[发明专利]排气系统和用于控制排气的流动的方法

说明书

一种内燃机(2)的排气系统(1)，包括发动机排气管道(4)以及包括连接到发动机排气管道的主排气管道(5)和至少一个催化转化器(9)的后处理系统(3)，还包括用于允许排气绕过后处理系统的旁通管道(10)，用于分别控制经由旁通管道和后处理系统输送的排气的流动中的每个的可调节的旁通端口和可调节的主端口的控制系统，以及配置成确定当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的量并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或后处理系统内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口的控制系统。

技术领域

本发明涉及内燃机的排气系统、这种排气系统在船用发动机中的用途、以及用于控制内燃机的排气系统内的排气的流动的方法。

背景技术

为了符合当前的排放法规，船用发动机可以配备有后处理系统，以减少排气中存在的氮氧化物(NOx)的量。然而，海上保险协会的政策要求如果船用发动机配备有后处理系统，则必须采取措施以使来自发动机的排气的流动不会被阻塞。其原因在于船用发动机用于海上的推进和辅助发电，即使较小的可用功率减少也可能成为安全的关键问题。因此，可用发动机功率必须优先于排放水平合规性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种至少在某些方面改进的适用于处理来自船用内燃机的排气的解决方案。特别地，本发明的目的是提供一种排气系统，该排气系统一方面满足排放法规，另一方面不存在被阻塞从而损害发动机功率的风险。另一个目的是减少后处理系统的磨损，这可能由于在不利的操作条件下操作而产生，并且可能导致催化转化器内的反应速率降低。

根据本发明的第一方面，至少主要目的借助于最初限定的排气系统实现，其特征在于它包括：

-在后处理系统的上游连接到发动机排气管道的旁通管道，用于允许排气绕过后处理系统，

-可调节的旁通端口，借助于该旁通端口可以控制经由旁通管道输送的排气的流动，

-可调节的主端口，借助于该主端口可以控制经由后处理系统输送的排气的流动，以及

-控制系统，其配置成确定当前存储在催化转化器中的碳氢化合物的量，并且至少基于碳氢化合物的所述量和/或基于后处理系统内的温度来彼此独立地控制主端口和旁通端口。

该排气系统特别适用于船舶应用中的柴油发动机和柴油发电机(发电机组)。如果存储在催化转化器中的碳氢化合物(HC)的量使得这适合于不引起排气的流动的阻塞或劣化或放热反应，则它允许排气绕过后处理系统。如果存储的HC的量很高，则通常是这种情况，在这种情况下，通过后处理系统输送的排气的流动可以借助于主端口切断，而旁通端口打开使得排气经由旁通管道输送。当合适时，诸如当排气的温度足够高时，主端口可以逐渐打开，从而可以进行受控的HC蒸发。由于主端口和旁通端口独立可控，旁通端口可以在主端口打开期间保持打开，与具有单一端口的系统或具有不能独立控制的端口的系统相比，这改善了对HC蒸发过程的控制。因此，双独立可控端口改善了可用发动机功率必须优先于排放水平的应用中的排放控制。

期望绕过后处理系统的另一种情况是当催化转化器中的温度低时，在这种情况下，存在大量HC被存储于催化转化器中的风险。存储在催化转化器中的大量HC可能随后导致催化转化器中的放热反应，因此期望保持存储的HC的量小。

催化转化器在该排气系统中通常是选择性催化还原(SCR)单元，其可以与氨逃逸催化转化器单元组合。氧化催化器可以与SCR单元一起使用或不与SCR单元一起使用，并且颗粒过滤器也可以与SCR单元和/或氧化催化器组合使用。当催化转化器是SCR单元时，后处理系统还应包括用于将尿素混合到催化转化器的上游的排气中的混合器。后处理系统可以包括一个或多个催化转化器，诸如在混合器的下游并联连接的呈SCR单元形式的两个催化转化器。