JP3493161B2 - 排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器を持つ内燃エンジン及びＮＯｘ分還元方法 - Google Patents
排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器を持つ内燃エンジン及びＮＯｘ分還元方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中のＮＯ
ｘ分を還元するための、反応器ハウジング内に閉じ込め
られた触媒材料からなる反応器を備えた、特に低速２ス
トローククロスヘッドエンジンである内燃機関に関す
る。
ｘ分を還元するための、反応器ハウジング内に閉じ込め
られた触媒材料からなる反応器を備えた、特に低速２ス
トローククロスヘッドエンジンである内燃機関に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】反応器を備えたこのようなエンジンは、
本出願人のＷＯ９４／０４８０４から周知である。反応
器は排気レシーバーの下流に配置されており、排気ガス
の全容積を処理できる。反応器を迂回する導管により、
エンジンの負荷の変化時に大量の又は少量の排気ガスを
一時的に迂回させることができる。
本出願人のＷＯ９４／０４８０４から周知である。反応
器は排気レシーバーの下流に配置されており、排気ガス
の全容積を処理できる。反応器を迂回する導管により、
エンジンの負荷の変化時に大量の又は少量の排気ガスを
一時的に迂回させることができる。
【０００３】燃焼プロセスによって化合物の発生を抑え
るいわゆるプライマリー・メソッドによって、環境にと
って望ましくないエンジン排気ガス中のＮＯｘ化合物分
を或る程度減少させることができる。大気中の排出物質
について定められた制限値を遵守する上でこのプライマ
リー・メソッドがエンジンとって不十分である場合に
は、望ましからぬ化合物の量を減少させる反応器を備え
たエンジンを提供することが必要である。ＮＯｘ分を還
元するための、全ての周知の反応器は、エンジンが全負
荷時に発生する排気ガス容積を処理するため、容量に関
して寸法が定められており、更に、通常は、反応器を使
用する必要がある場合にはいつでもプライマリー・メソ
ッドの使用を省略するか或いは制限するようにしてい
る。反応器は、例えば英国特許第２２７８０６８号又は
欧州特許第０８６１９７２号に示されているように幾つ
かのサブユニットに分割できるが、このことは、全ての
排気ガスが反応器を通過するという事実を変えるもので
はない。本発明に関し、「反応器（ｒｅａｃｔｏｒ）」
という用語は、排気ガスのＮＯｘ分を触媒作用で還元す
る排気システムの一つ又はそれ以上の部品についての一
般的な表示として使用される。
るいわゆるプライマリー・メソッドによって、環境にと
って望ましくないエンジン排気ガス中のＮＯｘ化合物分
を或る程度減少させることができる。大気中の排出物質
について定められた制限値を遵守する上でこのプライマ
リー・メソッドがエンジンとって不十分である場合に
は、望ましからぬ化合物の量を減少させる反応器を備え
たエンジンを提供することが必要である。ＮＯｘ分を還
元するための、全ての周知の反応器は、エンジンが全負
荷時に発生する排気ガス容積を処理するため、容量に関
して寸法が定められており、更に、通常は、反応器を使
用する必要がある場合にはいつでもプライマリー・メソ
ッドの使用を省略するか或いは制限するようにしてい
る。反応器は、例えば英国特許第２２７８０６８号又は
欧州特許第０８６１９７２号に示されているように幾つ
かのサブユニットに分割できるが、このことは、全ての
排気ガスが反応器を通過するという事実を変えるもので
はない。本発明に関し、「反応器（ｒｅａｃｔｏｒ）」
という用語は、排気ガスのＮＯｘ分を触媒作用で還元す
る排気システムの一つ又はそれ以上の部品についての一
般的な表示として使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放出
された排気ガス中の最大ＮＯｘ分の環境的必要条件を満
たすことができるように内燃機関を設計する上での別の
解決策を提供することである。
された排気ガス中の最大ＮＯｘ分の環境的必要条件を満
たすことができるように内燃機関を設計する上での別の
解決策を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的に鑑みると、本
発明による内燃機関は、反応器が、その最大容量で、エ
ンジンの全負荷時（ＭＣＲ）のエンジン排気ガスの部分
流のみを浄化するようにしてあるため、排気ガスの部分
流だけを環境に放出する前に浄化する、ことを特徴とす
る。
発明による内燃機関は、反応器が、その最大容量で、エ
ンジンの全負荷時（ＭＣＲ）のエンジン排気ガスの部分
流のみを浄化するようにしてあるため、排気ガスの部分
流だけを環境に放出する前に浄化する、ことを特徴とす
る。
【０００６】反応器の容積及び質量は触媒材料の容積で
決まり、触媒材料の容積は、反応器の所望の最大容量で
決まる。反応器の容量は、反応器がエンジンの全排気ガ
ス流の一部だけを浄化するように定められ、これによ
り、反応器の大きさ及び重量を有利な程度に小さくで
き、更に、反応器の外殻を、反応器の使用を更に魅力的
にする程に減少できる。エネルギに関して得られる利点
は、反応器を通過させることによる圧力降下が排気ガス
の一部にしか加わわらないということである。
決まり、触媒材料の容積は、反応器の所望の最大容量で
決まる。反応器の容量は、反応器がエンジンの全排気ガ
ス流の一部だけを浄化するように定められ、これによ
り、反応器の大きさ及び重量を有利な程度に小さくで
き、更に、反応器の外殻を、反応器の使用を更に魅力的
にする程に減少できる。エネルギに関して得られる利点
は、反応器を通過させることによる圧力降下が排気ガス
の一部にしか加わわらないということである。
【０００７】更に、反応器が比較的小型であるため、所
定期間使用した後にＮＯｘ排出の制限要求あるエンジン
プラントに旧型装置の改装機器として使用できるという
特別の利点が得られる。このようなエンジンプラント
は、代表的には、利用可能な空所空間が非常に小さなエ
ンジンルーム内に取り付けられる。船舶用エンジンの場
合には、元来のエンジンルームと隣接して余分のエンジ
ンルームを提供することは不可能である。これらのエン
ジンについては、本発明は、エンジンを新たな限度値内
に入れるため、専らプライマリー・メソッドを使用する
ことに対する別の方法を提供する。
定期間使用した後にＮＯｘ排出の制限要求あるエンジン
プラントに旧型装置の改装機器として使用できるという
特別の利点が得られる。このようなエンジンプラント
は、代表的には、利用可能な空所空間が非常に小さなエ
ンジンルーム内に取り付けられる。船舶用エンジンの場
合には、元来のエンジンルームと隣接して余分のエンジ
ンルームを提供することは不可能である。これらのエン
ジンについては、本発明は、エンジンを新たな限度値内
に入れるため、専らプライマリー・メソッドを使用する
ことに対する別の方法を提供する。
【０００８】一実施例では、反応器ハウジングの入口導
管は、エンジンの排気ガスレシーバーにエンジンのター
ボチャージャーユニットへの出口導管とは独立して連結
されており、ブロワー等のポンプ部材が設けられてい
る。このように反応器ハウジングを排気ガスレシーバー
に別に連結することにより、ターボチャージャーユニッ
トの作動条件を最も均等にする。この際、反応器へのガ
ス流が比較的均等になり、ターボチャージャーユニット
へのガス流に対する独立性が向上する。ブロワーは、ガ
スの圧力を、反応器を通過することによるガスの圧力降
下と少なくとも同じ程度だけ上昇させる。
管は、エンジンの排気ガスレシーバーにエンジンのター
ボチャージャーユニットへの出口導管とは独立して連結
されており、ブロワー等のポンプ部材が設けられてい
る。このように反応器ハウジングを排気ガスレシーバー
に別に連結することにより、ターボチャージャーユニッ
トの作動条件を最も均等にする。この際、反応器へのガ
ス流が比較的均等になり、ターボチャージャーユニット
へのガス流に対する独立性が向上する。ブロワーは、ガ
スの圧力を、反応器を通過することによるガスの圧力降
下と少なくとも同じ程度だけ上昇させる。
【０００９】好ましい別の発展では、入口導管は、還元
剤を排気ガスに供給するための少なくとも一つのノズル
をポンプ部材の上流に有する。還元剤が添加されたガス
は、ポンプ部材を通過する際に機械的に攪拌され、これ
により還元剤がガス中で更に均等に分配される。これも
また触媒反応を向上させる。好ましくは、ポンプ部材
は、これ以上の処理を加えることなく、所望の混合物を
発生できるが、これが行われない場合には、反応器の上
流にミキサーユニットを更に加えるのがよい。
剤を排気ガスに供給するための少なくとも一つのノズル
をポンプ部材の上流に有する。還元剤が添加されたガス
は、ポンプ部材を通過する際に機械的に攪拌され、これ
により還元剤がガス中で更に均等に分配される。これも
また触媒反応を向上させる。好ましくは、ポンプ部材
は、これ以上の処理を加えることなく、所望の混合物を
発生できるが、これが行われない場合には、反応器の上
流にミキサーユニットを更に加えるのがよい。
【００１０】浄化済の部分排気ガス流を、ターボチャー
ジャーの下流側で、未浄化の部分流に戻すことができる
が、好ましくは、全ガス流がタービンで膨張するよう
に、ターボチャージャーの上流側に戻す。特に有利な実
施例では、反応器ハウジングの入口導管及び出口導管
は、排気ガスレシーバーの両端に連結されている。かく
して、浄化済の部分流は、排気ガスがターボチャージャ
ーに流入する前に未浄化の流れ内に通され、これにより
これらのガス流を良好に混合し、環境に放出されるガス
中のＮＯｘ分を非常に均等にする。そのため、放出され
たガスで、ガスの部分流だけを反応器に通したことを検
出することは不可能である。レシーバーの両端の導管連
結部は、反応器の部分ガス流のタッピングと戻しとの間
を比較的大きく離間する。これにより、浄化済ガス流が
出口導管から入口導管に逆流しないようにする。
ジャーの下流側で、未浄化の部分流に戻すことができる
が、好ましくは、全ガス流がタービンで膨張するよう
に、ターボチャージャーの上流側に戻す。特に有利な実
施例では、反応器ハウジングの入口導管及び出口導管
は、排気ガスレシーバーの両端に連結されている。かく
して、浄化済の部分流は、排気ガスがターボチャージャ
ーに流入する前に未浄化の流れ内に通され、これにより
これらのガス流を良好に混合し、環境に放出されるガス
中のＮＯｘ分を非常に均等にする。そのため、放出され
たガスで、ガスの部分流だけを反応器に通したことを検
出することは不可能である。レシーバーの両端の導管連
結部は、反応器の部分ガス流のタッピングと戻しとの間
を比較的大きく離間する。これにより、浄化済ガス流が
出口導管から入口導管に逆流しないようにする。
【００１１】特に簡単な実施例では、反応器ハウジング
は、排気ガスレシーバーの内部に配置されており、及び
かくして、反応器ハウジングの内部及び外部の圧力はほ
ぼ同じであり、そのため、排気ガスの過圧に耐えること
ができる圧力容器でなく、簡単なハウジングとして製造
できる。少なくとも出口導管の連結もまた簡単になる。
これは、自由端がレシーバーの一方の端プレートの内部
に及びその近くに配置された単なるパイプ部分でよいた
めである。反応器をレシーバーの端プレートの近くに配
置してもよく、この場合には、出口導管は、反応器ハウ
ジングの出口開口部によって構成できる。同様に、入口
導管は、自由端がレシーバーの内部にあるパイプ部分で
よいが、導管の一区分をレシーバーの外部に配置し、こ
の区分にポンプ部材を配置した経路を入口導管に与える
こともできる。これによりポンプ部材の点検保守を更に
直接的に行うことができると同時に、駆動モータを低温
で、排気ガスによる材料浸食作用に露呈することなく、
機能させることができる。
は、排気ガスレシーバーの内部に配置されており、及び
かくして、反応器ハウジングの内部及び外部の圧力はほ
ぼ同じであり、そのため、排気ガスの過圧に耐えること
ができる圧力容器でなく、簡単なハウジングとして製造
できる。少なくとも出口導管の連結もまた簡単になる。
これは、自由端がレシーバーの一方の端プレートの内部
に及びその近くに配置された単なるパイプ部分でよいた
めである。反応器をレシーバーの端プレートの近くに配
置してもよく、この場合には、出口導管は、反応器ハウ
ジングの出口開口部によって構成できる。同様に、入口
導管は、自由端がレシーバーの内部にあるパイプ部分で
よいが、導管の一区分をレシーバーの外部に配置し、こ
の区分にポンプ部材を配置した経路を入口導管に与える
こともできる。これによりポンプ部材の点検保守を更に
直接的に行うことができると同時に、駆動モータを低温
で、排気ガスによる材料浸食作用に露呈することなく、
機能させることができる。
【００１２】排気ガスの部分流を反応器を通して送るた
めの作用ポンプ部材を使用することの変形例として、反
応器ハウジングの入口導管及び出口導管は、少なくとも
一つのターボチャージャーユニットの上流で、固定オリ
フィスの夫々の側で排気システムに連結されていてもよ
い。固定オリフィスは、反応器を通過しない部分ガス流
に圧力降下を生ぜしめ、そのため、反応器の入口導管と
出口導管との間の圧力差が反応器を通過するガスの流れ
抵抗に打ち勝つ。これにより、反応器の部分回路で機械
的に移動可能なユニットを使用しなくても済むようにす
る。
めの作用ポンプ部材を使用することの変形例として、反
応器ハウジングの入口導管及び出口導管は、少なくとも
一つのターボチャージャーユニットの上流で、固定オリ
フィスの夫々の側で排気システムに連結されていてもよ
い。固定オリフィスは、反応器を通過しない部分ガス流
に圧力降下を生ぜしめ、そのため、反応器の入口導管と
出口導管との間の圧力差が反応器を通過するガスの流れ
抵抗に打ち勝つ。これにより、反応器の部分回路で機械
的に移動可能なユニットを使用しなくても済むようにす
る。
【００１３】多くの場合、有害物質に関する最良可能な
浄化が望ましい。本発明によれば浄化が排気ガスの部分
流についてだけ行われるということを別にすると、それ
にも拘わらず、エンジンの全負荷（ＭＣＲ）時に、反応
器が、その出口開口部のところで、反応器の入口開口部
のところでの排気ガス中のＮＯｘ分の６０％乃至８５％
を除去するように反応器の効率を制限するのが有利であ
る。これにより、反応器の大きさを制限でき、反応器材
料及び添加還元剤が効率的に使用される。
浄化が望ましい。本発明によれば浄化が排気ガスの部分
流についてだけ行われるということを別にすると、それ
にも拘わらず、エンジンの全負荷（ＭＣＲ）時に、反応
器が、その出口開口部のところで、反応器の入口開口部
のところでの排気ガス中のＮＯｘ分の６０％乃至８５％
を除去するように反応器の効率を制限するのが有利であ
る。これにより、反応器の大きさを制限でき、反応器材
料及び添加還元剤が効率的に使用される。
【００１４】反応器の大きさを制限し、及びかくして反
応器の構成を簡単にするため、反応器ハウジングの入口
開口部に供給された排気ガスの部分流は、好ましくは、
エンジンの全負荷時の全排気ガス流の最大６０％を構成
する。
応器の構成を簡単にするため、反応器ハウジングの入口
開口部に供給された排気ガスの部分流は、好ましくは、
エンジンの全負荷時の全排気ガス流の最大６０％を構成
する。
【００１５】本発明は、更に、全負荷作動時にＮＯｘ分
の上限値をＡ％越えるＮＯｘ分の排気ガスを発生する、
ＮＯｘ分を還元するための反応器が設けられた内燃エン
ジンの排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための方法に関
する。
の上限値をＡ％越えるＮＯｘ分の排気ガスを発生する、
ＮＯｘ分を還元するための反応器が設けられた内燃エン
ジンの排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための方法に関
する。
【００１６】本発明による方法は、最大で、全負荷（Ｍ
ＣＲ）時のエンジンの全排気ガス流のＡ％の１倍乃至５
倍の範囲であるが６０％を越えない部分流を浄化できる
最大容量を持つように反応器が製造されていることを特
徴とする。代表的には、未浄化のＮＯｘ分は、制限値を
５％乃至１０％越えている。このことは、この方法によ
り、反応器の容量及びかくして大きさが従来技術の反応
器の半分以下に小さくなるが、部分流が全ガス流のＡ％
の２倍乃至５倍である場合に余力が現在の制限値まで大
幅に上昇するということを意味する。
ＣＲ）時のエンジンの全排気ガス流のＡ％の１倍乃至５
倍の範囲であるが６０％を越えない部分流を浄化できる
最大容量を持つように反応器が製造されていることを特
徴とする。代表的には、未浄化のＮＯｘ分は、制限値を
５％乃至１０％越えている。このことは、この方法によ
り、反応器の容量及びかくして大きさが従来技術の反応
器の半分以下に小さくなるが、部分流が全ガス流のＡ％
