CN103375308A

CN103375308A - 具有十字头及废气或燃烧气体再循环的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机

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Publication number: CN103375308A
Application number: CN2013101379561A
Authority: CN
Inventors: 延斯·威廉·格尔茨
Original assignee: MAN Diesel Filial af MAN Diesel SE
Current assignee: Mannone Solutions Mannone Solutions Germany Branch
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103375308B; DK177700B1; KR101467419B1; JP2013224653A; JP5681742B2; KR20130118237A; DK201200272A

Abstract

一种具有十字头并具有废气或燃烧气体再循环的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机（1）。发动机（1）具有预先确定的最大连续额定功率，并且发动机（1）包括：排气系统、空气增压系统以及EGR系统，EGR系统在分流点（17、20）处连接至排气系统并在混合点（10、16）处联接至空气增压系统，排气系统的位于分流点（17、20）下游的部分具有规定容量，其至多能处理比在最大连续额定功率下来自所有气缸（4）的废气的质量流量小的废气质量流量，发动机构造成：在来自气缸（4）的实际质量流量减去通过EGR系统的质量流量不超过规定容量的情况下，可以以最低可能的EGR比率操作。

Description

具有十字头及废气或燃烧气体再循环的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机

技术领域

本发明涉及具有十字头及废气或燃烧气体再循环的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机。此外，本发明涉及操作具有十字头及废气或燃烧气体再循环的大型低运行涡轮增压内燃发动机的方法。

背景技术

具有十字头的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机是带有至少一个气缸和容纳于其中的往复活塞的发动机。这些发动机具有布置于活塞与曲柄轴之间的十字头。燃烧室限定于活塞、气缸内壁与气缸的一端处的气缸盖之间。该气缸盖包括排气阀，该排气阀能够可控地并且间歇地打开，以将燃烧残余物从燃烧室排出至排气管道系统。这些发动机还具有用于在该燃烧室内的燃烧发生之前、在气缸的第二端附近的燃烧室中、间歇地形成开口的装置，以便通过经由所述开口引入包括氧气的加压吹扫气体朝向第一端吹扫，并且这些发动机包括用于将燃料喷射至已压缩的吹扫气体内以便在所述燃烧室中进行内部燃烧的装置。

根据上述定义的发动机通常被称作为“大型涡轮增压2冲程单流十字头柴油发动机（large tubocharged 2-stroke uniflow crosshead dieselengines）”或只是“大型2油缸（large 2-stroker）”，但这些术语可能不完全正确，这些发动机通常具有多个成排的直立的气缸，这些气缸的活塞在单个曲柄轴上工作。这些发动机可具有单纯的双冲程作业顺序并且关于气缸直径和活塞行程通常具有大的物理尺寸，从而通常使得这种发动机像房屋一样高，以在相对较低的转速下传输多兆瓦的功率来驱动电站发电机，以便推动海上船只或满足像MW+范围内的功率要求。

目前，通过改变发动机作业过程，存在多种减少大型低运行涡轮增压内燃发动机中NO_x的形成的选择，具体如下：

·废气或燃烧气体再循环（EGR）

·使用水乳化燃料

·新鲜电荷的加湿，即，吹扫空气的潮湿化（SAM）。

在本文献的下文中，术语“废气或燃烧气体再循环”将被称作术语EGR。

最有效的减少方法是EGR。文献DE19809618公开了一种具有废气再循环的大型双冲程涡轮增压柴油发动机（在这种发动机中，气体直接取自气缸，因此这种形式的EGR也被称作为燃烧气体再循环-CGR）。当在该文献中提及“废气再循环”时，意味着包括取自废气中的气体的再循环以及直接取自各个燃烧室中的气体的再循环。

在废气再循环中，废气与干净的吹扫气体混合以便降低燃烧开始时得到的气体混合物的氧气含量，由此实现在燃烧过程期间形成NO_x的可能性的减少。

自从2011年以来，安装在新的船只上的船用柴油发动机必须满足IMO TierⅡNO_x排放要求。对于大型低运行涡轮增压内燃发动机来说，该限定将是14.4g/kWh。这可通过传统发动机的改型来实现，但这些导致燃料消耗的增加。

当航行至专用排放控制区（ECA）内时，安装在2016年1月1日后建造的船只上的发动机必须满足更低的限定，TierⅢ，其对于低速发动机为3.4g/kWh。传统发动机的改型不能达到该限定，并且为了降低排放必须使用诸如EGR的其他方法。

该排气系统可在发动机的一个/更多个涡轮增压器的涡轮机的低压侧设有SO_x净气器或其他装置。该SO_x净气器是具有大体积的装置，因为其必须能够处理发动机在最大连续额定功率（MCR）传输下产生的具有大质量流量的废气。

发明内容

在这种背景下，本申请的目的是提供一种满足多种排放限定并且从构造成本和运行成本的角度来看均能够经济地实现这些的发动机。

该目的通过提供一种具有十字头并具有限定的最大连续额定功率的大型低动行多气缸涡轮增压内燃发动机来实现，所述发动机包括：排气系统、吹扫空气系统、具有在吹扫空气系统中的压缩机以及在排气系统中的涡轮机的涡轮增压器、连接至排气系统并连接至吹扫空气系统的EGR系统、控制器，由此，控制器构造成利用EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自气缸的废气的总质量流率在进入EGR系统的EGR质量流率与在排气系统中朝向涡轮机流动的废气质量流率之间进行分配，所述选择的EGR比率可在从零至预先确定的最大比率的范围内选择，由此，排气系统具有能够处理废气质量流率的规定最大连续容量，所述规定最大连续容量小于在所述最大连续额定功率下来自气缸的总废气质量流率，并且由此，所述控制器构造成：当来自气缸的实际总的废气质量流率超过排气系统的所述规定最大容量时，无论选择的EGR比率如何，馈送过量质量流率至EGR系统内。

因此，可以显著地减少通过排气系统朝向涡轮增压器的涡轮机流动的废气的最大质量流量，其在发动机的操作及构造方面都大大节省了成本。

因此，控制器构造成利用所述EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自气缸的废气的总质量流率在进入EGR系统的EGR质量流率与在排气系统中朝向涡轮机流动的废气流率之间进行分配。

在一实施方式中，规定最大容量处于在所述最大连续额定功率下来自气缸的总废气质量流率的50%至90%的范围内。

在一实施方式中，排气系统至少包括废气处理部件。

在一实施方式中，吹扫空气系统具有能够处理吹扫空气质量流率的规定最大容量，所述规定最大容量小于在所述最大连续额定功率下流至吹扫气体接收器的总的吹扫气体的增压空气质量流率。因此，可以减小该吹扫空气系统的部件的尺寸，从而节省了制造及操作成本。

在一实施方式中，吹扫空气系统至少包括吹扫空气冷却器。

在一实施方式中，控制器被构造为以下述至少两种模式操作：

低排放模式（a low emission mode），由此发动机基于发动机载荷，其中，选择的EGR比率被选择成在没有过量质量流率时刚好满足排放要求，以及

减少排气模式(a reduced exhaust mode)，由此发动机基于所述发动机载荷，其中，选择的EGR比率被选择成除下述情形之外均为零，即，当需要高于零的EGR比率以避免通过排气系统向涡轮增压器的涡轮机流动的质量流率超过所述规定最大连续容量时。

上述目的也通过提供操作具有十字头并具有限定的最大连续额定功率的大型低运行多气缸涡轮增压内燃发动机的方法来实现，所述发动机包括：排气系统、吹扫空气系统、具有在吹扫空气系统中的压缩机以及在排气系统中的涡轮机的涡轮增压器、连接至排气系统并连接至吹扫空气系统的EGR系统、以及控制器，所述方法包括：根据所述EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自气缸的废气的总质量流率在进入EGR系统的EGR质量流率与在排气系统中朝向涡轮机流动的废气质量流率之间进行分配，在从零至预先确定的最大比率的范围内选择EGR比率，由此，排气系统具有能够处理废气质量流率的规定最大连续容量，所述规定最大连续容量小于在所述最大连续额定功率下、来自气缸的总废气质量流率，并且当来自气缸的实际总废气质量流率超过所述排气系统的所述规定最大容量时，无论选择的EGR比率如何，都馈送过量质量流率至EGR系统内。

因此，可显著地减少通过排气系统朝向涡轮增压器的涡轮机流动的废气的最大质量流量，其大大节省了发动机在制造和构造方面的成本。

在一实施方式中，该方法进一步包括确定来自气缸的实际总质量流率，确定所述实际质量流率与所述规定容量之间的差，当所述实际质量流率小于或等于所述规定容量时，应用在零与预先确定的最大比率的范围内选择的所需的EGR比率，并且当所述实际质量流率大于所述规定容量时，应用足够高的EGR比率、该足够高的EGR比率能确保通过排气系统向涡轮增压器流动的涡轮机的质量流量不超过所述规定容量。

在一实施方式中，该方法还包括以下述至少两种模式中的一种模式操作所述发动机：低排放模式，由此发动机基于发动机载荷，利用在没有过量质量流率时满足低排放要求所需的EGR比率操作；以及减少排气模式，由此发动机基于发动机载荷，利用能避免通过排气系统向涡轮增压器的涡轮机流动的质量流率超过所述规定最大连续容量所需的最低可能的EGR比率操作。

在该方法的一实施方式中，操作模式或由操作者手动地选择或通过所述电子控制器单元自动地选择。

在该方法的一实施方式中，控制器基于关于发动机的地理位置的信息决定操作模式。

从详细的说明中，根据本公开的发动机以及操作发动机的方法的其他目的、特征、优点和性质将变得明显。

附图说明

在下文的本发明的详细说明部分中，将参照附图中示出的示例性实施方式对本发明进行更加详细的说明，其中：

图1是根据示例性实施方式的发动机的图示；

图2是根据另一示例性实施方式的发动机的图示；

图3是示出了操作发动机的方法的示例性实施方式的流程示意图。

具体实施例

图1示出了发动机的图示，此处是以具有十字头的大型低运行涡轮增压双冲程内燃发动机1的形式。在该示例性实施方式中，发动机1具有六个排成一行的气缸4（由虚线圆示出）。大型涡轮增压双冲程柴油发动机通常具有5至16个排成一行的气缸，这些气缸由发动机机架2支承。

发动机1是双冲程单流式发动机，其具有在气缸4的下部区域处的扫气口以及在气缸4的上部区域处的排气阀。这种发动机的总体操作原理是公知的，此处将不再详细说明。

发动机1具有空气增压系统，该空气增压系统包括入口5，该入口5可带有位于涡轮增压器6的压缩机7的上游的消音器或过滤单元。涡轮增压器6也设置有作为排气系统的一部分的涡轮机8，下文将对该排气系统进行更加详细的描述。仅一个涡轮增压器6被示出，但应当理解，也可以利用多个涡轮增压器操作发动机。压缩的且热的吹扫空气通过管路9离开压缩机7，管路9延伸至吹扫气体接收器16。在到达吹扫气体接收器16之前，吹扫气体首先通过第一冷却器11，在那之后通过第二空气冷却器12，然后通过回火室/水雾捕集器14。

在第一冷却器11中，吹扫空气被加湿并被略微冷却。在空气冷却器12中，该吹扫空气被冷却下来，通常从摄氏190度范围的温度冷却至大约摄氏40度。

在混合点10处，循环废气流被添加至吹扫空气气流。根据操作模式和发动机载荷/操作条件，被添加至吹扫空气气流的循环废气流的量可在零至预先确定的最大质量流量比之间变化。

在图1中，空气增压系统的在混合点10的上游的部件示出为被包括在虚线42内。

回火室/水雾捕集器14确保气态吹扫介质中的任何水滴能够被捕集并且移除，以避免它们最终到燃烧室中。

从回火室/水雾捕集器14出来，吹扫气体直接进入吹扫气体接收器16，除了是处于低发动机载荷（通常在约40%MCR以下）下。在这种低发动机载荷下，由涡轮机7产生的吹扫空气压力通常不充足，因此如果在这些低发动机载荷条件下切换至起作用，则可通过辅助吹风机15增加吹扫压力。

