KR20180038374A

KR20180038374A - 배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관

Info

Publication number: KR20180038374A
Application number: KR1020170124893A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 되링
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-16
Also published as: CN107916975A; DE102016118972A1; JP2018059508A; FI20175870A; JP6991820B2

Abstract

특히 가스 연료로 작동되는 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템(1)으로서, 반응기 챔버(3) 내에 위치하게 되는 촉매 변환기(2); 반응기 챔버(3)로 그리고 이에 따라 촉매 변환기(2)로 향하는 배기 가스 공급 라인(4); 촉매 변환기(2)로부터 그리고 이에 따라 반응기 챔버(3)로부터 멀리로 향하는 배기 가스 배출 라인(5)을 갖는 배기 가스 후처리 시스템에 있어서, 배기 가스 편향 디바이스(7)가 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)에 할당되며, 이 하류 단부를 이용하여 배기 가스 공급 라인(4)이 반응기 챔버(3) 내로 개방되고, 배기 가스 편향 디바이스(7)는, 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 통해 반응기 챔버(3) 내로 유동하는 배기 가스를 적어도 한 번 대략 180도만큼 또는 적어도 한 번 180도만큼 편향시키며, 배기 가스 편향 디바이스(7)는 언로딩 디바이스(unloading device; 8)를 포함하고, 상기 언로딩 디바이스는 과도하게 높은 배기 가스 압력에서 개방되어 촉매 변환기(2)를 지나치도록 배기 가스를 안내하는 것인 배기 가스 후처리 시스템이 제공된다.

Description

배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관{EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 특히 가스 연료로 작동되는 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 또한, 전술한 배기 가스 후처리 시스템을 갖춘 내연 기관에 관한 것이다.

예컨대 발전소에서 채용되는 고정식 내연 기관에서의 연소 프로세스 동안, 그리고 예컨대 선박에서 채용되는 비-고정식 내연 기관에서의 연소 프로세스 동안, 질소 산화물이 발생되는데, 이러한 질소 산화물은 보통 황 함유 화석 연료의 연소 중에 발생된다. 이러한 이유로, 전술한 내연 기관에는 배기 가스 후처리 시스템이 할당되는데, 이러한 배기 가스 후처리 시스템은 내연 기관을 빠져나오는 배기 가스의 정화(cleaning), 구체적으로 배기 가스의 탈질화를 위한 역할을 한다.

배기 가스에서의 질소 산화물의 환원을 위해, 관례로부터 알려져 있는 배기 가스 후처리 시스템에는 주로 소위 SCR 촉매 변환기가 사용된다. SCR 촉매 변환기 내에서, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원이 이루어지는데, 질소 산화물의 환원을 위해서는 환원제로서 암모니아(NH₃)가 요구된다. 암모니아(NH₃) 또는 예컨대 요소(urea)와 같은 암모니아 전구체 물질은, 전술한 목적으로, 액체 형태로 SCR 촉매 변환기의 배기 가스 내로 도입되는데, 암모니아 또는 상기 암모니아 전구체 물질은 SCR 촉매 변환기의 상류에서 배기 가스와 혼합된다. 이를 위해, 관례에 따라, SCR 촉매 변환기와 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질의 도입부 사이에 있는 혼합 섹션이 마련된다.

특히 내연 기관이 예컨대 가스 엔진과 같이 가스 연료로 작동되는 내연 기관일 때, 배기 가스 후처리 시스템으로 향하는, 구체적으로 SCR 촉매 변환기로 향하는, 배기 가스 공급 라인에 폭발성 혼합물이 형성될 수 있다. 특히 이러한 폭발성 혼합물이 폭발하는 경우, 촉매 변환기의 영역에서 최대 압력 피크(maximum pressure peak)가 발생할 수 있으며, 그 결과로서, 촉매 변환기 및 이 촉매 변환기를 수용하는 반응기 챔버는 제어되지 않는 방식으로 파괴될 수 있다. 이런 이유로, 배기 가스 후처리 시스템의 조립체는, 배기 가스 관에서의 폭발 중에 발생하는 압력 피크(pressure peak)를 배기 가스 후처리 시스템이 확실하게 흡수할 수 있도록 하는 방식으로 치수 설정된다. 이는, 주요한 재료 비용, 큰 질량, 또는 큰 중량 및 이에 따른 높은 비용을 초래한다.

