KR20180126369A - Exhaust gas aftertreatment system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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 present invention also relates to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system.
예컨대 발전소에서 사용되는, 고정식 내연기관 내의 연소 과정에서 및 예컨대 선박에서 사용되는, 비고정식 내연기관 내의 연소 과정에서, 질소 산화물들이 생성되고, 이 질소 산화물들은 일반적으로 석탄, 핏 석탄(pit coal), 갈탄, 원유, 중유 또는 디젤 연료와 같은 황 함유 화석 연료의 연소 동안 생성된다. 따라서, 정화를 위해, 특히 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질소(denitrification)를 위해 이용되는 배기가스 후처리 시스템은 그런 내연기관에 배치된다.In the combustion process in a stationary internal combustion engine, for example in a power plant, and in the combustion process in a non-burning internal combustion engine, for example in a ship, nitrogen oxides are produced which are generally coal, pit coal, It is produced during combustion of sulfur-containing fossil fuels such as lignite, crude oil, heavy oil or diesel fuel. Thus, an exhaust aftertreatment system used for purification, especially for denitrification of exhaust gases from an internal combustion engine, is disposed in such an internal combustion engine.
배기가스 내의 질소 산화물을 감소시키기 위해, 소위 SCR 촉매 변환기가 통상적으로 알려진 배기가스 후처리 시스템에서 주로 이용된다. SCR 촉매 변환기에서, 질소 산화물의 선택적인 촉매 환원이 발생하고, 질소 산화물의 환원을 위해 암모니아(NH3)가 환원제로 요구된다. 이를 위해, 예컨대 요소(urea)와 같은, 암모니아 또는 암모니아 전구물질(precursor substance)이 배기가스 액체 형태로 SCR 촉매 변환기의 상류로 유입되며, SCR 촉매 변환기의 상류에서 암모니아 또는 암모니아 전구물질은 SCR 촉매 변환기 상류의 배기가스와 혼합된다. 이를 위해, 암모니아 또는 암모니아 전구물질의 도입과 SCR 촉매 변환기 사이에 혼합 구간(mixing sections)이 실시에 따라 제공된다. In order to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas, so-called SCR catalytic converters are mainly used in commonly known exhaust gas after-treatment systems. In the SCR catalytic converter, selective catalytic reduction of nitrogen oxides occurs and ammonia (NH 3 ) is required as a reducing agent for the reduction of nitrogen oxides. For this purpose, an ammonia or ammonia precursor substance, for example urea, is introduced upstream of the SCR catalytic converter in the form of an exhaust gas liquid and the ammonia or ammonia precursor upstream of the SCR catalytic converter is introduced into the SCR catalytic converter And is mixed with the upstream exhaust gas. To this end, mixing sections are provided between the introduction of ammonia or ammonia precursors and the SCR catalytic converter according to practice.
비록 통상적으로 알려진 SCR 촉매 변환기를 포함하는 배기가스 후처리 시스템을 통해 배기가스 후처리, 특히 질소 산화물의 환원이 이미 성공적으로 발생할 수 있지만, 배기가스 후처리 시스템을 더 개선할 필요성이 존재한다. 특히, 그런 배기가스 후처리 시스템의 소형화 설계를 통한 효과적인 배기가스 후처리 시스템을 가능하게 하기 위한 필요성이 존재한다.There is a need to further improve the exhaust gas aftertreatment system, although exhaust aftertreatment, especially reduction of nitrogen oxides, has already been successfully achieved through an exhaust aftertreatment system comprising a commonly known SCR catalytic converter. In particular, there is a need to enable an effective exhaust aftertreatment system through the miniaturization design of such exhaust aftertreatment systems.
이를 시작으로, 본 발명의 목적은 새로운 유형의 내연기관의 배기가스 후처리 시스템 및 그러한 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관을 창조하는 것에 기초한다.It is an object of the present invention to provide an exhaust gas aftertreatment system for a new type of internal combustion engine and an internal combustion engine having such an exhaust gas aftertreatment system.
