KR20140018918A - 기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매 - Google Patents

기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매 Download PDF

Info

Publication number
KR20140018918A
KR20140018918A KR1020137026885A KR20137026885A KR20140018918A KR 20140018918 A KR20140018918 A KR 20140018918A KR 1020137026885 A KR1020137026885 A KR 1020137026885A KR 20137026885 A KR20137026885 A KR 20137026885A KR 20140018918 A KR20140018918 A KR 20140018918A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxidation catalyst
internal combustion
turbocharger
catalyst
exhaust system
Prior art date
Application number
KR1020137026885A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101892773B1 (ko
Inventor
외란 헬렌
아르또 예르비
에이리끄 린데
떼로 라이끼오
끌라우스 위드예스꼬그
Original Assignee
바르실라 핀랜드 오이
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 바르실라 핀랜드 오이 filed Critical 바르실라 핀랜드 오이
Publication of KR20140018918A publication Critical patent/KR20140018918A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101892773B1 publication Critical patent/KR101892773B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust 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
    • F01N3/18—Exhaust 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
    • F01N3/20—Exhaust 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
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust 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
    • F01N3/18—Exhaust 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
    • F01N3/20—Exhaust 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust 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
    • F01N3/24—Exhaust 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
    • F01N3/36—Arrangements for supply of additional fuel
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

본 발명은 터보 과급식 내연 기관 (1) 의 작동 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 가스 연료는 산화 촉매 (3) 의 일부를 동시에 재생시키기 위해 상이한 위치들에서 산화 촉매 (3) 로 순차적으로 도입된다. 또한, 본 발명은 내연 기관 (1) 용 배기 시스템 및 산화 촉매 (3) 에 관한 것이다.

Description

기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매 {METHOD FOR OPERATING AN ENGINE, EXHAUST SYSTEM AND OXIDATION CATALYST}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 내연 기관을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 다른 독립 청구항의 전제부에서 규정된 바와 같은, 내연 기관용 배기 시스템 및 내연 기관용 산화 촉매에 관한 것이다.
린 번 (lean burn) 가스 기관으로부터의 탄화수소 배출은 다른 유형의 기관의 탄화수소 배출과 비교하여 통상적으로 비교적 높다. 배출된 탄화수소는, 천연 가스의 경우에 주로 메탄인 연소되지 않은 연료로 대부분 이루어진다. 메탄은 강한 온실 가스이므로, 메탄 방출을 줄여야 할 필요가 있다.
메탄 방출은 린 번 연소 공정을 다시 최적화시킴으로써 어느 정도까지 감소될 수 있으나, 통상적으로는 연료 소비 및 NOx 와 CO 방출이 증가하게 된다. 또한, 메탄 방출은 산화 촉매에 의해 감소될 수 있다. 하지만, 산화 촉매는, 배기 가스 온도가 충분히 높은 때에, 즉 약 500℃ 인 때에만 작동한다. 기관 이후의 배기 가스 온도는 메탄의 산화에 대하여 통상적으로 너무 낮고, 종종 약 400 ℃ 이다. 하지만, 터보 과급기의 터빈 이전에, 온도 레벨이 더 높아서 산화 촉매 내의 메탄의 산화를 가능하게 한다.
산화 촉매는 사용 중에 불활성화시키고 이따금 재생되어야 한다. 특히 황은 촉매 재료의 빠른 불활성화를 야기한다. 산화 촉매의 재생은 산화 촉매로부터 상류의 기관 배기 덕트로 연료를 도입시킴으로써 행해진다. 연료가 연소하는 때에, 배기 온도가 상승하여 산화 촉매의 재생이 가능하게 된다. 재생을 위해 통상적으로 약 650 ~ 750 ℃ 의 온도가 필요하다. 문제는 기계적인 통제로 인해 터보 과급기의 터빈이 견딜 수 있는 최대 온도 및 속도가 제한된다는 것이다. 터빈에 대한 최대 온도는 통상적으로 620 ~ 650 ℃ 이다. 속도 제한은 터보 과급기의 크기 및 유형에 의존한다. 산화 촉매가 터보 과급기의 터빈으로부터 상류에 배치되는 때에, 산화 촉매의 재생 중에 터보 과급기가 손상되는 위험이 존재하게 된다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 개선된 작동 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 방법의 특징은 청구항 1 의 특징부에 주어진다. 본 발명의 다른 목적은 내연 기관 용의 개선된 배기 시스템 및 내연 기관 용의 산화 촉매를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 내연 기관의 작동 방법에 있어서, 가스 연료는 산화 촉매의 일부를 한번에 재생시키기 위해 상이한 위치들에서 순차적으로 산화 촉매에 도입된다.
본 발명에 따른 배기 시스템은 터보 과급기 및 산화 촉매를 포함하고, 산화 촉매는 산화 촉매의 부분 재생을 가능하게 하기 위해 적어도 두 개의 위치에서 산화 촉매에 가스 연료를 도입시키는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 산화 촉매는 케이싱, 상기 케이싱 내에 배치되는 적어도 하나의 촉매 요소, 및 산화 촉매의 부분 재생을 가능하게 하기 위해 적어도 두 개의 위치에서 산화 촉매에 가스 연료를 도입시키는 수단을 포함한다.
연료가 산화 촉매 내에 상이한 위치에서 순차적으로 도입되는 때에, 재생 중에 산화 촉매로부터 하류에 있는 배기 온도는 더 낮게 유지될 수 있다. 이는 터보 과급기가 터보 과급기의 매우 높은 배기 온도 또는 회전 속도로 인해 손상되는 위험을 줄인다.
본 발명에 따른 일 실시형태에 따라, 내연 기관의 작동 방법에 있어서, 연료는 산화 촉매의 촉매 요소로부터 상류에 위치되는 구획으로 도입된다. 구획은 연료 유동이 산화 촉매의 특정 일부로 더 정확하게 향하게 하고 보다 나은 온도 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 기관으로부터의 배기 가스는 산화 촉매의 촉매 요소의 뒤에 혼합 장치를 이용하여 혼합된다. 촉매 요소로부터 하류에 배치되는 혼합 장치는 터보 과급기의 터빈에 진입하기 이전에 배기 가스의 일부 유동이 혼합되고 온도 구배가 최소화된다는 것을 보장한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 물은 터보 과급기 이전에 터보 과급기의 터빈과 산화 촉매 사이의 배기 가스 온도를 줄이기 위하여 배기 덕트로 도입된다. 물이 배기 덕트로 주입되면, 배기 온도는 추가로 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 터보 과급기의 터빈과 산화 촉매 사이의 배기 가스 온도는 모니터링되고, 물의 주입은 미리 정해진 배기 가스 온도를 초과하는 때에 실시된다. 본 발명의 다른 실시형태에 따라, 터보 과급기의 회전 속도는 모니터링되고, 물의 주입은 미리 정해진 회전 속도를 초과하는 때에 실시된다. 터보 과급기의 회전 속도와 배기 온도를 모니터링함으로써, 물의 주입은 지나친 온도 및/또는 회전 속도의 실제 위험이 존재하는 상황으로 제한될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 산화 촉매로부터 하류의 탄화수소의 전체 농도 또는 메탄 농도는 모니터링되고, 산화 촉매는 농도가 미리 정해진 한계를 초과하는 때에 재생된다. 탄화수소의 농도를 모니터링하면, 산화 촉매의 불활성도는 정확하게 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 산화 촉매에 걸친 온도 차이는 모니터링되고, 산화 촉매는 온도 차이가 미리 정해진 값 아래로 떨어지는 때에 재생된다. 이는 산화 촉매의 불활성화를 결정하기 위한 대안의 방법이다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 산화 촉매는 산화 촉매를 적어도 두 개의 구획으로 나누기 위해 촉매 요소의 상류에 배치되는 적어도 하나의 칸막이 벽을 포함하고, 구획 각각은 가스 연료를 도입시키는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 산화 촉매는 복수의 촉매 요소를 포함하고, 일 구획은 각각의 촉매 요소의 상류에 배치된다. 본 발명의 다른 실시형태에 따라, 칸막이 벽은 촉매 요소들 사이로 연장한다. 별개의 촉매 요소가 각각의 구획 내에 배치되는 경우, 연료 유동은 각각의 촉매 요소로 정확하게 배향될 수 있다. 따라서, 효과적인 재생 및 최소 온도 증가가 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 혼합 장치는 기관으로부터 배기 가스를 혼합시키기 위해 산화 촉매로부터 하류에 배치된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 시스템은 산화 촉매로부터 하류에 있는 배기 덕트로 물을 도입시키는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 시스템은 터보 과급기의 터빈과 산화 촉매 사이의 배기 가스 온도를 측정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 시스템은 터보 과급기의 회전 속도를 측정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 시스템은 산화 촉매로부터 하류의 탄화수소의 전체 농도 또는 메탄 농도를 측정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 시스템은 산화 촉매에 걸쳐서 온도 차이를 측정하는 수단을 포함한다.
도 1 은 산화 촉매를 구비하는 터보 과급식 내연 기관을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 산화 촉매를 도시한다.
도 3 은 도 2 의 산화 촉매의 단면도를 도시한다.
도 4 는 다른 산화 촉매의 일부를 도시한다.
도 5 는 도 4 의 산화 촉매의 단면도를 도시한다.
본 발명의 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1 에는 가스 연료로 작동될 수 있는 내연 기관 (1) 이 도시된다. 전술한 실시형태에서, 기관 (1) 은 액체 연료로 또한 작동될 수 있는 이중 연료 기관이다. 하지만, 기관 (1) 은 또한 가스 연료로만 작동되는 가스 기관일 수도 있다. 액체 파일럿 연료는 가스 연료를 점화하기 위해 기관 (1) 내에서 사용될 수 있다. 기관 (1) 의 흡기는 터보 과급기 (2) 에 의해 가압된다. 터보 과급기 (2) 는 기관 (1) 의 배기 덕트 (4) 에 연결되는 터빈 (2a) 및 흡입 덕트 (5) 에 연결되는 압축기 (2b) 를 포함한다. 산화 촉매 (3) 는 일산화 탄소 (CO) 및 탄화수소 (HC) 방출, 특히 기관 (1) 의 메탄 방출을 줄이기 위해 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 과 기관 (1) 사이에 배치된다. 산화 촉매 (3) 에서, 백금 또는 팔라듐과 같은 귀금속은 배기 가스의 잔류 산소에 의해 CO 및 HC 의 산화를 허용하는 촉매로서 작용한다. 촉매 재료는 도 2 에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 촉매 요소 (18) 를 형성하기 위하여 지지 구조체 상에 배치된다. 촉매 요소는 케이싱 (19) 내에 배치된다.
기관 (1) 에는 촉매 요소 (18) 로부터 상류에 있는 산화 촉매 (3) 로 가스를 도입시키는 연료 덕트 (12) 가 장착된다. 연료 덕트 (12) 는 가스의 유입을 제어하는 연료 밸브 (13) 를 포함한다. 연료 밸브 (13) 는 연료 유동의 조절을 허용하는 조정 밸브이다. 연료 덕트 (12) 를 통해 산화 촉매 (3) 로 연료를 도입시킴으로써, 배기 가스의 온도는 산화 촉매 (3) 를 재생하기 위해 증가될 수 있다. 또한, 연료는 산화 촉매 (3) 가 냉각되는 때에 그리고/또는 촉매가 부분적으로 불활성화되는 때에 산화 촉매 (3) 로 도입될 수 있다. 이는 산화 촉매 (3) 의 적절한 기능을 보장한다.
도 2 및 도 3 의 산화 촉매 (3) 에는 칸막이 벽 (22, 23) 이 장착되어 있다. 벽 (22, 23) 은 촉매 요소 (18) 로부터 상류에 있는 산화 촉매 (3) 내의 공간을 4 개의 구획 (20a ~ 20d) 으로 나눈다. 각각의 구획 (20a ~ 20d) 에는 연료 주입 노즐 (21a ~ 21d) 이 장착된다. 또한, 산화 촉매 (3) 는 구획 (20a ~ 20d) 으로 나누어지지 않고, 단지 산화 촉매 (3) 내의 상이한 위치에 배치되고 촉매 요소 (18) 의 상이한 부분을 향해 배향되는 노즐 (21a ~ 21d) 이 장착되는 것이 가능하다. 연료 주입 노즐 (21a ~ 21d) 은 연료 덕트 (12) 에 연결된다. 각각의 연료 주입 노즐 (21a ~ 21d) 은 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 각각의 구획 (20a ~ 20d) 에는 복수의 노즐이 장착될 수 있다. 스태틱 믹서 (static mixer; 25) 는 산화 촉매 (3) 로부터 하류에 배치된다. 대안적으로, 스태틱 믹서 (25) 는 촉매 요소 (18) 로부터 하류에 있는 산화 촉매 (25) 내에 배치될 수 있다.
도 4 및 도 5 에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 산화 촉매 (3) 가 도시된다. 이 실시형태에서, 산화 촉매 (3) 내의 공간은 칸막이 벽 (22, 23, 24) 에 의해 8 개의 구획 (20a ~ 20h) 으로 나누어진다. 산화 촉매 (3) 는 8 개의 별개의 촉매 요소 (18a ~ 18h) 를 포함하고, 촉매 요소 (18a ~18h) 중 하나는 각각의 구획 (20a ~ 20h) 내에 배치된다. 각각의 구획 (20a ~ 20h) 에는 연료 주입 노즐 (21a ~ 21h) 이 장착되어 있다. 연료 주입 노즐 (21a ~ 21h) 은 연료 덕트 (12) 에 연결된다. 각각의 연료 주입 노즐 (21a ~ 21h) 은 독립적으로 제어될 수 있다.
도 1 로 돌아와서, 워터 덕트 (14) 는 배기 덕트 (4) 로 물을 공급하기 위하여 산화 촉매 (3) 와 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 사이에 배치된다. 워터 덕트 (14) 에는 물의 유입을 제어하기 위한 워터 밸브 (15) 가 제공된다. 워터 밸브 (15) 는 물의 유동을 조절할 수 있는 조절 밸브이다. 또한, 기관 (1) 은 우회 덕트 (6) 를 포함하고, 우회 덕트 (6) 를 통해 배기 가스는 산화 촉매 (3) 를 지나 안내될 수 있다. 우회 덕트 (6) 의 입구는 기관 (1) 과 산화 촉매 (3) 사이의 배기 덕트 (4) 에 연결된다. 우회 덕트 (6) 의 출구는 산화 촉매 (3) 와 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 사이의 배기 덕트 (4) 에 연결된다. 우회 덕트 (6) 에는 이 덕트 (6) 를 통과하는 배기 가스의 유동을 조절하기 위한 우회 밸브 (7) 가 제공된다. 배기 덕트 (4) 에는 우회 덕트 (6) 의 입구와 산화 촉매 (3) 사이에 배치되는 분리 밸브 (17) 가 제공된다.
기관 (1) 에는 상이한 위치에서 배기 가스 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 제공된다. 제 1 온도 센서 (9) 는 워터 덕트 (14) 로부터 하류에 그리고 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 으로부터 상류에 있는 배기 덕트 (4) 내에 위치된다. 제 2 온도 센서 (10) 는 산화 촉매 (3) 내의 온도를 측정하기 위해 배치된다. 대안적으로, 제 2 센서 (10) 는 또한 산화 촉매 (3) 직후에, 즉 산화 촉매 (3) 와 워터 덕트 (14) 사이의 온도를 측정하기 위하여 배치될 수 있다. 제 3 온도 센서 (11) 는 기관 (1) 과 산화 촉매 (3) 사이의 배기 덕트 (4) 내에 위치된다. 또한, 기관 (1) 에는 배기 가스 내의 탄화수소 농도를 측정하는 가스 센서 (26) 가 제공된다. 가스 센서 (26) 는 산화 촉매 (3) 로부터 하류에 위치된다. 센서들 (9, 10, 11) 로부터의 온도 데이터와 가스 센서 (26) 로부터의 가스 농도 데이터는 제어 유닛 (8) 내에 수용된다.
기관 (1) 이 기체 연료로 작동되는 때에, 기관 (1) 으로부터의 배기 가스는 산화 촉매 (3) 를 통해 일반적으로 유동하고, 여기서 연소되지 않은 탄화수소 및 CO 는 배기 가스 내의 잔류 산소에 의해 산화된다.
산화 촉매 (3) 의 상태는 산화 촉매의 불활성화를 검출하기 위해 모니터링된다. 모니터링은 산화 촉매 (3) 로부터 하류에 있는 메탄의 농도 또는 탄화수소의 전체 농도를 측정함으로써 행해진다. 도 1 의 실시형태에서, 탄화수소 농도는 터보 과급기 (2) 로부터 하류에 배치되는 가스 센서 (26) 에 의해 모니터링된다. 배기 가스 내의 탄화수소 농도가 미리 정해진 한계를 초과하는 경우, 이는 산화 촉매 (3) 가 재생될 필요가 있다는 표시이다. 허용된 탄화수소 농도에 대한 제한 값은 기관 부하 및 속도 그리고 다른 작동 상태에 의존할 수 있다. 가스 센서 (26) 대신에, 재생에 대한 필요성이 산화 촉매 (3) 에 걸친 온도 차이를 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 기관 (1) 과 산화 촉매 (3) 사이의 제 3 온도 센서 (11) 와 산화 촉매 (3) 로부터의 하류에 있는 제 1 온도 센서 (9) 에 의해 측정되는 온도 간의 차이가 큰 때에, 이는 산화 촉매 (3) 의 적절한 기능의 표시이다. 산화 촉매 (3) 에 걸친 온도 차이가 작은 때에, 이는 산화 촉매 (3) 의 불활성의 표시이다. 온도 차이가 미리 정해진 제한 값 아래로 떨어지는 때에, 재생에 대한 필요성이 검출될 수 있다. 제한 값은 기관 부하 및 속도 그리고 다른 작동 상태에 의존할 수 있다.
산화 촉매 (3) 가 불활성화되는 것으로 검출되는 때에, 연료는 산화 촉매 (3) 내의 온도를 증가시키기 위하여 산화 촉매 (3) 내로 도입된다. 650 ~ 750 ℃ 의 온도는 산화 촉매 (3) 를 재생하는데 필요하다. 연료는 노즐 (21a ~ 21h) 을 통해 구획 (20a ~ 20h) 으로 순차적으로 주입된다. 따라서, 도 2 및 도 3 의 실시형태에서, 촉매 요소 (18) 의 일부만이 한번에 재생된다. 도 4 및 도 5 의 실시형태에서, 별개의 촉매 요소들 (18a ~ 18h) 중 하나만이 한번에 재생된다. 또한, 배기 온도가 허용하는 경우, 연료는 동시에 둘 이상의 구획 (20a ~ 20h) 으로 주입될 수 있다. 순차적인 연료 주입은 산화 촉매 (3) 를 재생하기에 충분히 높은 배기 온도를 가능하게 하고, 산화 촉매 (3) 이후의 배기 온도를 더 낮게 유지시키는데 도움이 되고, 따라서 터보 과급기 (2) 의 손상을 방지한다. 스태틱 믹서 (25) 는 산화 촉매로부터 하류에 배치되는 경우, 상이한 온도에 있는 배기 가스의 부분 유동의 효과적인 혼합이 보장된다. 구획 (20a ~ 20h) 의 필요한 개수는 터보 과급기 (2) 의 온도 및 회전 속도 제한에 의존한다. 많은 수의 구획 (20a ~ 20h) 으로, 배기 가스 온도 및 터보 과급기 (2) 의 회전 속도를 더 낮게 유지시킬 수 있다. 터보 과급기 (2) 가 높은 온도와 회전 속도를 견딜 수 있다면, 두 개의 구획이 충분하다.
예를 들어, 산화 촉매 (3) 가 차가워지고 그리고/또는 산화 촉매가 약간 불활성화되는 때에, 산화 촉매 (3) 내의 일반적인 배기 가스 온도는 산화하는 데에 매우 낮을 것이다. 또한, 이 경우에, 연료는 산화 촉매 (3) 로 도입될 수 있다. 제 2 온도 센서 (10) 는 산화 촉매 (3) 내측의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 온도가 특정한 제한 값 아래에 있는 경우, 가스 연료는 산화 촉매 (3) 내의 온도를 증가시키기 위해 연료 덕트 (12) 를 통해 산화 촉매 (3) 로 도입된다. 주입된 연료는 산화 촉매 (3) 의 메탄 연소 공정을 시작되게 ("점화되게") 한다. 또한, 연료 주입은 특히 촉매가 부분적으로 불활성화되는 때에 메탄 연소 공정에 대해 충분히 높은 온도를 유지시키는데 필요할 수 있다. 약 500℃ 의 온도는 메탄의 산화에 대해 필요하다.
터보 과급기 (2) 이전의 배기 가스 온도가 터보 과급기 (2) 에 대해 허용되는 최대 온도를 초과하지 않는 것을 보장하기 위하여, 터보 과급기 (2) 이전의 배기 가스 온도는 제 1 온도 센서 (9) 에 의해 연속적으로 모니터링된다. 또한 터보 과급기 (2) 의 회전 속도는 허용된 최대 속도가 초과되지 않는 것을 보장하기 위하여 회전 속도 센서 (16) 에 의해 모니터링된다. 배기 가스 온도 및/또는 회전 속도가 미리 정해진 제 1 의 제한 값을 초과하는 경우, 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 으로부터 상류에 있는 배기 덕트 (4) 로의 물의 주입이 시작된다. 배기 온도에 대한 제한 값은 620 ~ 650 ℃ 로 통상적으로 설정된다. 회전 속도에 대한 제한 값은 터보 과급기 (2) 의 유형 및 크기에 의존한다. 대안적으로, 또는 추가로, 물의 주입은, 산화 촉매 (3) 가 재생되는 때에 매번 시작될 수 있다. 물의 주입은 터보 과급기 (2) 의 회전 속도와 배기 가스 온도가 제 1 의 제한 값 아래로 설정되는 제 2 의 제한 값 아래로 떨어질 때 까지 계속된다.
기관 (1) 이 액체 연료로 작동되는 때에, 배기 가스는 우회 밸브 (7) 를 개방하고 분리 밸브 (17) 를 폐쇄함으로써 우회 덕트 (6) 로 안내된다. 산화 촉매 (3) 가 황에 대해 매우 민감하므로, 저황 연료의 배기 가스도 산화 촉매 (3) 를 빨리 불활성화시킨다. 산화 촉매 (3) 를 통과시키기 위해 우회 덕트 (6) 를 사용함으로써, 촉매 (3) 의 재생에 대한 필요성이 감소될 수 있다.
본 발명이 전술한 실시형태들에 제한되지 않고, 첨부된 청구 범위의 범위 내에서 다양할 수 있다는 점은 당업자에 의해 인지될 것이다. 예를 들어, 기관은 연속하여 연결된 두 개의 터보 과급기를 포함할 수도 있다. 상기의 경우에, 산화 촉매는 배기 가스의 유동 방향으로 기관과 제 1 터보 과급기 사이에 배치될 수 있다.

Claims (22)

  1. 터보 과급식 내연 기관 (1) 을 작동시키는 방법에 있어서,
    산화 촉매 (3) 를 재생시키기 위해 상기 산화 촉매 (3) 에 가스 연료가 도입되고,
    상기 가스 연료는 상기 산화 촉매 (3) 의 일부를 한번에 재생시키기 위해 상이한 위치들에서 순차적으로 상기 산화 촉매 (3) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 연료는 상기 산화 촉매 (3) 의 촉매 요소 (18, 18a ~ 18h) 의 상류에 위치되는 구획들 (20a ~ 20h) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기관 (1) 으로부터의 배기 가스는 상기 산화 촉매 (3) 의 촉매 요소 (18, 18a ~ 18h) 의 뒤에 있는 혼합 장치 (25) 를 이용하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    터보 과급기 (2) 이전에 상기 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 과 상기 산화 촉매 (3) 사이에서 배기 가스 온도를 줄이기 위하여 물이 배기 덕트 (4) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 과 상기 산화 촉매 (3) 사이의 배기 가스 온도는 모니터링되고, 미리 정해진 배기 가스 온도를 초과하는 때에 상기 물의 주입이 실시되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 터보 과급기 (2) 의 회전 속도는 모니터링되고, 미리 정해진 회전 속도를 초과하는 때에 상기 물의 주입이 실시되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 로부터 하류의 탄화수소의 전체 농도 또는 메탄 농도는 모니터링되고, 농도가 미리 정해진 한계를 초과하는 때에 상기 산화 촉매 (3) 가 재생되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 에 걸친 온도 차이는 모니터링되고, 상기 온도 차이가 미리 정해진 값 아래로 떨어지는 때에 상기 산화 촉매 (3) 가 재생되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 내연 기관을 작동시키는 방법.
  9. 내연 기관 (1) 용 배기 시스템에 있어서,
    상기 배기 시스템은 터보 과급기 (2) 및 산화 촉매 (3) 를 포함하고,
    상기 산화 촉매 (3) 는 적어도 하나의 촉매 요소 (18, 18a ~ 18h) 를 포함하고,
    상기 배기 시스템은 상기 산화 촉매 (3) 의 부분 재생을 가능하게 하기 위해 적어도 두 개의 위치에서 상기 산화 촉매 (3) 에 가스 연료를 도입시키는 수단 (21a ~ 21h) 을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 는 상기 산화 촉매 (3) 를 적어도 두 개의 구획 (20a ~ 20g) 으로 나누기 위해 상기 촉매 요소 (18) 의 상류에 배치되는 적어도 하나의 칸막이 벽 (22, 23, 24) 을 포함하고, 상기 구획 (20a ~ 20g) 각각은 상기 가스 연료를 도입시키는 수단 (21a ~ 21h) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 는 복수의 촉매 요소 (18a ~ 18h) 를 포함하고, 각각의 상기 촉매 요소 (18a ~ 18h) 의 상류에 하나의 구획 (20a ~ 20h) 이 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    칸막이 벽 (22, 23, 24) 은 상기 촉매 요소들 (18a ~ 18h) 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관 (1) 으로부터 배기 가스를 혼합시키기 위해 상기 산화 촉매 (3) 로부터 하류에 혼합 장치 (25) 가 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 산화 촉매 (3) 로부터 하류에 있는 배기 덕트 (4) 에 물을 도입시키는 수단 (14, 15) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 터보 과급기 (2) 의 터빈 (2a) 과 상기 산화 촉매 (3) 사이의 배기 가스 온도를 측정하는 수단 (9) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 터보 과급기 (2) 의 회전 속도를 측정하는 수단 (16) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 산화 촉매 (3) 로부터 하류의 탄화수소의 전체 농도 또는 메탄 농도를 측정하는 수단 (26) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  18. 제 9 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 시스템은 상기 산화 촉매 (3) 에 걸쳐서 온도 차이를 측정하는 수단 (9, 11) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기 시스템.
  19. 내연 기관 (1) 용 산화 촉매 (3) 에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 는 케이싱 (19) 및 상기 케이싱 (19) 내에 배치되는 적어도 하나의 촉매 요소 (18, 18a ~ 18h) 를 포함하고,
    상기 산화 촉매 (3) 는 상기 산화 촉매 (3) 의 부분 재생을 가능하게 하기 위해 적어도 두 개의 위치에서 상기 산화 촉매 (3) 에 가스 연료를 도입시키는 수단 (21a ~ 21h) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 산화 촉매.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 는 상기 산화 촉매 (3) 를 적어도 두 개의 구획 (20a ~ 20g) 으로 나누기 위해 상기 촉매 요소 (18) 의 상류에 배치되는 적어도 하나의 칸막이 벽 (22, 23, 24) 을 포함하고, 상기 구획 (20a ~ 20g) 각각은 가스 연료를 도입시키는 수단 (21a ~ 21h) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 산화 촉매.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (3) 는 복수의 촉매 요소 (18a ~ 18h) 를 포함하고, 각각의 상기 촉매 요소 (18a ~ 18h) 의 상류에 하나의 구획 (20a ~ 20h) 이 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 산화 촉매.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 칸막이 벽 (22, 23, 24) 은 상기 촉매 요소들 (18a ~ 18h) 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 산화 촉매.
KR1020137026885A 2011-03-14 2012-03-12 기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매 KR101892773B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20115252A FI20115252A0 (fi) 2011-03-14 2011-03-14 Menetelmä moottorin käyttämiseksi, pakokaasujärjestelmä ja hapetuskatalysaattori
FI20115252 2011-03-14
PCT/FI2012/050233 WO2012123636A1 (en) 2011-03-14 2012-03-12 Method for operating an engine, exhaust system and oxidation catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140018918A true KR20140018918A (ko) 2014-02-13
KR101892773B1 KR101892773B1 (ko) 2018-08-28

Family

ID=43806462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137026885A KR101892773B1 (ko) 2011-03-14 2012-03-12 기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2686530B1 (ko)
KR (1) KR101892773B1 (ko)
CN (1) CN103477044B (ko)
FI (1) FI20115252A0 (ko)
WO (1) WO2012123636A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2942504T3 (en) * 2014-05-09 2019-02-25 Winterthur Gas & Diesel Ag Piston internal combustion engine and method of operating a piston internal combustion engine
AT515887A1 (de) 2014-05-20 2015-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Anfahren eines Thermoreaktors
AT515899A1 (de) 2014-06-12 2015-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine
AT516110B1 (de) * 2014-07-21 2016-08-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Abgasnachbehandlungseinrichtung
DE102014226675A1 (de) * 2014-12-19 2016-06-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung eines Methanoxidationskatalysators
AT517670B1 (de) 2015-09-04 2023-03-15 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Abgasnachbehandlungsvorrichtung
US9879587B2 (en) * 2015-10-23 2018-01-30 GM Global Technology Operations LLC Diagnosing oxidation catalyst device with hydrocarbon storage
JP6778077B2 (ja) * 2016-10-13 2020-10-28 川崎重工業株式会社 ガスエンジンシステム
US10502119B2 (en) 2016-12-02 2019-12-10 Ge Global Sourcing Llc After treatment bypass for internal combustion engine during cold start and idle operation
DE102020119056B4 (de) 2020-07-20 2023-06-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung
JP2022172445A (ja) * 2021-05-04 2022-11-16 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ ガスタービン区画内の有害な燃料ガス漏れの効率的な検出のためのシステムおよび方法
DE102021129852A1 (de) 2021-11-16 2023-05-17 Man Energy Solutions Se Abgasnachbehandlungssystem eines als Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor ausgebildeten Motors, Motor und Verfahren zum Betreiben desselben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002032552A1 (de) * 2000-10-17 2002-04-25 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage und verfahren zur abgasreinigung
EP1421987A2 (en) * 2002-11-21 2004-05-26 Delphi Technologies, Inc. Method and system for regenerating nox adsorbers and/or particulate filters
JP2008184900A (ja) * 2007-01-26 2008-08-14 Denso Corp 内燃機関用制御装置
JP4164634B2 (ja) * 2002-01-17 2008-10-15 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004132222A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
US7213395B2 (en) * 2004-07-14 2007-05-08 Eaton Corporation Hybrid catalyst system for exhaust emissions reduction
DE202005001257U1 (de) * 2004-09-17 2005-04-07 Arvinmeritor Emissions Tech Abgasanlage eines Kfzs mit Dieselmotor
US7571602B2 (en) * 2005-05-19 2009-08-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust aftertreatment system and method of use for lean burn internal combustion engines
FI119949B (fi) * 2005-09-16 2009-05-15 Waertsilae Finland Oy Menetelmä turbokompressorilla varustetun mäntämoottorin yhteydessä

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002032552A1 (de) * 2000-10-17 2002-04-25 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage und verfahren zur abgasreinigung
JP4164634B2 (ja) * 2002-01-17 2008-10-15 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
EP1421987A2 (en) * 2002-11-21 2004-05-26 Delphi Technologies, Inc. Method and system for regenerating nox adsorbers and/or particulate filters
JP2008184900A (ja) * 2007-01-26 2008-08-14 Denso Corp 内燃機関用制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
FI20115252A0 (fi) 2011-03-14
EP2686530B1 (en) 2019-05-22
KR101892773B1 (ko) 2018-08-28
CN103477044B (zh) 2016-09-21
WO2012123636A1 (en) 2012-09-20
EP2686530A1 (en) 2014-01-22
CN103477044A (zh) 2013-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101892773B1 (ko) 기관의 작동 방법, 배기 시스템 및 산화 촉매
WO2012123634A1 (en) Operating method and exhaust system for an internal combustion engine
CN102165157B (zh) 一种用于运行带有scr催化器及在上游起氧化催化作用的排气净化部件的排气净化系统的方法
CN109690039B (zh) 检查用于废气再处理的部件的功能性的诊断方法和装置
US8776501B2 (en) Regeneration assist calibration
EP2516831B1 (en) Regeneration assist delay period
KR101684496B1 (ko) 배기가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법
EP2588218B1 (en) Control method and arrangement for selective catalytic reduction
US20110146246A1 (en) Regeneration assist transition period
US8468799B2 (en) Procedure and device for controlling an air supply system of a combustion engine
EP2516830A1 (en) Sulfur detection routine
JP5468263B2 (ja) 後処理を伴う空気処理システム
EP1989409A1 (en) Exhaust system comprising catalysed soot filter
KR20180065024A (ko) 내연 엔진의 배기 가스 처리
US8505284B2 (en) Stratified particulate filter regeneration system
EP2143919B1 (en) Particulate filter regeneration system
CN107407177B (zh) 内燃机的控制装置
RU2606955C2 (ru) Способ обогащения отработавших газов несгоревшими углеводородами
US20120073268A1 (en) Fuel-fired burner for no2 based regeneration
US20140250857A1 (en) Low-concentration methane gas oxidation system using exhaust heat from gas turbine engine
US9523974B2 (en) Method of controlling operation of an exhaust fluid treatment apparatus
JP6349535B2 (ja) 排気ガス昇温装置を備えた排気ガス浄化装置
US20140311122A1 (en) Flow controlled electrically assisted dpf regeneration
ES2276381T3 (es) Sistema y procedimiento para regular la regeneracion de un filtro de particulas de motor de combustion interna.
WO2012137247A1 (ja) バーナー装置を備える内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant