CN112789403B - 废气再循环系统及包括该废气再循环系统的船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于以气体模式运转的双燃料发动机的废气再循环系统，其特征在于，包括：缸筒，用于燃烧燃料；排气阀，设置在所述缸筒的上侧；活塞，在所述缸筒中的下死点和上死点之间往复移动；气体燃料供应单元，用于在所述活塞从下死点向上死点移动的途中向所述缸筒供应气体燃料；进气管线，使流入到所述缸筒的扫气气体经过；排气管线，使从所述缸筒排出的废气经过；涡轮增压器，包括压缩机和涡轮机，所述压缩机与所述进气管线连接，压缩所述扫气气体并将被压缩的所述扫气气体供应到所述缸筒，所述涡轮机与所述排气管线连接，通过接收来自所述缸筒的废气来驱动，并将旋转力传递到所述压缩机；EGR管线，将所述排气管线中的所述涡轮机的前端部与所述进气管线中的所述压缩机的前端部连通；以及用于控制所述排气阀的开闭的第一控制部和/或用于控制供应到所述涡轮机的废气的流量的第二控制部。

Description

废气再循环系统及包括该废气再循环系统的船舶
技术领域
本发明涉及一种废气再循环系统及包括该废气再循环系统的船舶。
背景技术
通常，作为搭载于船舶等的大型发动机已经开发了各种发动机，例如柴油发动机(Diesel Engine)、气体发动机(Gas Engine)、双燃料发动机(Dual Fuel Engine)等。其中，由于双燃料发动机(Dual Fuel Engine)具有能够并行使用两种燃料，例如气体(LNG等)和柴油，因此在船舶上被广泛使用。
设置有这种双燃料发动机的船舶可以根据燃烧室的内压来分为高压发动机(MEGI)和低压发动机(X-DF等)，并且可以分为二冲程发动机(ME-GI、X-DF)或四冲程发动机(DFDE)等。
双燃料发动机以使用气体作为主要燃料来产生推进驱动力的气体模式和使用柴油作为主要燃料来产生推进驱动力的柴油模式中的一种模式运转。
为此，双燃料发动机(尤其，二冲程低压奥托循环(Otto cycle)发动机)包括：缸筒，具有燃烧室；活塞，在缸筒中沿上下方向进行往复运动；缸筒盖，设置在缸筒的上侧；柴油喷射器，设置于缸筒盖，并向缸筒喷射柴油燃料；排气阀，设置于缸筒盖，用于排出在缸筒中燃烧的废气；废气接收器，接收从缸筒排出的废气；扫气接收器，设置在缸筒的下侧，将空气供应到缸筒内部；燃料供应部(气体喷射器或气体喷嘴)，设置在缸筒的上侧和下侧之间，用于向缸筒内部供应气体燃料；以及柴油喷射器或单独的引燃喷射器，注入少量的柴油燃料作为引燃染料，以在气体模式中用于点火。
另外，双燃料发动机包括涡轮增压器，利用从缸筒排出的废气来增加供应到缸筒的空气的量，从而增加发动机的输出。从涡轮增压器供应的压缩的空气可以被供应到扫气接收器，从而被供应到缸筒。
当这种双燃料发动机以柴油模式运转时，在高温下会发生空气和燃料的燃烧，因此会大量排出作为有害物质的氮氧化物(nitrous oxide；NOx)，有必要根据有关环境问题的规制来去除有害物质。
废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)系统可以通过将热容量大于空气的废气的一部分供应到发动机的扫气气体，来降低燃烧室中的温度(燃烧温度和混合物的压缩温度等)，并且可以通过降低氧浓度来抑制氮氧化物的生成。
然而，当双燃料发动机以气体模式运转时，由于空气流入量的减少而导致了燃烧效率降低，并且可能无法有效地获得废气再循环系统的应用效果，或者会对发动机的运转产生限制。因此，实际情况是需要一种即使在以气体模式运转双燃料发动机时也能够有效地获得EGR系统的效果的解决方案。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的，本发明的目的在于，提供一种在双燃料发动机的气体模式运转时应用的废气再循环系统。
解决问题的技术方案
根据本发明的一方面的废气再循环系统，其特征在于，包括：缸筒，用于燃烧燃料；排气阀，设置在所述缸筒的上侧；活塞，在所述缸筒中的下死点和上死点之间往复移动；气体燃料供应单元，用于在所述活塞从下死点向上死点移动期间向所述缸筒供应气体燃料；进气管线，使流入到所述缸筒的扫气气体经过；排气管线，使从所述缸筒排出的废气经过；涡轮增压器，包括压缩机和涡轮机，所述压缩机与所述进气管线连接，压缩所述扫气气体并将被压缩的所述扫气气体供应到所述缸筒，所述涡轮机与所述排气管线，通过接收来自所述缸筒的废气来驱动，并将旋转力传递到所述压缩机；EGR管线，将所述排气管线中的所述涡轮机的前端部与所述进气管线中的所述压缩机的前端部连通；以及第一控制部，用于控制所述排气阀的开闭，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部调节所述排气阀的关闭正时(closing timing)。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部可以将所述排气阀的关闭正时提前。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部可以调节所述缸筒的有效压缩比。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部可以维持或增加所述缸筒的有效压缩比。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部可以调节所述缸筒内的压缩温度。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部可以使所述缸筒内的压缩温度升高。
具体而言，所述第一控制部可以控制液体燃料喷射正时。
根据本发明的另一方面的废气再循环系统，其特征在于，包括：缸筒，用于燃烧燃料；排气阀，设置在所述缸筒的上侧；活塞，在所述缸筒中的下死点和上死点之间进行往复移动；气体燃料供应单元，用于在所述活塞从下死点向上死点移动期间向所述缸筒供应气体燃料；进气管线，使流入到所述缸筒的扫气气体经过；排气管线，使从所述缸筒排出的废气经过；涡轮增压器，包括压缩机和涡轮机，所述压缩机与所述进气管线连接，压缩所述扫气气体并将被压缩的所述扫气气体供应到所述缸筒，所述涡轮机与所述排气管线连接，通过接收来自所述缸筒的废气来驱动，并将旋转力传递到所述压缩机；EGR管线，将所述排气管线中的所述涡轮机的前端部与所述进气管线中的所述压缩机的前端部连通；以及第二控制部，用于控制供应到所述涡轮机的废气的流量，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节供应到所述涡轮机的废气的流量。
具体而言，在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部可以使供应到所述涡轮机的废气的流量增加。
具体而言，所述废气再循环系统还可以包括旁路管线，连接所述涡轮机的前端和后端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部可以调节所述旁路管线。
具体而言，所述废气再循环系统还可以包括旁路管线，连接所述压缩机的后端和所述涡轮机的前端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部可以调节所述旁路管线，以将从所述压缩机排出的扫气气体的一部分供应到所述涡轮机。
具体而言，所述废气再循环系统中的所述进气管线还可以具有冷却器，所述废气再循环系统还可以包括旁路管线，连接所述冷却器的后端和所述涡轮机的前端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部可以调节所述旁路管线，以将从所述冷却器排出的扫气气体的一部分供应到所述涡轮机。
具体而言，所述涡轮机可以是能够调节设置于其的喷嘴叶片的可变型涡轮机，当通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部可以调节所述喷嘴叶片，以增加供应到涡轮机的废气的流速。
具体而言，所述缸筒可以以使用气体燃料作为主要燃料来产生驱动力的气体模式和使用柴油作为主要燃料来产生驱动力的柴油模式中的一种模式运转。
具体而言，从所述缸筒排出的废气可以在高压状态下通过所述EGR管线流入到所述压缩机。
具体而言，在所述EGR管线中可以省略对废气加压的EGR风机。
根据本发明的另一方面的船舶，其特征在于，具有所述废气再循环系统。
发明效果
