KR101951137B1 - 내연 기관 및 그 작동 방법 - Google Patents

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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

본 발명은, 가스 연소 시스템(11) 및 배기 가스 후처리 시스템(16)을 구비하는 내연 기관(10)을 작동하는 방법으로서, 가스 연소 시스템(11)을 떠나는 배기 가스(15)가 정화를 위해 배기 가스 후처리 시스템(16)의 적어도 하나의 CH4 산화 촉매 컨버터(18)를 통해 안내되며, 그리고 배기 가스(15) 내의 CH4/NO2 몰 비가, 적어도 하나의 CH4 산화 촉매 컨버터(18) 상류에서, 적어도 하나의 가스 연소 시스템 측 수단 및/또는 적어도 하나의 배기 가스 후처리 시스템 측 수단에 의해, 규정된 형태로 설정되는 것인, 내연 기관(10)을 작동하는 방법에 관한 것이다.

Description

내연 기관 및 그 작동 방법
본 발명은, 가스 연소 시스템 및 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 내연 기관을 작동하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 더불어, 가스 연소 시스템 및 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 내연 기관에 관한 것이다.
실무적으로, 예를 들어 천연 가스와 같은 기체 연료를 연소시키는 내연 기관들이 공지된다. 그러한 내연 기관들은 예를 들어, 왕복 피스톤 내연 기관들 또는, 가스 터빈들과 같은 터보 기계들일 수 있다. 따라서, 천연 가스를 연소시키며 그리고 이를 위해 가스 연소 시스템과 같은 가스 엔진을 포함하는 내연 기관들이, 예를 들어 선박 건조로부터 공지된다. 더불어, 그러한 내연 기관들은, 가스 연소 시스템을 떠나는 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 후처리 시스템을 포함한다. 천연 가스를 연소시키는 내연 기관들의 경우에, CH4(메탄)의 원하지 않은 배출이, 천연 가스의 불완전 연소 때문에 발생할 수 있다. 매탄은 강력한 온실 가스를 구성하기 때문에, 환경으로의 메탄의 배출은 가능한 한 낮게 유지되어야만 한다. 예를 들어 천연 가스를 연소시키는, 실무적으로 공지되는 내연 기관들의 경우에, 개별적인 배기 가스 후처리 시스템들이, CH4를 분해하기 위한 촉매 컨버터들을 포함한다. 실무에 따르면, 촉매적 활성 물질이 예를 들어 백금 및/또는 팔라듐과 같은 백금 금속 그룹의 금속을 특히 포함하는, 촉매 컨버터들이 채택되고, 백금 금속 그룹의 금속으로의 그러한 CH4 분해 촉매 컨버터의 충전량은 전형적으로, 촉매 컨버터 체적의 리터 당 7 그램의 귀금속에 달한다. 이는 높은 비용을 야기한다. 더불어, 연료를 통해 및/또는 엔진 오일을 통해 배기 가스 후처리 시스템에 진입할 수 있는 황 산화물들에 의해 그러한 촉매 컨버터들이 비활성화될 수 있기 때문에, 그러한 촉매 컨버터들의 작동 기간이 비교적 낮다.
기체 연료를 연소시키는, 실무적으로 공지되는 내연 기관들의 경우에, CH4 배출의 감소에 대한 가능성이 그에 따라 제한된다. 따라서, CH4 배출이 더 큰 정도까지 감소될 수 있는, 새로운 유형의 내연 기관에 대한 그리고 그러한 내연 기관을 작동하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
이로부터 시작하여, 본 발명은, 새로운 유형의, 가스 연소 시스템 및 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 내연 기관을 작동하는 방법 및 상응하는 내연기관을 생성하는 것에 대한 목적에 기초하게 된다.
이러한 목적은, 청구항 1에 따른 방법을 통해 해소된다. 본 발명에 따르면, 배기 가스는, 배기 가스 후처리 시스템의 CH4-산화 촉매 컨버터를 통해 안내되고, 배기 가스 내의 NO2 비율이, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터 상류에서, 가스 연소 시스템 측의 적어도 하나의 수단 및/또는 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 규정된 방식으로 조절된다. 상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터의 상류에서의 배기 가스 내의 NO2 비율의 조절에 의해, CH4의 분해가 개선될 수 있으며, 그 결과 내연 기관의 CH4 배출을 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 배기 가스 내의 NO2 비율은, CH4-산화 촉매 컨버터들 중의 적어도 하나의 상류에서의, 배기 가스 내의 총 질소 산화물 중의 CH4 비율이, 적어도 15%에, 바람직하게 적어도 30%에, 특히 바람직하게 적어도 50%에 달하도록 조절된다. 배기 가스 내의 총 질소 산화물 내의 그러한 NO2 비율은, 예를 들어 천연 가스와 같은 기체 연료를 연소시키는 내연 기관들에서의 CH4 배출의 효과적인 감소를 위해 특히 유리하다.
유리한 다른 개선예에 따르면, 배기 가스 내의 NO2 비율은, 상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터의 상류에 배열되는, 배기 가스 후처리 시스템의 적어도 하나의 NO-산화 촉매 컨버터를 통해 조절된다. 이에 의해, 배기 가스 내의 NO2 비율은, 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단에 의해 쉽게 조절될 수 있다.
추가적인 유리한 다른 개선예에 따르면, 배기 가스 내의 NO2 비율은, 가스 연소 시스템에 대한 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경함에 의해 조절된다. 이에 의해, 배기 가스 내의 NO2 비율은, 가스 연소 시스템 측의 수단을 통해 특히 유리하게 조절될 수 있다.
바람직하게, 내연 기관의 배기 가스는, 상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터의 하류에서 SCR-촉매 컨버터를 통해 안내되고, SCR-촉매 컨버터 하류에서 배기 가스 내에, NH3 또는 NH3 전구체 물질이 도입된다. CH4의 분해 및 그에 따른 CH4 배출의 감소에 뒤따라, NO2의 배출이 SCR-촉매 컨버터를 통해 낮춰질 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않는, 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은, 본 발명에 따른 제1 내연 기관의 개략적 도면이고;
도 2는, 본 발명에 따른 제2 내연 기관의 개략적 도면이며;
도 3은, 본 발명에 따른 제3 내연 기관의 개략적 도면이고;
도 4는, 본 발명에 따른 제4 내연 기관의 개략적 도면이며;
도 5는, 본 발명에 따른 제5 내연 기관의 개략적 도면이고;
도 6은, 본 발명에 따른 제6 내연 기관의 개략적 도면이며;
도 7은, 본 발명에 따른 제7 내연 기관의 개략적 도면이고;
도 8은, 본 발명에 따른 제8 내연 기관의 개략적 도면이며;
도 9는, 본 발명에 따른 제9 내연 기관의 개략적 도면이고;
도 10은, 본 발명에 따른 제10 내연 기관의 개략적 도면이다.
본 발명은, 가스 연소 시스템 및 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 내연 기관에, 그리고 그러한 내연 기관을 작동하는 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명은, 가스 연소 시스템으로서 실린더들(12)을 갖는 가스 엔진(11)을 포함하고, 실린더들(12)은 연료로서 특히 천연 가스를 그리고 기체 연료(14)에 부가하여 이를 연소시키기 위한 연소 공기(13)를 공급 받게 되는, 내연 기관들(10)의 예에 관해 이하에서 설명된다.
프로세서에서 생성되는 배기 가스(15)가, 가스 엔진(11)으로부터 방출되며 그리고 배기 가스 후처리 시스템(16)을 통해 안내된다.
본 발명은 바람직하게, 가스 연소 시스템으로서 왕복 피스톤 가스 엔진 또는 자동-사이클 가스 엔진을 활용하는 내연 기관과 함께 채용되지만, 본 발명은 또한 자체의 가스 연소 시스템(11)이 예를 들어 가스 터빈과 같은 터보 기계에 의해 제공되는 내연 기관과 함께 채용될 수 있다는 것이 여기에서 지적된다.
내연 기관(10)의 제1 예시적 실시예가 도 1에 도시되며, 도 1의 예시적 실시예에서, 배기 가스 후처리 시스템(16)은, CH4-산화 촉매 컨버터(18) 및 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류의 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 포함한다. 도 1의 내연 기관(10)의 가스 엔진(11)의 실린더들(12)을 떠나는 배기 가스(15)는, 초기에 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해 그리고 이어서 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 통해 안내되고, NO-산화 촉매 컨버터(17)의 도움으로, 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이, 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단을 통해 규정된 방식으로, 말하자면 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해 배기 가스(15)를 안내함에 의해, 조절된다. 이 때문에, 특히 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해, 배기 가스의 총 질소 산화물 중의 NO2 비율이, 적어도 15%에, 바람직하게 적어도 30%에, 특히 바람직하게 적어도 50%에 달하도록, CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류에서의 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이 조절될 때, 특히 효과적인 CH4 분해가, 이후에 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 내에서 일어날 수 있다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 배기 가스(15) 내의 총 질소 산화물 중의 NO2 비율은, 배기 가스 후처리 시스템 측의 그러한 수단에 대해 대안적으로 또는 부가적으로, 가스 엔진 측의 수단을 통해 또한 조절된다.
NO-산화 촉매 컨버터(17)는 바람직하게, 촉매적 활성 물질로서, 예를 들어 백금 및/또는 팔라듐과 같은 백금 금속 그룹의 귀금속을 활용하고, 이러한 귀금속으로의 NO-산화 촉매 컨버터(17)의 충전량은, 최대 촉매 컨버터 체적에 대해 2.85 g/l 에, 바람직하게 2.5 g/l 미만에, 특히 바람직하게 1.75 g/l 미만에 달한다.
NO-산화 촉매 컨버터(17) 내에서, 질소 산화물은 뒤따르는 방정식에 따라 이산화질소로 변환된다:
이에 뒤따라, CH4의 분해가, 뒤따르는 반응에 따라, CH4-산화 촉매 컨버터(18) 내에서 일어난다:
Figure 112017079716439-pct00002
내연 기관(10)의 작동 도중에, 총 질소 산화물에 대한 분해될 CH4의 비율은, CH4/NO2 비율이 2보다 작도록, 바람직하게 1.5보다 작도록, 더욱 더 바람직하게 1보다 작도록, 조절된다.
이미 설명된 바와 같이, NO-산화 촉매 컨버터(17)는 바람직하게, 촉매적 활성 물질로서, 백금과 같은 귀금속을, 특히 촉매 컨버터 체적(l)에 대해 0.5 그램(g)/리터 내지 2.85 g/l 사이의 비율로, 바람직하게 0.5 g/l 내지 2.5 g/l 사이의 비율로, 가장 바람직하게 0.5 g/l 내지 1.75 g/l 사이의 비율로, 함유한다.
위시 코트(washcoat) 재료로서, 그러한 NO-산화 촉매 컨버터(17)는 바람직하게, Al2O3 및/또는 TiO2를 함유한다.
CH4-산화 촉매 컨버터(18) 내에, 세륨 및/또는 코발트 및/또는 구리 및/또는 철이, 활성 성분으로서 채용되는 것이 바람직하다. 이들은 바람직하게, MOR, FER, PER, MFI(ZSME-5), LTL, LAU, CHI 또는 CHA 구조의, 제올라이트 모체(zeolite matrix) 내에 통합된다.
도 1의 내연 기관(10)의 다른 개선예가 도 2에 도시되고, 도 2의 내연 기관(10)은, 자체의 배기 가스 후처리 시스템(16)이, CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 하류에, NO2 배출의 감소를 위해 역할을 하는 SCR-촉매 컨버터(19)를 포함하는 점에서, 도 1의 내연 기관(10)과 상이하다. NH3(암모니아) 또는, 예를 들어 요소와 같은 NH3 전구체 물질이 그를 통해 SCR-촉매 컨버터(19)의 상류에서 배기 가스(15) 내로 도입될 수 있는, 장치(20)가, SCR-촉매 컨버터(19)의 상류에, 배치된다. SCR-촉매 컨버터(19) 내에서, 암모니아는, 질소 산화물을 환원시키기 위한 환원제로서 역할을 한다.
특히, 배기 가스 내에 예를 들어 요소와 같은 NH3 전구체 물질이 도입될 때, 요소는, 전형적으로 뒤따르는 반응식에 따라, 배기 가스 내에서 NH3로 변환된다:
Figure 112017079716439-pct00003
이상의 반응식에 따른 요소의 NH3로의 변환이 전형적으로 450℃ 크기 정도의 배기 가스 온도에서만 성공적으로 유효하기 때문에, 가수 분해 촉매 컨버터가, 요소와 같은 암모니아 전구체 물질의 NH3로의 변환을 지원하기 위해, SCR-촉매 컨버터(19) 상류에서 활용될 수 있다.
가수 분해 촉매 컨버터들에서, 요소의 NH3로의 변환은 전형적으로, 뒤따르는 반응식에 따라 일어난다:
Figure 112017079716439-pct00004
환원제로서 NH3를 사용하는 SCR-촉매 컨버터(19) 내에서의 질소 산화물의 변환은, 뒤따르는 반응식에 따라 일어난다:
Figure 112017079716439-pct00005
SCR-촉매 컨버터(19)로서, 활성 성분으로서 예를 들어 V2O5/WO3/TiO2 혼합 산화물들을 함유하는, V2O5-함유 SCR-촉매 컨버터(19)가 사용될 수 있다. SCR-촉매 컨버터들(19)에서의 전형적인 V2O5 비율은, 0.2%-3% 사이에 놓인다. 활성 성분으로서, SCR-촉매 컨버터들(19)은 또한 TiO2 및/또는 SiO2 및/또는 Al2O3 및/또는 제올라이트를 활용할 수 있다.
높은 배기 가스 온도에서, SCR 활성 성분으로서 V2O5의 사용이 위험한 것으로 입증되었다. 그 이유는 낮은 열적 안정성에 있다. 따라서, V2O5의 승화가 650℃ 초과의 배기 가스 온도에서 일어난다. 이러한 높은 온도 적용을 위해, 무-V2O5의, 전이 금속 함유의, 특히 철, 코발트 또는 구리 함유의 SCR-촉매 컨버터들(19)이 채용된다. 이와 관련하여, 제올라이트 내에서의 철 교환에 의해 이러한 전이 금속들을 통합하는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 제올라이트의 매우 큰 표면적 때문에, 활성 표면의 실질적인 확장 및 그에 따른 SCR 변환의 상당한 증가가 성공적으로 달성될 수 있다.
도 2의 내연 기관(10)의 다른 개선예가 도 3에 도시되고, 도 3의 내연 기관(10)은, 도 3의 내연 기관(10)의 배기 가스 후처리 시스템(16)이, 복수의 NO-산화 촉매 컨버터(17) 및 복수의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 포함하는 점에서, 도 2의 내연 기관(10)과 상이하다.
따라서, 제1 CH4-산화 촉매 컨버터(18)가 제1 NO-산화 촉매 컨버터(17) 하류에 존재하며 그리고 제2 NO-산화 촉매 컨버터(17)가 제1 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 하류에 존재하고, 더불어 제2 CH4-산화 촉매 컨버터(18)가 제2 NO-산화 촉매 컨버터(17)의 하류에 배열된다. 본 실시예를 통해, CH4-산화 촉매 컨버터(18)에서 환원되는 NO2는, NO2로 다시 산화되며 그리고 그에 따라 다시 하류에 연결되는 제2 CH4-산화 촉매 컨버터 상에서 이용 가능하다.
CH4의 그러한 복수 스테이지 산화에 의해, CH4 배출이 유리하게 추가로 낮춰질 수 있다. 여기서, 각 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류의 배기 가스(15) 내의 규정된 총 질소 산화물 중의 NO2 비율을 조절하기 위해, 각 CH4-산화 촉매 컨버터 상류의 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 활용하는 것이 유리하다.
NO-산화 촉매 컨버터들 및 CH4-산화 촉매 컨버터들의 교번 순서(alternating sequence)는, 별개의 촉매 컨버터 지지체들(catalytic converter carriers) 또는 공통 촉매 컨버터 지지체를 통해 실현될 수 있으며, 후자의 경우에 공통 촉매 컨버터 지지체는 구조적 유닛을 형성한다. 벌집형 촉매 컨버터들의 경우에, NO-산화 촉매 컨버터들 및 CH4-산화 촉매 컨버터들은, 덕트 둘레 위에서 교대로 배열될 수 있다.
도 1 내지 도 3의 예시적 실시예들은, 개별적인 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에서의 배기 가스(15) 내의 총 질소 산화물 중의 NO2 비율이 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단을 통해 규정된 방식으로 조절된다는 공통점을 갖는다.
대조적으로, 도 4는, CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류에서의 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이, 가스 연소 시스템 측의 수단에 의해, 말하자면 가스 엔진 측의 수단에 의해, 규정된 방식으로 조절되는, 말하자면 우선적으로 다시 배기 가스(15) 내의 총 질소 산화물 중의 NO2 비율이 적어도 15%에, 바람직하게 적어도 30%에, 특히 바람직하게 적어도 50%에 달하도록 하는 방식으로 조절되는, 내연 기관(10)의 예시적 실시예를 도시한다. 이를 위해, 우선적으로 가스 엔진(11)의 적어도 하나의 작동 파라미터가, 특히 람다 값(lambda value) 및/또는 점화 타이밍 및/또는 밸브 제어 시간 및/또는 엔진 압축 및/또는 엔진 연소 챔버 내의 배기 가스 비율이, 조정된다.
특히 람다 값이 감소될 때, 배기 가스 내의 NO2 비율이 일반적으로 올라간다. 더불어, 점화 타이밍을 진전된 타이밍(advanced timing)의 방향으로 이동시킴에 의해 및/또는 엔진 연소 챔버 내의 배기 가스 비율을 증가시킴에 의해, 배기 가스 내의 NO2 비율이 일반적으로 증가될 수 있다. 나아가, 실린더들(12)의 흡입 밸브들의 지연된 개방에 의해 그리고 실린더들(12)의 배기 밸브들의 지연된 폐쇄에 의해, 배기 가스 내의 NO2 비율을 증가시킬 수 있다. 엔진 압축을 증가시킴에 의해, 배기 가스 내의 NO2 비율은 일반적으로 감소된다.
가스 엔진 측의 수단을 통해 배기 가스(15) 내의 NO2 비율을 구체적으로 조정할 수 있도록 하기 위해, NO2 배기 가스 실제 값이, 센서(21)의 도움으로 배기 가스(15) 내에서 결정되고, 엔진 제어 장치(22)는, 이러한 NO2 배기 가스 실제 값을 NO2 배기 가스 설정점 값과 비교하며, 그리고, 이에 의존하여, NO2 배기 가스 실제 값이 NO2 배기 가스 설정점 값에 가까워지도록, 가스 엔진(11)의 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경한다. 엔진 제어 장치(22)는 이 경우에 우선적으로, 가스 엔진(11)의 적어도 하나의 작동 파라미터의 함수로서, 우선적으로 부하점(load point)에 의존하여, NO2 배기 가스 설정점 값을 결정한다.
도 4의 버전에 따르면, CH4 촉매 컨버터(18) 내의 CH4의 최적 변환을 그로 인해 가능하도록 하기 위한 규정된 방식으로, CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에서의 배기 가스(15) 내의 NO2 비율을 조절하기 위해, 내연 기관(10)의 가스 엔진(11)에 대한 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경하는 것이 그에 따라 제안된다.
배기 가스(15) 내의 NO2 비율의 변화가 그에 기초하여 이 경우에 규정된 방식으로 조절되어야 하는 것인, 가스 엔진(11)에 대한 작동 파라미터는, 설정점 값-실제 값 비교에 기초한 조정 제어 변수에 따른 조정의 관점에서 결정되고, 여기서 실제 값은 NO2 배기 가스 실제 값이며 그리고 설정점 값은 NO2 배기 가스 설정점 값이다. NO2 배기 가스 설정점 값은, 작동점에 의존하여, 특히 부하점에 의존하여, 엔진 제어 장치(22)에 의해 자동으로 결정되고, 제어 장치(22)는, NO2 실제 값을 NO2 설정점 값에 가깝게 하기 위해, 제어 변수로서 그리고 그에 따른 엔진에 대한 작동 파라미터로서, 우선적으로, 람다 값 및/또는 점화 타이밍 및/또는 밸브 제어 시간 및/또는 엔진 압축 및/또는 엔진 연소 챔버 내의 배기 가스 비율을 변화시킨다.
도 5는, CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 하류에, 말하자면 도 2 및 도 3의 예시적 실시예에 따라, 장치(20)를 통해 SCR-촉매 컨버터(19)의 상류에서 배기 가스 내로 도입되는 환원제를 사용하여, 동일한 질소 산화물 내에서 변환하도록 하기 위한, SCR-촉매 컨버터(19)가 배치되는, 도 4의 예시적 실시예의 다른 개선예를 도시한다. SCR-촉매 컨버터(19)에 대한 그리고 환원제에 대한 세부사항에 관해, 이상의 설명들이 참조된다.
도 5에 따른 내연 기관의 다른 개선예가 도 6에 도시되고, 도 6에서, 배기 가스(15) 내의 NO2 비율을 조절하기 위해 가스 엔진 측의 수단 및 또한 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단 양자 모두를 활용하는, 내연 기관(10)이 도시된다. 그에 따라, 도 6의 내연 기관에 의해, 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이, 도 5에 관련하여 설명된 바와 같이, 제1 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류의 배기 가스(15) 내에서 가스 엔진 측의 수단을 통해 조절되고, 제2 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류의 배기 가스(15) 내의 NO2 비율의 조절은, 2개의 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 사이에 배치되는 NO-산화 촉매 컨버터(17)의 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단의 도움으로 일어난다. NO-산화 촉매 컨버터(17)에 대한 세부사항에 대해, 도 1 내지 도 3의 예시적 실시예들에 관한 설명들이 참조된다.
본 발명에 따른 내연 기관들(10)에 대한 추가적인 예시적 실시예들이 도 7 내지 도 10에 의해 도시되고, 도 7 내지 도 10의 예시적 실시예들은, 가스 엔진(11)이, 말하자면 터빈(23) 및 압축기(24)를 갖는 배기 가스 터보 차저(25)가 할당되는, 배기 가스 과급 또는 터보 차저 가스 엔진(11)으로서 설계된다는 점에서, 도 1 내지 도 6의 예시적 실시예들과 상이하다.
배기 가스 터보 차저(25)의 터빈(23) 내에서, 가스 엔진(11)을 떠나는 배기 가스(15)는, 배기 가스 터보 차저(25)의 압축기(24)를 구동하기 위해 활용되는 에너지를 프로세스에서 추출하기 위해 팽창될 수 있으며, 압축기(24) 내에서, 실린더들(12)로 공급될 연소 공기(13)가 압축된다.
따라서, 도 7의 예시적 실시예는 실질적으로, 도 2의 예시적 실시예에 대응하고, NO-산화 촉매 컨버터(17) 상류의 배기 가스(15)가 배기 가스 터보 차저(25)의 터빈(23)을 통해 안내되는 차이점을 갖는다.
도 8의 예시적 실시예는 실질적으로, 도 3의 예시적 실시예에 대응하지만, 다시 가스 엔진(11)에 배기 가스 터보 차저(25)가 할당된다는 차이점을 갖는다. 제1 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에 배열되는 NO-산화 촉매 컨버터(17)는, 배기 가스 터보 차저(25)의 터빈의 상류에 배열되고, 따라서 가스 엔진(11)의 실린더들(12)을 떠나는 배기 가스(15)는, 초기에 제1 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해 그리고 바로 이어서 배기 가스 터보 차저(25)의 터빈(23)을 통해 안내된다.
도 9의 예시적 실시예는 실질적으로, 도 5의 예시적 실시예에 대응하지만, 다시 가스 엔진(11)에 배기 가스 터보 차저(25)가 할당된다는 차이점을 갖는다.
배기 가스의 NO2 비율이 도 9에서 가스 엔진 측의 개입을 통해 조절되는 것인, 배기 가스(15)는, 배기 가스가 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 통해 안내되기 이전에, 초기에 배기 가스 터보 차저(25)의 터빈(23)을 통해 안내된다.
도 10의 예시적 실시예는 실질적으로, 도 6의 예시적 실시예에 대응하지만, 다시 배기 가스 터보 차저(25)를 사용한다.
본 발명에 따른 내연 기관들 및 이상에 설명된 내연 기관을 작동하는 방법과 더불어, CH4 배출이, 우선적으로 천연 가스에 의해 작동되는 내연 기관들에서, 유리하게 감소될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터 상류에서의 배기 가스 내의 NO2 비율이, 최적의 CH4 분해를 그에 따라 보장하도록 하기 위해, 가스 엔진 측의 적어도 하나의 수단을 통해 및/또는 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단을 통해, 규정된 방식으로 조절된다.
10: 내연 기관 11: 가스 연소 시스템
12: 실린더 13: 연소 공기
14: 연료 15: 배기 가스
16: 배기 가스 후처리 시스템 17: NO-산화 촉매 컨버터
18: CH4-산화 촉매 컨버터 19: SCR-촉매 컨버터
20: 장치 21: 센서
22: 엔진 제어 장치 23: 터빈
24: 압축기 25: 배기 가스 터보 차저

Claims (15)

  1. 가스 연소 시스템(11) 및 배기 가스 후처리 시스템(16)을 포함하고, 가스 연소 시스템(11)을 떠나는 배기 가스(15)가 정화를 위해 배기 가스 후처리 시스템(16)을 통해 안내되는, 내연 기관(10)을 작동하는 방법으로서,
    배기 가스(15)는, 배기 가스 후처리 시스템(16)의 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 통해 안내되며, 그리고 배기 가스(15) 내의 CH4/NO2 몰 비가, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에서, 가스 연소 시스템 측의 수단에 의해, 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단에 의해, 또는 가스 연소 시스템 측의 수단 및 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단에 의해 2 이하로 조절되고,
    배기 가스(15) 내의 NO2 비율은, 상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에 배열되는, 배기 가스 후처리 시스템(16)의 적어도 하나의 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    배기 가스(15)는, 차례차례 배치되는 복수의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 통해 그리고 개별적인 CH4-산화 촉매 컨버터들(18) 상류의 적어도 하나의 NO-산화 촉매 컨버터(17)를 통해, 안내되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  3. 가스 연소 시스템(11) 및 배기 가스 후처리 시스템(16)을 포함하고, 가스 연소 시스템(11)을 떠나는 배기 가스(15)가 정화를 위해 배기 가스 후처리 시스템(16)을 통해 안내되는, 내연 기관(10)을 작동하는 방법으로서,
    배기 가스(15)는, 배기 가스 후처리 시스템(16)의 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 통해 안내되며, 그리고 배기 가스(15) 내의 CH4/NO2 몰 비가, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에서, 가스 연소 시스템 측의 수단에 의해, 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단에 의해, 또는 가스 연소 시스템 측의 수단 및 배기 가스 후처리 시스템 측의 수단에 의해 2 이하로 조절되고,
    배기 가스(15) 내의 NO2 비율은, 가스 연소 시스템(11)에 대한 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경함에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    가스 연소 시스템(11)에 대한 작동 파라미터로서, 람다 값, 점화 타이밍, 밸브 제어 시간, 엔진 압축, 및 엔진 연소 챔버 내의 배기 가스 비율 중 적어도 하나가, 변경되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    NO2 배기 가스 실제 값이 결정되는 것을 그리고 가스 연소 시스템(11)에 대한 적어도 하나의 작동 파라미터가, NO2 배기 가스 실제 값이 NO2 배기 가스 설정점 값에 가까워지는 방식으로 변경되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에서, 배기 가스(15) 내의 총 질소 산화물 중의 NO2 비율이 적어도 15%에 달하도록 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이 조절되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 하류의 배기 가스는, SCR-촉매 컨버터(19)를 통해 안내되고, SCR-촉매 컨버터(19) 상류의 배기 가스 내에, NH3 또는 NH3 전구체 물질이 도입되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  8. 가스 연소 시스템(11) 및 배기 가스 후처리 시스템(16)을 포함하는 내연 기관(10)으로서,
    배기 가스 후처리 시스템(16)은, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 포함하는 것을, 그리고 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이, 가스 연소 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 또는 가스 연소 시스템 측의 적어도 하나의 수단 및 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 규정된 방식으로 조절될 수 있고,
    상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터(18) 상류에, 배기 가스 후처리 시스템(16)의 NO-산화 촉매 컨버터(17)가 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  9. 제 8항에 있어서,
    배기 가스 후처리 시스템(16)은, 차례차례 연결되는 복수의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 포함하고, 개별적인 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 상류에, 적어도 하나의 NO-산화 촉매 컨버터(17)가 배열되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  10. 가스 연소 시스템(11) 및 배기 가스 후처리 시스템(16)을 포함하는 내연 기관(10)으로서,
    배기 가스 후처리 시스템(16)은, 적어도 하나의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)를 포함하는 것을, 그리고 배기 가스(15) 내의 NO2 비율이, 가스 연소 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 또는 가스 연소 시스템 측의 적어도 하나의 수단 및 배기 가스 후처리 시스템 측의 적어도 하나의 수단에 의해, 규정된 방식으로 조절될 수 있고,
    센서(21)가 가스 연소 시스템(11)의 하류 및 배기 가스 후처리 시스템(16)의 상류에서 NO2 배기 가스 실제 값을 결정하는 것을, 그리고 엔진 제어 장치(22)가, NO2 배기 가스 실제 값이 NO2 배기 가스 설정점 값에 가까워지는 방식으로, 가스 연소 시스템(11)에 대한 적어도 하나의 작동 파라미터를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  11. 제 10항에 있어서,
    엔진 제어 장치(22)는, 가스 연소 시스템(11)의 적어도 하나의 작동 파라미터의 함수로서, NO2 배기 가스 설정점 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 가스 터보 차저(25)를 갖는 가스 연소 시스템(11)에서, 적어도 하나의 NO-산화 촉매 컨버터(17)가, 배기 가스 터보 차저(25)의 터빈(23)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  13. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 또는 각각의 CH4-산화 촉매 컨버터(18)의 하류에, SCR-촉매 컨버터(19)가 배열되는 것을, 그리고 SCR-촉매 컨버터(19) 상류에, NH3 또는 NH3 전구체 물질을 배기 가스 내로 도입하는 장치(20)가 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  14. 삭제
  15. 삭제
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