本發(fā)明針對一種內燃機以及用于優(yōu)化內燃機的廢氣后處理裝置的方法。

背景技術：

在內燃機的情形下使用選擇性催化還原反應器(下文稱為scr反應器)來執(zhí)行選擇性催化還原(scr)是公知的。過低廢氣溫度的問題也是公知的，在該過低廢氣溫度下，選擇性催化還原不能充分地起作用。

這種過低廢氣溫度尤其在低水平發(fā)動機功率時能夠遇到，例如小于最大連續(xù)功率的百分之40。

尤其在大型船只的船用發(fā)動機的情形下，排放要求變得更嚴格，尤其關于nox排放。因此在低發(fā)動機負荷時選擇性催化還原的可靠功能甚至是迫切需要的。

dk177631已經公開了對該問題的一種解決方案，其中旁通裝置從輔助鼓風機或者進氣接收器的下游位置直接被引入scr觸媒轉換器和渦輪入口之間的線路中的位置。依靠該措施，進入scr裝置的廢氣的廢氣溫度增加。所述變型的劣勢在于，由于進氣接收器和渦輪的直接連接，必須同時優(yōu)化用于發(fā)動機以及用于scr觸媒轉換器的操作的進氣的壓力和溫度。此外，尤其在低水平的發(fā)動機功率下，由于過低渦輪增壓器功率，為了發(fā)動機的操作必須在進氣接收器的上游使用輔助鼓風機。因此在輔助鼓風機的下游特別是以低負荷抽取空氣導致以高壓水平抽取空氣，也即是說，具有高能量，導致將所述富含能量的空氣引導回渦輪。以該方式，渦輪增壓器效率增加，這又導致在渦輪增壓器的下游的更高壓強，因而導致改善了燃燒效率。所述改善的燃燒效率導致特別不期望的較低廢氣溫度。

技術實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術的劣勢以及提供一種內燃機，該內燃機能夠優(yōu)化地設定至用于選擇性催化還原所需的廢氣溫度，并且能夠同時優(yōu)化地設定為用于發(fā)動機的燃燒過程。

該目的依靠如下內燃機以及依靠用于優(yōu)化廢氣后處理裝置的方法而實現(xiàn)。

尤其是，該目的依靠內燃機、尤其兩沖程船用發(fā)動機、優(yōu)選十字頭內燃機而實現(xiàn)，其包括至少一個、優(yōu)選多個連接至廢氣接收器的氣缸。此外，內燃機包括scr反應器，其入口連接至廢氣接收器的出口。此外，內燃機包括渦輪增壓器，其具有渦輪和壓縮機，其中，渦輪入口經由渦輪路徑連接至scr反應器的出口。渦輪增壓器的渦輪驅動壓縮機，渦輪增壓器的壓縮機出口經由進氣路徑連接至進氣接收器。進氣接收器連接至內燃機的氣缸的進氣口，進氣路徑優(yōu)選包括進氣冷卻器。進氣接收器包括排放閥。

利用所述類型的內燃機，通過從進氣接收器排放空氣，能夠增加來自燃燒過程的廢氣溫度。排放閥設計成使得來自排放閥的空氣不再循環(huán)到燃燒過程中，而是直接或者間接地釋放至周圍環(huán)境。

新鮮空氣路徑連接至渦輪路徑，使得新鮮空氣能夠被引入渦輪路徑中，其中，溫度控制設備優(yōu)選形成在新鮮空氣路徑中。

在本發(fā)明的背景中，新鮮空氣路徑沒有將氣流直接連接至進氣接收器或者位于進氣接收器上游的渦輪增壓器的壓縮機。因此所述新鮮空氣路徑不是旁通線路。

溫度控制設備可以呈冷卻器或者加熱設備，或者冷卻和加熱設備的組合的形式。

所述類型的設備允許單獨調節(jié)進氣接收器中的進氣壓力，并且將溫度受控的新鮮空氣供給至渦輪路徑，使得渦輪增壓器功率還能夠以開環(huán)方式控制。此外，能夠優(yōu)化渦輪增壓器轉速的穩(wěn)定性。

