KR102299818B1 - Exhaust gas after-treatment system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 내연 기관의 배기가스 후처리 시스템(3), 즉 SCR 배기가스 후처리 시스템은, 반응실(10)에 수용된 SCR 촉매 컨버터(9)를 구비하고, 반응실(10)로 그리고 이에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기가스 공급 라인(8)을 구비하며, 반응실(10)로부터 그리고 이에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 이어져 나오는 배기가스 배출 라인(11)을 구비하고, 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 배기가스에 유입하기 위해 배기가스 공급 라인(8)에 배속되어 있는 유입 장치(16)를 구비하며, 반응실(10) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측에서 배기가스와 환원제를 혼합하기 위해 유입 장치(16)의 하류측에 배기가스 공급 라인(18)에 의해 마련되는 혼합 섹션(18)을 구비하는 배기가스 후처리 시스템으로서, 반응실(10) 내에, SCR 촉매 컨버터(9)를 퍼징하는 역할을 하는 적어도 하나의 블로우-다운 장치(24)가 배치되어 있는 것이다.The exhaust gas aftertreatment system 3 of an internal combustion engine according to the invention, ie the SCR exhaust gas aftertreatment system, has an SCR catalytic converter 9 housed in a reaction chamber 10 , to and from the reaction chamber 10 . thus having an exhaust gas supply line 8 leading to the SCR catalytic converter 9 , and an exhaust gas exhaust line 11 leading from the reaction chamber 10 and thus from the SCR catalytic converter 9 , reducing agent , in particular having an inlet device 16 attached to the exhaust gas supply line 8 for introducing ammonia or ammonia precursor material into the exhaust gas, in the reaction chamber 10 or upstream of the SCR catalytic converter 9 . An exhaust gas aftertreatment system having a mixing section (18) provided by an exhaust gas supply line (18) downstream of an inlet device (16) for mixing exhaust gas and a reducing agent, in a reaction chamber (10), At least one blow-down device ( 24 ) serving to purge the SCR catalytic converter ( 9 ) is arranged.
Description
본 발명은 내연기관의 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 배기가스 후처리 시스템을 갖는 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine. The invention also relates to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system.
예컨대 발전소에서 채용되는 고정식 내연기관에서의 연소 프로세스에 있어서, 그리고 예컨대 선박에서 채용되는 비고정식 내연기관에서의 연소 프로세스 있어서, 질소 산화물이 형성되는데, 이들 질소 산화물은 통상적으로 매탄(煤炭), 석탄, 원유, 중유, 또는 경유 등과 같은 황을 함유하는 화석 연료의 연소 중에 형성된다. 이러한 이유로, 상기한 내연기관에는, 내연기관을 빠져나오는 배기가스를 정화하는, 특히 탈질하는 역할을 하는 배기가스 후처리 시스템이 배속되어 있다.In combustion processes in, for example, stationary internal combustion engines employed in power plants, and in combustion processes in non-stationary internal combustion engines employed, for example in ships, nitrogen oxides are formed, which are usually methane, coal, It is formed during the combustion of fossil fuels containing sulfur, such as crude oil, heavy oil, or light oil. For this reason, the above-described internal combustion engine is assigned with an exhaust gas aftertreatment system serving to purify, in particular, denitrate, exhaust gas exiting the internal combustion engine.
배기가스 내의 질소 산화물을 환원시키기 위해, 소위 SCR 촉매 컨버터가 주로 실무를 통해 알려진 배기가스 후처리 시스템에 채용된다. SCR 촉매 컨버터에서는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원이 일어나는데, 이 경우 질소 산화물의 환원을 위해 암모니아(NH3)가 환원제로서 요구된다. 이러한 용도로, 암모니아, 또는 예컨대 요소 등과 같은 암모니아 전구체 물질은, SCR 촉매 컨버터의 상류측의 배기가스에 액체 형태로 유입되는데, 이 경우 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은 SCR 촉매 컨버터의 상류측의 배기가스와 혼합된다. 이를 목적으로, 실무에 따라, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질의 유입부와 SCR 촉매 컨버터 사이에, 혼합 섹션이 마련된다.In order to reduce nitrogen oxides in exhaust gases, so-called SCR catalytic converters are mainly employed in exhaust gas aftertreatment systems known in practice. In the SCR catalytic converter, selective catalytic reduction of nitrogen oxides occurs, in which case ammonia (NH 3 ) is required as a reducing agent for the reduction of nitrogen oxides. For this purpose, ammonia or an ammonia precursor material, such as urea, for example, is introduced in liquid form into the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter, in which case the ammonia or ammonia precursor material is mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter. are mixed For this purpose, according to practice, between the inlet of ammonia or ammonia precursor material and the SCR catalytic converter, a mixing section is provided.
실무를 통해 알려진 배기가스 후처리 시스템을 이용하여, 배기가스 후처리, 특히 질소 산화물 환원이 이미 성공적으로 이루어질 수 있지만, 배기가스 후처리 시스템을 더 개선할 필요가 있다. 특히, 소형 디자인의 상기 배기가스 후처리 시스템을 이용하여 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 할 필요가 있다.Although exhaust gas aftertreatment, in particular nitrogen oxide reduction, can already be successfully achieved using exhaust gas aftertreatment systems known from practice, there is a need for further improvement of exhaust gas aftertreatment systems. In particular, there is a need to enable efficient exhaust gas after-treatment by using the exhaust gas after-treatment system of a compact design.
이러한 점으로부터 시작하여, 본 발명의 과제는 신규한 타입의 내연기관의 배기가스 후처리 시스템과, 이러한 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관의 창출에 기초하고 있다.Starting from this point, the subject of the present invention is based on the creation of a novel type of exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine and an internal combustion engine having such an exhaust gas aftertreatment system.
이러한 과제는 청구항 1에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, SCR 촉매 컨버터를 퍼징하는 역할을 하는 적어도 하나의 블로우-다운(blow-down) 장치가 반응실 내에 배치되어 있다. 이에 따라, 그을음 입자가 SCR 촉매 컨버터에 퇴적된 결과로서 SCR 촉매 컨버터가 막히게 되는 것을 방지할 수 있다. 소형 디자인의 상기 배기가스 후처리 시스템을 이용한 매우 효율적인 배기가스 후처리가 보장될 수 있다.This problem is solved by an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine according to
본 발명의 유익한 다른 개선예에 따르면, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치는 흐름 방향에 대해 횡방향으로 연장되는 SCR 촉매 컨버터의 표면 상에, 구체적으로 흐름 방향에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 수직하게 연장되는 SCR 촉매 컨버터의 허니컴체의 상류측 표면 상에, 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름을 유발하는 방식으로 배향되어 있다. 이에 따라, 그을음 입자가 SCR 촉매 컨버터에 퇴적된 결과로서 SCR 촉매 컨버터가 막히게 되는 것을, 매우 효과적으로 방지할 수 있다. 소형 디자인의 상기 배기가스 후처리 시스템을 이용하여 효율적인 배기가스 정화가 보장될 수 있다.According to another advantageous development of the invention, the or each blow-down device is arranged on a surface of the SCR catalytic converter extending transversely to the flow direction, in particular transverse to the flow direction, preferably perpendicular to the flow direction. On the upstream surface of the honeycomb body of the SCR catalytic converter, which extends to the top, it is oriented in such a way as to induce a vortex flow or vortex flow. Thereby, it is possible to very effectively prevent the SCR catalytic converter from becoming clogged as a result of soot particles being deposited on the SCR catalytic converter. Efficient exhaust gas purification can be ensured by using the exhaust gas aftertreatment system of a compact design.
본 발명의 유익한 다른 개선예에 따르면, 반응실은 단면이 원형인 벽을, 특히 원형 벽을 갖는다. 이는 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름의 형성에 바람직하다. 이로써, 소형의 디자인으로 매우 효율적인 배기가스 후처리가 가능하게 된다.According to another advantageous refinement of the invention, the reaction chamber has a wall of circular cross-section, in particular a circular wall. This is desirable for the formation of a vortex flow or a vortex flow. This enables very efficient exhaust gas aftertreatment with a compact design.
본 발명의 유익한 다른 개선예에 따르면, 각각의 블로우-다운 장치는 단면이 원형인 반응실의 벽에 인접하게 배치되어 있고, 블로우들은 상기 벽에서 나와서 반응실 안으로 들어가며, 즉 분출 원뿔이 적어도 하나의 다른 블로우-다운 장치의 분출 원뿔과 교차한다. 이는 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름의 형성에 그리고 그을음 입자의 전체-영역 퍼징에 바람직하다. 이로써, 소형의 디자인으로 매우 효율적인 배기가스 후처리가 가능하게 된다.According to another advantageous development of the invention, each blow-down device is arranged adjacent to a wall of a reaction chamber having a circular cross section, the blows coming out of said wall and entering the reaction chamber, ie the blow-down cone is at least one Intersects the ejection cones of other blow-down devices. This is desirable for the formation of vortex flows or vortex flows and for full-area purging of soot particles. This enables very efficient exhaust gas aftertreatment with a compact design.
더 유익한 다른 개선예에 따르면, 배기가스 공급 라인은 하류측 단부를 통해 SCR 촉매 컨버터를 수용하는 반응실 쪽으로 통하고 있고, 반응실 내에서 배기가스 공급 라인의 하류측 단부와 SCR 촉매 컨버터의 사이에, 배기가스 배압을 증가시키는 장치가 SCR 촉매 컨버터의 상류측에 배치되어 있다. SCR 촉매 컨버터의 상류측의 배기가스 배압을 증가시키는 장치의 도움으로, SCR 촉매 컨버터의 상류측의 배기가스 흐름이 저지되며, 그 결과로, 즉 둘레방향으로 그리고 또한 반경방향으로 보았을 때, SCR 촉매 컨버터에 배기가스 흐름이 고르게 공급되는 것이 달성될 수 있다. 이 때문에, 소형 디자인의 상기 배기가스 후처리 시스템을 이용하여 효율적인 배기가스 정화가 보장될 수 있다. 또한, 그을음 입자가 장치에 퇴적되어 배기가스 배압을 증가시킬 수 있으며, 이 경우에 그을음 입자는 더 이상 SCR 촉매 컨버터의 구역에 들어가서 SCR 촉매 컨버터를 막지 못한다. 이는 또한, 소형 디자인의 배기가스 후처리 시스템을 이용한 효율적인 배기가스 정화를 보장하는 역할을 한다.According to another further advantageous refinement, the exhaust gas supply line runs through the downstream end towards the reaction chamber receiving the SCR catalytic converter, in the reaction chamber between the downstream end of the exhaust gas supply line and the SCR catalytic converter. , a device for increasing the exhaust gas back pressure is disposed upstream of the SCR catalytic converter. With the aid of a device for increasing the exhaust gas back pressure on the upstream side of the SCR catalytic converter, the exhaust gas flow upstream of the SCR catalytic converter is inhibited, as a result, ie in a circumferential and also radial view, the SCR catalyst An even supply of exhaust gas flow to the converter can be achieved. For this reason, efficient exhaust gas purification can be ensured using the exhaust gas after-treatment system of a compact design. In addition, soot particles can deposit in the device and increase the exhaust gas backpressure, in which case the soot particles can no longer enter the zone of the SCR catalytic converter and clog the SCR catalytic converter. It also serves to ensure efficient exhaust gas purification using an exhaust gas aftertreatment system of a compact design.
상기 또는 각각의 블로우-다운 장치는 반응실 내에서 배기가스 배압을 증가시키는 장치와 SCR 촉매 컨버터의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치는 적어도 SCR 촉매 컨버터를 퍼징하는 역할을 하고, 바람직하게는 추가적으로 배기가스 배압을 증가시키는 장치를 퍼징하는 역할을 한다. 이러한 다른 개선예에 의하면, 소형의 디자인으로 매우 효율적인 배기가스 후처리가 가능하게 된다.Preferably, the or each blow-down device is disposed between the device for increasing the exhaust gas back pressure in the reaction chamber and the SCR catalytic converter. In this case, the or each blow-down device serves at least for purging the SCR catalytic converter and preferably for purging the device for increasing the exhaust gas backpressure. According to this further improvement, a very efficient exhaust gas aftertreatment is possible in a compact design.
본 발명에 따른 내연기관은 청구항 11에 규정되어 있다.An internal combustion engine according to the invention is defined in
본 발명의 더 바람직한 개선예는, 종속 청구항과 이하의 상세한 설명을 통해 확보된다. 도면을 통해 본 발명의 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 이 도면에 제한되는 것은 아니다. 도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템을 갖는 내연기관의 개략적인 사시도이고;
도 2는 도 1의 배기가스 후처리 시스템의 상세도이며;
도 3은 도 2의 상세도이고;
도 4는 도 3의 상세도의 단면도이다.Further preferred developments of the present invention are obtained from the dependent claims and the following detailed description. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but without being limited thereto. In the drawing,
1 is a schematic perspective view of an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system according to the present invention;
Fig. 2 is a detailed view of the exhaust gas aftertreatment system of Fig. 1;
Fig. 3 is a detailed view of Fig. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view of the detailed view of FIG. 3 .
본 발명은 내연기관, 예컨대 발전소에 있는 고정식 내연기관 또는 선박에 채용되는 비고정식 내연기관의, 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 배기가스 후처리 시스템은 중유로 작동되는 선박의 디젤 엔진에서 채용된다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, for example a stationary internal combustion engine in a power plant or a non-stationary internal combustion engine employed on a ship. In particular, exhaust gas aftertreatment systems are employed in diesel engines of ships operated on heavy oil.
도 1은 배기가스 과급 시스템(2) 및 배기가스 후처리 시스템(3)을 구비하는 내연기관(1)의 배치 구성을 보여준다. 내연기관(1)은 비고정식 또는 고정식 내연기관, 특히 선박의 비고정식 작동 내연기관일 수 있다. 내연기관(1)의 실린더를 빠져나가는 배기가스는, 내연기관(1)에 공급되는 과급 공기를 압축하기 위한 기계 에너지를 배기가스의 열에너지로부터 얻기 위해, 배기가스 과급 시스템(2)에서 이용된다. 따라서, 도 1은 복수 개의 배기가스 터보차저, 즉 고압측의 제1 배기가스 터보차저(4) 및 저압측의 제2 배기가스 터보차저(5)를 포함하는, 배기가스 과급 시스템(2)을 갖는 내연기관(1)을 보여준다. 내연기관(1)의 실린더를 빠져나가는 배기가스는, 초기에는 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)을 통과해 흐르고, 이 고압 터빈에서 팽창되며, 이 프로세스에서 얻어지는 에너지는, 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 압축기에서 과급 공기를 압축하기 위해 이용된다. 배기가스의 흐름 방향에서 보았을 때, 제2 배기가스 터보차저(5)는 제1 배기가스 터보차저(4)의 하류측에 배치되어 있어, 이미 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)을 통과한 배기가스는, 제2 배기가스 터보차저(5)를 경유하여, 즉 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)을 경유하여 안내된다. 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)에서, 배기가스는 더 팽창되고, 이 프로세스에서 얻어지는 에너지는, 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 압축기에서, 마찬가지로 내연기관(1)의 실린더에 공급되는 과급 공기를 압축하기 위해 이용된다.1 shows the arrangement of an
배기가스 터보차저(4, 5)를 포함하는 배기가스 과급 시스템(2) 이외에도, 내연기관(1)은 SCR 배기가스 후처리 시스템인 배기가스 후처리 시스템(3)을 포함한다. SCR 배기가스 후처리 시스템(3)은 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)과 저압 터빈(7) 사이에 연결되어 있고, 이에 따라 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)을 빠져나가는 배기가스는 초기에, 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)의 영역에 도달하기 전에, SCR 배기가스 후처리 시스템(3)을 경유하여 안내될 수 있다.In addition to the exhaust
도 1은 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)에서 나와서, 반응실(10)에 배치된 SCR 촉매 컨버터(9) 쪽으로 안내되는 배기가스가 경유하는 배기가스 공급 라인(8)을 보여준다. 또한, 도 1은 배기가스를 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7) 쪽으로 배출하는 역할을 하는 배기가스 배출 라인(11)을 보여준다. 저압 터빈(7)에서 나오는 배기가스가 라인(21)을 경유하여, 특히 실외로 흘러간다. 반응실(10)로 그리고 이에 따라 반응실(10) 내에 배치된 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기가스 공급 라인(8)과, 반응실(10)로부터 그리고 이에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 이어져 나오는 배기가스 배출 라인(11)은, 차단 요소(13)가 통합되어 있는 우회로(12)를 통해 연결된다. 차단 요소(13)가 폐쇄되어 있는 상태에서, 우회로(12)는 폐쇄되어 있고, 이에 따라 배기가스는 우회로를 경유하여 흐르지 못한다. 이와 대조적으로, 특히 차단 요소(13)가 개방되어 있는 경우에, 배기가스는 우회로(12)를 경유하여, 즉 반응실(10)을 지나서 그리고 이에 따라 반응실(10) 내에 배치된 SCR 촉매 컨버터(9)를 지나서 흐를 수 있다. 도 2는 우회로(12)가 차단 요소(13)를 통해 폐쇄되어 있는 상태에서, 배기가스 후처리 시스템(3)을 통과하는 배기가스의 흐름을 화살표 14로 보여주는 것으로서, 배기가스 공급 라인(8)이 하류측 단부(15)를 통해 반응실(10) 쪽으로 통하고 있고, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 구역에서 배기가스는 약 180°의 흐름 방향 전환을 하게 되며, 이 흐름 방향 전환 후에 배기가스는 SCR 촉매 컨버터(9)를 경유하여 안내된다는 것이, 도 2에 뚜렷이 드러나 있다.1 shows an exhaust
배기가스 후처리 시스템(3)의 배기가스 공급 라인(8)에는 유입 장치(16)가 배속되어 있는데, 이 유입 장치를 통해 환원제가, 특히 SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에서 배기가스의 질소 산화물을 소정의 방식으로 변환하기 위해 필요한 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이, 배기가스 흐름에 유입될 수 있다. 이러한 배기가스 후처리 시스템(3)의 유입 장치(16)는 바람직하게는, 배기가스 공급 라인(8) 내의 배기가스 흐름에 주입되는 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 경유하는 주입 노즐이다. 도 2는 배기가스 공급 라인(8)의 구역에서 환원제를 배기가스 흐름에 주입하는 것을 원뿔 17로 보여준다.The exhaust
배기가스의 흐름 방향에서 보았을 때, 유입 장치(16)의 하류측에 그리고 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측에 위치해 있는, 배기가스 후처리 시스템(3)의 섹션을 혼합 섹션이라고 기술한다. 구체적으로, 배기가스 공급 라인(8)은 유입 장치(16)의 하류측에 혼합 섹션(18)을 제공하고, 이 혼합 섹션에서 배기가스는 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측의 환원제와 혼합될 수 있다.The section of the exhaust
배기가스 공급 라인(8)은 하류측 단부(15)를 통해 반응실(10) 쪽으로 통하고 있다. 이러한 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에는, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대해 변위 가능한 배플 요소(20)가 배속되어 있다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 배플 요소(20)는, 반응실(10) 쪽으로 통하고 있는 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대해 선형으로 변위 가능하다. 하류측 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단하거나, 또는 하류측 단부(15)에서 배기가스 공급 라인을 개방하기 위해, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대해 변위 가능하다. 구체적으로, 배플 요소(20)가 하류측 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단하는 경우에는, 이후에 배기가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 반응실(10)을 완전히 지나가게 안내하기 위해, 우회로(12)의 차단 요소(13)가 개방되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 개방하는 경우, 우회로(12)의 차단 요소(13)는 완전히 폐쇄될 수 있거나 또는 적어도 부분적으로 개방될 수 있다.The exhaust
구체적으로, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 개방하는 경우, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 상대 위치는, 특히 배기가스 공급 라인(8)을 통과하는 배기가스 질량 유량 및/또는 배기가스 공급 라인(8)에서의 배기가스의 온도 및/또는 유입 장치(16)를 통해 배기가스 흐름에 유입되는 환원제의 양에 따라 좌우된다.Specifically, when the
배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)가 개방된 상태에 있어서 배플 요소(20)의 다른 기능은, 배기가스 흐름 내에 존재하는 환원제의 임의의 액적이 SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에 도달하는 것을 방지하기 위해, 상기한 환원제의 액적이 배플 요소에 도달하고 이 배플 요소에서 붙잡히며 무화(霧化)되는 것에 있다. 특히, 하류측 단부(15)가 개방된 상태에 있어서 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 상대 위치에 의해, 배플 요소(20)의 구역에 있어서 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15) 구역에서 방향 전환되는 배기가스가, 반경방향 내측에 배치된 섹션 쪽으로 더 많이, 또는 반경방향 외측에 배치된 SCR 촉매 컨버터(9)의 섹션 쪽으로 더 많이, 지향 또는 조향되는가를 결정할 수도 있다.The other function of the
바람직한 실시형태에 따르면, 배기가스 공급 라인(8)은 하류측 단부(15)의 구역에서 깔때기-모양으로 확장되어 확산기를 형성한다. 이 때문에, 하류측 단부(15)의 구역에 있어서 배기가스 공급 라인(8)의 흐름 단면이 증가되며, 특히 도 2에 분명히 보이듯이, 배기가스의 흐름 방향에서 보았을 때, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 상류측에서, 배기가스 공급 라인의 흐름 단면이 처음 줄어든다. 따라서 도 2는, 배기가스 공급 라인(8)의 흐름 단면이, 배기가스의 흐름 방향에서 보았을 때, 환원제용 유입 장치(16)의 하류측에서, 초기에는 대략 일정하지만, 그 후에는 먼저 점점 가늘어지고, 최종적으로는 하류측 단부(15)의 구역에서 확대된다는 것을 보여준다.According to a preferred embodiment, the exhaust
이 경우에, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에서 이와 같이 흐름 단면이 확대되는 것은, 하류측 단부(15)의 앞쪽에서 점점 가늘어지는 배기가스 공급 라인(8)이 초기에 경유하는 섹션보다 짧은 배기가스 공급 라인(8)의 섹션을 경유하여 실시되는 것이 바람직하다.In this case, the widening of the flow cross section at the
바람직하게는 배플 요소(20)는, 배기가스 공급 라인(8)에 면하는 측면(22)에서 만곡되어, 바람직하게는 종 모양으로 만곡되어, 배기가스용 흐름 가이드를 형성한다. 따라서, 배플 요소(20)에 있어서, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 면하는 배플 요소(20)의 반경방향 내측 섹션 상의 측면은, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)까지의 거리가, 배플 요소(20)의 반경방향 외측 섹션 상의 측면보다 짧다. 따라서, 배플 요소(20)는 배기가스의 흐름 방향에 대항하여 중앙에서 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15) 쪽으로 인발되거나 만곡되어 있다.The
이미 설명한 바와 같이, 배기가스 공급 라인(8)은 그 하류측 단부(15)를 통해, SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 반응실(10) 쪽으로 통하고 있다. 여기서, 배기가스 공급 라인(8)은 도 2에 따르면, 반응실(10)의 하부측을 관통하고, 그 하류측 단부(15)를 통해 반응실(10)의 상부측(23)에 인접하여 종결되며, 이미 설명한 바와 같이 하류측 단부(15)에서 배기가스 공급 라인을 빠져나가는 배기가스는, 뒤이어 SCR 촉매 컨버터(9)를 경유하여 흐르기 전에, 180°로 방향 전환된다.As already explained, the exhaust
특히 도 3에 분명히 보이듯이, 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)는, 배기가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)와 SCR 촉매 컨버터(9)의 사이에서 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측에 배치된다. 이러한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)는, 예컨대 그리드, 천공판 등일 수 있다.As is particularly evident in FIG. 3 , the
SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측의 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 도움으로, SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측의 배기가스 흐름이 저지되며, 그 결과로, 즉 둘레방향으로 그리고 또한 반경방향으로 보았을 때, SCR 촉매 컨버터(9)에 배기가스 흐름이 고르게 공급되는 것이 달성될 수 있다.With the aid of the
또한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)는, 배기가스에 함유되는 그을음 입자가 이 장치에 퇴적될 수 있다는 장점을 갖는다. 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)에 퇴적되는 상기한 그을음 입자는 더 이상 SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에 들어가서 SCR 촉매 컨버터를, 즉 SCR 촉매 컨버터의 허니컴체(27)를 막지 못한다. 도 3과 도 4는 단면이 원형인 SCR 촉매 컨버터(9)의 복수 개의 허니컴체(27)를 보여준다.The
또한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)는, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)의 허니컴체(27)의 자유 흐름 단면의 최대 2배, 바람직하게는 최대 1배, 매우 바람직하게는 최대 0.5배에 상당하는 자유 흐름 단면을 갖는다. 이러한 방식으로, 한편으로는 SCR 촉매 컨버터(9)에 대하여 배기가스가 균등하게 흘러나가는 것이 보장될 수 있고, 다른 한편으로는 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 구역에 그음을 입자가 이미 퇴적되어, 더 이상 SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에 도달하지 못하는 것이 보장될 수 있다.In addition, the
바람직하게는, 흐름 방향 또는 배기가스 흐름 방향에서 보았을 때 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 두께 또는 길이와, 흐름 방향 또는 배기가스 흐름 방향에서 보았을 때 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)의 허니컴체(27)의 두께 또는 길이 사이의 비가, 적어도 1:50, 바람직하게는 적어도 1:100, 매우 바람직하게는 적어도 1:200에 상당한다.Preferably, the thickness or length of the
바람직하게는, 흐름 방향 또는 배기가스 흐름 방향에서 보았을 때 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)와 SCR 촉매 컨버터(9) 사이의 거리에 대응하는 거리와, 흐름 방향에서 보았을 때 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)의 허니컴체(27)의 두께 또는 길이 사이의 비가, 최대 2:1, 바람직하게는 1:1, 매우 바람직하게는 1:2에 상당한다.Preferably, a distance corresponding to the distance between the SCR
반응실(10)에 배치되는 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)에 의해, SCR 촉매 컨버터(9)에 배기가스를 일정하게 공급하는 것이 보장될 수 있다. 배기가스 배압을 증가시키는 것에 의해, 배기가스 흐름이 저지되고, 이 때문에 SCR 촉매 컨버터(9)에 대한 배기가스의 균등 분배가 보장된다. 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 다른 장점은, 이 장치가 마찬가지로, 배기가스에 함유되는 그을음 입자가 퇴적될 수 있는 사전-분리기의 기능을 맡는다는 데 있다. 이 때문에, 그음을 입자가 방해 없이 SCR 촉매 컨버터(9)에 도달하여, SCR 촉매 컨버터를 막는 것이 방지될 수 있다.With the
반응실(10) 내에는, SCR 촉매 컨버터(9)를 퍼징하는 역할을 하는 적어도 하나의 블로우-다운 장치(24)가 배치되어 있다. 도시된 바람직한 예시적인 실시형태에서, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)는 반응실(10) 내에 배치되어 있고, 이 반응실에는 SCR 촉매 컨버터(9)와 추가적으로 상기 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)가 수용되어 있으며, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)는 배기가스의 흐름 방향에서 보았을 때 상기 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)와 SCR 촉매 컨버터(9)의 사이에 배치되어 있다. 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)는 바람직하게는 공기 노즐이다. SCR 촉매 컨버터(9)의 막힘을 그리고 바람직하게는 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 막힘도 또한 방지하기 위해, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)는, 적어도 SCR 촉매 컨버터(9)에 퇴적되어 있는 그을음 입자에 관하여 SCR 촉매 컨버터(9)를 퍼징하는 역할을 하고, 바람직하게는 또한, 상기 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)를 퍼징하는 역할을 한다. 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)는 바람직하게는, 흐름 방향에 대해 횡방향으로 연장되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 표면 상에, 즉 흐름 방향에 대해 수직하게 연장되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 허니컴체(27)의 상류측 표면 상에, 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름을 유발하는 방식으로 배향되어 있다.In the
여기서, 도 4는 반응실(10) 내에서, 즉 흐름 방향 또는 배기가스 흐름 방향에 대해 수직하게 연장되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류측 표면 상에, 그리고 바람직하게는 흐름 방향 또는 배기가스 흐름 방향에 대해 수직하게 연장되는 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)의 하류측 표면 상에도, 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름이 발생되는 방식으로, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)가 바람직하게 배향되어 있어, 각각의 경우에 상기 표면들이 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)에 면하고 있는, 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)의 바람직한 배향을 보여준다. 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름에 의해, SCR 촉매 컨버터(9), 즉 SCR 촉매 컨버터의 허니컴체(27)로부터의, 바람직하게는 또한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)로부터의, 그을음 입자의 퍼징이 매우 효율적으로 일어날 수 있다.4 shows here on the upstream surface of the SCR
SCR 촉매 컨버터(9)와, 바람직하게는 또한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)가 수용되는 반응실(10)은, 바람직하게는 단면이 동그랗고, 특히 원형이고, 반응실(10)의 하부측(22)과 상부측(23)의 사이에서 연장되는 벽(19)을 갖는 것이 바람직하다. 적어도 단면이 동그랗거나 또는 원형인 벽(19)인 내측에, 적어도 촉매 컨버터(9)를 수용하는 반응실(10)의 내부 공간이 획정된다. 상기한 벽(19)을 상기 또는 각각의 블로우-다운 장치(24)의 배향과 조합함으로써, SCR 촉매 컨버터(9)를 퍼징하는 역할을 하고, 바람직하게는 또한 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)를 퍼징하는 역할을 하는, 와류 흐름 또는 소용돌이 흐름이, 반응실(10) 내에서, 상기 퍼징 대상들에 퇴적되어 있는 그을음 입자에 관하여 매우 유익하게 구성될 수 있다.The
바람직하게는, 복수의 블로우-다운 장치(24)가, 바람직하게는 적어도 3개, 매우 바람직하게는 적어도 4개의 블로우-다운 장치(24)가, 반응실(10) 내에 배치되어 있다.Preferably, a plurality of blow-down
여기서, 블로우-다운 장치(24)는, 단면이 원형인 반응실(10)에 인접하게 배치되어 있고, 분출 공기 또는 압축 공기가 반응실의 벽(19)에서 나와서 반응실(10) 안으로 들어가며, 즉 분출 원뿔(26)이 적어도 하나의 다른 블로우-다운 장치(24)의 분출 원뿔(26)과 교차하고, 이에 따라 부분적으로 중첩된다. 이 때문에, 전술한 표면들 상에서, SCR 촉매 컨버터(9)를 그리고 바람직하게는 배기가스 배압을 증가시키는 장치(25)도 또한, 전체-영역 퍼징하는 것이 구현 또는 보장될 수 있다.Here, the blow-down
본 발명에 의하면, 소형의 디자인으로 효과적인 배기가스 후처리가 가능하게 된다.According to the present invention, effective exhaust gas post-treatment is possible with a compact design.
도 1의 내연기관(1)의 경우, 배기가스 후처리 시스템(3)은 배기가스 과급 시스템(2)의 상류측에 직립형으로 배치된다. 내연기관(1)의 실린더에 대한 접근은 자유롭지만, 배기가스 터보차저(4, 5)의 접근성이 제한된다. 그러나, 배기가스 터보차저(4, 5)에 대해 유지 보수 작업이 필요하게 될 때, 반응실(10)은 간단히 분해될 수 있다.In the case of the
도 1에 도시된 배기가스 과급 시스템(2)의 상류측에 배기가스 후처리 시스템(3)을 직립 배치하는 구성과는 대조적으로, 배기가스 과급 시스템(2)의 옆에, 배기가스 후처리 시스템(3)을 90°기울여 수평하게 배치하는 구성도 또한 가능하지만, 이러한 수평 배치 구성의 경우에 배치 구성의 길이가 늘어난다. 그러나, 이 경우에는 반응실(10)을 분해할 필요가 없어, 내연기관(1)과 배기가스 과급 시스템(2)은 제약을 받지 않으면서 유지 보수 작업에 이용 가능하다.In contrast to the configuration in which the exhaust gas after-
1 : 내연기관 2 : 배기가스 과급 시스템
3 : 배기가스 후처리 시스템 4 : 배기가스 터보차저
5 : 배기가스 터보차저 6 : 고압 터빈
7 : 저압 터빈 8 : 배기가스 공급 라인
9 : SCR 촉매 컨버터 10 : 반응실
11 : 배기가스 배출 라인 12 : 우회로
13 : 차단 요소 14 : 배기가스 가이드
15 : 단부 16 : 유입 장치
17 : 주입 원뿔 18 : 혼합 섹션
19 : 벽 20 : 배플 요소
21 : 라인 22 : 측면
23 : 측면 24 : 블로우-다운 장치
25 : 배기가스 배압을 증가시키는 장치
26 : 분출 원뿔 27 : 허니컴체1: internal combustion engine 2: exhaust gas supercharging system
3: exhaust gas after-treatment system 4: exhaust gas turbocharger
5: exhaust gas turbocharger 6: high pressure turbine
7: low pressure turbine 8: exhaust gas supply line
9: SCR catalytic converter 10: reaction chamber
11: exhaust gas discharge line 12: bypass
13: blocking element 14: exhaust gas guide
15: end 16: inlet device
17: injection cone 18: mixing section
19: wall 20: baffle element
21: line 22: side
23: side 24: blow-down device
25: device for increasing exhaust gas back pressure
26: ejection cone 27: honeycomb body
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