CN102959192A - 具有脱氮部的内燃机以及具备内燃机的船舶 - Google Patents

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Abstract

一种具有脱氮部的内燃机以及具备内燃机的船舶。本发明的内燃机(1)具备：鼓风机(3)，其对空气进行送风；燃烧室(4)，其将所述鼓风机(3)送风的空气和燃料燃烧并产生驱动力，同时将废气排出；增压器(2)，其通过从燃烧室(4)排出的废气驱动；脱氮装置(10)，其具有对从增压器(2)排出的废气中的氮氧化物进行还原的催化剂；燃烧部(8)，其设置在燃烧室(4)与增压器(2)之间，对向增压器(2)引导的废气喷射燃料并使其燃烧，其中，在内燃机(1)起动前，将由鼓风机(3)送风的空气作为燃烧空气从燃烧室(4)导出。

Description

具有脱氮部的内燃机以及具备内燃机的船舶
技术领域
本发明涉及具备脱氮部的内燃机以及具备该内燃机的船舶。
背景技术
随着近年来对环境保护的关注的增加，需要削减从船舶排出的废气中含有的氮氧化物(以下，称作“NOx”)。为了削减NOx，一般公知的是使从船舶上搭载的、例如用于主机的内燃机排出的废气通过脱氮催化剂的方法(例如，参照专利文献1和2)。
采用脱氮催化剂的NOx的还原反应最好在300℃至比320℃高的温度下进行。因此，一般采用如下方法，即，在内燃机中设置的增压器的下游侧配置脱氮催化剂，并在增压器与脱氮催化剂之间或者在内燃机与增压器之间配置使燃料燃烧的燃烧器(burner)，使导入脱氮催化剂的废气的温度升高。
专利文献1：(日本)特公平07-006380号公报
专利文献2：(日本)特开平05-288040号公报
但是，在内燃机刚起动后将使用燃烧器使温度升高后的废气导入脱氮催化剂的情况下，由于脱氮催化剂为低温状态，因此存在不能充分获得脱氮效果的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而设立的，其目的在于提供一种从内燃机起动开始时即可削减废气中的氮氧化物的内燃机以及具备该内燃机的船舶。
为了解决上述问题，本发明的内燃机和具有该内燃机的船舶采用如下方式。
即，本发明第一方面的内燃机具备：鼓风机，其对空气进行送风；燃烧室，其将由所述鼓风机送风的空气和燃料燃烧并产生驱动力，同时将废气排出；增压器，其通过从所述燃烧室排出的废气驱动；脱氮部，其具有对从所述增压器排出的废气中的氮氧化物进行还原的催化剂；燃烧部，其设置在所述燃烧室与所述增压器之间，对向所述增压器引导的废气喷射燃料并使其燃烧，其中，在所述内燃机起动前，将由所述鼓风机送风的空气作为燃烧空气而从所述燃烧室导出。
在内燃机起动前，将由鼓风机送风的空气作为燃烧空气向燃烧部引导。由此，能够向增压器的上游供给用于燃烧从燃烧部喷射的燃料所需的氧。因此，能够从增压器向脱氮部引导通过燃料和空气燃烧而产生的高温废气。因此，能够在内燃机起动前进行脱氮部的预热，能够在内燃机刚起动后发挥脱氮部的脱氮效果。
另外，在本发明第一方面的内燃机中，上述燃烧部具有在上述内燃机运转时喷射燃料的主燃烧器和在上述内燃机的起动前喷射燃料的辅助燃烧器。
设置具备在内燃机运转时喷射燃料的主燃烧器和在内燃机起动前喷射燃料的辅助燃烧器的燃烧部。由此，能够根据内燃机的运转状态分开使用主燃烧器和辅助燃烧器。因此，在内燃机起动前，使用与被引导的燃烧空气量相适应的辅助燃烧器，能够形成稳定的燃烧状态。因此，能够适当地对脱氮部进行预热。