从吹扫气体接收器16出来，吹扫气体通过前述的扫气口、根据限定的这些气缸4的操作顺序进入这些气缸4的燃烧室。

在燃烧之后，废气通过相应的排气阀离开气缸4的燃烧室并到达废气接收器17。废气接收器17通常是沿发动机1的整个长度延伸的大型圆筒状容器。废气接收器17具有足够大的容积，以致基本上吸收尽来自各个气缸4的废气的压力波动。该废气接收器17可被拆成分开的部件，并且在其内部可以包含或包括多种用于补充发动机的整体功能的功能性元件，例如，用于收集废气中的有价值的热量的或用于增加各种物质以改进发动机整体功能的功能性元件。

给定的发动机1具有在其最大连续额定功率下、离开气缸4并进入废气接收器17的废气的已知质量流率。

废气通过管路18离开废气接收器17。在分流点20处，来自气缸4的废气的总质量流量的一部分（百分比）被引入EGR系统内，而来自气缸的废气的总质量流量的其余部分被引导通过排气系统在分流点20下游的部分。

在分流点20的下游，废气在管路31中继续至（一个或更多个）涡轮增压器6的（一个或更多个）涡轮机8。在涡轮机8的下游，该示例中的废气经由废热回收单元33继续通过管路32，并且之后通过SO_x净气器34。此后，废气被引入环境中，即，周围空气中。废热回收单元33，以及特别是SO_x净气器34，是体积非常大的装置，对它们来说，难以在例如发动机被用作为推进单元的船只上找到空间。作为补充或可替代地，多种其他回收或处理装置可被排列至分流点20下游的排气管道31和32。废气质量流率越大，相关装置的物理体积就越大的通则总体上对于所有这类被插入的装置均有效。

为了便于识别，在图1中，排气系统的位于分流点20下游的部件示出为由虚线44包围。

从分流点20开始，循环废气经由电子控制阀21、预净气器22、混合冷却器23、湿式净气器24、水雾捕集器25以及EGR吹风机26通过管路28到达混合点10，在该混合点10处，循环废气被添加至吹扫空气气流。

以电子控制单元50的形式的控制器将控制信号发送至电子控制阀21，EGR吹风机26、辅助吹风机15并且发送至与冷却单元11、12、23相关联的未标记的水泵。同一电子控制单元也可以被用于控制发动机的其他功能，例如，燃料喷射系统、发动机冷却系统、发动机润滑系统以及排气阀致动系统。

通过向电子阀21和EGR吹风机26发送信号，电子控制单元50确定循环废气的比率。

基于选定的操作模式以及发动机运行状态，诸如发动机载荷之类，电子控制单元50确定所需的EGR比率。发动机1和电子控制单元50已经被构造为能够在至少两种不同的模式下操作。一种模式是低排放模式（LEM），其提供低的NO_x排放值。另一种模式是减少排气模式（REM），该模式提供在低于最大连续额定功率的发动机载荷下更好的燃料效率，而放弃以在低于最大连续额定功率的发动机载荷下较高NO_x排放等级的形式。

操作模式的选择可以是基于发动机1的地理位置自动进行的，或者可以通过由发动机1的操作者的输入来被选择，或者可以通过将控制器联接至GPS单元自动进行。

在根据当前示例性实施方式的发动机1的情况下，在低排放模式下，NO_x的排放值可被安全地保持在ECA TierⅢ的重要上限以下。在低排气模式下，燃料效率更高，NO_x排放等级明显低于非ECA中所需的等级。

为了满足TierⅢ规定的将在ECA中应用的最严格的排放限制，发动机在低排放模式下以相对高的EGR比率操作。该相对高的EGR比率通常对所有发动机载荷都保持不变。通常，低排放模式下的EGR比率在大约32%至大约44%之间。在下面的表1中给出的示例中，在减少排放模式下的EGR比率为38%。同样，在低排放模式下，EGR比率可以相对于发动机载荷改变，以补偿在特定的部分载荷的情形下的特定的发动机“行为”效应。

下面的表1列出了作为最大连续额定功率的百分比的发动机载荷、EGR比率以及在不同发动机载荷下、也就是在25%MCR、50%MCR、75%MCR以及100%MCR下、以g/kWh为单位的NO_x排放等级。还示出了在IMO NO_x循环中使用的NO_x值以及根据该IMO循环的合成NO_x值。表1还列出了当发动机在100%的最大连续额定功率下运行时，通过排气系统的位于分流点20下游的部分的废气的质量流率，其作为来自发动机的所有气缸的废气的质量流率的百分比。

当发动机1在最大连续额定功率下工作时，排气系统的位于分流点20下游的部分（由虚线44包围）被定尺寸为至多能够处理与来自气缸4的废气的总质量流率对应的废气的质量流率，减少了在最大连续额定功率下必须经过EGR系统的废气的质量流率的值，以使所述发动机遵守IMO TierⅢECA限制。

排气系统在分流点20下游的质量流率的规定容量C通过排气系统的在由虚线44包围的区域内的部分的部件的“大小”/容量确定（即，限定）。

在本文献中的术语“定尺寸”意味着在分流点20下游的排气系统及其部件被设计并构造为使得它们导致分流点20下游的排气系统能够处理规定容量（质量流率），而没有任何实质上的超容量，即，该系统没有被超定尺寸。

来自气缸4的超过该规定容量C的并且需要经过EGR系统的废气流率在下文也被称为过量质量流率。

作为示例，在具有98cm的孔和约2.4m冲程的六缸发动机（例如输出扭矩约为36MW，转速约为100转每分钟的MAN B&W6k98ME-C7）的最大连续额定功率下，来自气缸4的废气的总质量流率将约为300,000kg/h。在如下面的表1中的EGR比率的情况下，对于该发动机来说，排气系统的位于分流点20下游的部分将被定尺寸为具有能够处理其62%，即，仅186,000kg/h的规定容量。在最大连续额定功率下，经过EGR系统的过量质量流率则将为114公吨/小时。

当发动机1在减少排气模式下操作时，EGR比率并不对于所有发动机载荷都保持不变。相反，在不超过排气系统的位于分流点20下游的部分的规定容量的情况下，EGR比率保持尽可能低。如表1中所示，对于所有等于且低于最大连续额定功率的62%的发动机载荷，电子控制单元50保持EGR比率为零。对于高于最大连续额定功率的62%的发动机载荷，电子控制单元50应用这样的EGR比率，该EGR比率导致通过排气系统的位于分流点20下游的部分的质量流率对应于规定容量，即，在100%的最大连续额定功率下来自气缸的废气的质量流率的62%。因此，在减少排放模式下，对于在62%与100%之间的发动机载荷，使用在零至38%之间变化的EGR比率操作发动机1，而对于低于62%的发动机载荷，使用零的EGR比率操作发动机1，除非出于其他原因需要仍循环一些废气通过该EGR系统。

表1

排气系统的分流点20下游的组合从构造和操作的角度都提供了整体经济型发动机概念，该组合被定尺寸（具有容量）为能够处理低于来自气缸4的废气的总质量流率的废气质量流率（在带有REM操作模式的100%最大连续额定功率下，该REM操作模式根据发动机载荷应用最低可能的EGR比率）。

上面的表1中的数字是示例性的。在TIERⅢ模式中适用的EGR比率的其他值是可行的。来自气缸、用于EGR流的全部废气的废气质量流率的百分比可在10%至50%的范围内，优选地在20%至45%的范围内，更优选地在36%至40%的范围内。

因此，排气系统的位于分流点20下游的部分被定尺寸以能够处理的废气质量流率的大小可以处于在所述最大连续额定功率下来自气缸的总废气流率的废气质量流率的50%至90%的范围内，优选地在55%至80%的范围内，更优选地在60%至64%的范围内。

图2示出了发动机1的另一示例性实施方式，该示例性实施方式与图1中示出的实施方式基本相同，除了下述方面，即，EGR系统在废气接收器17处连接至排气系统，因此废气接收器17适当地形成了分流“点”/处，并且该EGR系统在吹扫气体接收器16处连接至吹扫系统，因此形成了混合点。在该实施方式中，水雾捕集器14和辅助吹风机15也被包括在吹扫空气系统的位于混合点上游的部分中，并且因此也使得这些部件被定尺寸得较小。其他方面，根据图2的发动机的操作及控制与根据图1的发动机相同。

用于像10一样的混合“点”或混合处的另一位置也是可行的。权利要求中限定的一组实施方式包括将循环废气添加至压缩机7上游的位置。此处，例如，大大降低了对于来自被加压的EGR-列的输出的要求。然而必须增加吹扫气体进入系统42中的一些部件的容量，以在最大连续额定功率下处理增压气体的全部质量流率。此外，权利要求的范围覆盖了在关闭用于吹扫的开口之前或之后，将用于循环的废气直接引入各气缸内的实施方式。对于这些实施方式，EGR列必须被适应性改变，尤其是，关于用于向气缸分配的阀和所需的压力等级。

图3以简化的流程图示出了操作发动机的方法的示例。该方法包括通过GPS或发送至电子控制单元50的其他导航信号确定船只/发动机1的地理位置。该电子控制单元50基于存储于其中的信息判定所判定的地理位置是否落入ECA区域中。如果所判定的地理位置确实在ECA内，则该电子控制单元50选择低排放模式操作方法，此处其具有固定的预先确定的EGR比率。如果所判定的地理位置落在ECA外，则该电子控制单元50选择减少排气模式并以最低可能的EGR比率操作。该电子控制单元50按一定的间隔检查地理位置并根据位于ECA内或ECA外的结论自动地选择操作模式。对于发动机操作者来说，在原则上总是可以手动地支配操作模式的选择，例如，如果是紧急情况需要应当这样做。

为了确定在减少排放模式下操作时最低可能的EGR比率，电子控制单元50判定来自气缸的实际质量流率。在实施方式中，通过使用存储于电子控制单元50中的查询表使这一点更便利，该表包括来自气缸的与发动机载荷与最大连续额定功率的百分比相关的质量流率。接下来，电子控制单元50建立已确定的实际质量流率与排气系统的位于分流点20下游的部分的规定容量之间的差。当实际质量流率小于或等于所述规定容量时，该电子控制单元50应用为零的EGR比率。当实际质量流率大于分流点20下游的排气系统通路31、32的规定容量时，该电子控制单元50开启，以使分化出来的已确定的差质量流率通过EGR阀21的下游，因此形成了等同于分化出来的差质量流率除以来自气缸的实际质量流率的值的EGR比率。作为示例：当来自气缸的质量流率为100kg/s且规定容量为80kg/s时，所建立的EGR比率为（100-80）/100=0.2或20%，如20kg/s被引导通过该EGR阀21。

应当记住，当根据本发明的发动机被操作以产生比排气系统限制可接受的更多的燃烧气体时，通过排气系统的减少的最大质量流率限制也将不可避免地由EGR列导致对用于气缸增压的吹扫气体的总质量流率的分化积极贡献，同时吹扫空气系统的入口/上游（5-7-9-11-14）部分的所需的质量流率容量减少。因此，本发明也给出了将空气入口以及排气系统部件（例如，涡轮增压器、吹扫空气“处理装置”、发动机舱通风、SO_x净气器系统、废热回收（WHR）系统以及其他装置）的尺寸均减小至EGR比率允许的程度的有益结合的可能性。这种减小将显著地降低这些部件的硬件和安装成本，并且在安装SO_x净气器和WHR的情形中，可期望机房中的空间的显著增益。

废热回收单元33也受益于通过排气系统的减少的最大质量流率限制，因为与在最大连续额定功率下仅偶尔达到他们各自的排气最大以有益地使他们的WHR-单元“饱和”的传统发动机相比，由于在相当大范围的发动机操作和时间内稳定的“饱和”的相对大（到最大）的热排气流率，将具有更好的传热效率。

由于用于发动机的减少的最大空气进入，导致发动机舱通风的减少，由此也能够获得进一步的节约。具体地，可降低用于消音器和发动机舱吹风机的成本。

减少排气模式（REM）是采用EGR的船用柴油发动机的专用运行模式。REM意味着以下述为目的来控制EGR比率，即，在分流点/处的下游保持永久的低/“减少”的待排放（至大气）的气体的最大质量流率，因此，其提供了减小排气系统中的部件的尺寸和成本的机会。

当在排放控制区域（ECA）外航行时，EGR比率将大大地高于符合ECA外NO_x标准的需要。在100%MCR下，EGR比率等于符合ECA内NO_x标准所需的EGR比率。在较低载荷下，可降低EGR比率同时保持NO_x等级低于当地NO_x标准。