특히 배기 가스 관에서 폭발이 발생하는 경우 이러한 과정 중에 발생하는 압력 피크가 제어된 방식으로 흡수될 수 있어서, 촉매 변환기가 특히 높은 부하에 노출되는 것을 방지하도록 하는 방식으로, 특히 가스 연료로 작동되는 내연 기관용 배기 가스 후처리 시스템을 설계할 필요가 있다.

이로부터 시작하여, 본 발명은 신규 유형의 배기 가스 후처리 시스템을 생산하려는 목적에 기초한다.

이러한 목적은, 청구항 1에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 배기 가스 편향 디바이스(exhaust gas deflection device)가 배기 가스 공급 라인의 하류 단부에 할당되며, 상기 하류 단부를 이용하여 배기 가스 공급 라인이 반응기 챔버 내로 개방되고, 상기 배기 가스 편향 디바이스는 배기 가스 공급 라인의 하류 단부를 통해 반응기 챔버 내로 유동하는 배기 가스를 적어도 한 번 약 180도만큼 또는 적어도 한 번 180도만큼 편향시키며, 배기 가스 편향 디바이스는, 배기 가스 압력이 지나치게 높을 때 촉매 변환기를 지나치도록 배기 가스를 안내하기 위해 개방되는 언로딩 디바이스(unloading device)를 포함한다.

구체적으로, 예컨대 배기 가스 관에서의 폭발의 결과로서, 배기 가스 편향부의 하류에 있는 배기 가스 공급 라인의 영역에 있어서 배기 가스의 배기 가스 압력이 상승하면, 상기 언로딩 디바이스는 개방되어 촉매 변환기를 지나치도록 배기 가스를 안내하게 된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 언로딩 디바이스는, 배기 가스 공급 라인의 하류 단부로부터 빠져나가는 배기 가스를 적어도 한 번 약 180도만큼 또는 바람직하게는 적어도 한 번 180도만큼 편향시키는 배기 가스 편향 디바이스의 일부이다. 이 때문에, 폭발 중에 생성되는 압력 피크가 촉매 변환기의 영역에 유입되어 촉매 변환기를 손상시키는 것이 방지될 수 있다.

본 발명의 추가적인 유리한 개량에 따르면, 상기 언로딩 디바이스는 자동적으로 개방되는 언로딩 디바이스로서, 구체적으로 버스팅 디바이스(bursting device)로서 형성되며, 이는 배기 가스 압력이 지나치게 높을 때 파괴된다. 상기 배기 가스 편향 디바이스의 언로딩 디바이스의 이러한 실시예는, 구성 면에서 매우 간단하며, 이에 따라 바람직하다.

추가적인 유리한 개량에 따르면, 배기 가스 편향 라인은 언로딩 디바이스를 포함하는데, 상기 언로딩 디바이스는 배기 가스 공급 라인의 길이방향 축선에 대해 대략 수직하게 또는 수직하게, 그리고 이에 따라 배기 가스 공급 라인을 통해 유동하는 배기 가스에 대해 대략 수직하게 또는 수직하게, 배기 가스 공급 라인의 하류 단부에 대해 정해진 간격을 두고 연장되며, 바람직하게는 언로딩 디바이스에 이웃하여 상기 언로딩 디바이스로부터 시작하는 관형 유동 제어 요소가 배기 가스 공급 라인의 하류 단부의 방향으로 연장되고, 적어도 부분적으로 배기 가스 공급 라인의 하류 단부를 외부에서 둘러싼다. 적어도 한 번 180도만큼 또는 적어도 한 번 대략 180도만큼 배기 가스를 특히 유리하게 편향시키는 것은, 이에 따라 폐쇄된 언로딩 디바이스를 이용하면 가능하다. 구체적으로, 배기 가스 압력이 지나치게 높을 때 상기 언로딩 디바이스가 개방되는 경우, 배기 가스는 촉매 변환기를 지나쳐 유동하게 되며, 배기 가스 편향 디바이스에 의해 편향되지 않는다.

