用于選擇性催化還原的排氣系統及方法技術方案

一種用于內燃發動機(1)的排氣系統，包括：高壓渦輪增壓器(2)；低壓渦輪增壓器(3)，其包括設置在高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機(2b)下游的渦輪機(3b)；用于將高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機入口(2c)連接到發動機(1)的一組氣缸(15)的裝置(7a，7b)；催化轉化器(4)；以及用于將還原劑引入到排氣系統中的裝置(5)。排氣系統還包括用于將高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機出口(2c)連接到催化轉化器(4)的入口(4b)的裝置(7c)，和用于將催化轉化器(4)的出口(4c)連接到低壓渦輪增壓器(3)的渦輪機入口(3c)的裝置(7d)。所述用于將還原劑引入到排氣系統中的裝置(5)設置在高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機(2b)上游。本發明專利技術還涉及用于選擇性催化還原的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及如權利要求1的前序部分中所限定的用于內燃發動機的排氣系統，本專利技術還涉及根據權利要求7的前序部分的選擇性催化還原方法。
技術介紹
船舶和發電廠中的內燃發動機的氮氧化物(NOx)排放引發日趨增長的焦慮，并且受到國際海事組織(MO)及其他立法機構制定的不斷加強的規則的限制。在一定程度上，可以通過直接涉及發動機運行的手段(例如排氣再循環，柴油機高壓燃油噴射壓力，進氣管道內噴水，等等)來滿足不同規則制定的要求。然而，用于減少NOx排放的許多發動機相關措施對燃料效率產生負面影響，并且它們不足以滿足最嚴格的排放限制。為了根本上減少NOx，需要選擇性催化還原(SCR)。采用SCR，可以實現NOx減少至90%或者甚至更多。在SCR系統中，催化劑材料和還原劑被用于將在燃燒期間形成的NOx分解成基本元素。催化劑設置在支撐陶瓷材料的表面上，該支撐陶瓷材料在反應器內部形成蜂窩結構。在催化劑的表面上，NOx與用作還原劑的氨起反應并生成氮和水。在實踐中，出于安全的原因，尿素經常代替氨而使用。這尤其應用于海上應用，因為海上泄漏氨是一種嚴重的危害。尿素以水溶液形式被注入到排氣流中。由于排氣的高溫，水分蒸發并且尿素分子分解為氨和二氧化碳。為了有效減少NOx和使尿素的使用最小化，以及為了最小化從SCR系統逃逸的氨，將尿素和排氣流有效混合是必需的。在現有技術的方案中，典型地通過在尿素噴射點和催化轉化器之間設置充分長的排氣管段來確保充分的混合。如果在噴射點和催化轉化器之間的距離足夠長，則可以實現良好的混合效果。然而，這對排氣系統的結構設置了限制。此外，如果催化轉化器遠離發動機放置，則排氣的低溫會對催化轉化器的功能產生負面影響。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供有利于還原劑和排氣的良好混合的改進的排氣系統。本專利技術的另一目的在于提供改進的選擇性催化還原方法。所述系統和方法的特征化的特征分別在權利要求1和7的特征部分給出。根據本專利技術，用于內燃發動機的排氣系統包括:高壓渦輪增壓器，其包括渦輪機；低壓渦輪增壓器，其包括相對于排氣流方向設置在高壓渦輪增壓器的渦輪機下游的渦輪機；用于將高壓渦輪增壓器的渦輪機入口連接到發動機的一組氣缸的裝置；用于選擇性催化還原的催化轉化器；以及用于將還原劑引入到排氣系統中的裝置。