技术领域
[0001] 本
发明涉及一种柴油发动机以及一种用于提高柴油发动机功率的方法。本发明特别是涉及
大型柴油发动机，如例如用于驱动
船舶或用于在
发电厂中发电的柴油发动机，并且尤其适用于两冲程大型柴油发动机。
背景技术
[0002] 在这种柴油发动机中，为了以扫气气体对（一个或数个）
燃烧室增压而设置有由一个或多个
涡轮增压器构成的
涡轮增压器级，该涡轮增压器级利用来自（一个或数个）燃烧室的、通常在废气收集器中收集的废气作为
能量源。在此，利用来自（一个或数个）燃烧室或废气收集器的废气与废气被排放到的周围环境之间的压差。扫气气体可以是新鲜空气或是例如由新鲜空气和被回引的废气构成的气体混合物。
[0003] 在此，在涡轮增压器的高压侧上在进气部段中通常设置有大多电动式驱动的辅助鼓
风机，该辅助鼓风机用作起动辅助机构和用于在低转速范围和低负荷范围内补偿
涡轮迟滞。于是，英国
专利申请GB2410060A公开了一种针对轿车设计的涡轮增压式二冲程小型柴油机，该二冲程小型柴油机具有这样的用作起动辅助机构和用于补偿涡轮迟滞的辅助鼓风机。在该英国专利申请中得知，当新鲜空气要完全流入燃烧室中时，在二冲程发动机中涡轮迟滞问题表现极为突出，这是因为进气压
力即使在发动机起动时和在低负荷范围内在低转速时也必须在废气压力之上。
[0004] 由此，在这种柴油发动机中在涡轮增压器的废气低压侧（即废气所流经的排气管路的在涡轮增压器中沿流动方向布置在下游的区域）上设置有废气后处理系统。这样的二冲程大型柴油发动机例如可从国际专利申请WO2008/135059A1中获知。废气后处理系统在此具有SCR反应器（SCR：SelektiveKatalytischeReduktion（
选择性催化还原）），其用于将排放到周围环境的废气中的NOx还原。SCR反应器需要高废气
温度，高废气温度通过在涡轮增压器涡轮上游的排气高压侧上的废气加热器来产生。为了补偿由废气加热引起的以及因此最后由废气后处理引起的损耗，在那里与涡轮增压器涡轮并行地在排气部段中布置有附加的涡轮。辅助鼓风机在发动机起动期间和在低负荷范围内被接通，以便在增压时辅助在该运行范围内不起作用的或以低废气压力驱动的涡轮增压器。
[0005] 在
汽车领域中也已知带有辅助鼓风机和废气后处理系统的涡轮增压式小型柴油发动机，参见英国专利申请GB2480240A。在该英国专利申请中，在低负荷范围内负荷升高时，辅助鼓风机被接通不仅用来补偿涡轮迟滞本身，而且也用来在该运行情况下维持在该英国专利申请中所示的发动机中设置的废气回引和随之出现的NOx还原。在该英国专利申请中可选地设置的废气后处理系统可以具有催化器和颗粒滤清器。
[0006] 在涡轮
增压式发动机中不是仅将辅助鼓风机在低负荷范围内用作
压气机并且在发动机进一步
加速时关断该辅助鼓风机，而是相反将辅助鼓风机甚至在高负荷范围或全负荷范围内用作用于降低进气压力的
减压器，这种深入启发可从德国专利申请DE1903261A1、DE4128642C2和DE102004001371A1中获知。在DE1903261A1中，附加压气机通过传动机构由发动机的
曲轴驱动，并且还设置有用于在发动机
冷却液与进气之间传递热的换热器，根据该DE1903261A1，除了常见的冷起动辅助功能之外还要履行在发动机的全负荷范围内的其他功能，即通过所输送的新鲜空气膨胀实现涡轮增压器-压气机的冷却并且由此允许使用具有高压缩比的涡轮增压器。类似地，在根据DE4128642C2的发动机中，在涡轮增压器-压气机的上游设置有通过传动机构由发动机的曲轴驱动的附加压气机和可旁路的用于在废气与进气之间传递热的换热器，其中传动机构的
