CN103842622B - 增压内燃发动机的涡轮机清洗 - Google Patents

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Abstract

通过限制排气处理装置接触由清洗系统提供的清洗介质可以减少对排气处理装置的影响。一种清洗系统（50）可包括流体流控制系统（38）和配置成在清洗系统（50）的ON模式期间向涡轮机（TH）供给清洗介质的清洗装置（52）。流体流控制系统（38）可配置成在清洗系统（50）的OFF模式期间引导排气穿过至少一个排气处理装置（41），并且在清洗系统（50）的ON模式期间限制离开涡轮机（TH）的排气和清洗介质的混合物被引导穿过所述至少一个排气处理装置（41）。

Description

增压内燃发动机的涡轮机清洗
技术领域
本发明总的涉及一种具有排气系统的涡轮增压发动机系统，更具体地涉及具有用于清洗涡轮增压器的涡轮机的清洗系统的排气系统。本发明还涉及用于控制这种排气系统的方法。
背景技术
内燃发动机排放空气污染物的复杂混合物。这些空气污染物由气态化合物如氮氧化物（NOx）和也称为烟尘（soot）的固体颗粒物质组成。由于增加的环保意识，排气排放标准已经变得更加严格，并且由发动机排放到大气中的NOx和烟尘的量可根据发动机的类型、发动机的尺寸和/或发动机的种类进行规定。
为了确保遵守环保规定，如NOx的规定，可通过排气处理装置处理排气。可以实施一种用于处理排气的称为选择性催化还原（SCR）的策略。SCR是将例如氨、尿素或尿素溶液的气态或液态还原剂喷射到发动机的排气流中的过程。还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水和氮气。通常，将足够提供所需NOx还原程度的量的尿素引入到排气中。所需的还原剂的量可以由例如尿素喷射系统来控制。
通常，SCR在约200℃至约500℃的温度范围内是有效的。通过提供SCR催化剂形式的催化表面，SCR过程可以被促进和更有效地执行，尤其是在较低温度下。这样，重要的是为SCR反应提供适合的温度和具有足够大的表面的适合的催化材料。
本文使用的SCR通常包括利用能在加热时产生氨气的氨或任何NOx还原剂的过程。本文使用的术语“尿素”还意在包括用于执行SCR的可商购的所有还原剂。
涡轮增压器的涡轮机，特别是重质燃油（HFO）应用中的涡轮增压器的涡轮机，可能永久地经受可用于驱动涡轮机的排气。流经涡轮机的排气可包含污染物，如熔融灰、煤渣、未燃烧的燃料，或钒的化合物。污染物可沉积在涡轮机叶轮的表面上，因此，可能会干扰涡轮机的正常运行。例如，沉积物可能会降低涡轮机的效率、增加涡轮机的温度，并导致整个涡轮增压器不能正常运行，其还可包括用于对用于燃烧过程的充入空气增压的压缩机。通常，HFO-运行的涡轮机可以定期清洁这些来自排气的沉积物。例如，清洁可以通过向涡轮增压器的涡轮机提供清洗介质来实现。
DT2428551B2公开了一种用于清洁内燃发动机的排气系统的涡轮机的方法和装置。更具体地，它公开了一种布置成用于向涡轮机内喷射加压清洁剂的喷射器。通过提供穿过喷射器的恒定气体流率，喷射器喷嘴可避免阻塞。
US2009/0133718A1公开了一种用于维持空气增压系统的性能的方法和装置。空气增压系统的一级或多级可以通过管路连接至清洁系统，该清洁系统包括含有清洁流体的流体储存器和将清洁流体输送至空气增压系统的至少一级内的装置。
WO2005/024195A1公开了一种包括具有分支管路的排气系统的活塞式内燃发动机，所述分支管路通过阀控制并绕过设备的至少一部分以减少对环境有害的排气排放。
本发明至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。
发明内容
根据本发明的一方面，一种用于清洗排气系统的涡轮机的清洗系统，该系统可具有设置于内燃发动机的涡轮机的下游的至少一个排气处理装置，该系统可包括配置成在清洗系统的ON模式期间向涡轮机供给清洗介质的清洗装置，以及流体流控制系统，该流体流控制系统配置成在清洗系统的OFF模式期间引导排气/废气穿过至少一个排气处理装置，并在清洗系统的ON模式期间改变离开涡轮机的排气和清洗介质的混合物的方向，使得离开涡轮机的排气和清洗介质的混合物可以被限制引导穿过所述至少一个排气处理装置。