另外，在本发明第二方面的内燃机中，向上述燃烧部供给基于上述脱氮装置的下游侧的废气温度的流量的燃料。
基于从脱氮装置流出的废气的温度对供给燃烧部的燃料的流量进行控制。因此，在内燃机起动前从脱氮部流出的废气的温度低的情况下，能够增加向燃烧部供给的燃料的流量并将温度上升后的废气向脱氮部引导。因此，能够将脱氮部预热至希望的温度。脱氮部的希望的温度是指适于对向脱氮部引导的废气进行脱氮的温度。
另外，本发明的船舶具备上述任一方面所述的内燃机。
采用附带在内燃机刚起动后就能够发挥脱氮效果的脱氮部的内燃机。因此，即使在内燃机刚起动后，也能够降低从船舶排出的氮氧化物的排出量。
另外，根据本发明的其它方面的船舶，向上述辅助燃烧器供给作为用于将燃料喷雾的空气的船内的通用空气。
将船内的通用空气用作燃烧器的燃料喷雾用的空气。因此，无需另外设置供给用于雾化燃料的空气的设备，因此能够提高由辅助燃烧器喷雾的燃料的燃烧性。
在内燃机起动前，通过鼓风机送风的空气作为从燃烧室导出的燃烧空气向燃烧部引导。由此，能够向增压器的上游供给用于燃烧从燃烧部喷射的燃料所需的氧。因此，能够从增压器向脱氮部引导燃料和空气燃烧产生的高温废气。因此，能够在内燃机起动前进行脱氮部的预热，并能够在内燃机刚起动后就发挥脱氮部的脱氮效果。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的、设于船舶的带脱氮装置的内燃机的概略构成图。
图2是本发明第二实施方式的、设于船舶的带脱氮装置的内燃机的概略构成图。
标记说明
1：内燃机
2：混合增压器(增压器)
3：辅助鼓风机(鼓风机)
4：燃烧室
8：燃烧部
10：脱氮装置(脱氮部)
具体实施方式
[第一实施方式]
图1表示本发明第一实施方式的、设于船舶中的带脱氮装置的内燃机的概略构成图。
对于本实施方式的内燃机1，主要适用作为船舶的主机使用的双循环低速柴油机(以下，称作“内燃机”)并进行说明。
内燃机1搭载有混合增压器(增压器)2和辅助鼓风机(鼓风机)3。
混合增压器2具有压缩机(未图示)、涡轮(turbine)(未图示)、旋转轴(未图示)和发电机2a。压缩机吸入大气并压缩空气。涡轮引导废气并使用废气具有的热能等能量产生旋转驱动力。在涡轮与增压器之间连接有旋转轴。旋转轴通过涡轮的旋转驱动而旋转。通过旋转轴的旋转，压缩机驱动旋转并压缩空气。在旋转轴的端部连接有发电机2a。通过旋转轴的旋转，发电机2a进行发电。
如图1所示，在混合增压器2上连接有将废气向混合增压器2的涡轮引导的第1排气管31、将驱动涡轮的废气从混合增压器2导出的第2排气管32、将由混合增压器2的压缩机压缩后的空气导出的进气管33。
作为混合增压器2，可采用公知的混合增压器，并没有特别限定。不仅能使用混合增压器2，也可以使用公知的增压器。
辅助鼓风机3将空气向内燃机1送风。辅助鼓风机3在内燃机1起动前和内燃机1低负荷运转等时、即混合增压器2不能向内燃机1引导空气的情况下使用。辅助鼓风机3设置在连接混合增压器2的压缩机与内燃机1之间的进气管33的中途位置。
如图1所示，内燃机1主要具备多个缸4C、多个活塞4P、一个排气集管5和一个换气室6。
缸4C和活塞4P与未图示的缸盖一同构成燃烧室4。由此，燃烧室4形成的数量与缸4C和活塞4P的数量对应(在图1中仅表示一个燃烧室4)。如图1所示，在燃烧室4内连接有从混合增压器2或辅助鼓风机3引导空气的进气管33、将在燃烧室4内燃料燃烧而产生的废气排出的排气管34。
在构成燃烧室4的缸盖上分别设有向燃烧室4的内部喷射燃料的燃料喷射阀(未图示)、将在燃烧室4内产生的废气排出的排气阀7。燃料在燃烧室4内燃烧而产生的废气通过排气阀7成为开状态而从排气管34排出。
