设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的废气后处理系统、发动机及其操作方法与流程

1.本发明涉及一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的废气后处理系统。此外，本发明涉及一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机，以及一种用于操作废气后处理系统或发动机的方法。


背景技术：

2.大型发动机，例如用作船舶上的内燃机的大型发动机，越来越多地实施为燃气发动机或双燃料发动机。在燃气发动机中，燃烧气态燃料，例如天然气。在双燃料发动机中，在气体燃料操作模式下可燃烧气态燃料例如天然气，并且在液体燃料操作模式下可燃烧液体燃料，例如柴油燃料。
3.这种大型发动机的废气必须被清洁。为此，发动机配备有废气后处理系统。需要一种设计为燃气发动机或双燃料发动机，特别是优选地用作船舶上的推进单元的大型发动机的发动机的紧凑设计的废气后处理系统。
4.从这一点出发，本发明是基于创造一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的新型废气后处理系统的目的，该发动机具有这种废气后处理系统。


技术实现要素：

5.这个目的通过根据权利要求1的废气后处理系统来解决。
6.根据本发明的废气后处理系统包括催化剂，废气可流动通过该催化剂。
7.此外，根据本发明的废气后处理系统包括延伸穿过催化剂中的凹部的控制管，该控制管可相对于催化剂移动，并且同样废气可流动通过该控制管。
8.此外，根据本发明的废气后处理系统包括致动器，该致动器被配备成根据发动机的至少一个操作条件和/或废气后处理系统的至少一个操作条件相对于催化剂移动控制管，使得在控制管相对于催化剂的第一相对位置，废气可流动通过催化剂，但废气不能流动通过控制管，并且在控制管相对于催化剂的第二相对位置，废气可流动通过控制管，但废气不能流动通过催化剂。
9.在根据本发明的废气后处理系统中，控制管集成在催化剂中，使得控制管穿过催化剂中的凹部并且可相对于催化剂移动。在控制管的第一相对位置，该控制管使废气能够流动通过催化剂，在控制管的第二相对位置，该控制管防止废气流动通过催化剂，但是允许废气流动通过控制管本身。这种废气后处理系统需要很小的安装空间。旁通管、绝缘物、挡板、爆破片以及用于旁通管的控制阀可以省略。
10.优选地，催化剂是环形催化剂，其在径向内侧在接纳该控制管的凹部区域中由第一催化剂管界定，在径向外侧由第二催化剂管和/或压力反应器界定，该催化剂在第一轴向端部处包括用于废气的流动入口侧，并且在第二轴向端部处包括用于废气的流动出口侧。这种催化剂对于确保废气后处理系统的紧凑设计是特别优选的。
11.优选地，控制管在第一部分上承载第一封闭体，该第一封闭体在控制管的第一相对位置允许流动通过催化剂，而在控制管的第二相对位置防止流动通过催化剂。这也用于提供废气后处理系统的紧凑设计。
12.优选地，第二部分上的控制管承载第二封闭体，该第二封闭体在控制管的第一相对位置密封控制管与催化剂之间的间隙。通过这种方式，能够有利地减小废气后处理系统的必要安装空间。
13.优选地，控制管在第三部分上包括凹口，该凹口在控制管的第一相对位置被堵塞，并且在控制管的第二相对位置敞开。这些也用于减小废气后处理系统的安装空间。
14.优选地，废气后处理系统包括用于再生剂的喷射装置，经由该喷射装置，在控制管相对于催化剂的第一相对位置和在控制管相对于催化剂的第二相对位置，再生剂可被引入到催化剂中。通过喷射装置，能利用紧凑设计的废气后处理系统将再生剂引入到催化剂中。
15.优选地，废气后处理系统包括至少一个传感器和控制单元，以便检测发动机的至少一个操作位置和/或废气后处理系统的至少一个操作条件，并且以便独立于发动机的至少一个操作条件和/或废气后处理系统的至少一个操作条件来控制致动器。这允许废气后处理系统特别有利的操作，以便引导废气通过催化剂或者在旁通操作的意义上引导废气通过控制管绕过催化剂。通过这种方式，废气后处理系统可根据废气后处理系统的至少一个操作条件和/或发动机的至少一个操作条件来自动调适，以便在催化剂模式或催化剂旁通模式下操作废气后处理系统。
16.根据本发明的发动机在权利要求9中限定。
17.根据本发明的用于操作废气后处理系统的方法在权利要求10中限定。
附图说明
18.从从属权利要求和以下描述中获得本发明的优选进一步发展。通过附图更详细地解释了本发明的示例性实施例，但本发明的示例性实施例不限于此。在附图中:图1示出处于第一状态的根据本发明的废气后处理系统；图2示出处于第二状态的图1的废气后处理系统。
具体实施方式
19.本发明涉及一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的废气后处理系统，并且涉及一种具有燃料供应系统的发动机。此外，本发明涉及一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机，以及一种用于操作废气后处理系统和发动机的方法。
20.图1和图2以示意性的方式示出了燃气发动机或双燃料发动机的根据本发明的废气后处理系统1的优选示例性实施例，该燃气发动机或双燃料发动机没有更详细地示出，其特别地是用作船舶上的推进单元的大型发动机。
21.图1和图2示出了排气管线2，该排气管线2从未示出的发动机通向废气后处理系统1的方向。
22.废气后处理系统1配备有催化剂3。废气可流动通过催化剂3。
23.此外，废气后处理系统1配备有控制管4，该控制管4延伸穿过催化剂3中的凹部5。控制管4可相对于催化剂3移动，并且同样废气可流动通过控制管4。控制管4在催化剂3的凹
部5中引导，以便可轴向移动。
24.此外，废气后处理系统1配备有致动器6。致动器6被配备成根据发动机的至少一个操作条件和/或根据废气后处理系统1的至少一个操作条件相对于催化剂3移动控制管4。
25.在控制管4相对于催化剂3的第一相对位置i(见图1)，废气可流动通过催化剂3，但废气不能流动通过控制管4。
26.在控制管4相对于催化剂3的第二相对位置ii(见图2)，废气可流动通过控制管4，但废气不能流动通过催化剂3。
27.催化剂3是环形催化剂。催化剂3在径向内侧在接纳控制管4的凹部5的区域中由第一催化剂管7界定。催化剂3在径向外侧由第二催化剂管8和/或压力反应器9界定。在图1和图2中，压力反应器9的一部分9a、9b跟随在催化剂3或第二催化剂管8的两个轴向侧上。
28.催化剂3具有两个彼此相对定位的轴向端部。在催化剂3的第一轴向端部10上，形成了催化剂3的用于废气的流动入口侧。在催化剂3的相对定位的第二轴向端部11上，形成用于废气的流动出口侧。
29.特别地当控制管4呈现图1所示的相对于催化剂3的第一相对位置时，经由排气管道2流向废气后处理系统1的废气a最初可流入压力反应器9的部分9a，并从那里通过形成在第一轴向端部10处的流动入口侧流入催化剂9。已经流动通过催化剂3的废气a经由形成在相对定位的第二轴向端部11处的流动出口侧流出催化剂3，进入压力反应器9的部分9b，并且可从该部分9b朝另一排气管道12的方向流动，以便从废气后处理系统1排放。
30.在第一部分4a上，控制管4包括第一封闭体13。在控制管4相对于催化剂3的第一相对位置(见图1)，当相应地第一封闭体13在此位置打开形成在第一轴向端部10处的用于废气流的催化剂3的流动入口侧时，该第一封闭体13允许废气a流动通过催化剂3。相比之下，在控制管4的第二相对位置(见图2)，当在此位置第一封闭体13相应地堵塞形成在第一轴向端部10处的用于废气流的催化剂3的流动入口侧时，第一封闭体13防止废气流动通过催化剂3。控制管4的第一部分4a在催化剂13的第一轴向端部10处相对于催化剂3在径向外侧突出，在控制管4的第一部分4a上承载第一封闭体13。控制管4的第一部分4a相应地在催化剂3的第一轴向端部10处从催化剂3突出。
31.在第二部分4b上，控制管4包括第二封闭体14。在控制管4相对于催化剂3的第一相对位置，此第二封闭体14密封在控制管4与位于径向内侧的催化剂管7之间形成的间隙15。这在控制管4相对于催化剂3的第二相对位置(见图2)是不需要的。
32.在第三部分4c中，控制管4具有凹口16。在控制管4相对于催化剂管3的第一相对位置(见图1)，这些凹口16被堵塞，特别是经由内催化剂管7和第二封闭体14被堵塞。相比之下，在控制管4与催化剂3之间的第二相对位置(见图2)，控制管4的第三部分4c中的这些凹口16是敞开的。在图2的状态下，即特别是当控制管4呈现相对于催化剂3的第二相对位置时，经由排气管道2供给到压力反应器9的部分9a的废气a可流入控制管4，并因此流动绕过催化剂3，以便然后经由控制管4的凹口16进入压力反应器9的第二部分9b，并从那里经由排气管道12从废气后处理系统1排放。
33.此外，废气后处理系统1配备有用于再生剂的喷射装置17。喷射装置17位于催化剂3的在其第一轴向端部10处形成的流动入口端部附近，其中喷射装置17可被供应从计量阀18发出的反应剂。
34.喷射装置17优选地形成为圆形喷射管，借助于该喷射管，再生剂可均匀地施加到催化剂3的形成在第一轴向端部10处的流动入口侧。
35.在所示的示例性实施例中，废气后处理系统1的致动器6配备有由压力介质致动的活塞19，该活塞19在压力介质缸20中被可移动地引导。操作性地连接到第二封闭体14的活塞杆21作用在所述活塞19上。
36.压力介质缸20可被供应从压力介质贮存器22发出的压力介质，以便相对于催化剂3在轴向方向上移动压力介质活塞19，并且经由压力介质活塞19移动控制管4。
37.此外，废气后处理系统1还配备有至少一个传感器，以便检测发动机的至少一个操作条件和/或废气后处理系统的至少一个操作条件。
38.因此，图1示出了分配给排气管道2的传感器23，其中该传感器23专注于识别例如发动机失火。为此，传感器23可被设计为例如温度传感器，特别是当燃料在发动机中燃烧并且然后识别到温度下降时，该温度传感器于是可提示发动机中失火。
39.此外，图1、图2示出了在压力反应器9的第二部分9b的区域中的温度传感器24，以便检测从催化剂3流出的废气的废气温度。
40.此外，图1、图2示出了压力传感器25，该压力传感器25利用孔板26上游的第一测量点和孔板26下游的第二测量点作用在排气管道12上。
41.此外，废气后处理系统1配备有控制装置，借助于该控制装置，可根据发动机的至少一个操作条件和/或废气后处理系统的至少一个操作条件来控制致动器6，以便将控制管4移动到图1所示的位置或图2所示的位置。
42.因此，根据本发明的废气后处理系统配备有优选地形成为环形催化剂的催化剂3、集成在催化剂3中的控制管4，以及致动器6，该控制管4可相对于控制管4在轴向方向上移动。
43.优选地，废气后处理系统1还包括用于再生剂的喷射装置17和至少一个传感器23、24、25。
44.控制管4可移动地布置在催化剂3中，即在内催化剂管7内，并且可经由致动器6轴向移动。不需要控制部件的绝对紧密性。能够用较小的安装空间确保有效的废气后处理。
45.催化剂3在横截面中被设计成环状，并且相应地配备有凹部5，控制管4在凹部5内被引导。废气可通过控制管4被引导绕过催化剂3。通过经由控制管4引导的废气，催化剂3已经能被预热，而废气还未经由催化剂流动。
46.特别是在发动机起动期间当发动机加速运转时，气态燃料的高可燃性残余气体浓度存在于废气中。这些气体然后可经由控制管4引导绕过催化剂3，而在催化剂3中没有发生氧化反应。
47.控制管4借助于致动器6在轴向方向移动。控制管4的移动可例如根据废气压力和/或废气温度。借助于传感器24和25，可通过测量来检测温度和压力。
48.控制管4承载封闭件13、14。取决于控制管4相对于催化剂3的相对位置，第一封闭体13或者是第二封闭体14起作用。
49.优选地，封闭体13、14具有圆锥形轮廓。由于封闭体13、14的这种圆锥形轮廓，封闭体13、14能够确保在其相应的封闭位置的有效密封，而不需要单独的密封件。
50.废气后处理系统1可经由排气管线2被供应有废气。清洁的废气可经由排气管线12
排放。通过另一个管线27，在催化剂3的再生模式中，再生剂可从废气后处理系统1排放。
51.为了再生催化剂3，废气后处理系统1包括喷射装置17，借助于喷射装置17，再生剂可在第一轴向端部10的区域中并且因此在流动入口侧的区域中被施加到催化剂3。特别地，特别是当废气没有流动通过催化剂3时，进行催化剂3的再生。然后，能够用非常少量的再生剂确保催化剂3的有效再生。再生可在低温下在催化剂3中进行。再生也可在发动机静止或在其它操作状态期间进行。
52.催化剂3优选是甲烷催化剂。乙醇或乙烷或氮气于是适合作为再生剂。
53.此外，本发明涉及一种具有上述废气后处理系统1的发动机以及一种用于操作废气后处理系统1的方法。
54.特别是当控制管4呈现图1的第一相对位置时，在催化剂3中清洁废气。因此，当气态燃料在发动机中燃烧时，控制管4呈现催化剂模式下的图1的第一位置。然后，废气a流动通过催化剂3，并且可经由排气管道12排放。借助于温度传感器24，可在废气催化剂3的下游检测例如可允许的废气温度。借助于压力传感器25，可检测催化剂3下游的废气压力。根据此，控制管4可从图1的相对位置移动到图2的相对位置，其中图2的相对位置对应于催化剂旁通模式，在催化剂旁通模式期间，没有废气经由催化剂3引导，而是废气被引导通过控制管4绕过催化剂3。
55.双燃料发动机中的控制管4呈现图2的相对位置，特别是当双燃料发动机用液体燃料操作时，即当柴油燃料在发动机中燃烧时。柴油燃料的废气不应经由甲烷催化剂引导。此外，在发动机起动期间当发动机加速运转时和/或在发动机停止期间当发动机减速运转时，和/或在紧急操作期间和/或在发动机故障期间，例如在失火的情况下，和/或在废气过热的情况下，废气后处理系统，即废气后处理系统的控制管4，呈现图2的相对位置。
56.本发明允许以废气后处理系统1的最小安装空间要求对燃气发动机或以气体燃料操作模式操作的双燃料发动机的废气进行有效的废气清洁。借助于根据本发明的废气后处理系统1，现有的发动机能够容易地进行改装。在对再生剂的最小需求的情况下，催化剂3可经历有效的再生。

技术特征：
1.一种设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的废气后处理系统(1)，具有催化剂(3)，废气能够流动通过所述催化剂(3)，具有控制管(4)，所述控制管(4)延伸穿过所述催化剂(3)中的凹部(5)，所述控制管(4)能够相对于所述催化剂(3)移动并且同样废气能够流动通过所述控制管(4)，具有致动器(6)，所述致动器(6)被配备成根据所述发动机的至少一个操作条件和/或所述废气后处理系统的至少一个操作条件相对于所述催化剂(3)移动所述控制管(4)，使得在所述控制管(4)相对于所述催化剂(3)的第一相对位置，废气能够流动通过所述催化剂(3)，但是废气不能流动通过所述控制管(4)，并且在所述控制管(4)相对于所述催化剂(3)的第二相对位置，废气能够流动通过所述控制管(4)，但是废气不能流动通过所述催化剂(3)。2.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其特征在于，所述催化剂(3)是环形催化剂，所述环形催化剂在径向内侧在接纳所述控制管(4)的所述凹部(5)区域中由第一催化剂管(7)界定，所述催化剂管(7)在径向外侧由第二催化剂管(8)和/或压力反应器(9)界定，所述催化剂在第一轴向端部(10)处包括用于废气的流动入口侧，并且在第二轴向端部(11)处包括用于废气的流动出口侧。3.根据权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述控制管(4)在第一部分(4a)上承载第一封闭体(13)，所述第一封闭体(13)在所述控制管(4)的所述第一相对位置允许废气流动通过所述催化剂(3)，并且在所述控制管(4)的所述第二相对位置防止废气流动通过所述催化剂(3)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的废气后处理系统，其特征在于，所述控制管(4)在第二部分(4b)上承载第二封闭体(14)，所述第二封闭体在所述控制管(4)的所述第一相对位置密封所述控制管(4)与所述催化剂(3)之间的间隙(15)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的废气后处理系统，其特征在于，所述控制管(4)在第三部分(4c)上具有凹口(16)，所述凹口在所述控制管(4)的第一相对位置被堵塞，并且在所述控制管(4)的所述第二相对位置是敞开的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的废气后处理系统，其特征在于包括用于再生剂的喷射装置(17)，经由所述喷射装置，在所述控制管(4)相对于所述催化剂(3)的所述第一相对位置和在所述控制管(4)相对于所述催化剂(3)的所述第二相对位置，再生剂能够被引入到所述催化剂(3)中。7.根据权利要求1至6中任一项所述的废气后处理系统，其特征在于包括至少一个传感器(23，24，25)以便检测所述发动机的所述至少一个操作条件和/或所述废气后处理系统的所述至少一个操作条件。8.根据权利要求1至7中任一项所述的废气后处理系统，其特征在于包括控制装置以便根据所述发动机的所述至少一个操作条件和/或所述废气后处理系统的所述至少一个操作条件来控制所述致动器(6)。9.一种发动机，即燃气发动机或双燃料发动机，具有根据权利要求1至8中任一项所述的废气后处理系统(1)。10.一种用于操作根据权利要求1至8中任一项所述的废气后处理系统(1)的方法，其中特别是当在发动机中燃烧气体燃料时，控制管(4)已经移动或被移动到相对于催
化剂(3)的第一相对位置，其中特别是当在所述发动机中燃烧液体燃料时，和/或特别是当存在发动机故障时，和/或特别是当发动机起动时，和/或特别是当所述发动机减速运转时，和/或特别是当存在废气过热时，和/或特别是当所述催化剂再生时，所述控制管(4)已经移动或被移动到相对于所述催化剂(3)的第二相对位置。

技术总结
设计为燃气发动机或双燃料发动机的发动机的废气后处理系统(1)，具有：催化剂(3)，废气能够流动通过催化剂(3)；具有控制管(4)，控制管(4)延伸穿过催化剂(3)中的凹部(5)，该控制管(4)可相对于催化剂(3)移动并且同样废气可流动通过控制管(4)；并且具有致动器(6)，该致动器被配备成根据发动机的至少一个操作条件和/或废气后处理系统的至少一个操作条件相对于催化剂(3)移动控制管(4)，使得在控制管(4)相对于催化剂(3)的第一相对位置，废气可流动通过该催化剂(3)，但是废气不能流动通过控制管(4)，并且在控制管(4)相对于催化剂(3)的第二相对位置，废气可流动通过控制管(4)，但废气不能流动通过催化剂(3)。不能流动通过催化剂(3)。不能流动通过催化剂(3)。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：曼恩能源方案有限公司
技术研发日：2022.11.16
技术公布日：2023/5/18