内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法技术

本发明专利技术涉及内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法。内燃发动机(1)包括至少一个气缸(1a)，气缸(1a)具有用于所述气缸的废气的气缸出口(2)。所述内燃发动机(1)包括连接到每个气缸出口(2)的主排气管(3)和绕过所述主排气管(3)的至少部分的旁通管(4)。所述旁通管(4)优选地具有比所述主排气管(3)小的容积，特别地，具有比所述主排气管的被绕过部分小的容积。所述旁通管(4)包括供用于确定废气成分的传感器(6)或测量装置插入的测量开口(5)。

Internal combustion engines and methods for measuring the composition of exhaust gases in exhaust gases

【技术实现步骤摘要】
内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法
本专利技术涉及内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法。
技术介绍
在现有技术中已知要清洁来自内燃发动机的废气。在现有技术中已知许多用于去除不同的诸如NOx、COx或硫化合物这样的不需要成分的清洁原理。目前，所有清洁机制都是基于粗略指示不需要化合物的比例是多少进而可被清洁并且必须被清洁多少。EP2309103A2公开了废气后处理系统和旁路。在旁路中设置有传感器，该传感器用于测定碳氢化合物或氮氧化物或一氧化碳或二氧化碳或颗粒浓度。US7255098B1公开了发动机排放控制系统。该系统还可包括NOx传感器，NOx传感器被配置为对发动机所产生的废气中的NOx量进行NOx测量。传感器可位于旁路流动路径中。EP2813678A1涉及联接到后处理系统的废气采样装置。废气采样装置包括入口通道、出口通道、传感器通道和传感器。传感器通道流体地设置在入口通道和出口通道之间，并且传感器与传感器通道流体连通，以便提供指示废气的这部分性质的信号。出口通道将废气的这部分重新引回到后处理系统中。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是避免现有技术的缺点，具体地，创造允许更精确地确定废气中的废气成分的内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法。该目的是通过内燃发动机和测量废气中的废气成分的方法来实现的。该目的具体地是通过内燃发动机(优选地，二冲程十字头大型船舶发动机)来实现的，该内燃发动机包括至少一个气缸(优选地，至少两个气缸)，气缸具有用于气缸的废气的气缸出口。内燃发动机包括连接到每个气缸出口的主排气管和绕过主排气管的至少部分的旁通管。旁通管优选地具有比主排气管小的容积(特别地，比主排气管小的直径)，特别地，具有比主排气管的被绕过部分小的容积。旁通管包括供用于确定废气成分的传感器或测量装置插入的测量开口。此内燃发动机允许测量被绕过废气部分中的废气成分，这造成一方面大体有可能确定成分，另一方面得到更准确的测量结果。根据本专利技术的大型船舶发动机是其气缸的内径为至少200mm的内燃发动机。发动机优选地是二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油发动机或双燃料发动机。根据本专利技术的主排气管是布置在气缸出口和涡轮增压器之间的排气管。传感器(优选地，NOx传感器)可以被插入测量开口中。通过将传感器插入测量开口中，可确定所关注的特定组件。在所关注的是NOx的情况下，传感器是NOx传感器。根据本专利技术的传感器是测量装置，其被固定到旁通管以在使用发动机期间测量所关注成分，并且特别地一直保持安装在旁通管上。测量装置可在需要时被插入开口中，并且在测量之后被取出。这导致有可能直接测量废气成分，并且使得能够调整特别地在传感器下游或与传感器平行的清洁系统，以便针对测量值进行适当的定量。旁通管可包括连接管，该连接管连接到每个气缸使得来自每个气缸的废气能引导通过旁通管。通过连接管，每个气缸的一部分废气被引导通过旁通管，而大部分废气仍然被引导通过主排气管。与每个气缸的连接导致旁通管和主排气管中的废气相同的相对混合，进而得到更准确的测量结果。旁通管可包括第一位置处的第一直径和第二位置处的第二直径，其中，第二位置布置在第一位置的下游并且第二直径大于第一直径。根据本专利技术的直径对应于在没有圆形管的情况下的横截面。这样，被引导通过旁通管的气体松弛(relaxed)，因为旁通管的容积增加。这导致废气被冷却，由此有可能在较低温度下进行测量，尤其是在传感器或测量装置在较高温度和/或压力下不能够测量或精确测量的情况下。内燃发动机另外可包括用于降低废气中的NOx浓度的SCR反应器，其中，SCR反应器布置在主排气管中并且至少一个还原剂注入器布置在SCR反应器的上游。根据本专利技术的SCR反应器被定义为在其中发生催化反应的催化剂层。对SCR反应器的催化层周围并不专门需要有框架或箱体，即便不排除有这种情况。在主排气管中使用SCR反应器能够使大部分废气中的NOx还原，即便废气中的NOx的测量不取决于被引导通过主排气管的一部分废气。此外，通过将测量部分与主要部分分离，不需要将任何传感器直接放置在气缸或气缸出口处，因为还原剂注入器必须被布置在SCR反应器的上游并且几乎没有空间用于接近气缸的附加传感器。此外，根据本专利技术的传感器能够测量对应于主要废气部分中的NOx值的NOx的正确值，因为考虑了来自所有气缸的废气。还原剂注入器可适于注入尿素、氨或其他能够增强SCR中的还原反应的还原装置。在关注的废气的另一部分(例如，诸如硫(或硫化合物)、颗粒、CO、CO2、HC或CH4)的情况下，SCR反应器显然不是必需的。在硫(或硫化合物)的情况下，例如，SCR反应器可以用洗净器(washer)或洗涤器(scrubber)取代。在颗粒的情况下，颗粒过滤器可被用作废气清洁装置。对于CO、HC或CH4，可使用氧化催化剂。对于CO2，可使用CO2收集器或CO2洗涤器。另外，可使用洗涤器或使用废气清洁装置的组合。在这种情况下，另外，使用对应的传感器或测量装置，所以使用CO传感器、CO2传感器、HC传感器、CH4传感器、硫传感器或颗粒传感器。另选地，所有这些传感器都可以被构建为测量装置。旁通管(特别地，连接管)可包括至少一个限制装置，特别地，包括孔口或/和止回阀。通过使用限制装置，能够经过旁通管或连接管的废气量减少，由此实现来自所有气缸的气体的优化混合。限制装置可能不会布置在所有连接管中以产生从每个气缸到旁通管的可比较的废气流，使得来自旁通管中的所有气缸的废气的混合物对应于主排气管中的混合物。止回阀避免了从旁通管到气缸的气体的回流。这样得到更准确的测量结果。旁通管包括喷射喷嘴，该喷射喷嘴被布置成使得流(优选地，空气流)能引导到传感器或测量装置上。这使得能够在不拆卸传感器或测量装置的情况下对其进行清洁和/或校准。内燃发动机还可包括还原剂控制单元，该还原剂控制单元被配置为基于传感器或测量装置(特别地，NOx传感器)的测量值来控制还原剂的注入。这样，还原剂的使用可适应需要，不会过量或不足定量。这导致废气的清洁被优化，同时导致发动机和排气系统本身具有更好的耐久性。旁通管可包括温度调节单元，优选地包括加热器。为了防止冷凝，被引导通过旁通管的废气可被加热至较高温度，特别地，高于200℃的温度。这样得到更高耐久性的排气系统。气缸出口和测量开口(特别地，传感器或测量装置)之间的气体流动距离为至少0.2m。该最小距离造成测量点处旁通管中的废气被均匀混合。每个气缸和旁通管之间的连接管可被安装在旁通管的水平中轴上方。由于水总是在重力作用下向下流，因此连接管在水平中轴上方的布置导致没有流体水被引入旁通管中。旁通管可包括筛。旁通管中筛的布置使得来自不同气缸的废气的混合被优化。旁通管(优选地，连接管)可包括限制装置，特别地，包括孔口，其中，至少一个(优选地，每个)限制装置包括被配置为控制废气流过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃发动机(1)，该内燃发动机(1)包括：/n-至少一个气缸(1a)，其具有用于所述气缸的废气的气缸出口(2)；/n-主排气管(3)，其连接到每个气缸出口(2)；/n-旁通管(4)，其绕过所述主排气管(3)的至少部分，所述旁通管(4)优选地具有比所述主排气管(3)小的容积，特别地，具有比所述主排气管的被绕过部分小的容积，/n其特征在于，/n-所述旁通管(4)包括供用于确定所述废气的成分的传感器(6)或测量装置插入的测量开口(5)，并且所述旁通管(4)包括喷射喷嘴(13)，所述喷射喷嘴(13)被布置成使得流优选地空气流能被引导到所述传感器(6)或测量装置上。/n

