CN111810322A - 内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机。内燃发动机(20)具有至少一个气缸(21)，优选地为具有内径(27)为至少200mm的至少一个气缸(21)的大型船舶发动机，优选地为具有气缸的低压燃气发动机，所述气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁(22)直接喷射到气缸中的至少一个进气阀。内燃发动机(20)包括布置在排气出口(2)和空气入口(3)之间的排气再循环系统(1)。排气再循环系统(1)包括排气背压阀(9)，其中，排气背压阀(9)包括可控开口，以提供用于控制EGR率的能调整的背压，背压优选地在5毫巴至100毫巴之间的范围内。

Description

内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种包括排气再循环系统的内燃发动机、一种包括引燃喷射系统的内燃发动机以及用于运行内燃发动机的方法。
本发明优选地涉及一种内燃发动机，例如大型船用或船舶发动机或固定式发动机，这种发动机的气缸具有至少200mm的内径。发动机优选地是二冲程发动机或二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油发动机或气体发动机、双燃料发动机或多燃料发动机。在这种发动机中燃烧液体和/或气体燃料以及自动点火或强制点火是可能的。
背景技术
发动机具有至少一个气缸，在气缸中具有活塞。活塞连接到曲轴。在发动机的操作期间，活塞在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间往复运动。气缸通常具有：用于进气的至少一个空气通道开口，空气入口特别地布置在气缸的衬套中；以及用于排气的至少一个空气通道开口，排气出口特别地布置在气缸的盖中。
内燃发动机可以是纵向冲洗的二冲程发动机。
术语“内燃发动机”还指如下的大型发动机，其不仅可以按迪塞尔模式操作(迪塞尔模式的特征在于燃料的自动点火)，而且可以按奥托模式操作(奥托模式的特征在于燃料的强制点火)，或者按两者的混合操作。此外，术语“内燃发动机”特别包括如下的双燃料发动机和大型发动机，其中燃料的自动点火用于另一种燃料的强制点火。
发动机速度优选低于800RPM(四冲程)，更优选低于200RPM(二冲程)，低于200RPM表明低速发动机的标志。
燃料可以是柴油或船用柴油或重质燃料油或乳液或浆液或甲醇或乙醇以及气体如液态天然气(LNG)、液态石油气(LPG)等。
根据需要可以添加的其他可能的燃料是：LBG(液化生物气)、生物燃料(例如藻类燃料或海藻油)、氢气、来自CO2的合成燃料(例如通过动力转化气体或动力转化液体制备)。
大型船舶，特别是用于运输货物的船舶，通常由内燃发动机提供动力，特别是柴油发动机和/或气体发动机，主要是二冲程十字头发动机。在液体燃料的情况下，例如重质燃料油、船用柴油、柴油或其他液体，以及在气体燃料的情况下，例如LNG、LPG或由发动机燃烧的其他液体，来自该燃烧过程的排气需要被净化以符合现有的条例，例如IMO Tier III。
通常称为Tier I至Tier III标准的IMO排放标准尤其限定了用于现有和新的船用发动机的NOx排放标准。
对于大型船舶，排放要求已经增加，特别是关于氮氧化物排放物。因此，需要减少由这些船舶的内燃发动机排放的排气中的氮氧化物的量。
在压缩开始之前将低压气体供应到气缸中的发动机在气体/空气混合物的压缩冲程期间经受自发点火。如果它自发地点火，则气缸中的压力显著超过正常操作期间的最大燃烧压力，并且如果自发点火频繁地发生，则存在气缸元件过载的可能性。自然点火通常导致燃料热量的使用不足。
根据DK176118，在至少50巴的压力下将水供应至喷射喷嘴。在气缸中产生更均匀的混合，并防止在高浓度混合物区域中的局部自发点火。
EP3081790公开了一种双燃料内燃发动机，其中，可通过引入惰性气体或排气来控制预点火的发生。发动机可包括排气再循环系统。通常，排气再循环系统需要附加的压力提升装置，例如鼓风机，用于引导排气穿过EGR路径。
