JP5524267B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関に関する。

特許文献１から、一段あるいは二段の排ガスターボ過給と、ＳＣＲ触媒を介しての排ガス洗浄とを有する内燃機関が知られている。一段排ガスターボ過給では、この従来技術に従ったＳＣＲ触媒は、排ガスターボチャージャーのタービンの下流かあるいは排ガスターボチャージャーのタービンの上流のどちらかに配置される。２つの排ガスターボチャージャーを有する二段排ガスターボ過給では、この従来技術に従ったＳＣＲ触媒は、両排ガスターボチャージャーの両タービンの間もしくはその下流に設置されている。さらに、この従来技術からすでに知られているのは、ＳＣＲ触媒を通り過ぎて、ＳＣＲ触媒の下流に配置されている、排ガスターボチャージャーのタービンの方向に排ガスを誘導するために、ＳＣＲ触媒をバイパス管を介して迂回するということである。このパイパス管を通る排ガス流は、調節装置を介して調節可能である。

さらなる内燃機関は、特許文献２から知られている。この従来技術に従えば、内燃機関は同様に排ガスターボチャージャーを備えており、排ガスターボチャージャーのタービンを通過した排ガスは、引き続いて酸化触媒を介し、かつ酸化触媒の後には粒子フィルタを介して、その次にはＳＣＲ触媒を介して、かつＳＣＲ触媒の後にはさらなる酸化触媒を介して誘導される。さらに、この従来技術から知られているのは、排ガスが、排ガスバイパス管を介して、排ガスターボチャージャーのタービンと、当該タービンに後置された酸化触媒とを通り過ぎて、粒子フィルタの方向に誘導され得ることであり、このバイパス管には、還元剤調量装置と加水分解触媒とが設けられている。

独国特許出願公開第１０２００４０２７５９３号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０６１００５号明細書

以上のことから、本発明の課題は、新式の内燃機関を提供することである。この課題は、請求項１に記載の内燃機関によって解決される。本発明に従えば、還元剤調量装置と加水分解触媒とが配置されている排ガスバイパス管は、少なくとも粒子フィルタを取り囲んでガイドされており、その結果排ガスバイパス管を介して排ガスは、少なくとも粒子フィルタを迂回してＳＣＲ触媒の方向に誘導可能である。

還元剤調量装置と加水分解触媒とが配置されている排ガスバイパス管が、少なくとも粒子フィルタを取り囲んでガイドされている内燃機関が、本発明によって初めて提案される。それによって、排ガスバイパス管とひいては還元剤調量装置と加水分解触媒とを介してガイドされる排ガスが、少なくとも粒子フィルタを通り過ぎてＳＣＲ触媒の方向に誘導され得る。これによって、ＳＣＲ触媒の効率を向上させることができる。さらに、粒子フィルタから発生する、排ガス流の背圧が、還元剤調量装置と加水分解触媒とが配置されている排ガスバイパス管を通る排ガスの分岐を容易にする。

好適には、さらなる排ガスバイパス管を介して排ガスが、一方では少なくとも粒子フィルタを迂回して、他方では還元剤調量装置と加水分解触媒とを迂回して、ＳＣＲ触媒の方向に誘導可能であり、さらなる排ガスバイパス管を通る排ガス流は、さらなる調節装置を介して調節可能である。少なくとも粒子フィルタも、還元剤調量装置も加水分解触媒も迂回できるさらなる排ガスバイパス管によって、ＳＣＲ触媒の効率のさらなる向上を実現することができる。

本発明の有利なさらなる形態に従えば、過給空気が、それぞれの排ガスターボチャージャーのコンプレッサから出て過給空気バイパス管を介して、還元剤調量装置と加水分解触媒とが配置されている排ガスバイパス管に、すなわち還元剤調量装置と加水分解触媒の上流に導入可能である。還元剤調量装置と加水分解触媒とを介してガイドされる排ガスの温度を正確に調節し、かつ還元剤調量装置および加水分解触媒の効果ひいてはＳＣＲ触媒の効率を向上させるために、過給空気バイパス管を介してガイドされる過給空気を使って、還元剤調量装置と加水分解触媒とが配置されている排ガスバイパス管を介してガイドされる排ガスが過給空気と混合されてよい。

本発明の好ましいさらなる形態は、従属請求項と以下の記述とからもたらされる。本発明の実施例は図に基づいてより詳細に説明されるが、これに限定されるものではない。図に示されるのは以下である。

本発明の第１実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第２実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第３実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第４実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第５実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第６実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第７実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第８実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第９実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。 本発明の第１０実施例に従った、過給された内燃機関の概略図である。

