CN105545533A - 活塞式内燃机以及废气总管尤其是组合式废气总管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞式内燃机以及废气总管尤其是组合式废气总管，该活塞式内燃机包括多个缸套的气缸组，每个气缸组具有一个燃烧室和各自对应的出口阀，缸套的气缸组的每个燃烧室与同一个废气总管流动连通，即在运行状态下，废气可从缸套的气缸组的每个燃烧室经由对应的出口阀被供应给废气总管，并且废气能在净化运行中从废气总管被送入废气反应器，并且还设有用于空气压缩的增压装置，该增压装置包括第一增压组和第二增压组，来自废气反应器的废气能在净化运行中被供应给这些增压组，从而使得借助第一增压组和第二增压组被压缩的空气能经由各自对应的扫气空气开口作为扫气空气被供应给一个或多个缸套和/或气缸组的缸套中的一个或多个缸套。

Description

活塞式内燃机以及废气总管尤其是组合式废气总管

技术领域

本发明涉及一种活塞式内燃机(Hubkolbenbrennkraftmaschine)且尤其是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机以及废气总管。

背景技术

十字头结构形式的大型柴油发动机(如优选在船舶结构或固定不动的设备中例如被用于产生电能)包括构成发动机框架的三个大型壳体部段。在除了带有用于容纳曲轴的曲轴主座的支承鞍座外还具有横向支承件的基板上，由底板分隔地设置有所谓的支柱。已知的支柱根据大型柴油发动机的气缸数包括多个对置的支承体，每个支承体具有垂直延伸的滑动面用于引导两个相邻的(通过推杆与曲轴相联接的)十字头。此时，相应的两个对置的垂直延伸的支承体(包括滑动面)通过中间壁来附加支承。这些支承体通常通过同一个盖板相互连接。于是，在支柱上方在盖板处设置也常被称为气缸套的气缸部段，其适用于容纳多个缸套。所述底板、支柱和气缸部段此时通过拉杆(在支柱区域内一般在支承体中延伸)如此相互连接，即，该拉杆在显著的预紧作用下被螺栓固定在基板之中或之上。

此外知道了各种不同类型的应对与稳定性和磨损相关的不同问题的支柱，其中在现有技术中提出了相应优化的解决方案。

为了增大活塞式内燃机功率，但并非仅尤其是针对这种上述类型的内燃机，在燃烧冲程后，新风借助一般包括至少一个废气涡轮增压器的增压组在增大的压力下被送入缸套燃烧室。此时可以充分利用在燃烧冲程之后离开缸套燃烧室的废气的一部分热能。为此，热的废气通过打开例如设于缸套的缸盖内的出口阀从缸套燃烧室被供应给该增压组。该增压组在此一般由涡轮机构成，其通过在压力下流入增压组的加热的废气来驱动。涡轮机又驱动压缩机，由此吸入新风并进行压缩。在带有涡轮机的压缩机(即除了名称废气涡轮增压器外也通常被简称为涡轮增压器并且尤其是而并非只是在大型二冲程柴油发动机情况下大多以径向压缩机形式构成的装置)下游，设置所谓的扩压器、增压空气冷却器、水分离器和进气储集器，从这里起，压缩新风(也被称为增压空气或扫气空气)最后被送入大型柴油发动机的缸套的若干燃烧室。因此，通过使用这样的增压组，可以增加新风供给并且提高在气缸燃烧室内的燃烧过程的效率。

在大型柴油发动机情况下，根据类型来实现在缸套的不同部位送入空气。因此，例如在纵向扫气式二冲程发动机中，空气经由设置在缸套下侧区域内的工作表面中的扫气缝被送入缸套燃烧室。在小型四冲程发动机情况下，增压空气一般经由一个或多个例如设置在缸头中的进气门被送入气缸燃烧室。此外，肯定也知道二冲程发动机，其代替在缸套下侧区域中的扫气缝而配设有设于缸套上部的进气门。

为了更好地理解随后还要描述的本发明，图1以用于说明不同组成部分的合作的示意图示出从现有技术中迄今公开的大型柴油发动机的废气涡轮增压器系统的原理性结构，该大型柴油机以具有纵向扫气功能的大型二冲程柴油发动机形式构成并且以下总体用附图标记1’来标示。

为了更好地区分本发明与现有技术，与现有技术所公开的例子的特征相关的附图标记分别带单引号，而涉及本发明实施例的附图标记不带单引号。

通常，大型柴油机1’按照本身已知方式包括气缸组GZ’，其包含多个缸套GZ1’，缸套具有设于缸盖内的进气阀3’，在所述缸套GZ1’内，活塞K’以可在下死点UT’和上死点OT’之间沿工作面来回运动的方式设置。缸套GZ1’的缸壁连同缸盖和活塞K’按照已知方式限定出缸套GZ1’的燃烧室2’。

出于概览考虑，在图1中仅示例性示出一个缸套GZ1’。显然，在实践中所述气缸组G’包括多个且一般是大量的缸套GZ1’。

在缸套GZ1’的下侧区域中设有多个扫气空气开口9’，它们以扫气缝形式构成。根据活塞K’的位置，扫气缝被活塞遮挡住或开启。通过扫气空气开口9’，被称为扫气空气81’的增压空气能流入缸套GZ1’的燃烧室2’。通过过设于缸盖内的出口阀3’，燃烧时产生的废气5’流过废气总管4’(其经由出口阀3’在其打开状态下与各自燃烧室2’流动连通)流入作为废气涡轮增压器构成的增压组71’。

增压组71’的废气涡轮增压器如上所述按照本身已知方式作为主要组成部分地包括带有用于空气80’压缩的压缩机叶轮711’的压缩机以及带有用于驱动压缩机叶轮711’的涡轮机叶轮712’的涡轮机，压缩机叶轮通过一个轴按照已知方式有效稳定地与涡轮机叶轮712’连接。所述涡轮机和压缩机设置在一个壳体中并因此构成所述废气涡轮增压器，其大多以径向压缩机形式构成。所述涡轮机按照已知方式通过来自缸套GZ1’的燃烧室2’的流入的加热废气5’被驱动。

为了给缸套GZ1’的燃烧室2’充填扫气空气81’，通过压缩机叶轮711’经由吸气接管从环境吸入空气80’并且该空气在废气涡轮增压器中被压缩。压缩空气80’从废气涡轮增压器通过设于下游的扩压器720’和增压空气冷却器730’经水分离器740’进入进气储集器750’，从这里起，压缩空气80’最后作为扫气空气81’通过呈扫气缝形式构成的扫气空气开口9’在增大压力下进入缸套GZ1’的燃烧室2’。

利用一个或多个涡轮增压器给发动机充填增压空气的原理很早就针对所有可能类型的发动机是已知的并且相应地早在几十年前就成功应用在纵向扫气式大型二冲程柴油发动机中。此外，在此期间，随着逐步发展，由废气总管和包括扩压器、增压空气冷却器和水分离器的上述涡轮增压系统构成的废气系统的形状设计和布置总是在被进一步优化，因此，已知的废气系统此刻也很省地方地最佳并入发动机总体形状中。这尤其在安装于船舶中的纵向扫气式大型二冲程柴油发动机中是一个很重要的点，因为在船体中原则上可供使用的空间少，因而节省地方地布置发动机的组成部件是一个重要因素。

但是，就是在这一点上近年来出现明显的问题，尤其在变得越来越严格的废气标准中能找到所述问题的起因，这因此首先是不期望见到的。

因为废气规定变得越来越严格，近几年来对废气质量的要求变得越来越多，在这里，并非只有但尤其是废气中的氮氧化物浓度是废气标准的焦点。在这里，针对相应废气极限值的法律规定和极限值总是变得越来越严格。这尤其在大型二冲程柴油发动机中造成含有大量有害物的典型重油的燃烧以及柴油或其它燃料的燃烧总是成问题的，这是因为遵守废气极限值越来越难且在技术上越来越复杂，因而更加昂贵，甚至担心遵守废气极限值最终甚至可能不再有意义。

因此在实践中，近年来关于废气净化、关键词“废气催化器”以及替代型燃料做出了巨大努力。因此，即附加地或替代地，出于相同原因很早就已经要求所谓的“双燃料发动机”，即能以两种不同的燃料来驱动的发动机。在气态模式中，燃气如天然气例如LNG(液化天然气)或者呈汽车天然气形式的燃气或其它适于驱动内燃机的燃气燃烧，而在液态模式中，合适的液态燃料如汽油、柴油、重油或其它合适的液态燃料能在同一发动机中燃烧。在此，该发动机可以是二冲程发动机以及四冲程发动机，并且它在此可以是小型发动机或中大型发动机，但也可以是大型发动机，尤其也可以是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机。

因此，在本发明范围内，除了用术语“大型柴油发动机”表示典型的以重油或柴油来驱动的大型二冲程柴油发动机外，还以该术语表示这样的大型发动机，其除了按照以燃料自燃为特点的柴油机运行外，也能按照以外源点燃燃料的外源点火运行(Ottobetrieb)或两者的混合形式来运转。另外，术语“大型柴油机”尤其也包含所述双燃料发动机以及这样的大型发动机，其中燃料的点燃借助由其它燃料的外界点火来启动。

在液态模式中，燃料通常借助喷嘴被直接喷入气缸燃烧室并在那里按照自燃原理燃烧。在气态模式中已知的是，气态下的燃气按照外源点火原理与扫气空气混合，以便因此在气缸燃烧室内产生能点燃的混合物。在这样的低压方法中，通常如此进行混合物在气缸内的点燃，即在正确时刻，少量液态燃料被喷入气缸燃烧室或前室，其随后导致了空气-天然气混合物的点燃。双燃料发动机通常也可以在运行工作中从气态模式被切换到液态模式，或反之。

但是，也调查了单纯的燃气发动机，即只能以燃气来工作而不能替代地还以柴油、重油或其它燃料来工作的发动机，尤其当要求高废气标准时，这种高废气标准只能付出合理技术成本地且在经济上有意义上地通过燃烧天然气来遵守，因此也可以是以下进一步所述的发明的主题。

无论它是否是双燃料发动机、单纯的燃气发动机或用液态燃料如汽油、柴油或重油驱动的发动机或者上述发动机类型的混合型，将来都不可避免地要在废气被排放至环境之前利用合适的设备和方法来净化或预处理该废气。

尤其为了减少废气中的氮氧化物而已知采用废气反应器且尤其是所谓的“SCR反应器”。

术语“SCR”在此是英文“SelectiveCatalyticReduction(选择性催化还原)”的缩写并且可以在口语中被称为“催化器”，其减少废气中的氮氧化物。如果它不是在像例如带有铂催化器材料的汽车中那样而只是在SCR反应器中工作，则催化器元件例如由陶瓷或金属构成并且具有特殊反应涂层。但还原反应与涂层相关地只出现在废气事先与合适的化学物质例如尿素或氨混合时，所述化学物质在废气中必须蒸发成氨。

为了所述混合和蒸发，从现有技术中知道了，在进入SCR反应器之前，作为混合蒸发管构成的混合段的一定长度被规定用于反应物质如尿素与废气的混合和蒸发。为了保证可靠的混合和蒸发，该混合段迄今以在废气总管和SCR反应器之间的具有某个最小长度的混合管路形式设置。但因为在从现有技术已知的解决方案中的混合管路如以下还结合图2示意所述从发动机延伸出，故从现有技术已知的大型发动机的混合管路在船体内占据很大的结构空间，因此有碍于紧凑结构。

但是，不是仅有像这样的混合管路要求数量可观的宝贵结构空间。通常就是在具有多个缸套，如6、8、10、12或甚至14个缸套的大型柴油发动机中需要设置两个或甚至多于两个的具有涡轮增压器的增压组，代替仅一个增压组，在这里，迄今在现有技术中针对每个涡轮增压单独设置由混合管路和废气反应器构成的整个装置，这自然决定了结构空间的额外大量占用。