缸4C、活塞4P、缸盖、燃料阀、排气阀7的构成可采用公知的双循环低速柴油机的构成，没有特别限定。
排气集管5为从多个燃烧室4经由各个排气管34排出的废气流入并使其合流的管。在排气集管5上连接有在排气集管5与多个燃烧室4之间连接的多个排气管34、在排气集管5与混合增压器2的涡轮之间连接的第1排气管31。
第1排气管31为在排气集管5和混合增压器2之间连接的流路，将废气从排气集管5向混合增压器2引导。在第1排气管31设有燃烧部8。燃烧部8向第1排气管31内部喷射燃料并使其燃烧，产生高温废气。
在燃烧部8设有燃烧器11和燃料调节阀12。燃烧器11将从未图示的燃料系统供给的燃料向排气集管5的内部喷射。燃料调节阀12为对向燃烧器11供给的燃料的流量进行调节的流量调节阀，如图1所示，基于从控制装置9输入的控制信号调节燃料的流量。
作为燃烧器11和燃料调节阀12的构成，可采用公知的构成，没有特别限定。
在混合增压器2的下游侧连接的第2排气管32的中途位置设有脱氮装置10。
脱氮装置(脱氮部)10对废气中含有的氮氧化物(以下，称作“NOx”)进行还原，并在其内部具有还原NOx的催化剂(未图示)。从脱氮装置10流出的废气从未图示的集合排气系统向外部引导。
作为还原NOx的催化剂，可使用公知的催化剂，没有特别限定。
如图1所示，控制装置9对设于燃烧部8的燃料调节阀12进行控制。由后述的废气温度传感器(未图示)测定的脱氮装置10的出口处的废气的温度被输入控制装置9。从控制装置9输出控制燃料调节阀12的开度的控制信号。
废气温度传感器配置在脱氮装置10的下游侧连接的第2排气管32上、即脱氮装置10的出口附近。废气温度传感器为温度传感器，测定从脱氮装置10导出的废气的温度。
以下，对本实施方式的带脱氮装置的内燃机起动前的空气流动进行说明。
在内燃机1起动前，首先，开始辅助鼓风机3的运转。空气从开始运转后的辅助鼓风机3经过进气管33向内燃机1送风。被送风至内燃机1的空气从设于缸4C中的换气孔4S向燃烧室4内引导。该导入空气的燃烧室4为与曲轴(未图示)位于下止点的缸4C对应的燃烧室4，该曲轴与内燃机1中设置的多个活塞4P相连接。
在与曲轴位于下止点的活塞4P对应的燃烧室4中，设于缸盖的排气阀7成为开状态。因此，被导入燃烧室4内的空气从燃烧室4经由排气阀7和排气管34向排气集管5引导。
由于内燃机1未起动，因此不由燃料喷射阀向燃烧室4喷射燃料。因而，从内燃机1本身不排出废气。
将排气集管5内的空气向第1排气管31引导。从设于第1排气管31的燃烧器11向导入到第1排气管31的空气中喷射燃料。在导入到第1排气管31的空气中包含氧。因此，被导入到第1排气管31的空气用作燃烧器11的燃烧空气。
在第1排气管31中，通过从燃烧器11向导入的空气中喷射燃烧而使燃料燃烧。通过燃料的燃烧，在第1排气管31内部产生废气。产生的废气通过燃料燃烧时产生的热量而温度上升。
温度上升后的废气经由第1排气管31被导向混合增压器2。导入到混合增压器2的废气的流量比驱动混合增压器2所需的流量小。因此，混合增压器2仅以极低旋转被旋转驱动。通过混合增压器2的极低旋转，压缩机将空气向进气管33送风。
以极低转速旋转驱动混合增压器2的废气在大致相同温度的状态下被向第2排气管32导出。导出至第2排气管32的高温的废气流入脱氮装置10。流入到脱氮装置10的高温的废气向脱氮装置10的催化剂引导。催化剂被导入的高温的废气预热。预热催化剂后的废气从脱氮装置10向第2排气管32导出并向集合排气系统排出。
接着，对内燃机1起动前的控制装置9的控制进行说明。
由设于第2排气管32的废气温度传感器测定的、从脱氮装置10导出的废气的温度的测量信号被输入控制装置9。控制装置9基于输入的测定信号，在废气的温度比规定温度低的情况下，以使供给燃烧部8的燃料的流量增加的方式进行燃料调节阀12的控制。
脱氮装置10的出口的废气的规定温度是指，适于对导入脱氮装置10的废气进行脱氮的温度。
在判断为从脱氮装置10导出的废气的温度达到规定温度的情况下，脱氮装置10的催化剂处于适于发挥脱氮效果的温度，控制装置9停止向燃烧部8引导的燃料的供给。由此，结束脱氮装置10的催化剂的预热。
以下，对内燃机1的运转的概略进行说明。
在内燃机1起动时，通过辅助鼓风机3进行空气送风。将被送风的空气从换气室6经由换气孔4S向燃烧室4内引导。从设于构成燃烧室4的缸盖的燃料阀向被导入到燃烧室4的空气中喷射燃料。喷射至燃烧室4内的燃料与通过辅助鼓风机3送风的空气一同燃烧并成为废气。在燃烧室4内产生的废气经由成为打开状态的排气阀7向排气集管5排出。
将从各燃烧室4引导至排气集管5的废气向第1排气管31导出。从燃烧部8的燃烧器11向被导出至第1排气管31的废气喷射燃料。由此，喷射到第1排气管31的燃料燃烧。通过喷射至第1排气管31的燃料燃烧的热量，从内燃机1向第1排气管31引导的废气被加热。
在此，燃烧器11喷射的燃料根据输入到控制装置9的内燃机1的主机负荷信号决定流量。
加热后的废气从第1排气管31向混合增压器2引导。被引导至混合增压器2的废气旋转驱动混合增压器2的涡轮。通过涡轮的旋转驱动，与涡轮连接的旋转轴旋转。因此，与旋转轴连接的压缩机吸入空气并进行压缩。由压缩机压缩后的空气从进气管33向内燃机1供给。
通过涡轮的旋转驱动，与旋转轴的端部连接的发电机2a进行发电。由发电机2a发电的电力通过频率转换装置13被转换为规定的频率，用于船舶电力等。
旋转驱动涡轮的废气的温度对应于因旋转驱动涡轮而损失的能量而下降。温度下降后的废气从混合增压器2向第2排气管32导出。将被导出至第2排气管32的废气向脱氮装置10引导并与催化剂接触。设于脱氮装置10的催化剂已被预热为适于发挥脱氮效果的温度。因此，向脱氮装置10引导的废气中所包含的NOx通过脱氮装置10而被还原。之后，废气从脱氮装置10经由第2排气管32向集合排气系统引导。
通过以上，根据本实施方式的带脱氮装置的内燃机以及具备内燃机的船舶，能够实现以下的作用效果。
在带脱氮装置(脱氮部)10的内燃机1起动前，将通过辅助鼓风机(鼓风机)3被送风的空气作为从燃烧室4导出的燃烧空气向燃烧部8引导。由此，能够向混合增压器(增压器)2的上游侧供给用于燃烧从燃烧部8喷射的燃料所需的氧。因此，能够从混合增压器2向脱氮装置10引导通过燃料和空气燃烧产生的高温废气。因而，能够在内燃机1起动前对脱氮装置10预热，并能够在内燃机1刚起动后就发挥脱氮装置10的脱氮效果。
基于从脱氮装置10流出的废气的温度，对向燃烧部8的燃烧器11供给的燃料的流量进行控制。因此，在内燃机1起动前从脱氮装置10流出的废气温度低的情况下，能够增加向燃烧器11供给的燃料的流量并将温度上升后的废气向脱氮装置10引导。因此，能够将脱氮装置10预热至希望的温度。
采用附带能够从内燃机1刚起动后即发挥脱氮效果的脱氮装置10的内燃机1。因此，即使在内燃机刚起动后，也能够降低从船舶排出的氮氧化物的排出量。
在本实施方式中，尽管对燃烧部8的燃烧器11配置在第1排气管31的情况进行了说明，但也可以将燃烧器11设于排气集管5，并没有特别限定。
