[发明专利]排气接收器、内燃发动机和用于选择性催化还原的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的排气接收器。本发明还涉及如其它独立权利要求的前序部分中所限定的内燃发动机和用于选择性催化还原内燃发动机的排气的方法。

背景技术

船舶和发电厂中的内燃发动机的氮氧化物（NO_X）排放日益受到关注并且受到由国际海事组织（IMO）和其他立法机构设定的不断收紧的规定。在一定程度上，由不同规定设定的要求能借助直接涉及发动机的操作（诸如排气再循环、柴油机中的高燃料注入压力、喷水到进气管道中等）的手段来满足。然而，许多用于减少NOx排放的发动机相关措施对燃料效率具有不利影响，并且它们不适于满足最严格的排放限度。对于最终的NOx减少，需要选择性催化还原（SCR），通过SCR，能实现NO_X高达90%以上的减少。

在SCR系统中，催化剂材料和还原剂被用来将在燃烧期间形成的NO_X分解回到基本元素。在典型的SCR系统中，催化剂布置在形成反应器内的蜂窝状结构的支承陶瓷材料的表面上。在催化剂的表面上，NO_X与用作还原剂的氨反应并且生成氮和水。实际上，为了安全原因常常使用尿素代替氨。这尤其是应用到航海应用中，其中泄漏的氨是特别危险的。尿素被注入水溶液中的排气流中。由于排气的高温，因此水蒸发并且尿素分子分解为氨和二氧化碳。典型的SCR系统包括尿素容器，尿素溶液借助于泵送单元从尿素容器被输送。定量给料单元用来供给注入恰当的尿素溶液流量。尿素溶液借助注入单元被注入排气管道中。常常使用的注入单元类型包括两个同轴管，这两个同轴管中的内部同轴管用于尿素溶液，与此同时外部同轴管用于压缩空气，该压缩空气在喷嘴中与尿素溶液混合以形成与排气流混合的细喷雾。另选方案是使用高压尿素注入而没有空气辅助。

为了有效减少NO_X并且使尿素使用量最小化，以及为了使通过SCR系统的氨泄漏最小化，尿素必须与排气流有效混合。在许多现有技术方案中，通过在尿素注入点和催化元件之间布置相对长的排气管段已确保其充分混合。然而，这为排气系统的构造设置了限制。尤其是在船舶中，其中可用空间是有限的，希望的是排气系统需要尽可能小的空间。另外，如果催化转化器远离发动机放置，则排气的低温可能对催化转化器的功能带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的排气接收器，其有利于还原剂与内燃发动机的排气混合。根据本发明的所述排气接收器的表征特征在权利要求1的特征部分中给出。本发明的另一个目的在于提供一种改进的内燃发动机和用于选择性催化还原内燃发动机的排气的方法。根据本发明的所述内燃发动机和所述方法的表征特征在其它独立权利要求的特征部分中给出。

根据本发明，所述排气接收器能连接至内燃发动机以接收来自该发动机的排气，所述排气接收器包括接收器室、至少一个排气进口、至少一个排气出口以及还原剂管道，所述还原剂管道的至少一部分布置在所述接收器室内以在所述还原剂与所述排气混合之前加热所述还原剂。

根据本发明，在用于选择性催化还原内燃发动机的排气的方法中，还原剂与所述发动机的排气混合，并且所述还原剂和所述排气的混合物被引导通过催化元件。在与所述排气混合之前，所述还原剂在排气接收器的接收器室中被加热。

本发明具有若干优点。当还原剂在与排气混合之前在排气接收器中被加热时，即使当混合距离短时也能实现良好混合。SCR系统的尺寸和重量因此能被充分地减小。由于该有效混合，因此用于选择性催化还原的催化元件也能布置在涡轮增压器之前。

根据本发明的实施方式，所述排气接收器包括用于将还原剂注入该排气接收器中的装置。如果注入喷嘴与排气接收器成一体，则能实现模块结构。

根据本发明的实施方式，用于注入还原剂的装置布置成将还原剂注入接收器室中。

根据本发明的实施方式，用于注入还原剂的装置布置成将还原剂注入排气进口中。如果用于注入还原剂的装置布置在排气进口中，则混合距离能被最大化。

根据本发明的实施方式，用于注入还原剂的装置借助布置在排气接收器内的第一连接管道连接至还原剂管道。当第一连接管道布置在排气接收器内时，从排气传递到还原剂的热能够被增加。

根据本发明的实施方式，排气接收器包括压力介质管道，所述压力介质管道供应压力介质以有利于还原剂的注入，并且该压力介质管道的至少一部分布置在接收器室内以加热该压力介质。通过使还原剂与例如加压空气混合，则还原剂甚至更好地与排气混合。加压空气的加热有助于蒸发还原剂溶液中的水并且有助于破坏尿素分子。