KR20170113337A - Exhaust gas after-treatment system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템(3), 말하자면 SCR 배기 가스 후처리 시스템이, 반응기 챔버(10) 내에 수용되는 SCR 촉매 컨버터(9), 반응기 챔버(10)로 및 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8) 그리고 반응기 챔버(10)로부터 및 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11), 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 배기 가스 내로 도입하기 위해, 배기 가스 공급 라인(8)에 할당되는 도입 장치(16), 반응기 챔버(10) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 배기 가스를 환원제와 혼합하기 위해 도입 장치(16)의 하류에서 배기 가스 공급 라인(8)에 의해 제공되는 혼합 섹션(18), 및 배기 가스의 열에너지가 그의 도움으로 SCR 촉매 컨버터(9) 하류의 배기 가스로부터 SCR 촉매 컨버터(9) 상류의 배기 가스로 전달되는 것인, 열교환기(25)를 포함한다. An exhaust gas after-treatment system 3 of the internal combustion engine, that is, an SCR exhaust gas after-treatment system, is connected to the SCR catalytic converter 9 accommodated in the reactor chamber 10, to the reactor chamber 10 and thus to the SCR catalytic converter 9 And an exhaust gas discharge line 11 leading from the reactor chamber 10 and hence away from the SCR catalytic converter 9, a reducing agent, in particular an ammonia or ammonia precursor material, into the exhaust gas Downstream of the introduction device 16 to mix the exhaust gas with the reducing agent upstream of the introduction device 16, the reactor chamber 10 or the SCR catalytic converter 9, which is assigned to the exhaust gas supply line 8, The mixing section 18 provided by the exhaust gas supply line 8 in the SCR catalytic converter 9 and the thermal energy of the exhaust gas from the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter 9, Includes the heat exchanger 25 will be delivered throw.
Description
본 발명은, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 더불어, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine. The present invention also relates to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system.
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 가스의 탈질 작용을 위해, 기능하는, 배기 가스 후처리 시스템들이 할당된다.In combustion processes in fixed internal combustion engines employed in power plants, for example, and in combustion processes in non-fixed internal combustion engines employed, for example, on ships, nitrogen oxides are produced, Nitrogen oxides are typically produced during the combustion of sulfur-containing, fossil fuels such as charcoal, coal, crude oil, heavy oil, diesel fuel. For these reasons, exhaust gas aftertreatment systems are assigned to such internal combustion engines, which function, for cleaning, especially for the denitration of exhaust gases leaving the internal combustion engine.
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 상류로부터 액체 상태에서 배기 가스 내로 이러한 목적을 위해 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, 실시에 따라 제공된다.In order to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas, so-called SCR catalytic converters are mainly employed in exhaust gas aftertreatment systems, known from practice. In the SCR catalytic converter, selective catalytic reduction of nitrogen oxides takes place, and ammonia (NH 3 ) is required as a reducing agent for the reduction of nitrogen oxides. Ammonia or an ammonia precursor material such as, for example, urea is introduced for this purpose from the upstream of the SCR catalytic converter into the exhaust gas in the liquid state, and the ammonia or ammonia precursor material is mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter do. To this end, mixing sections are provided between the inlet of the ammonia or ammonia precursor material and the SCR catalytic converter, according to practice.
비록 SCR 촉매 컨버터를 포함하는 실시로부터 공지되는 배기 가스 후처리 시스템들에 의해, 배기 가스 후처리, 특히 질소 산화물 환원은, 이미 성공적으로 일어날 수 있지만, 배기 가스 후처리 시스템들을 추가로 개선할 필요가 있다. 특히 그러한 배기 가스 후처리 시스템들의 콤팩트한 설계에 의해 효과적인 배기 가스 후처리를 가능하게 할 필요가 존재한다.Although exhaust aftertreatment, particularly nitrogen oxide reduction, has already been successfully accomplished, with the exhaust aftertreatment systems known from the practice including SCR catalytic converters, there is a need to further improve the exhaust aftertreatment systems have. There is a need to enable effective exhaust aftertreatment, especially by the compact design of such exhaust aftertreatment systems.
이로부터 시작하여, 본 발명의 목적은, 내연 기관의 새로운 유형의 배기 가스 후처리 시스템 및 그러한 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관을 생성하는 것에 기초하게 된다.Starting from this, it is an object of the present invention to build a new type of exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine and an internal combustion engine having such an exhaust gas aftertreatment system.
이러한 목적은, 청구항 1에 따른 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 통해 해소된다. 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템은, 배기 가스의 열에너지가 그의 도움으로 SCR 촉매 컨버터 하류의 배기 가스로부터 SCR 촉매 컨버터 상류의 배기 가스로 전달될 수 있는 것인, 열교환기를 포함한다. 열교환기에 의해, 배기 가스 온도는, SCR 처리를 위해 최적인 레벨로 설정될 수 있다. SCR 처리의 발열 반응 도중에 해방되며 그리고 SCR 촉매 컨버터 하류의 배기 가스 내에 존재하는 열에너지는, SCR 촉매 컨버터 상류의 배기 가스로 전달된다. 이 때문에, 효과적인 배기 가스 후처리가, SCR 촉매 컨버터 상류의 온도를 증가시킴에 의해 가능하다.This object is solved by an exhaust gas after-treatment system of an internal combustion engine according to claim 1. The exhaust aftertreatment system according to the present invention includes a heat exchanger in which the thermal energy of the exhaust gas can be transferred from the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter to the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter with its help. By means of the heat exchanger, the exhaust gas temperature can be set to an optimal level for the SCR process. The thermal energy released during the exothermic reaction of the SCR process and present in the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter is transferred to the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter. For this reason, effective exhaust gas after-treatment is possible by increasing the temperature upstream of the SCR catalytic converter.
본 발명의 유리한 다른 개선예에 따르면, 배기 가스 공급 라인 및 배기 가스 방출 라인이 반응기 챔버의 공통 측면 상에 연결되며, 열교환기를 형성하는 섹션들 내에서 이러한 배기 가스 라인들 중의 하나는 이러한 배기 가스 라인들 중의 다른 하나를 둘러싼다. 이러한 다른 개선예는, 배기 가스 후처리 시스템의 콤팩트하고 단순한 설계에 의한 효과적인 배기 가스 후처리를 허용한다.According to another advantageous refinement of the invention, an exhaust gas supply line and an exhaust gas discharge line are connected on the common side of the reactor chamber, and in the sections forming the heat exchanger one of these exhaust gas lines is connected to this exhaust gas line Surrounding one of the other. These other improvements allow efficient exhaust after-treatment by a compact and simple design of the exhaust aftertreatment system.
바람직하게, 배기 가스 방출 라인은, 양자 모두의 배기 가스 라인이 그의 외측면 상의 섹션들에 연결되는, 반응기 챔버의 측면에 인접한 배기 가스 공급 라인을 둘러싸며, 여기서 배기 가스 공급 라인의 유동 방향에서 볼 때, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터의 상류에서 그 둘레에서 순환되는, 배기 가스 공급 라인의 섹션이, 한편으로 배기 가스 방출 라인에 의해 둘러싸이며 그리고 다른 한편으로 반응기 챔버 내부로 연장된다. 이러한 다른 개선예는, 배기 가스 후처리 시스템의 특히 콤팩트하고 단순한 설계에 의한 효과적인 배기 가스 후처리를 허용한다. 특히, 배기 가스 공급 라인의 벽들 상의 침착이 회피될 수 있다.Preferably, the exhaust emission line surrounds an exhaust gas supply line adjacent to the side of the reactor chamber, both of which are connected to sections on the outer side thereof, A section of the exhaust gas supply line, on the one hand, is surrounded by the exhaust gas emission line and extends into the reactor chamber, on the other hand, where exhaust gas is circulated around the upstream of the SCR catalytic converter. These other improvements allow efficient exhaust after-treatment by a particularly compact and simple design of the exhaust aftertreatment system. In particular, deposition on the walls of the exhaust gas supply line can be avoided.
본 발명의 유리한 다른 개선예에 따르면, SCR 촉매 컨버터의 길이와, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인의 섹션의 길이 사이의 비율이, 적어도 1:5, 바람직하게 적어도 1:8, 특히 바람직하게 적어도 1:10 에 달한다. 이러한 다른 개선예는, 배기 가스 후처리 시스템의 특히 단순하고 콤팩트한 설계에 의한 효과적인 배기 가스 후처리를 허용한다.According to another advantageous refinement of the invention, the ratio between the length of the SCR catalytic converter and the length of the section of the exhaust gas feed line, in which the exhaust gas circulates around and upstream of the SCR catalytic converter, is at least 1: 5 At least 1: 8, particularly preferably at least 1: 10. These other improvements allow efficient exhaust after-treatment by an especially simple and compact design of the exhaust aftertreatment system.
다른 개선예가, 배기 가스의 압력 레벨을 증가시킴에 의해 열전달을 증가시키는 것으로 이루어진다. 유리하게, 절대 압력은, 적어도 0.2 MPa 까지, 유리하게 적어도 0.3 MPa 까지, 가장 유리하게 적어도 0.4 MPa 까지 증가하게 된다. 배기 가스 압력을 증가시키기 위한 별도의 압축기들을 생략할 수 있도록 하기 위해, 적어도 하나의 배기 가스 터빈의 상류에 열교환기를 그리고 그에 따라 SCR 촉매 컨버터를 또한 배열하는 것이 적절하다.Another improvement consists in increasing the heat transfer by increasing the pressure level of the exhaust gas. Advantageously, the absolute pressure is increased to at least 0.2 MPa, advantageously to at least 0.3 MPa, most advantageously to at least 0.4 MPa. In order to be able to omit the separate compressors for increasing the exhaust gas pressure, it is appropriate to arrange the heat exchanger upstream of the at least one exhaust gas turbine and thus also the SCR catalytic converter.
본 발명에 따른 내연 기관은, 청구항 10에서 한정된다.The internal combustion engine according to the present invention is defined in
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다. 본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않고, 뒤따르는 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.Other preferred refinements of the invention are achieved from the dependent claims and the ensuing description. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Exemplary embodiments of the present invention are described in further detail, not by way of limitation, but by way of the following figures.
도 1은, 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관의 개략적 사시도이고;
도 2는 도 1의 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이다.1 is a schematic perspective view of an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system according to the present invention;
2 is a detailed view of the exhaust aftertreatment system of FIG.
본 발명은, 내연 기관의, 예를 들어 발전소 내의 고정형 내연 기관의 또는 선박 상에 채택되는 비고정형 내연 기관의, 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 배기 가스 후처리 시스템은, 중유에 의해 작동하게 되는 선박의 디젤 엔진 상에 채용된다.The present invention relates to an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, for example a stationary internal combustion engine in a power plant or a non-fixed internal combustion engine employed on a ship. Particularly, the exhaust gas aftertreatment system is employed on a diesel engine of a ship to be operated by heavy oil.
도 1은, 배기 가스 터보 차져 시스템(2) 및 배기 가스 후처리 시스템(3)을 갖는, 배기 가스 과급 내연 기관(1)의 배열을 도시한다. 내연 기관(1)은, 비고정형 또는 고정형 내연 기관, 특히 선박의 비고정형으로 작동되는 내연 기관일 수 있다. 내연 기관(1)의 실린더들을 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. 1 shows an arrangement of an exhaust gas supercharging internal combustion engine 1 having an exhaust gas turbocharger system 2 and an exhaust
따라서, 도 1은, 복수의 배기 가스 터보 차져, 말하자면 고압 측부 상의 제1 배기 가스 터보 차져(4) 및 저압 측부 상의 제2 배기 가스 터보 차져(5)를 포함하는, 배기 가스 터보 차져 시스템(2)을 갖는 내연 기관(1)을 도시한다. 내연 기관(1)의 실린더들을 떠나는 배기 가스는 초기에 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 터빈(6)을 통해 유동하며 그리고 고압 터빈(6) 내부에서 팽창되고, 프로세스에서 추출되는 에너지는, 충전 공기를 압축하기 위해 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 압축기에서 활용된다. 제1 터보 차져(4)의 하류에서 배기 가스의 유동 방향으로 보면, 제2 배기 가스 터보 차져(5)가 배열되며, 제2 배기 가스 터보 차져를 통해, 말하자면 제2 배기 가스 터보 차져(5)의 저압 터빈(7)을 통해, 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 터빈(6)을 통해 이미 유동한 배기 가스가, 이동하게 된다. 제2 배기 가스 터보 차져(5)의 저압 터빈(7)에서, 배기 가스는 추가로 팽창되며 그리고 프로세스에서 추출되는 에너지는, 마찬가지로 내연 기관(1)의 실린더들로 공급될 충전 공기를 압축하도록 하기 위해, 제2 배기 가스 터보 차져(5)의 저압 압축기에서 활용된다.Thus, Figure 1 shows an exhaust gas turbocharger system 2 (not shown), including a plurality of exhaust gas turbochargers, a first exhaust gas turbocharger 4 on the high pressure side and a second exhaust gas turbocharger 5 on the low pressure side ). ≪ / RTI > The exhaust gas leaving the cylinders of the internal combustion engine 1 initially flows through the high pressure turbine 6 of the first exhaust gas turbocharger 4 and is expanded inside the high pressure turbine 6, , And is utilized in the high pressure compressor of the first exhaust gas turbocharger (4) to compress the charge air. In the direction of flow of the exhaust gas downstream of the first turbocharger 4, a second exhaust gas turbocharger 5 is arranged, through a second exhaust gas turbocharger, that is to say a second exhaust gas turbocharger 5, The exhaust gas that has already flowed through the high pressure turbine 6 of the first exhaust gas turbocharger 4 is moved through the low pressure turbine 7 of the first exhaust gas turbocharger 4. In the low pressure turbine 7 of the second exhaust gas turbocharger 5, the exhaust gas is further expanded and the energy extracted from the process is used to compress the charge air to be fed to the cylinders of the internal combustion engine 1 Pressure compressor of the second exhaust gas turbocharger 5, for example.
배기 가스 터보 차져들(4, 5)을 포함하는 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, 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 터빈(6)과 저압 터빈(7) 사이에 연결되며, 따라서 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 터빈(6)을 떠나는 배기 가스가, 제2 배기 가스 터보 차져(5)의 저압 터빈(7)의 영역에 도달하기 이전에, 초기에 SCR 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해 이동하게 될 수 있다. 이 때문에, 열교환기는, 상승된 압력 레벨에서 작동하게 되며, 그 결과 열전달이 개선된다.In addition to the exhaust gas supercharging system 2 comprising exhaust gas turbochargers 4 and 5 the internal combustion engine 1 comprises an exhaust
도 1은, 제1 배기 가스 터보 차져(4)의 고압 터빈(6)으로부터 나오는 배기 가스가 그를 통해 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 SCR 촉매 컨버터(9)(도 2 참조)의 방향으로 이동하게 될 수 있는, 배기 가스 공급 라인(8)을 도시한다. Figure 1 shows the exhaust gas from the high pressure turbine 6 of the first exhaust gas turbocharger 4 being moved in the direction of the SCR catalytic converter 9 (Figure 2) in which it is arranged in the
도 1은 더불어, SCR 촉매 컨버터(9)로부터 배기 가스를 제2 배기 가스 터보 차져(5)의 저압 터빈(7)의 방향으로 방출하는 역할을 하는, 배기 가스 방출 라인(11)을 도시한다. 1 also shows an exhaust
저압 터빈(7)으로부터 나오는 배기 가스는, 라인(21)을 통해, 특히 외부로 유동한다. The exhaust gas from the low pressure turbine 7 flows through the
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, 차단 요소(13)가 그 내부에 통합되는, 우회로(12)를 통해 결합된다. 폐쇄되는 차단 요소(13)에 의해, 우회로(12)는 차단되며, 따라서 배기 가스가 우회로를 통해 유동할 수 없다. 대조적으로, 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. The exhaust
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, 편향 이후의 배기 가스는 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 이동하게 된다는 것이, 도 2로부터 명백하다.Figure 2 shows the flow of exhaust gas through the
배기 가스 후처리 시스템(3)의 배기 가스 공급 라인(8)에는, 그를 통해 배기 가스 유동 내에, SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에서 한정된 방식으로 배기 가스의 질소 산화물들을 변환하기 위해 요구되는, 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이, 도입될 수 있는, 도입 장치(16)가 할당된다. 배기 가스 후처리 시스템(3)의 이러한 도입 장치(16)는 바람직하게, 암모니아 또는 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 내로의 환원제의 주입을 원뿔형 표지(17)로 예시한다. 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 도입 장치(16)의 하류에 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에 위치하게 되는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 섹션은, 혼합 섹션으로서 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.The exhaust
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(20)가 제공된다. 도시된 예시적 실시예에서, 배플 요소(20)는, 반응기 챔버(10) 내로 개방되는, 배기 가스 공급 라인(8)의 단부(15)에 대해 선형으로 변위될 수 있다. The exhaust
배플 요소(20)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 변위될 수 있다. 특히 배플 요소(20)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. The baffle element 20 is connected to the exhaust
특히 배플 요소(20)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(20)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(20)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.Particularly when the baffle element 20 opens the
배기 가스 공급 라인(8)의 개방된 하류측 단부(15)를 동반하는 배플 요소(20)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(20)의 상대적 위치에 의해, 특히, 배플 요소(20)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, 이동하게 되는 또는 이끌리게 되는지가 결정될 수 있다.Another function of the baffle element 20 with the open
바람직한 실시예에 따르면, 배기 가스 공급 라인(8)은, 확산기를 형성하도록 하류측 단부(15)에서 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)의 전방에서 초기에 좁아지는, 그러한 섹션보다, 배기 가스 공급 라인(8)의 더 짧은 섹션을 통해 바람직하게 영향을 미치게 된다. 배기 가스의 유동 방향이 초기에 점진적으로 좁아지는, 배기 가스 공급 라인(8)의 그러한 축 방향 위치에서, SCR 촉매 컨버터(9)가 배기 가스 공급 라인(8)의 반경 방향 외측에 배열된다.According to a preferred embodiment, the exhaust
바람직하게, 배플 요소(20)는 만곡되고, 바람직하게 배기 가스를 위한 유동 가이드를 형성하도록 배기 가스 공급 라인(8)을 바라보는 측면(22) 상에서 벨형(bell-like)으로 만곡된다. 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)를 바라보는 배플 요소(20)의 측면은, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 반경 방향 내측 섹션 상에서, 배플 요소의 반경 방향 외측 섹션 상에서 보다, 더 짧은 거리를 갖는다. 따라서, 배플 요소(20)는, 중심에서, 배기 가스의 유동 방향에 대항하는 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 방향으로 이끌리거나 만곡된다.Preferably, the baffle element 20 is curved and bell-like curved on the
특히 도 2로부터 명백한 바와 같이, 배기 가스 공급 라인(8) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24) 상에서 함께 연결되거나, 또는 이러한 공통 측면(24)으로부터 시작하여 반응기 챔버(10) 내로 개방되거나 또는 연장된다.2, the exhaust
여기서, 배기 가스 공급 라인(8)은, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)가 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24) 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(24) 상에서 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 따라서, 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(24)을 통해 유동한다. 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24)과 반대편에 위치하게 되는 반응기 챔버(10)의 제2 측면(23) 사이에, 바람직하게 단면이 원형인 반응기 챔버(10)의 벽(10)이 연장된다.Herein, the exhaust
본 발명에 따르면, 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 배기 가스의 열에너지가 그의 도움으로 SCR 촉매 컨버터(9) 하류의 배기 가스로부터 SCR 촉매 컨버터(9) 상류의 배기 가스로 전달될 수 있는 것인, 열교환기(25)를 포함한다. SCR 처리의 발열 반응 도중에 해방되며 그리고 SCR 촉매 컨버터 하류의 배기 가스 내에 존재하는 열에너지는, SCR 촉매 컨버터 상류의 배기 가스로 전달된다. 이 때문에, 배기 가스 온도는, SCR 처리를 위해 최적이며 그리고 효과적인 배기 가스 후처리가 가능하게 되는, 레벨로 설정될 수 있다.According to the present invention, the exhaust
배기 가스 공급 라인(8) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24) 상에 함께 연결되고, 이러한 배기 가스 라인들(8, 11) 중 하나는, 열교환기(25)를 형성하도록, 부분적으로, 이러한 배기 가스 라인들(8, 11) 중 다른 하나를 둘러싼다. 도시된 바람직한 예시적 실시예에서, 배기 가스 방출 라인(11)은, 배기 가스 라인들(8, 11) 양자 모두가 부분적으로 외측에서 바람직하게 동심형으로 그에 연결되는, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24) 근처에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싼다.An exhaust
이 때문에, SCR 촉매 컨버터 하류의 배기 가스 내에 존재하는 열에너지는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 콤팩트하고 단순한 설계에 의해, SCR 촉매 컨버터(9) 상류의 배기 가스로 신뢰할 수 있게 전달될 수 있다. 배기 가스 공급 라인(8)의 영역 내에 침착물이 형성될 위험은 존재하지 않는다.Because of this, the thermal energy present in the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter can be reliably transferred to the exhaust gas upstream of the SCR
배기 가스 방출 라인(11)은, 혼합 섹션(18)의 영역에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싼다. 배기 가스 방출 라인(11)의 섹션에 의해 둘러싸이게 되는 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션은, 배기 가스 공급 라인(8)의 유동 방향으로 볼 때, 환원제를 배기 가스 내로 도입하기 위한 도입 장치(16)의 하류에 그리고 그에 따라 혼합 섹션(18) 내에, 배치된다.The exhaust
배기 가스 유동 방향에서 볼 때, SCR 촉매 컨버터(9)의 길이(l1)와, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션의 길이(l2) 사이의 비율이, 적어도 1:5, 바람직하게 적어도 1:8, 특히 바람직하게 적어도 1:10 에 달한다. 이 때문에, SCR 촉매 컨버터(9) 하류의 배기 가스 내에 존재하는 열에너지는, SCR 촉매 컨버터(9) 상류의 배기 가스로 신뢰할 수 있게 전달될 수 있다.The length l1 of the SCR
배기 가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션은, 한편으로 배기 가스 방출 라인(11)에 의해 둘러싸이게 되며 그리고 다른 한편으로 반응기 챔버(10) 내부에서 연장된다. 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인(8)의 그러한 섹션의 길이(l2)는 따라서, 배기 가스 방출 라인(11)에 의해 둘러싸이게 되는 부분 섹션 길이(l21) 및 반응기 챔버(10) 내부에서 연장되는 부분 섹션 길이(l22)로 구성된다.The section of the exhaust
반응기 챔버(10) 및/또는 배기 가스 방출 라인(11) 및/또는 배기 가스 공급 라인(8)은, 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기 가스를 위한 유동 단면적이 SCR 촉매 컨버터(9) 하류에서 좁아지는 방식으로 윤곽 형성된다. 이는, 예시적인 실시예에서, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(24)의 원추형 윤곽 형성에 의해 보장된다. 유동 단면적의 이러한 좁아짐을 통해, 규정된 유동 속도가, SCR 촉매 컨버터(9) 상류의 배기 가스로, SCR 촉매 컨버터 하류의 배기 가스 내에 존재하는 열에너지를 전달하기 위한, 특히 효과적인 전달을 위한, 열교환기(25)를 형성하도록 외측에서 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싸는, 배기 가스 방출 라인(11)의 섹션 내에서 조절된다.The
도 1의 내연 기관(1)의 경우에서, 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 배기 가스 과급 시스템(2)의 상류에 직립형으로 배치된다. 내연 기관(1)의 실린더들에 대한 접근이 자유롭지만, 배기 가스 터보 차져들(4, 5)에 대한 접근성이 제한된다. 유지보수 작업이 터보 차져들(4, 5) 상에 필요하게 될 때, 반응기 챔버(10)는 그러나 간단하게 분해될 수 있다. 도 1에 도시되는 배기 가스 과급 시스템(2)의 상류에서의 배기 가스 후처리 시스템(3)의 직립 배열과 대조적으로, 배기 가스 과급 시스템(2) 옆에 배기 가스 후처리 시스템(3)의 90°만큼 기울어진 수평 배열 또한 가능하지만, 그러한 수평 배열에 의해 장치의 길이가 증가한다. 그러나, 내연 기관(1) 및 배기 가스 과급 시스템(2)은 이때, 반응기 챔버(10)를 분해할 필요 없이 유지보수 작업에 대한 제한 없이 이용 가능하다.In the case of the internal combustion engine 1 of Fig. 1, the exhaust
특히 바람직하게, 본 발명은, SCR 촉매 컨버터의 상류의 배기 가스 온도가 300°C 미만인 경우의, 2단 과급 4-행정 엔진들 또는 2-행정과 함께 사용된다. 그러한 엔진들에서, 배기 가스 온도는, SCR 처리를 위해 최적인 레벨로, 본 발명에 의해 조절될 수 있다.Particularly preferably, the present invention is used with two-stage supercharged four-stroke engines or two-stroke, when the exhaust gas temperature upstream of the SCR catalytic converter is less than 300 ° C. In such engines, the exhaust gas temperature can be adjusted by the present invention to a level optimal for SCR processing.
1: 내연 기관
2: 배기 가스 과급 시스템
3: 배기 가스 후처리 시스템
4: 배기 가스 터보 차져
5: 배기 가스 터보 차져
6: 고압 터빈
7: 저압 터빈
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 가이드
15: 단부
16: 도입 장치
17: 주입 원뿔 표지
18: 혼합 섹션
19: 벽
20: 배플 요소
21: 라인
22: 측면
23: 측면
24: 측면
25: 열교환기
1: Internal combustion engine 2: Exhaust gas supercharging system
3: Exhaust gas aftertreatment 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: reactor chamber
11: Exhaust gas emission line 12: Bypass
13: Blocking element 14: Exhaust gas guide
15: end portion 16: introduction device
17: injection cone cover 18: mixing section
19: wall 20: baffle element
21: line 22: side
23: side 24: side
25: Heat exchanger
Claims (14)
반응기 챔버(10) 내부에, SCR 촉매 컨버터(9)를 정화하는 역할을 하는, 적어도 하나의 분출 장치(blow-down device)(24)가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.An exhaust gas aftertreatment system (3) of an internal combustion engine, that is, an SCR exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, comprises an SCR catalytic converter (9) accommodated in a reactor chamber (10) An exhaust gas feed line 8 leading to the converter 9 and an exhaust gas emission line 11 leading from the reactor chamber 10 and hence away from the SCR catalytic converter 9 and a reducing agent and in particular an ammonia or ammonia precursor material An introduction device 16 which is assigned to the exhaust gas supply line 8 and an introduction device 16 for mixing the exhaust gas with the reducing agent upstream of the reactor chamber 10 or the SCR catalytic converter 9, 16. The exhaust aftertreatment system according to claim 1, wherein the mixing section (18) is provided by an exhaust gas supply line (8)
Characterized in that in the reactor chamber (10) at least one blow-down device (24) is arranged, which serves to purify the SCR catalytic converter (9).
열교환기 내의 압력이, 적어도 0.2 MPa, 유리하게 적어도 0.3 MPa, 가장 유리하게 적어도 0.4 MPa의 절대 압력에 달하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.The method according to claim 1,
Characterized in that the pressure in the heat exchanger reaches an absolute pressure of at least 0.2 MPa, advantageously at least 0.3 MPa, most advantageously at least 0.4 MPa.
열교환기는, 배기 가스 과급 내연 기관의 적어도 하나의 터빈의 상류에 배열되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the heat exchanger is arranged upstream of at least one turbine of the exhaust gas supercharging internal combustion engine.
배기 가스 공급 라인(8) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 반응기 챔버(10)의 측면(24) 상에 함께 연결되고, 이러한 배기 가스 라인들 중 하나는, 열교환기(25)를 형성하도록, 부분적으로, 이러한 배기 가스 라인들 중 다른 하나를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.The method according to claim 1,
The exhaust gas supply line 8 and the exhaust gas emission line 11 are connected together on the side surface 24 of the reactor chamber 10 and one of these exhaust gas lines forms a heat exchanger 25 And, in part, surrounds the other of these exhaust lines.
배기 가스 방출 라인(11)은, 배기 가스 라인들(8, 11) 양자 모두가 부분적으로 외측에서 그에 연결되는, 반응기 챔버(10)의 측면(24) 근처에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.3. The method of claim 2,
The exhaust gas emission line 11 is connected to the exhaust gas supply line 8 in the vicinity of the side surface 24 of the reactor chamber 10 where both the exhaust gas lines 8 and 11 are partly outsidely connected thereto And the exhaust gas after-treatment system.
배기 가스 방출 라인(11)은, 배기 가스 공급 라인(8)을 부분적으로 동심으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the exhaust gas discharge line (11) concentrically surrounds the exhaust gas supply line (8).
배기 가스 방출 라인(11)은, 혼합 섹션(18)의 영역에서, 외측에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.The method according to claim 5 or 6,
Characterized in that the exhaust emission line (11) surrounds the exhaust gas supply line (8), on the outside, in the region of the mixing section (18).
배기 가스 방출 라인(11)의 섹션에 의해 둘러싸이게 되는 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션은, 배기 가스 공급 라인(8)의 유동 방향으로 볼 때, 환원제를 배기 가스 내로 도입하기 위한 도입 장치(16)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The section of the exhaust gas supply line 8 surrounded by the section of the exhaust gas emission line 11 is an introduction device for introducing the reducing agent into the exhaust gas when viewed in the flow direction of the exhaust gas supply line 8 16. The exhaust aftertreatment system according to claim 1,
SCR 촉매 컨버터(9)의 길이와, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션의 길이 사이의 비율이, 적어도 1:5, 바람직하게 적어도 1:8, 특히 바람직하게 적어도 1:10 에 달하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.9. The method according to any one of claims 5 to 8,
The ratio between the length of the SCR catalytic converter 9 and the length of the section of the exhaust gas supply line 8 circulating around the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter 9 is at least 1: At least 1: 8, particularly preferably at least 1: 10.
배기 가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 상류에서 그 둘레에서 순환하는, 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션이, 한편으로 배기 가스 방출 라인(11)에 의해 둘러싸이게 되며 그리고 다른 한편으로 반응기 챔버(10) 내부에서 연장되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.10. The method according to any one of claims 5 to 9,
The section of the exhaust gas supply line 8 in which the exhaust gas circulates around upstream of the SCR catalytic converter 9 is surrounded on the one hand by the exhaust gas emission line 11 and on the other hand the reactor chamber 10 ) Of the exhaust gas. ≪ / RTI >
반응기 챔버(10) 및/또는 배기 가스 방출 라인(11) 및/또는 배기 가스 공급 라인(8)은, 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때, SCR 촉매 컨버터(9) 하류에서 배기 가스를 위한 유동 단면적이 좁아지는 방식으로 윤곽 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.11. The method according to any one of claims 5 to 10,
The reactor chamber 10 and / or the exhaust gas discharge line 11 and / or the exhaust gas supply line 8 are arranged so as to have a flow cross sectional area for the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter 9, as viewed in the flow direction of the exhaust gas Wherein the exhaust gas treatment system is contoured in a narrowing manner.
적어도 하나의 배기 가스 터보 차져(4)를 구비하는 배기 가스 과급 시스템(2)을 포함하며, 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 내연 기관의 실린더들과 배기 가스 과급 시스템(2) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.13. The method of claim 12,
An exhaust gas aftertreatment system (2) comprising at least one exhaust turbocharger (4), wherein the exhaust gas aftertreatment system (3) is connected between the cylinders of the internal combustion engine and the exhaust gas supercharging system And the internal combustion engine.
고압 터빈(6)을 포함하는 제1 배기 가스 터보 차져(4) 및 저압 터빈(7)을 포함하는 제2 배기 가스 터보 차져(5)를 구비하는 다단 배기 가스 과급 시스템(2)을 포함하며, 배기 가스 후처리 시스템(3)은, 고압 터빈(6)과 저압 터빈(7) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
13. The method of claim 12,
A multistage exhaust supercharging system (2) comprising a first exhaust gas turbocharger (4) comprising a high pressure turbine (6) and a second exhaust gas turbocharger (5) comprising a low pressure turbine (7) And the exhaust gas aftertreatment system (3) is connected between the high pressure turbine (6) and the low pressure turbine (7).
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