本發(fā)明涉及帶有排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機。

背景技術(shù)：

在例如用于發(fā)電廠中的固定內(nèi)燃機的燃燒過程中以及在例如用在船上的非固定內(nèi)燃機的燃燒過程中產(chǎn)生氮氧化物，其中這些氮氧化物通常在含硫化石燃料(諸如煤、瀝青煤、原油、重燃燒油或柴油燃料)的燃燒期間產(chǎn)生。為此，這種內(nèi)燃機分配了排氣后處理系統(tǒng)，排氣后處理系統(tǒng)用于離開內(nèi)燃機的排氣的清潔，特別是脫氮。

為了還原排氣中的氮氧化物，主要將所謂的scr催化轉(zhuǎn)化器用于從實踐已知的排氣后處理系統(tǒng)中。在scr催化轉(zhuǎn)化器中，發(fā)生氮氧化物的選擇性催化還原，其中為了氮氧化物的還原，需要氨(nh3)作為還原劑。氨或氨前體物質(zhì)(諸如，例如尿素)在液體形式下在scr催化轉(zhuǎn)化器的上游引入排氣中，其中氨或氨前體物質(zhì)在scr催化轉(zhuǎn)化器的上游與排氣混合。為此，實踐中在氨或氨前體物質(zhì)的引入與scr催化轉(zhuǎn)化器之間提供混合區(qū)段。

盡管利用包括scr催化轉(zhuǎn)化器的從實踐已知的排氣后處理系統(tǒng)已可成功地進行排氣后處理，特別是氮氧化物還原，但仍需要進一步改進排氣后處理系統(tǒng)。特別需要使帶有緊湊設(shè)計的包括排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

從此開始，本發(fā)明基于創(chuàng)造新型內(nèi)燃機的目的，特別是帶有排氣后處理系統(tǒng)的兩沖程內(nèi)燃機，其帶有緊湊設(shè)計且確保有效排氣后處理可有效地操作。

此目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機來解決。根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)燃機包括共用于一組氣缸的至少一個排氣歧管，其中從對應(yīng)的排氣歧管發(fā)出的排氣可經(jīng)由排氣后處理系統(tǒng)(即，對應(yīng)的反應(yīng)室和對應(yīng)的scr催化轉(zhuǎn)化器)引導，且經(jīng)由排氣增壓系統(tǒng)的至少一個排氣渦輪增壓器在排氣后處理系統(tǒng)的下游引導。本發(fā)明使帶有緊湊設(shè)計的內(nèi)燃機(特別是兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

根據(jù)有利的進一步發(fā)展，對應(yīng)的混合區(qū)段和對應(yīng)的排氣歧管且優(yōu)選地還有對應(yīng)的排氣供給線路組合成公共組件。這在內(nèi)燃機的特別緊湊設(shè)計的情況下使內(nèi)燃機(特別是兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

優(yōu)選地，對應(yīng)的公共組件以一種方式設(shè)計，使得從對應(yīng)的排氣歧管發(fā)出的排氣可帶有最多三次偏轉(zhuǎn)、優(yōu)選地帶有最多兩次偏轉(zhuǎn)、特別優(yōu)選地帶有最多單次偏轉(zhuǎn)、最優(yōu)選地無偏轉(zhuǎn)地供給至對應(yīng)的混合區(qū)段。這在內(nèi)燃機的緊湊設(shè)計的情況下使內(nèi)燃機(優(yōu)選地體現(xiàn)為兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

根據(jù)有利的進一步發(fā)展，對應(yīng)的排氣供給線路和對應(yīng)的排氣排放線路從對應(yīng)的反應(yīng)室的相同側(cè)通入對應(yīng)的反應(yīng)室的相同側(cè)中，或連接在對應(yīng)的反應(yīng)室的相同側(cè)上。這在內(nèi)燃機的特別緊湊設(shè)計的情況下使內(nèi)燃機(優(yōu)選地體現(xiàn)為兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

根據(jù)進一步有利的進一步發(fā)展，對應(yīng)的公共組件以一種方式設(shè)計，使得到位于最遠離對應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化器或?qū)?yīng)的反應(yīng)室的氣缸側(cè)上的對應(yīng)的排氣歧管中的排氣開放點與對應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化器或?qū)?yīng)的反應(yīng)室之間的距離對應(yīng)于到位于最遠離對應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化器或?qū)?yīng)的反應(yīng)室的氣缸側(cè)上的對應(yīng)的排氣歧管中的排氣開放點與到位于最接近對應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化器或?qū)?yīng)的反應(yīng)室的氣缸側(cè)上的對應(yīng)的排氣歧管中的排氣開放點之間的距離的最大四倍、優(yōu)選地最大三倍、特別優(yōu)選地最大兩倍。這在內(nèi)燃機的特別緊湊設(shè)計的情況下使內(nèi)燃機(優(yōu)選地體現(xiàn)為兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

優(yōu)選地，內(nèi)燃機包括旁路，經(jīng)由該旁路，排氣可從對應(yīng)的排氣歧管發(fā)出供給越過對應(yīng)的反應(yīng)室或?qū)?yīng)的混合區(qū)段或?qū)?yīng)的排氣排放線路至對應(yīng)的排氣供給線路，且從對應(yīng)的排氣排放線路發(fā)出至定位在排氣后處理系統(tǒng)的下游的排氣增壓系統(tǒng)的渦輪。這在內(nèi)燃機的緊湊設(shè)計的情況下使內(nèi)燃機(優(yōu)選地體現(xiàn)為兩沖程內(nèi)燃機)的有效操作和有效排氣后處理成為可能。

內(nèi)燃機優(yōu)選為兩沖程內(nèi)燃機。

附圖說明

可從以下描述和從屬權(quán)利要求獲得本發(fā)明的優(yōu)選進一步發(fā)展。借助于附圖而不受其約束，更詳細地說明了本發(fā)明的示例性實施例。其中附圖示出：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的帶有排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機的示意性透視圖；

圖2：圖1的排氣后處理系統(tǒng)的細節(jié)；

圖3：圖2的細節(jié)；

圖4：根據(jù)本發(fā)明的帶有排氣后處理系統(tǒng)的第二內(nèi)燃機的示意性透視圖；以及

圖5：根據(jù)本發(fā)明的帶有排氣后處理系統(tǒng)的第三內(nèi)燃機的示意性透視圖。

參考標號列表

1內(nèi)燃機

2排氣增壓系統(tǒng)

3排氣后處理系統(tǒng)

4排氣歧管

5排氣渦輪增壓器

6渦輪

7氣缸

8排氣供給線路

9scr催化轉(zhuǎn)化器

10反應(yīng)室

11排氣排放線路

12旁路

13阻斷元件

14排氣通道

15端部

16引入裝置

17噴射錐體

18混合區(qū)段

19擋板元件

20側(cè)面

21排氣開放點

22側(cè)面

23側(cè)面。

具體實施方式

本發(fā)明涉及帶有排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機，例如涉及用于發(fā)電廠中的固定內(nèi)燃機或用在船上的非靜止內(nèi)燃機。特別地，本發(fā)明涉及利用重燃料油操作的兩沖程船用柴油發(fā)動機。

圖1示出了包括帶有排氣渦輪增壓器系統(tǒng)2和排氣后處理系統(tǒng)3的內(nèi)燃機1的配置。內(nèi)燃機1可為非固定或固定的內(nèi)燃機，特別是船的非固定地操作的內(nèi)燃機。離開內(nèi)燃機1的氣缸7的排氣用在排氣增壓系統(tǒng)2中，以便從排氣的熱能獲得機械能以用于壓縮待供給至內(nèi)燃機1的增壓空氣。

因此，圖1示出了帶有排氣渦輪增壓器系統(tǒng)2(其包括至少一個排氣渦輪增壓器5)的內(nèi)燃機1。離開內(nèi)燃機1的氣缸7的排氣經(jīng)由排氣渦輪增壓器5的渦輪6流動且在其中膨脹，其中，在該過程中獲得的能量用在排氣渦輪增壓器5的壓縮機中以便壓縮增壓空氣。優(yōu)選地，內(nèi)燃機1包括帶有高壓渦輪增壓器和低壓渦輪增壓器的兩級排氣渦輪增壓器系統(tǒng)2。

除了排氣增壓系統(tǒng)2之外，內(nèi)燃機1包括排氣后處理系統(tǒng)3，排氣后處理系統(tǒng)3是scr排氣后處理系統(tǒng)。scr排氣后處理系統(tǒng)3連接在內(nèi)燃機1的氣缸7和排氣增壓系統(tǒng)2之間，使得因此離開內(nèi)燃機1的氣缸7的排氣初始地經(jīng)由scr排氣后處理系統(tǒng)3且隨后僅經(jīng)由排氣增壓系統(tǒng)2引導。

圖1示出了排氣供給線路8，從內(nèi)燃機1的氣缸7發(fā)出的排氣可經(jīng)由排氣供給線路8在配置在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9的方向上引導。此外，圖1示出了排氣排放線路11，其用于將來自scr催化轉(zhuǎn)化器9的排氣在排氣渦輪增壓器5的渦輪6的方向上排放。

圖1的內(nèi)燃機1包括所有氣缸7公共的排氣歧管4。離開內(nèi)燃機1的氣缸7的排氣可從排氣歧管4發(fā)出經(jīng)由排氣供給線路8在排氣后處理系統(tǒng)3(即，對應(yīng)的反應(yīng)室10和對應(yīng)的scr催化轉(zhuǎn)化器9)的方向上引導，且經(jīng)由排氣增壓系統(tǒng)2的排氣渦輪增壓器5在排氣后處理系統(tǒng)3的下游引導。

引導至反應(yīng)室10且因此至定位在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9的排氣供給線路8以及離開反應(yīng)室10且因此離開scr催化轉(zhuǎn)化器9的排氣排放線路11或排氣歧管4和排氣排放線路11經(jīng)由旁路12(見圖2)聯(lián)接，阻斷元件13整體結(jié)合在旁路12中。在阻斷元件13關(guān)閉的情況下，旁路12關(guān)閉使得沒有排氣可經(jīng)由其流動。特別當阻斷元件13打開時，排氣可經(jīng)由旁路12流動，即，越過反應(yīng)室10且因此越過定位在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9。圖2利用箭頭14示出了在旁路12經(jīng)由阻斷元件13關(guān)閉的情況下排氣通過排氣后處理系統(tǒng)3的流動，其中從圖2顯而易見的是，排氣供給線路8利用下游端部15通入反應(yīng)室10中，其中在排氣供給線路8的此端部15的區(qū)域中的排氣經(jīng)歷大約180°的流動偏轉(zhuǎn)，其中該流動偏轉(zhuǎn)之后的排氣經(jīng)由scr催化轉(zhuǎn)化器9引導。

排氣后處理系統(tǒng)3的排氣供給線路8分配了引入裝置16(見圖2)，經(jīng)由該引入裝置16，還原劑可被引入排氣流中，該還原劑特別是氨或氨前體物質(zhì)，需要其以便以限定的方式轉(zhuǎn)化在scr催化轉(zhuǎn)化器9的區(qū)域中的排氣的氮氧化物。排氣后處理系統(tǒng)3的此引入裝置16優(yōu)選為噴射噴嘴，經(jīng)由其，氨或氨前體物質(zhì)(諸如，例如尿素)被噴射到排氣供給線路8內(nèi)的排氣流中。圖2利用錐體17示出了還原劑到排氣供給線路8的區(qū)域中的排氣流中的噴射。

排氣后處理系統(tǒng)3的區(qū)段(其在排氣的流動方向上看位于引入裝置16的下游和scr催化轉(zhuǎn)化器9的上游)被描述為混合區(qū)段18。特別地，排氣供給線路8提供引入裝置16下游的混合區(qū)段18，在該混合區(qū)段18中，排氣可在scr催化轉(zhuǎn)化器9的上游與還原劑混合。

內(nèi)燃機1的混合區(qū)段8和排氣歧管4優(yōu)選地與排氣供給線路8組合在一起以形成公共組件。這里，根據(jù)圖2的優(yōu)選實施例，在排氣的流動方向上看，至少區(qū)段地形成混合區(qū)段18的排氣供給線路8同軸地定位在排氣歧管4后面，其中增加計量然后發(fā)生在圖1中的位置16c中。為了延伸混合區(qū)段，也可能在將從獨立氣缸排放的排氣供給到排氣歧管中的供給之前或之間(16a、16b)在排氣歧管中增加計量。這里，將混合管18a擴展到排氣歧管4中且在那里增加計量是實用的。

根據(jù)圖2，形成排氣歧管4、混合區(qū)段18和排氣供給線路8的內(nèi)燃機1的對應(yīng)組件以一種方式設(shè)計，使得從對應(yīng)的排氣歧管4發(fā)出的排氣可無偏轉(zhuǎn)地供給至對應(yīng)的混合區(qū)段18。

因此，圖1中的排氣僅在進入氣缸側(cè)上的排氣開放點21的區(qū)域中的排氣歧管4中以及在進入scr催化轉(zhuǎn)化器9的上游的排氣供給線路8的下游端部15的區(qū)域中的反應(yīng)室10中時經(jīng)歷偏轉(zhuǎn)。這是有利的以便確保帶有緊湊設(shè)計和有效排氣后處理的內(nèi)燃機的有效操作。

形成排氣歧管4、混合區(qū)段18和排氣供給線路8的公共組件優(yōu)選地一種方式設(shè)計，使得到位于最遠離催化轉(zhuǎn)化器9或反應(yīng)室10的氣缸側(cè)上的對應(yīng)的排氣歧管4中的排氣開放點21與催化轉(zhuǎn)化器9或反應(yīng)室10之間的距離對應(yīng)于到位于最遠離催化轉(zhuǎn)化器9或反應(yīng)室10的氣缸側(cè)上的排氣歧管4中的排氣開放點21與到位于最接近催化轉(zhuǎn)化器9或反應(yīng)室10的氣缸側(cè)上的排氣歧管4中的排氣開放點之間的距離的最大四倍、優(yōu)選地最大三倍、特別優(yōu)選地最大兩倍。這也是有利的以便確保帶有緊湊設(shè)計和有效排氣后處理的內(nèi)燃機的有效操作。

排氣供給線路8利用下游端部15通入反應(yīng)室10中。排氣供給線路8的此下游端部15分配了擋板元件19(見圖2、圖3)，其可相對于排氣供給線路8的下游端部15移位。在示出的示例性實施例中，擋板元件19相對于排氣供給線路8的端部15(其打開到反應(yīng)室10中)可線性地移位。定位在反應(yīng)室10中且位于排氣供給線路8的下游端部15對面的擋板元件19相對于排氣供給線路8的下游端部15可移位，以便在下游端部15處將排氣供給線路8關(guān)閉或在下游端部15處將其打開。

特別當擋板元件19在下游端部15處將排氣線路8關(guān)閉時，旁路12的阻斷元件13優(yōu)選地打開以便然后將排氣完全地引導越過scr催化轉(zhuǎn)化器9或越過容納scr催化轉(zhuǎn)化器9的反應(yīng)室10。特別當擋板元件19將排氣供給線路8的下游端部15打開時，旁路12的阻斷元件13可完全關(guān)閉或至少部分地打開。特別當擋板元件19將排氣供給線路8的下游端部15打開時，擋板元件19相對于排氣供給線路8的下游端部15的相對位置特別地取決于穿過排氣供給線路8的排氣質(zhì)量流且/或取決于排氣供給線路8中的排氣的排氣溫度且/或取決于經(jīng)由引入裝置16引入到排氣流中的還原劑的量。排氣供給線路8的下游端部15打開的情況下的擋板元件19的另一個功能在于，排氣流中存在的液體還原劑的任何液滴都到達擋板元件19，在那里它們被截取且霧化以便避免液體還原劑的此類液滴到達scr催化轉(zhuǎn)化器9的區(qū)域。通過在下游端部15打開的情況下?lián)醢逶?9相對于排氣供給線路8的下游端部15的相對位置，特別地可確定擋板元件19的區(qū)域中的排氣供給線路8的下游端部15的區(qū)域中偏轉(zhuǎn)的排氣是在scr催化轉(zhuǎn)化器9的位于徑向內(nèi)側(cè)的區(qū)段的方向還是位于徑向外側(cè)的區(qū)段的方向上更多地導向或?qū)б?/p>

根據(jù)優(yōu)選實施例，排氣供給線路8在其下游端部15的區(qū)域中漏斗狀地擴張，從而形成擴散器。因此，排氣供給線路8的流動截面在下游端部15的區(qū)域中增大，其中，如特別地從圖2中顯而易見的是，可設(shè)為從排氣流動截面的流動方向看，其排氣供給線路8的下游端部15的上游初始地減小。

因此，圖2示出了沿排氣的流動方向在用于還原劑的引入裝置16的下游看的排氣供給線路8的流動截面初始地近似不變但然后初始地逐漸漸縮且最終在下游端部15的區(qū)域中擴張。在此情況下，排氣供給線路8的下游端部15處的流動截面的此擴張相比于排氣供給線路8在下游端部15之前經(jīng)由其初始漸縮的區(qū)段經(jīng)由排氣供給線路8的較短區(qū)段實現(xiàn)。擋板元件19優(yōu)選地在面向排氣供給線路8的側(cè)面20上鐘狀曲形地彎曲，從而形成用于排氣的流引導件。擋板元件19的面向排氣供給線路8的下游端部15的側(cè)面20在擋板元件19的徑向內(nèi)區(qū)段相比于在其徑向外區(qū)段具有離排氣供給線路8的下游端部15較小的距離。擋板元件19在側(cè)面20的中央相對于排氣的流動方向在排氣供給線路8的下游端部15的方向上彎曲。

排氣供給線路8和排氣排放線路11連接至反應(yīng)室10的公共的第一側(cè)面22，或通向或延伸到從此公共側(cè)面22開始的反應(yīng)室10中。這里，排氣供給線路8以一種方式延伸到反應(yīng)室10中，使得排氣供給線路8的下游端部15位于反應(yīng)室10的第二側(cè)面23附近，第二側(cè)面23與反應(yīng)室10第一側(cè)面22相對地定位，而排氣排放線路11在第一側(cè)面22通向反應(yīng)室10中。經(jīng)由排氣供給線路8供給的排氣在反應(yīng)室10的第二側(cè)面23的區(qū)域(其與排氣供給線路8的下游端部15相對地定位)中偏轉(zhuǎn)大約180°，然后經(jīng)由scr催化轉(zhuǎn)化器9流動且隨后經(jīng)由第一側(cè)面22流到排氣排放線路11的區(qū)域中。排氣排放線路11鄰近反應(yīng)室10的第一側(cè)面22在外側(cè)以區(qū)段(優(yōu)選同心地)環(huán)繞排氣供給線路8。

在圖1的示例性實施例中，提供排氣歧管4、混合區(qū)段18和排氣供給線路8的公共組件以一種方式體現(xiàn)，使得從對應(yīng)的混合區(qū)段18的排氣歧管4發(fā)出的排氣可無偏轉(zhuǎn)地供給。這如上文已經(jīng)論述的那樣是優(yōu)選的。

與此相比，圖4和圖5示出了內(nèi)燃機1的示例性實施例，其中排氣在其流從排氣歧管4發(fā)出到混合區(qū)段18的區(qū)域中且因此到排氣供給線路8的區(qū)域期間經(jīng)歷單次偏轉(zhuǎn)，即，其偏轉(zhuǎn)一次，即，在各種情況下偏轉(zhuǎn)90°，即，當從排氣歧管4傳送到排氣供給線路8中且因此到混合區(qū)段18的區(qū)域中。為了安裝空間的原因，在內(nèi)燃機上需要排氣的多次偏轉(zhuǎn)，就本發(fā)明而言設(shè)為提供排氣歧管4、排氣供給線路8和混合區(qū)段18的組件以一種方式設(shè)計，使得從排氣歧管4發(fā)出的排氣利用最多三次偏轉(zhuǎn)供給至混合區(qū)段18、優(yōu)選地利用最多兩次偏轉(zhuǎn)至混合區(qū)段18。

而在圖1的示例性實施例中，從排氣歧管4發(fā)出的排氣可無偏轉(zhuǎn)地供給至對應(yīng)的混合區(qū)段18，圖4和圖5的示例性實施例中的排氣經(jīng)歷大約90°的偏轉(zhuǎn)。在多個偏轉(zhuǎn)點的情況下，排氣歧管4和混合區(qū)段18之間的排氣的偏轉(zhuǎn)等于最大270°、優(yōu)選地最大180°。然而，排氣歧管4和混合區(qū)段18之間排氣的偏轉(zhuǎn)優(yōu)選最大90°，最優(yōu)選的是從排氣歧管4發(fā)出的排氣在混合區(qū)段18的方向上無偏轉(zhuǎn)地供給。

在圖1和圖4的示例性實施例中，選擇了排氣后處理系統(tǒng)3的水平配置。排氣歧管4和混合區(qū)段18以及排氣供給線路8因此在水平方向上延伸。與容納在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9一起，反應(yīng)室10水平地定位在內(nèi)燃機1的一側(cè)上。在此情況下，內(nèi)燃機1的所有氣缸7然后可自由地接近以用于維護工作。不需要拆卸排氣后處理系統(tǒng)3以用于執(zhí)行內(nèi)燃機1上的維護工作。

與此相比，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機1的實施例，其中排氣后處理系統(tǒng)3豎直定位，其中反應(yīng)室10與容納在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9因此配置在內(nèi)燃機1的氣缸7的上方。因此，雖然在圖1和圖4的示例性實施例中，容納在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9由排氣在水平方向上流過，但scr催化轉(zhuǎn)化器9在圖5的示例性實施例中在垂直方向上流過。

在圖1、圖4和圖5中示出的示例性實施例中，內(nèi)燃機1的所有氣缸7分配了公共的排氣歧管4。所有排氣流到此排氣歧管4中，且從排氣歧管4發(fā)出到混合區(qū)段18、排氣供給線路8的區(qū)域中，且隨后到容納在反應(yīng)室10的scr催化轉(zhuǎn)化器9的區(qū)域中。

與此相比，還可能的是，內(nèi)燃機1的氣缸7例如分成兩個氣缸組，其中在此情況下，氣缸組獨立排氣歧管4然后分配至每個氣缸組。在此情況下，每個氣缸組然后還分配了帶有容納在反應(yīng)室10中的scr催化轉(zhuǎn)化器9的氣缸組獨立反應(yīng)室10。

在此情況下，圖1中示出的組件(即，排氣歧管4、混合區(qū)段18、排氣供給線路8、反應(yīng)室10、scr催化轉(zhuǎn)化器9和排氣排放線路11)然后出現(xiàn)兩次，其中在排氣后處理系統(tǒng)3的水平定向的情況下，第一反應(yīng)室10定位在內(nèi)燃機1的第一側(cè)上，且在內(nèi)燃機1的第二側(cè)上的第二反應(yīng)室10相對地定位，以便以此方式最優(yōu)地利用可用的安裝空間。

上述細節(jié)特別適合于在兩沖程內(nèi)燃機(利用殘油或利用重燃料油操作)的情況下應(yīng)用。然而，本發(fā)明還可在四沖程內(nèi)燃機的情況下使用。

關(guān)于其壁厚，反應(yīng)室10設(shè)計成使得其承受至少3巴(bar)、優(yōu)選地至少4巴、特別優(yōu)選地至少6巴的壓力。

本發(fā)明不僅延伸至scr排氣后處理系統(tǒng)，而且至ch4和hcho氧化催化轉(zhuǎn)化器。