CN115992784A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机。内燃机(20)，即大型船用发动机或固定发动机，包括至少一个内径(22)为至少200mm的气缸(21)。内燃机(20)包括排气再循环系统(1)，该排气再循环系统具有布置在排气出口(2)与空气入口(3)之间的EGR路径(13)，并且内燃机(20)包括涡轮增压器(5)。排气再循环系统(1)包括：至少一个第一传感器(12)，其提供表示离开气缸的排气的NOx含量的信号；以及控制单元(11)，其被构造成基于来自第一传感器(12)的信号来控制再循环到空气入口(3)的排气的量。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种包括排气再循环系统的内燃机以及一种用于运行内燃机的方法。
本发明优选地涉及一种内燃机，例如大型船用或船舶发动机或固定发动机，这些发动机的气缸具有至少200mm的内径。发动机优选为二冲程发动机或二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油机或气体燃料发动机、双燃料或多燃料发动机。液体和/或气体燃料在这种发动机中的燃烧以及自燃或强制点火是可能的。
该发动机具有至少一个气缸，在该气缸中具有活塞。活塞连接到曲轴。在发动机运行期间，活塞在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间往复运动。气缸通常具有至少一个用于进气的空气路径开口(特别是布置在气缸的衬套中的空气入口)以及至少一个用于排气的空气路径开口(特别是布置在气缸的盖中的排气出口)。
内燃机可以是纵向扫气的二冲程发动机。
术语“内燃机”还指不仅能够以柴油模式(其特征在于燃料的自燃)，而且可以以奥托模式(其特征在于燃料的强制点火)或以两者的混合运行的大型发动机。此外，术语“内燃机”尤其包括双燃料发动机和大型发动机，在所述大型发动机中，燃料的自燃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)，该速度表示低速发动机的标志。
燃料可以是柴油或船用柴油或重质燃料油或乳化液或浆液或甲醇或乙醇以及气体燃料，如液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等。
可能根据要求添加的其他可能燃料有：LBG(液化沼气)、生物燃料(例如藻类燃料或海藻油)、氢、来自CO2的合成燃料(例如，由电转气(Power-To-Gas)或电转液(Power-To-Liquid)制成)。
背景技术
大型船舶，特别是用于运输货物的船舶，通常由内燃机驱动，特别是柴油和/或气体燃料发动机，主要是二冲程十字头发动机。在液体燃料(如重质燃料油、船用柴油，柴油或其他液体燃料)的情况下以及在气体燃料(如LNG、LPG或其他)被发动机燃烧的情况下，来自该燃烧过程的排气需要被清洁以符合现有的污染物规定，如IMO Tier III规则。
通常称为Tier I至Tier III标准等的IMO排放标准尤其限定了现有的和新的船用发动机的NOx排放标准。
对于大型船舶，排放要求一直增加，特别是关于氮氧化物排放。因此，需要调节由这些船舶的内燃机排放的排气中的氮氧化物(NOx)的量。
选择性催化还原(SCR)和排气再循环(EGR)是柴油机减少NOx和实现Tier III限制的主要技术。EGR减少NOx的产生，而SCR在燃烧后减少NOx。
过低的EGR率导致过高的NOx排放，并且在过高的EGR率的情况下不能再发生燃烧。黑烟污染是结果并且是对发动机的危害。
US10508606B2示出了用于控制排放的系统。控制器可以被构造成通过以下手段来响应进气歧管空气温度、进气空气流速或感测的或估计的进气氧分数中的一个或多个：改变EGR量以将颗粒物质和NOx维持在一个范围内，然后基于NOx传感器反馈进一步调节EGR量。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术的缺点，特别是提供一种内燃机和一种操作内燃机的方法，该内燃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机和操作内燃机的方法来实现。
内燃机包括至少一个内径至少为200mm的气缸。内燃机可以是大型船舶发动机或固定发动机。
内燃机包括具有EGR路径的排气再循环系统。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。
内燃机进一步包括至少一个涡轮增压器，该涡轮增压器具有涡轮和压缩机。
排气再循环系统可以是低压系统，其中，排气能被引导通过涡轮增压器的涡轮并且排气的至少一部分随后能经由涡轮增压器的压缩机被引导到气缸的空气入口。
在低压EGR系统中，涡轮增压器布置在EGR路径中，使得再循环的排气有助于驱动涡轮增压器。
从气缸的排气出口通向气缸的空气入口的EGR路径包括涡轮增压器的涡轮和涡轮增压器的压缩机。
通常，排气能与新鲜空气混合地通过涡轮增压器被引导到气缸的空气入口。因此，涡轮增压器的压缩机吸入待再循环的排气和新鲜空气。
典型地，EGR路径包括接头，该接头优选地在涡轮增压器的涡轮下游，排气可以从该接头要么被引导朝向气缸的空气入口(优选地被引导至涡轮增压器的压缩机)，要么被引导朝向排气漏斗。
替代地，排气再循环系统可以是高压系统，其中，排气被引导到气缸的空气入口而不经过压缩机，并且优选地不经过涡轮增压器的涡轮。
排气再循环系统包括至少一个第一传感器，其提供表示离开气缸的排气的NOx含量的信号。术语“NOx含量”可以表示NOx的绝对量、NOx浓度(例如相对于排气量)或NOx速率(例如相对于发动机负荷)。
优选地，传感器被构造成提供与以ppm为单位的NOx的量相关的信号。
第一传感器可以布置在该EGR路径中，优选地在涡轮增压器的涡轮的下游并且与该涡轮相邻，因为在该点处排气仍然是热的。冷却的排气可能包含更多的湿度，这会导致传感器的损坏。
NOx含量可以使用UV光谱法(例如使用DANFOSS IXA MES 1001传感器)、电化学方法(例如使用TESTO 340或TESTO 350传感器)或NDIR(例如使用SICK MARSIC 300传感器)测定。替代地，可以使用λ测量、IR吸收或化学发光。
第一传感器可以被构造成提供定期测量和/或连续测量。
排气再循环系统进一步包括控制单元，该控制单元被构造成基于来自第一传感器的信号来控制再循环至空气入口的排气的量。第一传感器可以被构造为向控制单元传递信号。
控制单元特别地被构造成设定EGR路径中的排气压力和/或排气流速。
通过设定排气压力和/或排气流速，确定在排气出口处排出的排气中被分支以沿着EGR路径行进的部分以及因此再循环到气缸中的排气的量。
可以通过操作至少一个阀和/或鼓风机来设定再循环到空气入口的排气的量，特别是排气压力和/或排气流速。
对阀进行操作意味着增大或减小阀开口。对鼓风机进行操作意味着增加或减少鼓风机输出。
可以调节再循环到空气入口的排气的量，特别是排气压力和/或EGR流速，以便在排气中实现一定的NOx水平并且避免对系统造成损害。
控制单元可以被构造成：在测量的NOx被认为太低的情况下，减少再循环的排气的量；并且在测量的NOx被认为太高的情况下，增加再循环的排气的量。
NOx的直接反馈允许关于意外影响的最高精度和灵活性。
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，气体可以被引导通过扫气冷却器。
气缸的排气出口可通向排气接收器，在排气接收器中例如收集多于一个气缸的排气。
EGR路径可以包括排气冷却器和除雾器。
优选地，控制单元被构造成将NOx含量保持在预定范围内和/或低于预定值。控制单元可被构造成以闭环控制进行工作，其中，只要NOx含量不在预定范围内和/或不低于预定值，就调节再循环到空气入口的排气的量，例如排气压力和/或排气流速。
预定范围和/或预定值可以根据车间测试的经验来选择。
预定范围和/或低于预定值可以被设定为符合由污染物规定给出的限制。
根据污染物规定的限制可以被限定为NOx率，而由第一传感器提供的信号可以与绝对量相关。例如，可能要求保持NOx低于5.1g/kWh。
为了基于与第一传感器提供的信号进行比较的污染物规定来确定显著限制，可以考虑其他参数。
控制单元可以被构造成根据环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力和/或、涡轮增压器的工作参数来设定预定范围和/或预定值，优选地以符合污染物规定。
环境条件包括环境温度、环境压力和/或环境湿度。
涡轮增压器的工作参数包括涡轮上游的压力、涡轮下游的压力、涡轮上游的温度、涡轮下游的温度、压缩机上游的压力、压缩机下游的压力、压缩机上游的温度、压缩机下游的温度、涡轮喷嘴面积、涡轮速度、涡轮旁通率、附加鼓风机的状态、涡轮的流量特性。
另外，可以考虑排气冷却器下游的排气温度、沿排气冷却器的压降和/或阀的位置。
发动机可以包括至少一个第二传感器，该第二传感器提供表示环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力和/或涡轮增压器的工作参数的信号。
第二传感器还可以提供表示排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置的信号。
控制单元优选地被构造成接收由第二传感器提供的信号。
控制单元可被构造成使用第二传感器的信号来确定NOx含量的限制范围和/或限制值。
在内燃机的有利实施例中，控制单元还被构造成仅基于环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力和/或涡轮增压器的工作参数来控制再循环到空气入口的排气的量。另外，可以考虑排气冷却器下游的排气温度、沿排气冷却器的压降和/或阀的位置。
控制单元可被构造成仅基于上述参数以反馈控制和/或以预测控制的形式控制再循环到空气入口的排气的量。
在NOx测量不可用的情况下，控制单元可基于上述参数预测NOx含量，并基于预测的NOx含量设定排气压力和/或排气流量。控制单元可被构造成将预测的NOx含量保持在预定范围内和/或低于预定值。
该控制单元可以被构造成接收至少一个第二传感器的至少一个信号，该第二传感器提供表示环境条件、扫气压力、扫气温度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力和/或涡轮增压器的工作参数的信号。控制单元可以被构造成将信号或信号的组合保持在预定范围内和/或低于预定值。
控制单元可以被构造成使用在车间测试中开发的模型。控制单元可以包括存储装置，在该存储装置上保存有该模型并且在发动机的运行过程中可以访问该存储装置。
该模型可以被保存为模板或映射，该模板或映射将环境条件、扫气压力、扫气温度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力、涡轮增压器的工作参数、排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置的值与预测的NOx值或预定范围或限定值关联起来。
控制单元可以被构造成在第一模式与第二模式之间改变，优选地在第一模式和第二模式之间自动地改变，在该第一模式中，基于来自第一传感器的信号来控制通过排气再循环系统的排气的流量，在该第二模式中，仅基于环境条件、扫气压力、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力和/或涡轮增压器的工作参数来控制通过排气再循环系统的排气的流量。在第二模式中，不基于来自第一传感器的信号来控制通过排气再循环系统的排气的流量。因此，在第二模式中，控制单元不直接使用离开气缸的排气的NOx含量。
在NOx测量不可用或失败的情况下，或者在基于NOx测量的闭环控制变得不稳定的情况下，控制单元可以切换到不需要NOx测量的第二模式。
控制单元可被构造成检测基于NOx含量的控制不可能或不可取的情况，并可被构造成自动地改变模式。
控制单元可以被构造成例如根据所检测的参数、根据用户的输入和/或根据预定的时间段来关闭第二模式和/或切换回第一模式。
控制单元可以被构造成切换至Tier II模式，其中，发动机在没有排气循环的情况下运行。
例如，在瞬态条件期间，第二模式可以仅使用预测模型来允许安全负荷改变。
没有NOx测量的反馈控制和预测控制不如基于NOx测量的控制精确。它不能对在车间测试中未检查的意外变化作出反应。
因此，控制单元应当被构造成只要可能就切换到第一模式。例如，一旦达到稳定的负荷，就再次激活第一模式。
内燃机可以包括排气背压装置，特别是排气背压阀，排气背压装置布置在EGR路径与排气漏斗之间，从而在EGR路径中提供适当的背压。
控制单元可以被构造成通过经由设定排气背压装置而设定排气压力来控制再循环至空气入口的排气的量。
排气背压装置可以是动力致动的、电致动的或弹簧致动的。优选地，阀是气动或液压致动的。
排气流量限制装置可以布置在接头与排气漏斗之间。
排气背压阀打开得越多，气体沿排气漏斗方向流动的可能性就越高。排气背压阀关闭得越多，EGR路径中的排气压力越高，并且进入EGR路径的流量越高。
排气处理装置可以布置在排气流量限制装置(例如排气背压阀)与漏斗之间。
附加地或替代地，内燃机可以包括鼓风机，鼓风机特别地布置在EGR路径中，从而在EGR路径中提供适当的压力。控制单元可以被构造成通过经由设定鼓风机而设定排气压力和排气流速来控制再循环至空气入口的排气的量。
内燃机可以包括流量控制装置，特别是排气再循环阀，该流量控制装置布置在EGR路径中，优选地在排气冷却装置的下游。
控制单元可以被构造成用于通过经由设定流量控制装置而设定排气流速来控制再循环至空气入口的排气的量。
在测量的NOx太高的情况下，例如在预定范围以上，可以通过关闭排气漏斗上游的排气背压阀和/或通过打开EGR路径中的排气再循环阀来增加再循环到空气入口的排气的量。
如果测量的NOx太低，例如低于预定范围或高于预定值，则可以通过打开排气背压阀和/或通过关闭排气再循环阀来减少再循环到空气入口的排气的量。
再循环到空气入口的排气的量对应于EGR率，EGR率可以根据CO2含量来确定：
EGR率[％]＝100(CO2进气-CO2空气)/(CO2发动机输出-CO2空气)。
排气再循环阀可以用于较低的EGR率，而背压阀用于较高的EGR率。本发明的目的还通过如上所述的操作内燃机的方法来实现。
该方法包括以下步骤：将排气中的至少一部分再循环到空气入口；提供表示离开气缸的排气的NOx含量的信号；以及通过设定排气压力和/或排气流速来基于该信号控制再循环到空气入口的排气的量。
优选地，设定布置在EGR路径和排气漏斗之间的排气背压装置和/或布置在EGR路径中的流量控制装置，优选地经由控制单元进行设定。
排气背压装置可以是布置在EGR路径和漏斗之间的排气背压阀。
流量控制装置优选地是排气再循环阀，该排气再循环阀优选地布置在排气冷却装置的下游并且直接在涡轮增压器的压缩机的上游。
可以将表示NOx含量的信号与预定范围和/或预定值进行比较，并且如果信号不在预定范围内和/或高于预定值，则可以改变通过排气再循环系统并因此到达空气入口的排气的量。
可以根据环境条件、扫气压力、扫气温度、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力、涡轮增压器的工作参数、排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置来选择预定范围和/或高于预定值。
另外，可以基于环境条件、扫气压力、扫气温度、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力、涡轮增压器的工作参数、排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置来控制再循环到空气入口的排气的流量。
该方法可以包括以下步骤：在第一模式和第二模式之间改变，优选地在第一模式与第二模式之间自动地改变。
在第一模式中，基于来自第一传感器的信号来控制通过排气再循环系统的排气的流量。
在第二模式中，可以基于环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力、涡轮增压器的工作参数、排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置来控制再循环至空气入口的排气的流量。
在第二模式中，可以基于至少一个第二传感器的至少一个信号来控制再循环至空气入口的排气的流量，该第二传感器提供表示环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、EGR路径上的压降、爆发压力、涡轮增压器的工作参数、排气冷却器下游的排气温度、沿着排气冷却器的压降和/或阀的位置的信号。
除非另外限定，否则阀包括：排气背压阀，其布置在EGR路径和排气漏斗之间；排气再循环阀，其布置在EGR路径中，优选地布置在排气冷却装置下游；截流阀，其布置在EGR路径中，优选地布置在排气冷却装置上游；以及排气废气闸门，其优选地布置在涡轮旁路中。
排气背压阀的设定阀位置与EGR率之间的关系以及排气再循环阀与EGR率之间的关系在阀位置的宽范围内具有线性范围。因此，不需要EGR率的测量。
为了增加EGR率，在背压阀完全打开的同时，可以首先打开排气再循环阀。一旦排气再循环阀完全打开，可以关闭背压阀以进一步增加EGR率，直到背压阀完全关闭。
如果排气再循环阀和背压阀顺序地操作并且在排气再循环阀完全打开之后背压阀开始关闭，则EGR率对阀设定的依赖性包括较低梯度的范围。
当排气再循环阀几乎完全打开并且背压阀仍然打开直到排气再循环阀完全打开并且背压阀开始关闭时，出现具有不同的(即较低的)梯度的范围。例如，当排气再循环阀的开度大于50％并且背压阀关闭到50％的量之前，出现具有较低梯度的范围。
优选地，排气再循环阀和背压阀在具有类似线性关系的区域中操作，优选地在整个阀设定状态中具有高梯度，使得可以更稳健地并且因此更精确地控制EGR率。
为了避免不同梯度的范围，阀被操作为使得在排气再循环阀完全打开之前背压阀已经关闭。
优选地，为了增加EGR率，该控制单元规定：打开排气再循环阀并且关闭背压阀，其中，在该排气再循环阀已经被打开到50％-100％，优选地到50％-70％，更优选地到60％之后开始关闭背压阀。
EGR率的降低以相反的方式实现，其中，排气再循环阀在背压阀完全打开之前开始关闭。
优选地，为了降低EGR率，该控制单元规定：打开背压阀并且关闭排气再循环阀，其中，在背压阀已经被打开至50％-100％，优选地至50％-70％，更优选地至60％之后开始关闭排气再循环阀。
优选地，当两个阀同时操作时，两个阀以相同的方式操作，使得打开或关闭的百分比同时改变相同的量。这意味着例如排气再循环阀的总开度增加10％，而背压阀的开度减小10％，反之亦然。
附图说明
在下文中，通过附图在实施例中进一步解释本发明。相同的附图标记表示功能上对应的特征。
图1：示出了内燃机的第一示例的示意图；
图2：示出了内燃机的第二示例的示意图；
图3：示出了内燃机的第三示例的示意图；
图4：示出了内燃机的第四示例的示意图；
图5：示出了内燃机的第五示例的示意图；
图6：示出了内燃机的第六示例的示意图；
图7：示意性地示出了取决于阀设定的EGR率。
具体实施方式
图1示出了内燃机20的第一示例，内燃机20包括具有往复式活塞23的气缸21，活塞23具有至少200mm的内径22。内燃机20包括排气再循环系统1，排气再循环系统1具有布置在气缸21的排气出口2和空气入口3之间的EGR路径13。内燃机20包括具有涡轮4和压缩机10的涡轮增压器5。
排气再循环系统1是低压系统，其中，再循环的排气能经由涡轮增压器5的压缩机10被引导到气缸21的空气入口3，在压缩机10处排气与新鲜空气6混合，并且再循环的排气的至少一部分能被引导通过涡轮增压器5的涡轮4。
当排气废气闸门阀27打开时，排气的另一部分可以绕过涡轮增压器5并且被引导通过涡轮旁路31。
内燃机20可以是双燃料发动机并且可以包括气体燃料进气阀24。
排气再循环系统1包括第一传感器12，第一传感器12提供表示离开气缸21的排气的NOx含量的信号。传感器布置在涡轮4的下游。
排气再循环系统1包括控制单元11，控制单元11被构造成基于来自第一传感器12的信号来控制再循环到空气入口3的排气的量。控制单元11被构造成设定排气压力和/或排气流速。
为此，控制单元11可以控制在排气冷却装置8下游布置在EGR路径13中的排气再循环阀7。控制单元11可以进一步控制布置在EGR路径13与排气漏斗14之间的排气背压阀9。
内燃机20可以包括用于测量环境条件(例如环境温度、环境压力、环境湿度)的第二传感器32。
图2示出了内燃机的第二示例，第二示例类似于第一示例。
排气收集在排气接收器17中。EGR路径13包括冷却装置8和除雾器29。
再循环的排气和新鲜空气通过扫气冷却器19并被引导到扫气接收器18。
排气再循环系统1包括用于测量与扫气压力和/或扫气温度相关的信号的第二传感器32。信号可以由控制单元11接收。
第一传感器12测量位于涡轮4之后的排气中的以ppm计的NOx含量。测量值与用于某一负荷的预定目标值之差可用于EGR率的闭环控制。
在测量的NOx值太高的情况下，应当增加EGR率，或者在测量的NOx值太低的情况下，可以减小EGR率。
可以借助于两个阀7，9来调节EGR率。排气再循环阀7位于冷却装置8或除雾器29的出口，直接位于压缩机10的上游。在排气再循环阀7关闭的情况下，EGR率为0。没有排气流过冷却装置8和除雾器29。排气再循环阀7可以打开并且EGR率将增加。一旦排气再循环阀7完全打开，冷却装置8和除雾器29上的压力损失就限定了这种情况下的最大EGR率。
通常，EGR率则在20-30％之间。
为了进一步增加EGR率，EGR路径13和漏斗14之间的排气背压阀9可用于增加涡轮4之后的背压并增加通过冷却装置8和除雾器29的流量。
排气背压阀9通常完全打开。一旦排气再循环阀7打开到至少50％，优选60％，排气背压阀9应开始关闭。当排气再循环阀7完全打开并且排气背压阀9完全关闭时，可以实现最大EGR率。
典型地，第一传感器12以ppm为单位测量涡轮4之后的排气中的NOx含量。IMO NOx的规定以g/kWh为单位限制特定的NOx排放。
NOx限值的计算包括与参考值相比对湿度[g/kg]、环境温度[K]和扫气温度[℃]的校正。它还考虑了通过发动机的流量，该流量与测量值(如扫气压力[巴]和排气废气闸门阀27的位置[％])成比例。该计算还考虑发动机的功率。
如果未根据MEPC58/23/Add.1附录14第5章的湿基测量排放，则应根据公式cw＝kwcd将实测浓度cd转换为湿基cw。因子kw可以取决于进气的绝对湿度、进气质量流速、燃料质量流速、CO2浓度、CO浓度、燃料的H，N和O含量。进气的绝对湿度可以基于环境温度和大气压来确定。
代替测量燃料质量流速和CO2以及CO浓度，可以使用涡轮能量平衡。
另外的信息(例如，冷却装置8和除雾器29上的压力损失)可以由另外的第二传感器32(未在图中明确示出)提供，并且可以用于估计系统是否表现得像预期的那样以及所测量的NOx值是否合理。
冷却装置8和除雾器29上的压力损失可以通过冷却装置8和除雾器29上的压差测量来测量。
还可以测量截流阀26到排气再循环阀7或EGR路径13的特定元件上的压差，该特定元件对于流动是特有的。
如果在某一负荷下测得的压力损失相对于目标压力损失的偏差高于预定值，则接下来可能需要调节阀位置。
如果所测量的压力损失太低并且所测量的NOx太高或者如果所测量的压力损失太高并且所测量的NOx太低，则需要检查压力测量是否正确和/或阀位置是否被正确地设定。
如果压力损失的测量值在预定范围内并且NOx测量值偏差超过一定限度，则必须检查NOx测量值。
如果进一步调整导致明显错误的方向，则由于可能发生损坏，不得使用NOx信号。
在这种情况下，可以例如提示操作者切换到第一模式、改变回到Tier II机制或改变回到气体模式。
在NOx偏差低(低于预定极限)的情况下，控制单元11可以在第一模式下操作，并且可以基于NOx测量来调节EGR率。
可以逐步进行EGR率的调节。例如，排气再循环阀7的阀位置被改变为与NOx偏差成比例的量。
在一段时间之后，例如在几分钟之后，重复NOx的测量。如果仍未达到NOx目标值，则再次调节阀位置。
在负荷改变的情况下，控制单元11可以改变到第二模式并且一旦负荷再次稳定，就切换回第一模式，其中使用闭环NOx控制。仅在达到稳定负荷的情况下，可能不需要连续测量NOx。
可以以限定的间隔提供NOx测量，例如在稳定负荷下在最终调节之后每15分钟提供一次。
NOx传感器可以仅是激活的，并且控制单元11可以仅在柴油模式期间以第一模式操作。
对于瞬态，可以停用闭环NOx控制。它可以被改变到第二模式，其中，可以临时使用前馈值以避免烟雾。
图3示出了内燃机20的第三示例的示意图，第三示例类似于第二示例。代替排气背压阀9(见图2)，鼓风机28布置在EGR路径13中。
类似于背压阀9操作鼓风机28。为了增加EGR率，不是关闭背压阀9，而是增加鼓风机28的功率。
图4示出了内燃机20的第四示例的示意图，其中，排气再循环系统1是高压系统。EGR路径13在涡轮旁路31的上游分支，并且不包括涡轮增压器。
排气在扫气冷却器19的下游与新鲜空气混合。
排气背压阀9布置在涡轮旁路31的上游。
图5示出了内燃机20的第五示例的示意图，第五示例类似于第四示例。
EGR路径13在涡轮4的上游分支。排气背压阀9布置在涡轮旁路31的下游和涡轮4的上游。
图6示出了内燃机20的第六示例的示意图，第六示例类似于第四示例和第五示例。代替排气背压阀9(见图4、图5)，鼓风机28布置在EGR路径13中。
图7示意性地示出了取决于阀设定的EGR率。
为了提高EGR率，可以首先关闭排气再循环阀7(参见前面的附图)，然后关闭背压阀9(参见前面的附图)。
在排气再循环阀完全打开之后背压阀开始关闭的情况下，EGR率与阀设定之间的关系(以空心圆示出)具有平坦区域。
在排气再循环阀打开到70％之后背压阀开始关闭的情况下，EGR率与阀设定之间的关系(以实心圆示出)，平坦区域变小。
当在排气再循环阀仅打开到60％(以空心正方形示出)或甚至50％(以实心正方形示出)之后背压阀开始关闭时，EGR率与阀设定之间的关系在整个设定范围内变得几乎是线性的，该设定范围从完全关闭的排气再循环阀(FRV，0％)和完全打开的背压阀(BPV，100％)开始并且以完全打开的排气再循环阀(FRV，100％)和完全关闭的背压阀(BPV，0％)结束。
当排气再循环阀和背压阀的阀设定重叠时，EGR率在整个设定范围上对阀设定以相同的方式敏感。这使得控制概念稳健，从而可以非常精确地设定EGR率。
附图标记
排气再循环系统(1)
排气出口(2)
空气入口(3)
涡轮(4)
涡轮增压器(5)
新鲜空气(6)
流量控制装置(7)
冷却装置(8)
排气背压装置(9)
压缩机(10)
控制单元(11)
第一传感器(12)
EGR路径(13)
排气漏斗(14)
排气接收器(17)
扫气接收器(18)
扫气冷却器(19)
内燃机(20)
气缸(21)
内径(22)
活塞(23)
气体燃料进气阀(24)
截流阀(26)
排气废气闸门阀(27)
鼓风机(28)
除雾器(29)
涡轮旁路(31)
扫气压力传感器(32)

Claims (15)

1.一种内燃机(20)，即大型船用发动机或固定发动机，该内燃机包括至少一个内径(22)为至少200mm的气缸(21)，所述内燃机(20)包括排气再循环系统(1)，该排气再循环系统具有布置在排气出口(2)与空气入口(3)之间的EGR路径(13)，并且所述内燃机(20)包括涡轮增压器(5)，
其特征在于，
所述排气再循环系统(1)包括：
－至少一个第一传感器(12)，所述第一传感器提供表示离开所述气缸的排气的NOx含量的信号；以及
－控制单元(11)，所述控制单元被构造成基于来自所述第一传感器(12)的信号来控制再循环至所述空气入口(3)的排气的量，
其中，所述控制单元(11)优选地被构造成设定至少一个阀和/或鼓风机。
2.根据权利要求1所述的内燃机(20)，其中，所述排气再循环系统(1)是低压系统，其中，再循环的排气能经由所述涡轮增压器(5)的压缩机(10)被引导到所述气缸(21)的所述空气入口(3)，并且再循环的排气的至少一部分能被引导通过涡轮增压器(5)的涡轮(4)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述控制单元(11)被构造成将NOx含量保持在预定范围内和/或低于预定值。
4.根据权利要求3所述的内燃机(20)，其中，所述控制单元(11)还被构造成根据环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力和/或所述涡轮增压器的工作参数来设定所述预定范围和/或所述预定值，优选地以符合污染物规定，所述环境条件例如为环境温度、环境压力、环境湿度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述内燃机包括至少一个第二传感器(32)，所述第二传感器提供表示环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、爆发压力和/或所述涡轮增压器的工作参数的信号，所述环境条件例如为环境温度、环境压力、环境湿度，并且所述控制单元(11)优选地被构造成接收由所述第二传感器提供的信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述控制单元(11)被构造成仅基于环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、所述EGR路径(13)上的压降、爆发压力和/或所述涡轮增压器的工作参数来优选地以反馈控制和/或预测控制的方式控制再循环至所述空气入口(3)的排气的量，所述环境条件例如为环境温度、环境压力、环境湿度。
7.根据权利要求6所述的内燃机(20)，其中，所述控制单元(11)被构造成在第一模式和第二模式之间改变，优选地在第一模式和第二模式之间自动地改变，在所述第一模式中，基于来自所述第一传感器(12)的信号来控制通过所述排气再循环系统(1)的排气的流量，在所述第二模式中，仅基于环境条件、扫气压力、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、所述EGR路径(13)上的压降、爆发压力和/或所述涡轮增压器(5)的工作参数来控制通过所述排气再循环系统(1)的排气的流量，所述环境条件例如为环境温度、环境压力、环境湿度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述内燃机(20)包括排气背压装置(9)，特别是排气背压阀，所述排气背压装置布置在所述EGR路径(13)与排气漏斗之间，从而在所述EGR路径(13)中提供适当的背压，并且所述控制单元(11)优选地被构造成通过经由设定所述排气背压装置(9)而设定排气压力来控制再循环到所述空气入口(3)的排气的量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述内燃机(20)包括鼓风机(28)，所述鼓风机特别地布置在所述EGR路径中，从而在所述EGR路径(13)中提供适当的压力，并且所述控制单元(11)优选地被构造成通过经由设定所述鼓风机(28)而设定排气压力来控制再循环到所述空气入口(3)的排气的量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(20)，其中，所述内燃机(20)包括布置在所述EGR路径(13)中的流量控制装置(7)，特别是排气再循环阀，并且所述控制单元(11)优选地被构造成通过经由设定所述流量控制装置(7)而设定排气流速来控制再循环到所述空气入口(3)的排气的量。
11.一种用于运行根据权利要求1至10中任一项的内燃机(20)的方法，该方法包括以下步骤：
－使排气中的至少一部分再循环至所述空气入口(3)；
－提供表示离开所述气缸的排气的NOx含量的信号；
－通过设定至少一个阀和/或鼓风机来基于所述信号控制再循环到所述空气入口(3)的排气的量。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法包括以下步骤：
设定布置在所述EGR路径(13)和排气漏斗之间的排气背压装置(9)；和/或
设定布置在所述EGR路径(13)中的流量控制装置(7)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，该方法包括以下步骤：
将所述信号与预定范围和/或预定值进行比较；并且
如果所述信号不在所述预定范围内和/或高于所述预定值，则改变通过所述排气再循环系统(1)再循环到所述空气入口(3)的排气的量。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤：
基于环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、所述EGR路径(13)上的压降、爆发压力和/或所述涡轮增压器(5)的工作参数来控制再循环到所述空气入口(3)的排气的流量。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，该方法包括以下步骤：
在第一模式与第二模式之间改变，优选地在第一模式与第二模式之间自动地改变，在所述第一模式中，基于来自所述第一传感器(12)的信号来控制通过所述排气再循环系统(1)的排气的流量，在所述第二模式中，仅基于环境条件、扫气压力、扫气温度、扫气湿度、压缩压力、发动机负荷、在所述EGR路径(13)上的压降、爆发压力和/或所述涡轮增压器(5)的工作参数来控制通过所述排气再循环系统(1)的排气的流量。
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