JP6602353B2 - 排気ガス後処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための装置に関する。さらに本発明は、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関であって少なくとも１つの排気ガス後処理のためのかかる装置を持つ大型ディーゼル機関、及び大型ディーゼル機関における排気ガス後処理のための方法に関する。

触媒コンバータは大型ディーゼル機関及び特に大型２気筒ディーゼル機関（船舶及び発電所などで使用される）で、排気ガス放出を低減しさらに厳しい環境規制に適合させるためにますます使用されてきている。いわゆる選択的触媒還元（ＳＣＲ）は、主に窒素酸化物含有量を低減するために使用され、アンモニア又はアンモニア生成物を排気ガス中に混合して触媒活性を維持するものである。選択的触媒還元の方法による排気ガス後処理のための従来装置は次の欠点を有する。すなわち、標準部品がパイプ及びコネクションのために使用される場合かなりの空間が必要となる、ということである。従って大型ディーゼル機関のために必要な空間が増加し、顧客からは支持されないこととなる。一方で空間節約設計も可能であるが、この場合触媒コンバータの効果が低減するという恐れもある。大型ディーゼル機関は欧州特許出願公開第０４６８９１９Ａ１号明細書に開示され、触媒コンバータが排気マニホールド内に設けられている。触媒コンバータのこのような配置は比較的コンパクトであるが、しかしなお、排気マニホールドの直径が、触媒コンバータが設けられていない場合に比較してより大きい直径を有することとなり、かかるより大きな直径は、シリンダ及びターボチャージャとの間の空間に組み込むことを難しくしさらに余分な空間を必要となる、という問題がある。

欧州特許出願公開第０４６８９１９Ａ１号明細書

本発明の課題は、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理の装置及び方法を提供することである。さらに、かかる排気ガス後処理装置を有する大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関を提供することである。前記装置は、大型ディーゼル機関のシリンダの次に存在する空間内に挿入され得るものであり、かつそれによっては大型ディーゼル機関の全高さ又は全幅は、同じ構造タイプ及び排気ガス後処理を持たない構造サイズの大型ディーゼル機関と比較して増加することなく及び大型ディーゼル機関の設計を実質的に変更することもない。

前記課題は、本発明による装置、大型ディーゼル機関及び方法により達成され得る。

大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関の排気ガス後処理のための本発明による装置は、細長い排気マニホールドを含み、複数の入口がその長手方向に沿って分布されて前記大型ディーゼル機関の排気ガスを受け、及び細長い触媒コンバータ容器を含み、これは前記排気マニホールドに接続されており、そこに複数の触媒コンバータ要素が設けられ、さらに１以上の出口を含む。前記装置は次の特徴を有する。即ち、前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は実質的にお互いに平行に配置され、前記長手方向にそれぞれ伸びる少なくとも１つの隔壁によりお互いに区切られており、及び前記排気マニホールドは、前記隔壁に設けられる１以上のポートを介して前記触媒コンバータ容器に接続され、前記排気ガスを、操作中に前記触媒コンバータ要素を通ってそれぞれの出口へ導く。

前記排気マニホールドの内部空間は、有利には前記触媒コンバータ容器の内部空間から、その長手方向にそれぞれ伸びる１以上の隔壁により区切られている。

１つの有利な実施態様では、前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器はそれぞれパイプ形状及び／又は実質的に円筒状に形成される。さらなる有利な実施態様では、前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は、それぞれその長手方向に伸びる平坦部を持ち、前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器が前記それぞれの平坦部でお互いに隣接し、及び前記長手方向に伸びる前記１以上の隔壁がそれぞれがこの領域に設けられる。

前記の実施態様及びその変法とは別に、前記触媒コンバータ要素は、有利には、前記触媒コンバータ容器の長手方向に流通するように設けられる。

それぞれのバルブは有利には前記出口に設けられてそれぞれの出口と前記排気マニホールドと直接接続されて、前記触媒コンバータが、必要に応じて例えばポートが前記バルブの開口部で前記隔壁内に放出される場合にバイパスされ得る。１つの有利な実施態様の変法では、前記バルブはフラップバルブとして形成され、前記フラップバルブが設けられる領域に前記出口が前記触媒コンバータの長手方向側で形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸は有利には前記触媒コンバータ容器に長手方向に設けられ、及び／又は前記フラップバルブが設けられる領域に前記出口が前記触媒コンバータの端部面で形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸は有利には前記触媒コンバータ容器に長手方向を横切るように設けられる。

本装置のさらなる有利な実施態様では、それぞれのノズルは前記排気マニホールドの内部スタブ内に設けられ、還元剤及び／又はフィードを注入し、及び／又は前記周辺上に分布される１以上の開口部が前記排気マニホールドの入口スタブ内に設けられ還元剤を供給しかつそれを排気ガスと混合する。それぞれの入口スタブはさらに、前記出口側で拡張され及び／又は拡散装置が前記出口側でそれぞれの入口スタブに設けられ、それぞれの入口スタブが、操作中に還元剤のための吐出ポンプとして作用する。

さらなる有利な実施態様では、前記装置は少なくとも１つの混合パイプを含み、これはそれぞれのケース内で前記排気マニホールドからポートを通って前記触媒コンバータ容器内に伸び、及びそこに還元剤注入のための１以上のノズルがそれぞれ設けられる。

前記実施態様及びその変法とは別に、前記装置はさらに、外部反応装置又は蒸発装置をガス状アンモニアを生成するために有し、そこで前記反応装置又は蒸発装置は前記ノズルに接続され還元剤又はフィードを注入し、又は前記それぞれの入口スタブ内の周辺上に分布される１以上の開口部に接続されガス状アンモニアを還元剤として排気ガス内に混合する。

本発明はさらに、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関に関し、前記実施態様及びその変法による装置を含む。前記大型ディーゼル機関は有利にはさらに、１以上の排気ガスターボチャージャを含み、前記装置は、前記大型ディーゼル機関の出口バルブと前記排気ガスターボチャージャとの間に設けられる。

大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関の排気ガス後処理のための本発明による方法において、前記大型ディーゼル機関は操作中排気ガスを生成し、前記大型ディーゼル機関は、細長い排気マニホールドを含み、その長手方向に沿って分布される複数の入口を含み、及び細長い触媒コンバータ容器を含み、前記排気マニホールドに接続され、そこで複数の触媒コンバータ要素が設けられ、１以上の出口を有し、かつ前記排気ガスは前記入口を介して前記排気マニホールドにより受けられる。前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は通常１つのアセンブリに組み込まれている。前記方法では、前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は実質的にお互いに平行に配置され、前記長手方向にそれぞれ伸びる少なくとも１つの隔壁によりお互いから区切られ、前記排気ガスは、前記隔壁内に設けられる少なくとも１つにポートを介して、前記排気マニホールドから前記触媒コンバータ容器内に、及び前記触媒コンバータ要素を通って、前記それぞれの出口へ、導かれる。

本方法の１つの有利な実施態様では、還元剤は、前記出口バルブが開放の場合に前記排気ガス内へ混合されるか、又は還元剤は前記排気マニホールド内へ連続的に導入される。本方法のさらなる有利な実施態様では、還元剤は混合パイプ内で前記排気ガスマニホールドへ連続的に混合される。

本発明の装置及び方法は、設置型及び可動型の２気筒ディーゼル機関及び４気筒ディーゼル機関及び大型２気筒ディーゼル機関及び大型４気筒ディーゼル機関、特に大型４気筒ディーゼル機関であってシリンダボアが１６０ｍｍ又は２００ｍｍを超える直径のものであり、及び大型２気筒ディーゼル機関でありシリンダボアが２７０ｍｍ又は３００ｍｍを超える直径のものに、適する。

大型ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための装置及びかかる装置を有する大型ディーゼル機関のための本発明による装置及び方法は次の利点を有する。即ち、前記装置は既存の排気マニホールド（即ち、シリンダのインライン配置は、通常はシリンダに隣接され前記シリンダ間で通常はシリンダのＶまた配置を有する）の代わりに、前記大型ディーゼル機関の全高さ又は全幅を増加させることなく前記大型ディーゼル内に挿入され得る、ということである。ファンの再配置又はそれぞれの接続ラインの設置変更などの前記大型ディーゼル機関の僅かな修正は前記装置を挿入するためには必要である。さらなる利点は、ここで記載された装置及び方法は大型ディーゼル機関から最小サイズのディーゼル機関まであらゆるサイズのものに適切であるということである。

本発明の装置の記載された実施態様及びその変法は、前記触媒コンバータ要素を通る許容されるスルーフローを可能とし、それにより生じる前記スルーフロー抵抗を増加させ妨害効果を生じることなく適切な排気ガス後処理を保証する。

前記記載された実施態様及びその変法は、例示のためのものである。さらなる有利な実施態様は特許請求の範囲の請求項及び図面から理解され得る。さらに、記載され示される個々の実施態様及びその変法はまた、本発明の範囲内で新たな実施態様を形成するための１異常を組み合わせることができる。

