紧凑式排气处理系统和操作该系统的方法
【专利摘要】引导排气围绕催化器可预热催化器并且从而可使催化器快速地处于其工作温度范围内。用于处理排气的排气处理系统(2)可包括第一流动路径(38)、第二流动路径(40)和控制系统(4)。第一流动路径可包括催化器(41)。第二流动路径(40)可相对于第一流动路径(38)以热交换关系同轴布置。控制系统(4)可配置成根据催化器温度控制排气流过第一流动路径(38)或第二流动路径(40)。
【专利说明】紧凑式排气处理系统和操作该系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及一种用于处理来自内燃发动机的排气的紧凑式排气处理系统，并具体涉及一种用于加热排气系统的催化器的排气系统。本发明还涉及一种用于控制这种排气系统的方法。
【背景技术】
[0002]内燃发动机排放出空气污染物的复杂混合物。这些空气污染物由气态化合物(如氮氧化物(NOx))与固体颗粒物(也称为烟灰)组成。由于人们环境意识增加，排气排放标准已经变得更加严格，并且可以根据发动机的类型、发动机的尺寸和/或发动机的等级规定由发动机排放到大气中的NOx和烟灰的量。
[0003]为了确保遵循环境法规(例如遵循N0x法规)，可通过排气处理装置处理排气。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是将气态或液态还原剂(例如氨、氨水溶液、尿素或尿素溶液)注射到发动机的排气流中的过程。还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水和氮气。通常，将尿素以足以提供所需的顯!￡还原程度的量引入到排气中。例如，还原剂所需的量可以由尿素注射系统控制。
[0004]通常，SCR可在约200°C至约600°C的温度范围内有效。通过提供SCR催化器形式的催化表面，可以促进和更有效率地进行SCR过程，特别是在较低的温度下。因此，重要的是为SCR反应提供合适的温度以及具有足够大表面的合适的催化材料。
[0005]如本文中使用的SCR通常包括那些使用在加热时能够产生氨气的氨或任何N0x还原剂的过程。如本文中使用的术语“尿素”还指包含所有那些市场上有售的用于进行SCR的还原剂。
[0006]DE102005026032A1公开了一种用于处理排气的方法和装置。其中所公开的装置包括颗粒分离器、SCR催化转化器以及用于产生氨作为选择性还原剂以还原氮氧化物的氨发生器。颗粒分离器设置在主排气管道中并且氨发生器设置在次级管道中。
[0007]US6883311B2公开了一种包括同轴布置的双支腿器件的紧凑式双支腿NOx吸附催化器装置，所述双支腿器件包括具有包含同轴布置部分的第一流动路径和第二流动路径的壳体。此外，公开了一种用于选择性地在第一流动路径和第二流动路径之间引导排气的装置。根据布置在第一流动路径中的NOx催化器的再生事件，用于选择性地引导排气的装置可以控制排气流。
[0008]DE102007053931A1公开了一种排气处理系统和用于操作该系统的方法。排气处理系统包括具有第一催化器的第一流动路径和具有第二催化器的第二流动路径，其中第一流动路径相对于第二流动路径平行布置且与第二流动路径是热交换关系。
[0009]本发明至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一个方面，一种用于处理来自内燃发动机的排气的排气处理系统可包括用于排气的第一流动路径以及布置在第一流动路径内的催化器。催化器可配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理排气。所公开的排气处理系统还可包括相对于第一流动路径以热交换关系同轴布置的第二流动路径，以及控制系统。控制系统可配置成:当催化器的温度可能低于预定温度阈值时，引导排气通过第二流动路径从而加热催化器，并且当催化器的温度可能超过预定温度阈值时，引导排气通过第一流动路径以处理催化器中的排气。
[0011]根据本发明的另一个方面，公开了一种控制排气通过与内燃发动机相关联的排气处理系统的方法。排气处理系统可包括用于排气的第一流动路径；催化器，其布置在第一流动路径中并配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理排气；以及相对于第一流动路径以热交换关系同轴布置的第二流动路径。所公开的方法可包括检测催化器的温度；当检测到的催化器温度可能超过预定温度阈值时，引导排气通过第一流动路径；以及当催化器的温度可能低于预定温度阈值时，引导排气通过第二流动路径以加热催化器。
