[发明专利]用于操作发动机的方法、排气系统以及氧化催化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于操作内燃发动机的方法。如其它独立权利要求的前序部分所限定的，本发明还涉及用于内燃发动机的排气系统以及用于内燃发动机的氧化催化器。

背景技术

与其它类型的发动机相比，来自稀燃气体发动机的碳氢排放通常相对较高。所排放的碳氢化合物主要包括未燃燃料，在天然气的情况下该未燃燃料主要为甲烷。由于甲烷是一种强烈的温室气体，因此有必要降低甲烷的排放。

通过重新优化稀燃过程能够将甲烷排放降低到一定程度，但通常代价为燃料消耗以及氮氧化物（NO_X）和一氧化碳（CO）排放增大。甲烷排放还能够借助氧化催化器来降低。然而，氧化催化器仅在废气温度足够高（即近似500℃）时才工作。发动机之后的废气温度对于甲烷的氧化来说通常太低（通常大约400℃）。然而，在涡轮增压器的涡轮机之前，温度水平较高，从而能够使氧化催化器中的甲烷氧化。

氧化催化器在使用期间灭活化，并且必须不时地被再生。尤其是硫磺使得催化器材料快速灭活化。氧化催化器的再生通过将燃料引入发动机的在氧化催化器上游的排气管道中来进行。当燃料燃烧时，其提高了排气温度，从而使氧化催化器再生。通常，对于再生需要近似650至750℃的温度。问题在于涡轮增压器的涡轮机能够经受的最大温度和速度由于机械约束而被限制。用于涡轮机的最大温度通常为620至650℃。速度限制取决于涡轮增压器的尺寸和类型。当将氧化催化器布置在涡轮增压器的涡轮机的上游时，存在涡轮增压器在氧化催化器的再生期间受损的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于操作内燃发动机的改进的方法。根据本发明的方法的表征特征在权利要求1的特征部分中给出。本发明的其它目的在于提供一种用于内燃发动机的改进的排气系统和用于内燃发动机的氧化催化器。

根据本发明，在用于操作内燃发动机机的方法中，气体燃料被顺序地引入氧化催化器中的不同位置，以每次都再生所述氧化催化器的一部分。

根据本发明的排气系统包括涡轮增压器和氧化催化器，所述氧化催化器包括用于引入气体燃料的装置，以将气体燃料引入氧化催化器中的至少两个位置，从而使所述氧化催化器能被部分再生。

根据本发明的氧化催化器包括：外壳；布置在所述外壳内的至少一个催化元件；以及用于引入气体燃料的装置，以将气体燃料引入氧化催化器中的至少两个位置，从而使所述氧化催化器能被部分再生。

当将燃料顺序地引入氧化催化器内的不同位置时，在再生期间位于氧化催化器的下游的排气温度能够被保持得较低。这降低了涡轮增压器由于排气温度太高以及涡轮增压器的旋转速度太高而损坏的风险。

根据本发明的实施方式，在用于操作内燃发动机的方法中，燃料被引入位于所述氧化催化器的催化元件的上游的隔间中。这些隔间将燃料流更精确地引向氧化催化器的某一部分并且能够更好地进行温度控制。

根据本发明的另一实施方式，来自所述发动机的排气通过位于所述氧化催化器的所述催化元件之后的混合装置被混合。布置在催化元件的下游的混合装置确保排气局部流在进入涡轮增压器的涡轮机之前被混合并且使温度梯度最小。

根据本发明的另一实施方式，在所述氧化催化器和涡轮增压器的涡轮机之间将水引入排气管道，以降低所述涡轮增压器之前的排气温度。在水被注射到排气管道的情况下，排气温度能够被进一步降低。

根据本发明的另一实施方式，所述氧化催化器和所述涡轮增压器的所述涡轮机之间的排气温度被监控，并且当超过预定的排气温度时执行注水。根据本发明的另一实施方式，所述涡轮增压器的旋转速度被监控，并且当超过预定的旋转速度时执行注水。通过监控排气温度和涡轮增压器的旋转速度，对存在过量温度和/或旋转速度的实际风险的情况限制注水。

根据本发明的另一实施方式，所述氧化催化器的下游的碳氢化合物的总浓度或甲烷浓度被监控，并且当浓度超过预定极限时所述氧化催化器被再生。在碳氢化合物的浓度被监控的情况下，能够精确地确定氧化催化器的灭活化程度。

根据本发明的另一实施方式，所述氧化催化器上的温差被监控，并且当该温差降到预定值以下时所述氧化催化器被再生。这是确定氧化催化器的灭活化的另选方式。

根据本发明的另一实施方式，所述氧化催化器包括至少一个分隔壁，所述分隔壁布置在所述催化元件的上游以将所述氧化催化器分成至少两个隔间，并且每个隔间均包括用于引入气体燃料的装置。