内燃发动机和用于优化内燃发动机的排气后处理的方法技术

本发明专利技术涉及内燃发动机和用于优化内燃发动机的排气后处理的方法。内燃发动机(1)包括：至少一个连接到排气接收器(2)的气缸；SCR反应器(3)，其入口(3a)连接到排气接收器的出口(2b)；以及带有涡轮机(5)和压缩机(6)的涡轮增压器(4)。涡轮机入口(5a)经由涡轮机路径(7)连接到SCR反应器的出口(3b)，涡轮增压器(4)的涡轮机(5)驱动压缩机，并且涡轮增压器的压缩机出口(6b)经由增压空气路径(8)连接到增压空气接收器(9)。增压空气接收器连接到内燃发动机(1)的气缸的空气入口(10)，增压空气路径包括增压空气冷却器(11)。在增压空气冷却器的上游布置有将增压空气路径连接到涡轮机路径的旁通管路(12)。

【技术实现步骤摘要】
内燃发动机和用于优化内燃发动机的排气后处理的方法
本专利技术涉及内燃发动机以及用于优化内燃发动机的排气后处理的方法。
技术介绍
在内燃发动机中使用选择性催化还原反应器(以下称为SCR反应器)执行选择性催化还原(SCR)是已知的。在过低的排气温度下，选择性催化还原不能充分地发挥作用的问题也是已知的。所述过低的排气温度尤其是会在低发动机功率水平的情况下遇到，例如低于最大连续功率的百分之四十。具体地，在大型船舶的船用发动机中，排放规定变得越来越严格，尤其是关于NOx排放。所以，选择性催化还原的可靠工作在低发动机负载下是非常必要的。DK177631已经公开了一种解决方案，其中旁通通道从辅助风机或增压空气接收器的下游位置直接连接到SCR催化转化器与涡轮机入口之间的管路上的某个位置。通过这种措施，进入SCR设备的排气的排气温度被升高。所述方案的缺点在于，由于增压空气接收器和涡轮机的直接连接，增压空气的压力和温度必须同时针对发动机和SCR催化转化器的运行被优化。另外，相对冷的空气的再循环导致不稳定的涡轮增压器转速。另外，尤其是在低发动机功率水平下，因为过低的涡轮增压器功率的原因，在增压空气接收器的上游使用辅助风机对于发动机的运行而言是必要的。所以，在辅助风机下游的空气的抽取导致高压力水平下的空气抽取，尤其是在低负载的情况下，也即是说具备高能量，并且导致所述富含能量的空气被导回涡轮机。通过这种方式，涡轮增压器效率被提高，这又导致涡轮增压器下游的更高的压力，进而提高了燃烧效率。所述被提高的燃烧效率导致更低的排气温度，这是尤其不希望的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是避免现有技术的缺点并提供一种内燃发动机，它能被最佳地设置到选择性催化还原所需的排气温度，同时能针对发动机的理想燃烧过程被最佳地设置。上述目标可以通过一种内燃发动机以及一种用于优化排气后处理的方法来实现。具体地，该目标通过一种内燃发动机来实现，尤其是一种两冲程船用发动机，优选是十字头内燃发动机，该发动机包括至少一个优选多个连接到排气接收器的气缸。该内燃发动机还包括SCR反应器，该SCR反应器的入口连接到所述排气接收器的出口。此外，该内燃发动机包括带有涡轮机和压缩机的涡轮增压器，其中，涡轮机入口经由涡轮机路径连接到所述SCR反应器的出口。所述涡轮增压器的所述涡轮机驱动所述压缩机，并且所述涡轮增压器的压缩机出口经由增压空气路径连接到增压空气接收器。所述增压空气接收器连接到所述内燃发动机的所述气缸的空气入口，并且，所述增压空气路径包括增压空气冷却器。在所述增压空气冷却器的上游布置有将所述增压空气路径连接到所述涡轮机路径的旁通管路。作为抽取和再循环涡轮增压器的压缩机的正下游的温暖压缩空气的结果，一方面使SCR反应器上游的排气温度被升高，从而使SCR反应器可靠地工作。另一方面，涡轮增压器的转速保持相对稳定，而不用考虑空气的再循环，从而使总过程保持稳定并能最佳地运行。在增压空气冷却器的下游，可以布置温度控制装置和/或水分离器。温度控制装置可以是冷却器或加热装置的形式，或者是冷却与加热装置的组合。所述类型的装置使得旁通路径中的空气的温度独立于增压空气的温度控制被控制成为可能，因此允许精确地设置涡轮增压器功率。水分离器从增压空气中去除水分，空气以最干燥的可能状态流入燃烧室。因此产生更少的腐蚀。旁通管路可以包括旁通管路入口阀，旁通管路能借助于该旁通管路入口阀而被完全地或局部地打开和关闭。因此，旁通管路可以只在它被实际需要时才被使用，也即是说，只在排气温度对于选择性催化还原的最佳运行而言过低的情况下才使用旁通管路。旁通管路可以包括温度控制装置和/或水分离器。因此，只有处于最干燥的可能状态的空气和/或受到最佳温度调控的空气才能回流到涡轮机，从而使涡轮机中发生最少的腐蚀。旁通管路可以包括压力增加装置，该压力增加装置优选地被布置在温度控制装置的上游。借助于旁通管路中的压力增加装置，所述压力能独立于增压空气接收器中的压力而被调节。另外，所述压力能被优化到涡轮机上游的涡轮机路径中的压力或者稍高于该压力，从而使从旁通管路进入涡轮机路径的可靠入流成为可能。旁通管路可以包括旁通管路关闭装置。旁通管路关闭装置例如可以是阀门、翻板、逆止阀或者它们的组合。旁通管路关闭装置使旁通管路与涡轮机路径的隔离成为可能，因此能够防止排气在未使用的情况下从涡轮机路径直接进入旁通管路。所述内燃发动机可以包括开环控制单元，所述旁通管路入口阀，并且优选地，旁通管路出口阀，能够借助于所述开环控制单元而被打开和关闭，尤其是局部打开。另外，开环控制单元可以以开环的方式控制温度控制装置，从而使空气能够按照需要被冷却或加热。另外，开环控制单元可以以开环的方式控制旁通管路中的压力增加装置和水分离器。另外，新鲜空气供给阀也可以以开环的方式被开环控制单元控制。根据本专利技术的开环控制单元可以是纯开环控制单元的形式或者是闭环控制单元的形式。对于单个装置而言，例如阀门，以开环的方式被控制也是可能的，而对于其它装置而言，例如温度控制装置或压力增加装置，具有闭合控制环也是可能的。尿素喷射器可以被形成在内燃发动机的排气出口和SCR反应器之间，其中温度传感器优选地被布置在排气出口与尿素喷射器之间的区域内，尤其优选地，位于尿素喷射器的上游的短距离处。通过使用尿素，NOx的还原被优化。可以在发动机的排气出口与涡轮增压器的涡轮机之间的区域内布置用于测量排气温度的温度传感器。温度传感器可以优选地形成在SCR反应器内或者形成在SCR反应器的入口处。具体地，温度传感器可以被直接地布置在最终催化剂层的下游。温度传感器可以替代地或额外地被布置在内燃发动机的排气出口与选择性催化反应器之间的排气管路中，尤其是在发动机排气出口与SCR反应器上游的尿素喷射点之间的区域内，优选是在排气管中，尤其优选是在尿素喷射点的上游的短距离处。所述类型的温度传感器允许精确地确定排气的温度，尤其是在催化反应器中或非常靠近催化反应器的位置，由此基于测量值来引导排气温度的闭环控制。另外，排气温度可以在尿素喷射点的区域内被确定，从而使排气能保持在对尿素喷射而言最佳的范围内。来自温度传感器的数据被发送给开环控制单元也是优选的，其中，在开环控制单元中，阀门和/或旁通管路中空气的压力和/或温度可以根据已存储的设定值或设定范围以闭环的方式受到控制。旁通管路可以包括新鲜空气供给阀，新鲜空气能穿过该阀而被引入旁通管路。新鲜空气供给阀优选地被布置在温度控制装置的上游，尤其优选地在压力增加装置的上游。通过使用额外的新鲜空气供给阀，新鲜空气能被额外地引入旁通管路，从而使来自压缩机的空气与新鲜空气混合，或者只有新鲜空气经旁通管路而被引入涡轮机路径。这种方案提高了内燃发动机的灵活性和开环控制能力，并通过额外的冷却降低了涡轮增压器效率。新鲜空气供给阀在温度控制装置上游的布置使得新鲜空气的温度受到控制成为可能，另外新鲜空气供给阀在压力增加装置上游的布置允许将压力调节到涡轮机路径中的压力。因此，排气温度是独立于增压空气的温度和增压空气的压力以开环的方式可控制的。增压空气接收器可以包括排放阀。