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用于操作 内燃机的方法和内燃机

阅读：3发布：2020-09-22

专利汇可以提供用于操作内燃机的方法和内燃机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于操作内燃机的方法和内燃机。一种用于操作带有废气增压系统(2)并带有废气后处理系统(3)的内燃机(1)的方法，其中，废气增压系统(2)具有带有涡轮机(10)并带有压缩机 (9)的废气涡轮增压器 (8)，其中，废气后处理系统(3)具有催化转化器(12)、位于催化转化器(12)的上游和下游的切断装置(14、15)和带有另一切断装置(16)的对催化转化器(12)的旁路(13)，并且其中，为了防止废气通过催化转化器(12)的流动，位于催化转化器(12)上游和下游的切断装置(14、15)关闭，并且旁路(13)的另一切断装置(16)打开。于是，当位于催化转化器(12)上游和下游的切断装置(14、15)关闭时，催化转化器(12)受在废气涡轮增压器 (8)的压缩机(9)中压缩的充入空气的作用。，下面是用于操作内燃机的方法和内燃机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于操作带有废气增压系统(2)并带有废气后处理系统(3)的内燃机(1)的方法，其中，所述废气增压系统(2)具有带有涡轮机(10)并带有压缩机(9)的废气涡轮增压器(8)，其中，所述废气后处理系统(3)具有催化转化器(12)、位于所述催化转化器(12)的上游和下游的切断装置(14、15)和对于所述催化转化器(12)的带有另一切断装置(16)的旁路(13)，并且其中，为了防止废气通过所述催化转化器(12)的流动，位于所述催化转化器(12)的上游和下游的所述切断装置(14、15)关闭，并且所述旁路(13)的所述另一切断装置(16)打开，其特征在于，于是，当位于所述催化转化器(12)的上游和下游的所述切断装置(14、
15)关闭时，所述催化转化器(12)受在所述废气涡轮增压器(8)的所述压缩机(9)中压缩的充入空气的作用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化转化器(12)受充入空气的作用，使得在所述催化转化器(12)中，相对于通向所述催化转化器的废气供给管线和/或相对于引导离开所述催化转化器的废气排出管线和/或相对于所述旁路(13)存在过压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述催化转化器(12)中检测压力，并且调整供给至所述催化转化器(12)的充入空气流，使得在所述催化转化器(12)中存在相对于所述废气供给管线和/或相对于所述废气排出管线和/或相对于所述旁路(13)的至少2毫巴、优选地至少4毫巴、特别优选地至少8毫巴的过压。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，加热供给至所述催化转化器(12)的充入空气。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在热交换器(22)中加热充入空气，经由所述热交换器(22)，在一方面引导供给至所述催化转化器(12)的充入空气，并且另一方面引导废气。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，将具有至少120℃的温度、优选地具有至少140℃的温度、特别优选地具有至少200℃的温度的充入空气供给至所述催化转化器(12)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，在充入空气冷却器(11)的上游或下游去除供给至所述催化转化器(12)的充入空气。
8.一种用于操作带有数个内燃机(1a、1b)的安装的方法，其特征在于，于是，当内燃机(1a、1b)运转时，根据权利要求1至7中的一项操作所述相应的内燃机(1a、1b)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，于是，当内燃机(1a、1b)停顿时，利用运转的内燃机(1a、1b)的充入空气对处于停顿的所述内燃机(1a、1b)的所述催化转化器(12a、
12b)起作用。
10.一种带有废气增压系统(2)并带有废气后处理系统(3)的内燃机(1)，其中，所述废气增压系统(2)具有带有涡轮机(10)并带有压缩机(9)的废气涡轮增压器(8)，其中，所述废气后处理系统(3)具有催化转化器(12)、位于所述催化转化器(12)的上游和下游的切断装置(14、15)和对于所述催化转化器(12)的带有另一切断装置(16)的旁路(13)，其特征在于，在所述废气涡轮增压器(8)的所述压缩机(9)下游，管线(7)从通向所述内燃机(1)的气缸(4)的充入空气管线分支，于是经由所述管线，当位于所述催化转化器(12)的上游和下游的所述切断装置(14、15)关闭时，所述催化转化器(12)能够受在所述废气涡轮增压器(8)的所述压缩机(9)中压缩的充入空气的作用。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其特征在于，可调整的节流阀(19)结合到从所述充入空气管线分支的所述管线(17)中。
12.根据权利要求10或11所述的内燃机，其特征在于，从所述充入空气管线分支的所述管线(17)在所述充入空气管线的分支点(25)处分支，并在供给点(26)通向所述催化转化器(12)，使得在所述分支点(25)处的充入空气的压力大于在所述供给点(26)的区域中的压力。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的内燃机，其特征在于包括用于实现根据权利要求1至9中的一项所述的方法的控制装置。
14.一种根据权利要求10至13中的一项所述的数个内燃机(1a、1b)的安装，其中，经由从引导第一内燃机(1a)的充入空气的管线(17a)分支的管线(23)，能够利用充入空气对第二内燃机(1b)的催化转化器(12b)起作用。

说明书全文

用于操作内燃机的方法和内燃机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于操作带有废气增压系统并带有废气后处理系统的内燃机的方法。此外，本发明涉及一种内燃机、数个内燃机的安装和用于操作这样的安装的方法。

背景技术

[0002] 在例如用于发电站的固定内燃机中的燃烧过程中，并且在例如用在船上的非固定内燃机中的燃烧过程中，出现氮氧化物，其中，这些氮氧化物典型地出现在诸如煤、矿物煤、褐煤、矿物油、重油或柴油的含硫化石燃料的燃烧中。因此，废气后处理系统与这样的内燃机相关，所述后处理系统用于离开内燃机的废气的净化、尤其是脱氮。

[0003] 主要地，所谓的SCR催化转化器用于从实践已知的废气后处理系统中的废气中的氮氧化物的还原。在SCR催化转化器中，出现氮氧化物的选择催化还原，其中，需要氨(NH3)作为用于氮氧化物的还原的还原剂。为此，将氨(NH3)或相应地诸如例如尿素的氨前体物质在SCR催化转化器的上游以液体形式引入废气中，其中，氨或相应地氨前体物质在SCR催化转化器上游与废气混合。为此，根据实践，在氨或相应地氨前体物质的引入与SCR催化转化器之间设置有混合部段。

[0004] 于是，当将这样的带有废气增压系统并带有废气后处理系统的内燃机例如用在船上时，内燃机在具有不同的排放法规并因此具有应不同地遵守的排放限制值的地区操作。例如，如果船的内燃机在具有低的氮氧化物排放要求的地区操作，诸如例如在公海上操作，则将要遵守的氮氧化物限制值已通过纯马达措施被遵守，使得为了遵守排放限制值，废气无须经由SCR催化转化器被引导。在该情况下，可停用废气后处理系统，尤其是废气后处理系统的SCR催化转化器。

[0005] 为了在停用的催化转化器的情况下防止催化转化器的劣化，催化转化器在该情况下经由位于催化转化器上游和下游的切断装置与废气流分开或相应地从废气流切断，以便然后经由旁路引导经过催化转化器的废气。然而，由于这样的切断装置不总是完全关闭的，所以会出现进入催化转化器的废气泄露。尤其，如果诸如例如重油或残油的高含硫燃料通过流入催化转化器的废气的泄露在内燃机中燃烧，则所述催化转化器可尤其通过包含在废气中的硫酸被损坏，所述硫酸在催化转化器中冷凝并引起腐蚀。这是不利的。

[0006] 从WO 2015/158948 A1已知一种用于保护SCR催化转化器的系统，其中，系统包括用于SCR催化转化器的加热系统，并且其中，加热系统具有压缩空气供应源。从压缩空气供应源开始，可利用压缩空气对SCR催化转化器起作用。催化转化器的组件可经由加热系统加热。

发明内容

[0007] 由此开始，本发明基于的问题是提供用于操作带有废气增压系统并带有废气后处理系统的内燃机的新颖方法、用于操作数个这样的内燃机的安装的方法、这样的内燃机和数个这样的内燃机的安装。

[0008] 该问题通过根据权利要求1的用于操作内燃机的方法解决。根据本发明，当位于催化转化器上游和下游的切断装置关闭时，利用在废气涡轮增压器的压缩机中压缩的充入空气对催化转化器起作用。

[0009] 本发明将充入空气用于保护催化转化器。充入空气在任何情况下都存在。因此，不需要单独的压缩空气源。本发明使得能够用少的与装置相关的花费以特别有利的方式、即当它们停用并引导废气经过它们时保护催化转化器免受劣化。催化转化器于是用充入空气冲洗。

