[发明专利]两级涡轮增压发动机

说明书

技术领域

本发明总体上涉及涡轮增压发动机系统，且更具体地涉及具有催化剂系统的两级涡轮增压系统的构造。

背景技术

内燃发动机排出复杂的空气污染物的混合物。这些空气污染物由诸如氮氧化物（NO_X）的气态化合物和也称为炭黑的固体颗粒物质组成。由于环境保护意识的提高，排气排放标准已变得越来越严格，并且可根据发动机类型、发动机尺寸和/或发动机等级来规定发动机排放到大气的NO_X和炭黑的量。

为了确保符合NO_X的规定，可以实施一种用于处理排气的称为选择性催化还原（SCR）的策略。SCR是气态或液态还原剂例如氨、尿素或尿素溶液被喷射到发动机排气流中的处理。还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水和氮。通常，尿素以足以提供所需的NO_X还原程度的量被引入排气中。可以例如通过尿素喷射系统控制期望的还原剂量。

一般而言，SCR例如在从约200°C至约500°C的温度范围内可以是有效的。通过提供SCR催化剂形式的催化表面，特别是在较低温度下可以促进并更有效地执行SCR处理。因而，重要的是为用于SCR反应的足够大的表面提供合适的温度和合适的催化材料。

如文中所用的SCR通常包括利用氨或能够在加热时产生氨气的任何NO_X还原反应剂的处理。如文中所用的术语“尿素”还意味着包括可买到以用于执行SCR的所有还原剂。

例如在WO2009/017598A1中公开了一种SCR排放控制系统，且例如在WO2008/054631A1中公开了一种温度调节的SCR系统。此外，DE102008017280A1公开了一种两级涡轮增压系统内的至少一个催化剂和/或颗粒过滤器的布臵结构。此外，DE102008061222A1公开了一种具有布臵在高压涡轮与低压涡轮之间的SCR催化剂的多级增压燃烧发动机，其中低压涡轮的壳体和催化剂的壳体安装在发动机上。

EP1691046A1公开了一种用于维持发动机排气净化装臵中的还原剂温度的温度维持装臵。

作为对SCR的替代，使用排气再循环（EGR）来还原NO_X排放物。尚未公布的EP申请09002111（2009年2月16日由Caterpillar Motoren GmbH&Co.KG提交）公开了一种具有排气再循环的涡轮增压发动机。具体而言，该EP申请公开了一种在曲轴的长度方向上具有相对的端侧的发动机。在每一侧，布臵有单级涡轮增压器系统，即具有涡轮和压缩机的排气涡轮增压器。涡轮与发动机的共同排气歧管流体连接，而压缩机与发动机的共同进气歧管流体连接。

对于中速内燃发动机而言，可以使用具有低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器的两级涡轮增压系统来预压缩被提供给燃烧室的增压空气。涡轮增压系统可以安装在发动机缸体的一侧，并因此可以暴露于运转的发动机所产生的振动。通常，两级涡轮增压系统的低压级涡轮增压器在其经由高压级涡轮增压器以相对大的距离安装在发动机上的情况下可承受增大的振荡幅度。

此外，已知用于例如柴油机和天然气发动机的排气处理的氧化催化剂。

此外，为了提供用于催化反应的足够大的表面，例如SCR催化剂的尺寸例如对于中速内燃发动机而言可以随所产生的排气量增大而增大。

本发明至少部分致力于改善或克服现有技术系统的一个或多个方面。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮增压内燃发动机可包括具有多个气缸的带有与第二端侧相对的第一端侧的发动机缸体和两级涡轮增压系统，该两级涡轮增压系统包括：低压级涡轮增压器，该低压级涡轮增压器安装在发动机缸体的第一端侧并且包括第一涡轮和构造成用于在涡轮增压内燃发动机运转期间预压缩增压空气的第一压缩机；高压级涡轮增压器，该高压级涡轮增压器安装在发动机缸体的第二端侧并且包括第二涡轮和构造成在涡轮增压内燃发动机运转期间压缩经预压缩的增压空气的第二压缩机；压缩机连接部，该压缩机连接部将第一压缩机和第二压缩机流体连接；以及涡轮连接部，该涡轮连接部将第一涡轮和第二涡轮流体连接。该发动机还可包括：定位在涡轮连接部的催化剂区段内的选择性催化还原催化剂；将多个气缸的排气出口与第二涡轮的入口流体连接的排气歧管；和带有喷射入口的喷射系统，该喷射系统构造成经喷射入口将用于SCR的化学物质喷射到排气歧管和/或第二涡轮中。