往复活塞式内燃发动机、废气调节装置和操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机，具体涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的具有废气调节装置(exhaust gas condit1ning)的单流扫气式(uniflow-scavenged)大型二冲程柴油发动机、废气调节装置以及操作往复活塞式内燃发动机的方法。
【背景技术】
[0002]在实践中，长期以来需要所谓的“双燃料”发动机，即可以使用两种不同燃料运行的发动机。为此，一方面，应该经常燃烧例如采用天然气(例如所谓的“液化天然气”(LNG))形式的燃气，或者燃烧采用液化石油气和适于驱动内燃发动机的另一种燃气的形式的燃气；另一方面，诸如汽油、柴油、重质燃料油或另一种合适的液体燃料等另一种燃料可以在同一个发动机中进行燃烧。就此而言，发动机可以是二冲程发动机和四冲程发动机两者，并且就此而言它们可以是小型发动机、中型发动机或者也可以是大型发动机，特别是大型单流扫气式二冲程柴油发动机，诸如用作船只中的驱动单元，但也经常用于在发电厂产生电會K。
[0003]在这方面，在催化转化器辅助下净化废气日益重要，这一般是特别的技术挑战，因为由燃烧不同燃料而产生的废气对同一个催化转化器可能具有不同的效果。例如，具体的催化剂由此可以针对一种燃料(例如针对燃气)进行优化，并且最好净化消耗的燃气燃料的废气，但同时针对可替代使用的燃料(例如针对柴油)或多或少是不可用的，或者可能甚至被柴油废气损坏或可以随着时间的推移而变得不可用。
[0004]例如，在实践中，大型二冲程双燃料发动机一方面可以常常通过重质燃料油或柴油来运行，而另一方面通过燃气(例如上述LNG)来运行，这可以导致不完全燃烧的高014逃逸。如果相应的发动机现在用燃气来运行，即在燃气模式下，则燃烧所产生的废气可以特别是包括并非少量的甲烷和/或甲醛排放，这例如可以在燃烧过程中在气缸壁处因燃烧火焰的自然冷却(“淬熄”)而产生，或者可以在具有新鲜空气的气缸在出口阀未同时闭合的情况下发生扫气的阶段中得以释放，或者可以以不同的方式进行释放。如果废气中的甲烷浓度相应较高，则发动机的安全运行可能从而受到削弱。例如，废气系统中的甲烷，例如废气歧管中的甲烷或涡轮增压器之前甚至之中的区域中的甲烷存在着风险。在最坏的情况下，在废气系统中点燃甲烷可以导致暴露于甲烷燃气点火的有害影响的相应部件损坏。另外，甲烷是极其有效的温室气体，已知比二氧化碳更有效至少25倍，这对计算所谓的“能效设计指数”(EEDI)可能具有显著的负面影响。
[0005]因此，对纯燃气发动机而言早已公知使用氧化催化剂，这至少减少甲烷和/或甲醛排放，由此不仅节约环境，而且例如防止甲烷在废气系统中富集得太高，使得这些催化剂也防止甲烷在废气系统中点火，这样可以同样避免所提到的这些催化剂对废气系统部件的可能损坏。这样的纯燃气发动机例如在WO 2010 147071 Al中加以阐述。其它现有技术可以例如在DE 10 2010 005814 Al中找到。
[0006]然而，这样的氧化催化剂通常很敏感，并且可能被与为其提供的不同的废气严重损毁。例如，如果根据WO 2010 147071 Al的纯燃气发动机的氧化催化剂通过已燃烧柴油的废气或者甚至通过燃烧重质燃料油所得的废气而起作用，则它将在很短的时间后就因这些废气的上述所有化学性质非常积极的成分而受到不可挽回的损坏，借此发动机的进一步安全可靠运行将至少是成问题的，并且在最坏的情况下甚至成为泡影。仅仅出于这个原因，诸如根据WO 2010 147071 Al的纯AGN燃气发动机处的催化剂一般不适于双燃料运行，SP，例如一方面用燃气来替代运行，另一方面用柴油或者甚至用重型油来运行。