本発明は、内燃機関特に、重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関に関する。重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関は、当該内燃機関によって用いられる燃料すなわち重油が、硫黄含有量が比較的高いという特性を有する。硫黄酸化物とアンモニアとの望ましくない反応によって、排ガス洗浄の効果を阻害する堆積物が生じかねない。特に、低すぎる温度と関連して望ましくない反応が起こる。これは、本発明に係る内燃機関では回避することができる。

図１は、１つの排ガスターボチャージャー１１を介する一段排ガスターボ過給を有する内燃機関１０の実施例を示しており、排ガスターボチャージャー１１のタービン１２とコンプレッサ１３とが示されている。内燃機関から出る排ガスは、排ガスターボチャージャー１１のタービン１２を介してガイドされ、タービン１２で減圧され、このとき得られたエネルギーが、内燃機関１０に供給されるべき過給空気を圧縮するために、コンプレッサ１３の駆動に使われる。図１で示された内燃機関１０は、排ガス流においてさらに粒子フィルタ１４とＳＣＲ触媒１５とを有し、図１においては粒子フィルタ１４はタービン１２の下流に設けられ、ＳＣＲ触媒１５は粒子フィルタ１４の下流に設けられている。

さらに、図１の内燃機関は、排ガスバイパス管１８に設けられている還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを有し、本発明の主旨においては、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されている排ガスバイパス管１８は、少なくとも粒子フィルタ１４を取り囲んでガイドされており、その結果排ガスバイパス管１８とひいては還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを介してガイドされる排ガスは、粒子フィルタ１４を迂回してＳＣＲ触媒１５の方向に誘導可能である。還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されているバイパス管１８を通る排ガス流は、調節装置１９を介して調節され得る。

バイパス管１８に配置されている加水分解触媒１７は、効果的な気化を引き起こし、かつ、排ガスバイパス管１８を介してガイドされる排ガス流に、還元剤調量装置１６を介して取り込まれる、ＳＣＲ触媒１５でのＳＣＲ排ガス洗浄のための還元剤の変換を加速させ、その結果ＳＣＲ触媒１５の効果的な駆動を保証できる。還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを、粒子フィルタ１４を迂回するバイパス管１８に配置することにより、粒子フィルタ１４の上流で還元剤を加えることによって、及び堆積物によって粒子フィルタ１４がブロックされるのを防ぐ。本発明によって、それに従って、粒子フィルタ１４とＳＣＲ触媒１５の効果を向上させることができる。

図２は、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されているバイパス管１８が、粒子フィルタ１４も排ガスターボチャージャー１１のタービン１２も取り囲んでガイドされている、本発明に係る内燃機関の構成を示している。それによって排ガスは、この排ガスバイパス管１８を介してガイドされる排ガスに還元剤を取り込み、かつ加水分解触媒１７を介してガイドし、かつ続いてＳＣＲ触媒の方向に誘導するために、排ガスターボチャージャー１１のタービン１２も粒子フィルタ１４も通り過ぎてガイドされ得る。

その他の詳細については、図２の実施例は図１の実施例と一致しており、その結果図１の実施例のための実施を指摘しておく。

図３は図２の実施例のさらなる形態を示しており、当該形態では、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されている排ガスバイパス管１８の他に、さらなる排ガスバイパス管２０があり、当該排ガスバイパス管２０を介して排ガスが、一方ではタービン１２と粒子フィルタ１４とを迂回して、他方では還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを迂回して、ＳＣＲ触媒１５の方向に誘導可能である。このさらなる排ガスバイパス管２０を通る排ガス流は、さらなる調節装置２１を介して調節可能である。両バイパス管１８と２０とを通る排ガスの体積流量と温度の正確な調整を介して、排ガス洗浄の効率をさらに向上させることができる。図３のバイパス管２０は、図１の実施例でも使用することができ、そうなれば排ガスバイパス管２０は排ガスバイパス管１８に対して平行に設置されており、もっぱら粒子フィルタ１４のみを迂回する。

図４は、図２の実施例のさらなる形態を示しており、図４の実施例においては、過給空気が、コンプレッサ１３から出て過給空気バイパス管２２を介して、すなわち図４でコンプレッサ１３の下流と内燃機関１０の上流で、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されている排ガスバイパス管１８に、すなわち図４に従えば、還元剤調量装置１６の上流と加水分解触媒１７の上流に導入可能である。この過給空気バイパス管２２を通る過給空気流は、調節装置２３を介して調節可能である。排ガスバイパス管１８を介し、粒子フィルタ１４を通り過ぎてガイドされる排ガスに過給空気をこのように混合することによって、排ガスバイパス管１８を介してガイドされる排ガスの温度を、望ましいレベルに正確に調節することができる。これによって、ＳＣＲ触媒１５の領域における、ひいては排ガス洗浄のさらなる効果の向上が可能である。しかも、過給空気を調量空気として利用できるという選択肢がある。