特别是，由于以下几个原因，尺寸减小了的SO_x净气器具有重要的经济影响：涡轮增压器的低压侧的SO_x净气器具有非常大的体积，因此其成本高并且是占据较大空间的设备件。因此，任何尺寸的减小将降低成本并为其他设备提供了空间。此外，通常，利用大量作为清洁介质的海水操作SO_x净气器，泵送海水要耗费能量。最重要的是，像例如，NaOH的化学物质必须被添加至海水中，由此，当待处理的废气的量（质量流率）增加时，进一步增加成本。因此，减少需要通过分流点下游的排气系统由此也通过SO_x净气器输送的废气的最大质量流率具有显著的经济优势。

当然，发动机也可以以落在用于ECA内操作的LEM模式与REM模式之间的模式被操作，意思是说，EGR比率大于不损害分流点下游的排气系统质量流率所需的值。然而，出于燃料经济性的原因，人们通常以最低可能的EGR比率操作。

从上文也可以清楚地理解，对于根据本发明的发动机，从吹扫空气进入和“处理/调节”组的装置的部件以及循环废气进入吹扫/增压气体的流的入口的上游的部件，可以获得关于尺寸、空间要求和成本方面的优势。

对于迄今为止按照不太严格的NO_x排放标准操作的许多海洋船只来说，可能有兴趣对现有的发动机进行改变，以满足未来的更加严格的NO_x排放标准，而不是更换这些现有的发动机或报废这些船只。所附的权利要求也覆盖了根据本发明构思进行改进的现有发动机。

用于这种改进的发动机部件的数量和“形式”基本上不同于用于原始状态下的发动机的零件，并且发动机与发动机之间可进一步地不同，即使对于新的发动机来说，也是如此。为了快速地识别是新发动机或是被改进为具有创造性的发动机并通告其改进历史等，电子可读/可写的标签，优选地，远程可读的RFID式的标签可有益地安装至具有创造性的发动机上。

权利要求中所使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。权利要求中所使用的术语“一”或者“一”不排除多个。单个处理器、装置或其他单元可以实现权利要求中所述的若干装置的功能。

权利要求中使用的附图标记不应解释为限定范围。

虽然已经出于说明的目的对本发明进行了详细地描述，但可以理解，这种细节仅用于该目的，并且在不偏离本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员能够在其中进行变型。

Claims

1.一种具有十字头并具有限定的最大连续额定功率的大型低运行多气缸涡轮增压内燃发动机（1），所述发动机包括：

排气系统（44）、吹扫空气系统（42）、具有在所述吹扫空气系统（42）中的压缩机（7）以及在所述排气系统（44）中的涡轮机（8）的涡轮增压器（6），

EGR系统，所述EGR系统连接至所述排气系统（44）并且连接至所述吹扫空气系统（42），

控制器（50），

由此，所述控制器（50）被构造成利用所述EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自气缸（4）的废气的总质量流率在：

进入所述EGR系统的EGR质量流率，以及

朝向所述涡轮机（8）流入所述排气系统（44）的废气质量流率，之间进行分配，所述选择的EGR比率能够在从零至预先确定的最大比率的范围内选择，

其特征在于，所述排气系统（44）具有能够处理废气质量流率的规定最大连续容量（C），所述规定最大连续容量（C）小于在所述最大连续额定功率下来自所述气缸的总废气质量流率，以及

所述控制器（50）构造成：当来自所述气缸的实际总废气质量流率超过所述排气系统（44）的所述规定最大容量（C）时，无论所述选择的EGR比率如何，都将过量的质量流率馈送至所述EGR系统内。

2.根据权利要求1所述的发动机（1），其中，所述排气系统（44）在分流处下游的所述规定最大容量（C）在所述最大连续额定功率下来自所述气缸的总废气质量流率的50%至90%的范围内，优选地在55%至80%的范围内，更优选地在60%与64%之间。

3.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述控制器构造成：利用所述EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自所述气缸的所述废气的所述总质量流率在进入EGR系统的EGR质量流率以及朝向所述涡轮机流入所述排气系统的废气流率之间进行分配。

