[发明专利]降低排气温度的排气系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的内燃发动机的排气系统。本发明还涉及一种在两级涡轮增压内燃发动机的高压涡轮增压器的涡轮机之前降低排气温度的方法，如另一个独立权利要求的前序部分定义的。

背景技术

很多大型涡轮增压内燃发动机都具有的问题是涡轮增压器的涡轮机之前的排气温度太高。该温度通常需要被限制在大约600℃，以避免涡轮增压器的损坏。如果通过调节发动机运行参数来限制排气温度，则发动机效率受损。在涡轮增压器的涡轮机之前降低排气温度的典型方案是在涡轮机上游的排气流中引入空气。但是，该方案浪费了排气的热能。另一个问题，尤其是在两级涡轮增压的发动机中，是涡轮增压器之后的排气温度对于选择催化还原或者热量回收的过热蒸汽来说太低了。低排气温度还降低了低压涡轮增压器的效率。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种改进的内燃发动机排气系统。根据本发明的排气系统的特征结构在权利要求1的特征部分中给出。本发明的另一个目标是提供一种在两级涡轮增压内燃发动机的高压涡轮增压器的涡轮机之前降低排气温度的方法。

根据本发明，所述排气系统包括高压涡轮增压器、用于在发动机的汽缸和高压涡轮增压器的涡轮机之间建立流通连接以便将高压排气引入涡轮机的装置、低压涡轮增压器、用于在高压涡轮增压器的涡轮机和低压涡轮增压器的涡轮机之间建立流通连接的装置、被布置在高压涡轮增压器的涡轮机的上游并包括冷却介质管的热交换器，以及用于引导排气离开低压涡轮增压器的涡轮机的装置。该排气系统还包括用于将排气从高压涡轮增压器的下游侧引导进入热交换器的冷却介质管以便降低热交换器中的高压排气的温度的装置。

在根据本发明的在两级涡轮增压内燃发动机的高压涡轮增压器之前降低排气温度的方法中，来自发动机的高压排气被引导经过热交换器而到达高压涡轮增压器的涡轮机，并且高压排气的温度在热交换器中通过将来自高压涡轮增压器的下游侧的排气用作冷却介质而被降低。

利用根本本发明的排气系统和方法，在高压涡轮增压器之前的排气温度可以被降低，这有助于避免涡轮增压器的损坏。在高压涡轮增压器之前的排气冷却允许离开发动机的排气具有更高的温度。这赋予不同发动机运行参数更大的调整空间，比如进气阀正时和进气温度。因为低压排气被用作冷却介质，所以所述排气的热能不被浪费。低压排气的温度增加，这使涡轮增压器下游进行有效的选择催化还原。可选择的，排气可作为排气热量回收工艺的一部分，被用于例如过热蒸汽。

根据本发明的实施方式，用于在高压涡轮增压器的涡轮机和低压涡轮增压器的涡轮机之间建立流通连接的装置被连接到热交换器的冷却介质管。在该实施方式中，来自高压涡轮增压器的涡轮机的下游但来自低压涡轮增压器的涡轮机的上游的排气被用作冷却介质。因为低压排气的温度在排气被引入低压涡轮增压器之前增加，所以低压涡轮增压器的效率被提高。

根据本发明的另一个实施方式，用于引导排气离开低压涡轮增压器的涡轮机的装置被连接到热交换器的冷却介质管。在该实施方式中，低压涡轮增压器的涡轮机的下游的排气被用作冷却介质。该实施方式的优点是：由于高压排气和被用作冷却介质的低压排气之间的较大的温度差，排气流之间的热传递更有效率。

根据本发的另一个实施方式，在热交换器的冷却介质管的下游布置有用于选择催化还原的催化剂装置。当被用于带选择催化还原的发动机中时，本发明尤其有利。通过在热交换器的冷却介质管的下游布置催化装置，从高压排气到低压排气的热传递以一种有效选择催化还原的形式被利用。

附图说明

图1示意性示出根据本发明实施方式的内燃发动机。

图2示意性示出根据本发明另一个实施方式的内燃发动机。

具体实施方式

本发明的实施方式现在参考附图被详细描述。

图1示出根据本发明第一实施方式的内燃发动机1。发动机1包括多个汽缸10。在图1和图2的实施方式中，发动机1是直列式发动机，但是发动机的汽缸10也可以例如被布置为V型。发动机1能包括任意合理数量的汽缸10。发动机1是大型内燃发动机，比如被用作船舶主要或辅助发动机或用于电厂发电的发动机。