传动比选择为随着燃烧室壁的温度升高（即随着发动机负荷增大）而降低，以便在高发动机负荷时降低用于附加压气机的但不（再）必需的功率。根据DE102004001371A1，附加压气机在起动阶段被接通用以克服涡轮迟滞、在正常运行时通过设置在进气管路中的旁路管路被旁路并且在发动机的全负荷范围内作为膨胀器来工作，以便在吸气范围内将压力降低到使得完全可以实现来自在此汇集的废气再循环管路的废气的再循环，并且附加地借助连接到辅助鼓风机上的发动机-发
电机来获得电。
[0007] 一般而言，废气后处理系统包含用于后处理废气的单元，废气被引导通过所述单元。在此形成背压，该背压降低了能供涡轮增压器或涡轮增压器级使用的压力。
[0008] 例如，废气后处理系统可以包含一个或多个废气洗涤器，以便洗除在废气中所包含的硫。这样的带有废气洗涤器的废气后处理系统例如可从德国专利文献DE102009010808B3中获知。国际专利申请WO2007/045721A1也示出了一种发动机，该发动机具有在排气侧沿流动方向布置在涡轮增压器下游的废气清洁系统或废气后处理系统。
[0009] 可替选地或补充地，废气后处理系统也可以包含用于以催化方式转换有害物质的催化器。
[0010] 但可替选地或补充地，该废气后处理系统也可以包含一个或多个
蒸汽发生器，以便获得过程热或蒸汽来产生
电流。可替选地或补充地，也可以设置用于产生热
水的换热器。
[0011] 当然，废气后处理系统也可以包含其他单元，例如消声器或用于废气清洁的催化器或类似物，废气在有压力损耗的情况下被引导通过这些单元。
[0012] 为了补偿由废气后处理系统造成的压力损耗，传统上使用
真空压气机或抽气机，该真空压气机或抽气机将废气抽吸通过废气后处理系统。由此尽管可以保证使废气通过废气后处理系统。然而由此并不能完全补偿由废气后处理系统或在废气后处理系统中形成的背压造成的涡轮增压器上的功率损耗。
[0013] 德国专利申请DE102007054227A1公开了一种载重汽车（LKW）-小型柴油发动机，其具有两级涡轮增压机构、增压空气冷却机构、与涡轮增压器压气机并联的附加压气机、废气再循环机构和废气后处理机构（尤其是颗粒分离器形式的废气后处理机构）。如常见的那样，附加压气机在发动机起动阶段期间用于为发动机提供额外的被压缩的新鲜空气，其中为此借助控制
阀开启将附加压气机与进气
歧管连接的管路。在起动阶段（该起动阶段大约持续一到两秒）之后，切换
控制阀，使得利用辅助式压气机被压缩的部分空气流被引导通过换热器并且在换热器中借助再循环的废气被加热，该废气在此同时被冷却。所压缩的且被加热的部分空气流于是被输送给废气后处理机构，以便在那里将温度保持在大约600℃的高水平，使得可补偿由于颗粒分离器的在排气系统中进行的热再生而出现的压力损耗。附加压气机或辅助鼓风机于是除了起动辅助功能之外还具有其他功能，补偿由废气后处理系统引起的在废气中的压力损耗或背压。
发明内容
[0014] 由此出发，本发明的任务是以简单且成本低廉的方式使这样的柴油发动机提高功率。
[0015] 根据本发明的柴油发动机为此在涡轮增压器级的扫气气体高压侧上（即相应地在压气机的输出端与燃烧室入口之间）具有不通过涡轮增压器级驱动的补偿装置，即至少一个辅助鼓风机，用于通过在对一定数量的燃烧室增压时辅助涡轮增压器级来补偿由废气后处理系统引起的背压。辅助鼓风机在此用于补偿由在涡轮增压器或涡轮增压器级的废气低压侧上的废气后处理系统引起的在废气中的背压和由此降低的能供涡轮增压器级使用的压差，更确切地说在扫气气体高压侧上通过在对一定数量的燃烧室增压时辅助涡轮增压器级来补偿。
[0016] 由此，废气后处理系统可以在体积上设计得比不存在这种补偿设备的情况更小，使得总体上形成较小结构尺寸的发动机并且用于废气后处理系统的成本较低。在较小结构尺寸的情况下，在此特别是电动驱动的补偿装置是适宜的。然而，只要补偿装置的驱动机构不联接到根据本发明的柴油发动机的涡轮增压器上，即在外部或与该涡轮增压器无关地工作，也可以考虑其他驱动机构，例如独立的较小型柴油发动机。当然为此也可以使用从
蓄能器获取的能量形式，例如
电能或蒸汽，其终究由根据本发明的柴油发动机产生，例如通过废气后处理系统中的
蒸汽发生器产生，只要涡轮增压器级由此不被加负荷即可。
[0017] 可考虑不同的装置作为涡轮增压器级的扫气气体高压侧上的补偿装置。例如，可以设置作用于各涡轮增压器的涡轮轴上的一个或多个
电动机。此外，可考虑的是，设置高压容器，该高压容器布置在涡轮增压器级的扫气气体高压侧上或向来自涡轮增压器级的且通到燃烧室入口的若干扫气气体管路供给，该高压容器通过不由涡轮增压器级驱动的压气机装置被供给扫气气体，并且该高压容器在发动机的整个负荷范围内向一定数量的燃烧室供给，以便这样提高扫气气体体积流量。
[0018] 然而优选的是，在涡轮增压器级的扫气气体高压侧上设置有与涡轮增压器级无关地驱动的辅助鼓风机或一个或多个不由涡轮增压器驱动的辅助压气机，用于在对一定数量的燃烧室增压时辅助涡轮增压器级，该辅助鼓风机设计用于在发动机的整个负荷范围内持续运行，即不仅仅在起动时以及在柴油发动机的低局部负荷范围内、而是在柴油发动机的整个负荷范围内都能使用该辅助鼓风机。该辅助鼓风机在此针对每个来自涡轮增压器的且通到燃烧室的扫气气体高压管路具有单独的辅助
通风机或辅助压气机，或在仅带有一个涡轮增压器的发动机的情况下构成为单个辅助压气机。辅助鼓风机的驱动机构在此可以不同地构造，例如利用蒸汽
涡轮机来实现。然而优选的是电动的驱动机构。
[0019] 此外，在辅助鼓风机带有电动机驱动机构的情况下实现了根据本发明的柴油发动机的特别有利的改进方案。因此，辅助鼓风机可以同时用作起动辅助鼓风机，该起动辅助鼓风机在这样的大型柴油发动机中存在于从涡轮增压器级至一定数量的燃烧室的（一个或多个）扫气气体高压管路中，以便在柴油发动机起动时以及在低局部负荷范围内在以扫气气体对燃烧室增压时辅助相应的涡轮增压器。因此，不再需要设置单独的起动辅助鼓风机，这是因为用作补偿装置的辅助鼓风机可以一同承担起动辅助鼓风机的任务。辅助鼓风机的驱动机构的控制装置在此可以设计为，该辅助鼓风机在整个发动机负荷范围内被驱动，即在全负荷范围内和在高局部负荷范围内与在柴油发动机起动时和在柴油发动机的低局部负荷范围内一样被驱动，所述低局部负荷范围通常是在发动机全负荷的20%-40%（例如发动机全负荷的25%）以下的负荷范围。
[0020] 单独的起动辅助鼓风机因此可以被省去。为了将辅助鼓风机设计为使得其可在柴油发动机的整个负荷范围内使用，该辅助鼓风机必须具有驱动机构，该驱动机构足够强地使辅助鼓风机在柴油发动机的整个运行持续时间期间持续运行，并且该辅助鼓风机必须设置驱动控制装置，该驱动控制装置在柴油发动机的整个负荷范围内、即即使在超过低局部负荷范围的负荷范围内依然使辅助鼓风机运行。常见的起动辅助鼓风机的电动机对此而言过弱并且在持续运行中会烧坏。例如，大约双倍功率的电动机（即使用在常用起动辅助鼓风机中的电动机）已证明为是合适的。
