CN103244241B - 具有废气净化的大型涡轮增压双冲程柴油发动机 - Google Patents

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Abstract

一种具有十字头的大型涡轮增压双冲程柴油发动机，所述发动机具有直线排列的多个气缸、涡轮增压器和在涡轮增压器上游且在废气接收器下游的SCR反应器。废气接收器经由相应的排气管连接至单独的气缸，排气管将废气在切线方向上引入废气接收器并且产生在废气接收器中的废气中的涡流。具有围绕着中心的且轴向的管的多个叶片的单元将废气接收器分为在该单元下游的混合段和在该单元上游的出口段。涡漩的废气在从混合段至出口段的通路上沿着叶片通过，并且叶片使得废气失去其涡流并且增加压力。压力的增加使得废气中的在出口段中的一部分经由所述中心的管流回至混合区。将还原剂引入在所述中心的管中的流中。从而改进发动机的排放性和效率。

Description

具有废气净化的大型涡轮增压双冲程柴油发动机
技术领域
本发明涉及一种十字头式大型涡轮增压双冲程内燃活塞式发动机、优选地具有废气净化系统的柴油发动机，特别地，本发明涉及一种具有用于净化废气中的NOx（氮氧化物）的SCR（选择性催化还原，SelectiveCatalytic Reduction）反应器的十字头式大型双冲程柴油发动机。
背景技术
十字头式大型双冲程发动机通常用于大型船舶的推进系统或者作为发电站中的原动机。特别地，就氮氧化物（NOx）水平而言，排放要求已经或者将会越来越难于满足。
环境问题的一般认知正迅速地增长。现在，在IMO（国际海事组织，International Maritime Organisation）内正在讨论海上空气污染的形式的排放限制。世界各地区的当局正在采取类似的步骤。举例来说，提议的EPA（美国环保署，Environmental Protection Agency）规定目前正在讨论中。
废气中的NOx能够通过主要和/或辅助的还原方法进行还原。主要方法是直接地改变发动机燃烧过程的方法。实际的还原程度取决于发动机类型和还原方法而从10%至超过80%变化。辅助的方法是利用不构成发动机自身的一部分的设备在不相对于发动机的燃料最佳设定改变发动机性能的情况下降低排放水平的手段。迄今为止，最成功的辅助方法是去除NOx的SCR（选择性催化还原）方法。此方法通过在废气进入催化式转换器之前将氨或者尿素添加至废气，能够使NOx的水平降低超过95%。
SCR反应器包括多层催化剂。因而，催化剂体积、并且因此反应器的尺寸取决于催化剂的活性和所需的NOx理想还原程度。通常，催化剂具有整体结构，这意味着它由具有大量平行通道的催化剂块构成，平行通道的壁在催化方面起作用。
在SCR反应器的入口，为了将NOx有效地转化为N2和H2O，废气必须具有至少280℃至350℃的温度，温度取决于燃料中的硫含量，即高硫含量需要高温，低硫含量需要较低的温度。
在涡轮增压器的涡轮机的高压侧的废气具有近350℃至450℃的温度，同时在涡轮增压器的涡轮机的低压侧的废气通常具有近250℃至300℃的温度。
因此，将SCR反应器配装在涡轮增压器的涡轮机的高压侧是有利的。但是，由于这些反应器包括必须能够承受近4bar的压力、并且暴露在介于近20℃至400℃之间变化的温度下的非常大型的管件和容器的事实，有很多与在涡轮机的高压侧的SCR反应器的构造相关联的难题。热膨胀和固定造成了巨大的设计问题。
通常，在在废气系统中的位于SCR反应器上游的位置处对还原剂进行喷射和雾化。本发明涉及将氨混合至废气中以获得均匀混合、同时使代价（就压力降低而言）降至最低的问题。还原剂通常为氨，其随着尿素蒸发和分解而从喷射的尿素中获得。此过程需要时间，并且在蒸发过程中，应当避免尿素与废气系统壁接触以不发生沉积。诸如氨或者尿素的还原剂的正确添加是重要的，因为液态还原剂与废气系统的壁接触能够导致还原剂在废气系统的内壁上不利的沉积。
在此背景下，已经提出了提供SCR系统，其具有复杂、并且由此昂贵的喷射系统，用于使氨或者尿素在废气流中均匀地分布，并且为了确保下游充分的混合而使用专用的所谓的混合单元，混合单元通常相当大而笨重。而且，混合单元促使排气系统的总体压头损失（压力损失），并且其等同于涡轮增压器效率的降低。特别地，在涡轮增压器的效率损失从燃料效率的角度上是不能令人满意的。此外，此压力损失限制了由废气旁通流驱动（废热回收，Waste heat recovery——WHR）的动力涡轮机的适用性。
发明内容
在此背景下，本申请的目的是提供具有SCR反应器的发动机，该SCR反应器克服或者至少减少了上文描述的问题。
