内燃机和用于优化废气后处理装置的方法与流程

本发明针对一种内燃机以及用于优化内燃机的废气后处理装置的方法。

背景技术：

在内燃机的情形下使用选择性催化还原反应器(下文称为scr反应器)来执行选择性催化还原(scr)是公知的。过低废气温度的问题也是公知的，在该过低废气温度下，选择性催化还原不能充分地起作用。

这种过低废气温度尤其在低水平发动机功率时能够遇到，例如小于最大连续功率的百分之40。

尤其在大型船只的船用发动机的情形下，排放要求变得更严格，尤其关于nox排放。因此在低发动机负荷时选择性催化还原的可靠功能甚至是迫切需要的。

dk177631已经公开了对该问题的一种解决方案，其中旁通装置从辅助鼓风机或者进气接收器的下游位置直接被引入scr触媒转换器和涡轮入口之间的线路中的位置。依靠该措施，进入scr装置的废气的废气温度增加。所述变型的劣势在于，由于进气接收器和涡轮的直接连接，必须同时优化用于发动机以及用于scr触媒转换器的操作的进气的压力和温度。此外，尤其在低水平的发动机功率下，由于过低涡轮增压器功率，为了发动机的操作必须在进气接收器的上游使用辅助鼓风机。因此在辅助鼓风机的下游特别是以低负荷抽取空气导致以高压水平抽取空气，也即是说，具有高能量，导致将所述富含能量的空气引导回涡轮。以该方式，涡轮增压器效率增加，这又导致在涡轮增压器的下游的更高压强，因而导致改善了燃烧效率。所述改善的燃烧效率导致特别不期望的较低废气温度。

技术实现要素：

因此本发明的目的是避免现有技术的劣势以及提供一种内燃机，该内燃机能够优化地设定至用于选择性催化还原所需的废气温度，并且能够同时优化地设定为用于发动机的燃烧过程。

该目的依靠如下内燃机以及依靠用于优化废气后处理装置的方法而实现。

尤其是，该目的依靠内燃机、尤其两冲程船用发动机、优选十字头内燃机而实现，其包括至少一个、优选多个连接至废气接收器的气缸。此外，内燃机包括scr反应器，其入口连接至废气接收器的出口。此外，内燃机包括涡轮增压器，其具有涡轮和压缩机，其中，涡轮入口经由涡轮路径连接至scr反应器的出口。涡轮增压器的涡轮驱动压缩机，涡轮增压器的压缩机出口经由进气路径连接至进气接收器。进气接收器连接至内燃机的气缸的进气口，进气路径优选包括进气冷却器。进气接收器包括排放阀。

利用所述类型的内燃机，通过从进气接收器排放空气，能够增加来自燃烧过程的废气温度。排放阀设计成使得来自排放阀的空气不再循环到燃烧过程中，而是直接或者间接地释放至周围环境。

新鲜空气路径连接至涡轮路径，使得新鲜空气能够被引入涡轮路径中，其中，温度控制设备优选形成在新鲜空气路径中。

在本发明的背景中，新鲜空气路径没有将气流直接连接至进气接收器或者位于进气接收器上游的涡轮增压器的压缩机。因此所述新鲜空气路径不是旁通线路。

温度控制设备可以呈冷却器或者加热设备，或者冷却和加热设备的组合的形式。

所述类型的设备允许单独调节进气接收器中的进气压力，并且将温度受控的新鲜空气供给至涡轮路径，使得涡轮增压器功率还能够以开环方式控制。此外，能够优化涡轮增压器转速的稳定性。

新鲜空气路径能够包括压力增加设备。

因而新鲜空气的压力水平能够增加至或者超出scr反应器的下游的废气的压力水平，使得从新鲜空气路径可靠地流入涡轮路径中是可行的。

压力增加设备能够依靠附加涡轮来驱动，其中，附加涡轮能够通过来自进气接收器的空气被驱动和/或能够被电气地驱动。

因而，利用从进气接收器排放的空气的能量来增加新鲜空气路径中的新鲜空气的压力。

新鲜空气路径能够依靠新鲜空气路径分离设备而与涡轮分离。所述类型的分离设备可以是阀、翼板、单向阀或者所述元件的组合。

新鲜空气路径分离设备优选布置于压力增加设备和涡轮路径之间，特别优选布置于温度控制设备和涡轮路径之间，此外特别优选布置于水分离器和涡轮路径之间。

因而能够启用或者禁用新鲜空气向涡轮路径的供给，优选以开环方式控制，以及防止废气进入新鲜空气路径。

因而还能够操作内燃机而不将新鲜空气供给至涡轮路径，尤其在废气温度足够用于可靠操作scr反应器的操作状态下。此外，防止废气进入新鲜空气路径。

尿素喷射器可以形成在内燃机的废气出口与scr反应器之间，其中，温度传感器优选布置于废气出口与尿素喷射器之间的区域中，特定优选布置于尿素喷射器上游的短距离处。

通过使用尿素，优化了nox的还原。

用于测量废气温度的温度传感器可以布置在内燃机的废气出口与涡轮增压器的涡轮之间的区域中。用于测量废气温度的传感器可以优选形成在scr反应器中或者scr反应器的入口处。尤其，温度传感器可以布置于紧接最终催化剂层的下游。温度传感器可以可替换地或者附加地布置在内燃机的废气出口与scr反应器之间的排气线路中，尤其布置在发动机的废气出口与scr反应器的上游的尿素喷射点之间的区域中，优选布置在排气管中，特别优选布置在尿素喷射点上游的短距离处。