이 목적은 청구항 1에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템을 통해서 해결된다. 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은 바람직하게는 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정(clean)하기 위해 이용되는 반응기 챔버에 배치된 다중 송풍 장치를 포함하고, 송풍 장치에는 공통 축압기로부터 유래되는, SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공될 수 있고, 공통 축압기는 SCR 촉매 변환기 및 송풍 장치 주위에서 원형 또는 다각형으로 연장된다. 본 발명은 예컨대, 중유(heavy fuel oil) 또는 잔유(residual oil)로 작동되는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 SCR 촉매 변환기는 막히는 성질을 갖는다는 지식에 기초한다. 따라서, 고분비(high ash proportion) 또는 그을음비(soot proportion)가 그런 내연기관의 배기가스 내에 존재하고, 재(ash) 또는 그을음이 SCR 촉매 변환기의 영역에서 촉발되어, SCR 촉매 변환기가 막히는 결과를 초래할 수 있다. 이것을 방지하기 위해, SCR 촉매 변환기에 재와 그을음이 정화된 송풍을 하기 위한 송풍 장치가 존재한다.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 preferably comprises multiple blowers arranged in a reactor chamber used to blow clean to the SCR catalytic converter and the blower has an SCR A medium for blowing and cleaning the catalytic converter can be provided and the common accumulator extends in a circular or polygonal shape around the SCR catalytic converter and blower. The present invention is based on the knowledge that the SCR catalytic converter of an exhaust gas after-treatment system of an internal combustion engine operated, for example, with heavy fuel oil or residual oil, has a clogging property. Thus, a high ash proportion or soot proportion is present in the exhaust gas of such an internal combustion engine and ash or soot is triggered in the region of the SCR catalytic converter, resulting in clogging of the SCR catalytic converter . To prevent this, there is a blower for ash and clean soot in the SCR catalytic converter.
종래 기술에 따르면, 송풍 장치가 서로 뒤의 압력 라인에 연결되는 경우, 작동시에 각각의 송풍 장치 위치에 의존하여, 공급 압축 공기 시스템 내에 상이한 압력 조건이 형성된다. 이 상이한 압력 조건은 상이한 크기의 기체 부피 및 상이한 송풍 장치의 상류 런랭스(run-length)에 의해 야기되며, 그 결과로, 상이한 압력 강하 및/또는 반사파의 경우엔 상이한 압력 상승이 발생된다. 이것의 결과로 상당히 상이한 정화 효과가 송풍 장치들을 통해 달성될 수 있다.According to the prior art, when a blower is connected to a pressure line behind each other, different pressure conditions are formed in the feed compressed air system, depending on the position of each blower in operation. These different pressure conditions are caused by an upstream run-length of gas volumes of different sizes and different blowers, resulting in different pressure drops and / or different pressure rises in the case of reflected waves. As a result of this, considerably different purifying effects can be achieved through the blowers.
이에 비해, 본 발명에 따른 송풍 장치에는 공통 고리 또는 다각형 형태의 축압기로부터 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 균일하게 제공된다. 이런 대칭적인 배열을 통해, 모든 송풍 장치의 압력 강하 및 상승은 거의 동일하며, 그 결과로 그것들은 동일한 정화 효과를 얻을 수 있다. 이것은 특히 SCR 촉매 변환기에, 재와 그을음이 정화된 송풍을 하는 데에 이점이 있다.On the other hand, the blowing device according to the present invention uniformly supplies a medium for purifying by blowing the SCR catalytic converter from the common ring or polygonal accumulator to the SCR catalytic converter. With this symmetrical arrangement, the pressure drop and rise of all blowers are nearly identical and as a result they can achieve the same purifying effect. This is particularly advantageous for ash and soot-purified blowing in SCR catalytic converters.
공통 축압기로부터 유래되는 공급 라인은 각각의 송풍 장치로 연장되고, 공급 라인을 통해 각각의 송풍 장치에는 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공되며, 바람직하게는 스위칭 밸브(switchable valve)가 각각의 공급라인에 배치된다. 공통의, 원형 또는 다각형 형상의 축압기로부터 유래되어, 송풍 장치로 연장되는 공급 라인을 통해, 모든 송풍 장치에는 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 용이하고 신뢰성 있게, 즉 다시 각각의 송풍 장치 영역에서 균일한 압력 강하를 보장하며 제공될 수 있다.The supply lines originating from the common accumulator extend to the respective blower, through which each blower is provided with a medium for cleaning by blowing to the SCR catalytic converter, preferably a switchable valve Respectively. Through a supply line extending from a common, circular or polygonal accumulator and extending to the blower, all the blowers are provided with a medium for cleaning by blowing to the SCR catalytic converters easily and reliably, And can be provided with a uniform pressure drop in the region.
유리한 추가 개선방안에 따르면, 공통 축압기는 반응기 챔버 주위에서 반응기 챔버 외부로 연장되고, 축압기로부터 유래되는 각각의 공급 라인은 반응기 챔버의 벽을 관통해 송풍 장치까지 멀리 연장된다. 특히, 또한 공통 축압기가 반응기 챔버 주위에서 연장되는 때에, 공통 축압기는 실제 반응기 챔버 외부에 위치되고, 그런 다음 반응기 챔버 내에 배치된 송풍 장치에 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질을 공급하도록, 공급 라인은 반응기 챔버의 벽을 관통해 연장된다.According to an advantageous further improvement, the common accumulator extends out of the reactor chamber around the reactor chamber, and each supply line derived from the accumulator extends far into the blower through the walls of the reactor chamber. In particular, also when the common accumulator extends around the reactor chamber, the common accumulator is located outside the actual reactor chamber, and then the blower disposed in the reactor chamber is blown into the SCR catalytic converter to supply the medium for cleaning , The supply line extends through the walls of the reactor chamber.
유리한 추가 개선방안에 따르면, 공통 축압기는 SCR 촉매 변환기 및 바람직하게는 반응기 챔버 내에 위치된 송풍 장치 주위에서 순환방향으로 폐쇄되어 연장되고, 축압기는 바람직하게는 원형 또는 다각형의 관으로 형성되며, 원형 또는 다각형의 관은 SCR 촉매 변환기 및 반응기 챔버 내에 위치되는 송풍 장치 주위에서 폐쇄되어 연장되고, 바람직하게는 반응기 챔버 주위에서 순환방향으로 폐쇄되어 연장된다. 순환방향, 예컨대 어느 원주방향 위치에서도 차단되지 않는 방향으로 폐쇄된 축압기에 의해, 모든 송풍 장치에는 SCR 촉매 변환기에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 특히 유리하게 제공될 수 있다.According to an advantageous further improvement, the common accumulator is closed and extended in the circulating direction around the SCR catalytic converter and preferably the blower located in the reactor chamber, the accumulator is preferably formed of a circular or polygonal tube, The tube of circular or polygonal shape is closed and extended around the SCR catalytic converter and the blower located in the reactor chamber, and is preferably closed and extended in the circulating direction around the reactor chamber. By means of an accumulator closed in the circulating direction, for example in a direction not blocked at any circumferential position, all blowers can be provided with a particularly advantageous medium for cleaning by blowing to the SCR catalytic converter.
본 발명에 따른 내연기관이 청구항 9에 정의된다. An internal combustion engine according to the present invention is defined in
본 발명의 바람직한 추가 개선 방안이 다음에 설명될 수 있는 종속항으로부터 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예는 이에 제한되지 않고 도면에 의해 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템을 갖는 내연기관에 대한 개략적인 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 배기가스 후처리 시스템의 세부사항을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템으로부터 세부사항을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템으로부터 세부사항을 도시한다.Preferred further improvements of the invention are obtained from the dependent claims which can be explained next. Exemplary embodiments of the present invention are not limited thereto but are described in more detail by the drawings.
Figure 1 shows a schematic perspective view of an internal combustion engine having an exhaust aftertreatment system according to the present invention.
Figure 2 shows details of the exhaust aftertreatment system of Figure 1;
Figure 3 shows details from an exhaust aftertreatment system according to the present invention.
Figure 4 shows details from an exhaust aftertreatment system according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 내연기관, 예컨대 발전소 내의 고정식 내연기관 또는 선박에서 이용되는 비고정식 내연기관의 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 배기가스 후처리 시스템은 중유로 작동되는 선박의 내연 디젤엔진에 이용된다.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-fixed internal combustion engine used in a ship. In particular, the exhaust gas aftertreatment system is used in internal combustion diesel engines of heavy oil-operated vessels.
도 1은 배기가스 터보차징(turbocharging) 시스템(2) 및 배기가스 후처리 시스템(3)을 구비하는 내연기관(1)으로부터의 배치를 도시한다. 내연기관(1)은 비고정식 또는 고정식 내연기관, 특히 선박의 비고정식 작동 내연기관이다. 내연기관(1)의 실린더에서 배출되는 배기가스는 배기가스의 열에너지로부터 내연기관(1)에 공급되는 과급 공기(charge air)를 압축하기 위한 기계적 에너지를 추출하기 위해, 배기가스 슈퍼차징(supercharging) 시스템(2)에서 이용된다. 1 shows an arrangement from an internal combustion engine 1 having an exhaust gas turbocharging system 2 and an exhaust
따라서, 도 1은 배기가스 터보차징 시스템(2)을 구비하는 내연기관(1)을 도시하며, 배기가스 터보차징 시스템(2)은 복수의 배기가스 터보차저, 즉 제1 고압측(high-pressure side) 배기가스 터보차저(4) 및 제2 저압측(low-pressure side) 배기가스 터보차저(5)를 포함한다. 내연기관(1)의 실린더에서 배출되는 배기가스는 팽창된 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)을 통해서 먼저 흐르고, 진행과정에서 추출된 에너지는 과급 공기를 압축하기 위해 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 압축기에서 이용된다. 제1 배기가스 터보차저(4) 하류의 배기가스 흐름 방향에서 볼 때, 제2 배기가스 터보차저(5)가 배치되고, 이를 통해 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)을 이미 통과해 흐른, 즉 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)을 통하여 흐른 배기가스가 안내된다. 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)에서, 배기가스는 더 팽창되고, 진행과정에서 추출된 에너지는 내연기관(1)의 실린더에 공급되는 과급 공기를 마찬가지로 또한 압축하기 위해, 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 압축기에서 사용된다. 1 shows an internal combustion engine 1 with an exhaust gas turbocharging system 2 and an exhaust gas turbocharging system 2 comprises a plurality of exhaust gas turbochargers, namely a first high pressure side exhaust gas turbocharger 4 and a second low-pressure side exhaust gas turbocharger 5. The exhaust gas discharged from the cylinder of the internal combustion engine 1 flows first through the high pressure turbine 6 of the expanded first exhaust gas turbocharger 4 and the extracted energy is supplied to the first Is used in the high pressure compressor of the exhaust gas turbocharger (4). In view of the exhaust gas flow direction downstream of the first exhaust gas turbocharger 4, a second exhaust gas turbocharger 5 is disposed through which the high pressure turbine 6 of the first exhaust gas turbocharger 4 The exhaust gas which has already passed through the low-pressure turbine 7 of the second exhaust gas turbocharger 5 is guided. In the low pressure turbine 7 of the second exhaust gas turbocharger 5, the exhaust gas is further expanded, and the energy extracted in the course of the process is also used to compress the supercharged air supplied to the cylinder of the internal combustion engine 1 as well, Is used in the low pressure compressor of the second exhaust gas turbocharger (5).
