CN104018957A - 内燃机、废气再循环装置和用于废气再循环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机、废气再循环装置和用于废气再循环的方法，内燃机、即以重油运行的内燃机带有具有多个气缸的发动机且带有具有至少一个涡轮增压器的增压装置，其中，离开气缸且可输送给增压装置的废气可借助于包括至少一个废气再循环冷却器的废气再循环装置在增压装置上游分岔且可在冷却之后与压缩的增压空气混合，并且其中，至少一个添加剂可在该废气再循环冷却器(其将通过废气再循环装置导引的废气冷却到含硫的酸的露点温度之下)上游引入通过废气再循环装置导引的废气中，添加剂结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。

Description

内燃机、废气再循环装置和用于废气再循环的方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机。此外，本发明涉及一种用于内燃机的废气再循环装置(Abgasrueckfuehrungsvorrichtung)和一种用于在内燃机处废气再循环的方法。
背景技术
在以重油运行的内燃机中存在该特点，即所使用的燃料(即重油)具有较高的硫含量。氧化硫可与废气的其它成分反应且导致在内燃机的组件(如内燃机的废气净化装置)处的沉积。
由文件DE 10 2004 027 593 A1已知一种带有增压装置和废气净化装置的内燃机。增压装置实施为单级的或者为两级的增压装置。废气净化装置包括至少一个SCR催化器，其在单级增压装置中定位在废气涡轮增压器的涡轮下游或者在废气涡轮增压器的涡轮上游。在两级的增压装置中，SCR催化器根据该现有技术定位在高压废气涡轮增压器的高压涡轮与低压废气涡轮增压器的低压涡轮之间。
由在乘用车和商用车中的应用已知通过利用所谓的废气再循环进一步降低内燃机的废气排放。
发明内容
在以重油运行的内燃机处利用废气再循环然而是有问题的。由此迄今在以重油运行的内燃机处不能利用废气再循环。这尤其基于此，即在废气再循环中待引回的废气通过废气再循环冷却器被冷却到含硫的酸的露点温度之下，使得那么废气再循环的组件和内燃机的组件会与含硫的酸相接触且由此由于含硫的酸的极强的腐蚀作用被损坏。由此出发，本发明目的在于提供一种以重油运行的新式的内燃机、一种用于这样的内燃机的新式的废气再循环装置以及一种用于在这样的内燃机处废气再循环的新式的方法。
该目的通过根据权利要求1的内燃机来实现。根据本发明，离开气缸且可输送给增压装置的废气借助于包括至少一个废气再循环冷却器的废气再循环装置可在增压装置上游分岔且在冷却之后可与压缩的增压空气混合，其中，可将至少一个添加剂在将废气冷却到含硫的酸的露点温度之下的废气再循环冷却器上游引入通过废气再循环装置导引的废气中，添加剂结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。利用本发明提出在以重油运行的内燃机处利用废气再循环，其中，由此使这成为可能，即将添加剂引入通过废气再循环***导引的废气中，添加剂结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。由此那么避免废气再循环的组件或气缸的活塞与含硫的酸接触。可有效地抵抗这些组件由于腐蚀的损坏。
优选地，该或每个添加剂与废气的氧化硫和/或与在冷却废气时产生的含硫的酸在构造水溶性的反应产物的情况下反应，反应产物通过后置于该或每个废气再循环冷却器的分滴器(Tropfenabscheider)可与冷凝水一起从废气再循环装置中导出。氧化硫和/或含硫的酸反应生成水溶性的反应产物以及水溶性的反应产物与冷凝水一起通过分滴器的导出是在结构上简单的、有效的和优选的。
根据本发明的一有利的改进方案，废气再循环装置具有第一废气再循环冷却器(其将废气冷却到在含硫的酸的露点温度之上的温度上)和第二废气再循环冷却器(其将废气冷却到在含硫的酸的露点温度之下的温度上)。该或每个添加剂在通过废气再循环装置所导引的废气的流动方向上观察在第二废气再循环冷却器上游以及在第一废气再循环冷却器下游或备选地在第一废气再循环冷却器上游被引入废气中。该实施方案对于以重油运行的内燃机是特别优选的。结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸的该或每个添加剂优选地在这两个废气再循环冷却器之间被引入废气中。
在权利要求8中限定了根据本发明的用于内燃机的废气再循环装置。
在权利要求10中限定了根据本发明的用于在内燃机处废气再循环的方法。
附图说明
本发明的优选的改进方案由从属权利要求和接下来的说明中得出。根据附图来详细阐述本发明的实施例，而不局限于此。其中：
图1显示了根据本发明的第一内燃机的示意性的图示；以及
图2显示了根据本发明的第二内燃机的示意性的图示。
附图标记清单
10 内燃机
11 发动机
12 气缸
13 增压空气
14 废气
15 增压装置
16 涡轮增压器
17 涡轮增压器
18 涡轮
19 涡轮
20 压缩机
21 压缩机
22 增压空气冷却器
23 废气再循环装置
24 废气再循环阀
25 废气再循环冷却器
26 废气再循环冷却器
27 添加剂
28 喷嘴
29 分滴器
30 冷凝水
31 鼓风机
32 氨发生器
33 喷嘴
34 添加剂
35 水解催化器。
具体实施方式
这里本发明涉及一种以重油运行的内燃机、尤其船用柴油内燃机。
图1显示了根据本发明的以重油运行的内燃机10的第一实施例的示意性的图示，其中，内燃机10包括带有多个气缸12的发动机11。在内燃机10的气缸12中重油作为燃料被燃烧，对此除了重油之外此外将压缩的增压空气13输送给内燃机10的气缸12。将在重油燃烧时产生的废气14从内燃机10的气缸12导出。
在图1中所示的内燃机10具有增压装置15，其在所示的实施例中包括两个涡轮增压器16和17。第一涡轮增压器16实施为所谓的高压涡轮增压器而第二涡轮增压器17实施为所谓的低压涡轮增压器。离开内燃机10的气缸12的废气14首先到达高压涡轮增压器16的高压涡轮18的区域中且接下来到达低压涡轮增压器17的低压涡轮19的区域中。
在涡轮增压器16和17的涡轮18和19中使废气14逐渐降压，其中，在此将所获得的能量用以在涡轮增压器16、17的压缩机20或21中逐渐压缩增压空气13。由此低压涡轮增压器17包括低压压缩机21而高压涡轮增压器16包括高压压缩机20。在涡轮增压器16、17的每个压缩机20、21下游分别布置有增压空气冷却器22。
就此而言应指出的是，不同于在图1中所示的增压装置15(其包括两个涡轮增压器16、17)，还可使用单级的或多于两级的增压装置。此外，根据本发明的以重油运行的内燃机10可具有未示出的废气净化装置。这样的废气净化装置具有未示出的至少一个废气催化器、由此例如具有SCR催化器。附加地，废气净化装置可包括颗粒过滤器。
根据本发明的内燃机10具有废气再循环装置23。借助于废气再循环装置23可在废气再循环阀24打开时在离开气缸12的废气14的流动方向上观察在该或每个涡轮增压器16、17上游使废气从废气流分岔，其中，在图1的实施例中通过废气再循环装置23分岔的废气被引导通过两个废气再循环冷却器25和26。废气再循环冷却器25在此将通过废气再循环装置23导引的废气冷却到处在含硫的酸的露点温度之上的温度上。第二废气再循环冷却器26才将通过废气再循环装置23导引的废气冷却到在含硫的酸的露点温度之下的温度上。
根据本发明，在通过废气再循环装置23导引的废气中引入添加剂，其结合废气的氧化硫SOX并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。
在图1的实施例中，即在图1中借助于喷嘴28将该添加剂27在通过废气再循环装置23导引的废气的流动方向上观察在第一废气再循环冷却器25下游而在第二废气再循环冷却器26上游引入废气中。
引入废气中的该或每个添加剂27与废气的氧化硫SOX和/或与在冷却废气时在第二废气再循环冷却器26的区域中产生的含硫的酸在构造水溶性的反应产物的情况下反应。该水溶性的反应产物可通过分滴器29(其在通过废气再循环装置23导引的废气的流动方向上后置于第二废气再循环冷却器26和因此还有第一废气再循环冷却器25)与冷凝水一起被从废气再循环装置23中导出。在图1中，从废气再循环装置23中导出的冷凝水以及溶解在冷凝水中的反应产物(其包括该或每个添加剂和废气的氧化硫和/或含硫的酸)利用附图标记30来表示。
在分滴器29下游通过废气再循环装置23在向内燃机11的气缸12的方向上来引导的废气没有氧化硫并且/或者没有含硫的酸且由此可无问题地借助于鼓风机31被与压缩的增压空气13混合。不存在废气再循环装置23的组件以及内燃机10的气缸12与废气的氧化硫以及与含硫的酸反应并且经受与此有关的腐蚀的风险。
优选地通过喷嘴28将氨水NH4OH和/或碳酸铵(NH4)2CO3和/或碳酸氢铵NH4CHO3和/或氢氧化钠NaOH和/或碳酸钠Na2CO3和/或氢氧化钾KOH和/或碳酸钾KCO2作为添加剂27引入废气中。相应的添加剂与废气的氧化硫SOX和/或与在冷却废气时产生的含硫的酸反应生成水溶性的碱性的(basisch)反应产物，其然后如已提及的那样可通过分滴器29与冷凝水一起被从废气再循环装置23中导出。
接下来对于一些添加剂示例性地来说明相应的添加剂与废气的氧化硫SOX和/或含硫的酸生成水溶性的反应产物的反应链。
如果将氨水NH4OH用作添加剂，那么实现氧化硫根据以下示例性的反应链反应生成水溶性的硫酸铵(NH4)2SO4：
NH4OH+SO2->NH4HSO3
NH4HSO3+NH3->(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+½O2->(NH4)2SO4
如果将氢氧化钠NaOH用作添加剂，那么根据以下示例性的反应链实现氧化硫反应生成水溶性的反应产物硫酸钠(Natriumsulfat)NaHSO3：
SO2+H2O->H2HSO3
SO2+2NaOH->Na2SO3+H2O
SO2+Na2SO3+H2O->2NaHSO3
硫酸H2SO4根据相应的添加剂按照以下示例性的反应链反应生成水溶性的反应产物：
H2SO4+(NH4)2CO3->(NH4)2SO3+CO2+H2O
H2SO4+2KOH->K2SO4+2H2O
H2SO4+K2CO3->K2SO4+CO2
H2SO4+Na2CO3->Na2SO4+CO2+H2O
在图1的实施例中可以将相应的添加剂还在第一废气再循环冷却器25上游引入通过废气再循环装置23所导引的废气中。
图2显示了本发明的一实施例，在其中通过氨发生器32产生氨NH3作为添加剂且在第一废气再循环冷却器25上游引入通过废气再循环装置23所导引的废气中，其中，氨发生器32具有喷嘴33，通过喷嘴首先将尿素34或水状的尿素溶液引入废气中，并且其中，氨发生器32此外包括水解催化器35，以便将引入废气中的尿素或水状的尿素溶液在水解催化器35中转化成水蒸气、二氧化碳和氨。
氨然后作为添加剂用于与废气的氧化硫和/或含硫的酸反应，以便结合废气的氧化硫并且/或者中和含硫的酸，其中，在该反应中优选地产生水溶性的反应产物，其又可通过分滴器29与冷凝物30一起被从废气再循环装置23中导出。
在以重油运行的内燃机10中利用废气再循环装置23用于废气再循环相应地处于这里本发明的意义中，其中，废气的氧化硫和/或在冷却废气时产生的含硫的酸被结合和/或被中和。在此，添加剂的引入在进行将废气冷却到含硫的酸的露点温度之下的废气再循环冷却器26上游实现。该废气再循环冷却器26的表面在此可被用于在相应的添加剂与氧化硫或含硫的酸之间的有效的反应。利用本发明可避免迄今在以重油运行的内燃机中还不允许利用废气再循环的腐蚀问题。由此借助于本发明可在以重油运行的内燃机中在没有对于内燃机的组件的提高的腐蚀风险的情况下利用废气再循环。

Claims (11)

1. 一种内燃机、即以重油运行的内燃机，其带有具有多个气缸(12)的发动机(11)且带有具有至少一个涡轮增压器(16,17)的增压装置(15)，其特征在于，离开所述气缸(12)且能够输送给所述增压装置(15)的废气(14)借助于包括至少一个废气再循环冷却器(25,26)的废气再循环装置(23)能够在所述增压装置(15)上游分岔且在冷却之后能够与压缩的增压空气(13)混合，并且至少一个添加剂(27,34)能够在将通过所述废气再循环装置(23)导引的废气冷却到含硫的酸的露点温度之下的废气再循环冷却器(26)上游引入通过所述废气再循环装置(23)导引的废气中，所述添加剂(27,34)结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。
2. 根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述或每个添加剂(27,34)在构造水溶性的反应产物的情况下与氧化硫和/或与含硫的酸反应，所述反应产物通过后置于所述或每个废气再循环冷却器(25,26)的分滴器(29)能够与冷凝水一起从所述废气再循环装置(23)中导出。
3. 根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述废气再循环装置(23)具有：第一废气再循环冷却器(25)，其将废气冷却到在含硫的酸的露点温度之上的温度上；和第二废气再循环冷却器(26)，其将废气冷却到在含硫的酸的露点温度之下的温度上。
4. 根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述或每个添加剂在通过所述废气再循环装置(23)导引的废气的流动方向上观察在所述第二废气再循环冷却器(26)上游而在所述第一废气再循环冷却器(25)下游被引入废气中。
5. 根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述或每个添加剂在通过所述废气再循环装置(23)导引的废气的流动方向上观察在所述第二废气再循环冷却器(26)上游且在所述第一废气再循环冷却器(25)上游被引入废气中。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机，其特征在于，通过喷嘴(28)将氨水(NH4OH)和/或碳酸铵((NH4)2CO3)和/或碳酸氢铵(NH4HCO3)和/或氢氧化钠(NaOH)或碳酸钠(Na2CO3)和/或氢氧化钾(KOH)和/或碳酸钾(K2CO3)作为添加剂引入废气中。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机，其特征在于，氨(NH3)通过氨发生器(32)由尿素来产生且被引入废气中，其中，所述氨发生器(32)具有用于将水状的尿素溶液作为添加剂(34)引入废气中的喷嘴(33)以及用于将尿素溶液转化成水蒸气、二氧化碳和氨的水解催化器(35)。
8. 一种废气再循环装置，其用于内燃机、即用于以重油运行的内燃机，其特征在于，离开内燃机的气缸的废气(14)能够借助于至少一个废气再循环冷却器(25,26)冷却，并且在将废气冷却到含硫的酸的露点温度之下的废气再循环冷却器(26)上游能够引入至少一个添加剂(27,34)，其结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。
9. 根据权利要求8所述的废气再循环装置，其特征在于根据权利要求1至7中任一项所述的特征。
10. 一种用于在内燃机处、即在以重油运行的内燃机处废气再循环的方法，其特征在于，离开内燃机的气缸的废气借助于至少一个废气再循环冷却器来冷却，并且在将废气冷却到含硫的酸的露点温度之下的废气再循环冷却器上游引入至少一个添加剂，其结合废气的氧化硫并且/或者中和在冷却废气时产生的含硫的酸。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于根据权利要求1至7中任一项所述的特征。
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