排气再循环系统的EGR路径从气缸的排气出口通向气缸的空气入口。
气缸的空气入口可以是扫气接收器。在进入扫气接收器之前，气体可以被引导穿过扫气冷却器。
气缸的排气出口可通向排气接收器，例如，在该排气接收器处收集多于一个气缸的排气。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术的缺点，尤其是提供一种内燃发动机和一种操作内燃发动机的方法，该内燃发动机具有比现有技术发动机更好的性能。
该目的通过根据本发明的内燃发动机和操作内燃发动机的方法来实现。
根据本发明的第一方面，该目的通过具有至少一个气缸的内燃发动机来实现，该内燃发动机包括布置在排气出口和空气入口之间的排气再循环系统。
排气再循环系统包括布置在EGR路径和排气漏斗之间的排气流限制装置，排气流限制装置提供用于控制排气再循环率的背压，该背压优选地是能调整的。
排气流限制装置可以是用于减小朝向漏斗的流动路径的开口直径的挡板。
优选地，排气流限制装置是具有可控开口的排气背压阀，以提供用于控制EGR率的能调整的背压，所述背压优选地在5毫巴至100毫巴之间的范围内。
排气再循环率，或EGR率，是排气在排气和新鲜空气的混合物中的百分比，该混合物被施加到气缸的空气入口。
发动机优选地为具有内径为至少200mm的至少一个气缸的大型船舶发动机，优选地为具有气缸的低压燃气发动机，该气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁直接喷射到气缸中的至少一个进气阀。优选地，液体燃料，例如柴油，也可以引入气缸中。
尤其是，用于二冲程双燃料发动机的预混合的稀燃燃烧解决方案非常依赖于空气体积与燃料体积的比率(称为“λ”)和温度。下侧活塞的高温提供了预点火的高风险，并且可能导致过度的点火压力。高压缩压力温度也可以导致类似的行为，但是可以通过降低压缩比来抵消。另一方面，当以液体燃料运行时，降低压缩比导致低的热效率，并因此导致增加的燃料消耗。
通过引入再循环的排气，提供了空气/燃料装料的自动点火的增强的抵抗力。
根据现有技术，为了提供恒定的或至少稳定的EGR率，频率受控的鼓风机是必需的。鼓风机可以布置在排气出口和涡轮增压器之间。
鼓风机一方面必须布置在EGR路径中，另一方面必须安装在振动低的地方以保证鼓风机的稳定性。
根据本发明，EGR率可以通过具有可控开口的排气背压阀来调整。
通过选择排气背压阀的打开的程度，可以调整EGR路径中的压力(特别是在涡轮增压器的上游的压力)以及排气再循环率。防止越多的排气朝向排气漏斗离开系统并且允许越多的排气穿过EGR路径，EGR路径中的排气压力越高。
优选地，背压阀具有防止完全关闭的限制。
鼓风机提供恒定量的排气，因此，在鼓风机设定是固定的情况下，排气再循环率取决于负载。利用排气流限制装置(例如排气背压阀)设定压力，提供了相对于负载恒定的EGR率。
排气背压阀可以是手动致动的、动力致动的、电动致动的或弹簧致动的。优选地，阀是气动或液压致动的。
阀可以是蝶形阀。
通常，EGR路径包括接头，该接头优选地在涡轮增压器的涡轮的下游，从该接头，排气可以被要么朝向气缸的空气入口引导(优选地向涡轮增压器的压缩机引导)，要么朝向排气漏斗引导。
排气处理装置可以布置在排气流限制装置(例如排气背压阀)和漏斗之间。
排气背压阀打开得越多，气体将在排气漏斗的方向上流动的可能性就越高。排气背压阀关闭得越多，进入EGR路径的流量就越高。
在优选实施方式中，内燃发动机包括涡轮增压器。
优选地，涡轮增压器布置在EGR路径中，使得涡轮增压器能至少部分地由排气提供动力。
从气缸的排气出口通向气缸的空气入口的EGR路径可以包括涡轮增压器的涡轮和涡轮增压器的压缩机。
EGR路径还可包括冷却装置。
涡轮增压器可以布置在EGR路径中，使得排气可以由涡轮增压器引导到气缸的空气入口，与新鲜空气混合。因此，涡轮增压器的压缩机尤其可以吸入排气和新鲜空气。
涡轮增压器的压缩机吸入环境空气和排气，并在它们以增加的压力进入气缸的空气入口(例如进气歧管)之前压缩它们。这导致在每个进气冲程中更大量的空气进入气缸。
旋转离心式压缩机所需的动力来自于发动机的排气的动能。
如果存在多于一个涡轮增压器，则空气入口接收由多个涡轮增压器提供的气体混合物。