结合示意图2示例性示出了上述问题，图2针对只有唯一的涡轮增压器的情况下示出了从现有技术已知的包括废气总管、混合管路、SCR反应器和增压组的大型柴油发动机。如果设有多个涡轮增压器，则在现有技术中迄今针对每个单独的涡轮增压器分别相应设置一个由混合管路和SCR反应器构成的单独装置。在这里，在此，出于地方考虑而放弃了这种具有多个涡轮增压器的视图，尤其因为对于技术人员来说，从图2中随意得到带有多个涡轮增压器的总体布置结构。

图2示出一种已知的大型柴油机1’，其具有废气总管4’和呈供废气5’例如在此与尿素混合的混合管路121’形式的混合段12’，尿素在废气5’中被蒸发成氨。如上所述，为了在如图所示进入SCR反应器6’之前尿素与废气5’的可靠混合和蒸发，必须保证呈混合蒸发管形式的混合段12’的和进而混合管路121’的特定的最小长度。为了能遵守在废气总管4’和SCR反应器6’之间的混合管路121’的最小长度，在从现有技术已知的根据图2的大型柴油发动机中，混合管路121’首先经由连接件122’从发动机延伸出，从而有足以用于遵守所需要的混合管路121’最小长度的空间。

无需进一步说明地也能直接从示意图2中看到，确实通过该结构保证了尿素的可靠蒸发和与从废气总管4’进入混合管路121’的废气5’的混合。但另一方面该结构需要根本不可接受的大空间，这种大空间尤其在船体内是无法提供的或在其它方面能被更好利用。

此外，这种结构也具有例如技术人员马上发现的其它成问题的性能。即，一个重要的本身已知的问题就是振动，该振动在通常可具有高达甚至超过10000KW功率/缸的巨型发动机的运行中被引入周围环境和装设有该发动机的安装的组成部件中。此外，当前已知的船用发动机例如通常具有多达12个缸或甚至40个缸，所述缸在运行状态中可将如此强烈的振动引入船体且尤其也引入安装在发动机上的部件例如废气系统、催化器系统和带有增压组的涡轮增压器系统，结果，在没有规定合适的应对措施如振动补偿装置情况下它们可能严重受损或甚至出故障。但在根据图2的SCR催化器系统的这种浮动结构中，已知的振动补偿装置通常也不再足以长期防止这种结构受损。

但是，附加管路件和与之相关的例如经过就像在图2的大型柴油机中例如设置在混合管路121’和SCR反应器6’以及在SCR反应器6’和增压组71’之间的连接件122’或其它附加管接件的较长的废气流路径也是根本不希望有的并且除了不希望的材料用量外还带来其它的消极技术效果，例如在管路系统内的废气5’的温度和/或压降，这最终降低了涡轮增压器功率以及随之带来对于技术人员本身已知且自然不希望有的且因而要尽量避免的一系列其它消极技术影响。

发明内容

因此，鉴于这种现有技术，本发明的任务是提出一种改进的发动机且尤其是具有废气催化器系统尤其是SCR反应器的十字头型大型柴油发动机，在此，从现有技术已知的缺点得以避免并且尤其获得尽量节省地方的废气系统布置以及在缸套的出口阀和带有涡轮增压器的增压组之间的流动路径长度的缩短。本发明的另一个任务是提供一种活塞式内燃机尤其是大型二冲程柴油发动机，借此能在相似负荷情况下节约发动机燃料并能总体减少废气排放。

因此，本发明涉及一种活塞式内燃机尤其是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机，包括多个缸套的气缸组，每个气缸组具有一个燃烧室和各自对应的出口阀，其中，所述缸套的气缸组的每个燃烧室如此与同一个废气总管流动连通，即在运行状态中，废气可从所述缸套的气缸组的每个燃烧室经由各自对应的出口阀被供应给该废气总管，此外，为了进行处理，废气可以在净化运行中从废气总管被送入废气反应器。另外，设有用于空气压缩的增压装置，其包括第一增压组和第二增压组，来自废气反应器的废气可在净化运行中被供应给增压组，从而使得借助第一增压组和第二增压组被压缩的空气可经由各自对应的扫气空气开口作为扫气空气被供给一个或多个缸套和/或该气缸组的一个或多个缸套。根据本发明，废气总管一方面包括集气管段且另一方面包括在靠近第一增压组和第二增压组的区域内如此基本平行于活塞式内燃机的曲轴的废气分配管路，即，废气可以在净化运行中从废气反应器经由废气分配管路被供应给第一增压组和第二增压组。。

因此，对于本发明重要的是，与废气分配管路组合的集气管段优选如此邻近于缸套且基本平行于内燃机曲轴地设置在靠近第一增压组和第二增压组的区域内，从而使得所述废气在净化运行中可以从废气反应器经由该废气分配管路被供应给第一增压组和第二增压组。简言之，该废气总管除了集气管段外还包括废气分配管路，废气分配管路将在净化运行中来自废气反应器的废气分配给涡轮增压器。由此一来，第一次在大型发动机中也可以高效地尤其在纵向扫气式大型二冲程柴油发动机情况下将从同一个废气反应器输出的经过处理的废气分配给多个增压组或其废气涡轮增压器，在这里，通过使典型的废气总管与废气分配管路融合而同时实现了非常紧凑的结构。

不同于迄今从现有技术已知的发动机中(其中在不必单独设置由混合管路和废气反应器构成的自身总体装置情况下必须单独给每个涡轮增压器设置至少一个自己的废气反应器，这造成了上述的额外大量占用结构空间)，通过本发明，第一次可以实现尤其是对于具有多个缸套例如6、8、10、12或甚至14个缸套的大型柴油机(缸套具有至少两个增压组，所述增压组各自用一个废气涡轮增压器来驱动)来说，只设置唯一的废气反应器或者只设置唯一的由混合管路和废气反应器构成的装置，经过处理的废气随后从这里被分配给各增压组。