4.根据权利要求1所述的发动机（1），其中，所述排气系统（44）至少包括废气处理部件（33、34）。

5.根据权利要求1所述的发动机（1），其中，所述吹扫空气系统（2）具有规定最大容量以处理吹扫空气质量流率（A），所述规定最大容量小于在所述最大连续额定功率下流至所述吹扫气体接收器（14）的总吹扫气体的增压气体质量流率（B）。

6.根据前述权利要求所述的发动机（1），其中，所述吹扫空气系统（42）至少包括吹扫空气冷却器（12）。

7.根据权利要求1所述的发动机（1），所述控制器（50）构造成以至少下述两种模式操作：

低排放模式，由此所述发动机基于发动机载荷，其中，所述选择的EGR比率被选择成当没有过量质量流率时刚好满足排放要求，以及

减少排气模式，由此所述发动机基于发动机载荷，其中，所述选择的EGR比率除下述情形之处被选择为零：当需要高于零的EGR比率以避免通过所述排气系统向所述涡轮增压器（6）的所述涡轮机（8）流动的质量流率超过所述规定最大连续容量（C）时。

8.一种操作具有十字头发动机（1）并具有限定的最大连续额定功率的大型低运行多气缸涡轮增压内燃发动机的方法，所述发动机包括：

EGR系统，所述EGR系统连接至所述排气系统（44）并且连接至所述吹扫空气系统（42），以及控制器（50），

所述方法包括：

根据所述EGR质量流率与所述废气的总质量流率的选择的EGR比率将来自所述气缸（4）的废气的总质量流率在：

进入所述EGR系统的EGR质量流率，以及

在所述排气系统（44）中朝向所述涡轮机（8）流动的废气质量流率，之间进行分配，

在从零至预先确定的最大比率的范围内选择EGR比率，

其特征在于，所述排气系统（44）具有规定最大连续容量（C）以处理废气质量流率，所述规定最大连续容量（C）小于在所述最大连续额定功率下来自所述气缸的总废气质量流率，以及

当来自所述气缸的实际总废气质量流率超过所述排气系统（44）的所述规定最大容量（C）时，无论所述选择的EGR比率如何，都将过量质量流率馈送至所述EGR系统内。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

确定来自所述气缸（4）的实际总质量流率，

确定所述实际总质量流率与所述规定容量（C）之间的差，

当所述实际质量流率小于或等于所述规定容量时：应用在从零至预先确定的最大比率的范围内选择的所需的EGR比率，以及

当所述实际质量流率大于所述规定容量时：应用足够高的EGR比率以确保通过所述排气系统（44）向所述涡轮增压器（6）的所述涡轮机（8）流动的质量流量不超过所述规定容量（C）。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：以至少下述两种模式中的一种模式操作所述发动机（1）：

低排放模式，由此所述发动机基于发动机载荷，利用在没有过量质量流率时满足低排放要求所需的EGR比率操作，以及

减少排气模式，由此所述发动机基于发动机载荷，利用为避免通过所述排气系统向所述涡轮增压器（6）的所述涡轮机（8）流动的质量流率超过所述规定最大连续容量（C）所需的最低可能的EGR比率操作。

11.根据权利要求10所述的操作发动机（1）的方法，其中，所述操作模式或由操作者手动地选择或由所述电子控制单元自动地选择。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制器基于关于所述发动机的地理位置的信息决定所述操作模式。

13.根据权利要求8所述的操作发动机的方法，进一步包括：在一种操作模式下应用在通过所述排气系统向所述涡轮增压器（6）的所述涡轮机（8）流动的废气的质量流量不超过所述规定容量的情况下可能的最低的EGR比率。

14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

确定来自所述气缸（4）的实际质量流率，

确定所述实际质量流率与所述规定容量之间的差，以及

当所述实际质量流率小于或等于所述规定容量时：应用为零的EGR比率，以及

当所述实际质量流率大于所述规定容量时：应用等于所述实际质量流率减去所述规定容量的差再除以所述实际质量流量的EGR比率。

15.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：以另一模式操作所述发动机，所述另一模式包括在所有发动机载荷下以固定的EGR比率操作。

16.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：以另一模式操作所述发动机（1），所述另一模式包括以根据实际发动机载荷调整的EGR比率操作。

17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：调整所述EGR比率，同时以LEM模式在ECA内航行。