KR102302515B1

KR102302515B1 - 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관

Info

Publication number: KR102302515B1
Application number: KR1020170039425A
Authority: KR
Inventors: 플라멘 토쉐프; 프란치스 나나; 안드레아스 도에링
Original assignee: 만 에너지 솔루션즈 에스이
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2021-09-16
Also published as: DE102016205299A1; KR20170113338A; JP2017207056A; JP6803790B2; NO20170532A1; CN107269351A; FI20175278A; CN107269351B

Abstract

배기 가스 후처리 시스템(3)을 갖는, 말하자면 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 갖는, 내연 기관(1)으로서, 내연 기관(1)은 복수의 실린더(7)를 포함하며, 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 적어도 하나의 SCR 촉매 컨버터(9), 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8), 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11), 환원제를, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을, 배기 가스 내로 도입하기 위해 개별적인 배기 가스 공급 라인(8)에 할당되는 도입 장치(16), 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 배기 가스를 환원제와 혼합하기 위한 개별적인 도입 장치(16)의 하류에 배열되는 혼합 섹션(18)을 포함하고, 내연 기관은, 실린더 그룹(7)에 대해 공통적인 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드(4)를 포함하며, 그리고 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스는, 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해, 말하자면 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해, 그리고 배기 가스 후처리 시스템(3)의 하류에서 배기 가스 과급 시스템(2)의 적어도 하나의 배기 가스 터보 차져(5)를 통해 이동하게 될 수 있다.

Description

배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST GAS AFTER-TREATMENT SYSTEM}

본 발명은, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관에 관한 것이다.

예를 들어 발전소들에서 채택되는 고정형 내연 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 그리고 예를 들어 선박들 상에 채택되는 비고정형 내연 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 질소 산화물들이 생성되며, 이러한 질소 산화물들은 전형적으로, 숯, 석탄, 원유, 중유, 디젤 연료와 같은, 황-함유의, 화석 연료들의 연소 도중에 생성된다. 이러한 이유로, 그러한 내연 기관들에, 세정을 위해, 특히 내연 기관을 떠나는 배기 가스를 탈질화 하기 위해, 기능하는, 배기 가스 후처리 시스템들이 할당된다.

배기 가스 내의 질소 산화물들을 감소시키기 위해, 소위 SCR 촉매 컨버터들이, 실시로부터 공지되는, 배기 가스 후처리 시스템들 내에 주로 채택된다. SCR 촉매 컨버터 내에서, 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원이 일어나며, 질소 산화물들의 환원을 위해, 환원제로서 암모니아(NH₃)가 요구된다. 암모니아 또는, 예를 들어 요소와 같은 암모니아 전구체 물질은, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 액체 상태에서 배기 가스 내로 도입되며, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스와 혼합된다. 이를 위해, 암모니아의 또는 암모니아 전구체 물질의 도입부와 SCR 촉매 컨버터 사이에 혼합 섹션들이, 실시에서 제공된다.

비록 SCR 촉매 컨버터를 포함하는 실시로부터 공지되는 배기 가스 후처리 시스템들에 의해, 배기 가스 후처리, 특히 질소 산화물 환원은, 이미 성공적으로 영향을 미칠 수 있지만, 배기 가스 후처리 시스템들을 추가로 개선할 필요가 있다. 특히, 콤팩트한 설계와 더불어, 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하게 할 필요성이 존재한다.

이로부터 시작하여, 본 발명은, 새로운 유형의 내연 기관을, 특히 콤팩트한 설계 및 효과적인 배기 가스 후처리를 보장하는 것에 의해 효과적으로 작동될 수 있는, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 2-행정 내연 기관을 생성할 목적에 기초하게 된다.

이러한 목적은, 청구항 1에 따른 내연 기관을 통해 해소된다. 본 발명에 따르면, 내연 기관은, 실린더 그룹에 대해 공통적인, 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드를 포함하고, 개별적인 배기 가스 매니폴드로부터 나오는 배기 가스는, 배기 가스 후처리 시스템을 통해, 말하자면 개별적인 반응기 챔버 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터를 통해, 그리고 배기 가스 후처리 시스템의 하류에서 배기 가스 과급 시스템의 적어도 하나의 배기 가스 터보 차져를 통해 이동하게 될 수 있다. 본 발명은, 콤팩트한 설계와 더불어, 내연 기관의, 특히 2-행정 내연 기관의, 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

유리한 다른 개선예에 따르면, 개별적인 혼합 섹션 및 개별적인 배기 가스 매니폴드, 그리고 바람직하게 또한 개별적인 배기 가스 공급 라인은, 공통 조립체로 조합된다. 이는, 내연 기관의 특히 콤팩트한 설계와 더불어, 내연 기관의, 특히 2-행정 내연 기관의, 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

바람직하게, 개별적인 공통 조립체는, 개별적인 배기 가스 매니폴드로부터 나오는 배기 가스가, 최대 3중 변형을 갖는 가운데, 바람직하게 최대 2-경로 변형을 갖는 가운데, 특히 바람직하게 단일 변형을 갖는 가운데, 가장 바람직하게 변형을 갖지 않는 가운데, 개별적인 혼합 섹션으로 공급될 수 있는 방식으로 설계된다. 이는, 내연 기관의 콤팩트한 설계와 더불어, 바람직하게 2-행정 내연 기관으로 실시되는, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

유리한 다른 개선예에 따르면, 개별적인 배기 가스 공급 라인 및 개별적인 배기 가스 방출 라인은, 개별적인 반응기 챔버의 동일한 측면으로부터 또는 동일한 측면 내로 개방되거나, 또는 개별적인 반응기 챔버의 동일한 측면 상에 연결된다. 이는, 내연 기관의 특히 콤팩트한 설계와 더불어, 바람직하게 2-행정 내연 기관으로 실시되는, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

다른 유리한 추가적 개선예에 따르면, 개별적인 공통 조립체는, 개별적인 촉매 컨버터 또는 개별적인 반응기 챔버로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드 내로의 배기 가스 개구 지점과, 개별적인 촉매 컨버터 또는 개별적인 반응기 챔버 사이의 거리가, 개별적인 촉매 컨버터 또는 개별적인 반응기 챔버로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드 내로의 배기 가스 개구 지점과, 개별적인 촉매 컨버터 또는 개별적인 반응기 챔버에 가장 가깝게 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드 내로의 배기 가스 개구 지점 사이의 거리의, 최대 4배에, 바람직하게 최대 3배에, 특히 바람직하게 최대 2배에 대응하도록 하는 방식으로 설계된다. 이는, 내연 기관의 특히 콤팩트한 설계와 더불어, 바람직하게 2-행정 내연 기관으로 실시되는, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

바람직하게, 내연 기관은, 배기 가스가 그를 통해, 개별적인 반응기 챔버를 우회하여, 개별적인 배기 가스 매니폴드 또는 개별적인 혼합 섹션 또는 개별적인 배기 가스 공급 라인으로부터 나와서 개별적인 배기 가스 방출 라인으로 그리고, 개별적인 배기 가스 방출 라인으로부터 나와서 배기 가스 후처리 시스템의 하류에 배치되는 배기 가스 과급 시스템의 터빈으로, 공급될 수 있는 것인, 우회로를 포함한다. 이는, 내연 기관의 콤팩트한 설계와 더불어, 바람직하게 2-행정 내연 기관으로 실시되는, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 가능하도록 한다.

내연 기관은 바람직하게, 2-행정 내연 기관이다.

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, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는, 본 발명에 따른 내연 기관의 개략적 사시도이고;
도 2는 도 1의 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이며;
도 3은 도 2의 상세도이고;
도 4는 배기 가스 후처리 시스템을 갖는, 본 발명에 따른 제2 내연 기관의 개략적 사시도이며; 그리고
도 5는 배기 가스 후처리 시스템을 갖는, 본 발명에 따른 제3 내연 기관의 개략적 사시도이다.

본 발명은, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관에, 예를 들어 발전소에 채택되는 고정형 내연 기관에 또는 선박 상에 채택되는 비고정형 내연 기관에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 중유에 의해 작동되는 2-행정 선박용 디젤 엔진에 관한 것이다.

도 1은, 배기 가스 과급 시스템(2) 및 배기 가스 후처리 시스템(3)과 함께 내연 기관(1)을 구성하는 배열을 도시한다. 내연 기관(1)은, 비고정형 또는 고정형 내연 기관, 특히 선박의 비고정형으로 작동되는 내연 기관일 수 있다. 내연 기관(1)의 실린더들(7)을 떠나는 배기 가스는, 내연 기관(1)으로 공급되는 충전 공기를 압축하기 위해, 배기 가스의 열에너지로부터 기계적 에너지를 추출하도록 하기 위해, 배기 가스 과급 시스템(2) 내에서 활용된다.

따라서, 도 1은, 적어도 하나의 배기 가스 터보 차져(5)를 포함하는, 배기 가스 과급 시스템(2)을 갖는 내연 기관(1)을 도시한다. 내연 기관(1)의 실린더들(7)을 떠나는 배기 가스는, 배기 가스 터보 차져(5)의 터빈(6)을 통해 유동하며 그리고 터빈 내부에서 팽창되고, 프로세스에서 추출되는 에너지는, 충전 공기를 압축하기 위해 배기 가스 터보 차져(5)의 압축기에서 활용된다. 바람직하게, 내연 기관(1)은, 고압 터보 차져 및 저압 터보 차져를 갖는 2-단 배기 가스 과급 시스템(2)을 포함한다.

배기 가스 과급 시스템(2)에 부가하여, 내연 기관(1)은, SCR 배기 가스 후처리 시스템인, 배기 가스 후처리 시스템(3)을 포함한다. SCR 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 내연 기관(1)의 실린더들(7)과 배기 가스 과급 시스템(2) 사이에 연결되며, 따라서, 내연 기관(1)의 실린더들(7)을 떠나는 배기 가스가 그에 따라, 초기에 SCR 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해 그리고 바로 이어서 배기 가스 과급 시스템(2)을 통해 이동하게 된다.

도 1은, 내연 기관(1)의 실린더들(7)로부터 나오는 배기 가스가 그를 통해 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 방향으로 이동하게 될 수 있는, 배기 가스 공급 라인(8)을 도시한다. 더불어, 도 1은, SCR 촉매 컨버터(9)로부터 배기 가스를 배기 가스 터보 차져(5)의 터빈(6)의 방향으로 방출하는 역할을 하는, 배기 가스 방출 라인(11)을 도시한다.

도 1의 내연 기관(1)은, 모든 실린더들(7)에 공통적인 배기 가스 매니폴드(4)를 포함한다. 내연 기관(1)의 실린더들(7)을 떠나는 배기 가스는, 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나와서, 배기 가스 후처리 시스템(3)의, 말하자면 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)의 방향으로, 배기 가스 공급 라인(8)을 통해, 그리고 배기 가스 후처리 시스템(3)의 하류에서, 배기 가스 과급 시스템(2)의 배기 가스 터보 차져(5)를 통해, 이동하게 될 수 있다.

반응기 챔버(10)로 그리고 그에 따라 반응기 챔버(10) 내에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8) 및 반응기 챔버(10)로부터 그리고 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11)은, 또는 배기 가스 매니폴드(4) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 차단 요소(13)가 그 내부에 통합되는, 우회로(12)(도 2 참조)를 통해 결합된다. 폐쇄되는 차단 요소(13)에 의해, 우회로(12)는 차단되며, 따라서 배기 가스가 우회로를 통해 유동할 수 없다. 특히 차단 요소(13)가 개방될 때, 배기 가스가, 우회로(12)를 통해, 말하자면 반응기 챔버(10)를 우회하여 그리고 그에 따라 반응기 챔버(10) 내에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(9)를 우회하여 유동할 수 있다. 도 2는, 차단 요소(13)를 통해 폐쇄되는 우회로(12)를 갖는 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통한 배기 가스의 유동을 화살표들(14)로 도시하며, 여기서 배기 가스 공급 라인(8)이 하류측 단부(15)에서 반응기 챔버(10) 내로 개방되고, 배기 가스 공급 라인(8)의 이러한 단부(15)의 영역에서의 배기 가스는 대략 180°의 유동 편향에 종속되며, 유동 편향 이후의 배기 가스는 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 이동하게 된다는 것이, 도 2로부터 명백하다.

배기 가스 후처리 시스템(3)의 배기 가스 공급 라인(8)에는, 그를 통해 SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에서 한정된 방식으로 배기 가스의 질소 산화물들을 변환하기 위해 요구되는, 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이, 배기 가스 유동 내로 도입될 수 있는, 도입 장치(16)(도 2 참조)가 할당된다. 배기 가스 후처리 시스템(3)의 이러한 도입 장치(16)는 바람직하게, 암모니아 또는, 예를 들어 요소와 같은, 암모니아 전구체 물질이 이를 통해 배기 가스 공급 라인(8) 내부의 배기 가스 유동 내로 분사될 수 있는, 분사 노즐이다. 도 2는, 배기 가스 공급 라인(8)의 영역에서 배기 가스 유동 내로의 환원제의 주입을 원뿔형 표지(17)로 예시한다.

배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 도입 장치(16)의 하류에 그리고 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에 위치하게 되는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 섹션은, 혼합 섹션(18)으로서 설명된다. 특히, 배기 가스 공급 라인(8)은, 배기 가스가 촉매 컨버터(9)의 상류에서 환원제와 혼합될 수 있도록, 도입 장치(16)의 하류에 혼합 섹션(18)을 제공한다.

내연 기관(1)의 혼합 섹션(18) 및 배기 가스 매니폴드(4)는 바람직하게, 공통 조립체를 형성하기 위해 배기 가스 공급 라인(8)과 함께 조합된다. 여기서, 적어도 부분적으로 혼합 섹션(18)을 형성하는 배기 가스 공급 라인(8)은, 도 2의 바람직한 실시예에 따라, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 배기 가스 매니폴드(4)의 후방에 동축으로 배치되며, 계량된 양을 부가하는 것이 이때 도 1의 위치(16c)에서 일어난다. 혼합 섹션을 연장하기 위해, 계량된 양을 부가하는 것은, 개별적인 실린더들로부터 방출되는 공급 배기 가스가 배기 가스 매니폴드(16a, 16b) 내로 공급되기 이전에 또는 공급되는 도중에, 배기 가스 매니폴드 내에서 또한 가능하다. 여기서, 배기 가스 매니폴드(4) 내로 혼합 섹션(18a)을 연장시키는 것이 그리고 계량된 양을 그곳에 부가하는 것이 실용적이다.

도 2에 따르면, 배기 가스 매니폴드(4), 혼합 섹션(18) 및 배기 가스 공급 라인(8)을 형성하는, 내연 기관(1)의 개별적인 조립체는, 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 편향 없이 개별적인 혼합 섹션(18)으로 공급될 수 있도록 하는 방식으로 설계된다.

따라서, 도 1에서, 배기 가스는, 실린더 측면 상의 배기 가스 개구 지점들(21)의 구역에서 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 진입 시 그리고, 배기 가스 공급 라인(8)의 단부(15) 하류의 그리고 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류의 구역에서 반응기 챔버(10) 내로의 진입 시에만, 편향에 종속된다. 이는, 콤팩트한 설계와 더불어, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 보장하는데 유리하다.

배기 가스 매니폴드(4), 혼합 섹션(18) 및 배기 가스 공급 라인(8)을 형성하는 공통 조립체는 바람직하게, 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점(21)과, 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10) 사이의 거리가, 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점(21)과, 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)에 가장 가깝게 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점(21) 사이의 거리의, 최대 4배에, 바람직하게 최대 3배에, 특히 바람직하게 최대 2배에 대응하도록 하는 방식으로 설계된다. 이는, 콤팩트한 설계와 더불어, 내연 기관의 효과적인 배기 가스 후처리 및 효과적인 작동을 보장하는데 또한 유리하다.

배기 가스 공급 라인(8)은, 하류측 단부(15)에서 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배기 가스 공급 라인(8)의 이러한 하류측 단부(15)에는, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대해 변위될 수 있는, 배플 요소(19)(도 1 및 도 3 참조)가 할당된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 배플 요소(19)는, 반응기 챔버(10) 내로 개방되는, 배기 가스 공급 라인(8)의 단부(15)에 대해 선형으로 변위 가능하다. 반응기 챔버(10) 내에 배치되는 그리고 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15) 반대편에 위치하게 되는, 배플 요소(19)는, 하류측 단부(15)에서 배기 가스 공급 라인(8)을 차단하기 위해 또는 하류측 단부(15)에서 배기 가스 공급 라인(8)을 개방하기 위해, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대해 변위 가능하다.

특히 배플 요소(19)가 하류측 단부(15)에서 배기 가스 공급 라인(8)을 차단할 때, 우회로(12)의 차단 요소(13)가, 이때 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 반응기 챔버(10)를 완전히 우회하여 배기 가스를 이동시키기 위해, 개방되는 것이 바람직하다. 특히 배플 요소(19)가 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 개방할 때, 우회로(12)의 차단 요소(13)는, 완전히 폐쇄되거나 또는 적어도 부분적으로 개방될 수 있다. 특히 배플 요소(19)가 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 개방할 때, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(19)의 상대적 위치는 특히, 배기 가스 공급 라인(8)을 통한 배기 가스 질량 유량 및/또는 배기 가스 공급 라인(8) 내의 배기 가스의 배기 가스 온도 및/또는 도입 장치(16)를 통해 배기 가스 유동 내로 도입되는 환원제의 양에 의존한다. 배기 가스 공급 라인(8)의 개방된 하류측 단부(15)를 동반하는 배플 요소(19)의 다른 기능이, 배기 가스 유동 내에 존재하는 액체 환원제의 임의의 액적들이 배플 요소에 도달하고, 그러한 액체 환원제의 액적들이 SCR 촉매 컨버터(9)의 영역에 도달하는 것을 방지하기 위해 배플 요소에서 액적들이 가로채이게 되고 무화되는 것으로 구성된다. 개방된 하류측 단부(15)와 함께 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(19)의 상대적 위치에 의해, 특히, 배플 요소(19)의 영역에서 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 영역에서 편향되는 배기 가스가, 더욱 반경 방향 내측에 배치되는 SCR 촉매 컨버터의 섹션들의 방향으로 또는 더욱 반경 방향 외측에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 섹션들의 방향으로, 지향하게 되는 또는 이끌리게 되는지가 결정될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 자체의 하류측 단부(15)의 영역에서 배기 가스 공급 라인(8)은, 확산기를 형성하도록 깔때기형으로 확대된다. 이 때문에, 배기 가스 공급 라인(8)의 유동 단면적이 하류측 단부(15)의 영역에서 증가하며, 도 2로부터 특히 명백한 바와 같이, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 상류에서 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기 가스 공급 라인의 유동 단면적이 초기에 감소하도록 제공될 수 있다.

따라서, 도 2는, 배기 가스 공급 라인(8)의 유동 단면적이, 환원제를 위한 도입 장치(16)의 하류에서 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때, 초기에 대략 일정하지만, 이후 초기에 점진적으로 좁아지며 그리고 마지막으로 하류측 단부(15)의 영역에서 확대되는 것을 도시한다. 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에서의 유동 단면적의 이러한 확대는 이 경우에, 배기 가스 공급 라인(8)이 그를 통해 하류측 단부(15) 이전에 초기에 좁아지는 그러한 섹션보다, 배기 가스 공급 라인(8)의 더 짧은 섹션을 통해 영향을 미치게 된다. 바람직하게, 배플 요소(19)는 만곡되고, 바람직하게 배기 가스를 위한 유동 가이드를 형성하도록 배기 가스 공급 라인(8)을 바라보는 측면(20) 상에서 벨형(bell-like)으로 만곡된다. 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 바라보는 배플 요소(19)의 측면(20)은, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(19)의 반경 방향 내측 섹션 상에서, 배플 요소의 반경 방향 외측 섹션 상에서 보다, 더 짧은 거리를 갖는다. 배플 요소(19)는, 측면(20)의 중심에서, 배기 가스의 유동 방향에 대항하는 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 방향으로 만곡된다.

배기 가스 공급 라인(8) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 반응기 챔버(10)의 공통 제1 측면(22) 상에서 함께 연결되거나, 또는 이러한 공통 측면(22)으로부터 시작하여 반응기 챔버(10) 내로 개방되거나 또는 연장된다. 여기서, 배기 가스 공급 라인(8)은, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)가 반응기 챔버(10)의 제1 측면(22) 반대편에 위치하게 되는 반응기 챔버(10)의 제2 측면(23)에 인접하게 위치하게 되는 방식으로, 반응기 챔버(10) 내로 연장되고, 반면 배기 가스 방출 라인(11)은, 제1 측면(22) 상에서 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배기 가스 공급 라인(8)을 통해 공급되는 배기 가스는, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15) 반대편에 위치하게 되는, 반응기 챔버(10)의 제2 측면(23)의 영역에서 대략 180° 편향되고, 이어서 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 그리고 후속적으로 배기 가스 방출 라인(11)의 영역 내로 제1 측면(22)을 통해 유동한다. 배기 가스 방출 라인(11)은, 부분적으로 외측에서 바람직하게 동심형으로, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(22) 근처에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싼다.

도 1의 예시적 실시예에서, 배기 가스 매니폴드(4), 혼합 섹션(18) 및 배기 가스 공급 라인(8)을 제공하는 공통 조립체는, 개별적인 혼합 섹션(18)의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 편향 없이 공급될 수 있도록 하는 방식으로 실시된다. 이는, 이상에 이미 설명된 바와 같이, 바람직하다.

이와 대조적으로, 도 4 및 도 5는, 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나와서 혼합 섹션(18)의 영역 내로 그리고 그에 따라 배기 가스 공급 라인(8)의 영역 내로의 자체의 유동 도중에, 배기 가스가, 말하자면 각각의 경우에 90° 만큼의, 말하자면 배기 가스 매니폴드(4)로부터 배기 가스 공급 라인(8) 내로 그리고 그에 따라 혼합 섹션(18)의 영역 내로 통과할 때, 단일 편향에 종속되는, 즉 한번 편향되는, 내연 기관들(1)의 예시적 실시예들을 도시한다. 설치 공간의 이유 때문에, 배기 가스의 복수의 편향이 내연 기관 상에 요구되는 경우, 배기 가스 매니폴드(4), 배기 가스 공급 라인(8) 및 혼합 섹션(18)을 제공하는 조립체는, 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가, 혼합 섹션(18)의 최대 3중 편향, 바람직하게 최대 2-경로 편향을 동반하는 가운데, 혼합 섹션(18)으로 공급되는 방식으로 설계되는 것이, 본 발명의 관점에서, 제공된다.

도 1의 예시적 실시예에서, 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 편향 없이 개별적인 혼합 섹션(18)으로 공급될 수 있는 가운데, 도 4 및 도 5의 예시적인 실시예에서의 배기 가스는 대략 90°의 편향에 종속된다. 복수 편향 지점의 경우에서, 배기 가스 매니폴드(4)와 혼합 섹션(18) 사이에서의 배기 가스의 편향은, 최대 270°에, 바람직하게 최대 180°에 달한다. 그러나, 최대 90°의 배기 가스 매니폴드(4)와 혼합 섹션(18) 사이에서의 배기 가스의 편향이 바람직하며, 혼합 섹션(18)의 방향으로 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스의 편향 없는 공급이 가장 바람직하다.

도 1 및 도 4의 예시적 실시예에서, 수평 배열의 배기 가스 후처리 시스템(3)이 선택된다. 배기 가스 매니폴드(4) 및 혼합 섹션(18)뿐만 아니라 배기 가스 공급 라인(8)은 그에 따라, 수평 방향으로 연장된다. 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9)와 함께, 반응기 챔버(10)는, 내연 기관(1)의 측부에 수평으로 배치된다. 이 경우, 내연 기관(1)의 모든 실린더들(7)은 이때 유지 보수 작업을 위해 자유롭게 접근 가능하다. 배기 가스 후처리 시스템(3)의 분해가, 내연 기관(1)의 유지 보수 작업을 수행하기 위해 요구되지 않는다.

이와 대조적으로, 도 5는, 배기 가스 후처리 시스템(3)이 직립형으로 배치되는, 그에 따라, 반응기 챔버(10)가, 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9)와 함께, 내연 기관(1)의 실린더들(7) 위에 배열되는, 본 발명에 따른 내연 기관(1)의 실시예를 도시한다. 따라서, 도 1 및 도 4의 실시예에서, 배기 가스가, 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해, 수평 방향으로 유동하지만, 도 5의 실시예에서, 배기 가스가, SCR 촉매 컨버터(9)를 통해, 수직 방향으로 유동한다.

도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 예시적 실시예에서, 내연 기관(1)의 모든 실린더(7)가 공통 배기 가스 매니폴드(4)에 할당된다. 모든 배기 가스는, 이러한 배기 가스 매니폴드(4) 내로 그리고, 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나와서 혼합 섹션(18)의 영역 내로, 배기 가스 공급 라인(8) 내로, 그리고 후속적으로 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9)의 영역 내로 유동한다.

이와 대조적으로, 내연 기관(1)의 실린더들(7)은, 예를 들어 2개의 실린더 그룹으로 분할되는 것이 또한 가능하고, 이 경우, 실린더 그룹 -개별의 배기 가스 매니폴드(4)가 이때 각각의 실린더 그룹에 할당된다. 이 경우, 각 실린더 그룹에, 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9)를 갖는, 실린더 그룹-개별 반응기 챔버(10)가 또한 할당된다.

이 경우, 도 1에 도시된 조립체들, 즉 배기 가스 매니폴드(4), 혼합 섹션(18), 배기 가스 공급 라인(8), 반응기 챔버(10), SCR 촉매 컨버터(9) 및 배기 가스 방출 라인(11)은 이때 2개씩 존재하며, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 수평 작동의 경우에, 이러한 방식으로 이용 가능한 설치 공간을 최적으로 활용하기 위해, 제1 반응기 챔버(10)가 내연 기관(1)의 제1 측부에 배치되며 그리고 제2 반응기 챔버(10)가 반대편에 위치하게 되는 내연 기관(1)의 제2 측부에 배치된다.

이상의 상세 설명은, 잔유(residual oil)에 의해 또는 중유 또는 천연 가스에 의해 작동되는, 2-행정 내연 기관을 갖는 적용을 위해 특히 적당하다. 그러나, 본 발명은 또한 4-행정 내연 기관들에 채택될 수 있다.

자체의 벽 두께에 관해, 반응기 챔버(10)는, 적어도 3 bar의, 바람직하게 적어도 4 bar의, 특히 바람직하게 적어도 6 bar의 압력을 견디도록 설계된다.

본 발명은, SCR 배기 가스 후처리 시스템들로 연장될 뿐만 아니라, CH₄ 및 HCHO 산화 촉매 컨버터들로 또한 연장된다.

1: 내연 기관 2: 배기 가스 과급 시스템
3: 배기 가스 후처리 시스템 4: 배기 가스 매니폴드
5: 배기 가스 터보 차져 6: 터빈
7: 실린더 8: 배기 가스 공급 라인
9: SCR 촉매 컨버터 10: 반응기 챔버
11: 배기 가스 방출 라인 12: 우회로
13: 차단 요소 14: 배기 가스 유동 화살표
15: 단부 16: 도입 장치
17: 주입 원뿔 표지 18: 혼합 섹션
19: 배플 요소 20: 측면
21: 배기 가스 개구 지점 22: 측면
23: 측면

Claims

배기 가스 후처리 시스템(3)을 갖는 내연 기관(1)으로서,
내연 기관(1)은 복수의 실린더(7)를 포함하며,
배기 가스 후처리 시스템(3)은, 적어도 하나의 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 적어도 하나의 SCR 촉매 컨버터(9), 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8), 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11)을 포함하며,
내연 기관(1)은, 실린더(7)의 그룹에 대해 공통적인 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드(4)를 포함하며,
개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스는, 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해, 말하자면 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해, 그리고 배기 가스 후처리 시스템(3)의 하류에서 내연 기관의 배기 가스 과급 시스템(2)의 적어도 하나의 배기 가스 터보 차져(5)를 통해 이동하게 될 수 있으며,
상기 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에는 배플 요소(19)가 배치되어 있고,
상기 배플 요소(19)는 상기 하류측 단부(15)에 대해 변위 가능하며,
상기 배플 요소(19)는 상기 배기 가스 유동 내에 존재하는 액체 환원제의 액적들이 상기 배플 요소(19)에 의해 가로채이게(intercepted) 되고 무화되도록(atomized) 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항에 있어서,
배기 가스 후처리 시스템(3)은, 환원제를 배기 가스 내로 도입하기 위해 개별적인 배기 가스 공급 라인(8)에 할당되는 도입 장치(16), 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 배기 가스를 환원제와 혼합하기 위한 개별적인 도입 장치(16)의 하류에 배열되는 혼합 섹션(18)을 포함하는, SCR 배기 가스 후처리 시스템인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 2항에 있어서,
SCR 촉매 컨버터의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 및 개별적인 혼합 섹션(18)은, 공통 조립체를 형성하기 위해 조합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 3항에 있어서,
개별적인 배기 가스 공급 라인(8)이 또한 상기 공통 조립체에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
개별적인 공통 조립체는, 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 최대 3중 변형을 가지면서 개별적인 혼합 섹션(18)으로 공급될 수 있는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
개별적인 공통 조립체는, 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 최대 270°의 변형을 가지면서 개별적인 혼합 섹션(18)으로 공급될 수 있는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
개별적인 공통 조립체는, 개별적인 배기 가스 매니폴드(4)로부터 나오는 배기 가스가 변형 없이 개별적인 혼합 섹션(18)으로 공급될 수 있는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
우회로(12)에 의해, 배기 가스가 그를 통해, 개별적인 반응기 챔버(10)를 우회하여, 개별적인 배기 가스 매니폴드(4), 또는 개별적인 혼합 섹션(18), 또는 개별적인 배기 가스 공급 라인(8)을 나와서, 개별적인 배기 가스 방출 라인(11)으로 이동하게 될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 8항에 있어서,
개별적인 배기 가스 방출 라인(11)으로부터 나오는 배기 가스는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 하류에 배치되는, 배기 가스 과급 시스템(2)의 배기 가스 터보 차져(5)의 터빈(6)으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
개별적인 배기 가스 공급 라인(8) 및 개별적인 배기 가스 방출 라인(11)은, 개별적인 반응기 챔버(10)의 동일한 측면(22)으로부터 개별적인 반응기 챔버(10) 내로 개방되거나, 또는 개별적인 반응기 챔버(10)와 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
개별적인 공통 조립체는, 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 개별적인 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점과, 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 개별적인 반응기 챔버(10) 사이의 거리가, 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 개별적인 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀리 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점과, 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 개별적인 반응기 챔버(10)에 가장 가깝게 위치하게 되는 실린더 측면 상의 개별적인 배기 가스 매니폴드(4) 내로의 배기 가스 개구 지점 사이의 거리의, 최대 4배에 대응하도록 하는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 실린더들(7)을 위한, 단일 배기 가스 매니폴드(4), 단일 혼합 섹션(18) 및 단일 반응기 챔버(10)가 존재하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
내연 기관의 양 측부 상에 반응기 챔버가 각각 존재하는 방식으로 서로 180° 편향되는, 제1 실린더 그룹을 위한, 제1 공통 배기 가스 매니폴드 및 제1 공통 혼합 섹션 및 제1 공통 반응기 챔버, 그리고 제2 실린더 그룹을 위한, 제2 공통 배기 가스 매니폴드 및 제2 공통 혼합 섹션 및 제2 공통 반응기 챔버가 존재하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
내연 기관은 2-행정 내연 기관인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
환원제의 공급은, 실린더의 배기 가스의 공급 전방에서 배기 가스 매니폴드(4)(16a, 16b) 내로 국부적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
혼합 섹션(18)은, 배기 가스 매니폴드(4) 내로 통합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.