추가적이고 유리한 다른 실시예에 있어서, 배기 가스 공급 라인은 유동 단면을 포함하는데, 배기 가스 공급 라인과 배기 가스 편향 디바이스 사이에 오버플로우 단면(overflow cross section)이 형성되며, 이 단면은 하류 단부 영역에서의 배기 가스 공급 라인의 직경에 따라 그리고 배기 가스 공급 라인의 하류 단부와 배기 가스 편향 디바이스의 언로딩 디바이스 사이의 간격에 따라 좌우되고, 배기 가스 편향 디바이스는 제2 유동 단면을 형성하며, 상기 오버플로우 단면이 제1 유동 단면보다 크거나, 및/또는 제2 유동 단면이 오버플로우 단면보다 크다. 이러한 구성은, 정해진 방식으로 반응기 챔버의 방향으로 배기 가스 공급 라인으로부터 시작되는 배기 가스 압력을 조정함에 있어서 매우 바람직하다.

배기 가스 공급 라인의 하류 단부와 배기 가스 편향 디바이스의 언로딩 디바이스 사이의 간격은 바람직하게는 적어도 0.1 * U / π 인데, 여기서 U는 하류 단부에서의 배기 가스 공급 라인의 둘레이다. 이러한 간격은, 매우 유리하게는 배기 가스 편향 디바이스의 영역에서의 배기 가스의 적어도 1회의 180도 편향을 가능하게 하는 데 있어서 바람직하다.

본 발명에 따른 내연 기관은 청구항 13에 한정되어 있다.

본 발명의 추가적인 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 이하의 설명에서 얻을 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 이용하여 더욱 상세하게 설명되지만, 이로써 한정되지는 않는다.

도 1은 제1 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이다.
도 2는 제2 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이다.
도 3은 제3 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이다.

본 발명은, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템, 구체적으로 예컨대 천연 가스와 같은 가스 연료로 작동되는 내연 기관에 관한 것이다. 이러한 내연 기관은 예컨대 선박의 가스 엔진일 수 있다.

도 1은, 촉매 변환기(2)를 수용하는 반응기 챔버(3)의 영역에서의 배기 가스 후처리 시스템(1)으로부터 추출한 부분을 도시한 것이다. 촉매 변환기(2)는 예컨대 SCR 촉매 변환기일 수 있다.

배기 가스 공급 라인(4)은 반응기 챔버(3)로 향하며, 이 배기 가스 공급 라인에 의해, 배기 가스는 반응기 챔버(3)의 방향으로, 그리고 이에 따라 촉매 변환기(2)의 방향으로 안내될 수 있다. 반응기 챔버(3)로부터 촉매 변환기(2)를 통해 안내되는 배기 가스를 배출하기 위한 역할을 하는 배기 가스 배출 라인(5)은 반응기 챔버(3)로부터 멀리로 향한다.

도 1에 따르면, 배기 가스 공급 라인(4)은 하류 단부(6)를 이용하여 반응기 챔버(3) 내로 개방된다. 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)는 배기 가스 편향 디바이스(7)에 할당되는데, 배기 가스 편향 디바이스는 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 통해 반응기 챔버(3) 내로 유동하는 배기 가스를 적어도 한 번 편향시키거나 또는 적어도 한 번 대략 180도만큼 또는 적어도 한 번 180도만큼 촉매 변환기(2)의 상류에서 편향시키며, 즉 도 1에서는 여러 번, 특히 2번 편향시킨다. 대략 180 도란, 180 도 ± 10도를 의미한다.

배기 가스 편향 디바이스(7)는 언로딩 디바이스(unloading device; 8) 및 이 언로딩 디바이스(8)에 이웃하는 유동 제어 요소(9)를 포함하는데, 상기 유동 제어 요소는 언로딩 디바이스(8)로부터 시작하여 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)의 방향으로 연장되며 적어도 부분적으로 외부에서 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러싼다.

구체적으로 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8)가 폐쇄되어 있을 때, 도 1에서의 유동 제어 요소(9)와 상호작용하는 언로딩 디바이스는, 우선 180도만큼, 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)로부터 빠져나오는 배기 가스의 유동 편향을 유발하며, 후속하여, 이후 배기 가스가 촉매 변환기(2)를 통해 유동하기 이전에 그리고 이어서 배기 가스 배출 라인(5)을 통해 촉매 변환기(2) 및 반응기 챔버(3)로부터 배출되기 이전에, 바람직하게는 180도만큼 다시 배기 가스의 추가적인 유동 편향을 유발한다. 언로딩 디바이스(8)가 폐쇄되어 있는 상태에서 배기 가스 유동은 도 1에서 연속선에 그려진 화살표(10)로 시각화되어 있다.