通过提供具有十字头的直流扫气式大型涡轮增压双冲程柴油发动机达到此目的，该发动机包括直线排列的多个气缸；涡轮增压器，涡轮增压器具有废气驱动的涡轮机和通过涡轮机驱动的压缩机，压缩机用于将充入空气供给至发动机的气缸；长形圆筒状废气接收器，长形圆筒状废气接收器沿着气缸延伸并且经由单独的排气管连接至气缸，单独的排气管将来自气缸的废气在切线方向上引导至气缸的废气接收器中，用于产生在废气接收器中的废气中的涡流；具有多个叶片的单元，叶片围绕在单元中的中心的且轴向的管进行布置，单元设置在位于排气管下游位置处的废气接收器中，并且单元将废气接收器在纵向上分为混合段和出口段，混合段在该单元的排气管所处的纵向侧，出口段在该单元的另一纵向侧，出口段包括出口，出口连接至选择性催化还原反应器的入口，选择性催化还原反应器在废气接收器的外部，选择性催化还原反应器的出口连接至涡轮增压器的涡轮机的入口，单元布置成使得涡漩的废气在其从混合段至出口段的通路上沿着叶片流动，单元还构造成使得废气从混合区至出口区沿着叶片通过以失去其涡流并且增加压力，压力的增加使得废气中的已经沿着叶片通过的一部分从出口区经由轴向的管流回至混合区，由此，废气中的已经沿着叶片通过的另外一部分废气从出口区经由出口流动至外部的选择性催化还原反应器；还原剂的源，所述还原剂将在还原剂引入点处添加至废气，还原剂引入点设置在轴向的管中，从而允许还原剂与废气中的从出口段流回至混合段的一部分混合。
通过将还原剂喷射至与废气接收器中的涡漩流动分隔开的中心的管中，在还原剂能够与废气接收器的壁接触之前，还原剂蒸发。
根据实施方式，允许已经经由轴向的管流回并且已经添加有还原剂的废气与混合段中的涡漩的废气混合。
根据另一实施方式，轴向的管轴向延伸至混合段中。
根据另一实施方式，轴向的管是同心的管体的一部分，同心的管体延伸至混合段中，废气围绕同心的管体进行涡漩。优选地，该管体足够长以使还原剂在离开该管体之前蒸发。
根据另一实施方式，同心的管体中的废气的流动是非涡漩的。
根据另一实施方式，叶片从管径向延伸至废气接收器的内壁。
根据另一实施方式，叶片包括弯曲的上游段和直的下游段。
根据另一实施方式，轮叶构造成使得涡漩的废气流过轮叶以失去其涡流并且增加压力。
根据另一实施方式，发动机设置有直线排列的两个或者更多个废气接收器。
根据另一实施方式，废气接收器包括旁通出口，旁通出口将混合段连接至旁通管道，旁通管道连接至涡轮增压器的涡轮机。
还通过提供一种用于具有十字头的直流扫气式大型涡轮增压双冲程柴油发动机的废气接收器达到上述目的，该废气接收器包括长形圆筒状废气接收器壳体，沿着废气接收器的长度的一部分分布有单独的开口，单独的开口用于在切线方向上接收来自于发动机的气缸的废气，由此产生在废气接收器内的废气中的涡流；具有多个叶片的单元，叶片围绕单元中的中心的且轴向的管进行布置，单元设置在位于所述开口的下游位置处的废气接收器中，单元将废气接收器在纵向上分成混合段和出口段，混合段在该单元的排气管所处的纵向侧，出口段在该单元的另一纵向侧，出口段包括出口，出口在废气接收器的外部，单元布置成使得涡漩的废气在其从混合段至出口段的通路上沿着叶片流动，单元还构造成使得从混合区至出口区沿着叶片通过的废气失去其涡流并且增加压力，压力的增加使得废气中的已经沿着叶片通过的一部分从出口区经由轴向的管流回至混合区，由此，废气中的已经沿着叶片通过的另外一部分经由出口流动离开出口区；还原剂引入点，还原剂引入点设置在轴向的管中，从而允许还原剂与从出口段流回至混合段的废气混合。
通过将还原剂喷射至与废气接收器中的涡漩流动分隔开的中心的管中，在还原剂能够与废气接收器的壁接触之前，还原剂蒸发。
本发明的另一目的是提供废气接收器，该废气接收器降低通过废气接收器的废气流动中的能量损失。
通过提供一种具有十字头的直流扫气式大型涡轮增压双冲程柴油发动机达到该目的，发动机包括：直线排列的多个气缸；涡轮增压器，涡轮增压器具有废气驱动的涡轮机和通过涡轮机驱动的压缩机，压缩机用于将充入空气供给至发动机的气缸；长形圆筒状废气接收器，长形圆筒状废气接收器沿着气缸延伸并且经由单独的排气管连接至气缸，由此，废气接收器的内部构造成使得在废气接收器内的流动无障碍，单独的排气管构造成将来自气缸的废气在切线方向上引导至圆筒状废气接收器内，用于产生在废气接收器中的废气中的涡流。指向切线方向的出口，该出口连接至通向涡轮增压器的涡轮机的管道。
通过在废气接收器上设置切线方向的入口，这允许在废气中产生朝向出口的涡漩运动，并且通过布置切线方向的出口，废气流动能够在最小的能量损失情况下通过废气接收器。
在实施方式中，指向切线方向的出口设置并且构造成允许涡漩的废气在流动方向改变最小的情况下离开废气接收器。
根据本发明公开内容的发动机和废气接收器的其他目的、特征、优势以及特性将从具体地描述中变得显而易见。
附图说明
在本说明书的下文详细描述部分中，本发明将参照附图中示出的示例性实施方式更加具体地进行说明，附图中：
