[发明专利]用于处理内燃机排气的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的主题是用于处理内燃机排气的方法和设备。本发明的特别优选的应用领域是用于处理特别是机车和水上运输工具中的大排量(groβvolumig)内燃机——特别是柴油机——的排气。

背景技术

内燃机排气包含有不受欢迎的物质，在很多国家(要求)这些物质在排气中的含量必须低于法律规定的限值。这里也涉及排气中的颗粒浓度，该浓度在很多国家不得超过一定的值。但特别是对于大排量内燃机，正是在怠速条件下有时很难遵守该限值。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种即使对于大排量内燃机也能可靠地减少不受欢迎的物质排放的方法和设备。

所述目的通过具有独立权利要求的特征的方法和设备来实现，从属权利要求涉及有利的改进方案。

在按照本发明的用于处理内燃机排气的方法中，设置有至少两个用于处理排气的模块/组件，该方法基于：可至少部分地根据内燃机的负荷状态使排气流分引/偏转成，使得至少部分排气穿流一个或多个模块。

这里，排气处理特别是指减小至少一种排气组分的浓度。这里，排气处理优选也是指减少排气中的颗粒含量。内燃机的负荷状态特别是对以下排气参数起作用：温度、排气质量流量、有害物质浓度和/或平均排气速度。正是在用于牵引机车例如机车、水上运输工具例如船舶和/或小船以及静止驱动装置的大排量内燃机中，特别是相应的柴油机中，经常出现很少的负荷点，例如怠速负荷点、部分负荷点和全负荷点。通过相应地设计模块以及相应地实施方法，即可进行与所述负荷点精确匹配的排气处理。因此，例如可使所有模块都构造成怠速模块，该怠速模块与怠速时的排气状况相匹配并由此适合于怠速条件下的排气处理。通过相应地控制或调节连接装置，可使排气流分引成，使得总排气流基本上均匀地流入/施加至少两个模块中。总排气流特别是指在穿流相应模块的时间段内合计的和/或累积的排气流，特别是排气质量流量或排气体积流量。这使模块被基本上均匀地穿流。特别是如果每个模块包括至少一个用于减少排气中颗粒含量的颗粒过滤器时，则以有利的方式实现了均匀的加载以及有时可能的均匀变化的压力损失。

第一模块可构造成单独地或与另一模块一起地与部分负荷点的排气状况相匹配，而第二模块可构造成与另一模块以及第一模块协同作用地与全负荷点的排气状况相匹配。因此，模块化的结构和相应的排气分引使得可在不同的负荷点中分别最优地转化排气。

一个模块通常包括至少一个具有排气可穿流的空腔例如通道的蜂窝体。蜂窝体可包括特别是陶瓷和/或金属蜂窝体。陶瓷蜂窝体可制造成挤出的整体(Monolith)，而金属蜂窝体可包括至少一个至少部分形成结构的层，特别地使该层变形以形成排气可穿流的空腔。这种变形特别是指至少一个由至少一个金属层形成的叠堆的卷绕或扭转。在这种情况下，也可以使用基本上平滑的层，这些平滑的层与至少部分地形成结构的层的结构共同形成空腔。蜂窝体也可包括流体可部分穿流的壁。蜂窝体也可形成或包括颗粒过滤器。

排气处理的效率在很大程度上取决于穿过相应模决的流动条件。因此，特别有利的是，在模块中尽可能不存在层流，而是尽可能出现紊流/涡流。因而可有效地避免导致仅有一小部分排气与蜂窝体中空腔的通常具有催化活性涂层的壁相接触的层流边界流动如果在模块中包括开放式颗粒过滤器，这便特别重要，这是因为该开放式颗粒过滤器的效率很大程度上取决于相应的紊流。然而正是在大排量内燃机中，由于相应的排气系统的尺寸通常较大以及这种机器的怠速转速较低，所以怠速时排气质量流量很小，很小的排气质量流量又使流动速度较低。这致使在模块被穿流时的雷诺数较小，进而致使紊流程度可能过小。这里，通过在一定程度上减小模块的用于排气处理的可供使用的总穿流面积，进而提高流动速度和雷诺数，按照本发明的方法可提高雷诺数。

例如，相应的排气系统可能包括四个用于减小排气中颗粒浓度的模块。在怠速时，通过相应地控制连接装置使该系统这样运行，即排气分别仅穿流四个可能的模块中的一个。尽管由此也减小了可用的最大反应面积或过滤面积，但这以特别有利的方式提高了流动速度并进而提高了流动的雷诺数。较小的反应面积和/或过滤面积也并不是不利的，因为在怠速条件下特别是颗粒含量低到使模块相应的过滤面积或反应面积足以进行充分的转化或过滤的程度。因此，即使在大排量内燃机怠速时，也可以有效地处理排气。这是有利的，因为正是在大排量内燃机中有较长的怠速阶段或低负荷阶段，例如当调车机车等待下次调车过程时或对于例如在港口仅用于供电的船用发动机。