〔第二实施方式〕
以下，对本发明第二实施方式进行说明。本实施方式的附带脱氮装置的内燃机以及具有该内燃机的船舶除了在燃烧部由主燃烧器和辅助燃烧器构成这一点与第一实施方式不同外，其它相同。因此，对于同一构成、同一流动和控制方法使用相同标记并省略说明。
图2表示本发明第二实施方式的、设于船舶中的带脱氮装置的内燃机的概略构成图。
燃烧部(未图示)具备主燃烧器13和辅助燃烧器14共两个燃烧器。
通过燃料调节阀12对从未图示的燃料供给系统供给的燃料的流量进行调节并向主燃烧器13引导。主燃烧器13喷射用于对内燃机1起动后从排气集管5引导的废气进行加热的燃料。
为了在内燃机1起动前对脱氮装置10(脱氮部)进行预热，辅助燃烧器14对从辅助鼓风机(鼓风机)3引导的空气喷射燃料。
从燃料供给系统向辅助燃烧器14供给规定流量的燃料、从船内的通用空气系统(未图示)引导的空气。从通用空气系统(通用空气)引导到辅助燃烧器14的空气用作使由辅助燃烧器14喷射的燃料雾化(雾化)的雾化空气。由此，由辅助燃烧器14喷雾的燃料成为粒子直径小的雾状。被向辅助燃烧器14引导的燃料的流量设为与驱动辅助鼓风机3时向第1排气管31引导的空气量对应。
控制装置9以在内燃机1起动前从辅助燃烧器14将燃料喷雾的方式控制辅助燃烧器14。之后，在由设于第2排气管32的废气温度传感器(未图示)测定的脱氮装置10的废气的温度达到规定的温度的情况下，控制装置9停止从辅助燃烧器14进行燃料的喷雾，切换为从主燃烧器13喷射燃料。
如上所述，根据本实施方式的带脱氮装置的内燃机和具备该内燃机的船舶，能够实现如下作用效果。
设置具备在内燃机1运转时喷射燃料的主燃烧器13、和在内燃机起动前将燃料喷雾(喷射)的辅助燃烧器14的燃烧部(未图示)。由此，能够根据内燃机1的运转状态分开使用主燃烧器13和辅助燃烧器14。因此，在内燃机1起动前，使用与从辅助鼓风机(鼓风机)3经由内燃机1的燃烧室4引导的燃烧空气的流量相适的辅助燃烧器14，能够形成稳定的燃烧状态。因此，能够适当地对脱氮装置(脱氮部)10进行预热。
将船内的通用空气系统(通用空气)用作辅助燃烧器14的燃料喷雾用的空气。因此，无需另外设计供给用于雾化燃料的空气的设备，因此，能够提高由辅助燃烧器14喷雾的燃料的燃烧性。

Claims (5)

1.一种内燃机，其具备：
鼓风机，其对空气进行送风；
燃烧室，其将由所述鼓风机送风的空气和燃料燃烧并产生驱动力，同时将废气排出；
增压器，其通过从所述燃烧室排出的废气驱动；
脱氮部，其具有对从所述增压器排出的废气中的氮氧化物进行还原的催化剂；
燃烧部，其设置在所述燃烧室与所述增压器之间，对向所述增压器引导的废气喷射燃料并使其燃烧，其中，
在所述内燃机起动前，将由所述鼓风机送风的空气作为燃烧空气而从所述燃烧室导出。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中，所述燃烧部具有在所述内燃机运转时喷射燃料的主燃烧器和在所述内燃机起动前喷射燃料的辅助燃烧器。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其中，向所述燃烧部供给基于所述脱氮装置的下游侧的废气温度的流量的燃料。
4.一种船舶，其具备权利要求1～3中任一项所述的内燃机。
5.如权利要求4所述的船舶，其中，向所述辅助燃烧器供给作为用于将燃料喷雾的空气的船内的通用空气。
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