此外，在本发明的发动机中，在具体情况下显然也可以尤其对于具有多个缸套的发动机来说出于一定考虑例如设置至少两个废气反应器或至少两个由混合管路和废气反应器构成的装置，在此，至少其中一个所述废气反应器或至少其中一个所述由混合管路和废气反应器构成的装置分别与废气总管的废气分配管路流动连通，借助该废气分配管路，废气可以从同一个废气反应器被分配给至少两个增压组。

因此，可通过本发明借此第一次不仅节省下极其多的结构空间，这是因为，一方面，废气反应器的数量或者说由混合管路和废气反应器构成的装置的数量可被减少至绝对最少，在这里，例如甚至可能只须还设置一个废气反应器或者说一个由混合管路和废气反应器构成的装置。而且仅通过根据本发明很紧凑地且紧邻带有涡轮增压器的增压组地布置废气分配管路连同集气管段在同一个废气总管内，就节约了相当可观的结构空间。

但另外还同时通过本发明解决了从现有技术中知道的一系列其它的上述问题。

因此，在根据本发明的装置中，明显减轻伴随有由运行马达引起的振动的上述问题，这最终尤其由紧凑的结构所决定。因此，通过本发明，由结构决定地基于整个废气系统的紧凑布置形式和紧凑结构显著减小了由所引发的振动造成的废气系统受损的危险，该废气系统包括具有集气管段和废气分配管路的废气总管、或许带有混合管路的废气反应器和带有增压组的涡轮增压系统和废气分配管路，从而在本发明的发动机中通常无需采取附加措施来减小在废气系统的组成部件中的振动或者说整个废气系统的振动，因为这可以说由结构决定地已经自动做到了。

本发明的废气系统的紧凑布置和结构尤其还带来其它积极效果，即，不再需要且因而能节省在废气系统内的上述附加管路件的绝大部分。由此，从现有技术中知道的且自然不希望有的较长的废气流动路径通过本发明得以避免。因此，不仅节约了用于不再需要的附加管路件的材料，而且也可靠避免了由在现有技术所公开的废气系统内的不必要长的流动路径引起的其它消极的技术效果。因此，例如明显减小了在废气系统内的废气的温度降低和/或压力降低，这提高了涡轮增压器的功率，由此一来，最终例如在相似的负荷情况下也能节约发动机燃料，并且总体上也减少了废气排放，这最终也对环境有着积极效果。

此外，附加管路件的缺失也还改善了振动行为，因为由于没有附加管路件，所述废气系统的结构和布置总体更加紧凑并且最终从振动技术上讲更加刚性，因此，所引起的振动可得到更好的补偿或者能第一次完全不由废气系统或其组成部件承受，进而还进一步减小受损的潜在可能性。

在对于实践特别优选的一个实施例中，活塞式内燃机是大型发动机，尤其是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机，并且废气分配管路或多或少直接设置在集气管段下方，即关于竖向设置在集气管段和曲轴之间以及靠近其中一个所述缸套和增压组。在另一个实施例中，也可以根据发动机具体结构关于竖向将废气分配管路布置在集气管段的高度，即设置在集气管段旁边。在相当特定的情况下甚至可以与竖向相关地将废气分配管路布置在集气管段上方或者按照任何其它适当的方式相对于集气管段布置。

由此一来，尤其是至增压组的废气涡轮增压器的进气管路被明显缩短并且节省了重要地方，所述重要地方随后例如可供发动机操作平台以及维修工作或其它作业使用，在发动机操作平台上例如维修工和其它人员能在发动机上移动。另外，通过缩短的管路来避免至少一部分压力损失，并且也积极影响到废气系统的固有频率且尤其是废气总管的固有频率，由此一来，可以针对这些组成部件节省材料并且仅由此就降低了成本。

此外，废气分配管路的长度优选可以在本发明的所有实施例中关于废气总管被如此缩短，即，废气分配管路恰好还能与所有对应的废气涡轮增压器流动连通，但在其它地方它的长度不超过由涡轮增压器构成的装置的边界。这不仅额外节约了材料，而且也提高涡轮增压器效率，进而最终也有助于节约发动机燃料和进而环保。

根据废气系统的设计结构，在实践中除了带有集气管段的废气总管和废气分配管路外，还可以如此设置和布置用于与废气混合并蒸发反应物质，如尿素的混合段，即，废气可经由该混合段被供应给废气反应器，在这里，该混合段具体能以在废气总管和废气反应器之间的混合管路形式来设置，因此，废气可以通过在混合段内的反应物质蒸发和与废气混合随后在废气反应器中被可靠处理。

此外，在本发明的一个具体实施例中，该混合段可以至少局部地但优选全部地被集成在废气总管内和/或废气总管且尤其是集气管段本身能作为混合段构成。由此，显然还进一步节省了宝贵的地方并且最终也能进一步最小化材料用量和成本。

在另一个实施例中也可行的是，该混合段至少局部地但优选全部地被集成在废气反应器内，或者显然也可行的是，该废气反应器和该废气分配管路构成一个共同的整体式组件。

此外，带有集气管段和废气分配管路的所述废气总管、混合段和废气反应器在具体情况下甚至能以一个共同的整体式组件形式构成，该整体式组件优选以基本上平行于内燃机的曲轴的方式在一方面靠近第一增压组和第二增压组和另一方面靠近缸套的区域内延伸。

显然在实践中常见的是，该废气反应器不必长久运行，例如当具有本发明发动机的船舶航行在不存在相应严格的废气规定的某个地域中时，因此，例如从经济角度出发或者例如为了维护工作而可能有利的是暂时不使废气反应器工作。

因此可以有利地如此布置和设置旁通管路，使得废气在绕过废气反应器情况下可以被供应给废气分配管路以进一步引导至对应的增压组或涡轮增压器，即，废气可以经由旁通管路绕过废气反应器，从而废气不再流过废气反应器。为此，所述旁通管路例如可设置在废气总管的集气管段和废气分配管路之间。