本発明は以下の実施態様及び図面を参照してさらに詳細に説明される。

図１は、本発明により大型ディーゼル機関を示す。 図２は、本発明による装置の第１の実施態様である。 図２Ａは、図２の実施態様の断面図である。 図２Ｂは、図２の実施態様の他の断面図である。 図３は、本発明による第２の実施態様である。 図４は、本発明による装置に第３の実施態様である。 図５は、本発明による装置のさらなる実施態様であって追加の混合パイプを有するものである。 図５Ａは、図５の実施態様の断面図である。 図５Ｂは、図５の実施態様の他の断面図である。 図６Ａは、混合パイプの１つの変法実施態様である。 図６Ｂは、混合パイプの１つの変法実施態様である。 図６Ｃは、混合パイプの１つの変法実施態様である。 図７は、本発明による装置のさらなる実施態様であり、ガス状アンモニアのための還元剤導入部を含む。 図７Ａは、本発明による装置のさらなる実施態様であり、ガス状アンモニアのための還元剤導入部を含む。

図１は、本発明による大型ディーゼル機関１の１つの実施態様を示す。大型ディーゼル機関及び特に船舶及び発電所で使用されるような大型２気筒ディーゼル機関は、通常は１以上の次のコンポーネントを含む：クランクシャフトハウジング４内で回転可能に支持されるクランクシャフト、少なくとも１つのクロスヘッド及びシリンダライナ３内に可動に設けられる少なくとも１つのピストン２を含む。一般に、前記ピストン２は、それぞれのケース内でピストンロッド２ａを介して前記クロスヘッドへ接続され、それぞれのケース内で前記クロスヘッドは接続ロッドを介して前記クランクシャフトを駆動するために前記クランクシャフトと接続される。前記シリンダライナ３は通常は上向きにシリンダカバーより終端され、燃焼空間とも呼ばれるシリンダ空間が、前記ピストンおよび前記シリンダカバーの間に上昇する。

現代的な大型２気筒ディーゼル機関において、前記シリンダ空間の一方向掃気が設けられる。即ち前記掃気空気が前記シリンダ空間内に前記シリンダライナ３内の掃気スリット３ａを介して前記ピストンが前記掃気スリット３ａの下になると直ぐに流れる。前記掃気空気が前記シリンダ空間を通じて流れ、かつ燃焼の排気ガスを前記シリンダカバーの１以上の出口バルブ４及び１以上の排気パイプ６ａ及び入口スタブ７ａを通じて排気マニホールド７へ押し流す。

本発明による大型ディーゼル機関１は排気ガス後処理のための装置１０を含み、これは細長い排気マニホールド７を含み、これは複数の入口スタブ７ａを持ち、前記スタブ７ａはその長手方向に分布されて大型ディーゼルの排気ガスを受け、及び細長い触媒コンバータ容器８を含み、これは前記排気マニホールドに接続され、そこで複数の触媒コンバータ要素が設けられ、前記コンバータ容器８ａは１以上の出口８ａを含む。装置１０は次の特徴を持つ。すなわち、前記排気マニホールド７と前記触媒コンバータ容器８が実質的にお互いに平行に設けられ、かつお互いに少なくとも１つの前記長手方向にそれぞれ伸びる隔壁により区切られ；及び前記排気マニホールドが、前記隔壁内に設けられた１以上のポートを介して前記触媒コンバータと接続され、操作中排気ガスを前記触媒コンバータ要素を通って出口８ａへ誘導する。排気ガス後処理のための装置１０の１つの実施態様は図２に示される。

１つの有利な実施態様では、大型ディーゼル機関１はさらに１以上の排気ターボチャージャ１２を含み、装置１０が前記大型ディーゼル機関の出口バルブ４と前記排気ターボチャージャ１２との間に設けられる。前記触媒コンバータ容器８のそれぞれの出口８ａは便宜上前記それぞれのターボチャージャ１２に接続される。前記排気ガスが前記ターボチャージャ内で膨張した後、前記排気ガスは通常排気システムを介して開放空気中へ導かれる。

図２は、本発明による装置の１つの実施態様を示し、長手方向での断面を示し、図２Ａの及び図２Ｂは図２の実施態様の断面図である。大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための示される前記装置１０は、細長い排気マニホールド７を含み、これは複数の入口７．１ａ、７．１ａ’、７．１ａ’’、７．２ａ、７．２ａ’を有し、これらは大型ディーゼル機関の排気ガスを受けるために長手方向に沿って分布されており、細長い触媒コンバータ容器８を含み、これは排気マニホールド７に接続され、ここで複数の触媒コンバータ８１、８２が設けられかつ１以上の出口８ａが設けられる。前記装置１０は次の特徴を有する。即ち、前記排気マニホールド７及び触媒コンバータ容器８がお互いに実質的に平行に設けられ、前記長手方向にそれぞれ伸びる少なくとも１つの隔壁９によりお互いに区切られ；及び前記排気マニホールド７が１以上のポート９．１ａ、９．２ａを介して前記触媒コンバータ容器８に接続され、操作中に、前記ポートが前記隔壁内に設けられて前記触媒コンバータ８１、８２を通って排気ガスをそれぞれの出口へ導く。

前記排気マニホールド７の内部空間は有利には、前記触媒コンバータ容器８の内部空間から前記長手方向へ伸びるそれぞれの１以上の隔壁９により区切られている。

ウエストボルトで固定された固体プレート又は成形基材が、例えば前記排気マニホールド７の端部及び例えば前記触媒コンバータ容器８の端部に設けられ得る。前記触媒コンバータ要素８１、８２は有利には前記端部面から導入される。大型ディーゼル機関の構造サイズが大きくなるにつれて、前記中心に設けられる触媒コンバータ要素は前記排気ガスマニホールド８を通して導入されかつ置換され得る。

１つの有利な実施態様で、排気マイホールド７及び触媒コンバータ容器８はそれぞれパイプ形状及び／又は実質的に円筒形状で形成される。さらに有利な実施態様では、前記排気マニホールド７及び触媒コンバータ容器８はそれぞれ前記長手方向に伸びる平坦部を持ち、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータ容器は互いにそれぞれの平坦部の領域で隣接し、及び前記１以上の隔壁９がそれぞれ長手方向に伸び、この領域に設けられる。

前記実施態様及びその変法とは別に、触媒コンバータ８１、８２は有利にはそれらが前記触媒コンバータ容器８の長手方向に流通され得るように構成される。

それぞれのバルブ１１．１は有利には出口８ａの領域で前記排気マニホールド７を前記それぞれの出口８ａと直接接続し、例えばポート１１．１ａ、１１．２ａが前記バルブ１１．１の開口部での前記隔壁９内に放出される場合に前記触媒コンバータが必要ならばバイパスされ得る。１つの有利な実施態様の変法において、前記バルブ１１．１はフラップバルブとして形成され、前記フラップバルブが設けられる領域で前記それぞれの出口８ａが前記触媒コンバータ容器の長手方向で形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸は有利には前記触媒コンバータ容器８の長手方向側に設けられ、及び／又は前記フラップバルブが設けられる領域で前記それぞれの出口８ａが前記触媒コンバータ容器の端部面で形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸は有利には前記触媒コンバータ容器８の長手方向を横切るように設けられる。

必要な場合、追加のバルブが前記隔壁９の前記ポート９．１、９．２に設けられ、触媒コンバータ要素８１、８２を前記排気ガスフローから分離する。前記出口８ａの領域での前記追加のバルブ及び前記バルブ１１．１はそれぞれ両側でのフラップシーリング、特に両側でシーリングコーンを有するフラップとして形成され得るものであり、これは有利には弾性的に保持され、例えば齒付きラックを介して及びそれに接続された油圧シリンダを介して駆動され得るものである。複数のバルブ１１．１が存在する場合には、有利にはスルーゴーイング駆動ロッドを設けて一群のバルブ又は全てのバルブを共に駆動することができる。

本装置のさらに有利な実施態様では、それぞれのノズル１３．１、１３．２が還元剤及び／又はそれぞれのフィード注入のために前記排気マニホールド内に設けられ、及び／又は前記周辺上に設けられた１以上の開口部が、前記排気マニホールドの前記入口スタブ内に、還元剤を供給しかつそれを排気ガスと混合するために設けられ得る。それぞれの入口スタブはさらに、前記出口側で拡張され、及び／又は拡散装置が前記出口側でのそれぞれの入口スタブに設けられ、それぞれの入口スタブが操作中に前記還元剤のための吐出ポンプとして作用する。

排気ガス後処理のための図２に示される前記装置１０は、特に中程度の構造サイズの大型ディーゼル機関に適している。このサイズでは、前記排気ガスは通常は、前記触媒コンバータ容器の中心から１以上のターブチャージャへ供給される。この場合には、前記隔壁内のポート９．１、９．２は通常図２に示されるように、前記触媒コンバータ容器８の端部に設けられる。必要な場合には、前記記載の実施態様及びその変法とは別に、前記触媒コンバータ容器８は図２で示されるように２つの半分へ、半径方向へ設けられた隔壁により分割され得る。それぞれの半分は出口８ａを持ち、これは例えばそれぞれのターボチャージャへ接続され得る。

図３は本発明による装置１０の第２の実施態様を示し、長手方向での断面図である。図３の実施態様は、特に小型の構造サイズに適している。大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理装置について示される装置１０は、細長い排気マニホールド７を含み、これは複数の入口７ａ、７ａ’を持ち、これらはその長手方向に沿って分布され、大型ディーゼル機関の排気ガスを受け、及び細長い触媒コンバータ容器８を有し、これは前記排気マニホールド８に接続され、ここで複数の触媒コンバータ要素８１、８２が設けられ１以上の出口８ａを含む。前記装置１０は次の特徴を有する。すなわち、前記マニホールド７及び前記触媒コンバータ容器８はお互いに実質的に平行に配置され、長手方向に伸びる少なくとも１つの隔壁９によりお互いに区切られており、及び前記排気マニホールド７が、前記触媒コンバータ容器８と１以上のポート９ａを介して接続され、前記ポートが前記隔壁９内に設けられ、前記排気ガスを、前記触媒コンバータ要素８を通して操作中にそれぞれの出口へ導く。

それぞれのバルブ１１は有利には、前記出口８ａの領域に設けられ、前記排気間マニホールド７をそれぞれの出口８ａと直接接続しそれにより前記触媒コンバータが必要な場合には、例えばポートが前記バルブ１１の前記開口部上で前記隔壁９内で放出される場合には、バイパスされ得る。他の実施態様では、前記バルブ１１はフラップバルブとして形成され、前記フラップバルブが設けられる領域でそれぞれの出口８ａが図３に示されるように前記触媒コンバータ容器の端部面で形成される場合には、前記フラップバルブの回転軸は有利には前記触媒コンバータ容器８の長手方向を横切る方向に設けられる。

図３で示される実施態様のさらなる実施態様およびその変法に関しては、図２で示される第１の実施態様の前記説明が参照される。

図４は本発明による装置の第３の実施態様を示し、長手方向の断面図である。図４で示される実施態様は、特により大型の構造サイズ、例えば１０以上のシリンダを有する大型のディーゼル機関に適している。大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための示される装置１０は、図４に示されるように細長い排気マニホールドを含み、２つの半分７．１、７．２で構成され得るものであり、複数の入口７．１ａ、７．１ａ’、７．２ａ、７．２ａ’を前記排気マニホールドの長手方向に沿って分配され、前記大型ディーゼル機関の排気ガスを受け、及び少なくとも１つの細長い触媒コンバータ容器８．１、８．２を含み、これは前記排気ガスマイホールド７．１、７．２に接続され、ここに複数の触媒コンバータ要素８１、８２が設けられ、１以上の出口を含む。より大型の構造サイズでは、触媒コンバータ容器は便宜上図４に示されるように、２又は場合により２以上に分割され得る。前記装置１０は次の特徴を有する。即ち、前記排気マニホールド７．１、７．２及び触媒コンバータ容器８．１、８．２はお互いに実質的に平行に設けられ、前記長手方向にそれぞれ伸びた少なくとも１つの隔壁でお互いに区切られており、前記排気マニホールド７．１、７．２が前記触媒コンバータ８．１、８．２と１以上のポート９．１ａ、９．１ａ’を介して接続され、操作中において前記ポートは前記隔壁内に設けられ、前記排気ガスを触媒コンバータ要素を通って前記それぞれの出口へ導く。

図４で示される実施態様のさらなる実施態様およびその変法に関しては、図２で示される第１の実施態様の前記説明が参照される。

図５は、本発明よる装置のさらなる実施態様を示し、追加の混合パイプを含むものであり、図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ図５の実施態様の断面図を示す。示される実施態様では、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための前記装置１０は、細長いマニホールド７を有し、これは複数の入口７．１ａ、７．１ａ’、７．２ａ’’を含み、これらは前記大型ディーゼル機関の排気ガスを受けるためにその長手方向に沿って分布され、細長い触媒コンバータ容器８を含み、これは前記排気マニホールド７に接続され、ここで複数の触媒コンバータ要素８１、８２が設けられ及び１以上の出口８ａを含む。前記装置１０は次の特徴を有する。即ち、前記排気マニホールド７及び前記触媒コンバータ容器８が実質的にお互いに平行に配置され、その長手方向に伸びる少なくとも１つの隔壁９によりお互いから区切られ、前記排気マニホールド７が前記触媒コンバータ容器８に１以上のポートを介して接続され、前記ポートは前記隔壁９内に設けられ、操作中に前記触媒コンバータ要素８１、８２を通って前記それぞれの出口へ導かれる。

図５で示される実施態様において、前記装置１０はさらに、少なくとも１つの混合パイプ１４．１、１４．２を含み、これは前記排気マニホールド７からそれぞれのケース内でポートを通して前記触媒コンバータ容器８内に伸び、及び１以上のノズル１３．１、１３．１’、１３．２’が還元剤注入のために設けられる。前記混合及び振動挙動は、好ましくは前記混合パイプ壁内の追加の穿孔により達成され得る。より有利なことは、前記混合パイプ１４．１、１４．２が、前記排気マニホールド内の配置による熱排気ガスにより外部から作用され、それにより温度が上昇して堆積物生成を低減させることができる。さらに、混合パイプの追加加熱が、例えば電気加熱又は熱排気ガスにより設けられ得る。前記熱排気ガスは、前排気ガス分離又は適当なピトーチューブを通して得られる。

図５で示される実施態様のさらなる実施態様およびその変法に関しては、図２〜４で示される第２及び第３の実施態様の前記説明が参照される。

図６Ａ〜Ｃは、混合パイプの３つの異なる実施態様の変法を有する排気ガス後処理のための装置１０を示す。図６Ａに示される排気ガス後処理のための装置１０は、混合パイプ１４を含み、その形状は、前記混合パイプ内へ入る前記排気ガスの渦から圧力を回収することが可能となる。図６Ｂは、混合パイプを含む排気ガス後処置のための装置１０を示し、前記パイプは前記触媒コンバータ容器８内でらせん状に形成され、還元剤を注入するためのノズル１３を有し、前記らせん形状混合パイプの入口に設けられている。排気ガス後処置のための装置１０は、しかしながらまた図６Ｃに示されるように、混合パイプ１４’を含み、これは前記排気マニホールド７及び触媒コンバータ容器８で外部的に形成される。

図７は本発明による装置１０のさらなる実施態様を示し、ガス状アンモニアのための反応剤導入部を含む。図７に示される実施態様において、大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための装置１０が、細長いマニホールド７を含み、これは複数の入口７ａを有しその長手方向に知って分配され、前記大型ディーゼル機関の排気ガスを受け、細長い触媒コンバータ容器８を含み、これは前記排気マニホールド８に接続され、ここで複数の触媒コンバータ要素が設けられかつ１以上の出口を持ち、及び図２〜５に関連して記載された実施態様とは、前記装置１０がさらにガス状アンモニアの生成のための外部反応装置又は蒸発装置１６を含むことが異なり、ここで前記反応装置又は蒸発装置が、還元剤を注入するためのノズル及び／又はフィード１３又は開口部に接続され、前記開口部は前記周辺上に分布され、及びそれぞれが前記排気マニホールド７の前記入口スタブ７ａ内に設けられ、ガス状アンモニアを還元剤として前記排気ガスと混合し、及び１つの有利な実施態様において前記それぞれの入口スタブ７ａは前記出口側で拡張され、及び／又は拡散装置１５ａが前記出口側のそれぞれの入口スタブで形成され、前記入口スタブが、操作中に前記還元剤のための注入ポンプ１５として作用する（図７Ａ）。前記ガス状アンモニアは、前記入口スタブ内の代わりに、図７で示されていないが選択的に混合パイプ内に供給され得る。

排気ガス後処理のための装置１０の可能な実施態様及び実施態様の変法については、図２〜５で示された実施態様の前記説明が参照される。

１つの有利な実施態様では、尿素溶液又はその他のアンモニアを生成する物質が、フィード１６ａを介して前記反応装置１６内へ注入され、かつ排気ガスはさらに前記反応装置へインライン１６ｂを介して供給され、例えば前記排気マニホールドから取り出され得る。ガス状アンモニアは前記熱排気ガスの効果の下で反応装置１６内で生じる。前記蒸発装置又は反応装置１６は、例えば、前記使用される物質へ腐食抵抗性の高品質材料から形成され得る。大型ディーゼル機関を始動するために、追加加熱が、例えば前記反応装置内に提供され得る。かつ前記排気ガスを移動するためのファン１６ｃが前記排気ガスのためのインライン１６ｂ内に設けられ得る。通常の操作では、排気ガス及びガス状アンモニアの移動及び混合が有利には排出ポンプの手段により生じ、前記排出ポンプはそれぞれの入口スタブ７ａで形成される。かかる排出ポンプ１５の実施態様は図７Ａで示される。示される実施態様では、前記還元剤はフィード１３を介して供給され、これは例えばリング形状で作られる。拡散装置１５ａは、前記出口側のそれぞれの入口スタブに形成され、前記入口スタブが、操作中に前記還元剤のための吐出ポンプ１５として作用する。

ガス状アンモニアを生成するための外部反応装置又は蒸発装置１６を含む図７で示される反応剤導入、ガス状アンモニアの移動が排出ポンプ１５の手段により生じる実施態様の変法はまた、別の発明として考えられる。その発明は、大型ディーゼル機関での排気ガス後処理のための残りの装置の設計とは別である。外部反応装置又は蒸発装置でのガス状アンモニアの生成は、尿素溶液の腐食効果及び前記排気ガスフロー内へ尿素を通常の注入に伴う堆積物などの特定の不利益を避ける。

本発明による方法は、以下詳細に図１〜６を参照して説明される。大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための本発明の方法において、前記大型ディーゼル機関１は操作中に排気ガスを生成し、前記大型ディーゼル機関が、細長い排気マニホールド７、７．１、７．２を含む装置１０を含み、前記長手方向に沿って分布される複数の入口７ａ、７ａ’、７．１ａ、７．１ａ’、７．１ａ’’、７．２ａ、７．２ａ’、７．２ａ’’を含み、細長い触媒コンバータ容器８、８．１、８．２を含み、これは前記排気マニホールドに接続され、複数の触媒コンバータ要素８１、８２が設けられ、かつ１以上の出口８ａを有し、及び前記排気ガスが前記排気マニホールド７、７．１、７．２から前記入口を介して受けられる。前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は通常１つのアセンブリに組み込まれる。前記方法において、排気マニホールド７、７．１、７．２及び触媒コンバータ容器８、８．１、８．２はお互いに実質的に平行に設けられ、及び長手方向に伸びる少なくとも１つの隔壁９によりお互いに区切られ、前記排気ガスは、前記隔壁９内に設けられる１以上のポート９ａ、９．１ａ、９．１ａ’、９．２ａを介して、前記排気マニホールド７、７．１、７．２から前記触媒コンバータ容器８、８．１、８．２内へ及び前記触媒コンバータ要素８１、８２を通ってそれぞれの出口８ａへ、導き出される。

本方法の有利な実施態様において、前記出口バルブ６が開かれた際に還元剤が前記排気ガスに混合されるか、又は前記還元剤は連続的に前記排気マニホールド７、７．１、７．２内へ導入される。前記方法のさらなる有利な実施態様で、還元剤が連続的に前記排気ガス内へ混合パイプ１４、１４’１４．１、１４．２内へ混合される。大型ディーゼル機関、特に大型２気筒ディーゼル機関の排気ガス後処理のための本発明による装置及び方法の記載された実施態様及びその変法において、前記排気マニホールド及び同じく触媒コンバータは、場合により、前記還元剤の調製及び／又は例えば前記触媒コンバータをバイパスするための可能なバルブは、有利には１つのアセンブリ内に組み込まれることができる。前記アセンブリは通常、大型ディーゼル機関の既存の排気マニホールドに類似する外観であり、かつ既存の排気マニホールドの代わりに設置され得る。前記排気マニホールド及び触媒コンバータ容器は有利には、それぞれパイプ系からなり、前記パイプ系は例えば、実質的に環状断面を持ち、お互いに平行に隣接配置され、お互いに例えば溶接される。２つのパイプが隣接する点で、平坦化部分が通常はそれぞれ設けられ、これが、前記パイプ系の内部断面及び圧力強度を過度に低減させることなく前記装置の外部寸法を低減するために寄与する。この構成が、僅かの短いラインを有する前記装置の設計を可能とする。

Claims (14)

1. ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための装置であり、前記装置は、細長い排気マニホールドを含み、前記排気マニホールドが複数の入口を含み、前記入口は前記ディーゼル機関の排気ガスを受けるための前記細長い排気マニホールドの長手方向に沿って分配され、及び細長い触媒コンバータ容器を含み、これは前記排気マニホールドに接続され、前記触媒コンバータ容器に複数の触媒コンバータ要素が設けられ、及び１以上の出口を有し、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータ容器がお互いに平行に配置され、及び前記長手方向にそれぞれ伸びる少なくとも１つの隔壁によりお互いから区切られており；及び前記排気マニホールドは前記触媒コンバータ容器に、前記隔壁に設けられる１以上のポートを介して接続され、作動中に前記排気ガスをそれぞれの出口へ前記触媒コンバータ要素を通じて導き、それぞれの入口及び／又は周辺に配置された１以上の開口部が、前記排気マニホールドの入口スタブ内に、還元剤を供給し及びそれを前記排気ガス内に混合するために設けられ、及び前記それぞれの入口スタブは前記出口側で拡張され、及び／又は拡散装置が前記出口側のそれぞれの入口スタブで形成され、前記それぞれの入口スタブが作動中に前記還元剤の吐出ポンプとして作用し、排気ガスフローから前記触媒コンバータ要素を分離するように、追加のバルブが前記隔壁の１以上の前記ポートに設けられ、前記バルブを開けることにより、前記排気ガスがどの前記触媒コンバータ要素に入ることなく前記出口に直接案内される、装置。
2. 請求項１に記載の装置であり、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータ容器がそれぞれのケース内でパイプ形状及び／又は円筒形状である、装置。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の装置であり、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータ容器が、それぞれの平坦部の領域でお互いに隣接し、及び隔壁がこの領域に設けられる、装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置であり、前記排気ガスが、前記触媒コンバータ容器の前記長手方向を通じて流通可能な、装置。
5. 請求項３に記載の装置であり、前記１以上の出口に対応する各バルブが前記出口の前記領域で前記排気マニホールドを直接前記１以上の出口に接続するために設けられる、装置。
6. 請求項５に記載の装置であり、前記バルブがフラップバルブとして形成され、及び前記それぞれの出口が前記フラップバルブが設けられる領域に前記触媒コンバータ容器の長手辺に形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸が、前記触媒コンバータ容器の前記長手方向に沿って設けられ、又は前記それぞれの出口が前記フラップバルブが設けられる領域に前記触媒コンバータ容器の端部面に形成される場合には、前記フラップバルブの回転の軸が、前記触媒コンバータ容器の前記長手方向に横切るように設けられる、装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載される装置であり、還元剤を注入するためのそれぞれのノズルは、前記排気マニホールドの入口スタブに設けられる、装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置であり、少なくとも１つの混合パイプを含み、前記混合パイプが、それぞれ前記排気マニホールドからポートを通って前記触媒コンバータ容器内へ伸び、及び還元剤を注入するための１以上のノズルがそれぞれ、前記混合パイプ内に設けられる、
   装置。
9. 請求項７又は８に記載の装置であり、さらにガス状アンモニアを生成するための外部反応装置又は蒸発装置を含み、還元剤注入のために前記ノズルへ接続され、又は還元剤として前記排気ガスへ気体状アンモニアを混合するために前記入口、又は前記それぞれの入口スタブ内の周辺上に分布される１以上の開口部へ接続される、装置。
10. ディーゼル機関であり、請求項１乃至９のいずれか１項に記載される装置を含む、ディーゼル機関。
11. 請求項１０に記載のディーゼル機関であり、さらに１以上の排気ガスターボチャージャを含み、前記装置が、前記ディーゼル機関の出口バルブと前記排気ガスターボチャージャとの間に設けられる、ディーゼル機関。
12. ディーゼル機関のための排気ガス後処理のための方法であり、細長い排気マニホールドを含む装置を含み、長手方向に沿って分布される複数の入口を含み、細長い触媒コンバータ容器を含み、これは前記排気マニホールドに接続され、前記触媒コンバータ容器に複数の触媒コンバータ要素が設けられ、１以上の出口を含み、前記ディーゼル機関が作動中に排気ガスを生成し、前記排気ガスが前記排気マニホールドにより前記入口を介して受けられ、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータ容器が１つのアセンブリに組み込まれ、前記排気マニホールドと前記触媒コンバータ容器とがお互いに平行に配置され、前記長手方向へそれぞれ伸びる少なくとも１つの隔壁によりお互いに区切られ；及び前記排気ガスが、前記隔壁内に設けられる１以上のポートを介して前記触媒コンバータ容器内へ、及び前記触媒コンバータ要素を通って前記それぞれの出口へ導かれ、排気ガスフローから前記触媒コンバータ要素を分離するように、追加のバルブが前記隔壁の１以上の前記ポートに設けられる、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であり、出口バルブが開かれると還元剤が、連続的に前記排気マニホールド内へ導入されて前記排気ガスに混合され、前記排気ガスが前記触媒コンバータ容器を通過し、又は前記出口バルブが閉じられると還元剤が、連続的に前記排気マニホールド内へ導入される、方法。
14. 請求項１２又は１３に記載の方法であり、それぞれ前記排気マニホールドから前記ポートを通って前記触媒コンバータ容器内へ伸びる少なくとも１つの混合パイプであって、還元剤を注入するための１以上のノズルがそれぞれ、前記混合パイプ内に設けられる少なくとも１つの混合パイプ内の前記排気ガスへ、還元剤が連続的に供給される、方法。