內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)(燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，combust1n engine)系統(tǒng)和一種用于減少?gòu)腢S2010/0205940已知的、在內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)中的熱交換器中形成的硫酸氫氨(ABS)的N0X還原方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有船用內(nèi)燃機(jī)的船舶受到由國(guó)際海事組織(MO)規(guī)定的呢排放量的限制。TierIII的規(guī)定的最新提案設(shè)定了當(dāng)船舶距排放控制區(qū)的岸邊一定距離內(nèi)時(shí)將NOx排放量降低至3.4g/kffh的目標(biāo)。
[0003]海洋應(yīng)用在動(dòng)態(tài)操作和高含硫量的燃料兩方面都具有挑戰(zhàn)。此外，海洋船舶通常利用不同質(zhì)量的燃料來(lái)運(yùn)行，這取決于船舶儲(chǔ)存的燃料能維持航行多遠(yuǎn)，相同的船舶在正常行程期間常常在非常不同的環(huán)境條件下運(yùn)行，即，加勒比海的熱帶條件和北海的冬季條件。變化的燃油質(zhì)量、運(yùn)行條件和不同的環(huán)境條件將會(huì)對(duì)船用發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放量產(chǎn)生顯著影響。因此，控制船用內(nèi)燃機(jī)的NOx排放量的當(dāng)前系統(tǒng)不足以達(dá)到將NOx排放量降低至3.4g/kffh的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其能夠滿足降低NOx濃度的Tier III標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是避免氨逃逸，從而防止在內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的熱交換器中形成ABS，同時(shí)仍然能滿足Tier III標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]將從下面的描述中變得明顯的上述目的，連同許多其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將根據(jù)本發(fā)明的方案通過(guò)一種內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)包括:
[0007]-內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)并由硫含量為至少0.05%的燃料供給動(dòng)力并產(chǎn)生廢氣，
[0008]-布置在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)下游的熱交換器，和
[0009]-用于凈化來(lái)自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的氣體凈化裝置，該氣體凈化裝置包括:
[0010]-與所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連接的用于接收廢氣的^\還原單元，所述^^還原單元包括一個(gè)或多個(gè)具有至少200升容積的催化反應(yīng)器，
[0011 ]-流體連接至所述^\還原單元的還原劑供給單元，所述還原劑供給單元包括:
[0012]-計(jì)量單元，該計(jì)量單元用于向NOx還原單元中的廢氣或進(jìn)入NO!￡還原單元之前的廢氣中計(jì)量供給一定量的還原劑，其中所述還原劑的量從發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)推斷，和
[0013]-NOj^f感器，該NO x傳感器布置在NO ,還原單元下游，用于測(cè)量廢氣中的NO x濃度，
[0014]其中所述氣體凈化裝置還包括適于在通過(guò)NOx傳感器測(cè)得的NO x濃度低于廢氣中的NOx濃度的預(yù)設(shè)值時(shí)減少供給至NO ,還原單元的還原劑的量的控制單元。
[0015]通過(guò)具有適于減少供給至NOx還原單元的還原劑的量的控制單元，供給至NOx還原單元的還原劑的量可以很容易地調(diào)整而不需要調(diào)節(jié)計(jì)量單元的整個(gè)設(shè)置。此外，不是每次計(jì)量單元計(jì)量供給一定量的還原劑時(shí)NOJf感器都測(cè)量氣體中的NO x濃度。適于測(cè)量NO x濃度的NOx傳感器非常昂貴，并且一個(gè)NOx傳感器僅能進(jìn)行一定次數(shù)的測(cè)量，然后必須更換。因此，通過(guò)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，NOx傳感器僅以獨(dú)立于計(jì)量供給的一定的時(shí)間間隔測(cè)量NOx的濃度，例如每10次計(jì)量供給測(cè)量一次，從而使NO ,傳感器的壽命長(zhǎng)10倍。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，還原劑可包括氨(NH3)。
[0017]因此，還原劑可包括尿素水溶液、氨水溶液或無(wú)水氨(氣態(tài)氨)溶液。
[0018]在海洋應(yīng)用中，小心地控制還原劑的量是極為重要的，因?yàn)槭紫刃枰獙?shí)現(xiàn)所要求的放限制，其次需要使還原劑的消耗最小化并避免不希望的氨逃逸。在船用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中發(fā)生的氨逃逸將與船用燃料硫一起具有在船舶中的熱交換設(shè)備下游產(chǎn)生ABS沉積的不利影響。這種沉積物可以影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行并妨礙船舶的操作。
[0019]當(dāng)感器檢測(cè)出氣體中的NO ,濃度低于特定值并由此NO ,濃度已經(jīng)降至足夠低時(shí)，NH3開(kāi)始在催化反應(yīng)器內(nèi)積聚。一段時(shí)間后，該催化反應(yīng)器20不能再累積更多的NH3 (氨)，氨從催化反應(yīng)器隨著氣體釋放到熱交換器中，也稱為氨逃逸。當(dāng)含有氨的氣體在熱交換器中冷卻下來(lái)，硫酸氫氨(ABS)在熱交換器的內(nèi)表面上沉淀，因?yàn)閺U氣還包含來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的硫。這種ABS沉淀因此主要對(duì)于以含硫燃料運(yùn)行的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)問(wèn)題，而對(duì)通常以超低硫的柴油燃料(ULSD)運(yùn)行的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)不是問(wèn)題。ABS沉淀限制了熱交換器的功能，并且還很難從熱交換器再次去除ABS沉淀，這常常導(dǎo)致需要更換熱交換器。
