操作内燃机的方法和用该方法操作的内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种操作内燃机的方法，所述内燃机具有多个气缸和至少一个燃料喷 射器，所述多个气缸在各气缸内部具有往复式活塞和位于所述活塞上方的燃烧室，所述至 少一个燃料喷射器在操作期间将燃料直接喷射到活塞上方的燃烧室中，所述内燃机通过废 气再循环运行，并且所述内燃机有时通过废气在具有限制污染成分排放的第一排放标准的 环境中运行，并且所述内燃机在其他时间通过废气在具有限制该些污染成分排放的更严格 的第二排放标准的另一环境中运行。
【背景技术】
[0002] W0-A-2009/046713公开了一种用于控制混合燃料压缩点火发动机的方法和设备， 藉此，发动机用的燃料由不同的成分混合而成W调节燃料质量W便由此调节点火时间。因 此，公开了一种燃料混合单元。
[0003] EP-B-0459983和EP-B-0553364两者都公开了一种用于在柴油机中喷射燃料和 水的混合物的设备，藉此，燃料和水W紧密的时间间隔交替地喷射W同时减少黑烟并减少 NOx。
[0004] US2011/0288744设及一种具有废气再循环管道和废气再循环阀的发动机和一种 可操作多种燃料的燃料喷射系统。控制器控制操作W便降低燃料消耗率，并且同时发动机 中的废气排放物和成分在阔值极限内操作。
[0005] 总的来说，本发明的目的在于减少内燃机的废气中的NOx。内燃机的废气受到针对 诸如NOx的各种污染成分含量的限制，并通常不期望排放颗粒物质（PM)或烟尘。
[0006] 作为联合国的机构之一的国际海事组织（InternationalMaritime 化ganization，IMO)已经设定了已知的I级、II级和III级排放标准限制，后者将在2016 年进行强制执行，其中I级和II级排放标准全球有效，而III级排放标准仅应用于NOy排 放管制区域巧CA)。II级和III级NOy排放标准对于新式发动机具有影响，而I级NOy要求 适用于2000年之前安装的现有发动机。
[0007] 因此，在全世界航行的诸如轮船的自推进式船舶将有时处于II级区域（即，应用 II级的环境），而是有处于应用III级的其它环境巧CA)，其中ECA大多数被限定用于海岸 区域。
[000引废气再循环巧GR)是一种已知的减小内燃机的NO,排放物的有效方法，其中在所 述内燃机的每个气缸气缸内具有往复使活塞、位于活塞上方的燃烧室、W及在操作期间将 燃料直接喷射到活塞上方的燃烧室中的至少一个燃料喷射器。
[0009] 在内燃机操作期间，包括进入空气和再循环废气的混合物的气缸装料被吸入到燃 烧室中，并且燃料喷雾W相对于发动机操作周期的适当的时序被喷射到燃烧室中，并且被 喷射的燃料点燃并在燃烧室内形成燃烧区。进入空气包括氧气，而再循环废气没有氧气或 具有低含量氧气。另一方面，与进入空气相比较，再循环废气含有相对大量的水蒸汽和二氧 化碳。因此，与传统的没有废气再循环的进入空气相比较，气缸装料具有相对较低含量的氧 气和相对较高含量的水蒸汽和二氧化碳，并且与其中纯进入空气用于气缸装料的情况相比 较，低含量氧气和高含量水蒸汽和二氧化碳两者都是降低燃烧温度并且（由于大多数NO, 经由热路径形成）因此减少燃烧区中的NO,的形成的因素。废气再循环已经显示出了能够 将NOx排放物降低达到80 %的潜在性。
[0010] 然而，因为废气再循环增加了颗粒物质（PM)或烟尘的形成W及增加了一氧化碳 的形成，因此该是不期望的，并且将对废气再循环的程度造成限制。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是在需要额外减小NO,排放的环境中通过使用高度的废气再循环同 时抑制过量烟尘颗粒的排放W进一步减少内燃机的NO法巧义。
[0012] 为了实现根据本发明W及如【背景技术】所提及的方法，其特征在于：
[0013] a)当在具有所述第一排放标准的环境中运行时，内燃机W具有第一低热值的第一 燃料和第一废气再循环程度运行；W及
[0014] b)当在具有更严格的第二排放标准的另一环境中运行时，内燃机W具有第二低热 值的第二燃料和第二废气再循环程度运行，其中所述第二低热值低于所述第一低热值，并 且第二废气再循环程度高于第一废气再循环程度。
[0015] 并且，对于给定的内燃机载荷，当内燃机通过第二燃料运行时，内燃机循环中的燃 料喷射开始的时刻早于当内燃机通过第一燃料运行时的时刻。
[0016] 当内燃机在具有第二排放标准的所述另一环境中运转时，第二燃料被喷射到气缸 中，并且应用更高的第二程度的废气再循环。更高程度的废气再循环使得燃烧过程期间NOy 的形成进一步减少，因此进一步符合由第二排放标准设定的NOy排放物的下限，同时由于针 对给定的内燃机载荷喷射大量燃料的作用，因而能够起到有效抑制过量烟尘颗粒的排放的 效果。
[0017] 由重度废气再循环导致的烟尘的形成是因为燃烧区域缺少氧气，该限制了已形成 的烟尘颗粒的再次氧化的可能性W及同样限制了从一氧化碳到二氧化碳的进一步氧化。通 过使用具有相对较低热值的燃料，可W喷射大量燃料W实现指定的能量输出。大量燃料被 喷射到位于燃烧室中的气缸装料中，并且当W高压进行燃料喷射时，更大量的燃料的喷射 将导致燃烧室中的内容物的更有力的揽动，并且更大量的气缸装料将被带入到燃烧区域 中。与喷射燃料的热值有关的更大量的喷射燃料因此导致气缸装料进入到实际燃烧区域中 的增强的混合，并且该补偿了由于废气再循环程度的提高导致的气缸装料的低氧含量。
[0018] 因此，燃烧实际所需的氧气的量将存在于燃烧区域中，并且将能够抑制或甚至避 免烟尘的形成。此外，由于废气再循环程度的提高实现了对NOy的形成所要求的限制，藉此 可W满足例如NO,排放管控区域巧CA)的限制。当内燃机在NO,排放管控区域外运转时，使 用具有相对较高的低热值的第一燃料使得可W最小化燃料消耗率（W每单位内燃机产出 所需的燃料重量计），该也是一项重要的环境要求。
[0019] 针对给定的内燃机载荷，与内燃机通过第一燃料运转相比，当内燃机通过第二燃 料运转时，燃料喷射在内燃机循环中开始的时间更早。具有比第一燃料的热值更低的热值 的第二燃料可大于第一燃料的量被喷射，并因此使得在燃烧室中释放相同的能量和燃 烧效果，并且当使用第二燃料时，较早地开始燃料喷射能够允许通过与第一燃料喷射相同 的燃料喷嘴几何形状喷射第二燃料，并且在内燃机循环期间依然能够获得相同的最大压 力。该简化了内燃机气缸设计。气缸将也可W设有更多个喷射器，并且一个或多个喷射器 可W在使用第二燃料时操作，或者各个喷射器可W具体实现为喷射喷嘴中的可调节的喷射 区域。
[0020] 优选地，第二燃料的第二低热值小于第一燃料的第一低热值的90%，并因此针对 给定的内燃机载荷，随后喷射相对应的更大量的第二燃料。
[0021] 在一个实施例中，第二燃料是混合物，其包括作为第一成分的第一燃料和至少一 种其他成分，该至少一种其他成分具有比第一燃料的低热值更低的低热值。因此，可通过将 至少一种其它成分混入到第一燃料流中来实现从第一燃料到第二燃料的改变。通过使用第 一燃料作为第二燃料的一部分，还能够实现简化不同燃料类型的存储的优点。
[0022] 在一个实施例中，第二燃料包括不可燃烧的成分。不可燃烧的成分可W是第二燃 料中的所述至少一种其它成分。不可燃烧的成分具有等于零的低热值，并因此是一种用于 可燃烧的第一成分的混合物的热值的非常有效的改性剂。
[0023] 在一个实施例中，逐渐执行从第一燃料到第二燃料的改变。该允许通过将一种或 多种其它成分逐渐地添加到第一燃料中W便提供第二燃料的混合物的方式实现向第二燃 料的简单的转换。
[0024] 在一个实施例中，第一燃料包括液体燃料，第二燃料包括从一个组中选出的燃料， 所述组包括；；用水乳化的馈分燃料、用水乳化的残余燃料、己醇、氨水、二甲離、和它们的混 合物。该实施例对于具有液体燃料喷射器的内燃机来说是有利的。
[0025] 在另一个实施例中，第一燃料包括燃料气，而第二燃料包括从一个组中选出的气 态燃料，所述组包括；具有低热值的蒸发气、合成气、混合有惰性气体的气体、和它们的混合 物。该实施例对于具有基于气体喷射的燃料喷射器的内燃机、或对于具有首先喷射引燃燃 料W进行点火然后喷射作为主燃料的气体的双燃料喷射器的内燃机来说是有利的。
[0026] 根据所讨论的内燃机的规格来确定使用液体燃料或气体燃料。在使用液体燃料的 情况下，乳化到可燃成分中的水构成第二燃料的不可燃烧的成分。在使用气体燃料的情况 下，不参与燃烧的惰性气体（例如氮气）构成第二燃料的不可燃烧的成分。
[0027] 在一种实施例中，内燃机是低速、两冲程十字头柴油机式内燃机。低速内燃机是在 40到