排气系统和用于控制排气的流动的方法技术方案

一种内燃机(2)的排气系统(1)，包括发动机排气管道(4)以及包括连接到发动机排气管道的主排气管道(5)和至少一个催化转化器(9)的后处理系统(3)，还包括用于允许排气绕过后处理系统的旁通管道(10)，用于分别控制经由旁通管道和后处理系统输送的排气的流动中的每个的可调节的旁通端口和可调节的主端口的控制系统，以及配置成确定当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的量并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或后处理系统内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口的控制系统。

Exhaust system and methods for controlling the flow of exhaust gas

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】排气系统和用于控制排气的流动的方法
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的内燃机的排气系统、这种排气系统在船用发动机中的用途、以及用于控制内燃机的排气系统内的排气的流动的方法。
技术介绍
为了符合当前的排放法规，船用发动机可以配备有后处理系统，以减少排气中存在的氮氧化物(NOx)的量。然而，海上保险协会的政策要求如果船用发动机配备有后处理系统，则必须采取措施以使来自发动机的排气的流动不会被阻塞。其原因在于船用发动机用于海上的推进和辅助发电，即使较小的可用功率减少也可能成为安全的关键问题。因此，可用发动机功率必须优先于排放水平合规性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种至少在某些方面改进的适用于处理来自船用内燃机的排气的解决方案。特别地，本专利技术的目的是提供一种排气系统，该排气系统一方面满足排放法规，另一方面不存在被阻塞从而损害发动机功率的风险。另一个目的是减少后处理系统的磨损，这可能由于在不利的操作条件下操作而产生，并且可能导致催化转化器内的反应速率降低。根据本专利技术的第一方面，至少主要目的借助于最初限定的排气系统实现，其特征在于它包括：-在后处理系统的上游连接到发动机排气管道的旁通管道，用于允许排气绕过后处理系统，-可调节的旁通端口，借助于该旁通端口可以控制经由旁通管道输送的排气的流动，-可调节的主端口，借助于该主端口可以控制经由后处理系统输送的排气的流动，以及-控制系统，其配置成确定当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的量，并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或基于后处理系统内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口。该排气系统特别适用于船舶应用中的柴油发动机和柴油发电机(发电机组)。如果存储在催化转化器中的碳氢化合物(HC)的量使得这适合于不引起排气的流动的阻塞或劣化或放热反应，则它允许排气绕过后处理系统。如果存储的HC的量很高，则通常是这种情况，在这种情况下，通过后处理系统输送的排气的流动可以借助于主端口切断，而旁通端口打开使得排气经由旁通管道输送。当合适时，诸如当排气的温度足够高时，主端口可以逐渐打开，从而可以进行受控的HC蒸发。由于主端口和旁通端口独立可控，旁通端口可以在主端口打开期间保持打开，与具有单一端口的系统或具有不能独立控制的端口的系统相比，这改善了对HC蒸发过程的控制。因此，双独立可控端口改善了可用发动机功率必须优先于排放水平的应用中的排放控制。期望绕过后处理系统的另一种情况是当催化转化器中的温度低时，在这种情况下，存在大量HC被存储于催化转化器中的风险。存储在催化转化器中的大量HC可能随后导致催化转化器中的放热反应，因此期望保持存储的HC的量小。催化转化器在该排气系统中通常是选择性催化还原(SCR)单元，其可以与氨逃逸催化转化器单元组合。氧化催化器可以与SCR单元一起使用或不与SCR单元一起使用，并且颗粒过滤器也可以与SCR单元和/或氧化催化器组合使用。当催化转化器是SCR单元时，后处理系统还应包括用于将尿素混合到催化转化器的上游的排气中的混合器。后处理系统可以包括一个或多个催化转化器，诸如在混合器的下游并联连接的呈SCR单元形式的两个催化转化器。根据本专利技术的一个实施方式，排气系统包括上游温度传感器，该上游温度传感器配置成测量紧邻至少一个催化转化器的上游的排气的上游温度，并且控制系统还配置成基于来自所述上游温度传感器的信号来控制主端口和旁通端口。上游温度可以例如用于确定HC的量并在HC的蒸发期间控制主端口。根据本专利技术的一个实施方式，控制系统配置成基于上游温度和与内燃机的当前操作条件相关的数据来确定碳氢化合物的量。这是一种可靠且成本有效的方法，用于确定催化转化器中存储的HC的量而无需使用HC传感器。根据本专利技术的一个实施方式，与当前操作条件相关的所述数据至少包括发动机负载和发动机转速。根据本专利技术的一个实施方式，排气系统还包括下游温度传感器，该下游温度传感器配置成测量紧邻至少一个催化转化器的下游的排气的下游温度，并且控制系统还配置成基于来自下游温度传感器的信号来控制主端口和旁通端口。下游温度可以用于检测催化转化器内是否发生放热反应。优选地，该配置中的系统还包括上游温度传感器，在这种情况下，主端口和旁通端口可以基于上游温度和下游温度之间的温度差来操作。例如，如果下游温度超过上游温度超过预先确定的量，或者如果下游温度快速增加，则排气系统可以配置成完全打开两个端口。根据本专利技术的一个实施方式，控制系统配置成根据预先确定的控制状态来控制主端口和旁通端口，该预先确定的控制状态至少包括主端口完全打开且旁通端口完全关闭的运转状态，以及旁通端口完全打开并且主端口完全关闭的旁通状态。