[0020]在另一個(gè)實(shí)施例中，催化反應(yīng)器可以配置成在運(yùn)行期間保持至少100克NH3，優(yōu)選在運(yùn)行期間保持至少150克NH3,更優(yōu)選在運(yùn)行期間保持至少180克NH3。
[0021 ] 此外，還原劑供給單元可以包括包含還原劑的容器。
[0022]此外，從所述容器通過(guò)計(jì)量單元計(jì)量供給的還原劑的量可以是從發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)推斷的預(yù)設(shè)的還原劑的量。
[0023]在海洋工業(yè)內(nèi)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)間測(cè)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試期間，推斷發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)以用于氣體凈化裝置的基本控制。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體凈化裝置的催化反應(yīng)器可以布置在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓側(cè)。
[0025]此外，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)還可包括布置在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的下游的渦輪增壓器。
[0026]此外，渦輪增壓器可包括渦輪和壓縮機(jī)。
[0027]此外，NOx傳感器可以布置在催化反應(yīng)器和渦輪增壓器之間或者渦輪增壓器和熱交換器之間。
[0028]此外，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓側(cè)可以是所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的下游以及渦輪增壓器的上游。
[0029]內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)還可包括布置在催化反應(yīng)器的上游和/或下游的用于測(cè)量氣體的溫度的溫度傳感器。
[0030]此外，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)可以包括用于測(cè)量所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)下游的廢氣的體積流量的流量傳感器。
[0031]此外，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)可以包括適于控制NOx傳感器的致動(dòng)的定時(shí)器。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，定時(shí)器可以以特定時(shí)間間隔致動(dòng)NOj^f感器。
[0033]所述時(shí)間間隔可根據(jù)通過(guò)NOx傳感器進(jìn)行的測(cè)量來(lái)改變。
[0034]氣體凈化裝置還可包括用于斷開(kāi)NOx傳感器以進(jìn)行維修或更換的斷開(kāi)裝置。
[0035]此外，該氣體凈化裝置可以包括用于沖洗流體連接所述容器和催化反應(yīng)器的供給線路的沖洗單元。
[0036]此外，氣體凈化裝置可以包括布置于催化反應(yīng)器的上游和/或下游的用于采集氣體的氣體采集單元。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)值可以是從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)釋放3.4gN0x/kWh，優(yōu)選從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)釋放小于3.4g N0x/kWh。
[0038]內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)還可包括廢氣接收器。
[0039]此外，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)可以包括用于使引自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的旁通部分繞過(guò)N0x還原單元到達(dá)渦輪增壓器的渦輪的旁路通道。
[0040]此外，本發(fā)明涉及一種減少在上述內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)中的熱交換器中形成的硫酸氫氨(ABS)的NOx還原方法，該方法包括以下步驟:
[0041]-確定所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，
[0042]-基于該發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和操作條件計(jì)算待被計(jì)量供給到^\還原單元中的廢氣或進(jìn)入NOx還原單元之前的廢氣中的還原劑的量，以便將廢氣中的NO x濃度降低至NO ,濃度的預(yù)設(shè)值，
[0043]-向N0x還原單元計(jì)量供給所述量的還原劑，
[0044]-通過(guò)NOx傳感器測(cè)量NO,還原單元下游和沸騰器上游的氣體的NO x濃度，
[0045]-將測(cè)得的NOx濃度與NOx濃度的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，和
[0046]-如果測(cè)得的NOx濃度低于預(yù)設(shè)值，通過(guò)控制單元減少還原劑的量。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，減少還原劑的量的步驟可以重復(fù)進(jìn)行，直到所測(cè)得的NOx濃度高于預(yù)設(shè)值，以便使用NOx還原單元中累積的還原劑。
[0048]此外，還原劑可包含氨(NH3)。
[0049]此外，當(dāng)NOx濃度的至少兩個(gè)連續(xù)測(cè)量值都低于預(yù)設(shè)值時(shí)，可執(zhí)行減少還原劑的量的步驟。
[0050]在另一個(gè)實(shí)施例中，NOx還原方法還可包括通過(guò)定時(shí)器以預(yù)定的時(shí)間間隔致動(dòng)NO x傳感器的步驟。
[0051]此外，NOx還原方法可以包括調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器用以致動(dòng)NOx傳感器的所述預(yù)定的時(shí)間間隔的步驟。
[0052]當(dāng)NOx濃度的兩個(gè)連續(xù)測(cè)量值的第二個(gè)值低于NO ^農(nóng)度的兩個(gè)測(cè)量值的第一個(gè)值時(shí)，可以執(zhí)行減少還原劑的量的步驟。
[0053]最后，NOx還原方法還可包括當(dāng)NO x濃度的兩個(gè)連續(xù)測(cè)量值的第二個(gè)值低于NO J農(nóng)度的兩個(gè)測(cè)量值的第一個(gè)值時(shí)更頻繁地致動(dòng)感器的步