在双燃料发动机的气体模式运转期间，与简单应用现有的废气再循环系统相比，本发明的废气再循环系统能够减少来自发动机的甲烷逃逸量。
在双燃料发动机的气体模式运转期间，与简单应用现有的废气再循环系统相比，本发明的废气再循环系统能够降低燃料消耗率。
在双燃料发动机的气体模式运转期间，与简单应用现有的废气再循环系统相比，本发明的废气再循环系统能够减少氮氧化物的排出量。
本发明的废气再循环系统通过省略EGR风机来防止了由于EGR风机引起的发动机系统的结构改变，并且能够降低设置、运转以及维护风机的成本。
附图说明
图1是在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统的概念图。
图2是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统且在气体模式下运转废气再循环系统的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统的情况(EGR off)，分别以相对比率示出a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)的图。
图3是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统且在气体模式下运转废气再循环系统的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统的情况(EGR off)，分别以相对比率示出a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度的图。
图4是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统且在气体模式下运转废气再循环系统的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统的情况(EGR off)，分别以相对比率示出a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量的图，并且示出了c.缸筒的P-V曲线图以及d.基于活塞曲柄角度的温度的曲线图。
图5是本发明的实施例1的废气再循环系统的概念图。
图6相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例1的废气再循环系统的情况下的a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图7相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例1的废气再循环系统的情况下的a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图8相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例1的废气再循环系统的情况下的a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图9是本发明的实施例2-1的废气再循环系统的概念图。
图10是本发明的实施例2-2的废气再循环系统的概念图。
图11是本发明的实施例2-3的废气再循环系统的概念图。
图12是本发明的实施例2-4的废气再循环系统的概念图。
图13相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例2的废气再循环系统的情况下的a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图14相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例2的废气再循环系统的情况下的a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图15相对于运转现有废气再循环系统的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在气体模式下运转本发明的实施例2的废气再循环系统的情况下的a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。
图16是分别以相对比率示出在双燃料发动机以气体模式运转时的未应用废气再循环系统的情况(未应用EGR)、应用并运转现有的废气再循环系统的情况(应用EGR)、应用并运转本发明的实施例1的废气再循环系统的情况(EGR+发动机调整)以及应用并运转本发明的实施例2的废气再循环系统的情况(EGR+附加装置)下的a.EGR率、b.甲烷逃逸比率、c.气体燃料消耗率、d.氮氧化物(NOx)产生率的图。
具体实施方式
通过与附图相关的以下的详细说明和优选实施例，本发明的目的、特定的优点以及新颖的特征将变得更加明确。在本说明书中，在向每个附图的构成要素添加附图标记时，应当注意，对于相同的构成要素，即使其在不同的附图上示出，也尽可能使其具有相同的附图标记。另外，在对本发明进行说明时，如果判断为对相关的公知技术的具体说明可能会不必要地混淆本发明的主旨，则将省略其详细说明。
在下文中，应当明确的是，高压(HP：High pressure)、低压(LP：Low pressure)、高温以及低温是相对的，并且不表示绝对值。
在下文中，气体可以是指LNG、LPG、乙烷等沸点低于室温的材料，柴油是液体燃料，并且包括具有发热量的所有材料。
在下文中，发动机可以是以使用气体燃料作为主要燃料来产生驱动力的气体模式和将柴油作为主要燃料来产生驱动力的柴油模式中的一种模式运转的双燃料发动机，并且主要包括缸筒、活塞、气体燃料供应单元、液体燃料供应单元、排气阀。
在下文中，涡轮增压器主要包括压缩机和涡轮机。
在下文中，有效压缩比是排气阀关闭的时间点的缸筒容积相对于活塞在上死点时的缸筒容积的比率。
在下文中，压缩压力和温度是指活塞在上死点而没有燃烧过程时的混合气体的压力和温度。
在下文中，燃烧压力和温度是指在燃烧期间内施加到活塞的爆炸压力和温度。
首先，将参照图1至图4说明在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统的情形。
图1是在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统的概念图。在下文中，现有的废气再循环系统是指能够用于减少在柴油发动机或双燃料发动机以柴油模式运转时所产生的氮氧化物的量的废气再循环系统。
参照图1，现有的废气再循环系统2包括发动机3、EGR阀10、压缩机11以及涡轮机12a，并且包括：排气管线L1，从所述排气阀9连接所述涡轮机12a；进气管线L2，从所述压缩机11连接所述缸筒4；以及EGR管线L3，将所述排气管线L1中的所述涡轮机12a的前端部与所述进气管线中的所述压缩机11的前端部连通。
缸筒2用于燃烧燃料。所述缸筒4可以形成在发动机3的发动机缸体(未图示)的内部。所述缸筒4具有燃烧室，空气、燃料等可以被供应到所述燃烧室。所述燃烧室可以形成为内部为空的圆筒形状。在缸筒4和发动机缸体之间可以设置有缸筒套(未图示)。在所述缸筒4的上侧可以设置有缸筒盖4a。在所述缸筒4可以以能够移动的方式设置有活塞5。例如，所述活塞5可以在所述燃烧室的内部沿上下方向进行往复移动。在此，所述上下方向可以是与重力方向平行的方向，或者可以是其他方向。在所述缸筒4可以结合有用于供应气体燃料的气体燃料供应单元6和用于供应液体燃料的液体燃料供应单元7。由此，所述缸筒4可以从所述气体燃料供应单元6和所述液体燃料供应单元7接收气体燃料和液体燃料中的至少一种。所述气体燃料供应单元6和所述液体燃料供应单元7可以在通过设置在所述缸筒4的下侧的扫气孔(未图示)供应作为外部空气的扫气气体之后，向所述缸筒4供应气体燃料、液体燃料。此时，所述气体燃料供应单元6和所述液体燃料供应单元7可以在供应所述气体燃料之后，供应液体燃料。因此，本发明的发动机3可以是依次向所述缸筒4供应扫气气体、气体燃料以及液体燃料的双燃料发动机。所述扫气孔是在所述缸筒4的下侧贯通所述缸筒4而形成的孔，其可以设置成与填充有空气的扫气接收器(未图示)连接。由此，填充在所述扫气接收器中的空气可以通过所述扫气孔被供应到所述缸筒4。涡轮增压器利用从所述缸筒排出的废气来压缩空气并将其供应到所述扫气接收器，从而可以填充空气。所述缸筒4的燃烧室的容积可以随着活塞5进行往复运动来增减。例如，当活塞5向上侧方向移动时，燃烧室的容积可以减小。在该情况下，供应到燃烧室的燃料和空气可以被压缩。当所述活塞从下死点P1移动而到达上死点P2时，设置在缸筒4的上侧的柴油喷射器或单独的引燃喷射器7a可以供应柴油并点燃被压缩的燃料，从而由气体燃料和空气混合的燃料燃烧并爆炸，使得活塞5向下侧方向移动。由此，产生驱动力，并且在燃烧室中可能会产生废气。当活塞5向下侧方向移动时，燃烧室的容积可以增加。当活塞向下死点P1侧移动时，填充在所述扫气接收器中的空气可以被供应到所述燃烧室。因此，所述燃烧室中的因燃料的燃烧而产生的废气可以由从所述扫气接收器供应的空气经由排气阀9排出到所述燃烧室的外部。废气也可以在扫气接收器与储存废气的废气接收器(未图示)之间的压力差的作用下被排出到所述燃烧室的外部。从所述燃烧室排出的废气可以沿着与结合在所述缸筒4的上侧的排气阀9连接的排气管线L1排出，从而被供应到废气接收器。
活塞5用于压缩被供应到所述燃烧室的空气和燃料。所述活塞5以能够移动的方式设置在所述燃烧室。例如，活塞5可以在所述燃烧室的内部的下死点P1和上死点P2之间进行往复移动。所述活塞5可以形成为圆柱形状，但是也可以形成为其他形状，只要能够在所述燃烧室中进行移动的同时压缩燃料和空气即可。活塞5可以通过传递驱动力的曲轴(未图示)向上侧方向移动。活塞5可以通过杆状的活塞杆(未图示)和连接杆(未图示)与曲轴连接。所述活塞5可以随着曲轴旋转而向上侧方向移动。当活塞5通过曲轴向上侧方向移动时，可以压缩燃料和空气。随着被供应到缸筒4的燃料和空气被混合燃烧而爆炸，活塞5可以从上死点P2向下侧方向移动。因此，活塞5可以在缸筒4的内部的下死点P1和上死点P2之间进行往复运动。下死点P1是活塞5相对于活塞的压缩方向位于缸筒4的内部的最低位置的点，上死点P2是活塞5相对于活塞的压缩方向位于缸筒4的内部的最高位置的点。在活塞5位于上死点P2附近时，可以使被压缩的染料爆炸，以产生驱动力。
所述气体燃料供应单元6和所述液体燃料供应单元7分别用于向所述缸筒4供应气体燃料和液体燃料。所述气体燃料供应单元6可以与所述缸筒2结合，以位于活塞5的上死点P2和下死点P1之间。例如，所述气体燃料供应单元6可以与所述缸筒2的侧壁结合。在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间，所述气体燃料供应单元6可以向所述缸筒4供应气体燃料。在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间，所述气体燃料供应单元6也可以将气体燃料和空气混合并供应到所述缸筒4。例如，在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间，当向所述缸筒2供应气体燃料时，所述气体燃料供应单元6可以从辅助空气供应单元(未图示)接收额外的空气并一起供应。因此，本发明的发动机3可以在所述活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间将气体燃料和空气混合并供应到缸筒4，因而与仅向缸筒4供应气体燃料的情况相比，能够更均匀地混合空气和燃料，从而减少或防止诸如爆震、提前点火的异常燃烧的发生。所述气体燃料供应单元6可以在通过扫气孔开始向所述缸筒4供应扫气空气之后向所述缸筒4供应气体燃料。
所述气体燃料供应单元6用于向缸筒4供应气体燃料(未图示)。在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间，所述气体燃料供应单元6可以将气体燃料供应到缸筒4。在该情况下，缸筒4可以处于被排气阀9封闭的情况。当船舶是LNG船时，所述气体燃料供应单元6可以使储存在LNG储存罐(未图示)中的LNG汽化，从而向所述缸筒4供应气体燃料。所述气体燃料供应单元6还可以将在LNG储存罐产生的汽化气体(BOG：Boil off gas)供应到所述缸筒4。气体燃料供应单元6可以设置成与辅助空气供应单元连接。因此，可以将由气体燃料和空气混合的空气混合气体燃料(未图示)供应到所述缸筒4。根据发动机负荷，由所述气体燃料供应单元6向所述缸筒4供应的气体燃料或空气混合气体燃料的压力可以约在3巴(bar)至30巴(bar)之间，但是优选可以在5巴(bar)至22巴(bar)之间。在该情况下，由所述辅助空气供应单元额外地供应的空气的压力可以相对低于由所述气体燃料供应单元6供应的气体燃料的供应压力。这是为了顺畅地向所述缸筒4供应气体燃料。当气体燃料或空气混合气体燃料的压力超过30巴(bar)时，需要增加用于向缸筒4供应空气的气体燃料供应单元6和辅助空气供应单元中的每一个的容量，因此存在有整个发动机的尺寸增大的问题。当气体燃料或空气混合气体燃料的压力小于3巴(bar)时，存在有由于供应到缸筒4的扫气空气的压力而不能将气体燃料或空气混合气体燃料顺畅地供应到缸筒4的问题。当活塞5相对于活塞的压缩方向经过了所述气体燃料供应单元6与缸筒4的侧壁结合的点时，气体燃料供应单元6可以不向所述缸筒4供应气体燃料。这是因为缸筒4和气体燃料供应单元6的连通被切断。气体燃料供应单元6可以通过开闭与设置在所述缸筒套的燃料喷射喷嘴连接的气体燃料供应配管的开度，来向所述缸筒4供应气体燃料或切断供应。所述气体燃料供应单元6可以调节所述气体燃料供应配管的开度被开放的大小或所述气体燃料供应配管的开度被开放的开放时间，从而调节供应到所述缸筒4的气体燃料的量。例如，所述气体燃料供应单元6可以通过较大地开放所述气体燃料供应配管的开度或增加开放时间，来增加供应到所述缸筒4的气体燃料的量。所述气体燃料供应单元6可以通过较小地开放所述气体燃料供应配管的开度或减少开放时间，来减少供应到所述缸筒4的气体燃料的量。所述气体燃料供应单元6还可以通过增减用于向所述缸筒4供应气体燃料的气体燃料输送装置的输送力，来调节供应到所述缸筒4的气体燃料的量。所述气体燃料输送装置可以是压缩机、叶轮、鼓风机中的至少一种。
所述液体燃料供应单元7用于向缸筒4供应液体燃料(未图示)。在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间，在将气体燃料供应到所述缸筒4之后，所述液体燃料供应单元7可以向缸筒4供应液体燃料。优选地，所述液体燃料供应单元7可以在所述活塞5到达上死点P2附近时供应液体燃料。在该情况下，缸筒4可以处于被排气阀9封闭的情况。所述液体燃料供应单元7可以从储存有液体燃料的液体燃料储存罐(未图示)接收液体燃料，并将其供应到所述缸筒4。所述液体燃料可以是柴油，但并不一定限于此。所述液体燃料供应单元7可以与设置在所述缸筒盖4a的柴油喷射器或单独的引燃喷射器7a结合，并在所述缸筒4的上侧向所述缸筒4供应液体燃料，但并不限于此，也可以设置在引燃喷射器(未图示)等的缸筒盖4a或缸筒4的其他位置，并向所述缸筒4供应液体燃料，只要能够在活塞5位于上死点P2附近时向缸筒4供应液体燃料即可。所述液体燃料供应单元7可以向所述缸筒4供应比在以使用气体燃料作为主要燃料来进行推进的气体模式运转中供应的柴油燃料量更多的液体燃料量。所述液体燃料供应单元7可以通过增加由柴油喷射器或单独的引燃喷射器7a向所述缸筒4喷射液体燃料的喷射期间或增加喷射压力，来向缸筒4供应比在以气体模式运转中供应的柴油燃料量更多的液体燃料量。液体燃料供应单元7还可以通过开闭与所述柴油喷射器或单独的引燃喷射器7a连接的液体燃料供应配管的开度，来向所述缸筒4供应液体燃料或切断供应。所述液体燃料供应单元7可以调节所述液体燃料供应配管的开度被开放的大小或开度被开放的时间，从而调节供应到所述缸筒4的液体燃料的量。例如，所述液体燃料供应单元7可以通过较大地开放所述液体燃料供应配管的开度或增加开度被开放的开放时间，来增加供应到所述缸筒4的液体燃料的量。所述液体燃料供应单元7可以通过较小地开放所述液体燃料供应配管的开度或减少开放时间，来减少供应到所述缸筒4的液体燃料的量。所述液体燃料供应单元7也可以通过增减用于向所述缸筒4供应液体燃料的液体燃料输送装置的输送力，来调节供应到所述缸筒4的液体燃料的量。所述液体燃料输送装置可以是叶轮、泵中的至少一种。当由所述气体燃料供应单元6从缸筒4的侧壁侧供应的气体燃料和由所述扫气接收器供应的扫气空气随着活塞5向上死点P2侧移动而被压缩时，所述液体燃料供应单元7可以向所述缸筒4供应液体燃料并点燃。
在发动机3中燃烧的废气可以通过设置在缸筒4的上侧的排气阀9经由排气管线L1，流入到与排气管线L1连接的涡轮机12a而流出到外部，或者可以与在压缩机11中被压缩的扫气气体汇合，并再次被供应到发动机3。
涡轮增压器(Turbo Charger)可以利用从发动机3排出的废气的高压和高温的能量来压缩空气并将其注入到发动机3，从而提高在发动机3中使用的燃料的效率。这种涡轮增压器包括压缩机11和涡轮机12a。
压缩机11与进气管线L2连接并压缩空气，以将被压缩的空气供应到发动机3。空气从外部流入到压缩机11，并且流入的空气可以通过内置于压缩机11的轮(未图示)的旋转来被压缩，从而变为扫气气体。
涡轮机12a可以与排气管线L1连接并从发动机3接收废气而被驱动，并且可以通过轴与压缩机11连接，以将旋转力传递到压缩机11。涡轮机12a的驱动可以通过在发动机3中燃烧的废气流入而在废气所具有的能量的作用下使自由地支撑在涡轮机12a内的涡轮机12a的轮(未图示)旋转来实现。此时，内置于涡轮机12a的轮的旋转扭矩可以通过轴传递到压缩机11的轮，并且随着压缩机11的轮旋转，流入的空气可以被压缩而成为扫气气体。
从这种涡轮增压器排出的扫气气体可以经由进气管线L2而流入到发动机3，并且在进气管线(未图示)上可以设置有降低扫气气体的温度的冷却器(未图示)和从扫气气体中去除湿气的湿气去除装置(未图示)，由此从涡轮增压器排出的扫气气体的温度可以被降低为在发动机3中所要求的温度，并且可以去除其中不必要的湿气。在此，冷却器可以使用水作为制冷剂与废气进行热交换，从而使废气冷却，并且湿气去除装置替换为公知的湿气去除装置，从而将省略具体说明。
EGR管线L3可以通过将排气管线L1与进气管线L2连通来使废气循环。EGR管线L3的一端部可以与排气管线L1中的涡轮机12a的前端部连接，EGR管线L3的另一端部可以与进气管线L2中的压缩机11的前端部连接。在此，以废气的流动方向为基准，涡轮机12a的前端部是排气管线L1的上游部分，并且，以扫气气体的流动方向为基准，压缩机11的前端部是进气管线L2的上游部分。由于这种EGR管线L3的连通结构，经由涡轮机12a的废气和循环到压缩机11的废气可以彼此独立地流动。即，废气中的一部分经由EGR管线L3循环到压缩机11，而其余废气经由涡轮机12a排出到外部。从发动机3排出的废气以高压状态通过EGR管线L3流入到压缩机12a。因此，在EGR管线L3中可以省略用于对废气加压的构成，例如，EGR风机(未图示)。EGR风机是强制地使废气流入到进气管线L2的构成，在EGR风机驱动期间，可能会持续地消耗最少100kw至最多500kw的功率，因此在省略了EGR风机时，能够减少系统的耗电。
另外，对于压缩机11而言，当通过EGR管线L3流入高压的废气时，与对从外部流入的空气加压相比，具有能够减少其负荷的有点。即，还能够减少由压缩机11产生的耗电。
另一方面，废气通过EGR管线L3与扫气气体汇合，由此在最小化输出减少的同时降低了燃烧最高温度，从而能够减少氮氧化物的排出量。这是因为，如果在流入到缸筒的扫气气体中混入废气，则会降低燃烧温度和氧气浓度，从而能够抑制氮氧化物的产生。
此外，在EGR管线L3上可以设置有EGR阀10。EGR阀10是调节废气的流量以使废气通过EGR管线L3再循环的构成，EGR阀10可以在废气通过EGR管线L3再循环时开放。
另外，在EGR管线L3上可以设置有EGR冷却器(未图示)，从而可以降低废气的温度，并且可以通过湿气去除装置(未图示)去除湿气。在此，EGR冷却器可以通过水来降低废气的温度。
图2是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统2并在气体模式下运转废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的(EGR off)，分别以相对比率示出a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)的图。
图2a是示出EGR与否的图，以下，将对运转废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的情况(EGR off)的所述系统环境等进行比较说明。
图2b是相对地示出流经涡轮机12a前端的排气管线L1的废气中的甲烷(CH4)的比率的图。在X-DF等低压发动机中，由于燃料的部分不燃烧，可能会发生甲烷与废气混合而从缸筒4排出的甲烷逃逸(methane slip)，并且在运转废气再循环系统2的情况下，废气和从外部流入的扫气气体被混合而供应到缸筒4，从而降低了发动机3的效率，因此与不运转废气再循环系统2的情况相比，不燃烧的燃料的量可能增加。
图2c是相对地示出再循环为扫气气体的甲烷的比率的图。在不运转废气再循环系统2的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此不会检测到甲烷。在运转废气再循环系统2的情况下，废气中的甲烷可以在通过EGR管线L3流入到压缩机11之后流入到进气管线L2。
图2d是相对地示出缸筒4内有效过量空气系数(实际空燃比/理论空燃比)的图。为了稳定地运转发动机3，尤其是双燃料发动机，重要的是控制空燃比，当空气量相对于气体量减少而降低了空燃比时，可能会发生爆震(knocking)，当空气量相对于气体量增加而增高空燃比时，可能会发生点火失败(Misfiring)。不仅如此，发动机3的最高燃烧温度可以根据空燃比而变化，这也影响发动机3的废气中的氮氧化物的产生量。在不运转废气再循环系统2的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此在通过进气管线L2供应到缸筒4的扫气气体中的空气(氧气)量相对较多，从而空燃比相对较高。相反，在运转废气再循环系统2的情况下，由于废气和扫气气体通过EGR管线L3混合，而减少了缸筒4的燃烧室内的空气量，从而空燃比也相对较低。
图3是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统2并在气体模式下运转废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的情况(EGR off)，分别以相对比率示出a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度的图。以下，将接着关于上述图2的说明对运转现有的废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图3a是相对地示出缸筒4的最大压缩压力的图。与不运转所述系统2的情况相比，在运转废气再循环系统2的情况下，缸筒4的最大压缩压力可以相对减小。随着运转废气再循环系统2，流经排气管线L1的废气中的一部分通过EGR管线L3经由压缩机11和进气管线L2而流动到缸筒4，因此沿着排气管线L1流入到涡轮机12a的废气的量会减少。涡轮机12a通过接收废气来驱动，因此由废气量减少而导致的废气能量的减少会导致涡轮机12a轮的转数减少。随着涡轮机12a轮的转数减少，通过轴与其连接的压缩机11的转数也减少，由此减少了由通过EGR管线L3流入的废气和从外部流入的空气混合的混合空气的流入量。随着通过进气管线L2供应到缸筒4的混合空气的量减少，缸筒4内的燃烧室的初始压力降低，因此缸筒4的最大压缩压力也降低。
图3b是相对地示出缸筒4的最高压缩温度的图。与不运转所述系统2的情况相比，在运转废气再循环系统2的情况下，缸筒4的最高压缩温度表现为略低。随着由于废气再循环系统2的运转而使流入到缸筒4内的燃烧室的扫气气体的温度升高，燃烧室内的气体的比热比降低，从而降低了缸筒4的最高压缩温度。
图3c是相对地示出缸筒4内的最大燃烧压力的图。缸筒4内的最大燃烧压力在运转废气再循环系统2的情况和不运转所述系统2的情况下表现为相似，这是因为，为了比较后述的气体燃料供应量而将运转废气再循环系统2的情况的最大燃烧压力调节到了与不运转所述系统2的情况的最大燃烧压力相似的水平。在运转废气再循环系统2的情况下，流入到燃烧室内的扫气气体的压力低，因此缸筒4的内部的压缩压力也降低，这将导致发动机3的效率降低。即使在运转废气再循环系统2时，也为了在确保了预定以上的发动机效率的状态下与不运转所述系统2的情况比较基于运转废气再循环系统2的效果，将最大燃烧压力调节到了相似的水平。在运转废气再循环系统2的情况下，为了将在缸筒4产生的输出调节到不运转所述系统2的情况的水平，所需的气体燃料的量会增加。
图3d是相对地示出缸筒4内的最高燃烧温度的图。在运转废气再循环系统2的情况下，与不运转所述系统2的情况相比，缸筒4内的最高燃烧温度表现为更高。如在图2d中所述，随着运转废气再循环系统2，通过进气管线L2流入到缸筒4的空气量减少，从而降低了空燃比。此时，在发动机3以柴油模式运转的情况下，最高燃烧温度随着空燃比降低而降低，从而可以减少废气中的氮氧化物的产生量。然而，在发动机3以气体模式运转的情况下，与柴油不同，在缸筒4的燃烧室内部气体燃料和空气以混合的状态存在，因此，空燃比越低，燃烧越快，从而缸筒4内的最高燃烧温度可能会更高。
图4是根据在双燃料发动机中应用现有的废气再循环系统2且在气体模式下运转废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的情况(EGR off)，分别以相对比率示出a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量的图，并且示出了c.缸筒的P-V曲线图以及d.基于活塞曲柄角度的温度的曲线图。以下，将接着关于上述图2和图3的说明对运转现有的废气再循环系统2的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统2的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图4a是相对地示出在运转废气再循环系统2的情况和不运转废气再循环系统2的情况下以具有相同的发动机输出为基准时所需的气体燃料的供应量的图。如在图3c中所述，在运转废气再循环系统2的情况下，流入到燃烧室内的扫气气体的压力降低，因此需要增加能量供应量，即，向缸筒4内供应的气体燃料的供应量，以确保并维持与不运转废气再循环系统2的情况相同的水平的输出。
图4b是相对地示出废气中的氮氧化物的量的图。如在图3d中所述，在以气体模式运转废气再循环系统2的情况下，当空燃比降低时，气体燃料的燃烧被进一步促进，从而进一步升高了最高燃烧温度。由于该高燃烧温度，废气中的氮的氧化反应被促进，从而增加了氮氧化物的产生量。
图4c示出了缸筒4的P-V曲线图，图4d示出了基于活塞5曲柄角度的温度的曲线图，其是指在运转废气再循环系统2的情况下，为了确保与不运转废气再循环系统2的情况相同的发动机输出(曲线图中的相同面积)，需要增加压缩压力与最大压缩压力之间的差。这种结果表示，在双燃料发动机以不是柴油模式的气体模式运转时，需要追加供应气体燃料，以获得基于应用废气再循环系统2的有效的效果。
以下，对本发明的实施例进行说明，在本发明的实施例中，相对于现有的废气再循环系统2，即使在双燃料发动机以气体模式运转时，也能够确保基于应用废气再循环系统的有效的效果。
以下，将参照图5至图8对本发明的实施例1的废气再循环系统1进行详细说明。
参照图5，相对于上述现有的废气再循环系统2，本发明的实施例1的废气再循环系统1提供一种还包括用于控制排气阀9的开闭的第一控制部8a的系统。以下，将主要说明本实施例与上述现有的废气再循环系统2不同的点，并且省略说明的部分将用上述的内容代替。
当双燃料发动机以气体模式运转时，随着废气再循环系统1的运转使废气通过EGR管线L3再循环时，第一控制部8a可以调节所述排气阀9的关闭正时。优选地，所述第一控制部8a可以提前所述排气阀9的关闭正时。当双燃料发动机以气体模式运转时，可以在向缸筒4内的燃烧室的扫气气体的供应和由气体燃料供应单元6进行的气体燃料的供应完成之后，关闭排气阀9。向缸筒4内的燃烧室的扫气气体的供应可以在活塞5从上死点P2向下死点P1移动期间开始，并且在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间完成。由气体燃料供应单元6进行的气体燃料的供应可以在活塞5从下死点P1向上死点P2移动期间完成，并且可以在扫气气体的供应完成之后完成。排气阀9可以在从气体燃料的供应完成的时间点经过预定时间之后关闭，并且第一控制部8a可以提前排气阀9的关闭正时，优选地，可以在气体燃料的供应完成后立即关闭排气阀9。通过第一控制部8a提前排气阀9的关闭正时，使基于活塞5从下死点P1移动至上死点P2的缸筒4内的压缩时间增加。
当双燃料发动机以气体模式运转时，随着废气再循环系统1的运转使废气通过EGR管线L3再循环时，第一控制部8a可以调节所述缸筒4的有效压缩比。优选地，所述第一控制部8a可以维持或增加所述缸筒4的有效压缩比。通过第一控制部8a提前排气阀9的关闭正时，降低了缸筒4的内部的气体燃料和扫气气体的混合物的外部流出率，并且增加了缸筒4的内部的压缩时间，从而与现有废气再循环系统2的运转相比，可以维持或增加缸筒4内的有效压缩比。通过维持或增加缸筒4内的有效压缩比，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平。即，当发动机3以气体模式运转时，在运转本实施例1的废气再循环系统1的情况下，能够确保与不运转所述系统1的情况相同的水平的缸筒4的最大压缩压力，因此，当以运转废气再循环系统1的情况和不运转的情况具有相同的发动机输出为基准时，可以减少所需的气体燃料的量。
另外，当双燃料发动机以气体模式运转时，随着废气再循环系统1的运转使废气通过EGR管线L3再循环时，第一控制部8a可以调节向所述缸筒4的内部喷射液体燃料的正时。在所述缸筒4内的燃烧压力高的情况下，可以延迟液体燃料的喷射正时，在燃烧压力低的情况下，可以提前喷射正时。
当双燃料发动机以气体模式运转时，随着废气再循环系统1的运转使废气通过EGR管线L3再循环时，第一控制部8a可以调节所述缸筒4内的压缩温度。优选地，所述第一控制部8a可以使所述缸筒4内的温度升高。如上所述，随着废气再循环系统1的运转，与现有废气再循环系统2的运转相比，缸筒4内的压缩时间增加，从而可以维持或增加缸筒4内的有效压缩比，由于有效压缩比的增加和扫气气体温度的升高，可以升高缸筒4内的压缩温度。由缸筒4内的压缩温度升高和废气再循环系统1的运转引起的空燃比的降低可以使缸筒4内的燃烧温度升高，但是与由现有废气再循环系统2的运转引起的燃烧温度的升高幅度相比可能相对较低。即，当发动机3以气体模式运转时，在运转本实施例1的废气再循环系统1的情况下，与不运转系统的情况相比，虽然燃烧温度升高，但是与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，其升高幅度较小，因此，与现有的废气再循环系统2相比，可以减少氮氧化物的产生量。
图6相对于运转现有的废气再循环系统2的情况以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例1的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)，并且一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGRoff)。
图6a是示出EGR与否的图，以下将对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)与不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的所述系统环境等进行比较说明。与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，在运转本实施例1的废气再循环系统1的情况下，表现为再循环率增加，这种废气再循环率可以通过调节EGR阀10的开度来改变。
图6b是相对地示出流经涡轮机12a前端的排气管线L1的废气中的甲烷的比率的图。在运转废气再循环系统1的情况下，与不运转所述系统1的情况相比，废气中的甲烷的比率降低，并且与图2b中运转现有的废气再循环系统2时产生的废气中的甲烷的比率相比，甲烷的比率也明显降低。这是因为，在本实施例1的废气再循环系统1中，通过第一控制部8a提前排气阀9的关闭正时，缩短了缸筒4的内部的气体燃料和扫气气体的混合物可以流出到外部的时间，从而减少了甲烷的流出量。由于这种甲烷逃逸量的直接减少，与运转现有废气再循环系统2时相比，在废气再循环系统1中的涡轮机12a前端的配管检测到的甲烷的比率可能更低。
图6c是相对地示出再循环为扫气气体的甲烷的比率的图。如上所述，在不运转废气再循环系统1的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此不会检测到甲烷。在运转废气再循环系统1的情况下，废气中的甲烷可以通过EGR管线L3流入到压缩机11之后流入进气管线L2，但是如图6b中所示，废气中的甲烷的流量减少，因此，与运转现有废气再循环系统2的情况相比，再循环为扫气气体的甲烷的比率也降低。
图6d是相对地示出缸筒4内有效过量空气系数(空燃比)的图。在不运转废气再循环系统1的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此，通过进气管线L2供应到缸筒4的扫气气体中的空气(氧气)量相对较多，从而空燃比相对较高。相反，在运转废气再循环系统1的情况下，由于废气和扫气气体通过EGR管线L3混合，减少了缸筒4的燃烧室内的空气量，从而空燃比也相对较低。
图7相对于运转现有废气再循环系统2的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例1的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGRoff)的图。以下，将接着关于上述图6的说明对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图7a是相对地示出缸筒4的最大压缩压力的图。在运转废气再循环系统1的情况下，缸筒4的最大压缩压力被维持在与不运转所述系统1的情况相同。当随着废气再循环系统1的运转而使废气通过EGR管线L3再循环时，第一控制部8a提前排气阀9的关闭正时，由此降低了缸筒4的内部的气体燃料和扫气气体的混合物的外部流出率，并且增加了缸筒4的内部的压缩时间，从而与运转现有废气再循环系统2相比，可以维持或增加缸筒4内的有效压缩比。通过维持或增加缸筒4内的有效压缩比，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平，并且与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，可以维持较高的压缩压力。
图7b是相对地示出缸筒4的最高压缩温度的图。与不运转所述系统1的情况相比，在运转废气再循环系统1的情况下，缸筒4的最高压缩温度升高。由于废气再循环系统1的运转，流入到缸筒4内的燃烧室的扫气气体的温度升高，并且，如上所述，随着缸筒4内的有效压缩比增加，缸筒4的最高压缩温度升高。
图7c是相对地示出缸筒4内的最大燃烧压力的图。在运转废气再循环系统1的情况和不运转废气再循环系统1的情况下的缸筒4内的最大燃烧压力表现为相似，这是因为，为了比较后述的气体燃料供应量而将运转废气再循环系统1的情况的最大燃烧压力调节到了与不运转所述系统1的情况的最大燃烧压力相似的水平。
图7d是相对地示出缸筒4内的最高燃烧温度的图。在运转废气再循环系统1的情况下，与不运转所述系统1的情况相比，缸筒4内的最高燃烧温度表现为更高。随着运转废气再循环系统1，通过进气管线L2流入到缸筒4的空气量减少，从而降低了空燃比。在发动机3以气体模式运转的情况下，与柴油不同，在缸筒4的燃烧室内气体燃料和空气以混合的状态存在，因此，空燃比越低，燃烧越快，从而缸筒4内的最高燃烧温度可能会更高。与运转现有的废气再循环系统2相比，当运转废气再循环系统1时，再循环率表现为略高，因此最高燃烧温度可能会降低。
图8相对于运转现有废气再循环系统2的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例1的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。以下，将接着关于上述图6和图7的说明对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图8a是相对地示出在运转废气再循环系统1的情况和不运转废气再循环系统1的情况下以相同的发动机输出为基准所需的气体燃料的供应量的图。如在图7a中所述，在运转废气再循环系统1的情况下，可以维持与不运转所述系统1的情况相同水平的缸筒4内的压缩压力，因此，与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，可以减少确保发动机输出所需的气体燃料量。
图8b是相对地示出废气中的氮氧化物的量的图。如在图7d中所述，在以气体模式运转废气再循环系统1的情况下，由于空燃比的降低而进一步促进了气体燃料的燃烧，从而进一步升高了最高燃烧温度。由于该高燃烧温度，废气中的氮的氧化反应被促进，从而增加了氮氧化物的产生量。然而，与运转现有的废气再循环系统2相比，当运转废气再循环系统1时，最高燃烧温度可能会降低，因此与现有系统2相比，氮氧化物产生量可能会更少。
如上所述，在本实施例中，为了在以气体模式运转双燃料发动机时有效地获得废气再循环系统的效果，在废气再循环系统1中设置用于控制排气阀9的开闭的第一控制部8a，当通过EGR管线L3进行废气再循环时，通过提前所述排气阀9的关闭正时来维持或增加缸筒4的有效压缩比，可以以相同水平的发动机输出为基准，与现有系统2条件相比，减少气体燃料的消耗量，并且可以减少废气中的氮氧化物产生量。
以下，将参照图9至图15对本发明的实施例2的废气再循环系统1进行详细说明。
图9至图12分别示出了本发明的实施例2-1至2-4的废气再循环系统1。相对于上述现有的废气再循环系统2，实施例2的废气再循环系统1提供一种还包括用于调节供应到涡轮机12a、12b的废气的流量的第二控制部8b的系统。所述第二控制部8b可以增加供应到所述涡轮机12a、12b的废气的流量。以下，将主要说明本实施例与上述现有的废气再循环系统2不同的点，并且省略说明的部分将用上述的内容代替。
参照关于本发明的实施例2-1的图9，废气再循环系统1还可以包括旁路管线L4a，连接涡轮机12a的前端和后端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线L3进行废气再循环时，所述第二控制部8b可以调节所述旁路管线L4a。优选地，所述第二控制部8b可以封闭所述旁路管线L4a的一部分，或者可以将其完全封闭。在废气再循环系统1不运转的情况，即，没有通过EGR管线L3发生废气流动的情况下，所述旁路管线L4a可以保持被开放的状态，使得通过排气管线L1流动的废气在经过涡轮机12a之后直接被排放到外部。在运转废气再循环系统1的情况下，可以通过封闭所述旁路管线L4a的一部分或将其完全封闭，来增加供应到所述涡轮机12a的废气的量。通过将供应到涡轮机12a的废气能量的量维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转所述系统1的情况相同的水平。
参照关于本发明的实施例2-2的图10，废气再循环系统1还可以包括旁路管线L4b，连接压缩机11的后端和涡轮机12a的前端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线L3进行废气再循环时，所述第二控制部8b可以调节所述旁路管线L4b。优选地，所述第二控制部8b可以使所述旁路管线L4b开放，以将从所述压缩机11排出的扫气气体的一部分供应到所述涡轮机12a。在不运转废气再循环系统1的情况，即，没有通过EGR管线L3发生废气流动的情况下，所述旁路管线L4b可以保持被封闭的状态，使得通过进气管线L2流动的扫气气体流入到缸筒4的内部。在运转废气再循环系统1的情况下，可以通过使所述旁路管线L4b开放来增加供应到所述涡轮机12a的废气的量。通过将供应到涡轮机12a的废气能量的量维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转所述系统1的情况相同的水平。
参照关于本发明的实施例2-3的图11，废气再循环系统1的进气管线L2还具有冷却器13，并且还可以包括旁路管线L4c，连接所述冷却器13的后端和涡轮机12a的前端，并且能够开放/封闭，当通过所述EGR管线L3进行废气再循环时，所述第二控制部8b可以调节所述旁路管线L4c。优选地，所述第二控制部8b可以使所述旁路管线L4c开放，以将从所述冷却器13排出的扫气气体的一部分供应到所述涡轮机12a。在不运转废气再循环系统1的情况，即，没有通过EGR管线L3发生废气流动的情况下，所述旁路管线L4c可以保持被封闭的状态，使得通过进气管线L2流动的扫气气体流入到缸筒4的内部。在运转废气再循环系统1的情况下，可以通过使所述旁路管线L4c开放来增加供应到所述涡轮机12a的废气的量。通过将供应到涡轮机12a的废气能量的量维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转所述系统1的情况相同的水平。
参照关于本发明的实施例2-4的图12，废气再循环系统1的涡轮机具有喷嘴叶片(未图示)，并且其是能够调节所述喷嘴叶片的可变型涡轮机12b，当通过所述EGR管线L3进行废气再循环时，所述第二控制部8b可以通过调节所述喷嘴叶片来增加供应到涡轮机12b的废气的流速。在用于向可变型涡轮机12b的涡轮机轮(未图示)供应废气的废气路线上可以设置有可变喷嘴机构(未图示)，在所述可变喷嘴机构上可以设置有喷嘴叶片。可变喷嘴机构可以通过调节所述喷嘴叶片来改变废气路线的废气流动面积(节气门面积)。第二控制部8b可以控制所述可变喷嘴机构，以调节喷嘴叶片的开闭。当喷嘴叶片被部分关闭或完全封闭时，流入到涡轮机轮的废气的流速增加，从而增加了涡轮增压器的旋转速度。由于涡轮增压器的旋转速度增加，增加了压缩机11中的废气和从外部流入的空气的混合量，并且增加了通过进气管线L2的扫气气体的供应量。因此，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平。
综合而言，当发动机3以气体模式运转时，在应用并运转本实施例2的废气再循环系统1的情况下，可以确保与不运转所述系统1的情况相同的水平的缸筒4的最大压缩压力，因此，与现有的废气再循环系统2相比，可以减少确保发动机输出所需的气体燃料的量。
图13相对于运转现有的废气再循环系统2的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例2的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.EGR与否、b.废气中的甲烷比率、c.再循环为扫气气体的甲烷比率、d.缸筒内有效过量空气系数(空燃比)，并且一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGRoff)。
图13a是示出EGR与否的图，以下，将对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的所述系统环境等进行比较说明。在运转本实施例2的废气再循环系统1的情况下，与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，再循环率表现为增加，并且该废气再循环率可以通过调节EGR阀10的开度来改变。
图13b是相对地示出流经涡轮机12a、12b前端的排气管线L1的废气中的甲烷的比率的图。在运转废气再循环系统1的情况下，甲烷比率与不运转废气再循环系统1的情况处于相同水平，并且与图2b中运转现有的废气再循环系统2时产生的废气中的甲烷的比率相比明显减少。这是因为，在本实施例2的废气再循环系统1中，由第二控制部8b增加了供应到涡轮机12a、12b的废气的流量，从而减少了所供应的气体燃料的量，由此减少了从缸筒4流出的甲烷的量。由于这种甲烷逃逸量的减少，与运转现有废气再循环系统2时相比，在废气再循环系统1中的涡轮机12a、12b前端的配管检测到的甲烷的比率可能更低。
图13c是相对地示出再循环到扫气气体的甲烷的比率的图。如上所述，在不运转废气再循环系统1的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此不会检测到甲烷。在运转废气再循环系统1的情况下，废气中的甲烷可以在通过EGR管线L3流入到压缩机11之后流入进气管线L2，但是如图13b中所示，废气中的甲烷的流量减少，因此再循环为扫气气体的甲烷的比率也降低。
图13d是相对地示出缸筒4内有效过量空气系数(空燃比)的图。在不运转废气再循环系统1的情况下，由于废气和扫气气体不会通过EGR管线L3混合，因此，通过进气管线L2供应到缸筒4的扫气气体中的空气(氧气)量相对较多，从而空燃比相对较高。相反，在运转废气再循环系统1的情况下，废气通过EGR管线L3流入，因此与不运转所述系统1的情况相比，空燃比降低，但是增加了来自外部的空气流入量，因此与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，空燃比较高。
图14相对于运转现有废气再循环系统2的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例2的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.缸筒的最大压缩压力、b.缸筒的最高压缩温度、c.缸筒内的最大燃烧压力、d.缸筒内的最高燃烧温度，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGRoff)的图。以下，将接着关于上述图13的说明对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图14a是相对地示出缸筒4的最大压缩压力的图。在运转废气再循环系统1的情况下，缸筒4的最大压缩压力被维持在与不运转所述系统1的情况相同。当随着废气再循环系统1的运转而使废气通过EGR管线L3再循环时，第二控制部8b可以增加供应到涡轮机12a、12b的废气的流量，从而与运转现有废气再循环系统2相比，可以将供应到涡轮机12a、12b的废气能量维持得更高。由此，可以将缸筒4的压缩压力维持在与不运转废气再循环系统1的情况相同的水平，并且可以维持比运转现有的废气再循环系统2的情况更高的压缩压力。
图14b是相对地示出缸筒4的最高压缩温度的图。与不运转所述系统1的情况相比，在运转废气再循环系统1的情况下，最高压缩温度表现为略低。随着由于废气再循环系统1的运转而使流入到缸筒4内的燃烧室的扫气气体的温度升高，燃烧室内的气体的比热比降低，从而降低了缸筒4的最高压缩温度。
图14c是相对地示出缸筒4内的最大燃烧压力的图。缸筒4内的最大燃烧压力在运转废气再循环系统1的情况和不运转废气再循环系统1的情况下表现为相似，这是因为，为了比较后述的气体燃料供应量而将运转废气再循环系统1的情况的最大燃烧压力调节到了与不运转所述系统1的情况的最大燃烧压力相似的水平。
图14d是相对地示出缸筒4内的最高燃烧温度的图。与不运转所述系统1的情况相比，在运转废气再循环系统1的情况下，缸筒4内的最高燃烧温度表现为略低。随着运转废气再循环系统1，通过进气管线L2流入到缸筒4的空气量减少，从而稍微降低了空燃比，然而，随着包含被再循环供应到缸筒4内的废气的扫气气体中的二氧化碳含量增加，增加了热容量(比热)，并且随着热容量的增加，与不运转系统的情况相比，最高燃烧温度可能会降低。与运转现有的废气再循环系统2相比，当运转废气再循环系统1时，空燃比增加，因此最高燃烧温度可能会降低。
图15相对于运转现有废气再循环系统2的情况分别以相对比率(EGR on)示出了在双燃料发动机中应用本发明的实施例2的废气再循环系统1且在气体模式下运转废气再循环系统1的情况下的a.气体燃料供应量、b.氮氧化物(NOx)产生量，并且是一起示出了不运转废气再循环系统的情况(EGR off)的图。以下，将接着关于上述图13和图14的说明对运转废气再循环系统1的情况(EGR on)和不运转废气再循环系统1的情况(EGR off)的系统环境等进行比较说明。
图15a是相对地示出在运转废气再循环系统1的情况和不运转废气再循环系统1的情况下以具有相同的发动机输出为基准时所需的气体燃料的供应量的图。如在图14a中所述，在运转本发明的实施例2的废气再循环系统1的情况下，可以维持与不运转所述系统1的情况相同水平的缸筒4内的最大压缩压力，因此，与现有的废气再循环系统2相比，可以减少确保发动机输出所需的气体燃料供应量。
图15b是相对地示出废气中的氮氧化物的量的图。如在图14d中所述，在以气体模式运转废气再循环系统1的情况下，随着缸筒4内的扫气气体的比热增加，最高燃烧温度可能会比不运转所述系统1的情况更低，由于与运转现有的废气再循环系统2相比在运转废气再循环系统1时的空燃比增加，因此最高燃烧温度可以低于现有系统2，从而氮氧化物产生量可能会更少。
如上所述，在本实施例中，为了在以气体模式运转双燃料发动机时有效地获得废气再循环系统的效果，在废气再循环系统1中设置用于控制供应到涡轮机12a、12b的废气的流量的第二控制部8b，当通过EGR管线L3进行废气再循环时，通过增加供应到所述涡轮机12a、12b的废气的流量，可以以相同水平的发动机输出为基准，在不改变有效压缩比的情况下，与现有系统2的条件相比，减少气体燃料的消耗量，并且可以减少氮氧化物产生量。
图16是分别以相对比率示出在双燃料发动机以气体模式运转时的未应用废气再循环系统的情况(未应用EGR)、应用并运转现有的废气再循环系统2的情况(应用EGR)、应用并运转本发明的实施例1的废气再循环系统1的情况(EGR+发动机调整)以及应用并运转本发明的实施例2的废气再循环系统1的情况(EGR+附加装置)下的a.EGR率、b.甲烷逃逸比率、c.气体燃料消耗率、d.氮氧化物(NOx)产生率的图。
图16a是示出EGR与否的图，在应用并运转本发明的实施例1和2的废气再循环系统1的情况下，与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，表现出更高的再循环率，该废气再循环率可以通过调节EGR阀10的开度来改变。
图16b是相对地示出流经涡轮机12a、12b前端的排气管线L1的废气中的甲烷的比率的图。如上所述，在应用并运转本发明的实施例1的废气再循环系统1的情况下，可以通过提前排气阀的关闭正时，来大幅减少直接从缸筒4产生的甲烷逃逸量。在应用并运转本发明的实施例2的废气再循环系统1的情况下，与不运转所述系统1的情况表现出相同水平的甲烷比率。
图16c是相对地示出在运转废气再循环系统1、2的情况和不运转废气再循环系统1、2的情况下以相同的发动机输出为基准所需的气体燃料的供应量的图。如上所述，在运转本发明的实施例1和2的废气再循环系统1的情况下，可以维持与不运转所述系统1的情况相同水平的缸筒4内的最大压缩压力，因此，与现有的废气再循环系统2相比，可以减少确保发动机输出所需的气体燃料供应量。
图16d是相对地示出废气中的氮氧化物的量的图。如上所述，在运转本发明的实施例1的废气再循环系统1的情况下，由于最高燃烧温度的升高，与不运转所述系统1相比，氮氧化物产生量可能会更多，然而，在实施例1和2的情况下，其最高燃烧温度可能均低于根据现有的废气再循环系统2的运转的最高燃烧温度，因此氮氧化物产生量可能会更少。
综合而言，当以气体模式运转双燃料发动机时，在应用并运转本发明的实施例1和2的废气再循环系统1的情况下，与不运转所述系统1的情况或运转现有的废气再循环系统2的情况相比，以相同的发动机输出为基准，可以减少所需的气体燃料的供应量。
另外，当以气体模式运转双燃料发动机时，在应用并运转本发明的实施例1和2的废气再循环系统1的情况下，与运转现有的废气再循环系统2的情况相比，可以减少氮氧化物产生量，这表明，如果在废气再循环系统1中通过升高燃烧温度来减少氮氧化物产生量的减少量，则能够进一步减少气体燃料消耗量和甲烷逃逸量。
因此，本发明的实施例的废气再循环系统1能够最小化在以气体模式运转双燃料发动机时对发动机输出的限制，并且能够有效地确保基于应用废气再循环系统的效果。
另一方面，虽然未图示，但是本发明的实施例的废气再循环系统1可以同时包括图5中示出的第一控制部8a和图9至图13中示出的第二控制部8b。另外，在本发明的实施例的废气再循环系统1中，图13中示出的可变型涡轮机12b也可以包括在图5、图9至图12的实施例中。另外，在本发明的实施例的废气再循环系统1中，图11的冷却器13也可以包括在图5、图9、图10以及图12的实施例中。
当然，本发明不限于上述说明的实施例，并且可以包括上述实施例的组合或上述实施例中的至少任意一个和公知技术的组合作为又一实施例。
以上，以本发明的实施例为中心对本发明进行了说明，但是，这仅仅是示例，本发明并不限于此，本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，在不超出本实施例的基本技术内容的范围内，可以进行实施例中未示出的各种组合、变形或应用。因此，与可以容易地从本发明的实施例导出的变形和应用相关的技术内容应当被解释为包括在本发明中。
附图标记的说明
1：废气再循环系统 2：现有的废气再循环系统
3：发动机 4：缸筒
4a：缸筒盖 5：活塞
6：气体燃料供应单元 6a：气体喷射器
7：液体燃料供应单元 7a：柴油喷射器或引燃喷射器
8a：第一控制部 8b：第二控制部
9：排气阀 10：EGR阀
11：压缩机 12a：涡轮机
12b：可变型涡轮机 13：冷却器
L1：排气管线 L2：进气管线
L3：EGR管线 L4a,b,c：旁路管线

Claims (14)

1.一种废气再循环系统，其特征在于，包括：
缸筒，用于燃烧燃料；
排气阀，设置在所述缸筒的上侧；
活塞，在所述缸筒中的下死点和上死点之间往复移动；
气体燃料供应单元，用于在所述活塞从下死点向上死点移动的途中向所述缸筒供应气体燃料；
进气管线，使向所述缸筒流入的扫气气体经过；
排气管线，使从所述缸筒排出的废气经过；
涡轮增压器，包括压缩机和涡轮机，所述压缩机与所述进气管线连接，并且压缩所述扫气气体并将被压缩的所述扫气气体供应到所述缸筒，所述涡轮机与所述排气管线连接，通过接收来自所述缸筒的废气来驱动，并将旋转力传递到所述压缩机；
EGR管线，将所述排气管线中的所述涡轮机的前端部与所述进气管线中的所述压缩机的前端部连通；以及
第一控制部，用于控制所述排气阀的开闭，
所述缸筒以使用气体燃料作为主要燃料来产生驱动力的气体模式和使用柴油作为主要燃料来产生驱动力的柴油模式中的一种模式运转，
在所述缸筒以气体模式运转，通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部调节所述排气阀的关闭正时。
2.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部将所述排气阀的关闭正时提前。
3.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部调节所述缸筒的有效压缩比。
4.根据权利要求3所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部维持或增加所述缸筒的有效压缩比。
5.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部调节所述缸筒内的压缩温度。
6.根据权利要求5所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第一控制部使所述缸筒内的压缩温度升高。
7.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，
所述第一控制部控制液体燃料的喷射正时。
8.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，还包括：
第二控制部，用于控制向所述涡轮机供应的废气的流量，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节向所述涡轮机供应的废气的流量。
9.根据权利要求8所述的废气再循环系统，其特征在于，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部使向所述涡轮机供应的废气的流量增加。
10.根据权利要求8所述的废气再循环系统，其特征在于，
还包括旁路管线，连接所述涡轮机的前端和后端，并且能够进行开闭，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节所述旁路管线。
11.根据权利要求8所述的废气再循环系统，其特征在于，
还包括旁路管线，连接所述压缩机的后端和所述涡轮机的前端，并且能够进行开闭，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节所述旁路管线，以将从所述压缩机排出的扫气气体的一部分向所述涡轮机供应。
12.根据权利要求8所述的废气再循环系统，其特征在于，
所述进气管线还具有冷却器，
还包括旁路管线，连接所述冷却器的后端和所述涡轮机的前端，并且能够进行开闭，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节所述旁路管线，以将从所述冷却器排出的扫气气体的一部分向所述涡轮机供应。
13.根据权利要求8所述的废气再循环系统，其特征在于，
所述涡轮机是能够调节设置于其的喷嘴叶片的可变型涡轮机，
在通过所述EGR管线进行废气再循环时，所述第二控制部调节所述喷嘴叶片，以增加向涡轮机供应的废气的流速。
14.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，
从所述缸筒排出的废气在高压状态下通过所述EGR管线流入到所述压缩机，
在所述EGR管线中省略对废气加压的EGR风机。
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