の２倍乃至５倍である場合に余力が現在の制限値まで大
幅に上昇するということを意味する。
【００１７】別の好ましい発展では、反応器は、最大
で、全負荷時の全排気ガス流のＡ％の１．２倍乃至３倍
の範囲の部分流を浄化できる最大容量を持つように製造
されている。下限値をＡ％の１．２倍にしたことによっ
て、還元剤が浄化済ガスと共に排出されるのを制限でき
る。これは、部分流の全ＮＯｘ分を除去する必要がない
ためである。上限値をＡ％の３倍にしたことによって、
反応器が従来技術の反応器よりもかなり小型になる。例
えば、三分の一以下になる。
で、全負荷時の全排気ガス流のＡ％の１．２倍乃至３倍
の範囲の部分流を浄化できる最大容量を持つように製造
されている。下限値をＡ％の１．２倍にしたことによっ
て、還元剤が浄化済ガスと共に排出されるのを制限でき
る。これは、部分流の全ＮＯｘ分を除去する必要がない
ためである。上限値をＡ％の３倍にしたことによって、
反応器が従来技術の反応器よりもかなり小型になる。例
えば、三分の一以下になる。
【００１８】反応器の大きさの制限を考えると、反応器
は、全負荷時のエンジンの全排気ガス流の最大２５％の
部分流を浄化できる最大容量を持つように製造されてい
るのがよい。
は、全負荷時のエンジンの全排気ガス流の最大２５％の
部分流を浄化できる最大容量を持つように製造されてい
るのがよい。
【００１９】本発明は、更に、還元剤の添加の制御を簡
単にできる。これまでは、この制御は、反応器の下流側
のガス中の残留ＮＯｘ分の連続的計測に基づいたフィー
ドバック信号によって調節されてきた。部分流だけが浄
化されるに過ぎないため、及び反応器が一杯に使用され
る必要がないため、制御は、好ましくは、反応器内で浄
化されるべき部分ガス流に添加される還元剤の量をエン
ジンの負荷に基づいたフィードフォワード制御によって
調節することによって簡単にされる。
単にできる。これまでは、この制御は、反応器の下流側
のガス中の残留ＮＯｘ分の連続的計測に基づいたフィー
ドバック信号によって調節されてきた。部分流だけが浄
化されるに過ぎないため、及び反応器が一杯に使用され
る必要がないため、制御は、好ましくは、反応器内で浄
化されるべき部分ガス流に添加される還元剤の量をエン
ジンの負荷に基づいたフィードフォワード制御によって
調節することによって簡単にされる。
【００２０】本発明を添付図面を参照して以下に詳細に
説明する。
説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】全体に参照番号１を附した内燃エ
ンジンは、船舶の主エンジンとして、又は発電所の発電
機用の原動機として使用される２ストローククロスヘッ
ドエンジンである。このエンジンは、代表的には、重油
を燃料として使用する。このエンジンは、公称出力が大
きく、例えば３０００ｋＷ乃至７０００ｋＷであり、低
速の、即ち２５０rpm 以下の、代表的には、１５０rpm
以下のエンジンである。エンジンには幾つかのシリンダ
２が設けられ、これらのシリンダの各々には、少なくと
も一つの排気バルブ３（図４参照）が設けられている。
この排気バルブと関連した排気通路は、パイプ４を介し
て排気レシーバー５の内部に開放した出口で終端する。
排気レシーバーは、幾つかのシリンダから排気ガスを受
け入れ、夫々のターボチャージャーユニット７に続く多
数の中間パイプ６に排気ガスを送出する。排気ガスはタ
ーボチャージャーユニットのタービン８で膨張し、その
結果、タービンが圧縮機９を駆動し、エンジンの吸気を
過給入する。タービンの通過後、排気ガスは継手排気導
管１０を通って環境中に通過する。
ンジンは、船舶の主エンジンとして、又は発電所の発電
機用の原動機として使用される２ストローククロスヘッ
ドエンジンである。このエンジンは、代表的には、重油
を燃料として使用する。このエンジンは、公称出力が大
きく、例えば３０００ｋＷ乃至７０００ｋＷであり、低
速の、即ち２５０rpm 以下の、代表的には、１５０rpm
以下のエンジンである。エンジンには幾つかのシリンダ
２が設けられ、これらのシリンダの各々には、少なくと
も一つの排気バルブ３（図４参照）が設けられている。
この排気バルブと関連した排気通路は、パイプ４を介し
て排気レシーバー５の内部に開放した出口で終端する。
排気レシーバーは、幾つかのシリンダから排気ガスを受
け入れ、夫々のターボチャージャーユニット７に続く多
数の中間パイプ６に排気ガスを送出する。排気ガスはタ
ーボチャージャーユニットのタービン８で膨張し、その
結果、タービンが圧縮機９を駆動し、エンジンの吸気を
過給入する。タービンの通過後、排気ガスは継手排気導
管１０を通って環境中に通過する。
【００２２】排気レシーバー５は圧力容器であり、例え
ば、１１気筒エンジンの１番シリンダ乃至６番シリンダ
から排気ガスを受け入れる容器及び７番シリンダ乃至１
１番シリンダから排気ガスを受け入れる別の容器という
ように幾つかの容器に分割できる。ターボチャージャー
ユニットの個数は、エンジンの気筒数に応じて決まり、
代表的には、４気筒エンジンではユニットが一つ設けら
れ、６気筒エンジンではユニットが２つ設けられる。
ば、１１気筒エンジンの１番シリンダ乃至６番シリンダ
から排気ガスを受け入れる容器及び７番シリンダ乃至１
１番シリンダから排気ガスを受け入れる別の容器という
ように幾つかの容器に分割できる。ターボチャージャー
ユニットの個数は、エンジンの気筒数に応じて決まり、
代表的には、４気筒エンジンではユニットが一つ設けら
れ、６気筒エンジンではユニットが２つ設けられる。
【００２３】図１に示す実施例では、エンジンには、通
過する排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器１
１が設けられている。この反応器は、触媒材料を含む反
応器ハウジング１２を有する。反応器は周知の種類の装
置であり、例えば、デンマーク国のハルドールトプセ
（Ｈａｌｄｏｒ Ｔｏｐｓｏｅ）社製のいわゆるＳＣＲ
反応器である。反応器ハウジングは、例えば１０ｂａｒ
の過圧に耐えるように設計された圧力容器である。反応
器ハウジングは、排気ガスレシーバーよりもかなり小さ
く、十分な空間内で何処にでも配置することができる。
しかしながら、パイプ連結部を短くするため、好ましく
は、排気レシーバーによって真っ直ぐに配置され、例え
ば排気レシーバーの上方に配置される。
過する排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器１
１が設けられている。この反応器は、触媒材料を含む反
応器ハウジング１２を有する。反応器は周知の種類の装
置であり、例えば、デンマーク国のハルドールトプセ
（Ｈａｌｄｏｒ Ｔｏｐｓｏｅ）社製のいわゆるＳＣＲ
反応器である。反応器ハウジングは、例えば１０ｂａｒ
の過圧に耐えるように設計された圧力容器である。反応
器ハウジングは、排気ガスレシーバーよりもかなり小さ
く、十分な空間内で何処にでも配置することができる。
しかしながら、パイプ連結部を短くするため、好ましく
は、排気レシーバーによって真っ直ぐに配置され、例え
ば排気レシーバーの上方に配置される。
【００２４】排気レシーバーの一端から出た入口導管１
３にはポンプ部材１４が設けられており、このポンプ部
材により排気ガスの部分流をレシーバーから吸い出し、
このガスを反応器の触媒材料を通して前方に圧送し、反
応器ハウジングの他端から出す。反応器ハウジングの他
端には出口導管１５が設けられており、この導管は排気
レシーバーの他端に連結されており、反応器ハウジング
の他端から浄化済排気ガスをレシーバーに戻す。このレ
シーバーで浄化済ガス流及び未浄化ガス流を混合し、中
間パイプ６を介して排気システムの外に流す。
３にはポンプ部材１４が設けられており、このポンプ部
材により排気ガスの部分流をレシーバーから吸い出し、
このガスを反応器の触媒材料を通して前方に圧送し、反
応器ハウジングの他端から出す。反応器ハウジングの他
端には出口導管１５が設けられており、この導管は排気
レシーバーの他端に連結されており、反応器ハウジング
の他端から浄化済排気ガスをレシーバーに戻す。このレ
シーバーで浄化済ガス流及び未浄化ガス流を混合し、中
間パイプ６を介して排気システムの外に流す。
【００２５】ポンプ部材１４の上流の入口導管１３に
は、還元剤を供給するためのノズル１６が設けられてい
る。還元剤は、代表的にはアンモニアを基剤とした無水
液状アンモニア又はアンモニア又は尿素の水溶液等であ
る。
は、還元剤を供給するためのノズル１６が設けられてい
る。還元剤は、代表的にはアンモニアを基剤とした無水
液状アンモニア又はアンモニア又は尿素の水溶液等であ
る。
【００２６】図２及び図３に示す変形例には、排気レシ
ーバー及び反応器だけが示してあり、簡略化を図る目的
で、同じ種類のエレメントについて、上述の実施例で用
いたのと同じ参照番号を使用する。図２及び図３では、
反応器ハウジング１２は排気レシーバー５の内部に配置
されており、及び従って、必ずしも圧力容器として形成
されていなくてもよい。図２では、入口導管及び出口導
管は、これらの導管の自由端の入口開口部及び出口開口
部が排気レシーバーの端プレートの近くにあるように、
適当には長く、これらの導管及びポンプ部材１４は、全
体がレシーバーの内部に配置されている。第３図の実施
例では、入口導管は排気レシーバーの端部から外に出て
いる。入口導管は、排気レシーバーの外部に外区分１
３' を有し、この区分にポンプ部材１４及びノズル１６
が配置されている。入口導管は、排気レシーバーの壁を
貫通し、内区分１３''で反応器ハウジングに連続してい
る。
ーバー及び反応器だけが示してあり、簡略化を図る目的
で、同じ種類のエレメントについて、上述の実施例で用
いたのと同じ参照番号を使用する。図２及び図３では、
反応器ハウジング１２は排気レシーバー５の内部に配置
されており、及び従って、必ずしも圧力容器として形成
されていなくてもよい。図２では、入口導管及び出口導
管は、これらの導管の自由端の入口開口部及び出口開口
部が排気レシーバーの端プレートの近くにあるように、
適当には長く、これらの導管及びポンプ部材１４は、全
体がレシーバーの内部に配置されている。第３図の実施
例では、入口導管は排気レシーバーの端部から外に出て
いる。入口導管は、排気レシーバーの外部に外区分１
３' を有し、この区分にポンプ部材１４及びノズル１６
が配置されている。入口導管は、排気レシーバーの壁を
貫通し、内区分１３''で反応器ハウジングに連続してい
る。
【００２７】図４に示す別の実施例では、入口導管１３
は排気レシーバー５に連結されており、出口導管１５
は、排気ガス中に圧力降下を生じる固定オリフィス１７
の下流側で中間パイプ６に連結されている。中間パイプ
への連結部は、導管１５が幾つかの又は全ての中間パイ
プに連結されるように枝分かれしているのがよい。この
場合、これらのパイプの各々には、連結部の上流にオリ
フィスが設けられている。
は排気レシーバー５に連結されており、出口導管１５
は、排気ガス中に圧力降下を生じる固定オリフィス１７
の下流側で中間パイプ６に連結されている。中間パイプ
への連結部は、導管１５が幾つかの又は全ての中間パイ
プに連結されるように枝分かれしているのがよい。この
場合、これらのパイプの各々には、連結部の上流にオリ
フィスが設けられている。
【００２８】本出願人が１９９１年１２月に刊行した
「２ストローク低速ディーゼルエンジンのエミッション
制御」という文献にあるように、特定のガス流（ｍ3 ／
ｈｒ）について、反応器の大きさは、触媒材料の活性、
所望のＮＯｘ分還元度、排気ガス中のＮＨ３ とＮＯｘ
との間の質量比、及びＮＨ３ 並びに浄化済排気ガスの
排気についての受入れ可能な上限値に左右されるという
ことが周知であり、既に説明されている。ＮＯｘ還元度
は、反応器への排気ガス流中の、反応器によって除去さ
れたＮＯｘ分の割合を示す。これらを図５に示す。図５
では、グラフｂは、いわゆる空間速度ＮＨＳＶでのＮＯ
ｘの還元が５０００Ｎｍ3 ／ｍ3 ｈである、即ち１ｍ3
の触媒を１時間に５０００公称ｍ3 の排気ガスが通過す
るということを示すのに対し、グラフａは、空間速度で
のＮＯｘの還元が１００００Ｎｍ3 ／ｍ3 ｈであるとい
うことを示す。グラフｃは、グラフａと対応するＮＨ３
スリップを、未浄化排気ガス中の添加アンモニア容積
とＮＯｘ分との間の比の関数として示す。
「２ストローク低速ディーゼルエンジンのエミッション
制御」という文献にあるように、特定のガス流（ｍ3 ／
ｈｒ）について、反応器の大きさは、触媒材料の活性、
所望のＮＯｘ分還元度、排気ガス中のＮＨ３ とＮＯｘ
との間の質量比、及びＮＨ３ 並びに浄化済排気ガスの
排気についての受入れ可能な上限値に左右されるという
ことが周知であり、既に説明されている。ＮＯｘ還元度
は、反応器への排気ガス流中の、反応器によって除去さ
れたＮＯｘ分の割合を示す。これらを図５に示す。図５
では、グラフｂは、いわゆる空間速度ＮＨＳＶでのＮＯ
ｘの還元が５０００Ｎｍ3 ／ｍ3 ｈである、即ち１ｍ3
の触媒を１時間に５０００公称ｍ3 の排気ガスが通過す
るということを示すのに対し、グラフａは、空間速度で
のＮＯｘの還元が１００００Ｎｍ3 ／ｍ3 ｈであるとい
うことを示す。グラフｃは、グラフａと対応するＮＨ３
スリップを、未浄化排気ガス中の添加アンモニア容積
とＮＯｘ分との間の比の関数として示す。
【００２９】ここで反応器の最大容量に言及すると、こ
れは、ＮＨ３ スリップについての所定の上限で反応器
が所定の浄化度まで浄化できるｍ3 ／ｈの流通ガス容積
を意味する。
れは、ＮＨ３ スリップについての所定の上限で反応器
が所定の浄化度まで浄化できるｍ3 ／ｈの流通ガス容積
を意味する。
【００３０】次に、本発明の用途の一例を挙げる。６気
筒２ストローククロスヘッドエンジンは、９４rpm の速
度で３４３２０ｋＷの公称最大連続定格（ＭＣＲ）を有
し、エンジンの全負荷時には、エンジンは３１３８００
ｍ3 ／ｈの排気ガス流を発生する。エンジンの未浄化排
気ガス中のＮＯｘ分は１７．０ｇ／ｋＷｈであり、これ
を２ｇ／ｋＷｈだけ還元するのが望ましい。最小ＮＨ３
スリップが５ｐｐｍの所定限度以下であるに過ぎず、
図５のグラフｂと対応する空間速度でＮＯｘを８０％還
元する所定の浄化度が望ましいため、反応器は、全排気
ガス流の１４．７％に対応する、（３１３８００×２）
／（１７×０．８）ｍ3 ／ｈ＝４６１４７ｍ3 ／ｈの最
大容量を持つように寸法決めされている。この場合、反
応器は、４６１４７／５０００ｍ3 ＝９．２３ｍ3 の容
積の反応器材料を収容しなければならない。１４．７％
の部分流は、所望の還元Ａの％＝１１．７６％の１．２
５倍に対応する。
筒２ストローククロスヘッドエンジンは、９４rpm の速
度で３４３２０ｋＷの公称最大連続定格（ＭＣＲ）を有
し、エンジンの全負荷時には、エンジンは３１３８００
ｍ3 ／ｈの排気ガス流を発生する。エンジンの未浄化排
気ガス中のＮＯｘ分は１７．０ｇ／ｋＷｈであり、これ
を２ｇ／ｋＷｈだけ還元するのが望ましい。最小ＮＨ３
スリップが５ｐｐｍの所定限度以下であるに過ぎず、
図５のグラフｂと対応する空間速度でＮＯｘを８０％還
元する所定の浄化度が望ましいため、反応器は、全排気
ガス流の１４．７％に対応する、（３１３８００×２）
／（１７×０．８）ｍ3 ／ｈ＝４６１４７ｍ3 ／ｈの最
大容量を持つように寸法決めされている。この場合、反
応器は、４６１４７／５０００ｍ3 ＝９．２３ｍ3 の容
積の反応器材料を収容しなければならない。１４．７％
の部分流は、所望の還元Ａの％＝１１．７６％の１．２
５倍に対応する。
【００３１】更に、本発明は、上文中に説明したエンジ
ン以外のエンジン、例えば動圧過給を持つ、即ち排気レ
シーバーを持たない２ストローククロスヘッドエンジン
と関連して使用でき、この場合には、反応器に数個のシ
リンダからガスを供給でき、ガスを関連したターボチャ
ージャーに送出でき、この際、他のシリンダからのガス
はターボチャージャーに直接通される。更に、エンジン
は、出力が５００ｋＷ乃至６０００ｋＷの中速エンジン
等の４ストローク型エンジンであってもよい。更に、ポ
ンプ部材の前でなく、ポンプ部材の後で還元剤を添加し
てもよく、場合によってはポンプ部材をなくしてもよ
い。
ン以外のエンジン、例えば動圧過給を持つ、即ち排気レ
シーバーを持たない２ストローククロスヘッドエンジン
と関連して使用でき、この場合には、反応器に数個のシ
リンダからガスを供給でき、ガスを関連したターボチャ
ージャーに送出でき、この際、他のシリンダからのガス
はターボチャージャーに直接通される。更に、エンジン
は、出力が５００ｋＷ乃至６０００ｋＷの中速エンジン
等の４ストローク型エンジンであってもよい。更に、ポ
ンプ部材の前でなく、ポンプ部材の後で還元剤を添加し
てもよく、場合によってはポンプ部材をなくしてもよ
い。
【００３２】大径エンジン（シリンダボアが少なくとも
２２０mmのエンジン）では、エンジンの排気ガス中のＮ
Ｏｘ分を還元するための反応器は、エンジンの全負荷時
のエンジン排気ガス流の部分流だけを浄化できるような
小さな最大容量を持つように設計されており、その結
果、エンジン排気ガス流の残りの部分流は、ＮＯｘ分を
還元するための反応器に通されることなく環境中に放出
される。反応器の大きさは有利には小さく、二つの部分
流を混合して所要限度値以下のＮＯｘ分の共通の流れに
する。
２２０mmのエンジン）では、エンジンの排気ガス中のＮ
Ｏｘ分を還元するための反応器は、エンジンの全負荷時
のエンジン排気ガス流の部分流だけを浄化できるような
小さな最大容量を持つように設計されており、その結
果、エンジン排気ガス流の残りの部分流は、ＮＯｘ分を
還元するための反応器に通されることなく環境中に放出
される。反応器の大きさは有利には小さく、二つの部分
流を混合して所要限度値以下のＮＯｘ分の共通の流れに
する。
【図１】本発明による反応器を持つ内燃エンジンの概略
図である。
図である。
【図２】本発明による反応器を持つ内燃エンジンの排気
レシーバーの概略平面図である。
レシーバーの概略平面図である。
【図３】排気レシーバー及び反応器を持つ内燃エンジン
の別の実施例の対応する概略図である。
の別の実施例の対応する概略図である。
【図４】反応器が排気レシーバーと平行に連結された別
の実施例の概略端面図である。
の実施例の概略端面図である。
【図５】浄化度及びＮＨ３ スリップのグラフである。
１ エンジン ２ シリンダ
３ 排気バルブ ４ パイプ
５ 排気レシーバー ６ 中間パイプ
７ ターボチャージャーユニット ８ タービン
９ 圧縮機 １０ 継手排気導
管 １１ 反応器 １２ 反応器ハウ
ジング １３ 入口導管 １４ ポンプ部材 １５ 出口導管 １６ ノズル １７ 固定オリフィス
管 １１ 反応器 １２ 反応器ハウ
ジング １３ 入口導管 １４ ポンプ部材 １５ 出口導管 １６ ノズル １７ 固定オリフィス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１Ｔ
7/10 7/10
Ｆ０２Ｂ 37/02 Ｆ０２Ｂ 37/02 Ｃ
(72)発明者 ニールス・クイェムストルプ
デンマーク王国デーコー−3460 ビルケ
ラート，カリナパルケン 20
(56)参考文献 特開 昭63−36014（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−134117（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−117222（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−28249（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−193714（ＪＰ，Ａ)
特表 平８−504494（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01N 3/08 - 3/28
F01N 7/10
F02B 37/02
Claims (10)
- 【請求項１】 排気ガス中のＮＯｘ分を還元するため
の、反応器ハウジング（１２）内に閉じ込められた触媒
材料からなる反応器を備え、前記反応器が、その最大容
量で、前記エンジンの全負荷時（ＭＣＲ）における前記
エンジン排気ガスの部分流のみを浄化するために、前記
排気ガスの部分流だけを環境に放出する前に浄化する、
低速２ストローククロスヘッドエンジン等の内燃エンジ
ン（１）において、 前記反応器ハウジング（１２）の入口導管（１３）は、
前記エンジンの排気ガスレシーバー（５）に前記エンジ
ンのターボチャージャーユニット（７）への出口導管と
は独立して連結されており、ブロワー等のポンプ部材
（１４）が設けられていることを特徴とする内燃エンジ
ン。 - 【請求項２】 前記入口導管は、還元剤を前記排気ガス
に供給するための少なくとも一つのノズル（１６）を前
記ポンプ部材（１４）の上流に有する、ことを特徴とす
る請求項１に記載の内燃エンジン。 - 【請求項３】 前記反応器ハウジングの前記入口導管及
び出口導管（１３、１５）は、前記排気ガスレシーバー
（５）の両端に連結されている、ことを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の内燃エンジン。 - 【請求項４】 前記反応器ハウジング（１２）は、前記
排気ガスレシーバー（５）の内部に配置されている、こ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれか
一項に記載の内燃エンジン。 - 【請求項５】 前記入口導管（１３）の前記ポンプ部材
（１４）は、前記排気ガスレシーバー（５）の外部に配
置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃
エンジン。 - 【請求項６】 前記反応器ハウジングの前記入口導管及
び出口導管（１３、１５）は、少なくとも一つのターボ
チャージャーユニット（７）の上流で、固定オリフィス
（１７）の夫々の側で前記排気システムに連結されてい
る、ことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の内
燃エンジン。 - 【請求項７】 前記エンジンの全負荷（ＭＣＲ）時に、
前記反応器は、その出口開口部のところで、前記入口開
口部のところでの前記排気ガス中のＮＯｘ分の６０％乃
至８５％を除去する、ことを特徴とする請求項１乃至請
求項６のうちのいずれか一項に記載の内燃エンジン。 - 【請求項８】 前記反応器ハウジングの前記入口開口部
に供給された排気ガスの前記部分流は、エンジンの全負
荷時の全排気ガス流の最大６０％を構成する、ことを特
徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一項に
記載の内燃エンジン。 - 【請求項９】 前記反応器は、全負荷時の前記エンジン
の全排気ガス流の最大２５％の部分流を浄化できる最大
容量を持つ、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の
うちのいずれか一項に記載の内燃エンジン。 - 【請求項１０】 前記反応器内で浄化されるべき前記部
分ガス流に添加される還元剤の量は、前記エンジンの負
荷に基づいたフィードフォワード制御によって調節され
る、ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちのい
ずれか一項に記載の内燃エンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK199801295A DK199801295A (da) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Forbrændingsmotor med en reaktor til reduktion af NO x -indhold i udstødsgassen samt en fremgangsmåde |
| DK199801295 | 1998-10-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000120426A JP2000120426A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3493161B2 true JP3493161B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=8103246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28985299A Expired - Lifetime JP3493161B2 (ja) | 1998-10-12 | 1999-10-12 | 排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器を持つ内燃エンジン及びＮＯｘ分還元方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3493161B2 (ja) |
| KR (1) | KR100493415B1 (ja) |
| DK (1) | DK199801295A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN103827455B (zh) * | 2011-09-09 | 2016-08-24 | 日立造船株式会社 | 废气净化装置 |
| JP5878860B2 (ja) * | 2011-12-08 | 2016-03-08 | エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド | 排気ガス浄化機能を有するターボ過給式大型２ストロークディーゼルエンジン |
| JP5753485B2 (ja) * | 2011-12-13 | 2015-07-22 | 日立造船株式会社 | 尿素水噴霧構造 |
| JP5295403B2 (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-18 | 日立造船株式会社 | 船舶用排ガス脱硝反応容器および排ガス脱硝設備 |
| JP5801472B2 (ja) * | 2012-03-15 | 2015-10-28 | 日立造船株式会社 | 排ガス浄化装置 |
| DK178941B1 (en) * | 2015-11-09 | 2017-06-19 | Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland | Large two-stroke engine having a valve arrangement |
| DK179782B1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-06-04 | MAN Energy Solutions | INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05222923A (ja) * | 1992-02-06 | 1993-08-31 | Hino Motors Ltd | エンジン排ガスの触媒によるＮＯｘ低減装置 |
-
1998
- 1998-10-12 DK DK199801295A patent/DK199801295A/da not_active Application Discontinuation
-
1999
- 1999-10-09 KR KR10-1999-0043587A patent/KR100493415B1/ko active IP Right Grant
- 1999-10-12 JP JP28985299A patent/JP3493161B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DK199801295A (da) | 2000-04-13 |
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| JP2000120426A (ja) | 2000-04-25 |
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