[0021] 这种类型的现有柴油发动机具有：至少一个由柴油发动机的废气所驱动的涡轮增压器级，用于以扫气气体对一定数量的燃烧室增压；以及至少一个布置在涡轮增压器级的废气低压侧上的废气后处理系统，用于对废气进行消音、清洁和/或洗涤和/或用于借助废气中包含的热来产生蒸汽或热，该废气后处理系统具有：诸如蒸汽发生器或废气洗涤器的单元，废气被引导通过所述单元；以及布置在涡轮级的扫气气体高压侧上的起动辅助鼓风机，利用该起动辅助鼓风机在发动机起动时和在柴油发动机的低局部负荷范围内辅助一定数量的燃烧室的增压，在此所述低局部负荷范围尤其是达到发动机全负荷的20%-40%，例如达到发动机全负荷的25%，于是根据本发明，用于补偿由废气后处理系统引起的在废气中的背压和用于补偿由此降低的能供涡轮增压器级使用的压差的补偿装置可以特别简单且成本低廉地后续装备在涡轮增压器级的扫气气体高压侧上，其方式是：起动辅助通风机的电动机或在有多个起动辅助通风机的情况下的电动机被一个或多个功率更强的电动机所替换，尤其是设置大约双倍功率的电动机和用于（一个或多个）电动机的电动机控制装置，该电动机控制装置设定起动辅助鼓风机在柴油发动机的整个负荷范围内的持续运行，而非如目前常见的那样，起动辅助鼓风机仅在发动机起动时以及在柴油发动机的低局部负荷范围内运行，以便这样避免电动机烧坏。例如在不仅转速较高而且通风机
叶轮直径较大的情况下，必要时也可以用起动辅助通风机或压气机的电动机替换整个压气机设备。
[0022] 在根据本发明的柴油发动机中或在按照根据本发明的方法改型的柴油发动机中，在此在涡轮增压器级的废气低压侧上不再需要设置抽气机，使得一方面可以补偿在起动辅助鼓风机的较大驱动机构中的投资而另一方面可以实现整个发动机的结构尺寸的进一步减小。
[0023] 在此，本发明可以使用在带有或不带有废气回引的发动机中。然而，位于通到发动机进气侧的废气返回通道中的通风机或位于那里的鼓风机并不能够用作本发明的意义下的补偿装置或改造成补偿装置。因为要不然会在输送给一定数量的燃烧室的扫气气体中存在过多再循环的废气。
附图说明
[0024] 此外，借助所附的示意图更为详细地阐述根据本发明的柴油发动机的结构。
[0025] 图1示出根据本发明的柴油发动机的示意图。
具体实施方式
[0026] 在此，用附图标记1标明发动机的燃烧室，扫气气体通过扫气气体收集器9在未详细示出的进气口处输送给该燃烧室，并且废气从该燃烧室通过其同样未详细示出的出口阀排放至废气收集器8中。废气被输送给涡轮增压器级2、3的涡轮侧。附图标记3标明在此仅示例性示出的涡轮增压器2、3的涡轮，附图标记2标明该涡轮增压器2、3的压气机。在此，沿流动方向布置在涡轮3下游的废气低压侧上设置有废气后处理系统4、5，该废气后处理系统具有蒸汽发生器4，废气被引导通过该蒸汽发生器，以便利用存在于废气中的余热来产生蒸汽。该蒸汽因而例如在安装有该发动机的船舶的
发电机组中被用于发电。此外，在蒸汽发生器下游的是废气洗涤器5，以便移去废气中所包含的硫。
[0027] 在扫气空气输送侧上通过涡轮增压器2、3的压气机2压缩所抽吸的新鲜空气（即扫气空气）或由新鲜空气和回引的废气构成的扫气气体并且使其随后进入冷却器10中，在冷却器10中扫气气体被冷却并且被掺以水。
[0028] 沿流动方向在冷却器10的下游布置有辅助鼓风机6，该辅助鼓风机6通过电动机7在发动机运行的整个持续时间期间（即在发动机的整个负荷范围内）被驱动，以便补偿在废气低压侧上的压力损耗并且由此将扫气空气或由气体混合物构成的扫气气体提高到更高的压力水平和/或增大输送给扫气气体收集器的扫气气体体积流量，从扫气气体收集器又将扫气气体或扫气空气送给燃烧室1。
[0029] 可以变型和
修改所示的
实施例，而不背离本发明的范围。
[0030] 于是，例如也可以考虑的是，不在柴油发动机运行的整个持续时间期间或不在柴油发动机的整个负荷范围内使用补偿装置，或者设置有至少一种潜在机构，用于针对在规定的
时间窗或一部分负荷范围内不需要补偿装置的情况进行关断。
[0031] 此外，也可以考虑的是，将本发明使用在涡轮增压式
汽油发动机或其他内燃的涡轮增压式发动机上。