排氣系統還包括用于將高壓渦輪增壓器的渦輪機出口連接到催化轉化器的入口的裝置，和用于將催化轉化器的出口連接到低壓渦輪增壓器的渦輪機入口的裝置。所述用于將還原劑引入到排氣系統中的裝置設置在高壓渦輪增壓器的渦輪機上游。根據本專利技術，在用于內燃發動機的排氣系統中的選擇性催化還原的方法中，所述排氣系統包括:高壓渦輪增壓器，其包括渦輪機；和低壓渦輪增壓器，其包括相對于排氣流方向設置在高壓渦輪增壓器的渦輪機下游的渦輪機，還原劑從高壓渦輪增壓器的渦輪機上游引入到所述系統中，以及所述選擇性催化還原發生在高壓渦輪增壓器的渦輪機的下游和低壓渦輪增壓器的渦輪機的上游。由于用于將還原劑引入到排氣系統中的裝置被設置在高壓渦輪增壓器的上游，且催化轉化器設置在高壓渦輪增壓器的下游，因此還原劑在進入催化轉化器之前流過高壓渦輪增壓器的渦輪機。由此，還原劑與排氣非常有效地混合，而在催化轉化器前不需要長的排氣管段。這允許構造緊湊的排氣系統。催化轉化器設置在渦輪增壓器之間確保排氣溫度高得足以進行選擇性催化還原。根據本專利技術的實施方式，排氣系統包括:第二高壓渦輪增壓器，其包括渦輪機；第二低壓渦輪增壓器，其包括相對于排氣流方向設置在第二高壓渦輪增壓器的渦輪機下游的渦輪機；用于將第二高壓渦輪增壓器的渦輪機入口連接到發動機的第二組氣缸的裝置；用于將第二高壓渦輪增壓器的渦輪機出口連接到催化轉化器的入口的裝置；用于將催化轉化器的出口連接到第二低壓渦輪增壓器的渦輪機入口的裝置；以及用于將還原劑從第二高壓渦輪增壓器的渦輪機上游引入到排氣系統中的第二裝置。本專利技術的該實施方式適用于V型發動機，其中，所述發動機的兩排氣缸都設置有各自的排氣歧管和渦輪增壓器。根據本專利技術的另一實施方式，所述系統包括排氣模塊，該排氣模塊包括:高壓排氣管，其用于將發動機的排氣歧管連接到高壓渦輪增壓器的渦輪機入口 ；混合管，其用于將高壓渦輪增壓器的渦輪機出口連接到催化轉化器的入口 ；以及低壓排氣管，其用于將催化轉化器的出口連接到低壓渦輪增壓器的渦輪機入口，所述排氣模塊的管道為彼此一體的。所述排氣模塊因為使排氣系統尺寸緊湊并減少了裝配時間而具有優點。采用排氣模塊，排氣系統的傳熱特性也可以得到優化。根據本專利技術的另一個實施方式，排氣模塊包括:第二高壓排氣管，其用于將發動機的第二排氣歧管連接到第二高壓渦輪增壓器的渦輪機入口 ；第二混合管道，其用于將第二高壓渦輪增壓器的渦輪機出口連接到催化轉化器的入口 ；以及第二低壓排氣管，其用于將催化轉化器的出口連接到第二低壓渦輪增壓器的渦輪機入口。這類排氣模塊適用于V型發動機。根據本專利技術的另一個實施方式，排氣模塊是單個鑄件。根據本專利技術的實施方式，用于將還原劑引入到所述排氣系統中的裝置設置在排氣模塊中。附圖說明圖1示意性地示出根據本專利技術的排氣系統的實施方式。圖2示意地示出排氣系統的另一個實施方式。圖3示出根據本專利技術的實施方式的排氣模塊。圖4從另一個角度示出圖3的排氣模塊。具體實施例方式現參考附圖更詳細地描述本專利技術。在圖1中示出了具有兩級渦輪增壓的內燃發動機I。高壓渦輪增壓器2與低壓渦輪增壓器3串聯連接。兩個渦輪增壓器2、3包括壓縮機2a,3a和渦輪機2b、3b。排氣歧管7a將發動機I的氣缸15連接至高壓排氣管7b，高壓排氣管7b連接到高壓渦輪增壓器2的渦輪機入口 2c。來自發動機I的排氣從發動機I流入排氣歧管7a和高壓排氣管7b，流到高壓渦輪增壓器2的渦輪機2b。用于選擇性催化還原的催化轉化器4位于高壓渦輪增壓器2的渦輪機2b和低壓渦輪增壓器3的渦輪機3b之間。催化轉化器4包括一個或更多個SCR元件。SCR元件是涂覆有催化劑材料的陶瓷蜂窩結構。在SCR元件的表面上，還原劑與NOx反應并形成氮和水。催化轉化器4還可以包括用于氧化一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物的氧化催化劑。在氨逃逸的情況下，過量氨的至少一部分也被氧化催化劑氧化。混合管7c將高壓渦輪增壓器2的渦輪機出口 2d連接到催化轉化器4的入口 4b。低壓排氣管7d將催化轉化器4的出口 4c連接到低壓渦輪增壓器3的渦輪機入口 3c。進氣管6被設置為將進氣引導到發動機I的氣缸15中。在圖1中示出了四個氣缸15，但是發動機I可以包括任意數量的氣缸15。進氣首先通過低壓渦輪增壓器3的壓縮機3a，然后通過高壓渦輪增壓器2的壓縮機2a。低壓增壓空氣冷卻器8設置在低壓渦輪增壓器3的壓縮機3a和高壓渦輪增壓器2的壓縮機2a之間。高壓增壓空氣冷卻器9設置在高壓渦輪增壓器2的壓縮機2a和發動機I之間。在進氣管6和高壓排氣管7b之間存在旁通管16，旁通管16設置有用于調節通過旁通管16的進氣流的旁通閥17。排氣系統還包括廢氣通道10，其將高壓排氣管7b連接到混合管7c。廢氣通道10設置有用于調節廢氣通道10中的排氣流的廢氣通道閥11。尿素溶液存儲在箱12中，通過泵送單元13從箱12輸送尿素溶液。定量加料單元14用于為噴射提供正確的尿素溶液流速。噴射器5用于將尿素溶液引本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.30 FI 201058951.一種用于內燃發動機(I)的排氣系統，該排氣系統包括: 高壓渦輪增壓器(2)，其包括渦輪機(2b)； 低壓渦輪增壓器(3)，其包括相對于排氣流方向設置在所述高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機(2b)下游的渦輪機(3b)； 用于將所述高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機入口(2c)連接到發動機(I)的一組氣缸(15)的裝置(7a，7b)； 用于選擇性催化還原的催化轉化器(4);以及 用于將還原劑引入到所述排氣系統中的裝置(5)， 其特征在于， 所述排氣系統還包括: 用于將所述高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機出口(2c)連接到所述催化轉化器(4)的入口 (4b)的裝置(7c);和 用于將所述催化轉化器(4)的出口(4c)連接到所述低壓渦輪增壓器(3)的渦輪機入口 (3c)的裝置(7d)， 并且，所述用于將還原劑引入到所述排氣系統中的裝置(5)設置在所述高壓渦輪增壓器(2)的渦輪機(2b)的上游。2.根據權利要求1所述的排氣系統，其特征在于，所述系統包括: 第二高壓渦輪增壓器(2’)，其包括渦輪機(2b’ )； 第二低壓渦輪增壓器(3’)，其包括相對于所述排氣流方向設置在所述第二高壓渦輪增壓器(2’ )的渦輪機(2b’ )下游的渦輪機(3b’ )； 用于將所述第二高壓渦輪增壓器(2’ )的渦輪機入口(2c’ )連接到到所述發動機(I)的第二組氣缸(15’ )的裝置(7a’，7b’ )； 用于將所述第二高壓渦輪增壓器(2’ )的渦輪機出口(2d’ )連接到所述催化轉化器(4)的入口(4b’ )的裝置(7c’)； 用于將所述催化轉化器(4)的出口(4c’)連接到所述第二低壓渦輪增壓器(3’)的渦輪機入口(3c’ )的裝置(7d’ );以及 用于從所述第二高壓渦輪增壓器(2’)的渦輪機(2b’)上游將還原劑引入到所述排氣系統中的第二裝置(5’)。3.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·海沃恩，T·萊克，K·維耶斯克，
申請(專利權)人：瓦錫蘭芬蘭有限公司，
類型：
國別省市：