所述旁通管路本身例如可以设置成通过旁通阀锁闭，其中所述旁通管路本身虽然非必须地但视实施方式而定有利地能作为旁通阀来构成。就是说，该旁通阀起到旁通管路作用。

此外，显然该废气总管的集气管段也可以通过集气管段阀被如此锁闭，即，当废气净化或废气处理如上所述不需要时，废气无法在这样的运行状态中再从废气总管被供应给废气反应器。针对这种目的，废气分配管路也可以通过废气分配阀被如此锁闭，即，废气无法再从废气反应器被供应给该废气分配管路。

在本发明的另一个实施例中，所述废气总管的集气管段可以如此包括第一废气收集室和与第一废气收集室流动连通的第二废气收集室，即，废气可以从第一组缸套只被直接供应给所述第一废气收集室，并且废气可以从第二组缸套只被直接供应给所述第二废气收集室，其中在第一废气收集室和第二废气收集室之间尤其优选地设置补偿件，用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变(Dehnung)。

由此，例如不仅能更好地补偿热应变或还有其它形式的机械应力例如振动，而且可以由此优化在废气总管的集气管段内的废气流的分配，并且可以至少基本阻止或最小化来自同时连接于废气总管的集气管段的各不同缸套的废气流的相互影响。

完全相似地，该废气分配管路也可以包括第一废气分配室和与第一废气分配室流动连通的第二废气分配室并且如此与该废气总管的集气管段流动连通，即，废气可以从废气总管的集气管段经由第一旁通管路或第一旁通阀只被直接供应给第一废气分配室，并且废气可以从废气总管的集气管段经由第二旁通管路或第二旁通阀只被直接供应给第二废气收集室。

在本发明的前述实施例的一个特别优选的变型中，废气从废气总管的集气管段的第一废气收集室经由第一旁通管路或第一旁通阀只被直接供应给第一废气分配室，并且废气从废气总管的集气管段的第二废气收集室经由第二旁通管路或第二旁通阀只被直接供应给第二废气收集室。

此外，在每个相应的实施例中，可以在第一废气分配室和第二废气分配室之间有利地设置补偿连接机构，用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变，从而例如不仅能更好地补偿热应变或其它类型的机械应力例如振动，也可以由此优化在废气分配管路内的废气流的分配并且至少基本防止或最小化来自同时连接于分配管路的各不同的旁通管路的废气流的相互影响。

显然，该旁通阀且尤其是第一旁通阀和/或第二旁通阀和/或集气管段阀和/或废气分配阀也能是可控的或可调节的，尤其是以电动或液压或气压方式、特别有利地通过计算机控制设备根据可预设的活塞式内燃机工作参数是可控的或可调节的。

对此，具体说来也可能的是，按照本身已知的方式，传感器且尤其是废气传感器、温度传感器、压力传感器或其它合适的传感器适当地设置用于控制或调节所述旁通阀且尤其是第一旁通阀和/或第二旁通阀和/或集气管段阀和/或废气分配阀。

为了进一步优化废气流动，废气总管的集气管且尤其是第一废气收集室和/或第二废气收集室可以包括引导机构且尤其是引导板，用于在废气总管内引导并分配所述废气，尤其用于将所述废气分配给废气分配管路的不同部段，具体说分配给废气分配管路的第一废气分配室和第二废气分配室。

完全相似地且目的相似地，该废气分配管路且尤其是第一废气分配室和/或第二废气分配室当然也可以包括转向机构且尤其是转向板，用于在废气分配管路内转向并分配所述废气，尤其用于将所述废气分配给该增压装置的不同的废气涡轮增压器，尤其分配给增压装置的第一增压组和第二增压组，在此可以设有可控的或可调的闸门，从而使得气体流动可通过该闸门来调节或控制。

为了固定，所述废气总管尤其优选地由同一个导向件承载和/或引导，在这里，该导向件有利地是导向板、导流箱或其它合适的导向机构或固定机构用于所述废气总管的固定和引导。

此外，该导向件在实践中非常有利地如此构成并且该废气总管如此安置在该导向件上，即，机械的和/或热引起的应力和/或应变或还有废气总管和废气分配管路或其它机器部件的振动可至少部分得到补偿。

本发明还涉及一种具有集气管段和废气分配管路的废气总管用于本申请所述的根据本发明的活塞式内燃机，在这里，本发明的废气总管在一个特定实施例中是组合式废气总管，它除了集气管段和废气分配管路外还能可选地包括混合段和/或废气反应器。

附图说明

以下，将结合附图来详述本发明，附图示意性示出：

图1示意性示出从现有技术中已知的大型二冲程柴油发动机的废气涡轮增压器系统；

图2示出具有用于废气处理的SCR反应器的已知的大型柴油发动机；

图3示出包括在集气管段下方的废气分配管路的本发明大型二冲程柴油发动机的第一实施例；

图4示意性示出包括在废气总管内的旁通段和旁通阀的本发明大型二冲程柴油发动机的第二实施例；

图5a示出包括外旁通管路的废气总管；

图5b带有内旁通管路的废气总管的局部；

图6示出具有补偿件或补偿连接机构的废气总管；

图7a示出包括用于废气的引导机构的集气管段的第一实施例；

图7b示出根据图7a的另一实施例；

图7c示出根据图7a的第三实施例；

图8a示出包括用于废气的转向机构的废气分配管路的第一实施例；

图8b示出根据图8a的另一实施例；

图8c示出根据图8a的第三实施例；以及

图9示出包括导向件的废气总管。

具体实施方式

图1和图2涉及现有技术的例子，其已经在前言中有明确描述，因而在此不必再讨论。

根据本发明的以下总体用附图标记1标示的活塞式内燃机尤其设计成例如在船舶结构中广泛应用的具有纵向扫气功能的大型二冲程柴油发动机形式。

图3依据包括多个缸套的用在船舶如集装箱船中的纵向扫气式大型二冲程柴油发动机的具体实施例示出本发明的活塞式内燃机的对于本发明重要的部分。

根据图3的本发明的活塞式内燃机1是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机，按照本身已知的方式且如图4示意所示地包括多个缸套GZ1、GZ2的气缸组GZ，每个缸套具有一个燃烧室2和各自对应的出口阀3，其中，缸套GZ1、GZ2的气缸组GZ的每个燃烧室2如此与同一个废气总管4流动连通，即，在运行状态中，废气5可以从缸套GZ1、GZ2的气缸组GZ的每个燃烧室2经由各自对应的出口阀3被供应给废气总管4。为了处理或净化，即基本上为了从废气5中除去有害的氮氧化物，废气5可以在净化运行中从废气总管4经由呈混合管路形式构成的混合段12被输送至废气反应器6中。