[0010] 根据有利的另一改进，在催化转化器中检测压力，并且调整供应至催化转化器的充入空气流，使得相对于通向催化转化器的废气供给管线和/或相对于引导离开催化转化器的废气排出管线在催化转化器中存在至少2毫巴的过压、优选地至少4毫巴的过压、特别优选地至少8毫巴的过压。于是，当经由充入空气在催化转化器中调整这样的过压时，能特别有效地防止进入催化转化器的废气泄露，并因而能保护催化转化器免受劣化。

[0011] 根据有利的另一改进，将具有至少120℃的温度、优选地具有至少140℃的温度、特别优选地具有至少200℃的温度的充入空气供给至催化转化器。这是有利的，以便将催化转化器的组件保持在期望的温度。特别优选地，供给至催化转化器的充入空气的温度超过132℃，并因此高于硫酸露点。尽管利用充入空气对催化转化器起作用，如果废气泄露进入催化转化器，则在该温度，也能防止硫酸的冷凝。

[0012] 尤其地，优选地在热交换器中加热供给至催化转换器的充入空气，经由所述热交换器，在一方面引导供给至催化转化器的充入空气，并且另一方面引导废气。在此，使用废气的热能，以便将充入空气加热至对应的温度。这允许内燃机的特别有利的有效操作。

[0013] 在权利要求8中限定了根据本发明的用于操作数个内燃机的安装的方法。在权利要求10中限定了根据本发明的内燃机，并且在权利要求14中限定了内燃机的安装。附图说明

[0014] 本发明的另外的优选改进将从从属权利要求并从以下的说明显现。借助于附图更详细地说明本发明的示例实施例，但并不限于此。在此示出的有：图1是根据本发明的第一内燃机的方框图，用于图示根据本发明用于操作其的方法；
图2是根据本发明的第二内燃机的方框图，用于图示根据本发明用于操作其的方法；
图3是根据本发明的第三内燃机的方框图，用于图示根据本发明用于操作其的方法；
图4是根据本发明的数个内燃机的系统的方框图，用于图示根据本发明用于操作其的方法。

具体实施方式

[0015] 图1概略地示出了带有废气增压系统2并带有废气后处理系统3的内燃机1。内燃机1包括数个气缸4，其中，在一方面将燃料5和在另一方面将充入空气6供给至内燃机1，用于燃烧，并且其中，从内燃机1排出在燃料5的燃烧中出现的废气7。

[0016] 废气增压系统2包括废气涡轮增压器8，所述废气涡轮增压器8包括压缩机9和涡轮机10。在废气增压系统2的废气涡轮增压器8的涡轮机10中，废气7膨胀，并且使用在此获得的能量，以便在废气涡轮增压器8的压缩机9中压缩充入空气6。在压缩机9中压缩的充入空气在供给至内燃机1之前，经由充入空气（进气）冷却器11被引导，并从而冷却。

[0017] 废气后处理系统3包括催化转化器12，其尤其是SCR催化转化器。在废气涡轮增压器8的涡轮机10中膨胀的废气经由催化转化器12被引导至废气后处理，其中，废气后处理系统3另外具有旁路13，经由所述旁路13，旁通绕过催化转化器12，可引导废气越过催化转化器12。

[0018] 在催化转化器12上游布置有切断装置14。另外，切断装置15位于催化转化器12下游。在旁路13中布置有另一切断装置16。

[0019] 于是，当废气将要经由旁路13被引导以旁通过催化转化器12时，切断装置14、15关闭，并且另一切断装置16打开。

[0020] 于是，另一方面，当内燃机1的所有废气将要经由废气后处理系统3的催化转化器12被引导时，切断装置14、15打开，并且旁路13的另一切断装置16关闭。

[0021] 图1的内燃机1优选地是船的内燃机，其中重油或相应地残油作为燃料燃烧。船在此在具有已能通过对燃烧发动机或相应地内燃机的部分的措施部分遵循的不同的排放限制值的地区或相应区域中操作，使得于是废气后处理系统3的催化转化器12，优选地为SCR催化转化器，可停止或相应地停用。位于催化转化器12上游和下游的切断装置14、15于是关闭，以便将催化转化器12与废气流分开，而旁路13的另一切断装置16于是打开。据此，能防止废气进入SCR催化转化器12的区域，并防止硫酸会在SCR催化转化器12的区域中从废气中冷凝并因而会引起SCR催化转化器12中的腐蚀。

[0022] 由于位于催化转化器12上游和下游的切断装置14、15没有100%关闭，并因此尽管关闭的切断装置14、15，废气泄露都能进入SCR催化转化器12，所以根据本发明提出的是，在内燃机1运转的情况下，当位于催化转化器12上游和下游的切断装置14、15关闭时，利用在废气涡轮增压器8的压缩机9中压缩的充入空气对催化转化器12起作用。

[0023] 为此，充入空气经由其能从压缩机9下游分支并能供给至催化转化器12的管线17从充入空气管线分支，所述充入空气管线从废气催化转化器8的压缩机9开始在内燃机1的方向上延伸。据此，在催化转化器12中设定过压，这防止废气经由关闭的切断装置14、15进入SCR催化转化器12。

[0024] 图1示出了压力传感器18，经由所述压力传感器18，可通过测量技术检测催化转化器12中的压力、尤其是在催化转化器12中占优势的压力。基于通过测量技术测量的催化转化器12中的压力，可致动节流阀19，所述节流阀19位于从压缩机9下游的充入空气管线分支的管线17中，并且经由所述节流阀19，充入空气可在催化转化器12的方向上被引导。尤其，节流阀19被致动或相应地打开或相应地关闭，使得在催化转化器12中出现相对于通向催化转化器12的废气供给管线和/或相对于引导离开催化转化器12的废气排出管线的限定的过压，其中，该过压至少为2毫巴，优选地至少为4毫巴，特别优选地至少为8毫巴。这对于防止废气进入SCR催化转化器12的泄露是特别优选的。

[0025] 在图1的示例实施例中，在SCR催化转化器12的方向上经由管线17引导的充入空气在压缩机9下游并在充入空气冷却器11上游分支。在该情况下，假定充入空气已具有至少120℃的温度、特别优选地至少140℃的温度，使得能免除充入空气的单独的加热。

[0026] 然而，如果需要，在图1的示例实施例中能提供的是，即经由在图1中未示出的加热装置，加热在SCR催化转化器12的方向上经由管线17引导的充入空气，所述加热装置优选地与管线17相关联。

[0027] 图2示出了本发明的变体，其中，充入空气经由其从充入空气管线分支并在SCR催化转化器12的方向上被引导的管线17在充入空气冷却器11下游分支。因此，在该情况下，由充入空气冷却器11冷却的充入空气6分支并在SCR催化转化器12的方向上被引导，其中，于是优选地，除节流阀19之外，加热装置20与管线17相关联，借助于所述加热装置，可使沿SCR催化转化器12的方向被引导的充入空气变暖或相应地加热。

[0028] 在此，该加热装置20优选地作为检测SCR催化转化器12中的温度的温度传感器21的测量信号的函数被致动。取决于在SCR催化转化器12中占优势的实际温度，于是致动加热装置12，使得SCR催化转化器12中的实际温度接近期望的设定点温度。为此，在加热装置20的区域中的充入空气特别地被加热至至少120℃的温度，优选地被加热至至少140℃的温度，特别优选地被加热至至少200℃的温度。

[0029] 图3示出了本发明的变体，其中，充入空气在压缩机9下游分支并在SCR催化转化器12的方向上经由管线17被引导，并且在热交换器22的区域中被加热至期望的温度，其中，经由热交换器22，在一方面，引导将要被引导至SCR催化转化器12的充入空气，并且另一方面，引导离开内燃机的废气。据此，可使用废气的热能，以便加热将要在SCR催化转化器12的方向上被引导的充入空气。这允许内燃机的特别有效的操作。

[0030] 另外，使利用内燃机的其它残余热能、因而例如冷却水回路和油回路的热能成为可能，以便加热将要在催化转化器12的方向上被引导的充入空气17。

[0031] 在图1至3中，示出了带有废气增压系统2的内燃机1，其具有单个废气涡轮增压器8。当然，可能的是废气增压系统2包括数个废气涡轮增压器，因而例如高压废气涡轮增压器和低压废气涡轮增压器。

[0032] 在图1至3中，废气后处理系统3的SCR催化转化器12布置在废气涡轮增压器8的涡轮机10下游。与此对比，还可能使催化转化器12位于废气涡轮增压器8上游，即在废气涡轮增压器8的涡轮机10上游，以便通过当时占优势的较高的温度和较高的压力改善SCR催化转化器12中的SRC反应。于是，当SCR催化转化器12位于废气涡轮增压器上游时，废气涡轮增压器8被设计成使得在压缩机9下游的充入空气侧上的压力大于在涡轮机10上游的废气侧上的压力。据此，于是能确保SCR催化转化器12的永久充入空气冲洗。

[0033] 优选地，提供的是，从内燃机1的气缸4的充入空气管线分支的管线17在分支点25从通向内燃机1的气缸4的充入空气管线分支，并在供给点26通到催化转化器12，其中，选择该分支点25和该供给点26，并且经由废气涡轮增压器8的废气增压被设计成使得在管线17的分支点25处的压力总是大于或相应地高于在催化转化器12的区域中的管线17的供给点26的压力。从而，能防止废气可经由管线17到达充入空气侧上。相反地，于是确保新鲜空气总是在SCR催化转化器12的方向上被引导，从而因此能可靠地防止废气渗入充入空气管道。

[0034] 能提供的是，在切断装置14、15处提供旁路，经由所述旁路，从催化转化器12开始的充入空气在切断装置14处经过流入废气供给管线或相应地在切断装置15处经过流入废气排出管线。据此，能保持废气远离切断装置14、15，以便防止在其上的腐蚀。

[0035] 图4示出了数个内燃机、即内燃机1a、1b的安装，其中，每个内燃机1a、1b相应地具有废气增压系统2a、2b和相应的废气后处理系统3a、3b。关于它们的基本结构和它们基本的操作模式，两个内燃机1a、1b对应于图1的内燃机1，使得为了避免不必要的重复，相同的附图标记用于相同的组件，并且对关于图1的以上陈述作出参考。

[0036] 于是，当图4的内燃机1a、1b运转时，内燃机1a、1b两者都能以上述方式操作，使得于是通过相应运转的内燃机1a、1b并通过关闭的切断装置14a、15a、14b、15b，引导废气经过相应的SCR催化转化器12a、12b，并且经由管线17a、17b利用充入空气对所述SCR催化转化器12a、12b起作用或相应地冲洗，以便防止废气的泄露进入SCR催化转化器12a、12b。

[0037] 从图4能看到的是，在图4中，切断装置24结合到其中的管线23从管线17a分支，经由所述管线17a，从压缩机9a开始的充入空气可供给至SCR催化转化器12a，其中，经由该管线23，内燃机1a的充入空气可在内燃机1b的催化转化器12b的方向上被引导。

[0038] 利用图4的安装，于是可能的是，当内燃机1b停顿时，因此没有燃料在其中燃烧，并且当废气涡轮增压器8b不提供任何充入空气6b时，能够使用内燃机1a的充入空气6a，以便在内燃机1b的SCR催化转化器12b的方向上用打开的切断装置24经由管线23引导充入空气6a，并因而设定催化转化器12b中的限定的过压并缓和它，因此将所述充入空气6a加热至限定的温度。

[0039] 对于因此内燃机1b停顿、但其催化转化器12b例如为快速冷却被冲洗或为预热被冲洗的情况，可使用内燃机1b的充入空气，以便利用充入空气对内燃机1b的催化转化器12b起作用。

[0040] 本发明尤其用于利用过量空气操作的内燃机，优选地用于以重油或残油操作的船的柴油内燃机。

[0041] 尽管结合SCR催化转化器描述了本发明，但废气后处理系统3、3a、3b还可具有其他的催化转化器，因而例如用于甲烷和/或甲醛和/或一氧化碳和/或碳氢化合物的分解的催化转化器。本发明在该情况下同样能使用。然而，本发明在废气后处理系统、体现为SCR催化转化器的催化转化器中的应用是特别优选的。

[0042] 附图标记列表：1、1a、1b 内燃机
2、2a、2b 废气增压系统
3、3a、3b 废气后处理系统
4、4a、4b 气缸
5、5a、5b 燃料
6、6a、6b 充入空气
7、7a、7b 废气
8、8a、8b 废气涡轮增压器
9、9a、9b 压缩机
10、10a、10b 涡轮机
11、11a、11b 充入空气冷却器
12、12a、12b 催化转化器
13、13a、13b 旁路
14、14a、14b 切断装置
15、15a、15b 切断装置
16、16a、16b 切断装置
17、17a、17b 管线
18、18a、18b 压力传感器
19、19a、19b 节流阀
20 加热装置
21 温度传感器
22 热交换器
23 管线
24 切断装置
25、25a、25b 分支点
26、26a、26b 供给点。

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