두 개의 배기가스 터보차저(4, 5)를 포함하는 배기가스 슈퍼차징 시스템(2)에 더하여, 내연기관(1)은 SCR 배기가스 후처리 시스템인, 배기가스 후처리 시스템(3)을 포함한다. SCR 배기가스 후처리 시스템(3)은 바람직하게는 제1 압축기(5)의 고압 터빈(6)과 제2 배기가스 슈퍼차저(5)의 저압 터빈(7) 사이에 연결되고, 따라서 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)에서 배출되는 배기가스가 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)의 영역에 유입되기 전에, 처음 SCR 배기가스 후처리 시스템(3)을 통해 안내될 수 있다.In addition to the exhaust gas supercharging system 2 comprising two exhaust gas turbochargers 4 and 5, the internal combustion engine 1 includes an exhaust
도 1은 배기가스 공급 라인(8)을 도시하며, 이를 통해 제1 배기가스 터보차저(4)의 고압 터빈(6)으로부터 유래되는 배기가스가 반응기 챔버(10) 내에 배치된 SCR 촉매 변환기(9) 방향으로 안내될 수 있다.1 shows an exhaust
더욱이, 도 1은 배기가스 배출 라인(11)을 도시하며, 배기가스 배출 라인(11)은 제2 배기가스 터보차저(5)의 저압 터빈(7)의 방향으로 SCR 촉매 변환기(9)로부터 배기가스를 배출하기 위해 이용된다. 저압 터빈(7)로부터 유래되는 배기가스는 라인(21)을 통해서 특히 밖으로 흐른다. 1 shows the
반응기 챔버(10)로 이어지고, 이에 따라 반응기 챔버에 배치된 SCR 촉매 변환기(9)로 이어지는 배기가스 공급 라인(8) 및 반응기 챔버(10)로부터 멀어지고, 이에 따라 SCR 촉매 변환기(9)로부터 멀어지는 배기가스 배출 라인(11)은 차단 장치(13)가 통합된 우회로(bypass)(12)를 통해 결합된다. 배기가스가 우회로(12)를 통해 흐를 수 없도록, 차단된 차단 장치(13)를 통해 우회로(12)가 차단될 수 있다. 대조적으로, 특히 차단 장치(13)가 개방될 때, 배기가스는 우회로(12)를 통해, 즉 반응기 챔버(10)를 지나고 이에 따라 반응기 챔버(10)에 위치된 SCR 촉매 변환기(9)를 지나서 흐를 수 있다. 도 2는 차단 장치(13)에 의해 닫힌 우회로(12)를 갖는 배기가스 후처리 시스템(3)을 통한 배기가스의 흐름인 화살표 14를 도시하고, 도 2로부터 배기가스 공급 라인(8)이 하류 단부(15)를 갖는 반응기 챔버(10) 내로 개방되는 것은 명백하며, 배기가스 공급 라인(8)의 이런 단부(15)의 영역에서 배기가스는 약 180°까지, 약 180° 흐름 편향(flow deflection)되고, 흐름 편향 후에 배기가스는 SCR 촉매 변환기(9)를 통해 안내된다. The exhaust
배기가스 후처리 시스템(3)의 배기가스 공급 라인(8)에는 유입 장치(16)가 배치되고, 이를 통해 환원제가, 특히 SCR 촉매 변환기(9) 지역에서 배기가스의 질소 산화물을 정의된 방식으로 전환하기 위해 요구되는 암모니아 또는 암모니아 전구물질이, 배기가스 흐름 내로 유입될 수 있다. 배기가스 후처리 시스템(3)의 이 유입 장치(16)는 바람직하게는 분사 노즐이며, 이를 통해 암모니아 또는 암모니아 전구물질이 배기가스 공급 라인(8)의 배기가스 흐름 내로 분사된다. 도 2는 배기가스 공급 라인(8) 영역 내의 배기가스 흐름 내로 환원제의 분사를 원뿔(17)로 도시한다.An
배기가스의 흐름 방향에서 바라본, 배기가스 후처리 시스템(3)의 구간은 유입 장치(16)의 하류 및 SCR 촉매 변환기(9)의 상류에 위치되며, 혼합 구간(18)으로 설명된다. 특히, 배기가스 공급 라인(8)은 유입 장치(16) 하류의 혼합 구간을 제공하며, 혼합 구간 내에서 배기가스가 SCR 촉매 변환기(9) 상류의 환원제와 혼합될 수 있다.The section of the exhaust
배기가스 공급 라인(8)은 하류 단부(15)를 통해 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배기가스 공급 라인(8)의 이 하류 단부(15)에는 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 배플 요소(baffle element)(20)가 배치된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 상기 배플 요소(20)는 배기가스 공급 라인(8)의 단부(15)에 대해 상대적으로 선형으로 움직일 수 있고, 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배플 요소(20)는 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단하거나 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 개방하도록, 배기가스 공급 라인의 하류 단부(15)에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 특히, 배플 요소(20)가 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단할 때, SCR 촉매 변환기(9) 또는 SCR 촉매 변환기(9)를 수용하는 반응기 챔버(10)를 완전히 지나간 배기가스를 안내하기 위해, 우회로(13)의 차단 장치(13)가 바람직하게는 개방된다. 특히, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 개방할 때, 우회로(12)의 차단 장치(13)는 완전히 차단되거나 적어도 부분적으로 개방될 수 있다.The exhaust
특히, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 개방할 때, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 상대적 위치는 특히 배기가스 공급 라인(8)을 통한 배기가스 질량 흐름 및/또는 배기가스 공급 라인(8)에서 배기가스의 배기가스 온도 및/또는 유입 장치(16)를 통해 배기가스 흐름 내로 유입되는 환원제의 양에 의존한다.Particularly when the
배기가스 공급 라인(8)의 개방된 하류 단부(15)를 통한 배플 요소(20)의 추가 기능은 배기가스 흐름 내에 존재할 수 있는 액체 환원제의 임의의 방울들(drops)이, SCR 촉매 변환기(9) 지역에 유입되는 것을 피하기 위해, 그 방울들이 갇히고 원자화되는 배플 요소(20)에 도달하는 것으로 구성된다. 개방된 하류 단부(15)를 갖는 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 위치에 따라, 특히 배플 요소(20) 지역에서의 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15) 지역에서 편향된 배기가스가 보다 집중적으로 반경방향 내측으로 위치된 구간 방향으로 또는 보다 집중적으로 반경방향 외측으로 위치된 SCR 촉매 변환기(9) 구간 방향으로 안내되거나 지향되는지가 결정될 수 있다.The additional function of the
배기가스 공급 라인(8)과 대향하는 측면(20a)에서, 배플 요소(20)는 배기가스를 위한 흐름 가이드(guide)를 형성하며, 바람직하게는 만곡된 종 모양(bell-like)으로 만곡된다. 따라서, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)와 대향하는 배플 요소(20)의 측면(20a)은 배플 요소(20)의 반경방향 내측 구간 상에서, 반경방향 외측 구간 상에서 보다 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대하여 더 짧은 거리를 갖는다. 따라서, 배플 요소(20)는 배기가스의 흐름 방향에 대해 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15) 방향에서 측면(20a)의 중심으로 들어가거나 만곡된다.On the side 20a opposite the exhaust
앞서 설명했듯이, 하류 단부(15)를 갖는 배기가스 공급 라인(8)은 SCR 촉매 변환기(9)를 수용하는 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배기가스 공급 라인(8)이 개방될 때, 도 2에 따른 배기가스 공급 라인(8)은 반응기 챔버(10)의 바닥(22)을 관통하고, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 통해 반응기 챔버(10) 상부에 인접하여 종결되며, 앞서 설명했듯이, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에서 배출되는 배기가스는 배기가스가 그 이후에 SCR 촉매 변환기(9)를 통해 흐르기 전에, 180°로 편향된다.As described above, the exhaust
배기가스 후처리 시스템(3)은 바람직하게는 SCR 촉매 변환기(9)를 내부에 수용하는 반응기 챔버(10) 내에 배치되고 예컨대 공기 노즐(air nozzles)로 구현되는 복수의 송풍 장치(24)를 포함한다. 여기서, 각각의 송풍 장치(24)는 SCR 촉매 변환기(9)가 막히는 것을 피하기 위해, SCR 촉매 변환기(9) 상에 침전되는 그을음과 재 입자(ash particles)에 대해, SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위해 이용된다. 송풍 장치(24)는 공통 축압기(25) 상에 배치된다. 여기서 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 송풍 장치(24)는 반응기 챔버(10) 주위에 배치될 수 있으나, 또한, 여기에 도시되지 않았지만, 반응기의 아래 또는 위에 배치될 수 있다. 이 경우에, 축압기 고리(25)의 직경이, 반응기(10)와 축압기 고리(25)의 전체 직경이 줄어드는 결과를 갖는 크기로 감소될 수 있다. 여기서, 축압기 고리(25)는 직경이, 특히 반응기의 필요 단열재(necessary thermal insulation)을 포함하는 반응기(10)의 직경보다 크지 않도록 구현될 수 있다. 이 때문에, 축압기 고리를 위한 직경에 관한 추가적인 설치 공간은 필요하지 않다. 그런 다음, 송풍 장치(24)에 대한 공급(26)은 직경에 추가되는 것을 피하기 위해, 반응기 하우징(housing)의 바닥(22) 또는 상부(23)를 통해 상부 또는 바닥으로부터 실질적으로 영향을 받는다. 축압기 고리(25)는 촉매 변환기(9)에 의해 형성된 평면에 평행으로 유리하게 배치된다.The
도 3은 반응기 챔버(10) 내에서 와류(vortex flow) 또는 선회류(swirl flow)가 생성되는 그런 방식으로, 즉 관통 흐름(through-flow) 방향으로 또는 배기가스 흐름 방향으로 횡방향으로 연장되는 SCR 촉매 변환기(9)의 표면 상에서, 바람직하게 배향된 송풍 장치(24)의 바람직한 배향을 도시한다. 그런 와류 또는 선회류를 통해, SCR 촉매 변환기(9)에 특히 효과적으로 그을음 및 재 분자가 정화된 송풍을 할 수 있다. 도 3은 SCR 촉매 변환기(9)를 내부에 수용하는 반응기 챔버(10)를 도시하고, 반응기 챔버(10)는 바람직하게는 단면이 원형인 벽을 구비하며, 벽은 반응기 챔버(10)의 바닥(22)과 상부(23) 사이에서 연장된다. 송풍 장치(24)의 배향과 결합된 벽(19)에 의해, 와류 또는 선회류가 특히 유리하게 형성될 수 있다.Figure 3 shows a cross-sectional view of the
도 3에 도시된 송풍 장치(24)에는 모든 송풍 장치(24)에 공통인 축압기(25)로부터 유래되는 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공될 수 있고, 도 3의 예시적인 실시예에서, 모든 송풍 장치(24)에 공통인 축압기(25)는 SCR 촉매 변환기(9) 및 송풍 장치(24) 주위에서 원형 또는 환형(annularly)으로 연장된다. 여기서, 도 3에 도시된 실시예에 따르면 축압기(25)는 반응기 챔버(10)의 외부에 위치되고, 따라서 또한, 도 3의 공통 축압기(25)는 반응기 챔버(10)에 대해 원형 또는 환형으로 연장된다. 그러나, 이미 도 1에서 설명했듯이, 이 압축기(25)는 또한, 축압기 고리(25) 직경의 감소 가능성을 제공하는 반응기 챔버(10)의 위 또는 아래에 위치될 수 있다.3 may be provided with a medium for blowing and cleaning the SCR
공통 축압기(25)로부터 유래되는 각각의 송풍 장치(24)에는 공급 라인(26)을 통해 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공될 수 있고, 도 3의 예시적인 실시예에서, 각각의 공급 라인(26)은 공통 축압기(25)로부터 각각의 송풍 장치(24) 방향을 따라 반응기 챔버(10) 내로 연장되며, 이 과정에서 반응기 챔버(10)의 벽(19)을 관통한다.Each of the
비록 도 3에는 도시되지 않았지만, 축압기(25)로부터 송풍 장치(24)까지 연장되는 공급 라인(26)이 반응기 챔버(10)의 벽(19)을 관통하지 않도록, 축압기(25)가 반응기 챔버(10) 내에 위치하는 것 또한 가능하다.Although not shown in FIG. 3, the
도 3으로부터 명백한 바와 같이, 각각의 공급 라인(26)에는 스위칭 밸브(27)가 배치된다. 각각의 스위칭 밸브(27)에 의해, 각각의 송풍 장치(24)에 개별적으로 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공될 수 있다. 여기서, 밸브의(27) 적절한 작동에 의해 송풍 장치(24)에 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질을 동시에 공급하는 것이 가능하다. 이와 대조적으로, 항상 한 번에 오직 하나의 송풍 장치(24)에만 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질을 공급하도록, 각각의 작동식(actuatable) 밸브(27)를 순차적으로 시계열적으로 차례차례 개방하는 것 또한 가능하다. 3, a switching
도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 공통 축압기(25)는 폐쇄된(closed), 원형 또는 고리형 관 형태의 원형 축압기로써 형성되고, 폐쇄(closed)란 순환방향 또는 원주방향에서 보여지는 축압기(25)가 완전히 순환하고, 따라서 순환 또는 원주방향에서 차단되지 않음을 의미한다. 순환방향 또는 원주방향에서 볼 때, 축압기(25)는 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질로 완전히 채워지며, 매질은 순환 또는 원주방향으로 축압기(25) 내에서 자유롭게 흐를 수 있다.In the exemplary embodiment shown in Fig. 3, the
더욱이, 도 3은 모든 송풍 장치(24)에 대해 공통인 축압기(25)에 대한 연결 라인(28)을 도시하고, 이를 통해 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질의 공급원으로부터 유래되어, 축압기(25)에 상기 매질이 제공될 수 있다.3 further shows the
도 4는 SCR 촉매 변환기(9)가 촉매 변환기 챔버(10) 내에 위치되고, 단면에서 촉매 변환기 챔버(10)의 벽(19)은 원형의 윤곽을 갖지 않고, 오히려 다각형, 특히 도 4의 예시적인 실시예에서 도시된 것처럼 사각형인 경우의 배기가스 후처리 시스템의 버전(version)을 도시한다. 이 경우에, SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 복수의 송풍 장치(24)가 다시 존재하고, 송풍 장치(24)에는 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질이, 송풍 장치(24)로 이어지고 공통 축압기(25)가 공급 라인(26)에 배치된 스위칭 밸브(27)로 분기하는 공급 라인(26)을 통해 제공될 수 있다. 도 4의 예시적인 실시예에서, 반응기 챔버(10)의 벽(29)과 매우 유사한 공통 축압기(25)는 다각형, 즉 복수의 관 세그먼트(tube segments)의 다각형 관으로 구성되고, 복수의 관 세그먼트의 다각형 관은 SCR 촉매 변환기(9) 및 송풍 장치(24) 주위, 특히 또한 반응기 챔버(10) 주위에서 연장된다. 여기서, 도 4의 예시적인 실시예에서 송풍 장치(24)는 반응기 챔버(10) 내에 위치되지 않지만, 송풍 장치(24)가 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질을 SCR 촉매 변환기(9)를 통해 송풍하기 위해, 송풍 장치(24)의 분사구(spray openings)는 단지 반응기 챔버(10)의 벽(19) 영역 내로 개방된다. Figure 4 shows that the SCR
공급 라인(26)의 길이는 최대 1.5m이고, 바람직하게는 최대 1m이며, 특히 바람직하게는 최대 0.5m이다.The length of the
송풍 장치(24)에 의해, 배기가스 흐름 방향에서 볼 때, SCR 촉매 변환기(9)의 상류 전면(front face)에는 재와 그을음이 정화된 송풍을 하고, 따라서 SCR 촉매 변환기(9)를 통해 송풍 장치(24)의 송풍 방향이 배기가스의 흐름 방향에 대해 실질적으로 수직하게 연장된다.The
도 4에 도시된 축압기(25)는 바람직하게는 또한 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질을 위한 반응기 챔버(10) 주위에서 순환방향으로 폐쇄된 흐름 덕트를 제공하는 방식으로 설계되며, 매질은 어떤 위치에서도 차단되지 않고, 따라서, 매질이 자유롭게 흐르거나 방해 없이 축압기(25) 내로 확산될 수 있다.The
송풍 장치(24)에 대해 공통인 축압기(25)가 정의된 축압기 부피를 갖는, 배기가스 후처리 시스템의 구성이 바람직하며, 바람직하게는 다음의 관계식이 축압기 부피에 적용되고:The configuration of the exhaust aftertreatment system having an accumulator volume defined by the
v = k* (273 + t)/(273*Δp)v = k * (273 + t) / (273 *? p)
v는 축압기 부피의 리터 단위 크기이며, k는 200과 6000 사이의 크기이고, t는 송풍 매질 온도의 ℃ 단위 크기이고, Δp는 축압기(25) 내의 압력과 반응기 챔버(10) 내의 압력 사이의 압력차의 바(bar) 단위 크기이다.v is the size of the accumulator volume in liters, k is the size between 200 and 6000, t is the unit size of the blowing medium temperature in degrees Celsius and? p is the pressure between the pressure in the
특히, 축압기(25)가 그런 축압기 부피를 갖는 때, 따라서 SCR 촉매 변환기(9)로부터 효과적으로 그을음과 재를 제거하기 위해, 송풍 장치(24)에는 특히 바람직하게는 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정하기 위한 매질이 제공될 수 있다. Particularly preferably, the
도 1의 내연기관(1)의 경우에서, 배기가스 후처리 시스템(3)은 배기가스 슈퍼차징 시스템(2) 위에 수직으로(upright) 위치된다. 내연기관(1)의 실린더에 대한 접근은 자유롭지만, 배기가스 터보차저(4, 5)의 접근가능성은 제한된다. 그러나, 배기가스 터보차저(4, 6) 상의 보수 작업이 필요할 때, 반응기 챔버(10)가 쉽게 분리될 수 있다.In the case of the internal combustion engine 1 of Fig. 1, the exhaust
도 1에 도시된 배기가스 슈퍼차징 시스템(2) 상에 배기가스 후처리 시스템(3)의 수직 배치와 대조적으로, 배기가스 슈퍼차징 시스템(2) 옆으로 90°만큼 기울어진 배기가스 후처리(3) 수평 배치도 역시 가능하지만, 그런 수평 배치로 인해 배치의 길이는 증가한다. 그러나, 내연기관(1) 및 배기가스 슈퍼차징 시스템(2)은 어떤 제한도 없이 반응기 챔버(10)를 분해할 필요 없이 보수 작업이 가능하다.The exhaust gas after-treatment (not shown) that is inclined by 90 degrees to the side of the exhaust gas supercharging system 2, as opposed to the vertical arrangement of the exhaust gas after-
1 : 내연기관
2 : 배기가스 슈퍼차징 시스템
3 : 배기가스 후처리 시스템
4 : 배기가스 터보차저
5 : 배기가스 터보차저
6 : 고압 터빈
7 : 저압 터빈
8 : 배기가스 공급 라인
9 : SCR 촉매 변환기
10 : 반응기 챔버
11 : 배기가스 배출 라인
12 : 우회로
13 : 차단 장치
14 : 배기가스 라우팅
15 : 단부
16 : 유입 장치
17 : 분사 원뿔
18 : 혼합 구간
19 : 벽
20 : 배플 요소
21 : 라인
22 : 측면
23 : 측면
24 : 송풍 장치
25 : 축압기
26 : 공급 라인
27 : 밸브
28 : 연결 라인1: 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 discharge line 12: Bypass
13: Shut-off device 14: Exhaust gas routing
15: end 16: inlet device
17: jet cone 18: mixing section
19: wall 20: baffle element
21: line 22: side
23: side surface 24: blower
25: accumulator 26: supply line
27: valve 28: connection line
Claims (10)
반응기 챔버(10) 내에 수용된 SCR 촉매 변환기(9);
상기 반응기 챔버(10)로 이어지고, 이에 따라 상기 SCR 촉매 변환기(9)로 이어지는 배기가스 공급 라인(8);
상기 반응기 챔버(10)로부터 멀어지고, 이에 따라 상기 SCR 촉매 변환기(9)로부터 멀어지는 배기가스 배출 라인(11); 및
환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구물질(precursor substance)을 상기 배기가스 내로 유입시키기 위해 상기 배기가스 공급 라인(8)에 배치된 유입 장치(16)
를 포함하고,
상기 SCR 촉매 변환기(9)에 송풍하여 청정(clean)하기 위해 이용되는 복수의 송풍 장치(blowing device)(24) 및 하나의 송풍 장치(24)에 대한 공통 축압기로서, 상기 축압기(25)는 원형 또는 다각형으로 형성되고, 상기 송풍 장치(24)에는 상기 SCR 촉매 변환기(9)로 송풍하기 위해 상기 공통 축압기(25)로부터 유래되는 매질이 함께 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 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,
An SCR catalytic converter (9) housed in a reactor chamber (10);
An exhaust gas feed line (8) leading to the reactor chamber (10) and thus leading to the SCR catalytic converter (9);
An exhaust gas discharge line (11) away from the reactor chamber (10) and thus away from the SCR catalytic converter (9); And
An inlet device (16) arranged in the exhaust gas supply line (8) for introducing a reducing agent, in particular an ammonia or ammonia precursor substance, into the exhaust gas,
Lt; / RTI >
A common axial accumulator for a plurality of blowing devices 24 used for blowing and cleaning the SCR catalytic converter 9 and one blower 24, And a medium derived from the common accumulator (25) can be supplied to the air blowing device (24) for blowing the air to the SCR catalytic converter (9). Processing system.
v = k* (273 + t)/(273*Δp)
상기 v는 상기 축압기 부피의 리터 단위 크기이며, 상기 k는 200과 6000 사이의 크기이고, 상기 t는 송풍 매질 온도의 ℃ 단위 크기이고, 상기 Δp는 상기 축압기(25) 내의 압력과 상기 반응기 챔버(10) 내의 압력 사이의 압력차의 바(bar) 단위 크기인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템. 9. A device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the common accumulator (25) has an accumulator volume and the following relation is applied to the accumulator volume:
v = k * (273 + t) / (273 *? p)
Where v is the size of the accumulator volume in liters, k is a size between 200 and 6000, t is the unit size of the temperature of the blowing medium in degrees Celsius, (Bar) unit of pressure difference between the pressures in the chamber (10).
An internal combustion engine having an exhaust gas after-treatment system (3) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a first exhaust turbocharger (4) comprising a high-pressure turbine (6) Stage exhaust gas supercharging system (2) having a second exhaust turbocharger (5) comprising a low pressure turbine (7), said exhaust gas aftertreatment system (3) comprising a high pressure turbine 6) and the low-pressure turbine (7).
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