出于概览考虑，在图3中未明确示出缸套GZ1、GZ2、Z。

另外，设有增压装置7，其包括第一增压组71和第二增压组72，用于分别由增压组71和增压组72的涡轮增压器从环境中吸入的空气80的压缩，废气5可以在净化运行中从废气反应器6被如此供应给所述增压组71、72，即，借助第一增压组71和第二增压组72被压缩的空气80可以通过图3中不可见的对应的扫气空气开口作为扫气空气被供应给所述缸套Z或者气缸组GZ的缸套GZ1、GZ2。

根据本发明，废气总管4一方面包括集气管段401且另一方面包括如此在靠近第一增压组71和第二增压组72的区域内基本平行于仅示意性示出的、本身深许多的活塞式内燃机1曲轴11的废气分配管路10，即，废气5在净化运行中可以从废气反应器6经由废气分配管路10被供应给第一增压组71和第二增压组72。此时，在图3的实施例中，废气分配管路10关于竖向VR在集气管段401和曲轴11之间如此在一方面靠近第一增压组71和第二增压组72的区域内且另一方面关于活塞式内燃机1的竖向VR在集气管段401和曲轴11之间延伸，即如此在集气管段401下方延伸，使得废气5可以从废气反应器6经由废气分配管路10被供应给第一增压组71和第二增压组72。

还有，还能如此布置和在废气设备内设置图3未示出的混合段12，即，废气5可经由混合段12被供应给废气反应器6，其中该混合段12能以混合管路形式设置在废气总管4和废气反应器6之间。

结合示意图4，要描述本发明的大型二冲程柴油发动机1的第二实施例，其与图3的柴油发动机的区别主要在于，在这里，作为旁通管路13构成的旁通阀131在废气总管4内设置在废气分配管路10和集气管段401之间。

作为旁通管路13构成的旁通阀131此时如上所述地如此布置且设置在该废气总管内，即，废气5在绕过废气反应器6的情况下可以被供应给废气分配管路10，在这里，旁通阀131或旁通管路13如上所述在废气总管4内设置在集气管段401和废气分配管路10之间。

此外，旁通管路13和/或废气总管4且尤其是集气管段401和/或废气分配管路10和/或废气反应器6和/或混合段12和/或这些部件之间的连接机构中的一个也可以包含图4未详细示出的附加关断阀或还包括附加的旁通阀131，其或许是可控的或可调节的关断阀或旁通阀131，从而使得活塞式内燃机1可以从净化运行被切换至非净化运行即旁通运行。

图5a示出设置在导向件14、141上的废气总管4的一个具体实施例，在这里，旁通管路13是外旁通管路13，其在集气管段401和废气分配管路10之间外设在废气总管4上，其中在旁通管路13内还附加设有旁通阀131或集气管段阀40。

在此，集气管段401可以通过集气管段阀40或借助旁通阀131如此直接与废气分配管路10相连，即，废气5在预定的运行状态中无法再从集气管段401被供应给废气反应器6。就是说，当在活塞式内燃机1的特定运行状态中不需要废气反应器6或者废气反应器出于其它原因停止使用时，图5a未明确示出的废气反应器6和(如果有)未示出的混合段12与废气系统脱离联接，做法集气管段阀40或旁通阀131被打开，从而废气5可以从集气管段401经由旁通阀131或集气管段阀40以及废气分配管路10直接被供给增压组7、71、72的出于概览考虑而在图5a中也未示出的涡轮增压器。

另外，可以可选地在废气系统内设置附加的关断阀，可借此来关断混合段12和/或废气反应器6与集气管段401之间的流动连通，在这里，这不是绝对必需的，因为废气系统的流体动力学或多或少自动优选经过旁通管路13的废气流的短路程。

而图5b针对另一实施例示出具有内旁通管路13的废气总管4的局部，内旁通管路通过在集气管段401和废气分配管路10之间的旁通阀131来构成，就像例如在根据图3的大型二冲程柴油发动机中那样。

根据图5的对于实践特别优选的、此时旁通阀131同时构成旁通管路13的实施例是特别节省地方的本发明变型方案，其还节省了旁通管路13例如就像在图5a的实施例中那样的外旁通管路13。

结合图6，示意性示出包括集气管段401和废气分配管路10的废气总管4的另一个特别优选的实施例，废气总管和废气分配管路分别具有补偿件400或补偿连接机构500，用于补偿机械应力或热应力或其它干扰。

在此，废气总管4的集气管段401如此包括第一废气收集室41和与第一废气收集室41流动连通的第二废气收集室42，即，废气5可以从缸套Z的第一组只被直接供应给第一废气收集室41，并且废气5可以从缸套Z的第二组只被直接供应给第二废气收集室42。

此外，如所述的那样在第一废气收集室41和第二废气收集室42之间设有补偿件400，用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变和/或振动或者其它的力学干扰或热学干扰。

此外，废气分配管路10包括第一废气分配室101和与第一废气分配室101流动连通的第二废气分配室102并且可以在一个具体实施例中如此与集气管段401流动连通，即，废气5可以从集气管段401经由图6未示出的第一旁通阀只被直接供应给第一废气分配室101，并且废气5可以从集气管段401经由图6未示出的第二旁通阀只被直接供应给第二废气收集室102。

此时，在另一个实施例中也可行的是，废气5可以从集气管段401的第一废气收集室41经由第一旁通阀只被直接供应给第一废气分配室101，并且废气5可以从集气管段401的第二废气收集室42经由第二旁通阀只被直接供应给第二废气收集室102。

类似于集气管段401，在第一废气分配室101和第二废气分配室102之间设有补偿连接机构500，用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变和/或振动和/或其它的力学干扰或热学干扰。

在本申请范围内描述的各种旁通阀131、关断阀或还有集气管段阀40在此尤其优选是可控的或可调节的，尤其以电动或液压或气压可调节或可控的方式构成。为此也可以设置传感器尤其是废气传感器、温度传感器或压力传感器或其它合适的传感器来控制或调节旁通阀131、关断阀或集气管段阀40。

结合图7a，还示意性示出具有用于废气5的引导机构15、151的集气管段401的特别优选的第一实施例。图7b示出根据图7a的另一个实施例，而借助图7c示出了根据图7a的第三实施例。

如图7a至图7c所示，集气管段401且尤其是第一废气收集室41和/或第二废气收集室42包括引导机构15、151且尤其是引导板151，用于在集气管段401内引导并分配所述废气5，尤其用于将所述废气5分配给废气分配管路10的不同部段，具体说是分配给废气分配管路的第一废气分配室101和第二废气分配室102。技术人员从其技术知识中已知简单判断根据图7a-图7c的实施例中的哪一个适于实施或者是否该实施例的或许简单的但无创造性的改进方案适于实施并且将其应用到具体的实际情况中。

此外，图8a最后示出具有用于废气5的转向机构16、161的废气分配管路10的第一实施例。图8b示出根据图8a的另一个实施例，同时借助图8c示出了根据图8a的第三实施例。在此，废气分配管路10且尤其是第一废气分配室101和/或第二废气分配室102包括转向机构16、161且尤其是转向板161，用于在废气分配管路10内转向和分配所述废气5，尤其用于将所述废气5分配给增压装置7的不同的废气涡轮增压器，即分配给增压装置7的第一增压组71和第二增压组72。技术人员从其技术知识中已知简单判断根据图8a至图8c的实施例中的哪一个适于实施或者是否该实施例的简单的但无创造性的改进方案适于实施并将其应用到具体的实际情况中。

最后，图9示例性示出本发明废气总管4的对于实践特别重要的一个具体实施例，其具有多个导向件14、141，借助该导向件，废气总管4能有利地被安装在发动机上，或者说可以承载和/或引导废气总管4。

此外，根据图9的导向件14、141以导向板141形式构成，导向板特别好地适用于抵挡或者补偿废气总管4的热应变以及其它的机械载荷或干扰(例如可能在活塞式内燃机1的运行状态中很强劲出现的机械振动)。在此，在废气总管4的纵向上的热应变或振动能得到补偿，并且垂直于该纵向的热应变或振动也能得到补偿，这尤其通过以较薄的板的形式构成的导向板以及通过可适应于具体情况的特殊几何造型来实现。代替从现有技术中知道的笨重的导流箱而使用导向板还进一步节约了发动机上的宝贵地方。

技术人员理解，本发明不局限于明确所述的实施例，而是本发明也涵盖了相应的改进方案。尤其是本发明显然涉及到本发明的所讨论的特定实施方式的所有合适的组合。

Claims (31)

1.一种活塞式内燃机，该活塞式内燃机尤其是纵向扫气式大型二冲程柴油发动机，该活塞式内燃机包括多个缸套(GZ1,GZ2)的气缸组(GZ)，每个所述气缸组具有一个燃烧室(2)和各自对应的出口阀，其中所述缸套(GZ1,GZ2)的所述气缸组(GZ)的每个燃烧室(2)与同一个废气总管(4)如此流动连通，即在运行状态中，废气(5)能从所述缸套(GZ1,GZ2)的所述气缸组(GZ)的每个燃烧室(2)经由各自对应的所述出口阀被供应给所述废气总管(4)，并且为了进行处理，所述废气(5)能在净化运行中从所述废气总管(4)被送入废气反应器(6)，并且还设有增压装置(7,71,72)，该增压装置包括用于空气(80)压缩的第一增压组(71)和第二增压组(72)，来自所述废气反应器(6)的废气(5)能在净化运行中被供应给这些增压组，从而使得借助所述第一增压组(71)和所述第二增压组(72)被压缩的所述空气(80)能经由各自对应的扫气空气开口作为扫气空气被供应给一个或多个缸套(Z)和/或所述气缸组(GZ)的所述缸套(GZ1,GZ2)中的一个或多个所述缸套，其特征在于，所述废气总管(4)一方面包括集气管段(401)以及另一方面包括如此在靠近所述第一增压组(71)和第二增压组(72)的区域内基本平行于所述活塞式内燃机的曲轴(11)的废气分配管路(10)，即所述废气(5)在净化运行中能从所述废气反应器(6)经由所述废气分配管路(10)被供应给所述第一增压组(71)和所述第二增压组(72)。

2.根据权利要求1所述的活塞式内燃机，其中，所述废气分配管路(10)关于竖向(VR)在所述集气管段(401)和所述曲轴(11)之间延伸。

3.根据权利要求1或2所述的活塞式内燃机，其中，所述废气分配管路(10)关于竖向(VR)设置在一方面是第一增压组(71)和第二增压组(72)且另一方面是所述集气管段(401)之间，优选靠近其中一个所述缸套(Z,GZ1,GZ2)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，如此布置和设置混合段(12)，即所述废气(5)能经由所述混合段(12)被供应给所述废气反应器(6)。

5.根据权利要求4所述的活塞式内燃机，其中，所述混合段(12)以混合管路形式设置在所述废气总管(4)和所述废气反应器(6)之间。

6.根据权利要求4或5所述的活塞式内燃机，其中，所述混合段(12)至少局部且优选全部被整合在所述废气总管(4)且尤其是所述集气管段(401)中和/或所述集气管段(401)本身作为混合段(12)构成。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述混合段(12)至少局部且优选全部被整合在所述废气反应器(6)内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述废气反应器(6)和所述废气分配管路(10)构成一个共同的整体式组件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，包括集气管段(401)和废气分配管路(10)的所述废气总管(4)、所述混合段(12)和所述废气反应器(6)以同一个整体式组件形式设置，所述整体式组件基本上平行于所述内燃机的所述曲轴(11)在一方面邻近所述第一增压组(71)和所述第二增压组(72)且另一方面邻近其中一个所述缸套(GZ1,GZ2,Z)的区域内延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，如此布置和设置旁通管路(13)，即，所述废气(5)能在绕过所述废气反应器(6)的情况下被供应给所述废气分配管路(10)。

11.根据权利要求10所述的活塞式内燃机，其中，所述旁通管路(13)设置在所述集气管段(401)和所述废气分配管路(10)之间。

12.根据权利要求10或11所述的活塞式内燃机，其中，所述旁通管路(13)能通过旁通阀(131)被锁闭。

13.根据权利要求12所述的活塞式内燃机，其中，所述旁通管路(13)以旁通阀(131)形式构成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述集气管段(401)能如此通过集气管段阀(40)被锁闭，即，所述废气(5)不再能从所述集气管段(401)被供应给所述废气反应器(6)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述废气分配管路(10)能通过废气分配阀(100)被如此锁闭，即，所述废气(5)不再能从所述废气反应器(6)被供应给所述废气分配管路(10)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述集气管段(401)如此包括第一废气收集室(41)和与所述第一废气收集室(41)流动连通的第二废气收集室(42)，即，所述废气(5)能从缸套(Z)的第一组只被直接供应给所述第一废气收集室(41)，并且所述废气(5)能从缸套(Z)的第二组只被直接供应给所述第二废气收集室(42)。

17.根据权利要求16所述的活塞式内燃机，其中，在所述第一废气收集室(41)和所述第二废气收集室(42)之间设有补偿件(400)，该补偿件用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变。

18.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述废气分配管路(10)包括第一废气分配室(101)和与所述第一废气分配室(101)流动连通的第二废气分配室(102)并且如此与所述集气管段(401)流动连通，即，所述废气(5)能从所述废气总管(4)经由第一旁通阀只被直接供应给所述第一废气分配室(101)，并且所述废气(5)能从所述集气管段(401)经由第二旁通阀只被直接供应给所述第二废气收集室(102)。

19.根据权利要求18所述的活塞式内燃机，其中，所述废气(5)能从所述废气总管的所述第一废气收集室(41)经由第一旁通阀只被直接供应给所述第一废气分配室(101)，并且所述废气(5)能从所述废气总管的所述第二废气收集室(42)经由第二旁通阀只被直接供应给所述第二废气收集室(102)。

20.根据权利要求18或19所述的活塞式内燃机，其中，在所述第一废气分配室(101)和所述第二废气分配室(102)之间设有补偿连接机构(500)，该补偿连接机构用于补偿机械的和/或热引起的应力和/或应变。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述旁通阀(131)且尤其是所述第一旁通阀和/或所述第二旁通阀和/或所述集气管段阀(40)和/或所述废气分配阀(100)是能够控制的或能够调节的，尤其是能够以电动的或液压的或气压的方式控制或调节。

22.根据权利要求21所述的活塞式内燃机，其中，传感器且尤其是废气传感器、温度传感器或压力传感器被适当地设置用于控制或调节所述旁通阀(131)且尤其是控制或调节所述第一旁通阀和/或所述第二旁通阀和/或所述集气管段阀(40)和/或所述废气分配阀(100)。

23.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述集气管段(401)且尤其是所述第一废气收集室(41)和/或所述第二废气收集室(42)包括引导机构(15,151)且尤其是引导板(151)，用于在所述废气总管(4)内引导并分配所述废气(5)，尤其用于将所述废气(5)分配给所述废气分配管路(10)的不同的部段，具体是分配给所述废气分配管路的所述第一废气分配室(101)和所述第二废气分配室(102)。

24.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述废气分配管路(10)且尤其是所述第一废气分配室(101)和/或所述第二废气分配室(102)包括转向机构(16,161)，尤其是转向板(161)，用于在所述废气分配管路(10)内偏转和分配所述废气(5)，尤其用于将所述废气(5)分配给所述增压装置(7)的不同的废气涡轮增压器且尤其分配给所述增压装置(7)的所述第一增压组(71)和所述第二增压组(72)。

25.根据权利要求23或24所述的活塞式内燃机，其中，能够设有能够控制的或能够调节的闸门(B)，从而能通过该闸门(B)控制或调节气体流动。

26.根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机，其中，所述废气总管(4)由导向件(14,141)承载和/或引导。

27.根据权利要求26所述的活塞式内燃机，其中，所述导向件(14,141)是导向板(141)或导流箱。

28.根据权利要求26或27所述的活塞式内燃机，其中，所述导向件(14,141)如此构成并且所述废气总管(4)如此安置在其上，即，能够至少部分补偿所述废气总管(4)的机械的和/或热引起的应力和/或应变。

29.根据权利要求28所述的活塞式内燃机，其中，所述导向件(14,141)且尤其是所述导向板(141)和/或所述导流箱以可活动的方式设置在滑块(1400)内，以便补偿和/或均衡所述废气总管(4)的以及所述废气分配管路(10)的机械的和/或热引起的应力和/或应变和/或振动。

30.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的活塞式内燃机(1)的废气总管，该废气总管具有集气管段(401)和废气分配管路(10)。

31.根据权利要求30所述的废气总管，其中，所述废气总管是组合式废气总管，其包括集气管段(401)和废气分配管路(10)和/或混合段(12)和/或废气反应器(6)。