根据本发明的另一方面，一种用于控制用于清洗内燃发动机的排气系统的涡轮机的清洗系统的方法，其中，所述排气系统可包括设置于涡轮机的下游的至少一个排气处理装置，所述方法可包括在发动机动力模式期间利用排气驱动涡轮机，并利用至少一个排气处理装置在涡轮机下游净化排气，以及，在涡轮机清洗模式期间，向涡轮机供给清洗介质以清洗涡轮机，和改变离开涡轮机的排气和清洗介质的混合物的方向，使得离开涡轮机的排气和清洗介质的混合物可以被限制净化。
本发明的其它特征和方面将从下面的描述和附图中显而易见。
附图说明
图1是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性俯视图；以及
图2是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性透视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的示例性实施例。本文描述和附图示出的示例性实施例意在教导本发明的原理，使本领域技术人员能够在不同环境中以及为多个不同应用实施和使用本发明。因此，本示例性实施例并不意在、也不应该被认为是对专利保护的范围的限制性描述。相反，专利保护的范围由所附的权利要求来限定。
在涡轮机的清洗程序中，可能期望提供用于限制排气处理装置接触由清洗系统供给的清洗介质的布置结构，因为包含分离的沉积物和排气的清洗介质可能阻塞并因此可能损坏排气处理装置。
本发明可部分地基于以下发现：重定向供给至两级涡轮增压系统的涡轮机的清洗介质使其不穿过排气处理装置，则可以降低排气处理装置的阻塞，例如，由清洗介质中包含的从涡轮机分离的沉积物造成的阻塞。此外，在一些实施例中，这可允许排气处理设备正常运行，并且可以提高涡轮增压器的效率。
下面参见图1和图2描述具有提供清洗系统的排气系统的两级涡轮增压内燃发动机的示例性实施例。
内燃发动机1，例如直列6缸发动机，可包括发动机缸体10、两级涡轮增压系统12、燃料箱（未示出）、可设有至少一个排气处理装置40的排气系统2、清洗系统50和发动机控制单元13。发动机缸体10可包括曲轴箱，曲轴14被支承于曲轴箱内。曲轴14由图1中的虚线所示。曲轴14可连接至活塞（未示出），在内燃发动机1运行期间所述活塞在相应的气缸16A至16F内可移动。
所示发动机缸体10可具有端侧18L和18H，所述端侧在由曲轴14限定的长度方向上相对。发动机缸体10还可具有长侧20A和20B，其在与曲轴14的长度方向正交的方向上相对。
进气歧管22可以沿着发动机缸体10的长侧20A延伸并可流体连接至气缸16A至16F中的每一个。气缸16A至16F中的每一个可设有至少一个进气阀（未示出），其可适合于打开或关闭进气歧管22与相应气缸的工作腔室之间的流体连接。
在长侧20B上可设有排气歧管24，其可连接至气缸16A至16F中的每一个。气缸16A至16F中的每一个可设有至少一个排气阀（未示出），所述排气阀构造成用于打开和关闭各气缸16A至16F的工作腔室与排气歧管24之间的流体连接。
通常，当内燃发动机1运行时，充入空气可通过进气歧管22引入到气缸16A至16F内。燃烧后，通过燃烧过程产生的排气可以通过排气歧管24从气缸16A至16F释放。
双级涡轮增压系统12可包括低压级涡轮增压器26和高压级涡轮增压器28，涡轮增压器26和28形成连续的涡轮增压系统。
通常，可施用涡轮增压器26、28以利用发动机1的排气的热和压力来驱动用于压缩发动机1用充入空气的压缩机CL、CH。具体地，穿过涡轮增压器26、28的涡轮机TL、TH的排气可转动涡轮机TL、TH，从而降低压力和温度。涡轮增压器26、28的压缩机CL、CH藉由共同的轴SL、SH与涡轮机TL、TH可转动地连接并可以由涡轮机TL、TH驱动。
在端侧18L（也称为低压侧），低压级涡轮增压器26可以例如直接地或与其它部件如冷却块等组合成一单元而固定地附接至发动机缸体10。低压级涡轮增压器26可包括藉由共同的轴SL机械连接的压缩机CL和涡轮机TL。
在侧部18H（也称为高压侧），高压级涡轮增压器28可以例如直接地或与其它部件如冷却块等组合成一单元而固定地附接至发动机缸体10。高压级涡轮增压器28可包括藉由共同的轴SH连接的压缩机CH和涡轮机TH。
压缩机CL的入口可构造成吸入用于燃烧过程的充入空气。通常，压缩机CL的出口可藉由压缩机连接器34与压缩机CH的入口流体连接。例如，压缩机CL的出口可藉由第一冷却器30连接到压缩机CH的入口。然后，压缩机CH的出口可藉由第二冷却器32与构造成将充入空气分配至气缸16A至16F的进气歧管22连接。
低压级涡轮增压器26和第一冷却器30可形成第一单元，该单元本身可安装到发动机缸体10的端侧18L。高压级涡轮增压器28和第二冷却器32可形成为第二单元，该单元本身可安装到发动机缸体10的端侧18H。
通常，接近/访问发动机部件如气缸16A至16F和歧管22、24可以从长侧20A、20B进行，而发动机缸体10在端侧18L和18H的侧面可构造和成形用于安装两级涡轮增压系统12的大部件，诸如涡轮增压器26、28或冷却器/涡轮增压器单元。
这样，为燃烧过程提供的充入空气可在引入发动机气缸之前利用两级涡轮增压系统12压缩。
在内燃发动机1的运行期间，充入空气在被充入气缸16A至16F之前被相应地两次压缩和冷却。在气缸16A至16F内，可通过活塞的运动引起充入空气的进一步压缩和因而加热。然后，可将适量的燃料，如柴油、船用柴油、重燃料油或它们的混合物喷射到气缸16A至l6F内。其中，燃料可与压缩的充入空气一起燃烧并产生排气，排气可以藉由排气歧管24排出。
对于中速大型内燃发动机，压缩机CL可将充入空气在180℃压缩至4-5bar。冷却器30可将该充入空气从约180℃冷却至45℃。压缩机CH可将充入空气在180℃压缩至7-8bar，和冷却器32可以将充入空气从约180℃冷却至45℃。燃烧之后，排气在约450℃至500℃的温度范围内具有约5至6bar的压力。在涡轮连接部35内，压力下降到3-4bar和温度在约350℃至400℃的范围内。经过涡轮机TL之后在环境压力下的温度可以在250℃左右或低于250℃。
排气歧管24的出口可流体连接至涡轮机TH的入口。涡轮机TH的出口可与涡轮机TL的入口藉由涡轮连接部35流体连接，涡轮机TL的出口可排放排气，例如，排放至次级排气过滤系统或直接排入环境。
高压涡轮增压器28的涡轮机TH可设置于排气歧管24的下游。涡轮机TH的出口可以与涡轮机TL的入口流体连接，该涡轮机TL可设置于涡轮机TH的下游。此外，涡轮机TH和涡轮机TL可藉由涡轮连接部35流体连接。具有出口的涡轮机TL可排放排气，例如，排放至次级排气过滤系统或直接排入环境。
上述循环可以连续地重复，只要内燃发动机1持续运行。
在内燃发动机1的运行期间，压缩机CL和CH可通过涡轮机TL和TH以受控的方式驱动，因为可以例如藉由设置在流体连接排气歧管24和涡轮连接部35的阀连接部36中的阀V控制提供给涡轮机TH的排气的量。在这种情况下，排气系统2也可以处于运行模式。
涡轮连接部35沿长侧20B延伸。这样，在中速大型内燃发动机的情况下，涡轮连接部35可具有数米的长度，例如5m。例如，涡轮连接部35可以是具有零点几米的内径的管状导管。通常，涡轮连接部的内径可以是涡轮增压内燃发动机的活塞的内径的约0.5至1倍。对于活塞直径为例如0.2m至0.6m的内燃发动机，涡轮连接部的内径可在约0.1m至0.6m的范围内，例如可能是约0.3m、0.4m，或0.5m或者更大。对于中速内燃发动机，涡轮连接部的内径可以在约0.3m至0.5m的范围内。
涡轮连接部35可包括排气处理区段40，具体是催化剂区段，其包括排气处理装置41，例如选择性催化还原（SCR）催化剂或氧化催化剂。在排气处理区段40的上游，可设置用于向涡轮连接部35喷射化学反应剂（例如作为SCR的还原剂的尿素）的喷射入口42。喷射入口42可以是（例如尿素）喷射系统44的一部分。在喷射入口42和排气处理区段40之间，涡轮连接部35可包括反应剂均化区段46。反应剂均化区段46可具有足以在到达催化剂41之前提供反应剂在排气中的均匀分布的长度。均化区段46的长度可以是例如均化区段46的内径的大约4倍或更多。例如，均化区段46的内径可以是约0.3m，因此均化区段的长度可以是1.2m或以上。在一些实施例中，反应剂均化区段46的长度可以是均化区段的内径的约两倍或更多倍。在一些配置中，附加的均化可通过结构设计或附加的部件（例如，涡轮机）实现，使得可以施用长度较短的均化区段46。
通过在两级涡轮增压系统的各级之间提供排气处理装置41（例如SCR催化剂），排气的成分例如NOx可在2至5bar范围内的压力下进行催化反应（例如SCR）。例如，对于中速发动机可在约3至4bar的压力范围内和在约300℃至450℃的温度范围内运行，并有可能在约350℃至400℃的温度范围内运行。由于所需的催化表面可以与催化剂的体积成比例，催化剂在增加的压力下的尺寸可以比设置于环境压力如涡轮机TL之后（即在约1bar和250℃）的尺寸更小。
排气系统2可以设有清洗系统50，其包括清洗装置52和流体流控制系统38。排气系统2可以在两种模式下运行。
在清洗系统50的OFF模式下，排气可通过至少一个排气处理装置41进行处理。OFF模式可伴随内燃发动机1的用于提供动力的正常运行（在本文中称为内燃发动机1的发动机动力模式）。
在清洗系统50的ON模式下，清洗装置52可配置成向涡轮机TH供给用于清洗涡轮机TH的清洗介质（也称为涡轮机清洗模式）。在清洗系统50的ON模式期间，内燃发动机可在低负荷运行下操作；对于这种情况下它可能会在介于500至1000rpm的范围内空转。然后，使用流体流控制系统38，排出涡轮机TH的排气与清洗介质的混合物可以被重定向以避免穿过排气处理区段40。在一些实施例中，所述混合物可以被重定向成，例如，直接排入环境或者在排气处理装置41的下游与排气系统2重新结合，如下面所述。
如图1所示，清洗装置52可包括设置于涡轮机TH的上游的清洗装置入口54。清洗装置入口54可配置成向排气系统2的排气歧管24供给清洗介质。清洗装置入口54可将清洗介质释放至阀连接部36和涡轮机TH之间的排气歧管24内。
还可以向清洗介质提供添加剂以改进涡轮机的清洗过程。在一些实施例中，清洗介质可以基本上是水。
在另一实施例中，清洗装置52和清洗装置入口54可以连接至安置于涡轮机TH的上游的喷射系统44。在该实施例中，喷射系统44可配置成经由清洗装置入口54向涡轮机TH供给清洗介质和/或经由喷射入口42向涡轮连接部35喷射还原剂，这分别取决于清洗系统50在ON模式或OFF模式。
在又一实施例中，清洗装置入口54可设置在涡轮机TH处以直接向涡轮机TH供给清洗介质。
例如，在发动机动力模式期间，排气污染物可沉积于涡轮机TH的涡轮机叶轮的表面上。随后，在清洗系统50的ON模式期间，所供给的清洗介质可用于清洗涡轮机TH，由此从涡轮机叶轮分离沉积物。因此，在清洗涡轮机TH之后，排气和清洗介质的混合物可包含从涡轮机TH分离的沉积物并且可被释放到涡轮连接部35内。
因为排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可对排气处理装置41有害，排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可以被重定向，从而使排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可被限制穿过排气处理装置41。这可以通过提供具有旁路入口62H和旁路出口62L的旁路60实施，用于重定向排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物绕开排气处理装置41。旁路60可以藉由旁路入口62H流体连接至涡轮连接部35，旁路入口可以位于涡轮机TH和例如排气处理装置41之间。绕过排气处理区段40之后，旁路60可以藉由旁路出口62L流体连接至涡轮连接部35，旁路出口可位于排气处理装置41和涡轮机TL之间。
附加地或替代地，排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可至少部分地直接排放到环境中。
流体流控制系统38可配置成用于控制经过排气系统2的流体流。在发动机动力模式期间，流体流控制系统38可引导排气穿过排气处理区段40，并且在清洗系统50的ON模式期间，流体流控制系统38可以重定向排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物，使得排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可以被限制穿过排气处理区段40。
如图1所示，流体流控制系统38可包括设置于旁路60中的第一阀装置V1、设置于涡轮连接部35中位于旁路入口62H和喷射入口42之间的第二阀装置V2、以及可选地，设置于涡轮连接部35中位于排气处理区段40和旁路出口62L之间的第三阀装置V3。在一些实施例中，第二阀装置V2也可以设置于喷射入口42和排气处理区段40之间。
第一阀装置V1可配置成控制排出涡轮机TH的流经旁路60的排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物的量，而第二阀装置V2可配置成控制流经排气处理区段40的排气的量。第三阀装置V3可以在排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物重新进入反应剂涡轮连接部35时保护排气处理装置41免受该混合物的影响。如图1所示，第一阀装置V1、第二阀装置V2和/或第三阀装置V3可以是ON/OFF（开/关）阀。
在一些实施例中，第二阀装置V2或第三阀装置V3可以被省略。在这种情况下，当剩余的阀装置在清洗系统50的ON模式期间关闭时，由排气处理区段40内的排气产生的压力可限制排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物流入排气处理区段40。
流体流控制系统38也可以由任何类型的流体流控制系统如节流阀构成。在一些实施例中，流体流控制系统38可通过设置于涡轮连接部35和旁路60的相交处的偏转器构成。在这种实施例中，偏转器配置成引导流体流进入排气处理区段40或者进入旁路60，这取决于清洗系统50在ON或OFF模式下。
此外，流体流控制系统38可以通过例如发动机控制单元13进行电控制。在一些实施例中，包括计算机程序代码装置的计算机程序可配置成用于执行清洗程序。然而，流体流控制系统38也可以机械地控制，例如手动控制。
为了进一步说明，图2示出包括低压涡轮增压器26A和高压涡轮增压器28A的发动机1A，低压涡轮增压器26A和高压涡轮增压器28A中的每一个分别与冷却器30A和32A形成结构单元。该单元可以固定地连接至发动机缸体10A的端侧18L和18H。
沿着长侧20B，排气歧管24（在图1中示出）可流体连接至每个气缸（示出于涡轮增压器26A和28A之间）和进气歧管（在图2中未示出）可以相似地流体连接至气缸。
压缩机连接区段34A可在发动机缸体10A的端侧18L和18H之间沿发动机缸体10A的长侧20B延伸。具体地，压缩机连接区段34A可以从第一冷却器30A的出口延伸到高压涡轮增压器28A的压缩机CH的入口。压缩机连接区段34A可以是用于例如向预压缩的充入空气增加添加剂（例如水）的管状导管。
涡轮连接部35A可在发动机缸体10A的端侧18L和18H之间沿发动机缸体10A的长侧20B延伸。具体地，涡轮连接部35A可从高压涡轮增压器28A的涡轮机TH的出口延伸至低压涡轮增压器26A的涡轮机TL的入口。涡轮连接部35A可包括线性管状段，其可用作具有至少一个排气处理装置41A，例如SCR催化剂、氧化催化剂等的排气处理区段40A，在图2中示意性地示出。
旁路60A可以在发动机缸体10A的端侧18L和18H之间沿发动机缸体10A的长侧20B延伸。具体地，旁路60A可在高压涡轮增压器28A和26A的涡轮机TH和TL之间延伸，例如平行于涡轮连接部35A。旁路60A可以是管状的导管，并且可以用于例如重定向排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物以绕开排气处理区段40A。
反应剂喷射器（在图2中未明确地示出）可以安置在涡轮连接部35A的催化剂区段40A的上游（图2中的箭头表示操作过程中的流体流的方向）。
清洗装置52（在图2中未明确地示出）可以安置在高压涡轮增压器28A的上游或直接安置于其上，并且可配置成经由清洗装置入口54（在图2中未明确地示出）向涡轮机TH供给清洗介质。
在图2中，排气处理装置41A可以是至少一个SCR催化剂或至少一个氧化催化剂。在一些实施例中，可提供SCR催化剂以及氧化催化剂。
在图2中，示出排气再循环（EGR）系统45。EGR可用于减少燃烧过程中产生的NOx，并且在某些情况下可以在运行期间与SCR一起使用或替代SCR使用。例如，在发动机起动时可以使用EGR，而对于已预热的发动机，可以使用SCR。
在一些实施例中，可以不设置图2所示的EGR系统45。
在又一实施例中，内燃发动机1可设有单级涡轮增压器系统。在该实施例中，为燃烧过程提供的充入空气可以在被引入到发动机气缸之前使用单级涡轮增压系统加压一次。
在一些实施例中，进气歧管和排气歧管24B可与例如发动机缸体10A的曲轴箱一体地铸造。
在一些实施例中，上文公开的两级涡轮增压系统可应用于包括例如两个气缸列的V型发动机，每个气缸列都对应于图1和图2的单个气缸列,气缸列之一相对于发动机缸体的包括其曲轴的竖直中心平面成镜像。在这些实施例中，进气歧管可位于例如气缸列之间且各气缸列可设有单独的排气歧管。
工业实用性
下文示出例如图1中所示的排气系统2的运行。
有两种模式，其中排气系统2可运行于：清洗系统50的OFF模式和清洗系统50的ON模式。
在清洗系统50的OFF模式期间，内燃发动机1可运行以产生机械动力（发动机动力模式），例如，驱动车辆或发电机。由此，可通过燃烧燃料产生排气。燃烧后，排气可以被释放到排气歧管24内。气缸16A至16F中的每一个可设有至少一个排气阀（未示出），其配置成打开和关闭各气缸16A至16F的工作腔室与排气歧管24之间的流体连接。
随后，排气可用于驱动高压涡轮增压器28的涡轮机TH。流经高压涡轮增压器28之后，排气可以被释放到涡轮连接部35内。流体流控制系统38可引导排气穿过排气处理区段40，排气可在其中通过排气处理装置41例如SCR催化剂、氧化催化剂等进行处理。
参见图1的实施例，排气可以通过关闭第一阀装置V1和同时打开第二与第三阀装置V2和V3被引导到排气处理区段40内。此外，发动机控制单元13还可以控制喷射系统44以经由喷射入口42将还原剂喷入排气中。
流过涡轮连接部35之后，排气也可用于驱动涡轮增压器26的涡轮机TL。然后，排气可以被排放到例如二次排气过滤系统或直接排入环境。
在发动机动力模式期间，排气可能污染涡轮机TH和TL。污染物可能通过例如降低涡轮增压器28和26的效率并可能增加涡轮机TH和TL的温度而导致两级涡轮增压系统12运行不正常。
因此，例如，在内燃发动机1的预定运行时间之后，控制单元13可将清洗系统50切换成ON模式，由此起动涡轮机TH的清洗程序。在清洗系统50的ON模式期间，内燃发动机1可以在低负荷运转下工作。在低负荷运转期间，内燃发动机1可空转；对于这种情况它可能会在介于500至1000rpm的范围内空转。清洗系统50的清洗装置52可经由清洗装置入口54向涡轮机TH供给清洗介质，清洗介质在热的排气中至少部分地汽化。
已清洗涡轮机TH之后，排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可被释放到涡轮连接部35。此时，流体流控制系统38可以重定向排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物，使所述混合物可以被限制穿过排气处理区段40。
参见图1的实施例，所述混合物的重定向可以通过打开第一阀装置V1并同时关闭第二和第三阀装置V2和V3来实现。然后，排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物可以流经平行于排气处理区段40的旁路60，并经由旁路出口62L再次进入排气处理区段40的下游的涡轮连接部35。
于是，涡轮机TL也可被清洗，因此，可清除沉积物。然后，排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物可被排放到环境中。
在一些实施例中，排气、清洗介质和分离的沉积物的混合物可在清洗涡轮机TL之后被排出排气系统。在又一实施例中，排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可直接排出涡轮机TH。
对于清洗系统50的ON模式基于时间的启动可附加地或替代地，在一些实施例中，对清洗程序的需求也可以通过感测涡轮机叶轮的污染程度而检测。这可以通过测量例如涡轮机叶轮的离心力来实现。如果离心力超过预定阈值，则启动清洗过程。然而，另外有数个内燃发动机1的其它性能参数可以指示用于启动涡轮机TH的清洗程序，例如涡轮增压器28的效率。
如上所述，第一、第二和第三阀装置V1、V2和V3可以是电控制的。然而，第一、第二和第三阀装置V1、V2和V3也可以是机械控制的，例如手动控制。
应指出，本描述涉及本发明的优选实施例。然而，改型是可能的。
例如，内燃发动机1可以仅具有单级涡轮增压系统。在本实施例中，低压涡轮增压器26可以被省略，从而使涡轮机TL的清洗程序是不必要的。在这种实施例中，旁路出口62L可以流体连接至如上所述位于至少一个排气处理装置41的下游的排气系统2。在一些实施例中，排气、清洗介质和从涡轮机TH分离的沉积物的混合物可以被排出而不重定向回到排气系统2内。
在一些实施例中，排气处理装置41、例如SCR单元可以由以已知方式如并联或串联方式布置的多于一个排气处理装置41构造而成。
在此，术语“内燃发动机”指的是可被用作诸如用于产生热和/或电的动力设备的固定动力提供系统以及诸如游轮、货船、集装箱船和油轮的船舶/船只中的主发动机或辅助发动机的内燃发动机。用于内燃发动机的燃料可包括柴油、船用柴油、重质燃油、替代燃料或它们的混合物、和天然气。
此外，如文中所用的术语“内燃发动机”并未具体受限并且包括任何发动机，其中使用氧化剂发生燃料的燃烧以产生高温和高压气体，所述气体被直接施加至发动机的可动部件，诸如活塞或涡轮叶片，并使其移过一定距离，由此产生机械能。因而，如文中所用，术语“内燃发动机”包括活塞发动机和涡轮机。
用于本文公开的两级涡轮增压系统的构型的内燃发动机的示例包括中速内燃柴油发动机，比如由Caterpillar Motoren GmbH&Co.KG,Kiel,Germany(位于德国基尔的卡特彼勒发动机有限及两合公司)制造的M20、M25、M32、M43系列的直列和V型发动机。
中速内燃发动机可以是可向发动机缸体的端侧提供合理的接近的大型独立发动机。
所公开的排气系统可以在各种机器和机动车辆中特别有用，用于清洁涡轮增压器的涡轮机和用于限制排气处理装置、例如SCR催化剂在清洗系统的ON模式期间被所供给的清洗介质阻塞和/或损坏。
尽管文中已描述了本发明的优选实施例，但在不脱离所附权利要求的范围的情况下可并入各种改进和变型。

Claims (13)

1.一种清洗系统(50)，该清洗系统用于清洗设有至少一个排气处理装置(41)的排气系统(2)的涡轮机(TH)，所述排气处理装置(41)设置于内燃发动机(1)的所述涡轮机(TH)的下游，所述清洗系统(50)包括：
清洗装置(52)，其配置成在清洗系统(50)的ON模式期间向所述涡轮机(TH)供给清洗介质；和
流体流控制系统(38)，其配置成在清洗系统(50)的OFF模式期间引导排气穿过所述至少一个排气处理装置(41)，和在清洗系统(50)的ON模式期间重定向离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物，使得离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物被限制引导穿过所述至少一个排气处理装置(41)，
其中，所述清洗系统还包括配置成当通过清洗装置(52)供给清洗介质时将所述流体流控制系统(38)切换到ON模式的控制单元(13)。
2.根据权利要求1所述的清洗系统(50)，还包括用于绕过所述至少一个排气处理装置(41)的旁路(60)，该旁路(60)包括在所述至少一个排气处理装置(41)的上游与排气系统(2)流体连通的旁路入口(62H)，以及在所述至少一个排气处理装置(41)的下游与排气系统(2)流体连通的旁路出口(62L)，
其中，所述流体流控制系统(38)进一步配置成在清洗系统(50)的ON模式期间引导离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物穿过所述旁路(60)。
3.根据权利要求1所述的清洗系统(50)，其中，所述流体流控制系统(38)配置成将离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物引导到环境中。
4.根据权利要求2所述的清洗系统(50)，其中，所述流体流控制系统(38)包括：
设置于旁路(60)中的第一阀装置(V1)；
设置于排气系统(2)中、位于所述至少一个排气处理装置(41)的上游的第二阀装置(V2)；和
设置于排气系统(2)中、位于所述至少一个排气处理装置(41)的下游的第三阀装置(V3)；
其中，所述流体流控制系统(38)配置成在清洗系统(50)的OFF模式期间关闭所述第一阀装置(V1)并打开所述第二阀装置(V2)和所述第三阀装置(V3)，从而使排气被引导穿过所述至少一个排气处理装置(41)，和在清洗系统(50)的ON模式期间打开所述第一阀装置(V1)并关闭所述第二阀装置(V2)和所述第三阀装置(V3)，从而使得离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物被引导穿过所述旁路(60)。
5.根据权利要求4所述的清洗系统(50)，其中，所述第一阀装置(V1)、第二阀装置(V2)和第三阀装置(V3)是ON/OFF阀。
6.根据权利要求2所述的清洗系统(50)，还包括设置于所述旁路出口(62L)的下游的另一涡轮机(TL)，
其中，所述流体流控制系统(38)进一步配置成在清洗系统(50)的OFF模式期间将排气引导至所述另一涡轮机(TL)，并在清洗系统(50)的ON模式期间引导离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物经过所述旁路(60)到达所述另一涡轮机(TL)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的清洗系统(50)，其中，所述至少一个排气处理装置(41)是SCR单元。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的清洗系统(50)，其中，所述内燃发动机(1)在清洗系统(50)的ON模式期间处于低负荷运转。
9.一种用于控制内燃发动机(1)的排气系统(2)的方法，其中，所述排气系统(2)包括涡轮机(TH)和设置于所述涡轮机(TH)的下游的至少一个排气处理装置(41)，所述方法包括以下步骤：
在发动机动力模式期间，利用排气驱动所述涡轮机(TH)，并利用所述至少一个排气处理装置(41)在所述涡轮机(TH)的下游净化排气；以及
在涡轮机清洗模式期间，向所述涡轮机(TH)供给用于清洗涡轮机(TH)的清洗介质，和重定向离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物，使得离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物被限制净化。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在重定向离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物之后，重定向离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物返回到排气系统(2)内。
11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括：
在发动机动力模式期间，在净化排气之后利用排气驱动另一涡轮机(TL)，以及
在涡轮机清洗模式期间，将重定向的离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物供给至所述另一涡轮机(TL)。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括在穿过所述涡轮机(TH)之后将离开所述涡轮机(TH)的排气和清洗介质的混合物排出排气系统(2)。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述内燃发动机(1)在涡轮机清洗模式期间处于低负荷运转。
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