구체적으로, 특히 배기 가스 관에서의 폭발의 결과로서, 배기 가스 편향 디바이스(7)를 통해 배기 가스 편향부의 상류에서 배기 가스 공급 라인(4) 영역 내의 배기 가스 압력이 상승하고 이에 따라 배기 가스 압력이 과도하게 높아지게 되면, 언로딩 디바이스(8)는 개방되어 촉매 변환기(2)를 지나치도록 배기 가스를 안내하며, 도 1은 점선에 그려진 화살표(11)로서, 언로딩 디바이스(8)가 개방된 상태에서의 배기 가스 유동을 시각화하고 있다. 이에 따라, 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 상태에서, 배기 가스는 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)로부터 빠져나와 유동하며, 우회로(12)를 통해 편향 없이 배기 가스 라인(5)의 영역 내로 유동한다. 도 1에 있어서, 우회로(12)는 배기 가스 공급 라인(4)의 축 방향으로 또는 연장부의 가운데에서 촉매 변환기(2)를 관통한다.

배기 가스의 편향부의 영역에 배치되고 폐쇄된 상태에서 편향에 관여하는 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8)는 바람직하게는 버스팅 디바이스(bursting device) 또는 버스팅 디스크(bursting disc)의 형태로 자동적으로 개방되는 언로딩 디바이스일 수 있으며, 상기 버스팅 디바이스 또는 버스팅 디스크는, 특히 배기 가스 압력이 지나치게 높을 때, 자동적으로 파괴되어 촉매 변환기(2)를 지나치는 우회로(12)를 통해 배기 가스 유동을 개방시킨다. 이와 대조적으로, 언로딩 디바이스(8)가 액추에이터 작동식 언로딩 디바이스인 것이 또한 제공될 수도 있는데, 상기 액추에이터 작동식 언로딩 디바이스는, 구체적으로 배기 가스의 배기 가스 압력이 지나치게 높아질 때, 특히 측정에 의해 탐지되는 배기 가스 압력에 따라 액추에이터를 통해 개방된다.

또한 도 1로부터 명백한 바와 같이, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8)는 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)로부터 정해진 간격(X)을 두고 연장된다. 배기 가스 공급 라인(4)은, 둘레(U)를 갖는 단면에 있어서 원형인 요소, 특히 관형 요소이다.

배기 가스 공급 라인(4)의 길이방향 축선에 대해 수직하게, 그리고 이에 따라 배기 가스 공급 라인(4)을 통한 배기 가스 유동에 대해 수직하게 정해진 간격을 두고 연장되는 언로딩 디바이스(8)와 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6) 사이의 간격(X)은 바람직하게는 0.1 * U / π와 0.8 * U / π 사이에 해당한다.

배기 가스 공급 라인(4)은 배기 가스 공급 라인의 하류 단부(6)의 영역에서 유동 단면(Q1)을 갖는다.

적어도 부분적으로 외부에서, 도 1에서는 반경방으로 외부에서 완전하게 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러싸는, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9)는 제3 유동 단면(Q3)을 포함하는데, 이러한 제3 유동 단면(Q3)은 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 그 외부에 위치하게 되는 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9) 사이의 유동 단면을 의미하게 된다.

또한, 도 1은 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 배기 가스 편향 디바이스(7) 사이의 제2 오버플로우 단면(overflow cross section; Q2)을 도시한 것이며, 제2 오버플로우 단면은 이에 따라 배기 가스 공급 라인의 둘레(U) 그리고 배기 가스 공급 라인(4)의 입구(mouth)와 언로딩 디바이스(8) 사이의 간격(X)에 따른 것이다.

오버플로우 단면(Q2)이 유동 단면(Q1)보다 크거나 같은 것, 및/또는 제3 유동 단면(Q3)이 오버플로우 단면(Q2)보다 크거나 같은 것이 제시된다.

구체적으로, 이에 따라 특히 오버플로우 단면(Q2)이 제1 유동 단면(Q1)보다 크거나 같고 제3 유동 단면(Q3)이 오버플로우 단면(Q2)보다 크거나 같은 양 조건이 충족된다.

결과적으로, 다음의 식,

Q3 ≥ Q2 > Q1,

Q3 ≥ Q2 ≥ Q1 또는

Q3 > Q2 ≥ Q1 또는

구체적으로 바람직하게는 Q3 > Q2 > Q1

이 적용된다.

도 2는 본 발명에 따른 제2 배기 가스 후처리 시스템(1)으로부터 추출한 추가적인 개략도를 도시한 것이며, 상기 제2 배기 가스 후처리 시스템은, 기본 구성과 관련하여, 도 1의 배기 가스 후처리 시스템(1)에 대응하고, 이러한 이유로 동일한 조립체에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되며, 이하에서는 도 2의 예시적인 실시예가 도 1의 예시적인 실시예와 상이한 세부 사항에 대해서만 설명한다.

도 1의 예시적인 실시예에 있어서, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9)는 반경방향으로 외부에서 완전하게 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러싼다. 도 2의 경우에는 이와 같지 않다. 도 2에 있어서, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9)는 단지 부분적으로 외부에서 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러쌀 뿐이며, 이에 따라 배기 가스 공급 라인의 하류 단부를 완전하게 둘러싸지 않는다.

도 1의 예시적인 실시예와 비교할 때 도 2의 예시적인 실시예의 추가적인 차이점은, 도 2의 예시적인 실시예의 경우에 있어서, 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 상태에서 촉매 변환기(2)를 지나쳐 유동하는 배기 가스가 통과하는 우회로(12)가 배기 가스 배출 라인(5) 내로 개방되지 않고, 이에 따라 배기 가스 배출 라인(5)의 영역 내로 배기 가스를 안내하지 않는다는 것이며, 오히려 도 2에서 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 상태에서 우회로를 통해 안내되는 배기 가스는 주위로 배출된다. 도 2에 있어서, 우회로(12)는 이에 따라 주위로 개방된다. 도 2에 있어서, 우회로는 반응기 챔버(3)에 대해 측방향으로 작용한다.

본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템(1)의 추가적인 예시적 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 역시 도 1 및 도 2에서와 같이 도 3에서도 동일한 도면부호가 사용된다. 또한, 도 3의 예시적인 실시예가 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예와 상이한 세부 사항에 대해서만 설명될 것이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 배기 가스 공급 라인(4) 및 배기 가스 배출 라인(5)은 반응기 챔버(3)의 대향 측에 작용한다. 도 3의 경우에는 이와 같지 않다. 도 3에 따르면, 배기 가스 공급 라인(4) 및 배기 가스 배출 라인(5)은 반응기 챔버(3)의 같은 쪽(13)에 작용하는데, 배기 가스 공급 라인(4)은 촉매 변환기(2)를 통해 반응기 챔버(3)의 반대 쪽(14)의 영역 내로 가능한 멀리 연장되며, 여기서 배기 가스 공급 라인의 하류 단부(6)를 이용하여 반응기 챔버 내로 개방된다. 반응기 챔버(3)의 상기 반대 쪽(14) 상의 벽의 영역에서, 언로딩 디바이스(8) 및 유동 제어 요소(9)를 갖춘 배기 가스 편향 디바이스(7)는 이제 도 3에서와 같이 형성되는데, 도 1와 마찬가지로, 배기 가스 편향 디바이스는 외부에서 완전하게 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러싼다.

도 1에 있어서, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8)는 상기 반응기 챔버의 반대 쪽(14)의 영역에서의 반응기 챔버(3)의 벽의 일부이며, 이에 따라 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 상태에서, 배기 가스는 주위로 배출된다. 이에 따라, 도 3에서는, 언로딩 디바이스가 개방되어 있는 상태에서 촉매 변환기(2)를 지나치게 안내되는 배기 가스가 통과하는 별도의 우회로(12)가 형성되지 않으며, 오히려 이러한 우회로는 이때 반응기 챔버(3)의 개방된 벽에 의해 직접적으로 마련된다.

도 3에 있어서, 배기 가스는 단지 배기 가스 편향 디바이스(7)에 의해 한 번 180도만큼 편향되며, 즉 폐쇄된 언로딩 디바이스(8)와 유동 제어 요소(9)의 상호작용으로 인해 편향된다.

도 3에 있어서, 우회로(15)에 통합되는 차단 디바이스(16)를 갖춘 우회로(15)는 배기 가스 공급 라인(4)과 배기 가스 배출 라인(5) 사이에 형성되어, 차단 디바이스(16)가 개방되어 있는 상태에서 촉매 변환기 챔버(3)를 지나치도록 배기 가스를 안내한다. 특히 차단 디바이스(16)가 폐쇄되어 있을 때, 모든 배기 가스는 반응기 챔버(3)의 방향으로 안내된다. 대조적으로 우회로(15)의 차단 디바이스(16)가 개방되어 있을 때, 배기 가스는 반응기 챔버(3)를 지나치도록 안내되며, 이에 따라 촉매 변환기(2)를 지나치도록 안내된다.

또한, 도 3은, 배기 가스 공급 라인에 할당되며 촉매 변환기(2)의 상류에서 배기 가스 내로 환원제를 도입하는 역할을 하는 도입 디바이스(17)를 도시한 것이다. 구체적으로, 촉매 변환기(2)가 SCR 촉매 변환기라면, 도입 디바이스(17)에 의해 배기 가스 공급 라인(4)의 영역에서 배기 가스 내로 도입되는 환원제는 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질, 예컨대 요소와 같은 암모니아 전구체 물질이고, 이러한 암모니아 전구체 물질은 이후 배기 가스에서 분해되어 암모니아를 형성한다. 이러한 환원제는 SCR 촉매 변환기의 영역에서 효과적인 배기 가스 정화를 위해 요구된다. 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 경우에 있어서, 환원제는 예컨대 전기적 접촉부를 통해 탐지되며, 주위로 암모니아가 의도치 않게 배출되는 것을 방지하기 위해 전기적 제어 유닛에 의해 환원제 공급이 중단된다.

모든 예시적인 실시예는 이에 따라 촉매 변환기(2)의 상류에 있는 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)의 영역을 빠져나와 촉매 변환기(2)의 상류의 영역에서, 촉매 변환기(2)를 수용하는 반응기 챔버(3)에 유입되는 배기 가스가 바람직하게는 180도만큼 배기 가스 편향 디바이스(7)을 통해 적어도 한 번 급격하게 편향되며, 여기서 이러한 배기 가스 편향 디바이스(7)는 언로딩 디바이스(8)를 포함하고, 상기 언로딩 디바이스는, 특히 예컨대 배기 관에서의 배기 가스의 폭발의 결과로서 배기 가스의 배기 가스 압력이 지나치게 높아질 때 개방되어, 배기 가스가 촉매 변환기(2)를 지나치도록 안내한다는 공통점을 갖는다. 바람직하게는, 언로딩 디바이스(8)는, 과압(overpressure)의 결과로서 자동적으로 개방되는 버스팅 디스크이다. 언로딩 디바이스(8)는, 배기 가스의 편향 영역에 배치되며, 배기 가스 편향 디바이스(7)의 일부이고, 폐쇄된 상태에서 배기 가스 편향 디바이스(7)에 의한 배기 가스의 편향에 관여한다.

배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와, 각각의 경우에 배기 가스 공급 라인(4)의 길이 방향에 대해 수직하게 그리고 이에 따라 배기 가스 공급 라인(4)을 통해 유동하는 배기 가스에 대해 수직하게 연장되는 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8) 사이에는, 정해진 간격(X)이 유지되며, 상기 간격은 바람직하게는 0.1 * U / π 내지 0.8 * U / π 사이에 해당하고, 여기서 U는 하류 단부(6)의 영역에서 배기 가스 공급 라인(4)의 둘레이다.

또한, 유동 단면(Q1, Q2, 및 Q3)들 사이의 정해진 크기 관계 또는 면적 관계는 바람직하게는 유지되며, 구체적으로 다음의 관계가 적용된다.

Q3 ≥ Q2 ≥ Q1 또는

바람직하게는 Q3 > Q2 ≥ Q1 또는

Q3 ≥ Q2 > Q1 또는

특히 바람직하게는 Q3 ≥ Q2 ≥ Q1

이 적용된다.

여기서 Q1은 하류 단부(6)의 영역에서 배기 가스 공급 라인(4)의 제1 유동 단면이며, Q2는 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 배기 가스 편향 디바이스(7) 사이의 오버플로우 단면이며, Q3는 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9)와 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6) 사이의 자유 유동 단면이다.

1 : 배기 가스 후처리 시스템
2 : 촉매 변환기
3 : 반응기 챔버
4 : 배기 가스 공급 라인
5 : 배기 가스 배출 라인
6 : 단부
7 : 배기 가스 편향 디바이스
8 : 언로딩 디바이스
9 : 유동 제어 요소
10 : 배기 가스 유동
11 : 배기 가스 유동
12 : 우회로
15 : 우회로
16 : 차단 디바이스
17 : 도입 디바이스

Claims

특히 가스 연료로 작동되는 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템(1)으로서,
반응기 챔버(3) 내에 위치하게 되는 촉매 변환기(2);
반응기 챔버(3)로 그리고 이에 따라 촉매 변환기(2)로 향하는 배기 가스 공급 라인(4);
촉매 변환기(2)로부터 그리고 이에 따라 반응기 챔버(3)로부터 멀리로 향하는 배기 가스 배출 라인(5)
을 갖는 배기 가스 후처리 시스템에 있어서,
배기 가스 편향 디바이스(7)가 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)에 할당되며, 이 하류 단부를 이용하여 배기 가스 공급 라인(4)이 반응기 챔버(3) 내로 개방되고, 배기 가스 편향 디바이스(7)는, 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 통해 반응기 챔버(3) 내로 유동하는 배기 가스를 적어도 한 번 대략 180도만큼 또는 적어도 한 번 180도만큼 편향시키며,
배기 가스 편향 디바이스(7)는 언로딩 디바이스(unloading device; 8)를 포함하고, 상기 언로딩 디바이스는 과도하게 높은 배기 가스 압력에서 개방되어, 촉매 변환기(2)를 지나치도록 배기 가스를 안내하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 언로딩 디바이스(8)는, 특히 유동 편향부의 상류에서의 배기 가스 압력이 한계값을 초과할 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 언로딩 디바이스(8)는 자동적으로 개방되는 언로딩 디바이스로서 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제3항에 있어서, 상기 자동적으로 개방되는 언로딩 디바이스(8)는, 과도하게 높은 배기 가스 압력에서 파괴되는 버스팅 디바이스(bursting device)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 언로딩 디바이스(8)는 액추에이터를 통해 능동적으로 개방되는 언로딩 디바이스로서 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8)는, 배기 가스 공급 라인(4)의 길이방향 축선에 대해 대략 수직하게 또는 수직하게 그리고 이에 따라 배기 가스 공급 라인(4)을 통한 배기 가스 유동에 대해 대략 수직하게 또는 수직하게, 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)에 대해, 정해진 간격(X)을 두고 연장되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8) 사이의 간격(X)은 0.1 * U / π 내지 0.8 * U / π 에 해당하며, 여기서 U는 하류 단부(6)에서의 배기 가스 공급 라인(4)의 둘레인 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배기 가스 편향 디바이스(7)는 언로딩 디바이스(8)에 이웃하는 유동 제어 요소(9)를 포함하며, 이 유동 제어 요소는 언로딩 디바이스(8)로부터 시작하여 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)의 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제7항에 있어서, 상기 유동 제어 요소(9)는 적어도 부분적으로 외부에서 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 언로딩 디바이스(8)가 개방되어 있는 상태에서, 배기 가스는 촉매 변환기(2)를 지나쳐 우회로(12) 내로 유동하며, 우회로(12)를 통해 주위로 또는 반응기 챔버(3)로부터 멀리로 향하는 배기 가스 배출 라인(5) 내로 유동하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 언로딩 디바이스(8)는 반응기 챔버(3)의 외벽의 일부인 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배기 가스 공급 라인(4)은 제1 유동 단면(Q1)을 갖고, 배기 가스 공급 라인(4)과 배기 가스 편향 디바이스(7) 사이에는 제2 오버플로우 단면(overflow cross section; Q2)이 형성되며, 제2 오버플로우 단면은 하류 단부(6)의 영역에서의 배기 가스 공급 라인(4)의 직경으로부터, 그리고 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 배기 가스 편향 디바이스(7)의 언로딩 디바이스(8) 사이의 간격으로부터 얻어지고, 배기 가스 편향 디바이스(7)는 제3 유동 단면(Q3)을 형성하며, 상기 제3 유동 단면은 배기 가스 공급 라인(4)의 하류 단부(6)와 그 외부에 위치하는 배기 가스 편향 디바이스(7)의 유동 제어 요소(9) 사이의 자유 유동 단면으로부터 얻어지고, 상기 오버플로우 단면(Q2)은 상기 제1 유동 단면(Q1)보다 크거나 같고, 및/또는 상기 제3 유동 단면(Q3)은 상기 오버플로우 단면(Q2)보다 크거나 작은 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 따른 배기 가스 후처리 시스템(3)을 갖춘 내연 기관.