增压空气接收器中的排放阀增大了使增压空气接收器中的压力降低的可能性，因此进一步提高了用于最佳燃烧和催化转化过程的过程变量的开环控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃发动机(1)，尤其是两冲程船用发动机，优选是十字头内燃发动机，该发动机包括：至少一个，优选多个，连接到排气接收器(2)的气缸；SCR反应器(3)，该SCR反应器的入口(3a)连接到所述排气接收器(2)的出口(2b)；以及带有涡轮机(5)和压缩机(6)的涡轮增压器(4)，其中，涡轮机入口(5a)经由涡轮机路径(7)连接到所述SCR反应器(3)的出口(3b)，其中，所述涡轮增压器(4)的所述涡轮机(5)驱动所述压缩机(6)，并且所述涡轮增压器的压缩机出口(6b)经由增压空气路径(8)连接到增压空气接收器(9)，其中，所述增压空气接收器(9)连接到所述内燃发动机(1)的所述气缸的空气入口(10)，并且其中，所述增压空气路径(8)包括增压空气冷却器(11)，其特征在于，在所述增压空气冷却器(11)的上游布置有将所述增压空气路径(8)连接到所述涡轮机路径(7)的旁通管路(12)。

【技术特征摘要】
2015.12.04 EP 15198052.11.一种内燃发动机(1)，尤其是两冲程船用发动机，优选是十字头内燃发动机，该发动机包括：至少一个，优选多个，连接到排气接收器(2)的气缸；SCR反应器(3)，该SCR反应器的入口(3a)连接到所述排气接收器(2)的出口(2b)；以及带有涡轮机(5)和压缩机(6)的涡轮增压器(4)，其中，涡轮机入口(5a)经由涡轮机路径(7)连接到所述SCR反应器(3)的出口(3b)，其中，所述涡轮增压器(4)的所述涡轮机(5)驱动所述压缩机(6)，并且所述涡轮增压器的压缩机出口(6b)经由增压空气路径(8)连接到增压空气接收器(9)，其中，所述增压空气接收器(9)连接到所述内燃发动机(1)的所述气缸的空气入口(10)，并且其中，所述增压空气路径(8)包括增压空气冷却器(11)，其特征在于，在所述增压空气冷却器(11)的上游布置有将所述增压空气路径(8)连接到所述涡轮机路径(7)的旁通管路(12)。2.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其特征在于，在所述增压空气冷却器(11)的下游布置有水分离器(14)。3.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管路(12)包括旁通管路入口阀(15)，所述旁通管路(12)能借助于该旁通管路入口阀(15)而被完全地或局部地打开和关闭。4.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管路(12)包括温度控制装置(13)和/或水分离器(16)。5.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管路(12)包括压力增加装置(17)，该压力增加装置优选地布置在所述温度控制装置(13)的上游。6.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管路(12)包括旁通管路关闭装置(18)。7.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述内燃发动机(1)包括开环控制单元(19)，所述旁通管路入口阀(15)且优选是旁通管路出口阀(18)能够借助于该开环控制单元而被打开和关闭，尤其是局部打开。8.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，在所述发动机(1)的排气出口与所述涡轮增压器(4)的涡轮机(5)之间的区域内布置有用于测量排气温度的温度传感器(20)，尤其是，在所述SCR反应器内或者在所述SCR反应器(3)的所述入口处形成有温度传感器(20)。9.根据前述权利要求之一所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管路(12)包括新鲜空气供给阀(21)，新鲜...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布伦纳，M·布鲁奇，D·卡道，
申请(专利权)人：温特图尔汽柴油公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH