JP6991820B2 - 排出ガス後処理システムおよび内燃機関 - Google Patents

排出ガス後処理システムおよび内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
JP6991820B2
JP6991820B2 JP2017194914A JP2017194914A JP6991820B2 JP 6991820 B2 JP6991820 B2 JP 6991820B2 JP 2017194914 A JP2017194914 A JP 2017194914A JP 2017194914 A JP2017194914 A JP 2017194914A JP 6991820 B2 JP6991820 B2 JP 6991820B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
supply line
gas supply
aftertreatment system
downstream end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017194914A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018059508A (ja
Inventor
アンドレアス・デリング
Original Assignee
アンドレアス・デーリング
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アンドレアス・デーリング filed Critical アンドレアス・デーリング
Publication of JP2018059508A publication Critical patent/JP2018059508A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6991820B2 publication Critical patent/JP6991820B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807Metal other than sintered metal
    • F01N3/281Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2821Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates the support being provided with means to enhance the mixing process inside the converter, e.g. sheets, plates or foils with protrusions or projections to create turbulence
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2062Ammonia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2067Urea
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • B01D2258/012Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • B01D2258/018Natural gas engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/14By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of excessive pressure, e.g. using a safety valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/20Dimensional characteristics of tubes, e.g. length, diameter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/22Inlet and outlet tubes being positioned on the same side of the apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1406Exhaust gas pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

本発明は、特に気体燃料により運転される内燃機関の排出ガス後処理システムに関する。本発明はさらに、そのような排出ガス後処理システムを備えた内燃機関に関する。
例えば発電所に採用される固定内燃機関における燃焼行程の際に、および例えば船舶に採用される非固定内燃機関における燃焼行程の際に、窒素酸化物が生じ、これらの窒素酸化物は、一般的に硫黄を含有した化石燃料の燃焼の際に生じる。この理由のために、そのような内燃機関には排出ガス後処理システムが割り当てられており、このシステムは内燃機関から出る排出ガスの浄化、特に脱窒に寄与している。
排出ガス内の窒素酸化物を減少させるために、所謂SCR触媒コンバータが、従来技術から既知の排出ガス後処理システムにおいて一次的に使用されている。SCR触媒コンバータにおいては、窒素酸化物の選択的な触媒による還元が実行され、窒素酸化物の還元のために、アンモニア(NH3)が還元剤として必要とされる。アンモニア(NH3)または例えば尿素のようなアンモニア前駆物質が、この目的のためにSCR触媒コンバータの液体形式で排出ガスに導入され、アンモニアまたはアンモニア前駆物質は、SCR触媒コンバータの上流において排出ガスと混合される。この目的のために、アンモニアまたはアンモニア前駆物質の導入部とSCR触媒コンバータとの間の混合セクションが、慣例により設けられている。
特に、内燃機関が例えばガスエンジンのような気体燃料により運転される内燃機関である場合、爆発性混合物が排出ガス後処理システムに通じた、特にSCR触媒コンバータに通じた排出ガス供給ライン内に形成され得る。特に、そのような爆発性混合物が爆発した場合、最大圧力のピークが触媒コンバータの領域内に生じ、その結果として、触媒コンバータおよび触媒コンバータを受容した反応チャンバは、制御不能の様式において破壊され得る。この理由のために、排出ガス後処理システムのアセンブリは、排出ガス後処理システムが排出ガス管内における爆発の際に生じる圧力のピークを安全に緩和することが可能である様式に、寸法決定されている。このことは、主要材料の支出、大容量または重量増大、ひいては高コストに帰結する。
特に爆発が排出ガス管内において生じた場合に、特に上昇した荷重に触媒コンバータを暴露することを回避するために、この際に生じた圧力のピークが、制御された様式において緩和されることが可能なように、特に気体燃焼により運転される内燃機関のための排出ガス後処理システムを設計する必要がある。
ここから出発して、本発明は、新しいタイプの排出ガス後処理システムを創出する目的に基づいている。この目的は、請求項1による排出ガス後処理システムを通じて解決されている。本発明によれば、排出ガス偏向デバイスが排出ガス供給ラインの下流端部に割り当てられ、排出ガス供給ラインは、下流端部とともに反応チャンバ内に開口しており、排出ガス偏向デバイスは、排出ガス供給ラインの下流端部を通じて反応チャンバ内に流れる排出ガスを、少なくとも一度約180°、または少なくとも一度180°だけ偏向させ、排出ガス偏向デバイスは除荷デバイスを具備し、排出ガス圧力が過度に高くなった場合、排出ガスを触媒コンバータを通り越して導くために、除荷デバイスが開く。
特に、排出ガス偏向デバイスの下流の排出ガス供給ラインの領域において、排出ガスの排出ガス圧力が、例えば排出ガス管内の爆発の結果として上昇した場合、排出ガスを触媒コンバータを通り越して導くために、除荷デバイスが開かれる。この場合、除荷デバイスは、排出ガスを偏向させる排出ガス偏向デバイスの一部であり、排出ガス供給ラインの下流端部から出た排出ガスを、少なくとも一度約180°、選択的に少なくとも一度180°だけ偏向させる。このために、爆発の際に生じた圧力ピークが触媒コンバータの領域に進入し、触媒コンバータに損傷を与えることを回避することが可能である。
本発明のさらなる有利な発展によれば、除荷デバイスは自動開放除荷デバイスとして、特に排出ガスが過度に高圧になった場合に破壊する破裂デバイスとして設計されている。排出ガス偏向デバイスの除荷デバイスのこの実施形態は、設計において特別に簡素であり、したがって好適である。
さらなる有利な発展によれば、排出ガス偏向ラインは、排出ガス供給ラインの長手軸にほぼ直交してまたは直交して、したがって排出ガス供給ラインを通じた排出ガスの流れにほぼ直交してまたは直交して、排出ガス供給ラインの下流端部に対して所定の距離を有するように広がっており、好適に除荷デバイスは管状の流れ制御要素に隣接しており、流れ制御要素は、除荷デバイスを起点として、排出ガス供給ラインの下流端部の方向に延び、少なくともセクションにおいて排出ガス供給ラインの下流端部の外側を取り囲んでいる。これにより、少なくとも一度180°または少なくとも一度約180°だけ特に有利に排出ガスを偏向させることは、閉じた除荷デバイスと共に可能である。特に、排出ガス圧力が過度に高くなって、除荷デバイスが開いた場合、排出ガスは触媒コンバータを通り過ぎて流れ、排出ガス偏向デバイスにより偏向されない。
さらに有利なさらなる発展によれば、排出ガス供給ラインは流れ断面積を有し、排出ガス供給ラインと排出ガス偏向デバイスとの間には、オーバーフロー断面積が形成され、この断面積は、下流端部の領域における排出ガス供給ラインの直径と、排出ガス供給ラインの下流端部と排出ガス偏向デバイスの除荷デバイスとの間の距離と、に依存している。排出ガス偏向デバイスは第2流れ断面積を形成し、オーバーフロー断面積は第1流れ断面積よりも大きく、且つ/または第2流れ断面積はオーバーフロー断面積よりも大きい。この構成は、排出ガス圧力を、排出ガス供給ラインを起点として反応チャンバの方向に所定の規則において調節するために、特に好適である。
排出ガス供給ラインの下流端部と、排出ガス偏向デバイスの除荷デバイスと、の間の距離は選択的に0.1×U/π~0.8×U/πの間であり、Uは下流端部における排出ガス供給ラインの周長である。この距離は、排出ガス偏向デバイスの領域において排出ガスを少なくとも一度180°だけ特に有利に偏向させることを可能にするために好適である。
本発明による内燃機関は、請求項13に規定されている。
本発明のさらなる好適な発展は、従属請求項および以下の記載から得られる。本発明の例示的実施形態は、これを制限することなく図を用いてより詳細に説明されている。
第1排出ガス後処理システムの詳細を示した図である。 第2排出ガス後処理システムの詳細を示した図である。 第3排出ガス後処理システムの詳細を示した図である。
本発明は内燃機関、例えば天然ガスのような、特に気体燃料により運転される内燃機関の排出ガス後処理システムに関する。そのような内燃機関は、例えば船舶のガスエンジンとすることが可能である。
図1は、排出ガス後処理システム1から抜粋した、触媒コンバータ2を受容した反応チャンバ3の領域を示している。触媒コンバータ2は、例えばSCR触媒コンバータとすることが可能である。
排出ガス供給ライン4は反応チャンバ3へと続いており、その補助により排出ガスは反応チャンバ2の方向に、ひいては触媒コンバータ2の方向に導かれることが可能である。排出ガス放出ライン5は、触媒コンバータ2を通じて誘導された、反応チャンバ3からの排出ガスの放出に寄与しており、反応チャンバ3から離れる方向に通じている。
図1によれば、排出ガス供給ライン4は、下流端部6と共に反応チャンバ3内に開口している。排出ガス供給ライン4の下流端部6には、排出ガス偏向デバイス7が割り当てられ、このデバイスは、排出ガス供給ライン4の下流端部6を通じて反応チャンバ内に流れる排出ガスを、触媒コンバータ2の上流において少なくとも一度、または少なくとも一度約180°だけ、もしくは少なくとも一度180°だけ、偏向させており、すなわち図1においては複数回、特に二度偏向させている。約180度は、180°±10°を意味している。
排出ガス偏向デバイス7は、除荷デバイス8および除荷デバイス8に隣接した流れ制御要素9を具備し、流れ制御要素は除荷デバイス8を起点として、排出ガス供給ライン4の下流端部6の方向に延びており、少なくともセクションにおいて、排出ガス供給ライン4の下流端部の外側を取り囲んでいる。
特に、排出ガス偏向デバイス7の除荷デバイス8が閉じている場合、排出ガス偏向デバイスは図1の流れ制御要素9と相互作用して、排出ガス供給ライン4の下流端部6から進入した排出ガスの流れ方向を、排出ガスが触媒コンバータ2を通じて流れる前に、初期的に180°だけ偏向させて、それに続いてさらに排出ガスの流れ方向を再度選択的に180°だけ変更させ、且つその後触媒コンバータ2および反応チャンバ3から、排出ガス放出ライン5を通じて排出される。除荷デバイス8を閉じた場合の排出ガス流れは、実線により示された矢印10により可視化されている。
特に排出ガス管内で爆発し、これにより排出ガスの圧力が過度に高くなった結果、特に排出ガス供給ライン4の領域内の排出ガス圧力が、排出ガス偏向デバイス7を通じて偏向された排出ガスの上流において上昇した場合、除荷デバイス8は、触媒コンバータ2を通り越して排出ガスを導くために開く。図1には、除荷デバイス8を開いた場合の排出ガス流れが破線により示された矢印11により視覚化されている。したがって、除荷デバイス8を開くことにより、排出ガスは排出ガス供給ライン4の下流端部6から出るように流れ、且つ排出ガス放出ライン5の領域内にバイパス12を通じて偏向されることなく流れる。図1においては、バイパス12は触媒コンバータ2の範囲の中央において、または排出ガス供給ライン4の軸方向に触媒コンバータを突き抜けている。
排出ガス偏向デバイス7の除荷デバイス8は、排出ガスを偏向する領域に配置され且つ閉鎖状態において偏向に関与し、特に排出ガス圧力が過大になった場合に、破裂デバイスまたは破裂ディスクの形式の除荷デバイスを選択的に自動的に開放することが可能であり、自動的に破裂して、これにより触媒コンバータ2を通り越してバイパス12を通じて排出ガス流れを開放する。これとは対照的に、除荷デバイス8がアクチュエータにより操作される除荷デバイスであり、特に排出ガスの排出ガス圧力が過大になった場合に、特に測定により検出された排出ガス圧力に依存して、アクチュエータを通じて開放されるように設けられることも可能である。
さらに図1から明白であるように、排出ガス偏向デバイス7の除荷デバイス8は、排出ガス供給ライン4の下流端部6から所定の距離Xだけ離されている。排出ガス供給ライン4は特に管状要素であり、周長Uを有する円形断面である。
排出ガス供給ライン4の長手軸に直交して、すなわち排出ガス供給ライン4を通じた排出ガス流れに直交して、所定の距離だけ延びた除荷デバイス8と、排出ガス供給ライン4の下流端部6と、の間の距離Xは、選択的に0.1×U/π~0.8×U/πの間の大きさとされている。
排出ガス供給ライン4は、その下流端部6の領域において流れ断面積Q1を有する。
排出ガス偏向デバイス7の流れ制御要素9は、少なくともセクションにおいて、排出ガス供給ライン4の下流端部6の外側を、図1では径方向外側を完全に取り囲んでおり、第3流れ断面積Q3を有する。この第3流れ断面積Q3は、排出ガス供給ライン4の下流端部6と、その外側に配置された排出ガス偏向デバイス7の流れ制御要素9と、の間の平均流れ断面積である。
さらに図1は、排出ガス供給ライン4の下流端部6と、排出ガス偏向デバイス7と、の間の第2オーバーフロー断面積Q2を示しており、これは、このラインの周長Uと、排出ガス供給ライン4の口部分と除荷デバイス8との間の距離Xと、に由来している。
バーフロー断面積Q2は、流れ断面積Q1に等しいかもしくはそれよりも大きく、且つ/または第2流れ断面積Q3は、オーバーフロー断面積Q2に等しいかもしくはそれよりも大きいことが規定されている。
特にオーバーフロー断面積Q2が第1流れ断面積Q1に等しいかもしくはそれよりも大きく、且つ第2流れ断面積Q3がオーバーフロー断面積Q2に等しいかもしくはそれよりも大きい、の両方の状態が特に満たされている。
結果的に、Q3≧Q2>Q1、Q3≧Q2≧Q1もしくはQ3>Q2≧Q1、または特に好適にQ3>Q2>Q1が適用される。
図2は、本発明による第2排出ガス後処理システム1からさらに概略的に抜粋した図であり、基礎的な構成に関しては、図1の排出ガス後処理システムに対応しており、したがって、同一のアセンブリに関しては同一の参照符号が使用されている。以下においては、図1の例示的実施形態とは異なった図2の例示的実施形態における詳細のみが議論されている。
図1の例示的実施形態においては、排出ガス偏向デバイス7の流れ制御要素9は、排出ガス供給ライン4の下流端部6を径方向外側において完全に取り囲んでいることが規定されている。これは図2の場合には異なっている。図2においては、排出ガス偏向デバイス7の流れ制御要素9は、外側のセクションにおいて排出ガス供給ライン4の下流端部6を単に取り囲んでおり、完全ではない。
図1の例示的実施形態と比較した図2の例示的実施形態のさらなる差異は、図2の例示的実施形態においては、除荷デバイス8の開放状態において、バイパス12を通じて排出ガスは触媒コンバータ2を通り越し、バイパス12は排出ガス放出ライン5内に開口しておらず、したがって排出ガスを排出ガス放出ライン5の領域内へと導かないが、図2においては、除荷デバイス8の開放状態においてバイパスを通じて導かれた排出ガスは、周囲環境に排出される。したがって、図2においては、バイパス12は周囲環境に開口している。図3においては、バイパスは反応チャンバ3に横方向に作用する。
本発明による排出ガス後処理システム1のさらなる例示的実施形態は、図3に示されている。不要な記載を回避するために、図1および図2と同一の参照符号が図3においても使用されている。また、図1および図2の例示的実施形態と異なった図3の例示的実施形態の詳細のみが議論されている。
図1および図2においては、排出ガス供給ライン4および排出ガス放出ライン5は、反応チャンバ3の対抗した側に作用している。これは図3の場合は異なっている。図3によれば、排出ガス供給ライン4および排出ガス放出ライン5は、反応チャンバ3の同じ側13に作用し、排出ガス供給ライン4は、触媒コンバータ2を通じて反応チャンバ3の反対側14の領域内へと延びており、その位置においてその下流端部6とともに反応チャンバ3内に開口している。反応チャンバ3のこの側14の壁の領域において、除荷デバイス8および流れ制御要素9を備えた排出ガス偏向デバイス7が、図3において形成されており、それは図1と同様に、排出ガス供給ライン4の下流端部6の外側を完全に取り囲んでいる。
図1においては、排出ガス偏向デバイス7の除荷デバイス8は、反応チャンバ3の側14の領域における反応チャンバ3の壁の一部であり、これにより、除荷デバイス8が開放されると、排出ガスは周囲環境に放出される。したがって、除荷デバイス8の開放により排出ガスが触媒コンバータ2を通り越して導かれるバイパス12は、図3においては形成されておらず、そこではバイパスはむしろ反応チャンバ3の開放された壁により直接設けられている。
図3においては、排出ガスは排出ガス偏向デバイス7により、すなわち閉じた除荷デバイス8および流れ制御要素9から180°だけ単に一度偏向されるのみである。
図3においては、バイパス15はバイパス15内に統合された遮断デバイス16を備え、遮断デバイス16の開放により触媒コンバータチャンバ3を通り越して排出ガスを導くために、バイパス15は排出ガス供給ライン4と排出ガス放出ライン5との間に形成されている。特に、遮断デバイス16が閉じられた場合、すべての排出ガスは反応チャンバ3の方向に導かれる。それとは異なり、バイパス15の遮断デバイス16が開放された場合、排出ガスは反応チャンバ3を通り越して、したがって触媒コンバータ2を通り越して導かれる。
図3はさらに、排出ガス供給ラインに割り当てられ且つ触媒コンバータ2の上流の排出ガスに還元剤を導入することに寄与する導入デバイス17を示している。特に、触媒コンバータ2がSCR触媒コンバータである場合、排出ガス供給ライン4の領域内で導入デバイス17の補助と共に排出ガス内に導入される還元剤は、アンモニアまたは例えば尿素のようなアンモニア前駆物質であり、その物質はのちに排出ガス内で分解されてアンモニアを形成する。そのような還元剤は、SCR触媒コンバータの領域において効果的な排出ガスの浄化に必要とされる。除荷デバイス8が開放された場合、このことは例えば電気接点を通じて検出され、周囲環境へのアンモニアの非意図的な放出を回避するために、電子制御ユニットの補助により還元剤の供給が停止される。
結果的に、すべての例示的実施形態は共通点を備えており、それは、触媒コンバータ2の上流における排出ガス供給ライン4の下流端部6の領域に存在する排出ガスが、触媒コンバータ2を受容した反応チャンバ3に進入し、排出ガスは、排出ガス偏向デバイス7により選択的に180°だけ少なくとも一度鋭角に偏向される。この排出ガス偏向デバイス7は除荷デバイス8を具備し、特に排出ガスの排出ガス圧力が、例えば排出管内での排出ガスの爆発の結果として過度に高くなった場合、触媒コンバータ2を通り越して排出ガスを導くために、除荷デバイス8は開放される。選択的に、除荷デバイス8は、過度の圧力の結果として自動的に開放する破裂ディスクである。除荷デバイス8は排出ガスを偏向する領域内に配置され、排出ガス偏向デバイス7の一部であり、閉じた状態において、排出ガス偏向デバイス7による排出ガスの偏向に寄与する。
排出ガス供給ライン4の下流端部6と、いずれの場合にも排出ガス供給ライン4の長手方向に直交して、したがって排出ガス供給ライン4を通じた排出ガス流れに直交して延びた、排出ガス偏向デバイス7の除荷デバイス8と、の間には所定の距離Xが維持されており、この距離は選択的に0.1×U/π~0.8×U/πの間の大きさとされている。ここで、Uは下流端部6の領域における排出ガス供給ライン4の周長である。
さらに、流れ断面積Q1、Q2、およびQ3間の所定のサイズ関係または面積関係は好適に維持され、特に以下に当てはまる。
Q3≧Q2≧Q1
または好適に
Q3>Q2≧Q1もしくはQ3≧Q2>Q1
または特に好適に
Q3>Q2>Q1
である。ここで、Q1は、下流端部6の領域における排出ガス供給ライン4の第1流れ断面積であり、Q2は、排出ガス供給ライン4の下流端部6と排出ガス偏向デバイス7との間のオーバーフロー断面積であり、Q3は、排出ガス偏向デバイス7の流れ制御要素9と排出ガス供給ライン4の下流端部6との間の自由流れ断面積である。
1 ・・・排出ガス後処理システム
2 ・・・触媒コンバータ
3 ・・・反応チャンバ
4 ・・・排出ガス供給ライン
5 ・・・排出ガス放出ライン
6 ・・・端部
7 ・・・排出ガス偏向デバイス
8 ・・・除荷デバイス
9 ・・・流れ制御要素
10 ・・・排出ガス流れ
11 ・・・排出ガス流れ
12 ・・・バイパス
13 ・・・側
14 ・・・側
15 ・・・バイパス
16 ・・・遮断デバイス
17 ・・・導入デバイス

Claims (11)

  1. 内燃機関の排出ガス後処理システム(1)であって、
    反応チャンバ(3)内に配置された触媒コンバータ(2)を備え、
    前記反応チャンバ(3)に、したがって前記触媒コンバータ(2)に通じた排出ガス供給ライン(4)、および前記触媒コンバータ(2)から、したがって前記反応チャンバ(3)から離れていく排出ガス放出ライン(5)を備えた排出ガス後処理システム(1)において、
    排出ガス偏向デバイス(7)が前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)に割り当てられ、前記排出ガス供給ライン(4)は、前記下流端部(6)とともに前記反応チャンバ(3)内に開口しており、前記排出ガス偏向デバイス(7)は、前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)を通じて前記反応チャンバ(3)内に流れる前記排出ガスを、約180°、または180°偏向させ、
    前記排出ガス偏向デバイス(7)は除荷デバイス(8)を具備し、排出ガス圧力が過度に高くなった場合、前記排出ガスを前記触媒コンバータ(2)を通り越して導くために、前記除荷デバイスが開き、
    前記除荷デバイス(8)に隣接した排出ガス偏向デバイス(7)は流れ制御要素(9)を具備し、該流れ制御要素は、前記除荷デバイス(8)を起点として、前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)の方向に延びており、且つ少なくともセクションにおいて、前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部の外側を取り囲んでおり、前記流れ制御要素(9)は、少なくともセクションにおいて前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)の外側を取り囲んでおり、前記排出ガスは、前記流れ制御要素(9)により再度約180°、または180°さらに偏向され、続いて前記触媒コンバータ(2)進入することを特徴とする排出ガス後処理システム(1)。
  2. 前記除荷デバイス(8)は、特に流れの偏向の上流における前記排出ガス圧力が、制限値よりも大きくなった場合に開くことを特徴とする請求項1に記載の排出ガス後処理システム。
  3. 前記除荷デバイス(8)は、自動開放除荷デバイスとして設計されていることを特徴とする請求項1または2に記載の排出ガス後処理システム。
  4. 前記自動開放除荷デバイス(8)は、過度に高い排出ガス圧力において破壊する破裂デバイスとして設計されていることを特徴とする請求項3に記載の排出ガス後処理システム。
  5. 前記除荷デバイス(8)は、アクチュエータを介して積極的に開放される除荷デバイスとして設計されていることを特徴とする請求項1または2に記載の排出ガス後処理システム。
  6. 前記排出ガス偏向デバイス(7)の除荷デバイス(8)は、前記排出ガス供給ライン(4)の長手軸にほぼ直交してまたは直交して、したがって前記排出ガス供給ライン(4)を通じた排出ガスの流れにほぼ直交してまたは直交して、前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)に対して所定の距離(X)を有するように広がっていることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の排出ガス後処理システム。
  7. 前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)と、前記排出ガス偏向デバイス(7)の除荷デバイス(8)と、の間の前記距離(X)は、0.1×U/π~0.8×U/πの間の大きさであり、Uは前記下流端部(6)における前記排出ガス供給ライン(4)の周長であることを特徴とする請求項6に記載の排出ガス後処理システム。
  8. 前記除荷デバイス(8)が開放された状態において、前記排出ガスは前記触媒コンバータ(2)を通り越してバイパス(12)内へと流れ、該バイパス(12)を通じて周囲環境へとまたは前記排出ガス放出ライン(5)へと、前記反応チャンバ(3)から離れるように流れることを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の排出ガス後処理システム。
  9. 前記除荷デバイス(8)は、前記反応チャンバ(3)の外壁の一部であることを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の排出ガス後処理システム。
  10. 前記排出ガス供給ライン(4)は第1流れ断面積(Q1)を有し、
    前記排出ガス供給ライン(4)と前記排出ガス偏向デバイス(7)との間には、第2オーバーフロー断面積(Q2)が形成され、該第2オーバーフロー断面積は、前記下流端部(6)の領域における前記排出ガス供給ライン(4)の直径から、および前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)と前記排出ガス偏向デバイス(7)の除荷デバイス(8)との間の距離から得られ、
    前記排出ガス偏向デバイス(7)は第3流れ断面積(Q3)を確定し、該第3流れ断面積は、前記排出ガス供給ライン(4)の下流端部(6)と、その外側に配置された前記排出ガス偏向デバイス(7)の流れ制御要素(9)との間の自由流れ断面積から得られ、
    前記オーバーフロー断面積(Q2)は、前記第1流れ断面積(Q1)よりも大きいかもしくはそれに等しく、且つ/または前記第3流れ断面積(Q3)は、前記第2オーバーフロー断面積(Q2)よりも大きいかもしくはそれに等しいことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の排出ガス後処理システム。
  11. 請求項1~10のいずれか一項に記載の排出ガス後処理システム(3)を備えた内燃機関(1)。
JP2017194914A 2016-10-06 2017-10-05 排出ガス後処理システムおよび内燃機関 Active JP6991820B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016118972.3 2016-10-06
DE102016118972.3A DE102016118972A1 (de) 2016-10-06 2016-10-06 Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018059508A JP2018059508A (ja) 2018-04-12
JP6991820B2 true JP6991820B2 (ja) 2022-01-13

Family

ID=61695356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017194914A Active JP6991820B2 (ja) 2016-10-06 2017-10-05 排出ガス後処理システムおよび内燃機関

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6991820B2 (ja)
KR (1) KR20180038374A (ja)
CN (1) CN107916975A (ja)
DE (1) DE102016118972A1 (ja)
FI (1) FI20175870A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019209303A1 (de) * 2019-06-26 2020-12-31 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073747A (ja) 1998-06-19 2000-03-07 Futaba Industrial Co Ltd 触媒システム
JP2013170533A (ja) 2012-02-22 2013-09-02 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関の排気浄化装置
WO2016098618A1 (ja) 2014-12-16 2016-06-23 フタバ産業株式会社 排気熱回収装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786896A (en) * 1972-08-21 1974-01-22 C Smith Muffler
JPS5345853B2 (ja) * 1973-09-13 1978-12-09
DE10128548A1 (de) * 2001-06-13 2002-09-26 Guenther Ebinger Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen
DE20318332U1 (de) * 2003-02-25 2004-02-12 Ebinger, Günther Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen
DE10329000A1 (de) * 2003-06-27 2005-01-27 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Abgasnachbehandlungsanlage mit einem Gegenstromgehäuse, sowie entsprechendes Verfahren zur Abgasnachbehandlung
DE102008038719A1 (de) * 2008-08-12 2010-02-18 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters
US8424296B2 (en) * 2010-06-11 2013-04-23 Dana Canada Corporation Annular heat exchanger

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073747A (ja) 1998-06-19 2000-03-07 Futaba Industrial Co Ltd 触媒システム
JP2013170533A (ja) 2012-02-22 2013-09-02 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関の排気浄化装置
WO2016098618A1 (ja) 2014-12-16 2016-06-23 フタバ産業株式会社 排気熱回収装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016118972A1 (de) 2018-04-12
KR20180038374A (ko) 2018-04-16
CN107916975A (zh) 2018-04-17
FI20175870A (fi) 2018-04-07
JP2018059508A (ja) 2018-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9664081B2 (en) Assembly and method for introducing a reducing agent into the exhaust pipe of an exhaust system of an internal combustion engine
JP5566134B2 (ja) 排気ガス昇温用燃焼器
CN107407183B (zh) 排气净化单元
US10612442B2 (en) Exhaust gas treatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle
CN109630248B (zh) 柴油机排放流体的混合
US11053826B2 (en) Exhaust gas system
CN108252771B (zh) 利用处理后的尾气进行保温的尾气后处理箱
AU2015307907A1 (en) Gas turbine engine system
JP6625075B2 (ja) 排気ガス浄化装置
JP2009156077A (ja) 内燃機関の排気ガス浄化装置
KR100932351B1 (ko) 내연 기관용 배기 가스 정화 장치
KR102017347B1 (ko) 선박의 엔진 배기관 구조
JP6991820B2 (ja) 排出ガス後処理システムおよび内燃機関
JP2008144644A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2017207056A (ja) 排ガス後処理システムを有する内燃機関
US11193414B2 (en) Exhaust system and mixer assembly unit for an exhaust system
JP2018105301A (ja) 排ガス後処理システムのための混合装置、排ガス後処理システム及び内燃機関
JP6802101B2 (ja) 排ガス後処理システム、内燃機関、および内燃機関を動作させるための方法
WO2015052970A1 (ja) ガス混合器
KR20170113337A (ko) 배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관
CN108374708B (zh) 用于处理车辆尾气的混合管
US6698193B2 (en) Exhaust gas cleaning system for an internal combustion engine, for a motor vehicle
JP2018021514A (ja) ミキサユニットおよび排気系
CN107642397B (zh) 用于废气后处理系统的混合装置、废气后处理系统和内燃机
KR20200070858A (ko) 차량용 요소수 혼합장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210208

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210510

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210810

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20210813

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6991820

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150