図５は、図３と図４との実施例の特徴を互いに組み合わせた、本発明の実施例を示しており、当該実施例では、それぞれの調節装置２１，２３を有するさらなる排ガスバイパス管２０も、過給空気バイパス管２２も備わっている。そのような組み合わせは、ＳＣＲ触媒１５の効果を向上させるために特に好ましく、指摘されるべきは、そのような組み合わせでの、さらなる排ガスバイパス管２０と過給空気バイパス管２２との利用は、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されているバイパス管１８が、もっぱら粒子フィルタ１４のみを迂回し、排ガスターボチャージャー１１のタービン１２を迂回しない、図１の実施例にも使用されてよいということである。

図６は、図１の内燃機関１０のさらなる形態である実施例を示しており、還元剤調量装置１６の上流で排ガスバイパス管１８に過給空気を供給するために、対応する調節装置２３を有する過給空気バイパス管２２が備わっている。その際図４と図５の実施例とは異なって、過給空気は、図４と図５の実施例での排ガスターボチャージャー１１のコンプレッサ１３の下流ではなく、排ガスターボチャージャー１１のコンプレッサ１３の上流で、過給空気バイパス管２２を介して排ガスバイパス管１８の方向に誘導される。しかしながら、過給空気を排ガスバイパス管１８に簡単に導入することができるようにするためには、過給空気がコンプレッサ１３の下流で分岐される図４と図５のヴァリエーションが好ましい。

図１から図６までは、それぞれの内燃機関が一段排ガスターボ過給を有するということが共通している。これに対して、図７から図１０までは、多段すなわち二段排ガスターボ過給を有する内燃機関の実施例を示しており、それに従えば、排ガスターボチャージャー１１に加えて、タービン２５とコンプレッサ２６とを有するさらなる排ガスターボチャージャー２４が備わっている。

排ガスターボチャージャー１１のタービン１２は高圧タービンであり、排ガスターボチャージャー２４のタービン２５は低圧タービンである。それに応じて、排ガスターボチャージャー１１のコンプレッサ１３は高圧コンプレッサであり、排ガスターボチャージャー２４のコンプレッサ２６は低圧コンプレッサである。

図７から図９までの実施例においては、粒子フィルタ１４とＳＣＲ触媒１５とはそれぞれ、両排ガスターボチャージャー１１と２４の両タービン１２と２５との間に配置されており、すなわち、再びＳＣＲ触媒１５が粒子フィルタ１４の下流に位置するように配置されている。

図７の内燃機関１０では、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されている排ガスバイパス管１８は、もっぱら粒子フィルタ１４のみを迂回する。

これに対して図８では、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが配置されている排ガスバイパス管１８は、粒子フィルタ１４も、高圧タービンとして用いられる、排ガスターボチャージャー１１のタービン１２も迂回する。図８では、図４と図５の実施例と一致して、高圧コンプレッサとして作動する、排ガスターボチャージャー１１のコンプレッサ１３の下流で分岐する過給空気バイパス管２２を介して、排ガスバイパス管１８に、排ガスバイパス管１８を介してガイドされる排ガスの温度調節のための過給空気が、排ガスに取り込み可能である。

図８の実施例のさらなる形態を示している図９の実施例においては、付加的に、さらなる排ガスバイパス管２０が備わっており、当該排ガスバイパス管２０を介して排ガスが、高圧タービン１２と粒子フィルタ１４と、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを通り過ぎて、ＳＣＲ触媒１５の方向に誘導され得る。

もちろん、図８と図９に従った過給空気バイパス管２２は、コンプレッサの間もしくはコンプレッサの上流で分岐してもよい。

図１０は、２つの排ガスターボチャージャー１１と２４とを介する二段排ガスターボ過給を有する内燃機関１０のさらなる実施例を示しているが、図７から図９までの実施例とは異なって、粒子フィルタ１４と、当該粒子フィルタ１４に後置されたＳＣＲ触媒１５とは、両タービン１２と２５との間ではなく、むしろ、低圧タービンとして用いられる、排ガスターボチャージャー２４のタービン２５の下流に設けられている。その際図１０においては、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とが設けられている排ガスバイパス管１８は、再度もっぱら粒子フィルタ１４のみを迂回する。しかしながらこれとは異なって、バイパス管１８を、ターボチャージャー２４のタービン２５も迂回できるように設置することも可能である。同様に、図１０においては、さらなる排ガスバイパス管２０と過給空気バイパス管２２とを使用してよく、そうすれば過給空気バイパス管２２は、コンプレッサ２６の下流あるいはコンプレッサ１３の下流で過給空気を分岐し、かつ排ガスバイパス管１８にすなわち還元剤調量装置１６の上流で供給できる。

すべての実施例には、排ガスバイパス管１８を介して排ガスが粒子フィルタ１４を通り過ぎてガイドされ得、その結果粒子フィルタ１４を通り過ぎてガイドされる排ガスを、還元剤調量装置１６と加水分解触媒１７とを介してガイドし、続いてＳＣＲ触媒１５に導入するということが共通している。これによって、排ガス洗浄の効果を向上させることができる。一方で排ガス粒子フィルタ１４のブロックが回避され、他方ではＳＣＲ触媒１５でのＳＣＲ排ガス洗浄のための還元剤の効果的な変換が保証され得る。

このために最適化された条件を有するバイパスにおいて、ガス状製品に液状の還元剤を完全に分解させ、かつそれに引き続いてＳＣＲ触媒に戻すことによって、重油駆動と関連したＳＣＲ触媒での堆積物形成のリスクを下げる。それは、硫黄を含む燃料でのＳＣＲ触媒のための最低動作温度が下がり得、かつＳＣＲ駆動のための温度ウィンドウをより大きくできるということを意味する。

１０ 内燃機関
１１ 排ガスターボチャージャー
１２ タービン
１３ コンプレッサ
１４ 粒子フィルタ
１５ ＳＣＲ触媒
１６ 還元剤調量装置
１７ 加水分解触媒
１８ 排ガスバイパス管
１９ 調節装置
２０ 排ガスバイパス管
２１ 調節装置
２２ 過給空気バイパス管
２３ 調節装置
２４ 排ガスターボチャージャー
２５ タービン
２６ コンプレッサ

Claims (7)

1. 少なくとも１つの排ガスターボチャージャー（１１、２４）を介する少なくとも一段の排ガスターボ過給と、
   粒子フィルタ（１４）とＳＣＲ触媒（１５）とを介する排ガス洗浄と、
   還元剤調量装置（１６）と共に排ガスバイパス管（１８）に配置されている加水分解触媒（１７）と、を有する内燃機関であって、前記排ガスバイパス管（１８）を通る排ガス流は、調節装置（１９）を介して調節可能である内燃機関において、
   前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）とが配置されている前記排ガスバイパス管（１８）は、少なくとも前記粒子フィルタ（１４）を取り囲んでガイドされており、その結果前記排ガスバイパス管（１８）を介して排ガスは、少なくとも、前記粒子フィルタ（１４）を迂回して前記ＳＣＲ触媒（１５）の方向に誘導可能であることを特徴とする内燃機関。
2. 前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）とが配置されている前記排ガスバイパス管（１８）が、前記粒子フィルタ（１４）も排ガスターボチャージャーのタービン（１２）も取り囲んでガイドされており、その結果前記排ガスバイパス管（１８）を介して排ガスは、それぞれの排ガスターボチャージャーの前記タービン（１２）と前記粒子フィルタ（１４）とを迂回して前記ＳＣＲ触媒（１５）の方向に誘導可能であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. さらなる排ガスバイパス管（２０）であって、該排ガスバイパス管（２０）を介して排ガスが、一方では前記粒子フィルタ（１４）を迂回して、他方では前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）とを迂回して、前記ＳＣＲ触媒の方向に誘導可能であり、前記さらなる排ガスバイパス管を通る排ガス流は、さらなる調節装置（２１）を介して調節可能である排ガスバイパス管（２０）を特徴とする請求項１あるいは２に記載の内燃機関。
4. 過給空気バイパス管（２２）であって、過給空気が、それぞれの排ガスターボチャージャーのコンプレッサ（１３）から出て前記過給空気バイパス管（２２）を介して、前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）とが配置されている前記排ガスバイパス管（１８）に、すなわち前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）との上流に導入可能であり、前記過給空気バイパス管（２２）を通る過給空気流は、調節装置（２３）を介して調節可能である過給空気バイパス管（２２）を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 多段排ガスターボ過給であって、前記粒子フィルタ（１４）と前記ＳＣＲ触媒（１５）とは、２つの排ガスターボチャージャー（１１、２４）の２つのタービン（１２、２５）との間に、すなわち高圧タービンと低圧タービンとの間に設置されている多段排ガスターボ過給を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記還元剤調量装置（１６）と前記加水分解触媒（１７）とが配置されている前記排ガスバイパス管（１８）は、前記粒子フィルタ（１４）と、該粒子フィルタの上流に配置されている前記高圧タービン（１２）とを取り囲んでガイドされていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記内燃機関は重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。

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