【技术特征摘要】
20180703 EP 18181361.91.一种内燃发动机(1)，该内燃发动机(1)包括：
-至少一个气缸(1a)，其具有用于所述气缸的废气的气缸出口(2)；
-主排气管(3)，其连接到每个气缸出口(2)；
-旁通管(4)，其绕过所述主排气管(3)的至少部分，所述旁通管(4)优选地具有比所述主排气管(3)小的容积，特别地，具有比所述主排气管的被绕过部分小的容积，
其特征在于，
-所述旁通管(4)包括供用于确定所述废气的成分的传感器(6)或测量装置插入的测量开口(5)，并且所述旁通管(4)包括喷射喷嘴(13)，所述喷射喷嘴(13)被布置成使得流优选地空气流能被引导到所述传感器(6)或测量装置上。


2.根据利要求1所述的内燃发动机(1)，其特征在于，传感器(6)优选地NOx传感器被插入所述测量开口(5)中。


3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述内燃发动机(1)包括至少两个气缸，并且所述旁通管(4)包括连接管(7)，以连接到每个气缸使得来自每个气缸的废气能被引导通过所述旁通管。


4.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管(4)包括第一位置(8)处的第一直径和第二位置(9)处的第二直径，其中，所述第二位置(9)布置在所述第一位置(8)的下游并且所述第二直径大于所述第一直径。


5.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述内燃发动机另外包括：
-SCR反应器(10)，其用于使所述废气中的NOx浓度减少，其中，所述SCR反应器(10)布置在所述主排气管(3)中；
-至少一个还原剂注入器(11)，其布置在所述SCR反应器(10)的上游。


6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管(4)特别地所述连接管(7)包括至少一个限制装置(12)，特别地包括孔口和/或止回阀。


7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述旁通管(4)包括温度调节单元(15)，优选地包括加热器。


8.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·亨德里，F·索佩尔萨，
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