新鮮空氣路徑能夠包括壓力增加設備。

因而新鮮空氣的壓力水平能夠增加至或者超出scr反應器的下游的廢氣的壓力水平，使得從新鮮空氣路徑可靠地流入渦輪路徑中是可行的。

壓力增加設備能夠依靠附加渦輪來驅動，其中，附加渦輪能夠通過來自進氣接收器的空氣被驅動和/或能夠被電氣地驅動。

因而，利用從進氣接收器排放的空氣的能量來增加新鮮空氣路徑中的新鮮空氣的壓力。

新鮮空氣路徑能夠依靠新鮮空氣路徑分離設備而與渦輪分離。所述類型的分離設備可以是閥、翼板、單向閥或者所述元件的組合。

新鮮空氣路徑分離設備優(yōu)選布置于壓力增加設備和渦輪路徑之間，特別優(yōu)選布置于溫度控制設備和渦輪路徑之間，此外特別優(yōu)選布置于水分離器和渦輪路徑之間。

因而能夠啟用或者禁用新鮮空氣向渦輪路徑的供給，優(yōu)選以開環(huán)方式控制，以及防止廢氣進入新鮮空氣路徑。

因而還能夠操作內燃機而不將新鮮空氣供給至渦輪路徑，尤其在廢氣溫度足夠用于可靠操作scr反應器的操作狀態(tài)下。此外，防止廢氣進入新鮮空氣路徑。

尿素噴射器可以形成在內燃機的廢氣出口與scr反應器之間，其中，溫度傳感器優(yōu)選布置于廢氣出口與尿素噴射器之間的區(qū)域中，特定優(yōu)選布置于尿素噴射器上游的短距離處。

通過使用尿素，優(yōu)化了nox的還原。

用于測量廢氣溫度的溫度傳感器可以布置在內燃機的廢氣出口與渦輪增壓器的渦輪之間的區(qū)域中。用于測量廢氣溫度的傳感器可以優(yōu)選形成在scr反應器中或者scr反應器的入口處。尤其，溫度傳感器可以布置于緊接最終催化劑層的下游。溫度傳感器可以可替換地或者附加地布置在內燃機的廢氣出口與scr反應器之間的排氣線路中，尤其布置在發(fā)動機的廢氣出口與scr反應器的上游的尿素噴射點之間的區(qū)域中，優(yōu)選布置在排氣管中，特別優(yōu)選布置在尿素噴射點上游的短距離處。

所述類型的溫度傳感器允許精確確定廢氣的溫度，因而直接基于測量值來閉環(huán)控制廢氣溫度。此外，能夠在尿素噴射點的區(qū)域中確定廢氣溫度，使得廢氣能夠保持在用于尿素噴射的優(yōu)化的范圍中。

包括scr旁通閥的scr旁通線路能夠形成在廢氣接收器和渦輪路徑之間，使得scr反應器能夠被繞過。

甚至在scr反應器故障的情形下scr旁通線路允許發(fā)動機繼續(xù)操作，因而用作發(fā)動機的操作可靠性。

新鮮空氣路徑能夠包括水分離器，其優(yōu)選布置于溫度控制設備的下游。

因而，還可以的是，僅處于最干燥可能狀態(tài)的空氣回傳至渦輪，使得還可以的是使渦輪中發(fā)生的腐蝕最小化。尤其在冷卻溫度控制設備中的空氣期間，由于較冷空氣的較低吸水能力，使用水分離器是有利的。

進氣路徑可以包括水分離器，其優(yōu)選布置于進氣冷卻器的下游。

因而能夠從進氣移除濕氣，處于最干燥狀態(tài)的空氣能夠進入燃燒室。因而情形是發(fā)生的腐蝕較少。

內燃機可以包括開環(huán)控制單元，其中，通過新鮮空氣路徑供給新鮮空氣和/或將空氣排出進氣接收器能夠以開環(huán)方式依靠開環(huán)控制單元控制，優(yōu)選以取決于溫度傳感器的測量的溫度值的方式控制?？商鎿Q地，開環(huán)控制可以構造為取決于發(fā)動機的負荷狀態(tài)。

尤其是，能夠以開環(huán)方式依靠開環(huán)控制單元控制新鮮空氣路徑分離設備和/或排放閥。

此外，開環(huán)控制單元能夠以開環(huán)方式控制溫度控制設備，使得能夠按照要求冷卻或者加熱空氣。此外，開環(huán)控制單元能夠以開環(huán)方式控制新鮮空氣路徑中的壓力增加設備和/或水分離器。

通過溫度控制設備的開環(huán)控制，被供給的新鮮空氣能夠在用于過程穩(wěn)定性而優(yōu)化的溫度下被供給。通過壓力增加設備的開環(huán)控制，能夠將被供給的空氣的壓力增加至允許新鮮空氣流入至渦輪路徑的壓力水平。

在該情況下根據本發(fā)明的開環(huán)控制單元能夠呈純粹開環(huán)控制單元的形式或者呈閉環(huán)控制單元的形式。此外，各個設備(諸如要以開環(huán)方式控制的閥)以及其他設備(諸如溫度控制設備或者壓力增加設備)能夠具有閉合控制環(huán)。

此外，該目的依靠用于優(yōu)化廢氣(尤其是上述內燃機的廢氣)后處理的方法而實現(xiàn)，該方法包括以下步驟：

-測量廢氣溫度，優(yōu)選在scr反應器中或者在scr反應器附近，依靠溫度傳感器，或者確定內燃機的負荷范圍，

-比較測量的廢氣溫度與設定點范圍或者設定點值，或者比較發(fā)動機的負荷范圍與低負荷范圍或者低負荷值，優(yōu)選在開環(huán)控制單元中，

-在偏離設定點范圍或者設定點值的情形下，尤其在未達目標(undershoot)的情形下，或者在達到低負荷范圍或者低負荷值的情形下，打開排放閥，使得空氣從進氣接收器排放至周圍環(huán)境。

因而，進氣接收器中的壓力降低，空氣以較低壓供給至發(fā)動機。這導致較低的發(fā)動機效率，因而導致更高廢氣溫度。利用所述類型的方法，能夠確保scr反應器的可靠功能。

例如，低負荷范圍位于發(fā)動機負荷的0-50％，尤其在iso標準條件下位于0-40％，低負荷值位于發(fā)動機負荷的40％。例如，廢氣的設定點溫度范圍位于從250℃至500℃的范圍中，例如，來自尿素噴射點的廢氣的設定點溫度位于至少310℃的區(qū)域中。

新鮮空氣能夠憑借打開的新鮮空氣路徑被引入渦輪路徑中，使得空氣被引導進位于scr反應器與渦輪增壓器的渦輪之間的渦輪路徑中。新鮮空氣路徑中的空氣被優(yōu)選地計量以及優(yōu)選地進行溫度控制，使得優(yōu)化渦輪增壓器功率。因而，對于整個系統(tǒng)的操作，內燃機的操作保持在優(yōu)化范圍中。

新鮮空氣路徑中的空氣能夠依靠壓力增加設備設定至較高壓力水平。壓力增加設備優(yōu)選由附加渦輪驅動，其中，附加渦輪尤其通過來自進氣接收器的空氣驅動和/或被電氣地驅動。

因而效率損失降低，這是由于利用從進氣接收器排放的空氣來增加施加至渦輪路徑的新鮮空氣的壓力水平。

附圖說明

基于附圖，在以下示范實施例中將更詳細地討論本發(fā)明。在附圖中：

圖1是本發(fā)明第一實施例的示意圖，

圖2是本發(fā)明第二實施例的示意圖。

參考標記

1內燃機

2廢氣接收器

3scr反應器3a)入口3b)出口

4渦輪增壓器

5渦輪

6壓縮機

7渦輪路徑

8進氣路徑

9進氣接收器

10進氣口

11進氣冷卻器

13溫度控制設備

14水分離器

16水分離器

17壓力增加設備

19開環(huán)控制單元

20溫度傳感器

22排放閥

23scr旁通線路

24scr旁通閥

25廢氣接收器出口閥

26尿素噴射器

27渦輪路徑閥

28新鮮空氣路徑

29新鮮空氣路徑閥

30附加渦輪

具體實施方式

圖1是內燃機1的示意圖，內燃機1包括廢氣接收器2。廢氣接收器2從內燃機1的氣缸收集排氣。來自廢氣接收器2的廢氣被引導通過scr反應器3，然后被引導至渦輪增壓器4的渦輪5。選擇性催化反應器3具有入口3a和出口3b。scr反應器的入口3a連接至廢氣接收器的出口2b。來自scr反應器3的出口3b的廢氣通過渦輪路徑7以及通過渦輪入口5a被引導至渦輪5。廢氣接收器出口閥25和尿素噴射器26附加地布置于廢氣接收器2和scr反應器3的入口3a之間。在故障的情形下或者在沒有scr反應器3的操作情形下，依靠廢氣接收器出口閥25，scr反應器3能夠被禁用。

可選地，在所有示范實施例中溫度傳感器28能夠附加地布置于后噴射器26上游的較短距離處，依靠該溫度傳感器能夠測量緊接在尿素噴射器的上游的廢氣溫度。溫度傳感器28連接至控制單元19，使得能夠檢測廢氣的溫度偏差，并且能夠實施測量溫度的增加。

此外，渦輪路徑閥27布置于scr反應器3的出口3b的下游，該渦輪路徑閥能夠使得scr反應器3的出口3b同樣在未使用的情形下或者在故障的情形下關閉。渦輪增壓器4的渦輪5驅動壓縮機6，依靠壓縮機6來壓縮新鮮空氣。所述新鮮空氣通過進氣路徑8從壓縮機出口6b被引導至進氣接收器9中。此外進氣路徑8包括進氣冷卻器11和水分離器14。被壓縮的新鮮空氣從進氣路徑8被引導至進氣接收器9中并且通過進氣口10被供給至氣缸用于下一個燃燒過程。

進氣接收器9包括排放閥22，壓力能夠通過排放閥22從進氣接收器9排放。依靠進氣接收器9中的所述壓力降低，較少能量通過進氣口10供給至燃燒過程，由此內燃機的效率減小，廢氣的溫度增加。因而廢氣的溫度能夠增加至scr反應器3起作用的水平。

此外，新鮮空氣能夠通過新鮮空氣路徑28被引入渦輪路徑。新鮮空氣路徑28依靠新鮮空氣路徑閥29從渦輪路徑7分離，使得新鮮空氣路徑僅當需要時被啟用。供給至渦輪路徑7的新鮮空氣降低了廢氣和用于驅動渦輪增壓器4的渦輪5的新鮮空氣的混合物的溫度。以該方式，新鮮空氣在渦輪增壓器4的壓縮機6中被壓縮至較小程度，在進氣接收器9中產生較低壓力水平。因而，在該情況下，燃燒過程的效率也降低，因而廢氣溫度增加。此外新鮮空氣路徑28包括壓力增加設備17，位于壓力增加設備17下游的溫度控制設備13，以及位于溫度控制設備13下游的水分離器16。因而能夠控制被供給的新鮮空氣的壓力、溫度以及含濕量，將它們設定為需要的值。所述類型的新鮮空氣路徑28能夠使得新鮮壓縮空氣被引入渦輪路徑7，為了優(yōu)化溫度控制的目的，尤其在為了優(yōu)化操作scr反應器3而使scr反應器中的溫度太低的情況下。能夠依靠溫度傳感器20確定scr反應器3中的廢氣的溫度，溫度傳感器20布置在scr反應器3中或者布置在scr反應器3的端部3a處?？商鎿Q地，機器負荷可以用作溫度范圍的接近。尤其在iso標準條件下在內燃機1的機器負荷小于最大負荷的40％的情形下，根據本發(fā)明，廢氣溫度太低并且為了正確的操作scr反應器3而必須增加。

優(yōu)選以開環(huán)方式依靠開環(huán)控制單元19控制新鮮空氣路徑29，使得僅當實際需要時新鮮空氣路徑28能夠被啟用。開環(huán)控制單元19優(yōu)選從溫度傳感器20接收溫度信號，溫度傳感器20安置在scr反應器3中并且確定廢氣溫度。此外開環(huán)控制單元19優(yōu)選以開環(huán)方式控制進氣接收器9的排放閥22、壓力增加設備17、溫度控制設備13和水分離器16。因而開環(huán)控制設備能夠以開環(huán)方式控制用于改變廢氣的溫度和壓力的所有設備。

進氣路徑8包括進氣冷卻器11和水分離器14。進氣冷卻器11控制被壓縮的新鮮空氣的溫度，使得為了期望目的，內燃機1中的燃燒過程能夠優(yōu)化地發(fā)生。進氣接收器9收集從進氣接收器9被引導至內燃機1的進氣口10的進氣。依靠排放閥22能夠非?？焖俚亟档瓦M氣接收器9中的壓力，使得能夠快速設定廢氣溫度。

此外，包括scr旁通閥24的scr旁通線路23布置于廢氣接收器2和渦輪路徑7之間。如果不再需要scr反應器3或者其不再能夠被操作，來自廢氣接收器2的廢氣能夠通過所述scr旁通線路23被引導至渦輪增壓器4的渦輪5。

圖2的實施例基本與圖1示出的實施例一致，其中，通過排放閥22離開進氣接收器9的空氣驅動附加渦輪30。附加渦輪30可操作地連接至壓力增加設備17，使得總體效率增加，這是由于來自排放閥22的空氣用于進一步目的，而不是簡單地被排放。可選地或者附加地，附加渦輪30能夠被電氣地驅動。