[发明专利]包括布置在涡轮上游的还原剂供应系统的多管排气系统

说明书

本发明涉及一种用于内燃机(2)的排气系统，排气系统包括：‑第一排气管(4)，其从内燃机的第一排气组引导至在第一排气流的行进方向上布置在第一排气组下游的第一涡轮增压器涡轮入口(17，117)；‑第二排气管(6)，其从内燃机的第二排气组引导至在第二排气流的行进方向上布置在第二排气组下游的第二涡轮增压器涡轮入口(17，217)；‑SCR催化器(10)，其布置在第一涡轮增压器涡轮入口(15，115)和/或第二涡轮增压器涡轮入口(17，217)下游；‑还原剂供应系统，其包括分配管路(12)和还原剂喷射器(14)。分配管路(12)构造成在第一涡轮增压器涡轮入口(15，115)和第二涡轮增压器涡轮入口(17，117)上游将第一排气管(4)流体地连接至第二排气管(6)，并且还原剂喷射器(14)构造成将还原剂供应至分配管路(12)。本公开还涉及向这种排气系统供应还原剂的方法和包括这种排气系统的车辆(1)。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气系统。本发明还涉及一种具有这种排气系统的车辆，以及一种将还原剂添加至这种排气系统的排气流中的方法。

背景技术

汽车的排放标准正变得越来越严格。这些标准通常规定了用于许多尾气管污染物的最大排放水平，该尾气污染物包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。为了满足目前和可能的未来标准的要求，车辆需要配备有减排技术。适用于柴油车辆的这种减排技术包括废气再循环(EGR)、微粒过滤器、柴油氧化催化器(DOC)和选择性催化还原(SCR)。每种技术都有其独特的优点和缺点，可能在降低一种污染物的发生率的同时增加另一种污染物的发生率。例如，EGR可以降低NOx 排放，但是降低燃料效率并增加颗粒物。因此，许多技术通常一起应用以满足排放标准。

选择性催化还原(SCR)是降低尾气管氮氧化物(NOx)排放的有效技术。其涉及向车辆排气流中添加还原剂，诸如氨。还原剂借助于催化器将排气流中的NOx还原成氮气(N₂)和水。在机动车辆的实际实施中，尿素水溶液用作还原剂，并且该尿素溶液在热排气流中分解成氨和二氧化碳。

由于SCR作为排气后处理在发动机下游实施，因此其不会以与例如 EGR相同的方式影响发动机的燃烧性能。因此，希望能够仅使用SCR从排气流中去除基本上所有的NOx，而不需要EGR。但是，这并非没有困难。为了产生还原基本上所有NOx所需的氨量，必须将大量尿素溶液喷射至排气流中。如果排气流足够热，则溶液将蒸发并分解成氨。这种情况发生的确切温度取决于所喷射的尿素质量流量：质量流量越大，所需的温度越高。在次优温度下，尿素溶液可以替代地在排气管的表面上形成沉积物。这种沉积物可以包括结晶尿素，以及尿素分解副产物(诸如氰尿酸)。这些沉积物可以通过在接近400℃的温度下加热排气系统来除去，但是在车辆的正常操作期间很少达到这样的温度，因此必须采用特殊手段来除去排气沉积物。

SCR的另一个困难是需要有效混合，以便在多个SCR催化器基材的整个表面区域上实现还原剂的均匀分布。可用于混合的空间非常有限，并且还原剂通常在SCR催化器基质上游的较短距离处被喷射至排气流中。为了改善混合，通常类似于涡轮叶片的混合装置布置在排气管路中。然而，即使使用混合装置，也难以实现充分均匀的混合。此外，排气管路中混合装置的存在起到阻碍流动的作用，在混合器上游产生较高的压力(背压)并降低发动机效率。

这些问题可以通过在排气系统的进一步上游、优选地在排气歧管出口附近、在排气流中放置的任何增压涡轮上游喷射还原剂来解决。与典型的 SCR喷射器放置相比，歧管出口处的排气温度明显更高。温差可高达30- 150℃。此外，排气歧管处的热惯性较低，这意味着启动后可以更快地实现最佳操作温度。这意味着可以添加更高质量流量的还原剂，并且与在下游喷射还原剂相比，最佳操作窗口更大。

在排气歧管出口附近喷射还原剂允许到达SCR催化器床的更长的排气流动路径，从而提供改进的混合。在发动机配备有涡轮的情况下尤其如此。增压涡轮提供废气和还原剂的高效混合。这意味着不需要特定于SCR的混合器，因此可以避免使用这种混合器引起的背压。