[0007]然而，特别地但不仅关于船只中大型柴油发动机的操作，尤其在一方面是先前提到的使用燃气，另一方面是使用柴油或重型油，出于各种原因在实践中是期望的，使得日益需要这样的内燃发动机:可以取决于需求来运行，一方面可替代地通过燃气来运行，特别地通过LNG燃气来运行，而且用柴油来运行，经常用重型油来运行；另一方面同时必须避免特别由于乙烷或甲醛造成的上述有害影响。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的是提供一种往复活塞式内燃发动机，一方面可以另选地通过燃气来运行，另一方面通过另一种燃料来运行，特别地通过诸如柴油或重型燃料等另一种液体燃料来运行，其中，用燃气运行时，甲烷和/或甲醛和/或根据现有技术已知的其它成分的有害影响通过使用氧化催化剂而排除。然而，另选地，用诸如柴油或重型油等另一种燃料运行在不会损坏或削弱氧化催化剂的情况下也必须是可行的。
[0009]满足这些目的的本发明的主题表征为各独立方面的特征。
[0010]各自的其它方面涉及到本发明的特别有利实施例。
[0011]由此，本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机，特别是二冲程发动机或四冲程发动机，具体是大型单流扫气式二冲程柴油发动机，该往复活塞式内燃发动机包括气缸，所述气缸具有出口阀并且具有活塞，所述活塞在一侧界定出燃烧空间并且被布置成能在上死点和下死点之间在所述气缸中来回移动。为此，设置有废气线，使得废气能经由所述出口阀从所述燃烧空间供给到所述废气线。根据本发明，设置有包括催化转化器和旁路线以及切换装置的废气调节装置，使得所述废气能借助所述切换装置经由所述催化转化器或经由所述旁路线从所述燃烧空间供给到所述废气线。
[0012]可能是首次由于根据本发明的废气调节装置的构造包括所述催化转化器和所述旁路线，所述催化转化器和所述旁路线与切换装置相互作用，使得所述废气可以借助所述切换装置从所述往复活塞式内燃发动机的燃烧空间经由所述催化转化器或经由所述旁路线导出，用燃气并另选地用诸如柴油或重型油等另一种燃料来运行往复活塞式内燃发动机并且确保在燃气运行时所述废气中的甲烷含量可以显著减少至预定义值，其中同时确保当用另一种燃料运行时，用于减少甲烷负荷的所述催化转化器不受到损坏。
[0013]如已经提到的，这对已知发动机而言是不可能的。例如，WO 2010 147071 Al由此涉及具有均质压燃的纯燃气发动机。这些发动机仅可以用纯燃气运行，不具有用柴油或重型油的另选运行，并且特别地也没有使用任何引燃喷射。作为直接后果，在根据WO 2010147071 Al的发动机中，所述催化剂被固定地安装在所述废气系统中，即在这不具有负面影响的情况下，来自所述燃烧空间的废气始终经由所述催化剂导出。然而，如果这样的发动机例如用柴油或重型油来运行，这将导致损坏或者甚至毁坏所述催化转化器的后果，因为在WO 2010 147071 Al的发动机中，在燃烧柴油或重型油时，所述催化剂无法防止有害废气。
[0014]这可能是首次由本发明提供一种具有切换装置的废气调节装置，凭借切换装置，例如由于使用可控阀，在燃烧柴油或重型油时所产生的所述废气经由所述旁路线绕过所述催化转化器被导出所述燃烧空间。
[0015]在实践中，根据本发明的往复活塞式内燃发动机通常包括多个气缸以及一废气歧管，使得所述废气可以从至少两个气缸供给到所述废气歧管，其中通常两个以上的气缸将来自所述燃烧空间的废气馈送给所述废气歧管。在非常特殊的情况下，例如当所述发动机仅具有一个气缸或者以不同方式相应地构造时，所述废气线本身可以形成所述废气歧管。
[0016]在实践起来特别优选的实施例中，所述废气调节装置设置在所述气缸和所述废气歧管之间，使得来自所述燃烧空间的所述废气可以经由所述废气调节装置供给到所述废气歧管。即，所述催化转化器特别有利地设置在所述废气系统的高压区域中，即在所述废气涡轮增压器之前，特别优选地尽可能接近所述出口阀，即如所提到的介于所述气缸和所述废气歧管之间。将所述催化转化器安装在所述高压区域中特别