CN110966075B - 内燃发动机的排气壳体和引导内燃发动机的排气的方法 - Google Patents

Abstract

建议提供一种内燃发动机的排气壳体(1)和引导内燃发动机的排气的方法。排气壳体包括排气歧管(20)和第一排气处理区域(30)。排气歧管(20)包括用于内燃发动机的排气的至少一个排气壳体入口(2)和用于将排气引导至排气处理区域的至少一个歧管出口。第一排气处理区域包括平行布置的第一管道(5)和第二管道(6)。第一排气处理段(7)布置在第一管道(5)中，并且第二排气处理段(8)布置在第二管道(6)中。本发明的特征在于，第一管道包括主流动收缩部(9)，使得第一管道和第二管道的流量分布得以优化。

Description

内燃发动机的排气壳体和引导内燃发动机的排气的方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的排气壳体和引导内燃发动机的排气的方法。

本发明总体上涉及处理内燃发动机的排气的技术领域。这种内燃发动机的示例是诸如用在海洋环境中的大型船舶发动机。然而，本发明也可以与能源工厂组合使用。

背景技术

已知采用选择性催化反应(SCR)来减少排放物(例如氮排放物)。为此，催化元件布置在排气歧管中，并且将排气引导通过催化元件。

DE 10 2016 205 299 A1示出了具有排气处理系统的内燃发动机。将多个气缸的排气收集在混合管中，该混合管将排气引导至处理系统。在混合管的出口处，排气流重定向约180°，并且在重定向后引导排气流通过SCR催化剂。DE 10 2016 205 299中所示的布置导致了空间的不利使用。所提出的布置是繁杂的，因此昂贵且复杂。

EP 3 050 615 A1示出了用于清洁排气的流动单元。流动单元包括引导表面和断裂表面。在一个实施方式中，EP 3 050 615 A1示出了流动元件，该流动元件可以布置在排气系统中(图8)。

发明内容

本发明的目的是提高排气处理区域的效率。任选地，可以延长催化元件的寿命。本发明的一个具体问题是改进排气在不同催化元件之间的分布。

建议提供一种用于内燃发动机的排气壳体。壳体具有用于内燃发动机的排气的至少一个壳体入口和用于排气的至少一个壳体出口。壳体包括排气歧管和第一排气处理区域。排气歧管包括所述至少一个壳体入口和至少一个歧管出口，用于将排气引导至第一排气处理区域。第一排气处理区域包括第一管道和第二管道。在第一管道中布置第一排气处理段，且在第二管道中布置第二排气处理段。第一排气处理区域还包括分叉，用于将排气分成用于第一管道的第一部分和用于第二管道的第二部分。分叉布置在第一管道和第二管道的上游。

根据本发明的排气壳体可以是任何收集排气或排气流动的壳体。

本发明的特征在于，第一管道包括主流动收缩部，使得第一管道和第二管道的流量分布得以优化。

在正常运行条件下，在没有主流动收缩部的情况下，进入这些排气处理段之一的流量可能会大于进入另一个排气处理段的流量。这导致特定催化段的寿命缩短，尤其是在不对称的排气壳体中。

由于主流动收缩部，进入第一排气处理段的流量减少，而进入第二排气处理段的流量增加。由此，第一排气处理段与第二排气处理段之间的流量分布得以优化。例如，在一个实施方式中，主流动收缩部可以布置成使得进入第一催化段和第二催化段的流量基本上相等。

一个或全部排气处理段可以是催化段。催化段包括用于选择性催化反应(SCR)的催化剂。在替代实施方式中，排气处理段可以在选择性非催化反应(SNCR)中处理排气。催化段可包括一层或多层。这些层可以是标准的和单独可替换的部件。

第一管道和第二管道可以平行布置。“平行”应理解为将排气分离成两股流。在特定实施方式中，第一管道和第二管道至少部分地或基本上沿着相同方向引导流体。在其它实施方式中，第一管道和第二管道沿相反方向引导流体。

排气处理区域可以包括用于将排气分成用于第一管道的第一部分和用于第二管道的第二部分的分离区域或分隔部分或分叉。

分叉可以将排气分成两部分、三部分或更多部分。第一管道和第二管道优选地适于分别引导排气。

在一个优选实施方式中，第二管道的入口布置在第一管道的入口的上游。在这种排气壳体中，引导流量分布是特别有利的，因为流量倾向于集中在下游管道中。在这些管道中，由于较大的流速，催化元件耗尽得更快。

在一个实施方式中，排气第一管道和第二管道可以形成为Z型或U型歧管。第一管道和第二管道可以在两者各自的端部合并。可替代地，第一管道和第二管道可以通向分开的排气壳体出口。

主流动收缩部可以布置在第一管道的入口处，布置成沿着第一管道或布置在第一管道的出口处。在优选实施方式中，主流动收缩部布置在第一管道的入口处。由于流量收缩之后的压降，第一排气处理段中的压力较低。

在一个优选实施方式中，排气歧管可以另外包括旁路。旁路可以用一个或多个旁路阀打开和关闭。旁路阀可以布置在排气歧管的出口处。旁路绕过排气处理段。由此，引导排气直接从排气歧管入口到排气壳体出口。这允许排气歧管的节能结构。

控制器可以经配置用于控制这些阀，使得在第一阀结构中，引导排气通过第一排气处理段和第二排气处理段，并且在第二阀结构中，引导排气通过旁路。

第一管道和/或第二管道可以包括管道出口阀。因此，可以只操作选定的管道。例如，如果催化段中的一个的催化元件有缺陷，则可以关闭包括该催化段的管道。

优选地，至少一个管道出口阀是止回阀，优选地包括止回翻板。止回阀，特别是具有止回翻板的阀，通常节省成本并且仅需要低维护。

止回阀可以是不需要由外力启动的无源阀。

传感器可以靠近止回阀设置，用于测量开度和确定流速，优选地确定排气的质量流量。

优选地，至少一个反应器入口阀和/或至少一个管道出口阀是流动控制阀和/或包括具有一定回弹力的阀弹簧。

通过关闭流动控制阀，可以影响处理区域内的总体流动。例如，如果由于空间条件，更多的气体将流过第一SCR反应器，则可以设置相应的流动控制阀让更少的气体通过。因此，可以实现均匀的流量分布。

另外地或可选地，可以选择阀弹簧的回弹力以补偿外部流动条件。

排气壳体还可包括用于确定至少一个阀的开度的测量单元。

用在如上所述的排气壳体中的阀可以包括至少具有第一侧元件和第二侧元件的框架。阀可以包括具有翻板旋转轴线的至少一个翻板，该至少一个翻板布置在框架内部。阀可以包括致动元件，该致动元件用于至少部分地围绕翻板旋转轴线转动至少一个翻板。致动元件可以布置在框架之外，并且与第一侧元件相距一个距离D，这样使得排气路径的结构元件可以布置在致动元件与侧元件之间。

通过将致动元件布置在排气壳体的外部，致动元件不与任何排气接触，因此，阀是耐用的。此外，由于致动元件不占据排气壳体内的任何位置，所以阀的截面最大化。此外，翻板旋转轴线容易固定在框架中，并且结构元件还容易连接到翻板旋转轴线，使得整个阀能可靠地设置并且在排气壳体内容易启动。距离D定义为侧元件的外边缘与致动元件或连杆之间的距离。

距离D可以在30mm至300mm之间的范围内，特别是50mm至100mm，优选基本上70mm。

在该距离中，排气路径的结构元件可布置在致动元件和侧元件之间。

翻板旋转轴线可基本上布置在翻板的中部并延伸翻板的较长纵向轴线。

这样，减小了转矩，并且翻板可以容易地转动。

阀可包括至少两个、优选三个、更优选四个，特别是六个翻板。可以进一步设想具有多于六个翻板的阀。

这导致在翻板旋转轴线上的开口截面和转矩的最佳分布。

翻板旋转轴可具有长度LR，该长度LR对应于翻板FL长度的至少105％、优选地至少110％、更优选地至少120％。

这使得排气壳体的结构元件和致动元件的连接能够在不损失阀内部用于排气的截面的情况下转动翻板。

翻板旋转轴可包括两个部分，这两个部分优选地可彼此连接，其中，第一部分基本上布置在框架内部，第二部分基本上布置在框架外部，并且优选地连接到致动元件。

这种设计使得能够容易地安装阀，因为阀的第一部分可设置在包括翻板旋转轴线的第一部分的排气壳体内，并且之后当翻板旋转轴线的第一部分已经安装在排气壳体内时，翻板旋转轴线的第二部分可连接到翻板旋转轴线的第一部分。这导致安装成本显著降低。

翻板旋转轴的第一部分和第二部分之间的连接可以是六角键连接。

通过使用六角键连接，翻板旋转轴的旋转运动可靠地从翻板旋转轴的第二部分传递到第一部分，并且整个翻板旋转轴的安装极其容易。此外，因为六角键连接允许角度偏差，所以第二部分相对于第一部分的任何角度偏差(例如由于热膨胀)可以容易地补偿。

当然，类似的连接如六角键连接、如方形键、八角形键或三角形键可用于连接翻板旋转轴的第一部分和第二部分。

翻板旋转轴的第一部分的长度可以长于翻板旋转轴的第二部分的长度。

这使得安装简单的同时具有稳定的翻板旋转轴。

翻板旋转轴可以布置在侧元件中的轴承中，优选地布置在陶瓷滑动轴承和/或石墨滑动轴承中。

侧元件中的轴承翻板可靠地引导旋转轴线的转动运动。

即使是在排气壳体的严峻排气环境中，特别是在高于500℃的温度下，陶瓷或石墨轴承也具有高耐久性。

翻板旋转轴可以布置在侧元件之间框架内的至少一个附加轴承中，优选地布置在陶瓷滑动轴承和/或石墨滑动轴承中。

为此目的，框架还包括中间元件，该中间元件基本上平行于侧元件布置，该侧元件包括至少一个轴承。当然，在需要翻板旋转轴更稳定的情况下，可以在框架内布置多于一个的中间元件。

框架优选地包括顶部和底部元件以增加阀的稳定性。

特别地，如上所述的排气壳体可包括阀部和至少一个如前所述的阀。

排气壳体的阀段是可以设置阀的段。该阀段包括结构元件，在该结构元件中可以布置旋转轴线，并且该结构元件包括足够的稳定性，使得翻板旋转轴线可以以稳定的方式转动。因此，该结构元件至少具有50mm的宽度，使得具有25mm直径的旋转轴线可以牢固地设置在结构元件中。

阀段可以是排气壳体的结构板。

这样，结构板可以同时用作翻板旋转轴线的连接点。

致动元件可以布置在排气壳体外部。

这样，致动元件不与排气接触，并且因此更耐用。

阀可以布置在发动机的高压区域中，特别是在SCR反应器的上游。

在排气壳体的这种高要求的环境中，阀可以最佳地实现其功能，并且仍然非常耐用。

致动元件可以是电动机。

电动机容易控制并且容易更换。此外，电动机相对便宜并且可以作为标准部件购买。

结构元件可以包括四个开口，每个开口容纳一个翻板旋转轴线。

这就有可能在排气壳体中放置具有四个翻板的阀。

排气壳体可以包括三个或更多个阀，特别是七个阀。

这就有可能将排气导向一个或两个排气处理装置，或将排气直接导向排气壳体的出口。在出口之后，优选地引导排气到涡轮增压器。

此外，排气歧管可以包括控制器，当旁路打开时，该控制器配置为关闭管道出口阀。由此，当旁路打开时，可以防止回流到第一和/或第二管道中。

排气歧管可以包括歧管出口阀。歧管出口阀可以布置成使得当歧管出口阀关闭时，可以阻塞进入排气处理区域或第一管道和第二管道中的一个或两个的流动。或者，第一管道和/或第二管道可包括单独的入口阀。

在一个实施方式中，排气歧管包括多个入口。排气歧管还可包括多个出口。在一个优选实施方式中，排气歧管包括用于内燃发动机的每个气缸的至少一个入口。

排气处理区域可包括第一管道和第二管道下游的排气收集室。第一管道和第二管道可将排气引导至气体收集室。至少一个排气歧管出口可布置在排气收集室中。排气收集室允许在处理排气之后混合排气。

每个催化段可包括至少一个催化元件。催化元件可以是可更换的。催化段和/或催化元件可以是标准部件和/或可以具有相等的尺寸。因此，单个催化段和/或催化元件的更换特别简单。催化元件可以是催化层。

在一个实施方式中，第一催化段和第二催化段可以包括两个或三个或更多个催化元件。优选地，两个催化段包括两个或三个或更多个催化元件。

在一个实施方式中，主流动收缩部由以下各项中的至少一项形成：挡板、穿孔板、阀(特别是板阀)、一个或多个翻板以及第一管道的截面的收缩部。在一个实施方式中，主流动收缩部由板形成，该板覆盖第一管道的截面的一部分。

穿孔板是优选实施方式。穿孔板特别简单且易于制造。此外，改装(即在现有的排气歧管上增加穿孔板)是特别简单的。

如本文所用，穿孔板是具有一个或多个穿孔的板，流体可以通过这些穿孔流动。穿孔可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形或任何其它合适的形状。在一个优选实施方式中，穿孔是规则的并且均匀地分布在穿孔板上。在一个实施方式中，穿孔可以由细长狭缝形成。在一个替代实施方式中，穿孔板可以只包括一个孔。

在一个实施方式中，主流动收缩部是可调节的。因此，可以将主流动收缩部调节到当前流体流，并且在任何通过量下平衡流。流动收缩部尤其可以是可变穿孔板。

穿孔板可以例如通过将两个穿孔板彼此叠置而是可变的。穿孔板中的一个可以相对于另一个移动以闭合一些或全部穿孔。穿孔板可以有源致动，例如通过马达。或者，穿孔板可以无源致动，例如通过用弹簧连接到穿孔板。因此，如果压力增加，穿孔板进一步打开。

如本文所用，挡板是用于重定向流体流动方向的板。

在一个实施方式中，主流动收缩部被设计成使得引入湍流。可以通过相对于第一管道的截面改变穿孔的尺寸来引入湍流。紧接在收缩部之前的第一管道的截面与在流动收缩部处的截面之间的优选比率在5％与60％之间，进一步优选在10％与40％之间。

还可以相对于通过排气歧管的质量流量来选择主流动收缩部(即，最小流动截面的面积)的尺寸。排气壳体可以包括接收有关的来自发动机的排气的质量流量的信息的接口。附加地或可选地，排气歧管可以包括流量传感器。流量传感器可以设置在排气歧管入口处和/或一个或多个或所有管道中。根据该信息，可以调节流动收缩部。

在一个实施方式中，主流动收缩部是垂直于预期流动方向布置的穿孔板。这是用于主流动收缩部的特别简单的布置。

第一排气处理段可以具有第一容量，并且第二排气处理段可以具有第二容量。流动收缩部可以设计成使得通过第一管道的体积流除以通过第二管道的体积流的比率对应于催化段的容量的比率。因此，每个排气处理段以相同的速率消耗。优选地，第一催化段和第二催化段具有相同的容量。

在一个实施方式中，主流动收缩部被设计成使得通过第一排气处理段和第二排气处理段的通过量基本上相等。结果，排气分布均匀，从而提高了催化反应的效率。

在一个实施方式中，第一排气处理段和第二排气处理段具有基本上相等的通过容量。通过量由每个排气处理段的尺寸和材料特性以及相应催化段中催化元件的数量限定。

在优选实施方式中，排气壳体包括第二排气处理区域。第一排气处理区域适于处理排气的一部分，第二排气处理区域适于处理排气的另一部分。第二排气处理区域包括第三管道和第四管道。此外，第二排气处理区域包括位于第三管道和第四管道上游的分叉，用于将排气分成用于第三管道的第三部分和用于第四管道的第四部分。第三排气处理段和第四排气处理段分别布置在第三管道和第四管道中。第二流动收缩部布置在第三管道中，使得第三管道和第四管道的流动通过量得以优化。

由此，可以增加排气歧管的容量。另外，第二排气处理区域允许催化段的紧凑构造。此外，平衡了第三管道和第四管道间的流动。

通常，第三管道可以构造成类似于第一管道。关于第一管道提及的所有特征和具体实施方式也适用于第三管道。这同样分别适用于第四管道和第二管道。

在优选实施方式中，第一排气处理区域和第二排气处理区域彼此对称地布置。优选地，第一排气处理区域和第二排气处理区域是平面对称的。第一排气处理区域和第二排气处理区域可以具有相同的容量。

还建议提供一种内燃发动机，其包括如上所述的排气歧管。发动机特别优选二冲程发动机。发动机可以是大型船舶发动机。

根据本发明的大型船舶发动机是其气缸具有至少200mm内径的内燃发动机。发动机优选地是二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油机或双燃料发动机。

还建议提供一种包括上述内燃发动机的船舶。

如上所述的排气壳体和大型船舶发动机可以包括至少一个阀，优选地具有翻板的阀。

阀可以包括可移动阀体和固定安装的阀座。阀可以包括翻板或者可以是圆盘阀、滑阀、座阀和/或提升阀。

阀优选为无源阀，其仅允许一个流动方向，并且通过反作用压力关闭和/或打开。例如，阀由于翻板上的重力和/或由于弹簧的回复力而关闭，并且由于排气的压力而打开。

阀优选布置在SCR反应器的下游。

排气壳体和大型船舶发动机可以包括用于测量阀的开度的测量装置。

例如，测量装置可以检测可移动阀体和固定设置的阀座之间的距离。优选地，测量装置包括用于测量至少一个阀翻板的角位置，例如排气风门的角位置的传感器。

阀打开得越大，流过阀的气体就越多。因此，阀的开度可用来测量流过阀的气体的体积。

在阀是无源阀或至少部分无源阀的情况下，开度可用来测量阀上由于气体流动而产生的压力，并且因此用作测量气体流速。

在系统的一个有利实施方式中，排气壳体和大型船舶发动机包括控制单元，该控制单元基于阀的开度，优选地基于至少一个阀翻板的角位置，来确定排气流速。

控制单元可以包括规则或映射，该规则或映射可以存储在控制单元的存储器中，并且通过该规则或映射可以推导出测量的开度和气体流速之间的相关性。

由于翻板的开口面积也可以由开度确定，因此，可以确定体积流量。通常，在内燃发动机中测量排气温度和该温度的压力。因此，也可以计算排气的密度和质量流量。

另外，质量流量只能通过非常昂贵的超声装置来确定，或者用普朗特管或叶轮确定，这些装置很难用于连续测量。特别是在具有高颗粒质量流量的环境中，可能引起污染，该污染只能通过大量的维护工作来消除。

优选地，排气壳体或大型船舶发动机包括温度传感器和压力传感器。

优选地，排气壳体或大型船舶发动机还包括控制单元，该控制单元基于温度、压力和开度，优选地基于翻板的角位置来确定排气质量流量。

在一个优选实施方式中，排气壳体或大型船舶发动机包括用于还原剂的定量给料单元。排气壳体或大型船舶发动机还包括控制单元，该控制单元基于开度，优选地基于角度位置来确定还原剂的量。

控制单元还可以基于温度、压力和开度来确定排气质量流量。

定量给料单元可以包括或连接到包含还原剂的贮存器。

优选地，还原剂可通过定量给料单元的喷嘴注入排气入口。

根据阀的开度、排气后处理系统中的压力和温度，可以确定质量流量。

法规要求在SCR反应器下游或由排气后处理系统供给的涡轮增压器下游，特别是船舶通风管的下游，以g/kWh测量的特定NOx值。为了实现NOx的正确量，需要知道SCR反应器上游的NOx的量并适当地计量还原剂。

待计量的量取决于进入后处理系统的排气的质量流量、发动机负荷和NOx的相对含量(以ppm/m³测量)。

相对NOx含量可以根据模型或根据内燃发动机当前运行条件的经验图测量和/或确定。

模型或经验图可以存储在控制单元中或者可以对控制单元可用。

测得的NOx含量和法规给出的限制之间的差异决定了待定量给料的还原剂的量。

在一个有利的实施方式中，排气壳体或大型船舶发动机包括至少一组阀翻板，优选地包括具有至少一组阀翻板的至少一个阀。排气壳体或大型船舶发动机还可包括至少一个传感器，该传感器用于测量该组阀翻板中的至少一个阀翻板的角位置。

优选地，该组阀翻板布置在SCR反应器的下游。

有利地，排气壳体或大型船舶发动机包括至少一组阀翻板，该组阀翻板优选地布置在SCR反应器的下游，其中，该组阀翻板优选地通过连接器彼此连接。优选地连接翻板，使得所有阀翻板具有相同的角位置。

这些翻板执行联合运动，优选地一次运动所有翻板都具有相同的开度。因此，通过所有翻板的流量均匀地分布。

传感器仅需要检测其中一个翻板的开度以确定阀的开度。

在一个有利的实施方式中，排气壳体或大型船舶发动机包括预紧阀，特别是至少一个阀翻板，其中，例如通过弹簧，特别是扭转弹簧预紧阀翻板。

因此，防止阀由于流动湍流而摇动或变平，并且开度是流经排气壳体的排气量的可信赖的量度。

测量装置可以包括传感器。

传感器可以检测阀的两个元件之间的距离，优选地检测两个关闭元件之间的距离。传感器还可以检测阀关闭元件的开口角度。传感器还可以检测阀致动元件相对于固定阀元件的距离或角度。

传感器可以布置在排气壳体内或可以布置在外部。

阀可以包括具有翻板旋转轴线的至少一个翻板，该至少一个翻板布置在框架内部。阀还可以包括外部元件，该外部元件连接到翻板的轴上并且布置在壳体外部，例如，至少部分地围绕翻板旋转轴线转动至少一个翻板。传感器可以检测外部元件的位置。因此，测量装置和/或传感器可以布置在冷的区域中，并且测量不受排气干扰。

传感器可以是光学传感器、声学传感器、磁传感器或电磁传感器。

测量装置可以包括视频装置和用于分析视频信号的评估单元。

排气壳体或大型船舶发动机可以包括至少一个阀翻板和用于测量该至少一个阀翻板的动量的传感器。特别地，可以测量由预紧阀的弹簧力引起的动量。动量与阀上的动态压力相关，因此，动量与开度相关。因此，也可以认为用于测量动量的传感器是用于测量开度的传感器。

可以从动量的测量推导出流速。

优选地，排气壳体或大型船舶发动机的至少一个阀包括至少一个阀翻板，并且至少一个阀翻板由于重力而关闭。

因此，阀翻板不需要强大的致动系统。完全闭合运动或闭合运动的至少相关部分是由翻板的重量引起的。

阀可以连接到致动系统以提供完全关闭，特别是由于排气后处理系统可能不会始终地保持完美定向的位置。

在理想位置，例如，当安装有排气壳体的船位于港口时，可以定向排气壳体，使得翻板在没有任何气体压力的情况下处于完全关闭状态，并且翻板仅在存在排气压力时打开。

然而，当船在途中时或当船没有最佳装载时，壳体的定向可偏离最佳定向。

在这种情况下，回复力的方向可以变化，并且阀翻板的开度不仅受到由于气体流动引起的压力的影响，而且还受到阀相对于重力的定向的影响。

因此，在系统的一个优选实施方式中，排气壳体或大型船舶发动机包括测量装置，该测量装置用于确定阀相对于重力矢量方向的空间定向。

特别地，测量装置可以确定固定地连接到排气壳体或发动机的阀元件(例如阀翻板的关闭面)的当前定向相对于重力矢量的偏差。

测量装置可以是陀螺仪。

为了计算由气体压力引起的开启力，不仅应该考虑阀的开度，而且应该考虑阀相对于重力传感器的位置，因为开度不可能仅受到气体压的影响。

控制单元可以使用空间定向的测量值来校正排气流速的计算和/或校正质量流量的计算。

本发明的另一方面涉及一种通过排气壳体引导内燃发动机的排气的方法。内燃发动机优选为船舶的发动机。该方法包括以下步骤：

在燃烧室中燃烧燃料。引导内燃室的排气通过至少一个排气壳体入口进入该排气壳体的排气歧管中。将排气通过排气歧管引导至排气壳体的排气处理区域。排气在排气壳体中特别是在排气处理区域中被分成第一部分和第二部分。引导排气的第一部分通过第一管道中的第一排气处理段，并且引导排气的第二部分通过第二管道中的第二排气处理段。第一部分的流动受到主流动收缩部的约束。主流动收缩部优选地位于第一管道的入口处。

根据本发明的另一方面，优选如上所述的排气壳体可以包括至少两个SCR反应器。

至少一个反应器入口阀可以布置在每个SCR反应器的上游，并且优选地至少一个反应器出口阀布置在每个SCR反应器的下游。

在优选的实施方式中，至少布置在第一SCR反应器上游的反应器入口阀是第一流动控制阀，优选布置在第一SCR反应器下游的反应器出口阀是第二流动控制阀。

排气壳体还可以包括控制单元，该控制单元可以为第一流动控制阀并且优选地为第二流动控制阀提供关闭。特别地，控制单元用于第一流动控制阀，并且优选地第二流动控制阀在加热时间期间保持关闭。

布置在第二SCR反应器上游和下游的阀可以是无源阀，例如可以在施加流动压力时打开的止回翻板。因此，在加热时间期间，气体仅可通过第二SCR反应器。

设计用于船舶应用的排气后处理系统以控制NOx排放。根据船舶的位置、环境区域和功率，需要遵守不同的排放限制。

性能高度依赖温度。然而，当排气温度通常处于SCR过程的关键水平时，排放法规要求足够的后处理效率，即使在低负荷下也是如此。

因此，将后处理系统，特别是SCR反应器加热到最小操作温度所需的时间应保持尽可能少，以使系统尽可能快地为完全后处理效率做好准备。

当后处理系统包括多于一个流动路径时，可以缩短启动时间。因此，排气壳体可以允许系统的某些部分的选择性操作，并且仅允许减少SCR反应器的数量。排气可以以这样的方式控制，即只有总SCR体积的一部分被排气流动通过。因此，排气的总热能对使用体积的加热速度要快于对整个体积的加热速度。

排气壳体可以包括排气歧管和具有至少第一处理段和至少第二处理段的至少一个排气处理区域。每个SRC反应器可以布置在空间上彼此分开的相应处理段中。

每个区域可包括反应器入口阀和优选至少一个反应器出口阀，优选每个SCR反应器至少一个反应器出口阀。

每个段可包括反应器入口阀和优选至少一个反应器出口阀。

优选地，后处理系统包括温度传感器，并且更优选地包括控制单元，该控制单元一旦达到所需温度就打开第一流动控制阀，并且优选地打开第二流动控制阀。

附图说明

参照附图仅以示例的方式描述了本发明的非限制性实施方式，其中：

图1：示出了根据本发明的排气歧管的截面，

图2：示出了图1的截面的第二视图，

图3：示出了第二结构中的图1的截面的第三视图，以及

图4：示出了流动收缩部的示例。

具体实施方式

图1和图2示出了排气壳体1的截面。在图1中，示出了排气壳体1的截面，而在图2中，排气的流动另外由箭头指示。

排气壳体1包括两个部分。首先，在排气歧管20中接收排气。引导排气通过排气歧管20进入排气处理区域30。排气处理区域30包括两个排气壳体出口3。

排气歧管20收集内燃发动机(未示出)的气缸的排气。引导每个气缸的排气通过相应的管道并且经由排气壳体入口2进入排气壳体1。在排气壳体中，排气歧管20接收排气。排气歧管20将排气引导至排气歧管20的出口(见图2中的箭头51)。在排气歧管的歧管出口中，布置歧管出口阀12。在排气歧管20中，混合并引导来自不同气缸的排气到歧管出口阀12。在歧管出口阀12的下游，排气在排气处理区域30中的分叉10处分离进入第一管道5和第二管道6。每个管道5、6包括实现为催化段的排气处理段7、8。排气处理段7、8由单独的催化元件组成。第一排气处理段和第二排气处理段7、8彼此平行。

在这种分开的排气处理区域中，管道之间的流速可以不同。结果，由于排气处理区域的几何形状，第一管道和第二管道具有不同的通过量。

排气处理段7、8各自包括催化元件。这些催化元件是可更换的，并且彼此相同。结果，催化段具有相同的容量，而第一管道具有更高的通过量。因此，放置在第一管道5中的第一催化段较早耗尽。

为了平衡通过排气处理段7、8的流动，排气壳体1另外包括形为穿孔板的主流动收缩部9。主流动收缩部9设置在第一管道5的入口处。主流动收缩部9部分地阻塞排气，增加了第二管道6入口处的压力。结果，通过第二管道6的流速和流动通过量增加。在管道5、6的每个出口处，布置用于每个管道的管道出口阀13、15。

在出口阀13和15的下游，将清洁的排气引入至收集室16。收集室16包括两个排气壳体出口3，排气通过排气壳体出口3离开排气壳体1。

此外，排气壳体1包括旁通阀14。旁通阀14将排气歧管20直接连接到收集室16和排气壳体出口3。在图1所示的结构中，旁通阀14关闭。在该结构中，引导排气通过第一排气处理区域30或通过第二排气处理区域130。第二排气处理区域130被设计成类似于第一排气处理区域30。

排气歧管20从排气壳体入口2将排气通过第二歧管出口阀112引导至第二排气处理区域130。第二排气处理区域130包括第三管道105和第四管道106。通过第二排气处理区域130的排气流由分叉110分开进入第三管道和第四管道105、106。实现为催化段的第三排气处理段107布置在第三管道105中。而在第四管道106中布置了实现为催化段的第四排气处理段108。原则上，第二排气处理区域130是第一排气处理区域30的镜像形式。

类似于第一管道5，第三管道105包括位于第三管道105的入口中的流动收缩部109。流动收缩部109实现为穿孔板，并优化通过第三管道和第四管道的流动通过量，使得通过第三管道和第四管道的流动基本上相等。

所示的第一排气处理区域30和第二排气处理区域130各自包括实现为催化段的两个排气处理段7、8、107、108。第一和/或第二排气处理区域还可以包括多于两个的处理区域。例如，第一处理区域可以包括三个、四个或更多个单独的管道，其中，每个管道包括至少一个处理区域。

第三管道105和第四管道106都包括管道出口阀113、115。可以关闭管道出口阀13、15、113和115以单独地密封管道3、5、105、106中的一个。在催化段中的一个耗尽或有缺陷的情况下，这可能是特别有利的。另一个优点是这可以允许一个或多个催化段的更有效的运行模式，特别是在低负载下或当发动机启动时。发动机可包括配置成控制出口阀的控制器(未示出)。

当第二歧管出口阀112关闭时，停用第三管道和第四管道105、106(即第二排气处理区域)。在低发动机负荷下，可能仅需要第一和第二催化段。

类似地，对于第二歧管出口阀112，第一出口阀可以关闭。特别是在低发动机负荷时，通过关闭第一歧管出口阀12，可以关闭第一管道5和第二管道6。

图2突出了排气流。如上所述，排气通过排气壳体入口2进入排气壳体1。然后，如箭头51所示，排气流向歧管出口阀12并在歧管出口阀12之后，如箭头52所示，流入第一管道5。如箭头53所示，一部分排气从第二管道6流入。箭头54和55示出了排气如何离开催化段并通过排气壳体出口3离开排气壳体1。

如图2所示，通过第二排气处理区域130和相应的第三管道和第四管道的排气的流动路径对应于通过第一排气处理区域30的流动路径。然后，如箭头151所示，排气流向第二歧管出口阀112，并且在第二歧管出口阀112之后，如箭头152所示，流入第三管道105。如箭头153所示，一部分排气从第四管道106流入。箭头154和155示出了排气如何离开催化段并通过排气壳体出口3离开排气壳体1。

图3示出了处于第二结构的图1和图2的排气壳体1。在图3所示的结构中，歧管出口阀12和112关闭。打开旁通阀14。在这种结构中，直接引导排气从排气壳体入口2通过旁通阀14并且进入具有排气壳体出口3的出口室。在这种模式下，不引导排气通过催化段。因此，排气携带可用于例如涡轮增压器中的更大量的能量。另一方面，内燃发动机的排放量可能更高。

如图3所示，关闭歧管出口阀12和112以防止任何排气进入第一管道或第二管道。此外，关闭管道出口阀13、15、113、115。这防止了回流从收集室16进入催化段中。

图4示出了一个流动收缩部的实施方式。主流动收缩部9和/或次级流动收缩部109包括圆形穿孔。圆形穿孔均匀地分布在矩形中。

Claims (12)

1.一种用于内燃发动机的排气壳体（1），所述排气壳体具有用于所述内燃发动机的排气的至少一个排气壳体入口（2）和用于所述排气的至少一个排气壳体出口（3），所述排气壳体（1）包括：

排气歧管（20）和第一排气处理区域（30），

所述排气歧管（20）包括所述至少一个排气壳体入口（2）和用于将所述排气引导至所述第一排气处理区域（30）的至少一个歧管出口，

所述第一排气处理区域（30）包括第一管道（5）和第二管道（6），其中，在所述第一管道（5）中布置第一排气处理段（7），并且在所述第二管道（6）中布置第二排气处理段（8），

其中，所述排气歧管（20）包括歧管出口阀（12），该歧管出口阀（12）布置成使得当该歧管出口阀（12）关闭时阻塞所述第一管道和所述第二管道两者，

其中，所述第一排气处理区域（30）还包括位于所述歧管出口阀（12）下游且位于所述第一管道（5）和所述第二管道（6）的上游的分叉（10），用于将所述排气分成用于所述第一管道（5）的第一部分和用于所述第二管道（6）的第二部分，

其特征在于，所述第一管道（5）包括主流动收缩部（9），使得所述第一管道（5）与所述第二管道（6）之间的流量分布得以优化，其中，至少一个排气处理段（7、8）或所有排气处理段（7、107、8、108）包括用于选择性催化反应（SCR）的催化元件。

2.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述主流动收缩部（9）是由以下各项中的至少一项形成的：挡板、穿孔板、阀、一个或多个翻板以及所述第一管道中的截面收缩部。

3.根据权利要求1或2所述的排气壳体（1），其中，所述主流动收缩部（9）是可变的，或可变穿孔板。

4.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述主流动收缩部（9）被设计成使得引入湍流。

5.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述主流动收缩部（9）是穿孔板，所述穿孔板布置成垂直于预期流动方向。

6.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述主流动收缩部（9）被设计成使得流过所述第一排气处理段和所述第二排气处理段的流量基本上相等。

7.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述第一排气处理段（7）和第二排气处理段（8）具有基本上相等的通过容量。

8.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，至少一个排气处理段（7、8）或所有排气处理段（7、107、8、108）包括两个或更多个催化元件。

9.根据权利要求1所述的排气壳体（1），其中，所述壳体（1）包括第二排气处理区域（130），其中，所述第一排气处理区域（30）适于处理所述排气的一部分，并且所述第二排气处理区域（130）适于处理所述排气的另一部分，并且其中，所述第二排气处理区域（130）包括：

第三管道（105）和第四管道（106），

分叉（110），所述分叉（110）位于所述第三管道（105）和所述第四管道（106）的上游，用于将所述排气分成用于所述第三管道（105）的第三部分和用于所述第四管道（106）的第四部分，

在所述第三管道和所述第四管道中分别布置第三排气处理段（107）和第四排气处理段（108），

其中，在所述第三管道（105）中布置次级流动收缩部（109），使得所述第三管道（105）和所述第四管道（106）的流动通过量得以优化。

10.根据权利要求9所述的排气壳体（1），其中，所述第一排气处理区域（30）和所述第二排气处理区域（130）彼此对称地布置，或平面对称地布置。

11.一种用于大型船舶的内燃发动机，其包括根据前述权利要求之一所述的排气壳体（1）。

12.一种引导内燃发动机的排气通过排气壳体（1）的方法，所述方法包括以下步骤：

在内燃室中燃烧燃料，

将所述内燃室的所述排气经由至少一个排气壳体入口（2）引导到所述排气壳体（1）的排气歧管（20）中而到达所述排气壳体（1）的排气处理区域（30），其中，所述排气歧管（20）包括歧管出口阀（12），

在所述排气壳体中将所述歧管出口阀（12）下游的所述排气分离成第一部分和第二部分，

引导所述排气的所述第一部分通过第一管道（5）中的第一排气处理段（7），

引导所述排气的所述第二部分通过第二管道（6）中的第二排气处理段（8），其中，所述歧管出口阀（12）布置成使得当该歧管出口阀（12）关闭时阻塞所述第一管道和所述第二管道两者，

用流动收缩部（9）收缩所述第一部分的流动，其中，至少一个排气处理段（7、8）或所有排气处理段（7、107、8、108）包括用于选择性催化反应（SCR）的催化元件。

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