内燃机、清洁内燃机排气的方法和改装内燃机的方法与流程

根据独立权利权要求，本发明涉及一种内燃机，一种用于清洁内燃机排气的方法和一种改装内燃机的方法。

背景技术：

由于空气污染法规使得尤其是大型船舶的内燃机的排气处理变得日益重要。

从专利US7356987可知，例如可以通过具有静电除尘器的排气再循环系统来处理来自内燃机的排气。该系统设置到压缩机的低压侧，因此其非常宽大且难以安装。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目的在于避免现有技术的缺点并提供一种内燃机，一种用于清洁来自内燃机的排气的方法和一种改装内燃机的方法，其可以足够小以安置到现有的发动机空间中且容易安装。

根据独立权利要求，该目的通过内燃机，用于清洁内燃机排气的方法和改装内燃机的方法来实现。

尤其是，该目标通过内燃机，优选地用于大型船舶的两冲程发动机来实现，该内燃机包括用于处置从燃烧室排出的排气的排气出口。该内燃机包括用于引导空气进入燃烧室的空气入口和通过排气通道连接到排气出口上的至少一个涡轮增压器。颗粒过滤器装置安装到排气出口的下游且位于涡轮增压器的高压侧，尤其是涡轮增压器的涡轮，优选地位于排气通道内。

这样的内燃机带来了过滤排气尤其是过滤颗粒物的可能性，由此排气调节可以通过小的装置实现。该颗粒过滤器装置可以构造得更小，这是因为其被布置在涡轮增压器的高压侧上。

涡轮增压器的高压侧包括布置在发动机排气出口与涡轮增压器涡轮之间以及涡轮增压器的压缩机与发动机的空气入口之间的所有的管路和装置。实际上，所有布置在上述两个管路之间的装置都包含在涡轮增压器的高压侧内。

该颗粒过滤器装置可以包括静电除尘器或者颗粒过滤器或者文丘里洗涤器或者干式洗涤器或者湿式洗涤器。可选择地或者附加地，该颗粒过滤器装置可以包括玻璃纤维。

静电除尘器可以收集细颗粒物并由此清洁从内燃机排出的排气。

颗粒过滤器装置可包括旋风分离器。

旋风分离器的应用能够收集较大的聚结颗粒并由此带来更清洁的排气。

静电除尘器和旋风分离器的布置，优选首先布置静电除尘器并在静电除尘器的下游布置旋风分离器。当颗粒物从静电除尘器收集板上落下时，这样的布置可实现对通过旋风分离器已经收集到静电除尘器收集板上的颗粒物的收集。可选择地，排气可以在静电除尘器的下游侧分流，由此仅排气的一部分附加地通过旋风分离器。

排气通道可以包括具备颗粒过滤器装置的过滤通道和常规通道，由此仅一部分的排气被过滤。

这样使用颗粒过滤器装置可以适应所实施的排放法规，由此能够延长颗粒过滤器装置的寿命。

内燃机可包括排气再循环通道，其布置在内燃机的排气出口和空气入口之间，其中颗粒过滤器装置布置在排气再循环通道上，由此仅排气的一部分被引导通过颗粒过滤器装置并被重新引入空气入口。

在该示例中，过滤通道通过排气再循环通道实现。可选择地，颗粒过滤器装置可以布置在排气再循环通道的连接点的上游，以使得所有的排气都被引导通过颗粒过滤器装置，且在颗粒过滤器装置的下游，部分排气被再循环，且部分排气优选地被引导至涡轮增压器的涡轮。

通过这样的布置，颗粒物并没有引入到燃烧室中，由此燃烧过程被优化。

至少一个选择性催化反应器可以布置在颗粒过滤器装置的下游。

使用选择性催化反应器降低了NOx。作为还原剂，例如可以添加尿素或氨水。这样的选择性催化反应器使得排气能够符合限值规定。

内燃机可包括两个或更多个颗粒过滤器装置，尤其是一个颗粒过滤器装置位于选择性催化反应器上游，另一个颗粒过滤器装置位于选择性催化反应器下游。在这种情况下，位于选择性催化反应器上游的第一颗粒过滤器装置是用来过滤较大颗粒的颗粒过滤器装置例如旋风分离器，位于选择性催化反应器下游的第二颗粒过滤器装置是用来过滤较小颗粒的颗粒过滤器装置例如静电除尘器。

至少一个热交换器，优选地为冷却器，可以安装到颗粒过滤器装置的上游或下游，或者至少两个热交换器可以安装到涡轮增压器的高压侧的排气出口的下游，优选地一个热交换器位于颗粒过滤器装置的上游，一个热交换器位于颗粒过滤器装置的下游。

通过使用位于颗粒过滤器装置上游或下游的热交换器或者同时位于颗粒过滤器装置上游和下游的热交换器，通过颗粒过滤器装置的排气流的温度可以被调节成，使得颗粒过滤器装置操作最优化。附加的热交换器或位于颗粒过滤器装置下游的热交换器的使用可以使得排气温度附加地适应于布置在颗粒过滤器装置下游的所有其他装置。

颗粒过滤器装置，尤其是静电除尘器，可以是干式除尘器或湿式除尘器。

干式除尘器的优势在于干式除尘器不需要任何水，由此不需要水分后处理设备。湿式除尘器的优势在于在除尘器中水的清洁作用，例如油性颗粒物不会阻塞除尘器。

添加剂添加装置可以布置在颗粒过滤器装置的上游和/或下游。

为了优化排气的清洁/过滤和颗粒过滤器装置的功能，添加剂添加装置可以将添加物添加到排气中。作为添加剂，可以添加固体或液体。该添加剂可以为碱性物质。该添加剂可以用来降低SOx和/或NOx。该添加剂可以为石灰岩(CaC)或石灰窑(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)₂)或碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸钠(Na₂CO₃)或氢氧化钠(NaOH)或上述添加剂或其他添加剂的混合物。

添加剂添加装置可以为布置在颗粒过滤器装置上游或者下游的至少一个洗涤器，或布置在发动机高压侧的排气出口下游的至少两个洗涤器，优选地为一个洗涤器位于颗粒过滤器装置的上游，一个洗涤器位于颗粒过滤器装置的下游。

作为洗涤器中的添加剂，可以使用水和/或氢氧化钠。自然也可以想到其他添加剂。

通过使用洗涤器作为添加剂添加装置而无需附加装置。此外，洗涤器可以用来直接清洁排气，优选地在排气再循环通道内。

内燃机可包括用于清洁颗粒过滤器装置的清洁装置，尤其是超声清洁装置或者加热清洁装置。

通过清洁装置，颗粒过滤器装置可以被清洁，由此相比于没有清洁装置而言具有较长的使用时间。

本发明的目的附加地通过一种内燃机排气的清洁方法来实现，该内燃机优选地为大型船舶的两冲程发动机，该方法包括将来自排气出口的排气引导通过位于内燃机的排气出口和涡轮增压器之间或者排气出口和空气入口之间的颗粒过滤器装置的步骤。

一种可在如前述内燃机中实施的优选方法。

通过在高压侧使用颗粒过滤器装置，排气可以通过比较小的装置来可靠地清洁。因此，颗粒过滤器装置的特殊需求可以较低且容易地实施。

所有的排气都可以直接引导至颗粒过滤器装置。

按照这种方式，所有的排气都可以被清洁。

来自颗粒过滤器装置的排气可以引导通过选择性催化反应器，尤其是在进入涡轮增压器的涡轮之前或之后。这样，除了颗粒物质之外，甚至NOx也被降低。

排气可以在进入颗粒过滤器装置之前和/或之后，尤其是在内燃机的排气出口和入口之间被冷却。

这样，颗粒过滤器装置可以以最优方式工作，排气可更进一步地在最佳的温度范围内以使得排气再次进入内燃机中。

仅一部分排气可以被引导通过颗粒过滤器装置。

这样，颗粒过滤器装置可以仅在需要的时候使用，由此优化了它的使用寿命。

引导通过颗粒过滤器装置的一部分排气可以在循环通过排气再循环通道且再次进入空气入口。

这样，较少的颗粒物重新进入到燃烧室中且燃烧过程得到优化。

添加剂、尤其是碱性物质，可以在排气进入颗粒过滤器装置之前或之后添加到排气中。添加剂可以另选地或附加地为石灰岩(CaC)或石灰窑(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)₂)或碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸钠(Na₂CO₃)或氢氧化钠(NaOH)或上述添加剂或其他添加剂的混合物。

这样，对排气地清洁达到最佳。可能的添加剂为水，氢氧化钠，石灰岩，石灰窑，氢氧化钙，碳酸氢钠，碳酸钠或上面已经提到的添加剂的混合物。

颗粒过滤器装置可以通过清洁装置来清洁，尤其是通过超声清洁装置或加热清洁装置。

这样，过滤器被清洁且延长了寿命。

本发明的目标通过改装内燃机的方法而附加地实现，在内燃机的排气出口和涡轮增压器之间或在内燃机的排气出口和内燃机的空气入口之间安装颗粒过滤器装置。

这种方法导致如前所述的内燃机。排气中的颗粒物被降低且通过使用尽可能小的排气处理装置，官方的排气限值得以遵守。

附图说明

以下通过实施方式中的附图进一步描述本发明。其示出了：

图1是第一实施方式中内燃机的示意图；

图2是包括排气再循环的第二实施方式中内燃机的示意图；

图3是包括排气再循环的第三实施方式的示意图；

图4是包括选择性催化反应器的第四实施方式的示意图；

图5是包括添加剂添加装置的第五实施方式的示意图；

图6是包括清洁装置的第六实施方式的示意图。

具体实施方式

图1显示出内燃机1的示意图。内燃机1包括涡轮增压器4，所述涡轮增压器4包括压缩机4a和涡轮4b。内燃机1包括排气出口2，排气可以通过该出口从燃烧室排出。排气出口2也可如现有技术中相同在以下所有实施方式中布置在排气歧管上。排气从排气出口2引导通过在排气通道5中的颗粒过滤器装置6。通过颗粒过滤器装置6过滤之后，排气驱动涡轮增压器4的涡轮4b并在之后被处理。经涡轮增压器4的压缩机4压缩后的新鲜空气通过空气入口3引入内燃机1中。颗粒过滤器装置6可以包括静电除尘器和旋风分离器，其中静电除尘器被布置在旋风分离器的上游。由于在排气出口2和涡轮增压器4的涡轮4b之间安装有颗粒过滤器装置6，因此颗粒过滤器装置6相对较小。

图2显示出内燃机1的第二个实施方式。与实施方式1相同，内燃机1包括排气出口2。排气排气出口2被引导通过排气通道5。排气通道5分为过滤通道7和常规通道8。常规通道8将排气引导至涡轮增压器4的涡轮4b。过滤通道7可作为排气再循环通道9。排气再循环通道将来自排气通道5的排气引导至在涡轮增压器4的压缩机4a和空气入口3之间的通道。由此，在空气入口3之前，来自压缩机的新鲜空气与来自排气出口2的排气混合。排气再循环通道9包括颗粒过滤器装置6，洗涤器12和鼓风机14。此外，在颗粒过滤器装置6的前面和后面布置有热交换器11。热交换器11a布置在颗粒过滤器装置6的上游，热交换器11b布置在颗粒过滤器装置6的下游。这样，排气的温度可实现最佳适应：首先适应于颗粒过滤器装置6所需的温度，然后是洗涤器12的最佳温度，并且被再次引入内燃机1中。颗粒过滤器装置6包括静电除尘器和旋风分离器。借助颗粒过滤器装置6和洗涤器12，排气在被再次引入内燃机1之前被清洁，这可以带来燃烧过程的优化。鼓风机14增加排气的压力，尤其是在低负荷运行时，当涡轮增压器4不能产生合适压力水平时。

图3显示出内燃机1的第三个实施方式。与图1和2显示的第一和第二实施方式相同，内燃机1包括排气出口2和空气入口3。来自内燃机1的排气通过排气出口2进入排气通道5。排气通道5包括颗粒过滤器装置6和布置在颗粒过滤器装置6上游的可选择的热交换器11a。颗粒过滤器装置6可以包括静电除尘器和旋风分离器。在颗粒过滤器装置6的下游，排气通道5分为排气再循环通道9和常规通道8。从排气出口2出来的排气穿过颗粒过滤器装置6并通过常规通道8进入涡轮增压器4的涡轮4b。在颗粒过滤器装置6的下游，排气再循环通道9将排气分开以再循环进入内燃机1中。排气再循环通道9包括第二热交换器11b，洗涤器12和鼓风机14。通过涡轮增压器4的压缩机4a压缩的新鲜空气与再循环且清洁后的排气混合，之后通过空气入口3被再次引入到内燃机1中。在该实施方式中，所有的排气在颗粒过滤器装置6中过滤，使得排气排放物全部被过滤，这与图2中的实施方式相反。

图4显示出内燃机1的第四个实施方式，其与其他所有实施方式相同，包括排气出口2和空气入口3。从排气出口2排出的排气被引导通过包括颗粒过滤器装置6和可选择的选择性催化反应器10的排气通道5。该选择性催化反应器10可安装到涡轮增压器4的涡轮4b的上游或者下游。涡轮增压器4包括将新鲜压缩后的空气引导通过空气入口3的压缩机4a。颗粒过滤器装置6包括静电除尘器和旋风分离器，用来从排气中去除颗粒物。选择性催化反应器10将NOx从排气中去除，使得符合排气排放限值的规定。

图5显示出本发明内燃机1的第五个实施方式，如其他实施方式相同，其包括排气出口2和空气入口3。从排气出口2排出的排气引导通过排气通道5，该排气通道5包括颗粒过滤器装置6和安装到颗粒过滤器装置6上游的添加剂添加装置15。颗粒过滤器装置6包括静电除尘器和旋风分离器。来自颗粒过滤器装置6的排气被引导至涡轮增压器4的涡轮。涡轮增压器4包括压缩机4a，其压缩新鲜空气并在压缩后通过空气入口3导入内燃机1中。

图6显示出具有排气出口2和空气入口3的内燃机1。来自内燃机1的排气通过排气出口2引入到排气通道5。排气通道5包括颗粒过滤器装置6。在被引导通过颗粒过滤器装置6之后，排气被引导至涡轮增压器4的涡轮4b。颗粒过滤器装置6包括静电除尘器，其可以通过清洁装置13来清洁。该清洁装置13为超声或加热清洁装置。此外，颗粒过滤器装置6包括旋风分离器来去除颗粒。该清洁装置13可以应用到所有其他的实施方式中来清洁颗粒过滤器装置6的静电除尘器。