[0012]根据本发明的另一方面，内燃发动机可包括:发动机组；高压涡轮增压器，其包括高压涡轮并且布置发动机组的上游；低压涡轮增压器，其包括低压涡轮并且布置在发动机组的下游；以及根据本发明的排气处理系统。排气处理系统可配置成将高压涡轮连接到低压涡轮。
[0013]在一些实施方式中，第一流动路径可相对于第二流动路径布置在内部。
[0014]从下面的说明书和附图，本发明的其他特征和方面将清晰可见。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性俯视图；
[0016]图2是沿着图1中的线A-A的剖面图；以及
[0017]图3是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性立体图。
【具体实施方式】
[0018]以下是本发明的示例性实施方式的详细说明。其中所描述且在附图中示出的示例性实施方式旨在教导本发明的原理，使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对多种不同的应用实现和使用本发明。因此，示例性实施方式不是，并且不应被认为是专利保护的范围的限制性描述。相反，专利保护的范围应当由所附权利要求书所限定。
[0019]本发明可部分地基于以下认识:通过相对于包括催化器的主排气流动路径处于热交换关系的旁路绕过催化器可加热催化器，使得催化器可较早达到其操作温度。具体地，在内燃发动机的起动期间，这可能导致催化器的更短的停歇时间，并因此排放更少的未处理的排气。此外，可以实现旁路和催化器的紧凑式设计。这种紧凑式设计还可以提供更高的振动阻尼。
[0020]本发明还可部分地基于以下认识:绕过催化器并且加热该催化器还可以防止催化器被例如排气中包含的烟灰(其可沉积在催化器上)所堵塞。
[0021]以下参考图1至图3描述了具有排气处理系统的两级涡轮增压内燃发动机的示例性实施方式。
[0022]内燃发动机I (例如直列式六缸发动机)可包括发动机组10、两级涡轮增压系统12、燃料箱(未示出)以及排气系统2，所述排气系统2可设置有至少一个排气处理装置41以及包括发动机控制单元13的控制系统4。发动机组10可包括可以在其内支撑曲轴14的曲轴箱。图1中虚线表示曲轴14。曲轴14可连接到活塞(未示出)，在内燃发动机I运行期间活塞能够在各个气缸16A-16F内移动。
[0023]如示出的发动机组10可具有在由曲轴14限定的长度方向上相对的端侧18L和18H。发动机组10还可具有在与曲轴14的长度方向正交的方向上相对的长侧20A和20B。
[0024]进气歧管22可沿着发动机组10的长侧20A延伸并且可流体地连接到气缸16A-16F中的每一个。气缸16A-16F中的每一个可设置有至少一个进气门(未示出)，所述进气门可适用于打开或关闭进气歧管22与各气缸的工作腔室之间的流体连接。
[0025]在长侧20B处，可设置可连接到气缸16A-16F中的每一个的排气歧管24。气缸16A-16F中的每一个可设置有配置成打开和关闭各气缸16A-16F的工作腔室与排气歧管24之间的流体连接的至少一个排气门(未示出)。
[0026]通常，当内燃发动机I运行时，可通过进气歧管22将增压空气引入到气缸16A-16F中。在燃烧之后，可通过排气歧管24从气缸16A-16F释放由燃烧过程产生的排气。
[0027]两级涡轮增压系统12可包括低压级涡轮增压器26和高压级涡轮增压器28，涡轮增压器26和28形成顺序的涡轮增压器系统。
[0028]通常，可应用涡轮增压器26、28来利用内燃发动机I的排气的热和压力，以驱动用于压缩内燃发动机I的增压空气的压缩机CpCH。具体地说，通过涡轮增压器26、28的涡轮?Υ、ΤΗ的排气可使涡轮IVTh旋转，从而降低压力和温度。涡轮增压器26、28的压缩机CpC11可通过共用轴Sp Sh与涡轮T L, Th旋转地连接，并且可以由涡轮T L, Th驱动。
[0029]在端侧18L(也称为低压侧)处，低压级涡轮增压器26可例如直接地或作为与其他部件(如冷却剂缸体等)相结合的单元固定地附接到发动机组10。低压级涡轮增压器26可包括通过共用轴Sjl械地连接的压缩机C JP涡轮T Lo
[0030]在端侧18H(也称为高压侧)处，高压级涡轮增压器28可例如直接地或作为与其他部件(如冷却剂缸体等)相结合的单元固定地附接到发动机组10。高压级涡轮增压器28可包括通过共用轴Sh连接的压缩机C H和涡轮T Ho
[0031 ] 压缩机Q的入口可配置成吸入用于燃烧过程的增压空气。通常，压缩机的出口可通过压缩机连接机构34与压缩Wch的入口流体地连接。例如，压缩机Cl的出口可通过第一冷却器30连接到压缩机(^的入口。然后，压缩机Ch的出口可通过第二冷却器32与配置成将增压空气分配到气缸16A-16F的进气歧管22连接。
[0032]低压级涡轮增压器26和第一冷却器30可以形成本身可安装到发动机组10的端侧18L的第一单元。高压级涡轮增压器28和第二冷却器32可以形成本身可安装到发动机组10的端侧18H的第二单元。
[0033]通常，可从长侧20A、20B访问发动机部件(如气缸16A-16F和歧管22、24)，而位于端侧18L和18H处的发动机组10的侧面可配置并成型以安装两级涡轮增压系统12的大型部件(例如涡轮增压器26、28或冷却器/涡轮增压器单元)。
[0034]因此，在引入发动机气缸之前，可通过两级涡轮增压系统12来压缩提供用于燃烧过程的增压空气。
[0035]在内燃发动机I的运行期间，在充入气缸16A-16F之前，相应地对增压空气进行两次压缩和冷却。在气缸16A-16F中，可通过活塞的移动对增压空气进行进一步压缩并因此加热。然后，可将适量的燃料(例如柴油、船用柴油、重燃油或它们的混合物)注射到气缸16A-16F中。其中，可以用压缩的增压空气燃烧燃料并且产生可通过排气歧管24排出的排气。
[0036]对于中速大型内燃发动机而言，压缩机Q可在180°C下将增压空气压缩到例如4-5巴。冷却器30可将增压空气从例如约180°C冷却到45°C。压缩机Ch可在180°C下将增压空气压缩到例如7-8巴，并且冷却器32可将增压空气从例如约180°C冷却至45°C。燃烧后，排气在例如约450°C -600°C的范围内的温度下可具有约为5-6巴的压力。在涡轮连接机构35中，压力降至3-4巴并且温度在约350°C _450°C的范围内。在涡轮IY之后，在环境压力下的温度可在例如250°C或更低的范围内。
[0037]排气歧管24的出口可流体地连接到涡轮Th的入口。涡轮Th的出口可通过涡轮连接机构35与涡轮IY的入口流体地连接，并且涡轮T亦出口可将排气释放到例如次级排气过滤系统中或直接释放到环境中。
[0038]高压涡轮增压器28的涡轮Th可布置在排气歧管24的下游。涡轮T H的出口可与可布置在涡轮Th的下游的涡轮T ^的入口流体地连接。此外，涡轮T H和涡轮T 通过涡轮连接机构35流体地连接。具有出口的涡轮IY可将排气释放到例如次级排气过滤系统中或直接释放到环境中。
[0039]只要内燃发动机I持续运行，可不断地重复上述循环。
[0040]在内燃发动机I的运行期间，因为可以例如经由设置在流体地连接排气歧管24和涡轮连接机构35的阀连接机构36中的阀V控制提供到涡轮Th的排气的量，所以可以以受控的方式通过涡轮TJP T H驱动压缩机C龙C Ho在这种情况下，排气系统2还可以处于运行模式中。
[0041]涡轮连接机构35沿长侧20B延伸。因此，在中速大型内燃发动机的情况下，涡轮连接机构35的长度可以是数米，例如5m。涡轮连接机构35可以是例如直径为十分之几米的管状导管。通常，涡轮连接机构的直径可以是涡轮增压内燃发动机的活塞的内径的约0.5-1倍。对于活塞直径为约0.2-0.6m的内燃发动机而言，涡轮连接机构的直径可在约0.lm-0.6m的范围内，并且例如可能为约0.3m、0.4m或0.5m或更大。对于中速内燃发动机而言，涡轮连接机构的直径可以在例如约0.3m-0.5m的范围内。
[0042]涡轮连接机构35可包括第一流动路径38和相对于第一流动路径38以热交换关系布置的第二流动路径40。在一些实施方式中，第一流动路径38可布置在第二流动路径40附近。
[0043]如图1和图2中所示，第一流动路径38可与第二流动路径40同轴布置。例如，第一流动路径38可相对于第二流动路径40布置在内部。在一些实施方式中，第一流动路径38可相对于第二流动路径40布置在外部。
[0044]第一流动路径38可由内壁50限定。第二流动路径40可由内壁50和可包围内壁50的外壁52限定。内壁50和外壁52可包括如图2更详细地示出的具有圆形横截面的大致管状形状。
[0045]在一些实施方式中，第一流动路径38和第二流动路径40可包括矩形横截面、三角形横截面、椭圆形横截面或用于将第一流动路径38和第二流动路径40彼此同轴布置的任何其他合适的横截面。还应当注意的是，第一流动路径38还可包括与第二流动路径40的横截面不同的横截面。例如，第一流动路径38可包括三角形横截面，而相对于第一流动路径38同轴布置的第二流动路径40可包括圆形横截面。
[0046]第一流动路径38可包括第一直径Dl。第二流动路径40可包括明显大于第一直径Dl的第二直径D2。
[0047]内壁50可配置成将热从第一流动路径38传递到第二流动路径40，或与之相反。例如，内壁50可是导热壁，这样使得第一流动路径38可相对于第二流动路径40处于热交换关系。
[0048]第一流动路径38可包括诸如催化器41的排气处理装置。例如，催化器41可包括选择性催化还原(SCR)催化器、氧化催化器或者DPF。可将用于把化学试剂(例如作为SCR还原剂的尿素)注射到第一流动路径38中的试剂注射入口 42设置在催化器41的上游。注射入口 42可以是试剂注射系统44的一部分。当催化器41的温度可能超过预定温度阈值时，试剂注射装置可配置成将预定量的试剂注射到催化器41的上游。在DPF的情况下，可设置用于DPF的主动再生的燃烧器。在注射入口 42与催化器41之间，第一流动路径38可包括试剂均化段46。试剂均化段46的长度可足够长，以使试剂到达催化器41之前均匀分布在排气中。
[0049]均化段46的长度可以是均化段46的内径的例如约四倍或更多倍。例如，均化段46的内径可以约0.25m，并因此均化段的长度可以是例如Im或更多。在一些实施方式中，均化段46的长度可以是均化段46的内径的约两倍或更多倍。在一些构型中，可以通过结构设计或附加部件(例如涡轮或挡板)实现额外均化，这样使得可应用均化段46的较短长度。
[0050]通过在两级涡轮增压系统的各级间设置涡轮连接机构35，排气的组分例如叽可以在2-5巴的范围内的压力下进行催化反应。例如，可利用压力在例如约3-4巴范围内且温度在约300°C _500°C范围内、并且可能在约350°C _450°C的温度范围内的排气运行中速发动机。由于所需的催化表面积可与催化器的体积成比例，所以，相比于设置在环境压力下的催化器(例如设置在涡轮！Y后方，即，处于约I巴和250°C)而言，压力增加的催化器的尺寸可能会较小。
[0051]排气处理系统2可由控制系统4控制。控制系统4可包括控制单元13、温度传感器60以及阀单元。
[0052]阀单元可配置成:当检测到的催化器41的温度可能超过预定温度阈值时，允许排气流过第一流动路径38，并且限制排气流过第二流动路径40。阀单元可以进一步配置成:当检测到的催化器41的温度可能低于预定温度阈值时，限制排气流过第一流动路径38，并且允许排气流过第二流动路径40。
[0053]布置在催化器41下游的另一个阀单元可配置成:当检测到的催化器(41)的温度可能超过预定温度阈值时，限制排气在流过第一流动路径38之后流入第二流动路径40。所述另一个阀单元可以进一步配置成:当检测到的催化器41的温度可能低于预定温度阈值时，限制排气在流过第二流动路径40之后流入第一流动路径38。
[0054]阀单元可包括布置在第一流动路径38中、位于催化器41上游的第一阀VI。第一阀Vl可配置成打开或关闭第一流动路径38，从而允许或限制排气通过第一阀VI。
[0055]阀单元还可以包括第二阀V2，所述第二阀V2布置在第二流动路径40中并且配置成打开或关闭第二流动路径40，从而允许或限制排气通过第二阀TZ0
[0056]第一阀Vl和第二阀V2可与配置成控制第一阀Vl和第二阀V2的操作的控制单元13连通。
[0057]在一些实施方式中，代替第一阀Vl和第二阀V2，阀单元可包括布置在催化器41的上游的三通阀，例如两位三通阀。在这样的实施方式中，三通阀可配置成引导排气或者通过第一流动路径38、或者通过第二流动路径40。也可由控制单元13控制三通阀的操作。控制单元13可配置成:当催化器41的温度可能超过预定阈值时，控制三通阀以引导排气通过第一流动路径38，并且当催化器41的温度可能低于预定阈值时，控制三通阀引导排气通过第二流动路径40。
[0058]在一些实施方式中，阀单元可以可选地包括布置在第一流动路径38中且位于催化器41下游的第三阀V3。此外，阀单元可以可选地包括布置在第二流动路径40中且位于催化器41下游的第四阀V4。阀V3和V4可配置成限制排气从催化器41的下游一侧进入第一流动路径38或第二流动路径40。
[0059]在一些实施方式中，代替第三阀V3和第四阀V4，阀单元可包括布置在催化器41的下游的三通阀，例如两位三通阀。也可由控制单元13控制三通阀的操作。
[0060]第一流动路径38还可包括配置成检测催化器41的温度的温度传感器60。所述温度传感器还可配置成将表示催化器温度的温度信号传递到控制单元13。控制单元13可使用接收到的温度信号来控制和引导排气流流过排气处理系统2并且因此流过涡轮连接机构35。
[0061]控制单元13可将指示催化器温度的温度信号和预定温度阈值进行比较。在催化器温度可能低于预定温度阈值的情况下，控制单元13可引导排气通过第二流动路径40，即排气可不由催化器41处理。从而，由于第二流动路径可以与第一流动路径是热交换关系，并因此与催化器41是热交换关系，所以流过第二流动路径40的排气可加热催化器41。例如，在发动机启动期间，催化器温度可能低于预定温度阈值。因此，可引导排气通过第二流动路径40以用于预热催化器41，从而使催化器41温度处于其工作温度范围内。
[0062]在催化器温度可能超过预定温度阈值的情况下，控制单元13可引导排气通过第一流动路径38，即催化器41可以对排气进行处理。
[0063]例如，预定温度阈值可以是从约250°C高达550°C的温度，这取决于内燃发动机I的动力输出。
[0064]为了进一步说明，图3示出了包括低压涡轮增压器26A和高压涡轮增压器28A的发动机1A，低压涡轮增压器26A与冷却器30A —起形成结构单元，高压涡轮增压器28A与冷却器32A—起形成结构单元。这些单元可在端侧18L和18H处固定地连接到发动机组10A。
[0065]沿着长侧20B，排气歧管24(示于图1中)可流体地连接到气缸中的每一个(示出位于涡轮增压器26A和28A之间)并且进气歧管(在图3中未示出)可类似地流体地连接到气缸。
[0066]压缩机连接段34A可沿着发动机组1A的长侧20B在发动机组1A的端侧18L和18H之间延伸。具体地，压缩机连接段34A可从第一冷却器30A的出口延伸到高压涡轮增压器28A的压缩机(^的入口。压缩机连接段34A可以是用于例如将添加剂(例如水)加到预先压缩的增压空气中的管状导管。
[0067]涡轮连接机构35A可沿发动机组1A的长侧20B在发动机组1A的端侧18L和18H之间延伸。具体地，涡轮连接机构35A可从高压涡轮增压器28A的涡轮Th的出口延伸到低压涡轮增压器26A的涡轮IY的入口。涡轮连接机构35A可包括一线性的管状区段，该线性管状区段可用作在图3中示意性示出的具有至少一个排气处理装置(例如SCR催化器、氧化催化器或类似物)的排气处理系统2A。
[0068]在图3中，排气处理装置可以是至少一个SCR催化器或至少一个氧化催化器。在一些实施方式中，可提供SCR催化器和氧化催化器。
[0069]在图3中，示出了排气再循环(EGR)系统45。EGR系统45可用以减少燃烧过程中所产生的NOx并且在一些情况下可以在运行期间与SCR催化器一起或替代地使用。例如，在发动机的启动期间，可以使用EGR系统45，并且对于已经预热的发动机，可使用SCR催化器。
[0070]在一些实施方式中，可不提供图3所示的EGR系统45。
[0071]在又一个实施方式中，内燃发动机I可设置有单级涡轮增压器系统。在该实施方式中，可以在使用单级涡轮增压系统引入到发动机气缸中之前将提供用于燃烧过程的增压空气加压一次。
[0072]在一些实施方式中，进气歧管和排气歧管24B可与例如发动机组1A的曲轴箱一体铸造。
[0073]在一些实施方式中，以上公开的两级涡轮增压系统可应用于包括例如两个气缸排的V型发动机，每一个气缸排对应于图1和图3的单个气缸排，其中一个气缸排相对于包括其曲轴的发动机组的垂直中心平面成镜像。在那些实施方式中，进气歧管可以位于例如气缸排之间并且气缸排的每一个可设置有单独的排气歧管。
[0074]工业实用性
[0075]以下，参考图1至图3描述了如图1中所示的排气系统2的运行。
[0076]当可以启动内燃发动机I时，催化器温度可能低于预定温度阈值，并因此不在其工作温度范围内。在这种情况下，控制系统4可引导排气通过第二流动路径40而不由催化器41处理排气。具体地，控制单元13可关闭第一阀Vl并且可打开第二阀V2。
[0077]因为第二流动路径40可相对于第一流动路径38是热交换关系，并因此与布置在第一流动路径38中的催化器41也是热交换关系，所以流过第二流动路径40的排气可加热催化器41。
[0078]当温度传感器60可检测到催化器温度可能超过预定阈值时，温度传感器60可将表示催化器温度的温度信号发送到控制单元13。
[0079]在这种情况下，控制系统4可引导排气通过第一流动路径38并因此通过催化器41，从而处理排气。具体地，控制单元13可打开第一阀Vl并且可关闭第二阀V2。
[0080]通过利用绕过催化器41的排气预热催化器41，催化器41可更早达到其工作温度范围。因此，可减少直到催化器41达到其工作温度范围之前都没有被处理的排气的量。这可导致排放更少的未处理的排气。
[0081]此外，由于催化器可以通过绕过催化器41而不是流过催化器41的排气加热，所以可减小催化器41的堵塞。因此，排气内包含的烟灰可能不沉积在催化器41处。
[0082]在流过涡轮连接机构35之后，第一流动路径38和第二流动路径40可以重新结合，并且然后，排气可进入低压涡轮增压器26的涡轮IV。
[0083]为了在重新结合之后限制排气进入第一流动路径38或第二流动路径40，控制单元13可分别打开或关闭阀V3和V4。例如，当催化器温度可能低于预定温度阈值时，控制单元13可打开第二阀V2和第四阀V4，并且可同时关闭第一阀Vl和第三阀V3，从而引导排气通过第二流动路径40并且加热在第一流动路径38内的催化器41。
[0084]此外，当催化器温度可能超过预定温度阈值时，控制单元13可打开第一阀Vl和第三阀V3，并且可同时关闭第二阀V2和第四阀V4，从而引导排气通过第一流动路径40，并因此由催化器41处理排气。
[0085]如本文所用，阀V1、V2、V3和V4中的任意一个的打开和关闭可与相应阀的全开和全闭相关。然而，关闭上述阀的一个还可包括大部分排气不能通过，但约0-5%的少量排气仍然可通过关闭的阀。在一些实施方式中，允许通过关闭的阀的最高的量可能取决于催化器效率和可达到的排放目标。
[0086]在一些实施方式中，在可不需要排气的后处理时，例如当包含示例性公开的内燃发动机I (其包括示例性公开的排气处理系统2)的轮船可能位于排放控制区域之外时，控制系统4可引导排气通过第二流动路径40。
[0087]在一些实施方式中，排气处理装置(例如SCR催化器)可以由以已知方式(例如以并联或串联的方式)布置的一个以上的排气处理装置构成。
[0088]在此，术语“内燃发动机”可以指可用作固定式动力提供系统(如用于产生热和/或电力的发电厂)的主发动机或辅助发动机，以及用在轮船/船舶(如巡洋舰、货船、集装箱船和油轮)中的内燃发动机。用于内燃发动机的燃料可包括柴油、船用柴油、重燃油、替代燃料或它们的混合物以及天然气。
[0089]此外，如在本文中使用的术语“内燃发动机”不特别地受限制并且包括任意发动机，其中使用氧化剂进行燃料的燃烧以产生高温和高压气体，所述气体直接作用到发动机的可动部件(例如活塞或涡轮叶片)，并且使它移动一个距离，从而产生机械能。因此，如本文所使用的，术语“内燃发动机”包括活塞发动机和涡轮机。
[0090]两级涡轮增压系统的本文所公开的构型的内燃发动机的实例包括中速内燃柴油发动机，如由德国基尔的Caterpillar Motoren GmbH & C0.KG制造的系列M20、M25、M32、M43或M46双燃料发动机的直列式发动机和V型发动机。
[0091]中速内燃发动机可以是大型的独立式发动机，因此可以合理地访问发动机组的端侧。
[0092]虽然在这里描述了本发明的优选实施方式，但可以在不背离以下权利要求的范围的情况下做出改进和修改。
【权利要求】
1.一种用于处理来自内燃发动机(1)的排气的排气处理系统(2),所述排气处理系统(2)包括: 用于所述排气的第一流动路径(38)； 布置在所述第一流动路径(38)内的催化器(41),所述催化器(41)配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理所述排气； 第二流动路径(40),其相对于所述第一流动路径(38)以热交换关系同轴布置；以及 控制系统(4),所述控制系统(4)配置成:当所述催化器(41)的温度低于所述预定温度阈值时，引导所述排气通过所述第二流动路径(40),从而加热所述催化器(41),并且当所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，引导所述排气通过所述第一流动路径(38)以在所述催化器(41)中处理所述排气。
2.根据权利要求1所述的排气处理系统(2),其中，所述第一流动路径(38)相对于所述第二流动路径(40)布置在内部。
3.根据权利要求1所述的排气处理系统(2),其中，所述第一流动路径(38)相对于所述第二流动路径(40)布置在外部。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的排气处理系统(2),其中，所述催化器(41)是30？催化器、氧化催化器和柴油颗粒过滤器中的至少一种。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的排气处理系统(2)，还包括布置在所述催化器(41)的上游的试剂注射装置(42),所述试剂注射装置(42)配置成:当所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，将预定量的试剂注射到所述催化器(41)的上游。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的排气处理系统(2)，还包括: 布置在所述催化器(41)的上游并且与控制单元(13)连通的阀单元，其中所述控制单元(13)配置成:当所述催化器(41)的温度超过所述预定阈值时，控制所述阀单元以引导所述排气通过所述第一流动路径(38),并且当所述催化器(41)的温度低于所述预定阈值时，控制所述阀单元以引导所述排气通过所述第二流动路径(40)。
7.根据权利要求6所述的排气处理系统(2)，其中所述阀单元可包括布置在所述第一流动路径(38)中的第一阀布置在所述第二流动路径(40)中的第二阀02)和/或三通阀。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的排气处理系统(2)，还包括配置成检测所述催化器(41)的温度的温度传感器(601
9.一种包括发动机组(10)的内燃发动机(1),所述内燃发动机(1)还包括: 高压涡轮增压器(28),其包括布置在所述发动机组(10)的下游的高压涡轮(1)； 低压涡轮增压器(26),其包括布置在所述高压涡轮(10的下游的低压涡轮(1)；以及 根据前述权利要求1-9中的任一项所述的排气处理系统(2)，所述排气处理系统(2)配置成将所述高压涡轮(1)流体地连接到所述低压涡轮(1)。
10.一种用于控制排气通过与内燃发动机(1)相关联的排气处理系统(2)的方法，所述排气处理系统(2)包括用于所述排气的第一流动路径(38^布置在所述第一流动路径(38)中并且配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理所述排气的催化器(41)以及相对于所述第一流动路径(38)以热交换关系同轴布置的第二流动路径(40),所述方法包括: 检测所述催化器(41)的温度； 当检测到的所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，引导所述排气通过所述第一流动路径(38)；以及 当检测到的所述催化器(41)的温度低于所述预定温度阈值时，引导所述排气通过所述第二流动路径(40)以加热所述催化器(41)。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括: 当检测到的所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，允许所述排气流过所述第一流动路径(38)并且限制所述排气流过所述第二流动路径(40)；以及 当检测到的所述催化器(41)的温度低于所述预定温度阈值时，限制所述排气流过所述第一流动路径(38)并且允许所述排气流过所述第二流动路径(40)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括: 当检测到的所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，限制所述排气在流过所述第一流动路径(38)之后流入所述第二流动路径(40)；以及 当检测到的所述催化器(41)的温度低于所述预定温度阈值时，限制所述排气在流过所述第二流动路径(40)之后流入所述第一流动路径(38)。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的方法，还包括:当检测到的所述催化器(41)的温度超过所述预定温度阈值时，在所述催化器(41)的上游将预定量的试剂注射到所述第一流动路径(38)中。
【文档编号】F02B37/18GK104487668SQ201380038314
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年7月18日
【发明者】J·德雷维斯, C·里克特, T·欧贝纳斯 申请人:卡特彼勒发动机有限及两合公司