图1为根据示例性的实施方式的大型双冲程柴油发动机的正视图，
图2为图1的大型双冲程发动机的侧视图，
图3为根据图1的大型双冲程发动机的图示，
图4为图1的大型双冲程发动机的废气接收器的截面图，
图5为沿着图4中的V-V’线的横截面图，
图6为图4的废气接收器的高视角透明视图，
图7为根据另一示例性的实施方式的废气接收器的截面图，
图8为大型双冲程发动机的废气接收器的另一实施方式的截面图，
图9为沿着图8中的IX-IX’线的横截面图，
图10为大型双冲程发动机的废气接收器的另一实施方式的截面图，
图11为沿着图10中的XI-XI’线的横截面图。
具体实施方式
在下文的详细描述中，大型双冲程发动机将通过示例性的实施方式进行描述。图1至图3示出了具有曲轴52和十字头53的大型低速涡轮增压的双冲程柴油发动机。图3示出了具有它的进气和排气系统的大型低速涡轮增压的双冲程柴油发动机的图示。在此示例性的实施方式中，发动机具有直线排列的六个气缸1。大型涡轮增压的双冲程柴油发动机通常具有由发动机框架45支撑的直线排列的五个和六个之中的气缸。该发动机可以例如用作远洋船舶中的主发动机或者用作发电厂中的用于操作发电机的固定发动机。发动机的总输出可以例如在介于5,000kW至110,000kW之间的范围中。
发动机是双冲程直流扫气式的，发动机具有在气缸1的下部区域处的扫气口和在气缸1的顶部处的排气门4。充入空气从充气接收器2通过至单独的气缸1的扫气空气口（未示出）。气缸1中的活塞51压缩充入空气、喷射燃料、然后进行燃烧、并产生废气。当排气门4打开时，废气经由与相关气缸1相关联的排气管35流动至废气接收器3中，并且向前经由包括SCR反应器19的第一排气管道18流动至涡轮增压器5的涡轮机6，废气从涡轮机6经由第二排气管道7流出。通过轴8，涡轮机6驱动压缩机9，压缩机9经由进气口10进行供给。压缩机9将加压的充入空气输送至充气管道11，充气管道11通向充气接收器2。
管道11中的吸入空气通过中间冷却器12，中间冷却器12用于将接近200℃的、离开压缩机的充入空气冷却至介于36℃与80℃之间的温度。
冷却的充入空气经由通过电动马达17驱动的辅助压气机16通过至充气接收器2，在低负荷状况或者部分负荷状况下，辅助压气机16对充气流进行加压。在较高负荷的情况下，涡轮增压压缩机9输送充分压缩的清洁空气，然后经由单向阀15绕过辅助压气机16。
图3示出了SCR系统设计图。该系统包括选择性催化还原（SCR）反应器19。在废气进入SCR反应器19之前，将诸如氨或者尿素的还原剂添加至废气中。在通过SCR反应器19之前，废气必须与诸如氨的还原剂混合，从而促进SCR反应器19中的化学反应，根据废气的硫含量，温度水平必须在200℃至400℃之间。在本实施方式中，氨的源是基于尿素溶液的水。
在图3中示出的实施方式中，储液箱26容纳尿素水溶液。管道25将储液箱26与泵24的入口连接。泵24构造成提供基本上恒定的压力。泵24的出口连接至给送管道22，给送管道22将加压的尿素水溶液经由电子控制阀23输送至喷射阀21（见图4）。在本实施方式中，电子控制阀23是开关型，但是也能够使用比例阀。电子控制阀23由来自电子控制单元（处理计算机）50的信号控制。电子控制阀23能够是液压致动阀或者气压致动阀，或者纯电动致动阀。喷射阀21安装在废气接收器3内，并且喷射阀21设置有喷嘴，喷嘴具有喷嘴孔，当将尿素水溶液喷射至废气接收器3中时，喷嘴孔用于使尿素水溶液雾化。喷射阀21构造成仅当超过压力阈值时开启喷射过程，以确保喷射仅在具有用于雾化尿素水溶液的足够压力时发生。第二排气管道7连接有NOx和O2分析仪32，并且分析结果以信号形式传送至电子控制单元50。传感器32也能够测量在SCR反应器19的上游的管道18中的废气中的NOx含量，或者在该SCR反应器的下游但在涡轮增压器的涡轮机6的上游的管道18中的废气中的NOx含量。
喷射至废气中的还原剂的量由电子控制单元50进行控制并且是基于用于实际运行工况（负荷）的NOx产出量的，所述实际运行工况（负荷）是从在发动机的试验台运行过程中测量的在不同运行工况（负荷）下的NOx产出量中获得的。喷射至废气中的还原剂的量也基于来自NOx和O2分析仪32的信号，或者基于经验表以及来自传感器32的信号两者。还原剂的喷射的正时调节在不考虑发动机的曲轴52的实际位置的情况下完成，因为总是存在来自排气管35的废气喷射流用以在从喷射点至出口33的通路上使还原剂与废气混合，故而不必要考虑曲轴52的实际位置来进行还原剂喷射的正时调节。
现在参照图4、图5和图6，长形圆筒状废气接收器3的构造和还原剂引入系统将参照示例性的实施方式更加具体地描述。废气接收器3是具有大横截面积的大型长形圆筒状接收器，即废气接收器能够达到接近10米长并且具有达到1米至2米的直径。
在靠近排气门4和排气管35所处的气缸1的顶部处，废气接收器3相对接近气缸1而沿着气缸1延伸。排气管35通向废气接收器3。在许多发动机中，废气接收器3沿着该直列式发动机的所有气缸1延伸。但是，例如对于具有大量气缸的非常大型的发动机，通常也将废气接收器在纵向上分为两段或者更多段，使得废气接收器3的尺寸不超过生产设备所能操控的尺寸。将废气接收器3在纵向上分成若干部分的另一原因可能是存在多个涡轮增压器5，分离的废气接收器3的每段与单个涡轮增压器5相关联。
通常，废气接收器3的横截面积等于或者大于发动机的活塞51的横截面积。废气接收器3的因此产生的大容积确保减弱压力脉冲，当与相关的气缸1相关联的排气门4打开时，所述压力脉冲由来自单独的气缸1的排气管35的废气喷射流产生。
长形废气接收器3设置有出口33，出口33连接至管道18和SCR反应器19并且允许聚集在废气接收器3中的废气经由SCR反应器19流动至涡轮增压器5的涡轮机6。在本实施方式中，出口33位于废气接收器3的纵向端部中的一个处，因此，废气接收器3内的流动的主方向为沿着一个方向：即朝向出口33。
发动机的气缸1分别地按照预定点火顺序点火。因此，排气门4也以同样的顺序打开，并且来自排气管35的高速废气喷射流（最初超过100m/s后来在排气门的打开阶段减慢）以同样顺序进入废气接收器3。
排气管35相对于圆筒状废气接收器是指向切线方向的，使得来自气缸1的废气（脉冲）在切线方向上进入废气接收器3并且产生废气接收器中的废气的涡流或者涡漩运动。涡流在废气朝向出口33运动的同时发生，并且该涡流由图5中的箭头表示。
在排气管35的下游位置处、在废气接收器3中设置有单元42，该单元42将废气接收器3在纵向上分为：混合段48，混合段48在单元42上游、即在混合单元42的排气管35所处的纵向侧；和出口段49，出口段49在单元42下游、即在单元42的相对侧。单元具有厚的盘形或者环形的整体形状，其直径与废气接收器3的内径一致。单元42设置有多个叶片43，叶片43围绕单元42中的中心的且轴向的管47进行布置。叶片从该管沿径向延伸至单元42的外部区中并且延伸至废气接收器3的内壁。单元的径向外部区形成用于废气的叶片填充通道。叶片或者轮叶43具有弯曲的上游段和直的下游段。弯曲的上游段在叶片43的最接近混合段48的端部处、并且接收涡漩的废气、并且将废气的涡漩分量转化成压力的增加。直的下游段从弯曲的上游段延伸至叶片43的最接近混合段48的端部。该直的段使废气的流动方向稳定而以直的并且非涡漩的流动进入出口段49。也能够使用叶片或者轮叶等的其它形状和布置，只要这些形状和布置设置成使得涡漩的废气流经单元42的径向外部段以失去其涡流并且增加压力。
单元的内部区由管47形成。在此实施方式中，管47由管体40形成，在管47中、或者在管体40中稍微更向下处设置有呈喷射喷嘴21形式的还原剂引入点。轴向的管47轴向延伸至混合段中并且延伸过混合段48的大部分长度。该轴向的管是同心的管体40的一部分，同心的管体40延伸至混合段48中，废气围绕着同心的管体40进行涡漩。管体40的近端由在单元42中的管47形成并且构成管体40的入口。管体40的末端是敞开的并且与废气接收器3的纵向端间隔开，并且构成管体40的出口。
废气接收器3的出口段49包括出口33，出口33经由管道18连接至选择性催化还原反应器19。
在操作中，从气缸1经由单独的排气管35进入的废气产生围绕管体40并且朝向单元42的涡漩运动。单元42布置成使得涡漩的废气在其从混合段48至出口段49的通路上、在该单元的径向外部段中沿着叶片43流动。在此过程中，废气失去其涡流，并且增加压力，即废气的涡流分量转换成废气中压力的增加。离开单元42的径向外部段的废气的压力高于进入单元42的径向外部段的废气的压力。因此，靠近管体40的出口的废气的压力同样地低于离开单元42的径向外部段的废气的压力。因此，在管体40的进口处的压力高于在该管体的出口处的压力，此压力差将使得废气从混合段48经由管47和管体40流动至混合段。
混合单元和废气接收器构造成使得经由管体40回到混合段48的流动是相对较慢非涡漩的。另外，混合单元和废气接收器构造成使得离开单元42的径向外部段的全部废气的仅一部分、优选地较少部分被运送回混合段48，同时，单元42的径向外部段的废气的主要剩余部分经由出口33流动至催化还原反应器19。
由于附加了单元42和出口腔49，故而废气接收器3的整体长度相对于传统废气接收器有所增加。
在操作中，还原剂经由具有喷嘴的喷射阀21喷射至在管47/管体40中的层流中，使得允许还原剂与从出口段49流回混合段48的废气混合。非涡漩的流动确保还原剂不与管体40的内壁发生接触，并且在诸如尿素的还原剂能够与废气接收器的任何壁发生接触之前，该还原剂具有足够的时间以蒸发和分解，因此具有较低的还原剂沉积的风险。如果还原剂是尿素，那么在管体40中的废气的高温导致尿素水解（热分解）成氨气，并且所喷射的尿素水溶液的含水部分将蒸发。
为了进一步确保管47/管体40中的流动是非涡漩的，能够将导向叶片设置在喷射还原剂的位置附近。优选地，导向叶片是直的并且在管体40中轴向延伸。在本实施方式中，导向叶片的轴向长度近似等于管体40的直径。
在此实施方式中，还原剂引入点是喷射阀21，喷射阀21位于管47中。尿素水溶液以喷雾或者喷射流的形式从喷射阀21的喷嘴中的孔喷射至管47中。蒸发的尿素水溶液在管体48的起始部处进入废气接收器3。从该点，蒸发的尿素水溶液在管体48中的层流的主方向上进行输送。
当具有添加的还原剂的废气离开管体40时，允许废气与在所述混合段48中的涡漩的废气混合。因此，在涡漩的废气中存在还原剂，并且与还原剂适当地混合的大部分废气将从出口段49经由出口33流动至SCR反应器19的入口。与还原剂适当地混合的废气流动通过SCR反应器19到达SCR反应器19的出口。在此过程中，在还原剂的辅助下，将NOx还原成N2和水。具有减小的NOx量的废气从SCR反应器19的出口流动至涡轮增压器5的涡轮机6的入口，并且从涡轮机6的入口流动至第二排气管道7。第二排气管道7将来自涡轮机6的出口的废气引导至消音器28的入口。第三排气管道29将来自消音器28的出口的废气引导至大气中。
还原剂（尿素水溶液）能够呈稳恒流进行喷射。替代性地，由于具有足够的时间和机会用于使所喷射的还原剂与废气接收器3中的废气进行混合并且使所喷射的还原剂均匀地分散在废气接收器3中的废气中，故而还原剂能够间歇地进行喷射。因此，还原剂的喷射正时并不关键。在本实施方式中，这允许使用基于正时调节的用量分配系统，所述正时调节通过电子控制单元50控制电子控制阀23的打开时刻来进行。因此，由于正时控制是对于大范围的输送速率而言的精确过程，所以提供了相对简单、精确和可靠的分配系统。单个还原剂引入点满足需要的事实进一步简化了该系统。
还原剂分配能够通过正时调节进行控制的事实使得易于提供一种系统，其对于喷射过程能够保持基本上恒定的压力，并且由此确保在每个喷射过程中还原剂适当地雾化。
替代性地，在通过调控喷射压力和/或通过从多个喷嘴中选择性地启用一定数量的喷嘴进行控制的情况下，该还原剂用量系统能够以稳定流进行操作。
管47的直径和管体40的长度能够根据需要和环境进行适应。在实施方式中，管体能够是非常短的或者全部省略，使得管仅轴向延伸过单元42的厚度。在混合段48中的涡流的效果提供了在具有相对较低压力和平静流动（calm flow）的在混合段48的中部处的同心区，同心区为还原剂提供了远离任何壁的用于蒸发和水解的平静的环境。在中心的管件40中的流动能够通过例如在靠近管体的出口处的限制器进行调整。
能够使用多个阀和/或喷嘴替代一个喷射阀21/喷嘴。
图7示出了另一示例性的实施方式。此实施方式与图4的实施方式基本上相同。但是，在此实施方式中，废气接收器3设置有两个出口33，每个纵向端部处具有一个所述出口。因此，废气接收器具有位于废气接收器的相对的纵向端部处的两个出口腔49，一个混合腔48和两个单元42位于所述两个出口腔49之间。其他方面，操作和构造与图4的实施方式相同。图7的实施方式特定地用于具有直线排列的多个气缸例如超过5个气缸的发动机，此发动机具有超过一个涡轮增压器5，例如具有与每个出口33相关联的涡轮增压器。这种发动机也具有两个SCR单元19，在涡轮增压器5与每个出口33之间均具有一个SCR单元19。
图8（结合图3——中断线）示出了另一示例性的实施方式。除了附加了在旁通出口39中的SCR旁通出口36和SCR旁通阀37，此示例性的实施方式与图4至图6的实施方式基本上相同。旁通出口39连接至混合段48并且经由旁通管道38直接连接至涡轮增压器5的涡轮机6的入口从而绕过SCR19。旁通出口36、在电子控制单元50的控制下的旁通阀37以及旁通管道38允许废气绕过SCR单元。当SCR19工作时，此旁通阀37关闭。SCR通常仅用于法规需要的区域。当未使用SCR19时，将废气直接引导至涡轮增压器5是有利的（低压力损失、低特定燃料损耗等）。当将要使SCR19工作时，需要通过缓慢地关闭旁通阀37（大约一个小时的时间内）缓慢地加热SCR19。旁通管件用作指向切线方向的出口，并且该出口设置并构造成允许涡漩的废气在沿着流动方向改变最小的情况下离开废气接收器3。当SCR未工作时，废气在切线方向上进入到废气接收器3中与废气从废气接收器在切线方向上离开相结合，提供了当废气通过废气接收器时在废气中的低能量损失。因此，可用于涡轮增压器的涡轮机的能量值可能高于传统废气接收器中的能量值。
图10和图11示出了用于大型双冲程柴油发动机的废气接收器的另一示例性的实施方式。此实施方式与上文描述的实施方式的不同在于，尽管能够包括某种形式的混合系统，但废气接收器3未设置有用于混合还原剂的装置。在此实施方式中，与上述实施方式类似，废气接收器3沿着大型涡轮增压双冲程柴油发动机的气缸1布置，并且废气接收器3经由单独的排气管35连接至气缸1。单独的排气管35构造成将来自气缸1的废气在切线方向上引导至圆筒状废气接收器3中，用于产生在废气接收器3中的废气中的涡流。对废气接收器3进行优化用于使能量损失降到最低，并且在废气接收器3内的流动无障碍，特别地没有障碍阻止或者阻碍在切线方向上的流动或者切线方向和轴向的流动即螺旋流动。因此，能够将圆筒状管体40轴向布置在废气接收器内，如图11中所示，但是应该避免阻碍切向和/或轴向流动的任何物体。此外，出口36是指向切线方向的，使得涡漩的废气能够呈螺旋形流动型式以最小的能量损失离开废气接收器。出口36与引导至涡轮增压器5的涡轮机6的管道连接。指向切线方向的出口36设置并且构造成允许源自切向排气管的涡漩的废气在流动方向改变最小和/或尽可能平缓地改变的情况下离开废气接收器3，这是由于从排气管至出口36的整个流动型式基本上是螺旋状的。因此，在离开废气接收器的废气中的能量是高的，并且较高的能量值能够输送至使用废气接收器的发动机的涡轮增压器的涡轮机。
权利要求中所使用的术语“包括”不排除其它元件或步骤。权利要求中所使用的术语“一”或者“一个”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以实现权利要求中所述的多个装置的功能。
权利要求中使用的附图标记不应理解为限制本发明的范围。
虽然已经出于说明的目的对本发明进行了详细地描述，但可以理解，这种细节仅用于该目的，并且在不背离本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员能够进行变型。例如，在使用废气再循环装置的大型双冲程柴油发动机上也能够实施本发明。

Claims (11)

1.一种具有十字头(53)的直流扫气式大型涡轮增压双冲程柴油发动机，所述发动机包括：
直线排列的多个气缸(1)，
涡轮增压器(5)，所述涡轮增压器(5)具有废气驱动的涡轮机(6)和通过所述涡轮机(6)驱动的压缩机(9)，所述压缩机(9)用于将充入空气供给至所述发动机的气缸(1)，
长形圆筒状废气接收器(3)，所述废气接收器(3)沿着所述气缸(1)延伸并且经由单独的排气管(35)被连接至所述气缸(1)，所述单独的排气管(35)将来自所述气缸(1)的废气在切线方向上引导至所述圆筒状废气接收器(3)中，用于产生在所述废气接收器(3)中的废气中的涡流，
单元(42)，所述单元(42)具有多个叶片(43)，所述叶片(43)围绕在所述单元(42)中的中心的且轴向的管(47)进行布置，
所述单元(42)被设置在所述排气管(35)下游的位置处、在所述废气接收器(3)中，
并且，所述单元(42)将所述废气接收器(3)在纵向上分成混合段(48)和出口段(49)，所述混合段(48)在所述单元(42)的所述排气管(35)所处的纵向侧，所述出口段(49)在所述单元(42)的另一纵向侧，
所述出口段(49)包括出口(33)，所述出口(33)被连接至在所述废气接收器外部的选择性催化还原反应器(19)的入口，
所述选择性催化还原反应器的出口被连接至所述涡轮增压器(5)的所述涡轮机(6)的入口，
所述单元(42)被布置成使得涡旋废气在其从所述混合段(48)至所述出口段(49)的通路上沿着所述叶片(43)流动，
所述单元(42)还构造成使得从所述混合段至所述出口段沿着所述叶片(43)通过的废气失去其涡流并且增加压力，所述压力的增加使得所述废气中的已经沿着所述叶片(43)通过的一部分从所述出口段经由所述轴向的管(47)流回至所述混合段(48)，由此，所述废气中的已经沿着所述叶片(43)通过的另外一部分从所述出口段经由所述出口(33)流动至所述外部的选择性催化还原反应器(19)，
还原剂的源(26)，所述还原剂将在还原剂引入点处被添加至所述废气，所述还原剂引入点被设置在所述轴向的管(47)中，从而允许所述还原剂与所述废气中的从所述出口段(49)流回至所述混合段(48)的所述部分进行混合。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，允许已经经由所述轴向的管(47)流回并且已经添加有还原剂的废气与在所述混合段(48)中的涡漩的废气混合。
3.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述轴向的管(47)轴向延伸至所述混合段中。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述轴向的管是同心的管体(40)的一部分，所述同心的管体(40)延伸至所述混合段(48)，废气围绕所述同心的管体(40)进行涡漩。
5.根据权利要4所述的发动机，其中，在所述同心的管体(40)中的废气的流动是非涡漩的。
6.根据权利要1所述的发动机，其中，所述叶片(43)从所述管(47)径向延伸至所述废气接收器(3)的内壁。
7.根据权利要6所述的发动机，其中，所述叶片包括弯曲的上游段和直的下游段。
8.根据权利要1所述的发动机，其中，所述叶片(43)构造成使得涡漩的废气流过所述叶片(43)以失去其涡流并且获得压力。
9.根据权利要1所述的发动机，包括直线排列的两个或者更多个废气接收器(3)。
10.根据权利要1所述的发动机，其中，所述废气接收器(3)包括旁通出口(36)，所述旁通出口(36)将所述混合段(48)连接至旁通管道(38)，所述旁通管道(38)连接至所述涡轮增压器(5)的所述涡轮机(6)。
11.一种用于具有十字头(53)的直流扫气式大型涡轮增压双冲程柴油发动机的废气接收器(3)，所述废气接收器(3)包括：
长形圆筒状废气接收器壳体，沿着所述废气接收器(3)的长度的一部分分布有单独的开口，所述单独的开口用于在切线方向上接收来自于所述发动机的气缸(1)的废气，由此产生在所述废气接收器(3)内的所述废气中的涡流，
单元(42)，所述单元(42)具有多个叶片(43)，所述叶片(43)围绕在所述单元(42)中的中心的且轴向的管(47)进行布置，
所述单元(42)被设置在所述开口的下游位置、在所述废气接收器(3)中，
所述单元(42)将所述废气接收器(3)在纵向上分为混合段(48)和出口段(49)，所述混合段(48)在所述单元(42)的排气管(35)所处的纵向侧，所述出口段(49)在所述单元(42)的另一纵向侧，
所述出口段(49)包括出口(33)，所述出口(33)在所述废气接收器(3)的外部，
所述单元(42)布置成使得涡漩的废气在其从所述混合段(48)至所述出口段(49)的通路上沿着所述叶片(43)流动，
所述单元(42)还构造成使得从所述混合段至所述出口段沿着所述叶片(43)通过的废气失去其涡流并且增加压力，所述压力的增加使得所述废气中的已经沿着所述叶片(43)通过的一部分从所述出口段经由所述轴向的管(47)流回至所述混合段(48)，由此，所述废气中的已经沿着所述叶片(43)通过的另外一部分经由所述出口(33)流动离开所述出口段，
还原剂引入点，所述还原剂引入点被设置在所述轴向的管(47)中，从而允许还原剂与从所述出口段流回至所述混合段(48)的废气进行混合。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK177855B1 (en) * 2013-09-26 2014-09-29 Man Diesel & Turbo Deutschland A large low-speed turbocharged two-stroke internal combustion engine with a dual fuel supply system
JP6416489B2 (ja) * 2014-04-08 2018-10-31 三菱重工業株式会社 排気レシーバ構造体及びこれを備える内燃機関システム
DE102014213070A1 (de) * 2014-07-04 2016-01-07 Mahle International Gmbh Brennkraftmaschine
JP6713260B2 (ja) * 2014-10-07 2020-06-24 ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル アーゲー レシプロ式内燃機関、とりわけ２サイクル大型ディーゼル機関、及び排ガス集合管用の案内ボックス
DK179038B1 (en) * 2015-11-02 2017-09-11 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland A two-stroke internal combustion engine with a SCR reactor located downstream of the exhaust gas receiver
KR101744797B1 (ko) * 2016-03-07 2017-06-09 세종공업 주식회사 환원제 믹싱장치
DE102016205299A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-05 Man Diesel & Turbo Se Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystem
JP7241639B2 (ja) * 2018-09-03 2023-03-17 日立造船株式会社 内燃機関および制御システム
EP3670878A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-24 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Internal combustion engine
US11208934B2 (en) * 2019-02-25 2021-12-28 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and methods for mixing exhaust gas and reductant

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1058451A (zh) * 1990-07-27 1992-02-05 苏舍兄弟有限公司 大型柴油发动机
US5685143A (en) * 1992-10-30 1997-11-11 Kat-Tecnik Oy Catalytic exhaust gas purifier and catalytic method of purifying exhaust gas
EP1329605A1 (de) * 2002-01-14 2003-07-23 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einer Strömungsweiche
CN101128653A (zh) * 2005-02-28 2008-02-20 卡特彼勒公司 排气混合系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60153922A (ja) * 1984-01-25 1985-08-13 Hisao Kojima 有害、有臭物質の処理方法
JP2510983B2 (ja) * 1985-12-20 1996-06-26 三菱重工業株式会社 排気ガスタ−ビン式過給機付き内燃機関
JP2690751B2 (ja) * 1988-08-24 1997-12-17 バブコツク日立株式会社 排ガス煙道の反応装置
JPH0583318U (ja) * 1992-04-10 1993-11-12 三菱重工業株式会社 排気集合管
JPH11201454A (ja) * 1997-12-31 1999-07-30 R Jan Mowill 空燃比が制御可能な改良された対流冷却・ 単段階・ 完全予備混合式燃焼器
JP3924607B2 (ja) 2002-03-26 2007-06-06 独立行政法人産業技術総合研究所 熱電変換材料の評価方法
JP2009180096A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Mazda Motor Corp エンジンの排ガス浄化装置
JP5287162B2 (ja) 2008-11-14 2013-09-11 三菱自動車工業株式会社 排気浄化装置
DK177631B1 (en) * 2010-05-10 2014-01-06 Man Diesel & Turbo Deutschland Large two-stroke diesel engine with exhaust gas purification system
JP2012002083A (ja) * 2010-06-14 2012-01-05 Daimler Ag 排気混合装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1058451A (zh) * 1990-07-27 1992-02-05 苏舍兄弟有限公司 大型柴油发动机
US5685143A (en) * 1992-10-30 1997-11-11 Kat-Tecnik Oy Catalytic exhaust gas purifier and catalytic method of purifying exhaust gas
EP1329605A1 (de) * 2002-01-14 2003-07-23 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einer Strömungsweiche
CN101128653A (zh) * 2005-02-28 2008-02-20 卡特彼勒公司 排气混合系统

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