还可以包括其他控制状态，诸如根据例如上游温度和/或排气压力来控制主端口的控制状态。在某些控制状态下，主端口可以部分打开，而旁通端口完全打开。根据本专利技术的一个实施方式，控制系统配置成响应于设计用于检测需要改变控制状态的条件的诊断测试的结果来选择合适的控制状态。这些条件可以包括高排气压力，催化转化器的上游和/或下游的高温或低温，优选与存储的HC的量等组合。根据本专利技术的一个实施方式，控制系统还配置成，当在控制状态之间切换时，在开始关闭所述端口中的另一个之前完全打开所述端口之一。这确保了排气通过排气系统的无阻碍流动。根据本专利技术的一个实施方式，预先确定的控制状态还包括放热状态，其中两个端口都是完全打开的。通过完全打开两个端口，排气可以自由地通过后处理系统和旁通管道，并且相对冷的排气可以由此冷却过热的催化转化器。根据本专利技术的一个实施方式，预先确定的控制状态还包括蒸发状态，其中旁通端口完全打开并且主端口至少基于当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的所述量来控制。这允许调节通过后处理系统的排气的流动，使得可以进行存储在催化转化器中的HC的蒸发。根据本专利技术的一个实施方式，排气系统包括机械构件，用于在控制系统的电源被关闭情况下将排气系统置于旁通状态。这确保了在致动器的动力由于某种原因被切断的情况下，排气总是可以自由地通过旁通管道。根据本专利技术的一个实施方式，排气系统还包括压力传感器，其配置成测量旁通管道的上游的排气压力，其中控制系统还配置成基于来自所述排气压力传感器的信号来至少控制旁通端口。如果在给定发动机的当前操作条件的情况下，测量到的压力与预期的压力不一致，则可以调节旁通端口的开度并且可选地调节主端口的开度。根据本专利技术的一个实施方式，旁通端口和主端口可以使用独立可控的阀来控制。阀应优选地提供在完全打开状态与完全关闭状态之间连续调节的可能性。根据本专利技术的一个实施方式，所述阀是蝶阀。这是一种成本有效的阀选择，可以在打开状态与关闭状态之间连续调节。根据本专利技术的另一方面，借助于使用所提出的排气系统作为船用发动机或柴油发电机的排气系统来实现上述主要目的。根据本专利技术的另一方面，上述主要目的借助于一种用于控制所提出的排气系统内的排气的流动的方法来实现，包括以下步骤：-确定当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的量，-至少基于碳氢化合物的所述量来控制可调节的旁通端口，-独立于旁通端口并且至少基于碳氢化合物的所述量来控制可调节的主端口。从所提出的排气系统的上述描述中可以看出这种方法的优点和有利特征。从以下描述中可以看出本专利技术的其他有利特征以及优点。附图说明下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机(2)的排气系统(1)，包括：‑发动机排气管道(4)，‑后处理系统(3)，其包括连接到发动机排气管道(4)的主排气管道(5)和至少一个催化转化器(9)，其特征在于，排气系统(1)还包括：‑旁通管道(10)，其在后处理系统(3)的上游连接到发动机排气管道(4)，用于允许排气绕过后处理系统(3)，‑可调节的旁通端口，能够借助于所述旁通端口控制经由旁通管道(10)输送的排气的流动，‑可调节的主端口，能够借助于所述主端口控制经由后处理系统(3)输送的排气的流动，以及‑控制系统，其配置成确定当前存储在催化转化器(9)中的碳氢化合物的量并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或基于后处理系统(3)内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.12 SE 1651633-81.一种内燃机(2)的排气系统(1)，包括：-发动机排气管道(4)，-后处理系统(3)，其包括连接到发动机排气管道(4)的主排气管道(5)和至少一个催化转化器(9)，其特征在于，排气系统(1)还包括：-旁通管道(10)，其在后处理系统(3)的上游连接到发动机排气管道(4)，用于允许排气绕过后处理系统(3)，-可调节的旁通端口，能够借助于所述旁通端口控制经由旁通管道(10)输送的排气的流动，-可调节的主端口，能够借助于所述主端口控制经由后处理系统(3)输送的排气的流动，以及-控制系统，其配置成确定当前存储在催化转化器(9)中的碳氢化合物的量并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或基于后处理系统(3)内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口。2.根据权利要求1所述的排气系统，还包括上游温度传感器(16)，其配置成测量紧邻所述至少一个催化转化器(9)的上游的排气的上游温度(T_up)，其中控制系统进一步配置成基于来自所述上游温度传感器(16)的信号来控制主端口和旁通端口。3.根据权利要求2所述的排气系统，其中，控制系统配置成基于上游温度(T_up)并且基于与内燃机(2)的当前操作条件相关的数据来确定碳氢化合物的量。4.根据权利要求3所述的排气系统，其中，与当前操作条件相关的所述数据至少包括发动机负载和发动机转速(ω)。5.根据权利要求2至4中任一项所述的排气系统，还包括下游温度传感器(17)，其配置成测量紧邻所述至少一个催化转化器(9)的下游的排气的下游温度(T_down)，其中，控制系统还配置成基于来自下游温度传感器(17)的信号来控制主端口和旁通端口。6.根据前述权利要求中任一项所述的排气系统，其中，控制系统配置成根据预先确定的控制状态来控制主端口和旁通端口，所述预先确...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·哈坎松霍尔斯特，T·约翰逊，R·尼尔松，P·维克斯特伦，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE