氧化催化剂的尺寸较小。因此，根据第一方面所述的发动机体积较小，并且建造和维护成本较低。
13、在第一方面的可能实现形式中，发动机包括控制器，该控制器被配置为对添加到排放气体流中的含有nox的气体流的大小进行控制。
14、在第一方面的可能实现形式中，发动机包括对排放气体流中氨和nox之间的摩尔比进行测量和/或估算的装置。
15、在第一方面的可能实现形式中，控制器被配置为根据排放气体流中氨和nox之间的经测量和/或经估算的摩尔比来调整含有nox的气体流的大小。
16、在第一方面的可能实现形式中，控制器被配置为将nox流的大小调整到一定程度，使得进入scr催化剂的排放气体流中的氨和nox之间的摩尔比等于或低于1，优选地略低于1。
17、在第一方面的可能实现形式中，含有nox的气体流包括no和no2，以及其中，发动机包括用于对含有nox的气体流中的no和no2之间的比率进行调整的装置。
18、在第一方面的可能实现形式中，发动机包括传感器系统，该传感器系统提供一个或更多个信号，允许控制器确定排放气体流中氨和nox之间的摩尔比。
19、在第一方面的可能实现形式中，发动机包括用于生成含有nox的气体流的nox生成系统，该nox生成系统优选地包括用于提供氨流的源，该氨流优选地在催化作用下被氧化成no和h2o，以获得含有nox的气体流。
20、在第一方面的可能实现形式中，发动机包括氧化催化剂，该氧化催化剂优选地是铂铑催化剂，该发动机优选地包括向氧化催化剂供应加压气态氨和供应加压空气，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型二冲程单向流扫气涡轮增压内燃发动机，所述发动机具有主要燃料为氨的至少一种运行模式，所述发动机包括：
2.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括控制器(60)，所述控制器(60)被配置为对添加到所述排放气体流中的所述含有NOx的气体流的大小进行控制。
3.根据权利要求2所述的发动机，所述发动机包括对所述排放气体流中的氨和NOx之间的摩尔比进行测量和/或估算的装置。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述控制器(60)被配置为根据所述排放气体流中的氨和NOx之间的经测量和/或经估算的摩尔比来对所述含有NOx的气体流的大小进行调整。
5.根据权利要求4所述的发动机，其中，所述控制器(60)被配置为将所述NOx流的大小调整到以下大小：所述NOx流的经调整的大小使得进入所述选择性催化还原催化剂(40)的所述排放气体流具有的氨和NOx之间的摩尔比等于或低于1，优选地略低于1，即氨的摩尔浓度等于或低于NOx的摩尔浓度，优选地略低于NOx的摩尔浓度。
6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述含有NOx的气体流包括N
7.根据权利要求2所述的发动机，所述发动机包括传感器系统(44、45、46、47、48、49)，所述传感器系统提供一个或更多个信号，所述信号允许所述控制器(60)来确定所述排放气体流中的氨和NOx之间的摩尔比。
8.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括用于生成所述含有NOx的气体流的NOx生成系统，所述NOx生成系统优选地包括用于提供NH3流的源，所述NH3流优选地在催化作用下被氧化成NO、NO2和H2O，以获得所述含有NOx的气体流。
9.根据权利要求8所述的发动机，所述发动机包括氧化催化剂(43)，所述氧化催化剂优选地是铂铑催化剂，所述发动机优选地包括向所述氧化催化剂(43)供应加压气态氨的供应件和向所述氧化催化剂(43)供应加压空气的供应件，所述加压空气的源优选地是来自所述进气系统的扫气空气。
10.根据权利要求8所述的发动机，其中，所述NOx生成系统被配置为对所述含有NOx的气体中的NO和NO2之间的比率进行控制。
11.根据权利要求8所述的发动机，其中，控制器(60)被配置为确定所述含有NOx的气体中的NO和NO2之间的最佳比率，并被配置为相应地调整所述含有NOx的气体中的NO和NO2之间的比率。
12.根据权利要求8所述的发动机，所述发动机在所述NOx生成系统的下游处包括催化NO2消减系统，优选地包括铁沸石催化剂，用于去除能够因NOx生成单元内的副反应而产生的N2O。
13.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括用于对所述含有NOx的气体进行储存的容器，优选地包括用于在高压下对所述含有NOx的气体进行储存的容器，优选地，所述容器通过控制阀连接至所述排放气体系统，从而允许受控制的所述含有NOx的气体流从所述容器进入所述排放气体流。
14.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括：至少一个NOx传感器(44、46、48)，所述NOx传感器被配置用于提供代表所述排放系统中的所述排放气体流的NOx浓度的信号；以及至少一个氨传感器(45、47、49)，所述氨传感器被配置用于提供代表所述排放系统中的所述排放气体流中的氨浓度的信号。
15.根据权利要求1所述的发动机，
16.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括氨燃料系统(30)，所述氨燃料系统被配置用于向燃料阀(50、50')供应加压氨，所述燃料阀被配置用于向所述燃烧室喷射氨或将氨吸入所述燃烧室。
17.一种用于减少大型二冲程单向流扫气涡轮增压内燃发动机中氨泄漏的方法，所述方法包括：
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括：在向所述排放气体流添加所述受控制的NOx流之前，确定氨和NOx之间的摩尔比，并在所述摩尔比等于或大于1时，以及优选地仅在所述摩尔比等于或大于1时，向所述排放气体流添加所述受控制的NOx流。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包括：确定将所确定的摩尔比降至1以下所需的NOx流的大小，优选地确定将所确定的摩尔比降至略低于1所需的NOx流的大小；以及将所述含有NOx的气体流的大小调整至所确定的大小。
20.根据权利要求19所述的方法，所述方法包括：确定所述含有NOx的气体流中的NO与NO2之间的期望比率，并调整所述含有NOx的气体流中的NO与NO2之间的比率。...
【技术特征摘要】
1.一种大型二冲程单向流扫气涡轮增压内燃发动机，所述发动机具有主要燃料为氨的至少一种运行模式，所述发动机包括：
2.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括控制器(60)，所述控制器(60)被配置为对添加到所述排放气体流中的所述含有nox的气体流的大小进行控制。
3.根据权利要求2所述的发动机，所述发动机包括对所述排放气体流中的氨和nox之间的摩尔比进行测量和/或估算的装置。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述控制器(60)被配置为根据所述排放气体流中的氨和nox之间的经测量和/或经估算的摩尔比来对所述含有nox的气体流的大小进行调整。
5.根据权利要求4所述的发动机，其中，所述控制器(60)被配置为将所述nox流的大小调整到以下大小：所述nox流的经调整的大小使得进入所述选择性催化还原催化剂(40)的所述排放气体流具有的氨和nox之间的摩尔比等于或低于1，优选地略低于1，即氨的摩尔浓度等于或低于nox的摩尔浓度，优选地略低于nox的摩尔浓度。
6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述含有nox的气体流包括nox成分，即no和no2，以及其中，所述发动机包括用于对所述含有nox的气体流中的no和no2之间的比率进行调整的装置。
7.根据权利要求2所述的发动机，所述发动机包括传感器系统(44、45、46、47、48、49)，所述传感器系统提供一个或更多个信号，所述信号允许所述控制器(60)来确定所述排放气体流中的氨和nox之间的摩尔比。
8.根据权利要求1所述的发动机，所述发动机包括用于生成所述含有nox的气体流的nox生成系统，所述nox生成系统优选地包括用于提供nh3流的源，所述nh3流优选地在催化作用下被氧化成no、no2和h2o，以获得所述含有nox的气体流。
9.根据权利要求8所述的发动机，所述发动机包括氧化催化剂(43)，所述氧化催化剂优选地是铂铑催化剂，所述发动机优选地包括向所述氧化催化剂(43)供应加压气态氨的供应件和向所述氧化催化剂(43)供应加压空气的供应件，所述加压空气的源优选地是来自所述进气系统的扫气空气。
10.根据权利要求8所述的发动机，其中，所述nox生成系统被配置为对所述含有nox的气体中的no和no2之间的比率进行控制。
11.根据权利要求8所述的发动机，其中，控制器(60)被配置为确定所述含有nox的气体中的no和no2之间的最佳比率，并被配置为相应地调整所述含有nox的气体中的no和n...
【专利技术属性】
技术研发人员：安雅·扎拉·弗里德贝格，
申请(专利权)人：曼能解决方案曼能解决方案德国股份公司分公司，
类型：发明
国别省市：
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