CN104005817B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机、即以重油运行的内燃机，其带有具有多个气缸的发动机、带有具有至少一个涡轮增压器的增压装置、带有具有SCR催化器的废气净化装置且带有氨发生器，其用于由尿素溶液产生用作用于SCR催化器的还原剂的氨，其中，增压空气可通过从增压空气管路分岔的旁通管路输送给氨发生器，其中，经由氨发生器的喷嘴可将尿素溶液引入通过旁通管路分岔的增压空气中，尿素溶液在氨发生器的后置于喷嘴的水解催化器中在通过旁通管路导引的增压空气中被分解成水蒸气、二氧化碳和氨，其中，旁通管路在废气的流动方向上观察在SCR催化器上游通到废气管路中，以便将通过氨发生器所导引的增压空气在流动方向上在SCR催化器上游与废气混合。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种根据本发明的内燃机。
背景技术
在以重油运行的内燃机中存在该特点，即所使用的燃料(即重油)具有较高的硫含量。氧化硫可与废气的其它成分反应且导致在内燃机的组件(如内燃机的废气净化装置)处的沉积。
由文件DE 10 2004 027 593 A1已知一种带有增压装置和废气净化装置的内燃机。增压装置实施为单级的或为两级的增压装置。废气净化装置包括至少一个SCR催化器，其在单级的增压装置中定位在废气涡轮增压器的涡轮下游或在废气涡轮增压器的涡轮上游。在两级的增压装置中，SCR催化器根据该现有技术定位在高压废气涡轮增压器的高压涡轮与低压废气涡轮增压器的低压涡轮之间。
SCR催化器利用氨作为还原剂。在由现有技术已知的废气后处理系统中，在SCR催化器上游将水状的尿素溶液引入废气中，其中，水状的尿素溶液在废气流中被分解或蒸发成水蒸气、二氧化碳和氨。
对此，在喷嘴(其将水状的尿素溶液引入废气中且其定位于在内燃机与SCR催化器之间延伸的废气管路中)与利用氨作为还原剂的SCR催化器之间需要带有至少一个水解催化器的过程段(Prozessstrecke)。喷嘴和水解催化器共同形成氨发生器。由引入废气中的水状的尿素溶液产生氨例如由文件DE 10 2009 035 692 A1和由文件DE 10 2009 035 692A1已知。
发明内容
由此出发，本发明目的在于提供一种以重油运行的新型的内燃机。
根据本发明的第一方面，该目的通过根据本发明的内燃机来实现。据此，增压空气通过从增压空气管路分岔的旁通管路可输送给氨发生器，其中，尿素溶液经由氨发生器的喷嘴可引入通过旁通管路分岔的增压空气中，尿素溶液在氨发生器的后置于喷嘴的水解催化器中在通过旁通管路所导引的增压空气中被分解成水蒸气、二氧化碳和氨，其中，旁通管路在废气的流动方向上观察在SCR催化器上游通到废气管路中，以便将通过氨发生器所导引的增压空气在流动方向上在SCR催化器上游与废气混合。
以本发明的第一方面首此提出将用于产生氨的尿素溶液不引入废气中、而是引入增压空气(通过旁通管路使其从增压空气管路分岔)中。
在增压空气中通过尿素溶液的分解所产生的氨通过旁通管路可引入废气中，其中，旁通管路在废气的流动方向上观察在SCR催化器上游通到废气管路中。在清洁的增压空气中尿素溶液分解成氨相对于在废气中尿素溶液分解成氨具有该优点，即可使用带有相对小的体积的相对单元精细的(feinzellig)水解催化器作为水解催化器。不存在水解催化器的金属载体堵塞的危险。
优选地，旁通管路在增压空气的流动方向上观察在氨发生器上游关联有加热装置，以便在尿素溶液喷入之前加热通过旁通管路所导引的增压空气。通过加热装置(其可实施为电气加热装置或为废气换热器)可在尿素溶液喷入之前将增压空气带到对于尿素溶液最佳的分解温度上。
根据本发明的第一方面的一有利的改进方案，增压装置具有带有高压涡轮和高压压缩机的高压涡轮增压器以及带有低压涡轮和低压压缩机的低压涡轮增压器，其中，旁通管路在增压空气的流动方向上观察在低压压缩机下游和/或在高压压缩机下游从增压空气管路分岔，并且/或者其中，旁通管路在废气的流动方向上观察在低压涡轮下游和/或在高压涡轮下游然而在SCR催化器上游通到废气管路中。以此可使在清洁的增压空气中的氨产生以及在SCR催化器上游将氨引入废气流中最佳地匹配于内燃机的结构形式。
根据本发明的第二方面，该目的通过根据本发明的内燃机来实现。据此，尿素溶液经由氨发生器的喷嘴可这样引入废气中且在氨发生器的后置于喷嘴的水解催化器中可这样在废气中分解成水蒸气、二氧化碳和氨，使得废气与氨一起可在SCR催化器上游引导通过至少一个涡轮。
根据本发明的第二方面将至少一个涡轮增压器的至少一个涡轮用于混合氨与废气。以此可获得氨在废气中的最佳分布。
根据本发明的第二方面的一有利的改进方案，增压装置具有带有高压涡轮和高压压缩机的高压涡轮增压器以及带有低压涡轮和低压压缩机的低压涡轮增压器，其中，氨发生器关联有在废气的流动方向上观察在高压涡轮上游从废气管路分岔的旁通管路，且其中，旁通管路在废气的流动方向上观察在低压涡轮下游通到废气管路中。氨在废气支流中的这样的产生是优选的。
附图说明
本发明的优选的改进方案由接下来的说明中得出。根据附图来详细阐述本发明的实施例，而不局限于此。其中：
图1显示了根据本发明的第一方面的根据本发明的内燃机的第一实施例的示意性图示；
图2显示了根据本发明的第一方面的根据本发明的内燃机的第二实施例的示意性图示；
图3显示了根据本发明的第一方面的根据本发明的内燃机的第三实施例的示意性图示；
图4显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机的第一实施例的示意性图示；
图5显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机的第二实施例的示意性图示；
图6显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机的第三实施例的示意性图示；
图7显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机的第四实施例的示意性图示；以及
图8显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机的第五实施例的示意性图示。
附图标记清单
10 内燃机
11 发动机
12 气缸
13 增压空气
14 废气
15 增压装置
16 涡轮增压器
16' 高压涡轮增压器
16'' 低压涡轮增压器
17 涡轮
17' 高压涡轮
17'' 低压涡轮
18 压缩机
18' 高压压缩机
18'' 低压压缩机
19 增压空气冷却器
19' 增压空气冷却器
19'' 增压空气冷却器
20 废气净化装置
21 SCR催化器
22 废气管路
23 增压空气管路
24 氨发生器
25 喷嘴
26 水解催化器
27 旁通管路
28 加热装置
30 内燃机
31 发动机
32 气缸
33 增压空气
34 废气
35 增压装置
36 涡轮增压器
36' 高压涡轮增压器
36'' 低压涡轮增压器
37 涡轮
37' 高压涡轮
37'' 低压涡轮
38 压缩机
38' 高压压缩机
38'' 低压压缩机
39 增压空气冷却器
39' 增压空气冷却器
39'' 增压空气冷却器
40 废气净化装置
41 SCR催化器
42 废气管路
43 增压空气管路
44 氨发生器
45 喷嘴
46 水解催化器
47 旁通管路。
具体实施方式
这里本发明涉及一种以重油运行的内燃机、尤其船用柴油内燃机。
图1显示了根据本发明的第一方面的根据本发明的以重油运行的内燃机10的第一实施例的示意性图示，其中，内燃机10包括带有多个气缸12的发动机11。
在内燃机10的气缸12中重油作为燃料被燃烧，对此除了重油之外此外将压缩的增压空气13输送给内燃机10的气缸12。将在重油燃烧时产生的废气14从内燃机10的气缸12导出。
在图1中所示的内燃机10具有增压装置15，其包括涡轮增压器16。通过废气管路22离开内燃机10的气缸12的废气14到达涡轮增压器16的涡轮17的区域中。在涡轮增压器16的涡轮17中使废气14降压，其中，将在此获得的能量用以在涡轮增压器16的压缩机18中压缩增压空气13(其通过增压空气管路23被输送给气缸12)。在涡轮增压器16的压缩机18下游布置有增压空气冷却器19。
此外，在图1中所示的内燃机包括废气净化装置20，其包括至少一个SCR催化器21。废气后处理装置20可包括另外的组件、由此例如颗粒过滤器。SCR催化器21利用氨作为还原剂，其由氨发生器24来提供。氨发生器24包括用于喷入水状的尿素溶液的喷嘴25以及水解催化器26，以便将尿素溶液分解或蒸发成氨、水蒸气和二氧化碳。
根据本发明的第一方面，增压空气通过从增压空气管路23分岔的旁通管路27可输送给氨发生器24，其中，经由氨发生器24的喷嘴25可将尿素溶液引入通过旁通管路27分岔的增压空气中。尿素溶液在氨发生器24的后置于喷嘴25的水解催化器26中在通过旁通管路27所导引的增压空气中可分解成水蒸气、二氧化碳和氨。
旁通管路27在废气的流动方向上观察在SCR催化器21上游通到废气管路22中，以便由此将通过氨发生器24所导引的增压空气与氨一起在废气的流动方向上观察在SCR催化器21上游与废气混合。在此，在图1的实施例中旁通管路27在涡轮17与SCR催化器21之间通到废气管路22中。
与此相区别也可能的是，旁通管路21在废气的流动方向上观察在涡轮17上游通到废气管路22中。这将导致氨和废气在涡轮17中在SCR催化器21上游最佳地混匀。
优选地，氨发生器24前置有加热装置28，借助于其可在尿素溶液喷入之前将通过旁通管路27所导引的增压空气带到对于尿素溶液最佳的分解温度上。该加热装置28可以是电气加热装置或是废气换热器。
通过旁通管路27所导引的增压空气最大为通过增压空气管路23所导引的且被涡轮增压器15的压缩机18压缩的增压空气的5%。旁通管路在增压空气的流动方向上在压缩机18下游而在增压空气冷却器19上游从增压空气管路23分岔。
图2显示了根据这里本发明的第一方面的根据本发明的内燃机10的第二实施例，其中，对于图2的实施例为了避免不必要的重复对于相同的部件使用相同的附图标记。
在图2的实施例中，增压装置15包括高压涡轮增压器16'和低压涡轮增压器16''。高压涡轮增压器16'包括高压涡轮17'和高压压缩机18'，其中，低压涡轮增压器16''包括低压涡轮17''和低压压缩机18''。离开发动机11的气缸12的废气14首先到达高压涡轮增压器16'的高压涡轮17'的区域中且接下来在低压涡轮增压器16''的低压涡轮17''的区域中。在这些涡轮17'和17''中所获得的能量在相应的压缩机18'和18''中被用于逐渐压缩增压空气，其中，在低压压缩机18''下游增压空气冷却器19''而在高压压缩机18'下游增压空气冷却器19'集成到增压空气管路23中。
根据图2的实线线路(Linienfuehrung)，旁通管路27(氨发生器24集成到其中)在高压压缩机18''下游而在增压空气冷却器19'上游从增压空气管路23分岔且在高压涡轮17'与低压涡轮17''之间通到废气管路22中。SCR催化器21在废气的流动方向上观察定位在低压涡轮17''下游。
如图2的点划线线路所示，备选地或附加地可设置成，旁通管路27在低压压缩机18''与高压压缩机18'之间从增压空气管路23、然而在增压空气的流动方向上观察在增压空气冷却器19''上游从增压空气管路23分岔，并且/或者旁通管路27在废气14的流动方向上观察在低压涡轮17''下游通到废气管路22中。如果旁通管路27在低压涡轮17''下游通到废气管路22中，那么在低压涡轮17''中不实现氨和废气的混合。
如上面所实施的那样，附加或备选于实线线路可将图2的点划线线路用于旁通管路27。
图3显示了根据本发明的第一方面的根据本发明的内燃机10的第三实施例，其中，对于图3也为了避免不必要的重复对于相同的部件使用与在图1和2中相同的附图标记。
图3的内燃机10与图2的内燃机10由此相区别，即SCR催化器21在高压涡轮17'与低压涡轮17''之间接到废气管路22中，其中，旁通管路27在废气14的流动方向上观察在SCR催化器21上游在高压涡轮17'与低压涡轮17''之间通到废气管路22中。那么在低压涡轮17''中不实现氨和废气的混合。尽管未示出，在图3中旁通管路27在废气14的流动方向上观察可在高压涡轮17'上游通到废气管路22中。那么在高压涡轮17'中将实现氨和废气的混合。
对于根据这里本发明的第一方面的内燃机10的图1至3的实施例相应地共同的是，将增压空气输送给氨发生器24，增压空气从增压空气管路23通过旁通管路27被从增压空气管路23分岔，以便在清洁的增压空气中而相应地不在废气中经由喷嘴24将水状的尿素溶液输入增压空气中且在水解催化器26的区域中将该尿素分解成氨。在此，氨发生器24优选地前置有加热装置28，以便在尿素喷入之前将增压空气带到对于尿素最佳的分解温度上。
在氨发生器24中使用清洁的增压空气具有该优点，即氨发生器24的水解催化器26不易于堵塞，从而相应地对于水解催化器26可使用其金属载体的相对精细的结构。由此可能在氨发生器24中利用相对小体积的水解催化器26。
图4显示了根据这里本发明的第二方面的内燃机30的第一实施例。内燃机30具有带有多个气缸32的发动机31。在气缸32中重油又作为燃料被燃烧，其中，除了重油之外此外将压缩的增压空气32输送给气缸32。在重油燃烧时产生废气34，其被从内燃机30的气缸32导出。
图4的内燃机30具有增压装置35，其包括涡轮增压器36。通过废气管路42离开内燃机30的气缸32的废气34到达涡轮增压器36的涡轮37的区域中。废气34在涡轮增压器36的涡轮37中被降压，其中，在此获得的能量被用于在涡轮增压器36的压缩机38中压缩增压空气33，其通过增压空气管路43被输送给气缸32。在涡轮增压器36的压缩机38下游，增压空气冷却器39集成到增压空气管路43中。
此外，图4的内燃机30具有废气净化装置40，其包括至少一个SCR催化器41。在图4的实施例中，SCR催化器41在废气34的流动方向上观察布置在涡轮增压器36的涡轮37下游。废气净化装置40除了SCR催化器41之外可包括另外的组件、如此例如颗粒过滤器。
SCR催化器41利用氨作为还原剂，其经由氨发生器44来提供。氨发生器44又具有喷嘴45和水解催化器46，其中，在水解催化器46中将经由喷嘴45所提供的尿素溶液分解或蒸发成水蒸气、二氧化碳和氨。
根据这里本发明的第二方面，氨发生器44这样集成到内燃机30中，使得离开气缸32的废气34被输送给氨发生器44，其中，水状的尿素溶液经由氨发生器44的喷嘴45可这样引入废气34中且通过后置于喷嘴45的水解催化器46可这样在废气中蒸发或分解成水蒸气、二氧化碳和氨，使得废气与氨一起在SCR催化器41上游可引导通过涡轮增压器的至少一个涡轮，其中，在图4中废气与氨一起引导通过涡轮增压器36的涡轮37。涡轮37用作混合器，以便在废气与氨一起到达SCR催化器41的区域中之前将氨最佳地分布在废气中。由此可取消单独的混合器。在涡轮增压器36的涡轮37上游尿素分解成氨的另一优点在于，在涡轮增压器36的涡轮37上游在废气34中提供焓足以使尿素溶液能够有效地分解成氨、二氧化碳和水蒸气。氨释放那么独立于内燃机30的运行点或负荷点。可取消水解催化器46的金属载体以例如TiO2或Al2O3的特殊覆层，因为如已提及的那样，废气的焓在涡轮增压器36的涡轮37上游对于尿素有效分解成氨、二氧化碳和水蒸气足够大或足够高。
图5显示了根据此处本发明的第二方面的内燃机30的第二实施例，其中，为了避免不必要的重复对于图5的实施例使用与用于图4的实施例相同的附图标记。下面仅研究图5的实施例与图4的实施例相区别的这样的细节。
在图5的实施例中，增压装置35包括带有高压涡轮37'和高压压缩机38'的高压涡轮增压器36'以及带有低压涡轮37''和低压压缩机38''的低压涡轮增压器36''。两个增压空气冷却器39'和39''集成到增压空气管路43中，即增压空气冷却器39''在低压压缩机36''下游而增压空气冷却器39'在高压压缩机36'下游。
如在图4的实施例中那样，在图5的实施例中氨发生器44也这样集成到内燃机30中，使得离开发动机31的气缸32的废气34被引导通过氨发生器44，亦即在废气在涡轮中的一个37'或37''中被降压之前。
在此，根据图5，氨发生器44在废气34的流动方向上观察在高压涡轮增压器36'的高压涡轮37'上游集成到废气管路34中。在高压涡轮37'上游相应地已产生氨，其然后与废气一起在废气与氨一起到达SCR催化器41(其根据图5在废气的流动方向上观察布置在低压涡轮37'下游)的区域中之前被导引通过这两个涡轮37'和37''。
图6显示了根据此处本发明的第二方面的根据本发明的内燃机30的另一变体，其中，与图6相联系对于相同的组件又使用与在图4和5的实施例中相同的附图标记并且下面仅研究图6的实施例与图5的实施例相区别的这样的细节。
在图6的实施例中，离开气缸32的废气34通过从废气管路42分岔的旁通管路47被输送给氨发生器44，其中，根据图6通过旁通管路47绕过高压涡轮37'的废气与在其中所产生的氨一起在高压涡轮37'与低压涡轮37''之间被引回到废气管路42中，以便然后在废气的流动方向上观察在低压涡轮37''上游被与废气混合。低压涡轮37''然后又用作用于废气和氨的混合器，以便给SCR催化器41(其根据图6在废气的流动方向上观察定位在低压涡轮37''下游)提供与氨统一混匀的废气。
通过旁通管路47被从废气管路34分岔的废气最大为通过废气管路34离开气缸32的废气的5%。
图7显示了根据本发明的第二方面的根据本发明的内燃机30的另一实施例，其中，对于图7为了避免不必要的重复对于相同的组件也使用相同的附图标记并且下面仅研究图7的实施例与图5的实施例相区别的这样的细节。
在图7的实施例中，氨发生器44(其包括喷嘴45和水解催化器46)在废气的流动方向上观察在高压涡轮37下游和在低压涡轮37''上游集成到废气管路42中。在该实施例中也相应地使经由氨发生器44的喷嘴45引入废气中的尿素溶液在废气中被这样分解成氨、水蒸气和二氧化碳，使得废气与氨一起被引导通过至少一个涡轮、即根据图7通过低压涡轮增压器36''的低压涡轮37''，从而在图7中在废气与氨一起到达SCR催化器41的区域中之前也确保氨与废气在低压涡轮37''的区域中的良好的混匀。
图8 显示了根据此处本发明的第二方面的根据本发明的内燃机30的另一实施例，其中，与图8的实施例相联系为了避免不必要的重复对于相同的组件也使用与用于图4至7的实施例相同的附图标记。在图8的实施例中，SCR催化器41在废气的流动方向上观察在高压涡轮增压器36'的高压涡轮37下游而在低压涡轮增压器36''的低压涡轮37''上游集成到废气管路42中，其中，氨发生器44在高压涡轮37'上游集成到废气管路42中。在图8的实施例中也相应地实现在涡轮上游、即在高压涡轮37'上游将尿素分解成水蒸气、二氧化碳和氨，以便在输送至SCR催化器41之前被引导通过高压涡轮37'。尿素分解成氨以有效的方式在废气中的焓较高的情况中实现，此外通过在SCR催化器41上游的高压涡轮37'实现氨与废气的良好的混匀。

Claims (9)

1.一种内燃机、即以重油运行的内燃机，其带有具有多个气缸(12)的发动机(11)、带有具有至少一个涡轮增压器(16,16',16'')的增压装置(15)、带有具有SCR催化器(21)的废气净化装置(20)且带有氨发生器(24)用于由尿素溶液产生用作用于所述SCR催化器(21)的还原剂的氨，其特征在于，增压空气通过从增压空气管路(23)分岔的旁通管路(27)能够输送给所述氨发生器(24)，其中，所述尿素溶液经由所述氨发生器(24)的喷嘴(25)能够引入通过所述旁通管路(27)分岔的增压空气中，所述尿素溶液在所述氨发生器的后置于所述喷嘴(25)的水解催化器(26)中在通过所述旁通管路(27)所导引的增压空气中被分解成水蒸气、二氧化碳和氨，其中，所述旁通管路(27)在废气的流动方向上观察在所述SCR催化器(21)上游通到废气管路(22)中，以便将通过所述氨发生器(24)所导引的增压空气在流动方向上在所述SCR催化器(21)上游与所述废气混合。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述旁通管路(27)关联有加热装置(28)，以便在所述尿素溶液喷入之前加热通过所述旁通管路(27)所导引的增压空气。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，通过所述旁通管路(27)所导引的增压空气最大为通过所述增压空气管路(23)所引导的增压空气的5%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述增压装置(15)包括带有高压涡轮(17')和高压压缩机(18')的高压涡轮增压器(16')以及带有低压涡轮(17'')和低压压缩机(18'')的低压涡轮增压器(16'')，其中，所述旁通管路(27)在所述增压空气的流动方向上观察在所述低压压缩机(18'')下游和/或在所述高压压缩机(18')下游从所述增压空气管路(23)分岔。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述增压装置(15)包括带有高压涡轮(17')和高压压缩机(18')的高压涡轮增压器(16')以及带有低压涡轮(17'')和低压压缩机(18'')的低压涡轮增压器(16'')，其中，所述旁通管路(27)在所述废气的流动方向上观察在所述低压涡轮(17')下游和/或在所述高压涡轮(17'')下游然而在所述SCR催化器(21)上游通到所述废气管路(22)中。
6.一种内燃机、即以重油运行的内燃机，其带有具有多个气缸(32)的发动机(31)、带有具有至少一个涡轮增压器(36,36',36'')的增压装置(35)、带有具有SCR催化器(41)的废气净化装置(40)且带有氨发生器(44)用于由尿素溶液产生用作用于所述SCR催化器(41)的还原剂的氨，其特征在于，所述尿素溶液经由所述氨发生器的喷嘴能够这样引入所述废气中且在所述氨发生器的后置于所述喷嘴的水解催化器(36)中能够这样在所述废气中分解成水蒸气、二氧化碳和氨，使得所述废气能够与所述氨一起在所述SCR催化器(41)上游引导通过至少一个涡轮(17,17',17'')，所述增压装置(35)包括带有高压涡轮(37')和高压压缩机(38')的高压涡轮增压器(36')以及带有低压涡轮(37'')和低压压缩机(38'')的低压涡轮增压器(36'')，其中，所述氨发生器(44)关联于在所述废气的流动方向上观察在所述高压涡轮(37')上游从废气管路(42)分岔的旁通管路(47)，且其中，所述旁通管路(47)在所述废气的流动方向上观察在所述高压涡轮(37')下游通到所述废气管路(42)中。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述氨发生器(44)这样关联于从所述气缸(32)引离的废气管路(42)，使得所述尿素溶液在所述废气的流动方向上观察能够就在所述气缸(32)下游引入所述废气中。
8.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述氨发生器(44)关联于所述废气管路(42)的在所述高压涡轮(37')与所述低压涡轮(37'')之间延伸的截段。
9.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，通过所述旁通管路(47)所导引的废气最大为通过所述废气管路(42)所引导的废气的5%。
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