在这种情况下，每个涡轮增压器可以布置在单独的排气再循环系统中，该单独系统具有单独的排气流限制装置(例如排气背压阀)。
或者，所有涡轮增压器将排气引导到公共EGR路径中。单个排气流限制装置(例如排气背压阀)布置在EGR路径和漏斗之间。
在排气再循环系统中可以仅布置一个涡轮增压器。至少一个另外的涡轮增压器仅提供新鲜空气，并且相应的压缩机不吸入排气。
由排气流限制装置(例如排气背压阀)提供的背压和涡轮增压器的抽吸压力可以提供具有受控EGR率的稳定排气流。
因此，有利地，除了用于提供新鲜空气的涡轮增压器之外，排气再循环系统不包括压力提升装置，例如鼓风机。
排气再循环系统可包括布置在EGR路径中的冷却装置，该冷却装置优选地布置在涡轮增压器的压缩机的上游。排气在与环境空气混合并被涡轮增压器的压缩机吸入之前可具有合适的温度。
优选地，冷却装置被设计成提供小于15毫巴的压降，使得在涡轮增压器的压缩机上游的EGR路径中的压力足够高，以在由压缩机吸入的混合物中提供足够百分比的排气。
冷却装置例如可以是级联排气冷却器，级联排气冷却器包括具有循环水冷却器的水循环设备。级联排气冷却器提供了冷却水的可忽略的污染。
优选地，该系统包括布置在EGR路径中的至少一个截流阀，所述至少一个截流阀用于在没有排气再循环的情况下运行内燃发动机。截流阀被设计成并能够主动关闭以防止EGR路径内的流动。典型的截流阀包括但不限于手动致动、动力致动或弹簧致动的故障安全截流阀。优选地，截流阀仅具有两种状态，即关闭或打开。
内燃发动机优选地是双燃料发动机。在柴油模式中，截流阀是关闭的，使得排气再循环是不可能的。在气体模式中，截流阀是打开的，使得排气再循环率可以用排气流限制装置(例如排气背压阀)来调整。
在本发明的有利实施方式中，内燃发动机包括空气流限制装置，空气流限制装置优选地是能调整的，空气流限制装置特别是具有可控开口的空气入口阀。优选地，空气入口阀布置在位于涡轮增压器的压缩机的上游的用于环境空气的入口中。空气入口阀可以是节流阀。
除了通过提供具有有限流动直径的排气流限制装置或通过关闭排气背压阀来增加EGR率之外，可以通过提供空气流限制装置(特别是关闭空气入口阀)来减少环境空气的量，进一步增加EGR率。
为了进一步克服EGR路径上的压降，另外，布置在压缩机上游的空气入口阀可阻塞新鲜空气路径的进气。这有助于增加EGR路径的抽吸。
空气入口阀还可用于微调EGR率。
在本发明的有利的实施方式中，气缸包括引燃点火系统。引燃点火系统优选地被操作以点燃非自动点火燃料。
有利地，内燃发动机包括用于检测气缸内的点火压力峰值和相应的曲柄角(即燃烧定相)的测量单元。
测量单元可以包括用于在曲柄角上测量气缸中的压力曲线的压力传感器。
对于包括多于一个气缸的发动机，可以测量所有气缸中的压力。可以检测所有气缸的平均压力曲线的最大值和相应的平均曲柄角。
测量单元提供EGR率的测量，因为压力曲线的最大值相对于曲柄角的位置取决于EGR率。
有利地，内燃发动机包括控制单元，并且控制单元被构造成通过根据点火压力峰值的曲柄角调整排气流限制装置和/或调整空气流限制装置来调整EGR率。
最佳压力峰值曲柄角与最佳EGR率相关。
由于改变环境条件(例如环境温度)以及由于特定的运行条件，可能发生燃烧定相的改变。通常，这可能导致发动机效率的降低。可能发生过高的点火压力、低的燃烧稳定性或甲烷逃逸。
点火压力峰值的最佳值可以在5°CA和8°CA之间(在曲柄的上止点之后5到8度，上止点对应于0°CA)。在该区域中，发动机的效率、排放和可靠性处于其最佳状态。
点火压力峰值的最佳曲柄角取决于发动机的负载。控制单元可以适于使用表格或者可以包括表格，在该表格中存储了负载和最佳曲柄角之间的关系，通常称为设定点的矢量。
EGR率可以被调整，
-通过设定排气背压阀的开口，
-通过提供静态排气流限制装置并设定空气入口阀的开口，
-通过提供静态空气流限制装置和通过设定排气背压阀的开口，或者
-通过设定排气背压阀的开口和通过设定空气入口阀的开口。
根据本发明的第二方面，该目的通过一种优选如上所述的内燃发动机来实现，该内燃发动机具有包括引燃点火系统的至少一个气缸。
内燃发动机包括控制单元，该控制单元被构造成优选地根据点火压力峰值的曲柄角来调节引燃点火的定时。
优选地，内燃发动机是具有内径为至少200mm的至少一个气缸的大型船舶发动机。
优选地，内燃发动机是具有气缸的低压燃气发动机，该气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁直接喷射到气缸中的至少一个进气阀。
内燃发动机优选地包括布置在排气出口和空气入口之间的排气再循环系统。
引燃点火的定时影响点火峰值压力的定时。因此，为了使点火峰值压力处于最佳位置，可以调整引燃点火的定时，即引燃燃料喷射的定时。
引燃燃料喷射定时的最大范围通常在-17°CA和-5°CA之间。
或者，点火峰值压力的定时，即点火压力峰值曲柄角，可受EGR率影响。
内燃发动机可以包括用于检测气缸内的点火峰值压力和相应的曲柄角的测量单元。测量单元可以包括用于测量气缸中的压力曲线的压力传感器。测量显示压力曲线的最大值是否在期望的时间出现，即出现在最佳曲柄角处。
内燃发动机还可以包括控制单元，该控制单元被构造成根据点火压力峰值的曲柄角来调节引燃喷射的定时。
如果点火峰值压力不在由设定点矢量给定的预定曲柄角范围内，则可以改变引燃点火的定时。优选地，控制单元根据所测量的点火峰值压力的曲柄角和预定的最佳点火峰值压力曲柄角自动地改变引燃点火时间。
在有利的实施方式中，内燃发动机包括布置在气缸的排气出口和气缸的空气入口之间的排气再循环系统。优选如上所述的排气再循环系统可包括：排气流限制装置，例如排气背压阀，排气背压阀优选地包括可控开口；和/或空气入口限制装置。控制单元被构造成例如通过打开或关闭排气背压阀和/或通过打开或关闭空气入口阀来调整EGR率。
通过调整排气背压并因此调整排气再循环率，可以优化取决于点火压力峰值的曲柄角的引燃点火的定时。
如果由于引燃燃料喷射定时处于其极限而不能进一步调整点火压力峰值角，则必须调整EGR率。
如果引燃燃料喷射已经达到最大极限(例如-5°CA)并且不应进一步提高，则可增加EGR率。通过关闭背压阀，可以将EGR率增加例如5％。
如果引燃燃料喷射定时已经达到最小极限(例如，-17°CA)并且不应进一步降低，则可通过打开背压阀将EGR率降低例如5％。
如果背压阀已经达到最大关闭角度并且点火压力峰值角具有太早的角度(例如2°CA)，则控制单元可能显示故障。发动机可以从低压燃气操作改变/跳闸到柴油模式。
根据本发明的另一方面，该目的通过优选地如上所述的内燃发动机来实现，该内燃发动机包括用于检测气缸内的点火压力峰值和相应的曲柄角的测量单元，并且包括控制单元。
控制单元被构造成通过以下方式优化点火压力峰值的曲柄角：
-调整内燃发动机中的EGR率，该内燃发动机包括布置在排气出口和空气入口之间的排气再循环系统；和/或
-调整包括引燃喷射系统的内燃发动机中的引燃点火定时的定时；和/或
-调整添加的流体燃料的量；和/或
-调整扫气压力，和/或
-调整惰性添加物的量。
通过控制点火压力峰值的曲柄角，即通过控制燃烧定相，可以最小化过度的点火压力。
EP3267017教导了一种用于操作双燃料大型柴油发动机的方法，特别是纵向扫气二冲程大型柴油发动机，该发动机可以按液体模式操作，在液体模式中，液体燃料被引入到气缸中用于燃烧，并且该发动机还可以按气体模式操作，在气体模式中，气体作为燃料被引入到气缸中。气体与吹扫空气混合，并以空气-气体比燃烧。在按气体模式操作期间，监测控制参数，基于该控制参数可识别空气-气体比的改变。如果控制参数达到极限，则大型柴油发动机可以按动力平衡模式操作，其中在动力平衡模式中，用于气体燃烧的空气-气体比增加。控制参数可以是压力峰值。
存在压力测量不能提供精确的或可再现的压力值的风险。例如，压力传感器可能被污染。压力曲线的绝对值也取决于环境温度。
然而，通常甚至受损的压力传感器也提供可靠的定性的测量曲线。
因此，用于优化压力峰值的曲柄角的控制单元比基于绝对压力值工作的控制单元更可靠。
根据本发明，压力峰值的曲柄角是控制参数，该控制参数被监测和优化。
引燃点火的定时可通过调整引入的燃料的量来调节，尤其是对于在没有排气再循环的情况下操作的发动机。除了低压燃气之外，可以喷射少量柴油。
例如，喷射的柴油燃料的量也可以根据测量的点火压力峰值的曲柄角来确定。该量可以被设定成使得实现最佳点火压力峰值曲柄角。
柴油燃料喷射可以以少量燃料开始，而点火压力的定相被恒定地监测。点火压力峰值角可以位于较早的时间点，例如2°CA(在曲柄的上止点之后2度，上止点对应于0°CA)。
柴油燃料喷射可以增加，直到达到点火压力峰值的预定曲柄角，例如4°CA。
如果点火压力峰值的曲柄角延迟到上最大值，例如7°CA，则柴油燃料喷射可以再次减少。当点火压力峰值角持续地保持大于预定最小值(例如2°CA)时，甚至可以减少柴油燃料喷射直到零。
另外，如果即使在曲柄角在预定最小值和预定最大值之间的情况下气缸压力也低于预定下限，则可以开始或增加柴油燃料喷射。如果气缸压力达到预定上限，则可以减少柴油燃料喷射。
尤其是在没有排气再循环的系统中，燃烧定相可以由扫气压力来控制。扫气压力可以由排废气门来控制。排废气门的设定确定了多少排气被用于驱动涡轮增压器。优选地，在排气出口和涡轮增压器之间设置有一方面通向涡轮增压器而另一方面通向排废气门的接头。
如果不能进一步控制扫气压力，例如因为排气的总量用于驱动涡轮增压器并且因此不能进一步增加扫气压力，则可以通过其他措施控制燃烧定相。例如，可以喷射额外量的柴油燃料。
也可以通过调整惰性添加物的量，即通过添加或多或少的惰性物质(例如惰性气体或水)，控制燃烧定相。
该目的还通过一种用于运行优选地如上所述的内燃发动机的方法来实现。该发动机具有至少一个气缸，该发动机优选地是具有内径为至少200mm的至少一个气缸的大型船舶发动机。该方法包括使排气的至少一部分再循环的步骤。通过调整排气流限制装置(例如排气背压阀的开口)来设定EGR率或排气背压，所述排气背压优选地在5毫巴至100毫巴之间的范围内，更优选地为至少25毫巴。排气流限制装置布置在EGR路径和排气漏斗之间。
替代地或附加地，通过调整布置在涡轮增压器的压缩机上游的空气入口中的空气流限制装置，优选地通过调整空气入口阀的开口，来设定排气与由涡轮增压器吸入的气体总量的比例。
优选地，该方法包括将低压燃气喷射到气缸中的步骤。可以通过引入排气来减少或防止预点火的发生。
在优选实施方式中，通过涡轮增压器将与新鲜空气混合的排气引导到气缸的空气入口。特别是涡轮增压器吸入空气和排气。
有利地，在不使用压力提升装置例如鼓风机的情况下来设定EGR率。优选地，排气压力流动仅由排气流限制装置和/或空气流限制装置的设定以及涡轮增压器的抽吸压力来确定。
可以利用引燃点火系统点燃预燃料混合物。
可以测量点火压力峰值和相应的曲柄角。
通过调整空气入口阀的开口，可以调整排气与由涡轮增压器吸入的气体总量的比例，优选地，空气入口阀布置在涡轮增压器的压缩机上游的空气入口中。
该目的还通过一种用于运行优选地如上所述的具有至少一个气缸的内燃发动机的方法来实现。内燃发动机优选地是具有内径为至少200mm的至少一个气缸的大型船舶发动机。该方法优选地包括将低压燃气喷射到气缸中的步骤。
该方法包括使排气在排气出口和空气入口之间再循环并调整EGR率的步骤，优选如上所述。
附加地或替代地，该方法包括利用引燃喷射系统点燃预燃料混合物并调整引燃点火的定时的步骤。
附加地或替代地，该方法包括调整添加的流体燃料的量的步骤。
附加地或替代地，该方法包括调整扫气压力的步骤。
附加地或替代地，该方法包括调整惰性物质添加物的量的步骤。
优选地，点火压力峰值曲柄角被优化。优化点火压力峰值曲柄角意味着改变内燃发动机的操作，直到达到点火压力峰值的最佳曲柄角。可以预先确定点火压力峰值的最佳曲柄角。优选地，用于各个负载的最佳曲柄角被存储为用于设定点的矢量。点火压力峰值曲柄角可以通过设定预点火时间来优化。
可相对于最佳点火压力峰值曲柄角来调整预点火时间。
优选地，测量压力曲线，并检测最大的曲柄角，即点火压力峰值。
如果曲柄角不对应于预定最佳曲柄角，则可调整预点火时间或引燃喷射的定时。优选地，引燃喷射的定时由闭环控制来调整。
如果在测量的点火压力峰值处的曲柄角大于预定角度，则点火时间可以移动到更早的时间，即移动到更小的曲柄角。
如果在测量的点火压力峰值处的曲柄角低于预定角度，则点火时间可以移动到更晚的时间，即移动到更大的曲柄角。
引燃燃料喷射时间或引燃燃料喷射曲柄角必须保持在预定的最小和最大水平内。
如果达到最小水平，则可以通过关闭排气背压阀来增加排气背压，以增加排气再循环率。
如果达到最大水平，则可以通过打开排气背压阀来减小排气背压，以增加排气再循环率。
点火压力峰值曲柄角还可以通过设定排气再循环系统中的排气背压来优化，例如通过调整排气背压阀的开口来优化。
点火压力峰值曲柄角还可以通过设定喷射的柴油燃料的量或通过调整扫气压力或通过调整惰性物质添加物的量来优化。
附图说明
下面，借助于附图在实施方式中进一步解释本发明：
图1示出了内燃发动机的第一实施例的示意图；
图2示出了内燃发动机的第二实施例的示意图；
图3示出了涡轮增压器的示意图；
图4示出了对于不同的EGR率的气缸中的压力的示意性表示；
图5示出了内燃发动机的第三实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了内燃发动机20的第一实施例的示意图。
内燃发动机20具有至少一个气缸21。
优选地，内燃发动机是具有内径27为至少200mm的至少一个气缸21的大型船舶发动机。
优选地，内燃发动机是具有气缸21的低压燃气发动机，该气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁22直接喷射到气缸21中的至少一个进气阀4。
内燃发动机20包括布置在气缸的排气出口2和气缸的空气入口3之间的排气再循环系统1。
排气再循环系统1包括排气流限制装置109，在该特定实施方式中，排气流限制装置109为排气背压阀9，排气背压阀9布置在EGR路径13和排气漏斗14之间。
内燃发动机20包括涡轮增压器5，涡轮增压器5被布置成使得涡轮增压器5能够至少部分地由排气提供动力。与新鲜空气6混合的排气由涡轮增压器5引导到气缸的空气入口3。
涡轮增压器5可以吸入排气和新鲜空气6。
除了涡轮增压器5之外，在EGR路径13中没有压力提升装置。
排气再循环系统1包括布置在EGR路径13中的冷却装置8，冷却装置8优选地被设计成提供小于15毫巴的压降。
系统1包括布置在EGR路径13中的截流阀7，当阀7关闭时，截流阀7用于在没有排气再循环的情况下运行内燃发动机20。排气然后将完全离开EGR路径13并被朝向排气漏斗14引导。
气缸21包括用于喷射引燃燃料的引燃点火系统10。
内燃发动机20还包括用于优化点火压力峰值的曲柄角的控制单元11，控制单元11包括被构造成根据点火压力峰值的曲柄角调整引燃喷射的定时的控制单元11b和用于调整EGR率的控制单元11a。
内燃发动机20包括用于检测气缸内的点火峰值压力和相应的曲柄角的测量单元12。
控制单元11可接收测量装置12的测量数据，控制单元11b可通过相应地操作引燃点火系统10来设定引燃喷射的定时。
控制单元11还可以接收测量装置12的测量数据，并且控制单元11a可以设定排气背压阀9的打开。
图2示出内燃发动机20的第二实施例的示意图。
内燃发动机20包括布置在气缸的排气接收器17和扫气接收器18之间的排气再循环系统1。
排气再循环系统1包括排气背压阀9，排气背压阀9布置在EGR路径13和排气漏斗14之间。
内燃发动机20包括涡轮增压器5，涡轮增压器5被布置成使得涡轮增压器5能够至少部分地由排气提供动力。
在进入扫气接收器18之前，离开涡轮增压器5的气体被引导穿过扫气冷却器19。
排气再循环系统1包括布置在EGR路径13中的冷却装置8。
系统1包括布置在EGR路径13中的截流阀7。
内燃发动机20包括能调整的空气流限制装置115，在该特定实施方式中，空气流限制装置115为具有可控开口的空气入口阀15，空气入口阀15布置在用于环境空气的入口16中，在涡轮增压器5上游。
图3示出了涡轮增压器5的示意图。涡轮增压器包括排气进气口22和用于新鲜空气的进气口23。空气入口阀15布置在用于环境空气的进气口23中，空气入口阀15阻塞新鲜空气的进入，使得排气的百分比增加。
图4示出了对于不同的EGR率气缸中的压力p在曲柄角°CA上的示意图。
与高EGR率相关的第一压力曲线31在曲柄角33处具有其点火压力峰值32。
与最佳EGR率相关的第二压力曲线34在曲柄角36处具有其点火压力峰值35。
与低EGR率相关的第三压力曲线38在曲柄角40处具有其点火压力峰值39。
引燃燃料喷射可发生在曲柄角37处。
图5示出了内燃发动机20的第三实施例的示意图。活塞24可移动地布置在气缸21内。
活塞24经由活塞杆26连接到十字头25，并且十字头25经由连杆29连接到曲轴28，以驱动曲轴28。
曲轴28相对于竖直轴线30的位置限定了曲柄角CA。该图示出了处于曲柄角CA为-90°的位置的发动机20。因此，当活塞24处于其顶部位置时，曲柄角为0°。当活塞24处于其最低位置时，曲柄角为180°或-180°。

Claims (20)

1.一种内燃发动机(20)，所述内燃发动机(20)具有至少一个气缸(21)，所述内燃发动机(20)优选地为具有内径(27)为至少200mm的至少一个气缸(21)的大型船舶发动机，所述内燃发动机(20)优选地为具有气缸的低压燃气发动机，所述气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁(22)直接喷射到所述气缸(21)中的至少一个进气阀(4)，
所述内燃发动机(20)包括布置在排气出口(2)和空气入口(3)之间的排气再循环系统(1)，
其特征在于，
所述排气再循环系统(1)包括布置在排气再循环路径(13)和排气漏斗之间的排气流限制装置(109)，所述排气流限制装置(109)提供用于控制排气再循环率的背压，该背压优选地是能调整的。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机(20)，其中，所述排气流限制装置(109)是排气背压阀(9)，所述排气背压阀(9)特别地包括可控开口，以提供用于控制排气再循环率的能调整的背压，所述背压优选地在5毫巴至100毫巴之间的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(20)，其中，所述内燃发动机(20)包括涡轮增压器(5)，所述涡轮增压器(5)优选地被布置成使得所述涡轮增压器(5)能够至少部分地由排气提供动力，和/或排气能够由所述涡轮增压器(5)引导到所述气缸的所述空气入口(3)，与新鲜空气(6)混合，所述涡轮增压器(5)特别地能够吸入排气和新鲜空气。
4.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，所述排气再循环系统(1)不包括诸如鼓风机的压力提升装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，所述排气再循环系统(1)包括布置在所述排气再循环路径(13)中的冷却装置(8)，所述冷却装置(8)优选地被设计成提供小于15毫巴的压降。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，所述系统(1)包括布置在所述排气再循环路径(13)中的至少一个截流阀(7)，所述至少一个截流阀(7)用于在没有排气再循环的情况下运行所述内燃发动机(20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，所述内燃发动机(20)包括空气流限制装置(115)，所述空气流限制装置(115)优选地是能调整的，所述空气流限制装置(115)特别是具有可控开口的空气入口阀(15)，所述空气入口阀(15)布置在涡轮增压器(5)的上游，优选地布置在用于环境空气的入口(16)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，
所述气缸(21)包括引燃喷射系统(10)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，
所述内燃发动机(20)包括用于检测所述气缸内的点火压力峰值和相应的曲柄角的测量单元(12)。
10.根据权利要求9所述的内燃发动机(20)，其中，所述内燃发动机(20)包括控制单元(11a)，并且所述控制单元(11a)被构造成通过根据所述点火压力峰值(32，35，39)的所述曲柄角(33，36，40)调整所述排气流限制装置(109)和/或调整空气流限制装置(115)来调整排气再循环率。
11.一种内燃发动机(20)，所述内燃发动机(20)优选地为根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机，所述内燃发动机(20)具有至少一个气缸(21)，所述内燃发动机(20)优选地为具有内径(27)为至少200mm的至少一个气缸(21)的大型船舶发动机，所述内燃发动机(20)优选地为具有气缸的低压燃气发动机，所述气缸具有用于将低压燃气通过气缸壁(22)直接喷射到所述气缸中的至少一个进气阀，
所述气缸(21)包括引燃喷射系统(10)，所述内燃发动机(20)优选地包括布置在排气出口(2)和空气入口(3)之间的排气再循环系统(1)，
其特征在于，
所述内燃发动机(20)包括控制单元(11)，所述控制单元(11)被构造成调节引燃喷射的定时。
12.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(20)，其中，所述内燃发动机(20)包括用于检测所述气缸内的点火压力峰值和相应的曲柄角的测量单元(12)，并且所述内燃发动机(20)包括控制单元(11b)，并且所述控制单元(11b)被构造成根据所述点火压力峰值的所述曲柄角来调节引燃喷射的定时。
13.内燃发动机(20)，所述内燃发动机(20)优选地为根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机，其中，所述内燃发动机(20)包括用于检测气缸内的点火压力峰值和相应的曲柄角的测量单元(12)，其中，控制单元(11)被构造成通过以下方式优化所述点火压力峰值的所述曲柄角：
调整内燃发动机(20)中的排气再循环率，所述内燃发动机(20)包括布置在排气出口(2)和空气入口(3)之间的排气再循环系统(1)；和/或
调整包括引燃喷射系统(10)的内燃发动机(20)中的引燃点火定时的定时；和/或
调整添加的流体燃料的量；和/或
调整扫气压力；和/或
调整惰性添加物的量。
14.一种用于运行根据权利要求1至11中任一项所述的内燃发动机(20)的方法，所述方法包括以下步骤：
-使排气的至少一部分再循环，
-通过以下方式设定排气再循环率：
调整排气再循环流限制装置(9)；和/或
通过调整布置在涡轮增压器(5)的上游的空气入口中的空气流限制装置，优选地通过调整空气入口阀的开口，来调整排气与由涡轮增压器吸入的气体的总量的比例，
特别地调整排气背压阀(9)的开口，优选地在5毫巴至100毫巴的范围内，更优选地为至少25毫巴。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括将低压燃气喷射到所述气缸中的步骤。
16.根据权利要求14或15所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过涡轮增压器(5)，特别是吸入空气和排气的涡轮增压器(5)，将与新鲜空气混合的排气引导到所述气缸(21)的空气入口(3)。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：
在不使用压力提升装置例如鼓风机的情况下设定排气再循环率。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：
利用引燃喷射系统(10)点燃预燃料混合物。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：
测量点火压力峰值和相应的曲柄角。
20.一种用于运行优选地根据权利要求1至11中任一项所述的内燃发动机(20)的方法，所述内燃发动机(20)具有至少一个气缸(21)，所述方法优选地为根据权利要求12至18中任一项所述的方法，所述内燃发动机优选地为具有内径(27)为至少200mm的至少一个气缸(21)的大型船舶发动机，所述方法优选地包括将低压燃气喷射到所述气缸中的步骤，所述方法还包括以下步骤：
使排气在排气出口(2)和空气入口(3)之间再循环并调整排气再循环率；和/或
利用引燃喷射系统(10)点燃预燃料混合物，并调整引燃点火定时的定时；和/或
调整添加的流体燃料的量；和/或
调整扫气压力；和/或
调整惰性物质添加物的量。
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