所述类型的温度传感器允许精确确定废气的温度，因而直接基于测量值来闭环控制废气温度。此外，能够在尿素喷射点的区域中确定废气温度，使得废气能够保持在用于尿素喷射的优化的范围中。

包括scr旁通阀的scr旁通线路能够形成在废气接收器和涡轮路径之间，使得scr反应器能够被绕过。

甚至在scr反应器故障的情形下scr旁通线路允许发动机继续操作，因而用作发动机的操作可靠性。

新鲜空气路径能够包括水分离器，其优选布置于温度控制设备的下游。

因而，还可以的是，仅处于最干燥可能状态的空气回传至涡轮，使得还可以的是使涡轮中发生的腐蚀最小化。尤其在冷却温度控制设备中的空气期间，由于较冷空气的较低吸水能力，使用水分离器是有利的。

进气路径可以包括水分离器，其优选布置于进气冷却器的下游。

因而能够从进气移除湿气，处于最干燥状态的空气能够进入燃烧室。因而情形是发生的腐蚀较少。

内燃机可以包括开环控制单元，其中，通过新鲜空气路径供给新鲜空气和/或将空气排出进气接收器能够以开环方式依靠开环控制单元控制，优选以取决于温度传感器的测量的温度值的方式控制。可替换地，开环控制可以构造为取决于发动机的负荷状态。

尤其是，能够以开环方式依靠开环控制单元控制新鲜空气路径分离设备和/或排放阀。

此外，开环控制单元能够以开环方式控制温度控制设备，使得能够按照要求冷却或者加热空气。此外，开环控制单元能够以开环方式控制新鲜空气路径中的压力增加设备和/或水分离器。

通过温度控制设备的开环控制，被供给的新鲜空气能够在用于过程稳定性而优化的温度下被供给。通过压力增加设备的开环控制，能够将被供给的空气的压力增加至允许新鲜空气流入至涡轮路径的压力水平。

在该情况下根据本发明的开环控制单元能够呈纯粹开环控制单元的形式或者呈闭环控制单元的形式。此外，各个设备(诸如要以开环方式控制的阀)以及其他设备(诸如温度控制设备或者压力增加设备)能够具有闭合控制环。

此外，该目的依靠用于优化废气(尤其是上述内燃机的废气)后处理的方法而实现，该方法包括以下步骤：

-测量废气温度，优选在scr反应器中或者在scr反应器附近，依靠温度传感器，或者确定内燃机的负荷范围，

-比较测量的废气温度与设定点范围或者设定点值，或者比较发动机的负荷范围与低负荷范围或者低负荷值，优选在开环控制单元中，

-在偏离设定点范围或者设定点值的情形下，尤其在未达目标(undershoot)的情形下，或者在达到低负荷范围或者低负荷值的情形下，打开排放阀，使得空气从进气接收器排放至周围环境。

因而，进气接收器中的压力降低，空气以较低压供给至发动机。这导致较低的发动机效率，因而导致更高废气温度。利用所述类型的方法，能够确保scr反应器的可靠功能。

例如，低负荷范围位于发动机负荷的0-50％，尤其在iso标准条件下位于0-40％，低负荷值位于发动机负荷的40％。例如，废气的设定点温度范围位于从250℃至500℃的范围中，例如，来自尿素喷射点的废气的设定点温度位于至少310℃的区域中。

新鲜空气能够凭借打开的新鲜空气路径被引入涡轮路径中，使得空气被引导进位于scr反应器与涡轮增压器的涡轮之间的涡轮路径中。新鲜空气路径中的空气被优选地计量以及优选地进行温度控制，使得优化涡轮增压器功率。因而，对于整个系统的操作，内燃机的操作保持在优化范围中。

新鲜空气路径中的空气能够依靠压力增加设备设定至较高压力水平。压力增加设备优选由附加涡轮驱动，其中，附加涡轮尤其通过来自进气接收器的空气驱动和/或被电气地驱动。

因而效率损失降低，这是由于利用从进气接收器排放的空气来增加施加至涡轮路径的新鲜空气的压力水平。

附图说明

基于附图，在以下示范实施例中将更详细地讨论本发明。在附图中：

图1是本发明第一实施例的示意图，

图2是本发明第二实施例的示意图。

参考标记

1内燃机

2废气接收器

3scr反应器3a)入口3b)出口

4涡轮增压器

5涡轮

6压缩机

7涡轮路径

8进气路径

9进气接收器

10进气口

11进气冷却器

13温度控制设备

14水分离器

16水分离器

17压力增加设备

19开环控制单元

20温度传感器

22排放阀

23scr旁通线路

24scr旁通阀

25废气接收器出口阀

26尿素喷射器

27涡轮路径阀

28新鲜空气路径

29新鲜空气路径阀

30附加涡轮

具体实施方式

图1是内燃机1的示意图，内燃机1包括废气接收器2。废气接收器2从内燃机1的气缸收集排气。来自废气接收器2的废气被引导通过scr反应器3，然后被引导至涡轮增压器4的涡轮5。选择性催化反应器3具有入口3a和出口3b。scr反应器的入口3a连接至废气接收器的出口2b。来自scr反应器3的出口3b的废气通过涡轮路径7以及通过涡轮入口5a被引导至涡轮5。废气接收器出口阀25和尿素喷射器26附加地布置于废气接收器2和scr反应器3的入口3a之间。在故障的情形下或者在没有scr反应器3的操作情形下，依靠废气接收器出口阀25，scr反应器3能够被禁用。

可选地，在所有示范实施例中温度传感器28能够附加地布置于后喷射器26上游的较短距离处，依靠该温度传感器能够测量紧接在尿素喷射器的上游的废气温度。温度传感器28连接至控制单元19，使得能够检测废气的温度偏差，并且能够实施测量温度的增加。

此外，涡轮路径阀27布置于scr反应器3的出口3b的下游，该涡轮路径阀能够使得scr反应器3的出口3b同样在未使用的情形下或者在故障的情形下关闭。涡轮增压器4的涡轮5驱动压缩机6，依靠压缩机6来压缩新鲜空气。所述新鲜空气通过进气路径8从压缩机出口6b被引导至进气接收器9中。此外进气路径8包括进气冷却器11和水分离器14。被压缩的新鲜空气从进气路径8被引导至进气接收器9中并且通过进气口10被供给至气缸用于下一个燃烧过程。

进气接收器9包括排放阀22，压力能够通过排放阀22从进气接收器9排放。依靠进气接收器9中的所述压力降低，较少能量通过进气口10供给至燃烧过程，由此内燃机的效率减小，废气的温度增加。因而废气的温度能够增加至scr反应器3起作用的水平。

此外，新鲜空气能够通过新鲜空气路径28被引入涡轮路径。新鲜空气路径28依靠新鲜空气路径阀29从涡轮路径7分离，使得新鲜空气路径仅当需要时被启用。供给至涡轮路径7的新鲜空气降低了废气和用于驱动涡轮增压器4的涡轮5的新鲜空气的混合物的温度。以该方式，新鲜空气在涡轮增压器4的压缩机6中被压缩至较小程度，在进气接收器9中产生较低压力水平。因而，在该情况下，燃烧过程的效率也降低，因而废气温度增加。此外新鲜空气路径28包括压力增加设备17，位于压力增加设备17下游的温度控制设备13，以及位于温度控制设备13下游的水分离器16。因而能够控制被供给的新鲜空气的压力、温度以及含湿量，将它们设定为需要的值。所述类型的新鲜空气路径28能够使得新鲜压缩空气被引入涡轮路径7，为了优化温度控制的目的，尤其在为了优化操作scr反应器3而使scr反应器中的温度太低的情况下。能够依靠温度传感器20确定scr反应器3中的废气的温度，温度传感器20布置在scr反应器3中或者布置在scr反应器3的端部3a处。可替换地，机器负荷可以用作温度范围的接近。尤其在iso标准条件下在内燃机1的机器负荷小于最大负荷的40％的情形下，根据本发明，废气温度太低并且为了正确的操作scr反应器3而必须增加。

优选以开环方式依靠开环控制单元19控制新鲜空气路径29，使得仅当实际需要时新鲜空气路径28能够被启用。开环控制单元19优选从温度传感器20接收温度信号，温度传感器20安置在scr反应器3中并且确定废气温度。此外开环控制单元19优选以开环方式控制进气接收器9的排放阀22、压力增加设备17、温度控制设备13和水分离器16。因而开环控制设备能够以开环方式控制用于改变废气的温度和压力的所有设备。

进气路径8包括进气冷却器11和水分离器14。进气冷却器11控制被压缩的新鲜空气的温度，使得为了期望目的，内燃机1中的燃烧过程能够优化地发生。进气接收器9收集从进气接收器9被引导至内燃机1的进气口10的进气。依靠排放阀22能够非常快速地降低进气接收器9中的压力，使得能够快速设定废气温度。

此外，包括scr旁通阀24的scr旁通线路23布置于废气接收器2和涡轮路径7之间。如果不再需要scr反应器3或者其不再能够被操作，来自废气接收器2的废气能够通过所述scr旁通线路23被引导至涡轮增压器4的涡轮5。

图2的实施例基本与图1示出的实施例一致，其中，通过排放阀22离开进气接收器9的空气驱动附加涡轮30。附加涡轮30可操作地连接至压力增加设备17，使得总体效率增加，这是由于来自排放阀22的空气用于进一步目的，而不是简单地被排放。可选地或者附加地，附加涡轮30能够被电气地驱动。