CN110872970B - 内燃机及控制系统 - Google Patents

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Abstract

在本发明的内燃机(1)的排气流路(42)中流动从燃烧室(20)排出的排气。还原剂供给部经由安装于排气流路(42)的喷嘴(61)对排气流路(42)供给还原剂并与排气混合。反应器(66)使从排气流路(42)流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理。穿过反应器(66)的排气被导向烟道(81)。旁通流路(681)绕过反应器(66)将排气流路(42)与烟道(81)连接。旁通阀(682)打开和关闭旁通流路(681)。供给控制部在检测到旁通阀(682)的开阀处理时，对还原剂供给部进行控制，从而停止对排气流路(42)供给还原剂。由此，能够抑制还原剂流入比反应器(66)更下游侧处。本发明还涉及一种控制系统。

Description

内燃机及控制系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机及控制系统。
背景技术
先前，为了降低船舶用柴油发动机的排气中所含的氮氧化物(即，NOx)，将SCR(Selective catalytic reduction：选择性催化还原)脱硝装置搭载于船舶。例如，在日本专利特开平9-150038号公报(文献1)的排气脱硝装置中，将尿素水作为还原剂混合至排气中并送入排气脱硝装置，由此排气中的氮氧化物被还原，转换成氮、水等无害的物质。
另外，在日本专利特开2017-186999号公报(文献2)中，提出一种在船舶用发动机系统中对高压SCR系统进行更新的技术。在图4所示的船舶用发动机系统中，从燃烧室输送至排气汇集器(receiver)的排气经由高压SCR系统而导向增压器的涡轮。在所述高压SCR系统中，首先，对从排气汇集器经由反应器·密封阀而送入至气化/混合器的排气供给尿素水等作为还原剂。在气化/混合器中，还原剂被气化而分解为氨，与排气混合后被导向SCR反应器。在SCR反应器中，排气中的氮氧化物被还原而转换为氮及水等。在所述船舶用发动机系统中，设置有旁通流路，其通过将所述反应器·密封阀关闭，使来自排气汇集器的排气不经由SCR反应器而直接导向涡轮。
但是，在如所述般的脱硝系统中，若还原剂不通过反应器而流入涡轮，则有可能在涡轮的内部生成源于还原剂的堆积物。另外，也有可能在比涡轮更靠下游侧处的排气节能器、烟道等产生所述堆积物。进而，也有可能所述还原剂通过涡轮而向外部流出。
发明内容
本发明涉及一种内燃机，其目的在于抑制还原剂流入比反应器更下游侧处。
[解决问题的技术手段]
本发明的优选的一方式的内燃机包括：排气流路，供排气流动；还原剂供给部，经由安装于所述排气流路的喷嘴对所述排气流路供给还原剂并与排气混合；反应器，使从所述排气流路流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理；烟道，引导穿过所述反应器的排气；旁通流路，绕过所述反应器将所述排气流路与所述烟道连接；旁通阀，打开和关闭所述旁通流路；涡轮，配置于所述反应器及所述旁通流路、与所述烟道之间，通过排气而旋转；压缩机，将所述涡轮的旋转作为动力而对吸气进行加压；以及供给控制部，当检测到所述旁通阀的开阀处理时，对所述还原剂供给部进行控制，从而停止向所述排气流路供给所述还原剂。在所述旁通阀关闭的状态下，穿过所述反应器的排气流入至所述涡轮。在所述旁通阀打开的状态下，穿过所述反应器及所述旁通流路的排气流入至所述涡轮。根据所述内燃机，能够抑制还原剂流入比反应器更下游侧处。
优选为，所述还原剂供给部包括：还原剂供给源，贮存所述还原剂；配管，将所述还原剂供给源与所述喷嘴连接；泵，从所述还原剂供给源经由所述配管将所述还原剂输送至所述喷嘴；以及切换部，设置于所述配管上，在所述喷嘴与所述喷嘴以外的其他构成之间切换由所述泵输送的所述还原剂的输送地，且所述供给控制部在检测到所述旁通阀的开阀处理时，对所述切换部进行控制，从而将所述还原剂的输送地从所述喷嘴切换成所述其他的构成，由此停止从所述喷嘴对所述排气流路供给所述还原剂。
优选为所述其他的构成是所述还原剂供给源或比所述切换部更靠上游侧的所述配管。
优选为所述供给控制部在检测到所述泵的停止处理时，对所述切换部进行控制，从而将所述还原剂的输送地从所述喷嘴切换成所述其他的构成。
优选为所述还原剂供给部还包括止回阀，所述止回阀在所述切换部与所述喷嘴之间，在所述喷嘴附近设置在所述配管上。
优选为还包括对所述喷嘴供给气体的气体供给部，在停止从所述喷嘴向所述排气流路供给所述还原剂后，所述供给控制部控制所述气体供给部，从而对所述喷嘴供给所述气体。
优选为还包括对所述喷嘴供给清洗液的清洗液供给部，在停止从所述喷嘴向所述排气流路供给所述还原剂后，所述供给控制部控制所述清洗液供给部，从而对所述喷嘴供给所述清洗液，从所述气体供给部向所述喷嘴的所述气体的供给是在开始从所述清洗液供给部向所述喷嘴供给所述清洗液起，经过规定时间后开始。
优选为所述供给控制部在所述旁通阀打开的状态下检测到所述旁通阀的闭阀处理时，在经过规定时间后，停止从所述清洗液供给部向所述喷嘴供给所述清洗液。
优选为，所述还原剂供给部包括：还原剂供给源，贮存所述还原剂；配管，将所述还原剂供给源与所述喷嘴连接；以及泵，从所述还原剂供给源经由所述配管将所述还原剂输送至所述喷嘴，且所述供给控制部在检测到所述旁通阀的开阀处理时，停止所述泵的运转，由此停止从所述喷嘴对所述排气流路供给所述还原剂。
本发明也涉及一种控制系统。本发明的优选的一方式的所述控制系统在内燃机中控制还原剂供给部。所述内燃机包括：排气流路，供排气流动；所述还原剂供给部，经由安装于所述排气流路的喷嘴对所述排气流路供给还原剂并与排气混合；反应器，使从所述排气流路流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理；烟道，引导穿过所述反应器的排气；旁通流路，绕过所述反应器将所述排气流路与所述烟道连接；旁通阀，打开和关闭所述旁通流路；涡轮，配置于所述反应器及所述旁通流路、与所述烟道之间，通过排气而旋转；以及压缩机，将所述涡轮的旋转作为动力而对吸气进行加压。在所述旁通阀关闭的状态下，穿过所述反应器的排气流入至所述涡轮。在所述旁通阀打开的状态下，穿过所述反应器及所述旁通流路的排气流入至所述涡轮。所述控制系统包括：检测部，检测所述旁通阀的开阀处理；以及供给控制部，在利用所述检测部检测到所述旁通阀的开阀处理时，对所述还原剂供给部进行控制，从而停止对所述排气流路供给所述还原剂。根据所述控制系统，能够抑制还原剂流入比反应器更下游侧处。
所述目的及其他目的、特征、形态及优点通过以下参照附图进行的所述发明的详细说明来阐明。
附图说明
图1是表示第一实施方式的内燃机的构成的图。
图2是表示内燃机的构成的一部分的图。
图3是表示脱硝系统的构成的一部分的图。
图4是表示内燃机的构成的图。
图5是表示内燃机的构成的一部分的图。
图6是表示内燃机的构成的一部分的图。
图7是表示还原剂的供给停止的流程的图。
图8是表示内燃机的构成的图。
图9是表示第二实施方式的内燃机的脱硝系统的构成的一部分的图。
符号的说明
1、1a：内燃机
2：气缸
3：活塞
5：增压器
6、6a：脱硝系统
20：燃烧室
21：气缸套
22：气缸盖
23：扫气口
24：排气口
25：排气阀
31：活塞头部
32：活塞杆
41：扫气流路
42：排气流路
43：空气冷却器
51：涡轮
52：压缩机
61：喷嘴
62：共用配管
63：还原剂供给部
64：清洗液供给部
65：气体供给部
66：反应器
67：SCR流路
70：控制系统
71：检测部
72：供给控制部
81：烟道
82：吸气路径
411：扫气室
412：扫气汇集器
421：排气配管
422：排气汇集器
631：还原剂供给源
632：还原剂配管
633：还原剂泵
634：切换部
635、645、655：止回阀
636：循环流路
641：清洗液供给源
642：清洗液配管
643：清洗液泵
651：气体供给源
652：气体配管
653：气体供给阀
681：旁通流路
682：旁通阀
S11～S20：步骤
具体实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式的内燃机1的构成的图。内燃机1例如是柴油发动机。在图1所示的例子中，内燃机1是用作船舶的主机的二冲程发动机。
内燃机1包括：气缸2、活塞3、扫气流路41、排气流路42、空气冷却器43、增压器5、脱硝系统6、及烟道81。气缸2是将在图1中上下方向上延伸的中心轴作为中心的有盖的大致圆筒状的构件。活塞3是将所述中心轴作为中心的大致圆柱状的构件，其上部配置于气缸2的内部。活塞3能够沿上下方向移动。再者，图1中的上下方向未必需要与重力方向平行。
气缸2包括气缸套21、气缸盖22及排气阀25。气缸套21是以所述中心轴为中心的大致圆筒状的构件。气缸盖22是安装于气缸套21的上部的有盖的大致圆筒状的构件。在气缸盖22的顶盖部，形成有排气口24。排气口24连接于排气流路42。排气口24通过排气阀25而开闭。如图1中实线所示，通过排气阀25从排气口24向下方离开，排气口24开放。另外，如图1中双点划线所示，通过排气阀25与气缸盖22接触并与排气口24重叠，排气口24封闭。在气缸套21的下端部附近设有扫气口23。扫气口23是呈周状地排列形成于气缸套21的侧面的多个贯通孔的集合。扫气口23连接于扫气流路41。
活塞3具有活塞头部31和活塞杆32。活塞头部31是以所述中心轴为中心的厚的大致圆板状的部位。活塞头部31配置于气缸套21的内部。活塞杆32是从活塞头部31的下表面向下方延伸的大致圆柱状的部位。活塞杆32的下端部与省略图示的曲柄机构连接。利用所述曲柄机构，活塞3在上下方向上进行往复移动。在图1中，用实线描绘位于所述往复移动的下止点的活塞3，用双点划线描绘位于上止点的活塞3。
在内燃机1中，由气缸套21、气缸盖22、排气阀25以及活塞头部31的上表面(即，活塞3的上表面)围成的空间是用于燃烧燃料及空气的燃烧室20。
经由所述扫气口23，从扫气流路41对燃烧室20供给扫气。扫气流路41包括：扫气室411、及扫气汇集器412。扫气室411是设置于气缸套21的扫气口23的周围的空间(即，扫气配管)。扫气口23经由扫气室411而与扫气汇集器412连通。扫气汇集器412是将扫气供给至扫气室411的大致圆筒状的大型容器。
在燃烧室20中通过燃料及空气的燃烧而生成的气体(即，燃烧气体)经由排气口24而向排气流路42排出。排气流路42是供从燃烧室20排出的气体(以下，称为“排气”)流动的管路。排气流路42包括排气配管421、及排气汇集器422。排气配管421是将排气口24与排气汇集器422连接的配管。排气汇集器422是接收来自燃烧室20的排气的大致圆筒状的大型容器。再者，燃烧室20也可理解为供排气流动的排气流路42的一部分。
在内燃机1中，设置有多组气缸2和活塞3，如图2所示，多个燃烧室20连接于一个扫气汇集器412、及一个排气汇集器422。即，扫气汇集器412是用以将扫气分配供给至多个燃烧室20的扫气歧管。另外，排气汇集器422是将从多个燃烧室20排出的排气收集的排气歧管(也称为排气集合管)。由于来自多个燃烧室20的排气错开定时依次向排气汇集器422输送，因此在排气汇集器422内形成排气的紊流。
收集到排气汇集器422的排气在通过图1所示的脱硝系统6进行了脱硝处理后，被输送至增压器5。关于利用脱硝系统6的脱硝处理将在后面说明。增压器5是具备涡轮51和压缩机52的涡轮增压器。在增压器5中，利用排气对吸气加压，生成扫气。
具体而言，涡轮51通过从排气汇集器422送入至增压器5的排气而旋转。用于涡轮51的旋转的排气被导向烟道81，并从烟道81向内燃机1的外部排出。压缩机52利用由涡轮51产生的旋转力(即，将涡轮51的旋转作为动力)，对从内燃机1的外部经由吸气路径82而取入的吸气(空气)进行加压而压缩。经加压的空气(即，所述的扫气)由空气冷却器43冷却后，被供给至扫气汇集器412，并从扫气汇集器412供给至各燃烧室20。
图3是表示脱硝系统6的构成的一部分的图。在图3中，也一并示出脱硝系统6以外的构成。如图1及图3所示，脱硝系统6包括：喷嘴61、共用配管62、还原剂供给部63、清洗液供给部64、气体供给部65、反应器66、SCR流路67、旁通流路681、旁通阀682、及控制系统70。
控制系统70例如是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。所述PLC包括：处理器、存储器、输入输出部、及总线。总线是连接处理器、存储器以及输入输出部的信号电路。存储器存储程序和各种信息。处理器根据存储在存储器中的程序等，一边利用存储器等一边执行各种处理(例如，数值运算等)。输入输出部接收来自操作者的输入、来自其他装置的信号输入，并将信号输出至其他装置。所述PLC基于规定的程序来进行处理，由此实现控制系统70的各功能(例如，检测部71及供给控制部72)。检测部71主要由处理器实现，检测旁通阀682的后述的开阀处理及闭阀处理等。供给控制部72主要由处理器实现，对还原剂供给部63等进行控制。控制系统70既可以是包括键盘和显示器等的一般的计算机系统，或者也可以是电路基板等。再者，图1中省略了控制系统70的图示。
喷嘴61安装于排气流路42中的排气汇集器422。喷嘴61经由共用配管62而与还原剂供给部63、清洗液供给部64、及气体供给部65连接。还原剂供给部63、清洗液供给部64、及气体供给部65由控制系统70的供给控制部72控制。还原剂供给部63在进行排气的脱硝处理时驱动。清洗液供给部64及气体供给部65在所述脱硝处理停止时驱动，用于喷嘴61的清洗等。
还原剂供给部63将用于排气的脱硝处理的还原剂供给至喷嘴61。作为还原剂，可利用尿素水(CO(NH2)2)或氨水(NH3)等。本实施方式中，使用尿素水作为还原剂。还原剂供给部63包括：还原剂供给源631、还原剂配管632、还原剂泵633、切换部634、止回阀635、及循环流路636。还原剂供给源631例如是贮存还原剂的贮存罐。还原剂配管632是将还原剂供给源631与喷嘴61连接的配管。还原剂泵633是从还原剂供给源631经由还原剂配管632而将还原剂输送至喷嘴61的泵。通过还原剂泵633而输送至喷嘴61的还原剂的流量例如是数升/小时～数百升/小时。还原剂泵633例如是变频泵。
切换部634在还原剂泵633与喷嘴61之间设置于还原剂配管632上。切换部634例如是电磁阀。对切换部634连接循环流路636的其中一个端部。循环流路636的另一个端部连接于还原剂供给源631。循环流路636的所述另一端部也可以在还原剂供给源631与还原剂泵633之间或者在还原剂泵633与切换部634之间与还原剂配管632连接。换言之，循环流路636的所述另一端部也可连接于比切换部634更靠上游侧的还原剂配管632。
在图3所示的状态下，从还原剂泵633输送至切换部634的还原剂经由切换部634、还原剂配管632、止回阀635及共用配管62而供给至喷嘴61。所述还原剂不从切换部634流向循环流路636。另一方面，当切换切换部634时，从还原剂泵633输送至切换部634的还原剂不供给至喷嘴61，而经由循环流路636循环至还原剂供给源631(或还原剂配管632)。换句话说，切换部634将由还原剂泵633输送的还原剂的输送地在喷嘴61、与喷嘴61以外的其他构成(即，还原剂供给源631或还原剂配管632)之间切换。
止回阀635在喷嘴61与切换部634之间，在喷嘴61附近设置于还原剂配管632上。详细来说，止回阀635在还原剂配管632和共用配管62的合流点、与切换部634之间，配置于所述合流点附近。止回阀635防止流体从所述合流点侧向切换部634逆流。
清洗液供给部64将用于喷嘴61的清洗的清洗液供给至喷嘴61。作为清洗液，可使用在船舶内用于其他目的的清水等。再者，也可利用清水以外的液体作为清洗液。清洗液供给部64包括：清洗液供给源641、清洗液配管642、清洗液泵643、及止回阀645。清洗液供给源641例如是贮存清洗液的贮存罐。清洗液配管642是将清洗液供给源641与喷嘴61连接的配管。清洗液泵643是从清洗液供给源641经由清洗液配管642而将清洗液输送至喷嘴61的泵。
止回阀645在喷嘴61与清洗液泵643之间，在喷嘴61附近设置于清洗液配管642上。详细来说，止回阀645在清洗液配管642和共用配管62的合流点、与清洗液泵643之间，配置于所述合流点附近。止回阀645防止流体从所述合流点侧向清洗液泵643逆流。
气体供给部65将用于喷嘴61的清洗、及促进来自排气汇集器422的排气输送的气体供给至喷嘴61。作为所述气体，可利用压缩空气(例如，数百kPa～数MPa的压力的空气)等。再者，也可将压缩空气以外的气体从气体供给部65供给至喷嘴61。气体供给部65包括：气体供给源651、气体配管652、气体供给阀653、及止回阀655。气体供给源651例如是贮存经压缩的空气的贮存罐。气体配管652是将气体供给源651与喷嘴61连接的配管。气体供给阀653设置于气体配管652上，通过开阀而将来自气体供给源651的气体供给至喷嘴61。另外，通过关闭气体供给阀653，停止对喷嘴61供给气体。再者，也可取代气体供给源651及气体供给阀653，而设置将空气压缩并输送的鼓风机。
止回阀655在喷嘴61与气体供给阀653之间，在喷嘴61附近设置在气体配管652上。详细来说，止回阀655在气体配管652和共用配管62的合流点、与气体供给阀653之间，配置于所述合流点附近。止回阀655防止流体从所述合流点侧向气体供给阀653及气体供给源651逆流。
SCR流路67是将排气流路42的排气汇集器422、与增压器5的涡轮51加以连接的管路。在SCR流路67上设置有反应器66。在反应器66内，收容用于排气的脱硝处理的催化剂。在反应器66中，进行利用SCR(Selective catalytic reduction：选择性催化还原)法的排气的脱硝处理。
旁通流路681是从SCR流路67的中途分支，绕过反应器66与SCR流路67合流的管路。换言之，旁通流路681将排气流路42的排气汇集器422、与增压器5的涡轮51及烟道81绕过反应器而连接。具体来说，旁通流路681在排气汇集器422与反应器66之间从SCR流路67分支，并在反应器66与涡轮51之间与SCR流路67合流。旁通阀682设置于旁通流路681上，用于旁通流路681的开闭。旁通阀682例如由内燃机1的驱动控制部(省略图示)驱动。
在脱硝系统6中进行排气的脱硝处理的状态下，如图4所示，通过还原剂供给部63的切换部634将还原剂泵633与喷嘴61连接，通过还原剂泵633而从还原剂供给源631输送的还原剂经由切换部634、还原剂配管632、止回阀635、共用配管62及喷嘴61而连续地供给至排气汇集器422。对喷嘴61从省略图示的喷雾用气体供给部供给喷雾用气体，来自喷嘴61的还原剂在通过喷雾用气体而雾化的状态(即，雾状)下供给至排气汇集器422内。还原剂的供给量基于排气中的氮氧化物的含有量等而得到控制。再者，在对喷嘴61供给还原剂的状态下，清洗液供给部64的清洗液泵643停止，另外，由于气体供给部65的气体供给阀653关闭，因此清洗液及压缩空气不会供给至喷嘴61。在图4中，用实线描绘还原剂流动的路径，用虚线描绘未流动流体的其他路径(在图8中也同样)。
从喷嘴61供给至排气汇集器422的还原剂(即，尿素水)与排气混合。如上所述，在排气汇集器422内，由于来自各排气配管421的排气流入而形成排气的紊流，因此效率良好地进行还原剂与排气的混合。在排气汇集器422内，与高温的排气混合的尿素热分解，从而生成氨及异氰酸(HNCO)。另外，异氰酸水解，从而生成氨。混合由氨的排气从排气汇集器422输送至SCR流路67。
在进行排气的脱硝处理的状态下，关闭旁通阀682，因此如图5所示，从排气汇集器422输送至SCR流路67的排气(即，含有氨的排气)流入至反应器66，并与所述催化剂接触。由此，排气中的氮氧化物(NOx)与氨反应而被还原，分解成氮(N2)及水(H2O)。穿过反应器66的已完成脱硝处理的排气经由SCR流路67而供给至配置于反应器66与烟道81之间的涡轮51。涡轮51利用来自反应器66的排气而旋转。穿过涡轮51的排气被导向烟道81，并从烟道81向内燃机1的外部排出。再者，在图5中，用虚线描绘未流动排气的路径(即，旁通流路681)。
另一方面，当旁通阀682打开时，如图6所示，从排气汇集器422输送至SCR流路67的排气流过反应器66及旁通流路681，供给至位于反应器66及旁通流路681、与烟道81之间的涡轮51。换句话说，穿过反应器66的排气、与不流入反应器66(即，绕过反应器66)而穿过旁通流路681的排气流入涡轮51。涡轮51利用来自反应器66及旁通流路681的排气而旋转。穿过涡轮51的排气被导向烟道81，并从烟道81向内燃机1的外部排出。
旁通阀682的开阀例如是在船舶加速时，涡轮51入口的排气温度不足的情况下等进行。具体来说，例如，由所述的驱动控制部取得SCR流路67入口的排气温度及涡轮51入口的排气温度，并在所述两个温度的差为规定的阈值以上的情况下，通过驱动控制部使旁通阀682打开。在旁通阀682打开的状态下，穿过旁通流路681的排气流入涡轮51，因此能够提高涡轮51入口的排气温度。
在内燃机1中，在旁通阀682打开的状态下，为了防止还原剂不通过反应器66而流入涡轮51，停止从喷嘴61向排气汇集器422供给还原剂。假设还原剂流入涡轮51时，有可能因温度条件等而生成源于还原剂的固形物并堆积至涡轮51内。另外，从尿素生成的氨也有可能从烟道81放出至内燃机1的外部(即，产生氨流失)。
以下，参照图7对还原剂的供给停止的流程进行说明。首先，当利用所述的驱动控制部，判断为需要将闭阀状态的旁通阀682打开时，开始旁通阀682的开阀处理(步骤S11)。具体来说，从驱动控制部对作为旁通阀682的驱动部的气动致动器发出开阀指令(也称为开阀信号)。而且，气动致动器内部的压力上升，在从发出开阀指令起经过规定时间后，旁通阀682以规定的开度开阀。所述规定时间是所谓的旁通阀682的驱动所需的时滞，例如约3秒。在内燃机1中，在所述时滞的期间，执行下述的步骤S12～步骤S15。
控制系统70的检测部71继续监视旁通阀682的开阀处理及闭阀处理。检测部71在检测到旁通阀682的开阀处理时，对供给控制部72发送信号，而通知开阀处理的开始。供给控制部72在利用检测部71检测到旁通阀682的开阀处理时，对还原剂供给部63进行控制，从而停止从喷嘴61对排气汇集器422供给还原剂(步骤S12)。
具体来说，检测部71检测从驱动控制部发送至旁通阀682的所述开阀指令，检测旁通阀682的开阀处理的开始。而且，利用供给控制部72控制还原剂供给部63的切换部634，如图8所示，将还原剂泵633与喷嘴61的连接阻断，而将还原剂泵633与循环流路636加以连接。由于还原剂泵633继续运转，因此由还原剂泵633从还原剂供给源631输送的还原剂经由循环流路636返回到还原剂供给源631(或者比切换部634更上游的还原剂配管632)。换句话说，从还原剂泵633输送的还原剂不供给至喷嘴61，而在还原剂供给部63循环。再者，还原剂泵633的运转在步骤S11～步骤S20(后述)中，一直继续。
如此，利用供给控制部72将从还原剂泵633输送的还原剂的输送地从喷嘴61切换为喷嘴61以外的其他构成(即，还原剂供给源631或还原剂配管632)，由此停止从喷嘴61将还原剂供给至排气汇集器422。再者，检测部71可通过检测作为旁通阀682的驱动部的气动致动器内部的压力变化，来检测旁通阀682的开阀处理的开始。所述情况下，检测部71可包括测定气动致动器内部的压力的传感器、和/或接收由所述传感器测定的测定值的接收部。另外，旁通阀682的驱动部可以是气动致动器以外的机构(例如，油压致动器或电动致动器)。
当停止从喷嘴61对排气汇集器422供给还原剂时，利用供给控制部72控制清洗液供给部64，从而开始将清水等清洗液供给至喷嘴61(步骤S13)。具体来说，利用供给控制部72驱动清洗液供给部64的清洗液泵643，从清洗液供给源641将清洗液输送至喷嘴61。清洗液与残留于共用配管62及喷嘴61内的还原剂一起从喷嘴61喷出，并在利用喷雾用气体而雾化的状态下供给至排气汇集器422内。由此，残留于共用配管62及喷嘴61的内部的还原剂被冲洗，而替换成清洗液。如此，通过清洗共用配管62及喷嘴61，可防止或抑制源于还原剂的固形物堆积于共用配管62或喷嘴61而堵塞喷嘴61。
继而，利用供给控制部72控制气体供给部65，从而开始将压缩空气等气体供给至喷嘴61(步骤S14)。具体来说，利用供给控制部72使气体供给部65的气体供给阀653打开，并经由共用配管62将气体输送至喷嘴61。此时，继续从清洗液供给部64对喷嘴61供给清洗液，所述气体与清洗液一起从喷嘴61喷射至排气汇集器422内。由此，共用配管62及喷嘴61被进一步清洗，从而共用配管62及喷嘴61内的还原剂被大致完全去除。即，从气体供给部65供给至喷嘴61的气体是用以从喷嘴61排出还原剂的冲洗气体。
优选为从所述的气体供给部65向喷嘴61的气体的供给是开始从清洗液供给部64向喷嘴61供给清洗液(步骤S13)起，经过规定时间(例如，约1秒)后开始。在将气体供给至共用配管62和喷嘴61之前，共用配管62和喷嘴61内的还原剂在一定程度上被清洗液冲洗(即，用清洗液稀释还原剂)，由此防止残留在共用配管62和喷嘴61内的还原剂通过来自气体供给部65的气体而在极短的时间内被大量地排出到排气汇集器422内(即，还原剂的过剩供给)。清洗液供给开始与气体供给开始的时间差例如由延迟定时器实现。
从步骤S14的气体供给开始起经过规定时间(例如，约2秒)后，关闭气体供给阀653，从而停止从气体供给部65向喷嘴61供给气体(步骤S15)。从气体供给部65向喷嘴61的气体的供给是在旁通阀682的开阀处理结束并且旁通阀682实际打开(步骤S16)之前结束。或者，来自气体供给部65的气体的供给停止(步骤S15)可与旁通阀682的开阀处理的结束(步骤S16)同时进行。换句话说，步骤S14及步骤S15如所述那样，是在发出旁通阀682的开阀指令起至实际打开的时滞(例如，约3秒)间进行。由此，可在旁通阀682实际打开前，将喷嘴61内的还原剂推出到排气汇集器422，并且通过从每个排气配管421流入的排气将排气汇集器422内的还原剂推出到SCR流路67。
从来自气体供给部65的气体供给停止起经过规定时间(例如，15秒)后，清洗液泵643的驱动停止，从而停止从清洗液供给部64对喷嘴61供给清洗液(步骤S17)。其后，在旁通阀682处于开阀状态的期间，不从喷嘴61向排气汇集器422供给还原剂、清洗液及气体。
而且，当利用所述的驱动控制部，判断为需要将开阀状态的旁通阀682关闭时，开始旁通阀682的闭阀处理(步骤S18)。具体来说，从驱动控制部对旁通阀682的驱动部发出闭阀指令(也称为闭阀信号)。旁通阀682在从发出闭阀指令起经过规定时间(即，时滞)后关闭。换句话说，旁通阀682的闭阀处理结束(步骤S19)。
当检测部71检测到旁通阀682的闭阀指令时，供给控制部72在从检测到闭阀处理起经过规定时间(例如，约10秒)后，控制还原剂供给部63，从而再次开始对喷嘴61供给还原剂(步骤S20)。具体来说，切换部634从图8所示的状态切换成图4所示的状态，将来自还原剂泵633的还原剂的输送地从还原剂供给源631(或还原剂配管632)切换为喷嘴61。
所述的规定时间设定为在旁通阀682实际关闭后(即，经过所述时滞后)，开始对喷嘴61供给还原剂。由此，防止在旁通阀682还未关闭的状态下，还原剂供给至排气汇集器422。其结果，抑制包含还原剂等的排气经由旁通流路681而流入涡轮51及烟道81。再者，检测部71可通过检测作为旁通阀682的驱动部的气动致动器等的内部的压力变化，来检测旁通阀682的闭阀处理的开始。另外，闭阀处理的检测与还原剂供给开始的时间差例如由延迟定时器实现。
如以上所说明那样，内燃机1包括：排气流路42、还原剂供给部63、反应器66、烟道81、旁通流路681、旁通阀682、涡轮51、压缩机52、及供给控制部72。在排气流路42中，流动排气。还原剂供给部63经由安装于排气流路42的喷嘴61对排气流路42供给还原剂并与排气混合。反应器66使从排气流路42流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理。穿过反应器66的排气被导向烟道81。旁通流路681绕过反应器66将排气流路42与烟道81连接。旁通阀682打开和关闭旁通流路681。涡轮51配置于反应器66及旁通流路681、与烟道81之间，并利用排气而旋转。压缩机52将涡轮51的旋转作为动力而对吸气进行加压。供给控制部72在检测到旁通阀682的开阀处理时，对还原剂供给部63进行控制，从而停止对排气流路42供给还原剂。在旁通阀682关闭的状态下，穿过反应器66的排气流入至涡轮51。在旁通阀682打开的状态下，穿过反应器66及旁通流路681的排气流入至涡轮51。
在所述内燃机1中，能够抑制还原剂流入比反应器66更下游侧处。具体来说，能够抑制还原剂流入在排气的流动中位于比反应器66更下游侧的涡轮51及烟道81。其结果，可防止或抑制在作为反应器66的下游设备的涡轮51及烟道81中，生成源于还原剂的堆积物。另外，也能够防止或抑制还原剂漏出至内燃机1的外部。
如上所述，优选为还原剂供给部63包括：还原剂供给源631、还原剂配管632、还原剂泵633及切换部634。还原剂供给源631中贮存还原剂。还原剂配管632是将还原剂供给源631与喷嘴61连接的配管。还原剂泵633从还原剂供给源631经由还原剂配管632而将还原剂输送至喷嘴61。切换部634设置于还原剂配管632上。切换部634将由还原剂泵633输送的还原剂的输送地在喷嘴61、与喷嘴61以外的其他构成之间切换。供给控制部72在检测到旁通阀682的开阀处理时，对切换部634进行控制，将还原剂的输送地从喷嘴61切换成所述其他的构成，由此停止从喷嘴61对排气流路42供给还原剂。
由此，可不停止还原剂泵633，而停止对排气流路42供给还原剂。其结果，能够在停止对排气流路42供给还原剂时，将脱硝系统6的控制简化。另外，能够防止重复起动还原剂泵633，因此可实现还原剂泵633的长寿命化。再者，喷嘴61可理解为还原剂供给部63的一部分。
更优选为所述的其他构成是还原剂供给源631或比切换部634更上游的还原剂配管632。由此，能够在停止对排气流路42供给还原剂时，使从还原剂泵633输送的还原剂在还原剂供给部63循环。其结果，与将从还原剂泵633输送的还原剂废弃的情况相比(即，与所述其他的构成为排水管的情况相比)，能够降低内燃机1的还原剂的使用量。
如上所述，优选为内燃机1还包括气体供给部65。气体供给部65对喷嘴61供给气体。在内燃机1中，在停止从喷嘴61对排气流路42供给还原剂后，供给控制部72对气体供给部65进行控制而对喷嘴61供给气体。
由此，能够对停止供给还原剂后的喷嘴61适宜地进行清洗(即，清洁处理)。其结果，能够防止或抑制喷嘴61因源于还原剂的固形物堆积等堵塞。
如上所述，优选为内燃机1还包括清洗液供给部64。清洗液供给部64将清洗液供给至喷嘴61。在内燃机1中，在停止从喷嘴61对排气流路42供给还原剂后，供给控制部72对清洗液供给部64进行控制而对喷嘴61供给清洗液。优选为从所述的气体供给部65向喷嘴61的气体的供给是开始从清洗液供给部64对喷嘴61供给清洗液起，经过规定时间后开始。由此，能够防止残留在喷嘴61内的还原剂通过所述气体而在极短的时间内被大量地排出到排气汇集器422内(即，还原剂的过剩供给)。其结果，能够抑制还原剂等在未反应的状态下穿过反应器66而流入涡轮51及烟道81。
如上所述，优选为还原剂供给部63还包括止回阀635。止回阀635在切换部634与喷嘴61之间，在喷嘴61附近设置于还原剂配管632上。由此，能够防止流体从喷嘴61侧向切换部634逆流。另外，在利用所述的清洗液供给部64及气体供给部65对喷嘴61进行清洗时，通过将止回阀635配置于喷嘴61附近，能够降低清洗时需冲洗的还原剂的量(即，残留于从喷嘴61至止回阀635之间的还原剂的量)。其结果，能够缩短喷嘴61的清洗所需的时间，能够在旁通阀682实际打开前，将喷嘴61内的还原剂推出到排气汇集器422，并且通过从每个排气配管421流入的排气将排气汇集器422内的还原剂推出到SCR流路67。从止回阀635至喷嘴61的配管长优选为3m以内，更优选为2m以内。
如上所述，优选为排气流路42包括排气汇集器422，所述排气汇集器422收集从燃烧室20排出的排气、及从其他燃烧室20排出的排气，且从喷嘴61对排气汇集器422供给还原剂。由此，可利用因从多个燃烧室20依次输送的排气而在排气汇集器422内形成的紊流，效率良好地进行还原剂与排气的混合。其结果，能够适宜地实施利用脱硝系统6的排气的脱硝处理。
在内燃机1中，存在由因海洋现象的影响导致的内燃机1的负荷变动等引起，而在短时间的期间重复旁通阀682的开闭的情况。例如，存在如下可能性：在步骤S16的旁通阀682的开阀处理结束后，马上(例如，数秒后)开始旁通阀682的闭阀处理(步骤S18)，在步骤S19的旁通阀682的闭阀处理结束后，另外马上(例如数秒后)开始旁通阀682的开阀处理(步骤S11)。
在内燃机1中，供给控制部72在旁通阀682打开的状态下检测到旁通阀682的闭阀处理时，在经过规定时间后，停止从清洗液供给部64向喷嘴61供给清洗液。由此，在经过所述规定时间(例如，约10秒)之前，再次开始暂时闭阀的旁通阀682的开阀处理的情况下，由于一直继续从清洗液供给部64向喷嘴61供给清洗液，所以可不变更清洗液泵643的动作来进行喷嘴61的清洗。换句话说，即便在短时间内重复旁通阀682的开闭的情况下，也能够抑制短时间中重复清洗液泵643的起动。其结果，能够实现清洗液泵643(即，清洗液供给部64的驱动部)的长寿命化。再者，闭阀处理的检测与清洗液的供给停止的时间差例如由延迟定时器实现。
另外，如上所述，供给控制部72在旁通阀682打开的状态下检测到旁通阀682的闭阀处理时，在经过规定时间后，开始从还原剂供给部63向喷嘴61供给还原剂。因此，在经过所述规定时间(例如，约10秒)之前，再次开始暂时闭阀的旁通阀682的开阀处理的情况下，仍然停止从还原剂供给部63向喷嘴61供给还原剂。由此，即便在短时间内重复旁通阀682的开闭的情况下，也可抑制在旁通阀682打开的状态下，将还原剂供给至排气汇集器422，从而包含还原剂等的排气经由旁通流路681而流入至涡轮51及烟道81。
在内燃机1中，在发生某种异常时等，在脱硝系统6中，进行将旁通阀682打开并且使还原剂泵633停止的处理(所谓的SCR关闭或SCR停止)。在所述情况下，通过开始旁通阀682的开阀处理(步骤S11)、停止还原剂泵633的运转，来停止对喷嘴61供给还原剂(步骤S12)。即，在进行SCR关闭或SCR停止的情况下，当利用供给控制部72检测到旁通阀682的开阀处理和/或还原剂泵633的停止处理时，停止对喷嘴61供给还原剂。由此，能够抑制还原剂流入比反应器66更下游侧。其后，对喷嘴61及共用配管62进行清洗。
在内燃机1中，优选为供给控制部72在检测到还原剂泵633的停止处理时，对切换部634进行控制，将还原剂的输送地从喷嘴61切换成所述其他的构成(例如，还原剂供给源631或还原剂配管632)。由此，能够防止或抑制在SCR关闭时等，残留于从还原剂泵633至切换部634之间的还原剂配管632的还原剂移动至喷嘴61侧而从喷嘴61漏出(即，来自喷嘴61的还原剂的液滴)。
接着，对本发明的第二实施方式的内燃机1a进行说明。图9是表示内燃机1a的脱硝系统6a的构成的一部分的图。内燃机1a除从还原剂供给部63省略切换部634这点外，具有与图1所示的内燃机1同样的构造。在以下的说明中，对内燃机1a的各构成标注与内燃机1对应的构成相同的符号。
在内燃机1a中，还原剂供给部63包括：还原剂供给源631、还原剂配管632、及还原剂泵633。与所述的内燃机1同样地，还原剂供给源631中贮存还原剂。还原剂配管632是将还原剂供给源631与喷嘴61连接的配管。还原剂泵633从还原剂供给源631经由还原剂配管632而将还原剂输送至喷嘴61。
在内燃机1a中，旁通阀682(参照图1)的开阀处理及闭阀处理时的运作与图7所示的步骤S11～步骤S20大致相同。其中，在内燃机1a中，步骤S12的还原剂的供给停止并非利用切换部634切换还原剂的供给地来进行，而是通过停止还原剂泵633来进行。
具体来说，供给控制部72在检测到旁通阀682的开阀处理时，停止还原剂泵633的运转，由此停止从喷嘴61向排气流路42供给还原剂。由此，可利用简单的构造实现停止对排气流路42供给还原剂。另外，内燃机1a的构造与内燃机1同样地，特别适用于在反应器66的下游处设置涡轮51的内燃机。
在所述内燃机1、内燃机1a中，可以进行各种变更。
例如，在脱硝系统6的还原剂供给部63中，可省略止回阀635。在清洗液供给部64及气体供给部65中也同样地，可省略止回阀645、止回阀655。在脱硝系统6a中也同样。
在脱硝系统6的还原剂供给部63中，可省略循环流路636。在所述情况下，来自还原剂泵633的还原剂的输送地可通过切换部634而例如在喷嘴61与排水管之间切换，从而将未供给至喷嘴61的还原剂废弃。再者，切换部634未必需要为电磁阀，也可为具有其他构造的部件(例如，利用马达驱动的电动阀或利用空气驱动的引导阀)。
在利用供给控制部72的控制中，在从清洗液供给部64供给清洗液的中途检测到旁通阀682的闭阀处理的情况下，清洗液的供给停止未必需要在从检测到闭阀处理起经过规定时间后进行，例如，也可在检测到闭阀处理后立即进行。
另外，在停止对喷嘴61供给还原剂后进行喷嘴61的清洗的情况下，来自气体供给部65的气体的供给未必需要在从来自清洗液供给部64的清洗液的供给起经过规定时间后进行，例如，也可与清洗液的供给大致同时进行。在所述喷嘴61的清洗中，未必需要进行清洗液的供给，也可仅利用来自气体供给部65的气体的供给来进行喷嘴61的清洗。所述情况下，可省略清洗液供给部64。再者，未必需要进行还原剂的供给停止后的喷嘴61的清洗。所述情况下，可省略清洗液供给部64及气体供给部65。
在脱硝系统6中，未必需要在SCR关闭时，利用切换部634将还原剂的输送地从喷嘴61切换为其他的构成，因此可不驱动切换部634。
在脱硝系统6中，作为图3所示的切换部634，设置有跨还原剂配管632及清洗液配管642的多口阀，并在旁通阀682打开时，通过切换所述多口阀，将来自还原剂泵633的还原剂的输送地从喷嘴61切换成还原剂供给源631，同时可将来自清洗液泵643的清洗液经由所述多口阀而输送至喷嘴61。
喷嘴61未必需要对排气汇集器422供给还原剂，只要对排气流路42的任一部位供给还原剂即可。例如，喷嘴61可安装于所述的排气配管421或燃烧室20，而对排气配管421或燃烧室20供给还原剂。
内燃机1、内燃机1a未必需要包括多个燃烧室20，也不需要在排气流路42设置排气汇集器422。
在内燃机1、内燃机1a中可省略增压器5。所述情况下，反应器66及旁通流路681可直接连接于烟道81。
内燃机1、内燃机1a未必需要为船舶的主机，也不需要为二冲程柴油发动机。内燃机1、内燃机1a例如可为四冲程柴油发动机，也可为柴油发动机以外的发动机。内燃机1、内燃机1a可用于船舶的主机以外的用途(例如，汽车等的发动机)。另外，内燃机1、内燃机1a可用于设置于垃圾焚烧设施等的机体的发电机等。
所述实施方式和各变形例的构成，只要不相互矛盾，可以适当组合。
详细描绘并说明了发明，但所述的说明是例示性，并非进行限定。因此，只要不脱离本发明的范围，就可以进行多种变形和方式。

Claims (10)

1.一种内燃机，包括：
排气流路，供排气流动；
还原剂供给部，经由安装于所述排气流路的喷嘴对所述排气流路供给还原剂并与排气混合；
反应器，使从所述排气流路流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理；
烟道，引导穿过所述反应器的排气；
旁通流路，绕过所述反应器将所述排气流路与所述烟道连接；
旁通阀，打开和关闭所述旁通流路；
涡轮，配置于所述反应器及所述旁通流路、与所述烟道之间，通过排气而旋转；
压缩机，将所述涡轮的旋转作为动力而对吸气进行加压；以及
供给控制部，控制所述还原剂供给部，
所述还原剂供给部包括：
还原剂供给源，贮存所述还原剂；
配管，将所述还原剂供给源与所述喷嘴连接；以及
泵，从所述还原剂供给源经由所述配管将所述还原剂输送至所述喷嘴，
所述供给控制部在检测到所述旁通阀的开阀处理时，对所述还原剂供给部进行控制，从而停止对所述排气流路供给所述还原剂，
在所述旁通阀关闭的状态下，穿过所述反应器的排气流入至所述涡轮，
在所述旁通阀打开的状态下，穿过所述反应器及所述旁通流路的排气流入至所述涡轮。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中
所述还原剂供给部还包括：
切换部，设置于所述配管上，在所述喷嘴与所述喷嘴以外的其他的构成之间切换由所述泵输送的所述还原剂的输送地，
所述供给控制部对所述切换部进行控制，从而将所述还原剂的输送地从所述喷嘴切换成所述其他的构成，由此停止从所述喷嘴对所述排气流路供给所述还原剂。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其中
所述其他的构成是所述还原剂供给源或比所述切换部更上游侧的所述配管。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其中
所述还原剂供给部还包括止回阀，所述止回阀在所述切换部与所述喷嘴之间，在所述喷嘴附近设置在所述配管上。
5.根据权利要求2所述的内燃机，其中
所述还原剂供给部还包括止回阀，所述止回阀在所述切换部与所述喷嘴之间，在所述喷嘴附近设置在所述配管上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机，还包括：
气体供给部，对所述喷嘴供给气体，
在停止从所述喷嘴向所述排气流路供给所述还原剂后，所述供给控制部控制所述气体供给部，从而对所述喷嘴供给所述气体。
7.根据权利要求6所述的内燃机，还包括：
清洗液供给部，对所述喷嘴供给清洗液，
在停止从所述喷嘴向所述排气流路供给所述还原剂后，所述供给控制部控制所述清洗液供给部，从而对所述喷嘴供给所述清洗液，
从所述气体供给部向所述喷嘴的所述气体的供给是在开始从所述清洗液供给部向所述喷嘴供给所述清洗液起，经过规定时间后开始。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中
所述供给控制部在所述旁通阀打开的状态下检测到所述旁通阀的闭阀处理时，在经过规定时间后，停止从所述清洗液供给部向所述喷嘴供给所述清洗液。
9.根据权利要求1所述的内燃机，其中
所述供给控制部停止所述泵的运转，由此停止从所述喷嘴向所述排气流路供给所述还原剂。
10.一种控制系统，在包括排气流路、还原剂供给部、反应器、烟道旁通流路、旁通阀、涡轮以及压缩机的内燃机中控制所述还原剂供给部，其中所述排气流路供排气流动；所述还原剂供给部经由安装于所述排气流路的喷嘴对所述排气流路供给还原剂并与排气混合；所述反应器使从所述排气流路流入的排气与催化剂接触来进行脱硝处理；所述烟道引导穿过所述反应器的排气；所述旁通流路绕过所述反应器将所述排气流路与所述烟道连接；所述旁通阀打开和关闭所述旁通流路；所述涡轮配置于所述反应器及所述旁通流路、与所述烟道之间，通过排气而旋转；所述压缩机将所述涡轮的旋转作为动力而对吸气进行加压，且在所述旁通阀关闭的状态下，穿过所述反应器的排气流入至所述涡轮，在所述旁通阀打开的状态下，穿过所述反应器及所述旁通流路的排气流入至所述涡轮，其中
所述还原剂供给部包括：
还原剂供给源，贮存所述还原剂；
配管，将所述还原剂供给源与所述喷嘴连接；以及
泵，从所述还原剂供给源经由所述配管将所述还原剂输送至所述喷嘴，
所述控制系统包括：
检测部，检测所述旁通阀的开阀处理；以及
供给控制部，在利用所述检测部检测到所述旁通阀的开阀处理时，对所述还原剂供给部进行控制，从而停止对所述排气流路供给所述还原剂。
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