KR20200004244A - 내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법 - Google Patents

내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법 Download PDF

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도미닉 헨드리
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

내연 엔진(1)은, 실린더의 배기 가스를 위한 실린더 출구(2)를 갖는 적어도 하나의 실린더(1a)를 포함한다. 본 내연 엔진은, 각 실린더 출구(2)에 연결되는 주 배기 관(3), 및 주 배기 관(3)의 적어도 일부분을 우회하는 우회 관(4)을 포함한다. 우회 관(4)은 바람직하게는 주 배기 관(3) 보다 작은 용적을 가지며, 특히 우회되는 주 배기 관의 일부분 보다 작은 용적을 갖는다. 우회 관(4)은, 배기의 성분을 결정하기 위한 센서(6) 또는 측정 장치를 삽입하기 위한 측정 개구(5)를 포함한다.

Description

내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF MEASURING A COMPONENT OF EXHAUST IN AN EXHAUST GAS}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법에 관한 것이다.
내연 엔진에서 나온 배기를 정화하는 것이 종래 기술에 알려져 있다. NOx, COx 또는 황 화합물과 같은 상이한 원치 않는 화합물을 제거하기 위한 여러 정화 원리가 종래 기술에 알려져 있다. 현재, 모든 정화 기구는, 원치 않는 화합물이 얼마나 많은 비율로 존재하고 있는지 또한 그래서 얼마나 많이 정화될 수 있고 정화되어야 하는지를 대략적으로 나타내는 것에 기초한다.
EP2309103A2에는 배기 가스 후처리 시스템 및 우회부가 개시되어 있다. 탄화수소 또는 질소 산화물 또는 일산화탄소 또는 이산화탄소 또는 입자 농도의 결정을 위한 센서가 우회부에 제공된다.
US7255098 B1에는 엔진 배출 제어 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 엔진에 의해 생성된 배기 내의 NOx의 양의 NOx 측정치를 얻도록 구성된 NOx 센서를 또한 포함할 수 있다. 센서는 우회 유동로에 위치될 수 있다.
EP2813678 A1는 후처리 시스템에 연결되는 배기 가스 샘플 채취 장치에 관한 것이다. 이 배기 가스 샘플 채취 장치는 입구 통로, 출구 통로, 센서 통로, 및 센서를 포함한다. 센서 통로는 입구 통로와 출구 통로 사이에 유체적으로 위치되며, 센서는 배기 가스의 일부분의 특성을 나타내는 신호를 제공하기 위해 센서 통로와 유체 연통한다.
출구 통로는 배기 가스의 일부분을 후처리 시스템 안으로 되돌려 보낸다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점을 피하고, 특히, 배기 가스 내의 배기 성분을 더 정확하게 결정할 수 있는 내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법을 실현하는 것이다.
위의 목적은 독립 청구항에 따른 내연 엔진 및 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법으로 달성된다.
상기 목적은, 특히, 내연 엔진, 바람직하게는 2-행정 크로스-헤드 대형 선박 엔진으로 달성되는데, 이 엔진은 실린더의 배기 가스를 위한 실린더 출구를 갖는 적어도 하나의 실린더, 바람직하게는 적어도 2개의 실린더를 포함한다. 내연 엔진은, 각 실린더 출구에 연결되는 주 배기 관, 및 주 배기 관의 적어도 일부분을 우회하는 우회 관을 포함한다. 우회 관은 바람직하게는 주 배기 관 보다 작은 용적, 특히 더 작은 직경을 갖는다. 특히 우회되는 주 배기 관의 상기 일부분 보다 작은 용적을 갖는다. 우회 관은, 배기의 성분을 결정하기 위한 센서 또는 측정 장치를 삽입하기 위한 측정 개구를 포함한다.
이러한 내연 엔진은 우회되는 배기 부분에서 배기의 성분을 측정할 수 있고, 그리하여, 한편으로 일반적으로 성분을 결정할 수 있고 다른 한편으로는 더 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 대형 선박 엔진은 적어도 200 mm의 내경을 갖는 실린더를 갖는 내연 엔진이다. 엔진은 바람직하게는 2-행정 크로스-헤드 엔진이다. 엔진은 디젤 또는 이중 연료 엔진이다.
본 발명에 따른 주 배기 관은 실린더와 터보 과급기 사이에 배치되는 배기 관이다.
센서, 바람직하게는 NOx 센서가 상기 측정 개구 안으로 삽입될 수 있다.
센서를 측정 개구 안으로 삽입함으로써, 관심 대상의 특정한 성분이 결정될 수 있다. NOx가 관심 대상인 경우, 센서는 NOx 센서이다. 본 발명에 따른 센서는, 엔진의 사용 동안에 관심 대상의 성분을 측정하도록 우회 관에 고정되어 있고 또한 특히 우회 관에 계속 장착되어 유지되는 측정 장치이다. 측정 장치는 필요할 때 개구 안으로 삽입될 수 있고 측정 후에는 제거된다.
이리하여, 배기 가스의 성분을 직접 측정할 수 있고, 또한 센서의 하류에 있는 또는 그 센서와 병렬적인 정화 시스템이 측정치에 대해 적절하게 투여량 조절될 수 있다.
우회 관은, 각 실린더에서 나온 배기가 상기 우회 관을 통해 안내될 수 있도록 각 실린더에 연결되는 연결 관을 포함할 수 있다.
배기 가스의 대부분이 여전히 주 배기 관을 통과할 때, 연결 관을 통해서는 모든 실린더의 배기 가스의 일부분이 우회 관을 통해 안내된다. 각 실린더에의 연결로 인해, 우회 관과 주 배기 관에서 동일한 상대 배기 혼합물이 얻어지고 그래서 더 정확한 측정 결과가 얻어지게 된다.
우회 관은 제 1 위치에서의 제 1 직경 및 제 2 위치에서의 제 2 직경을 포함하고, 제 2 위치는 제 1 위치의 하류에 있고, 상기 제 2 직경은 제 1 직경 보다 크다.
본 발명에 따른 직경은 비원형 관의 경우에 단면에 대응한다.
이렇게 해서, 우회 관의 용적이 증가되므로, 우회 관을 통과하는 가스가 이완된다. 이 때문에, 배기 가스가 냉각되고 그래서 특히 센서 또는 측정 장치가 더 높은 온도 및/또는 압력에서 측정하거나 정확하게 측정할 없는 경우에 더 낮은 온도에서 측정할 수 있게 된다.
내연 엔진은, 배기 가스 내의 NOx의 농도를 줄이기 위한 것이며 상기 주 배기 관에 배치되는 SCR 반응기, 및 SCR 반응기의 상류에 배치되는 적어도 하나의 환원제 주입기를 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 SCR 반응기는 촉매 반응이 일어나는 촉매의 층으로서 정의된다. SCR 반응기의 촉매 층 주위에 프레임 또는 박스에 대한 특별한 필요성은 없지만, 이것이 배제되는 것은 아니다.
주 배기 관에 SCR 반응기를 사용함으로써, 배기의 대부분에서 NOx를 줄일 수 있는데, 배기 내의 NOx의 측정은 주 배기 관을 통과하는 배기의 분획물에 의존하지 않는다. 또한, 측정 분획물을 주 분획물로부터 분리시킴으로써, 환원제 주입기가 SCR 반응기의 상류에 배치되고 실린더에 가까운 추가 센서를 위한 공간이 거의 없기 때문에, 센서를 직접 실린더 또는 실린더 출구에 배치할 필요가 없다. 또한, 모든 실린더에서 나온 배기가 고려되므로, 본 발명에 따른 센서는 주 배기 분획물에서의 NOx 값에 대응하는 정확한 NOx 값을 측정할 수 있다. 환원제 주입기는 SCR에서의 환원 반응을 향상시킬 수 있는 요소(urea), 암모니아 또는 다른 환원 수단을 주입하도록 될 수 있다.
배기 가스의 다른 부분, 예컨대, 관심 대상인 황(또는 황 화합물), 입자, CO, CO2, HC 또는 CH4의 경우에, SCR 반응기는 분명 불필요하다. 예컨대 황(또는 황 화합물)의 경우에 SCR 반응기는 와셔(washer) 또는 스크러버(scrubber)로 대체될 수 있다. 입자의 경우에 입자 필터가 배기 정화 장치로서 사용될 수 있다. CO, HC 또는 CH4에 대해서는 산화 촉매가 사용될 수 있다. CO2에 대해서는, CO2 수집기 또는 CO2 스크러버를 사용할 수 있다. 또한, 스크러버 또는 배기 가스 정화 장치의 조합이 사용될 수 있다. 이 경우, 추가적으로, 대응하는 센서 또는 측정 장치가 사용되고, 그래서 CO-센서, CO2-센서, HC-센서, CH4-센서, 황-센서 또는 입자 센서가 사용된다. 대안적으로, 모든 그들 센서는 측정 장치로서 만들어질 수 있다.
우회 관, 특히 연결 관은 적어도 하나의 제한 수단, 특히 오리피스 및/또는 역지 밸브를 포함한다.
제한 수단을 사용하여, 우회 관 또는 연결 관을 지날 수 있는 배기의 양이 감소되고 그리하여 모든 실린더에서 나온 가스의 최적화된 혼합물이 얻어진다. 제한 수단은, 우회 관에 있는 모든 실린더에서 나온 배기의 혼합물이 주 배기 관 내의 혼합물에 대응하도록 각 실린더로부터 우회 관으로 가는 배기의 비슷한 유동을 생성하기 위해 모든 연결 관에 배치되지 않을 수 있다. 역지 밸브는 가스가 우회 관으로부터 실린더로 역류하는 것을 막는다.
이리하여, 더 정확한 측정 결과가 얻아진다.
우회 관은, 흐름물, 바람직하게 는 공기 흐름물이 상기 센서(6) 또는 측정 장치 상으로 안내될 수 있도록 배치되는 젯트 노즐을 포함한다.
그래서, 센서 또는 측정 장치를 분해할 필요 없이 정화 및/또는 보정할 수 있다.
내연 엔진은 센서 또는 측정 장치, 특히 NOx 센서의 측정에 근거하여 환원제의 주입을 제어하도록 구성된 환원제 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.
이렇게 해서, 환원제가 필요에 적합하게 사용될 수 있고, 과도 또는 과소 투여되는 일이 없게 된다. 이리하여, 배기 가스의 최적화된 정화가 일어나며, 동시에 엔진 및 배기 시스템 자체의 내구성이 더 좋게 된다.
우회 관은 온도 조절 유닛, 바람직하게는 가열기를 포함한다.
응축을 방지하기 위해, 우회 관을 통과하는 배기는 더 높은 온도, 특히 200℃ 보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 이리하여, 더 높은 내구성의 배기 시스템을 얻을 수 있다.
실린더 출구와 측정 개구, 특히 센서 또는 측정 장치 사이의 가스 유동 거리는 적어도 0.2 m 이다.
이러한 최소 거리로 인해, 우회 관 내의 균질하게 혼합된 배기가 측정 지점에서 얻어지게 된다.
각 실린더와 우회 관 사이의 연결 관은 우회 관의 수평 중간 축선 위쪽에 장착될 수 있다. 물은 항상 중력으로 아래쪽으로 흐르므로, 연결 관을 수평 중간 축선 위쪽에 배치함으로써 유체 물이 우회 관 안으로 들어가는 일이 없게 된다
우회 관은 시브(sieve)를 포함할 수 있다.
우회 관에 시브를 배치함으로써, 다른 실린더에서 나온 배기 가스의 혼합이 최적화된다.
우회 관, 바람직하게는 연결 관은 제한 수단, 특히 오리피스를 포함하고, 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 제한 수단은, 각각의 제한 수단을 통과하는 배기 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브, 바람직하게는 오리피스 판을 포함한다.
이렇게 해서, 배기 가스의 유동이 제어될 수 있고 모든 실린더에서 나온 가스의 최적 혼합물이 얻어질 수 있다.
내연 엔진은 적어도 2개의 실린더, 및 각 실린더에서 나와 우회 관으로 가는 유동이 동등하도록 적어도 하나의 밸브를 제어하도록 구성된 밸브 제어 유닛을 포함할 수 있다.
제어 유닛의 사용으로, 각 실린더에서 나오는 유동을 자동적으로 적합하게 할 수 있다.
내연 엔진은 적어도 2개의 실린더 및 2개의 연결 관을 포함할 수 있고, 연결 관 또는 이 연결 관에 있는 제한 수단의 직경은 다르다.
이렇게 해서, 연결 관 또는 제한 수단은, 모든 실린더에서 나온 유사한 양의 가스가 우회 관에 보내지는 것을 보장하도록 될 수 있다. 이리하여, 정확한 측정치를 얻을 수 있다.
제한 수단은 각각의 실린더 출구에 대해 동일한 위치를 가지며, 각 실린더 출구와 측정 개구, 특히 센서 사이의 유동 거리는 실질적으로 동일하다.
이렇게 해서, 모든 실린더에서 나온 배기 가스의 최적 혼합물이 보장된다.
본 발명의 목적은, 특히 전술한 바와 같은 내연 엔진에서 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법으로 더 달성된다. 이 방법은,
- 내연 엔진에 있는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개의 실린더에서 연료를 연소시키는 단계;
- 적어도 하나, 바람직하게는 각각의 실린더에서 나온 배기 가스를 주 배기 관을 통해 안내하는 단계;
- 상기 배기 가스의 일부분을 방향 전환시켜 상기 주 배기 관에 평행한 우회 관을 통과하게 하는 단계(우회 관은 젯트 노즐을 포함함);
- 선택적으로, 상기 우회 관에서 배기 가스를 이완시키는 단계;
- 측정 장치 또는 센서를 사용하여 상기 우회 관 내의 배기 가스의 성분의 농도를 측정하는 단계; 및
- 상기 젯트 노즐에서 나온 흐름물, 바람직하게는 공기 흐믈물을 상기 센서 또는 측정 장치 상으로 안내하는 단계를 포함한다.
이러한 방법으로, 배기 가스 성분의 더 정확하고 직접적인 측정이 가능하다.
본 방법은,
- 상기 주 배기 관을 통과하는 배기 가스를 SCR 반응기에 안내하는 단계; 및
- 상기 SCR 반응기의 상류에서 환원제를 주 배기 관 내의 배기 가스 안으로 주입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 엔진의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대안적인 실시 형태의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 형태의 개략도이다.
도 4는 우회 관의 개략도이다.
도 5는 연결 관을 연결하는 주 배기 관의 단면도이다.
도 1은 배기 가스용 실린더 출구(2)를 갖는 4개의 실린더(1a)를 포함하는 내연 엔진(1)을 나타낸다. 이 도에서, 4개의 실린더는 일 예로서 나타나 있지만, 물론 이는 1개 내지 14개 또는 그 이상의 어떤 갯수라도 될 수 있다. 내연 엔진은 2-행정 대형 선박 엔진, 특히 크로스-헤드 엔진의 통상적인 공지된 부품을 더 포함한다. 실린더 출구(2)에서 나온 배기 가스는 주 배기 관(3)을 통과하게 된다. 이 주 배기 관(3)은 각 실린더 출구(2)에 연결되어 있다. 내연 엔진(1)은 주 배기 관(3)의 적어도 일부분을 우회하는 우회 관(4)을 더 포함한다. 우회 관(4)은 이 우회 관(4)을 각 실린더(1a)에 연결하는 연결 관(7)을 포함한다. 이렇게 해서 각 실린더(1a)에서 나온 배기가 우회 관(4)에 보내질 수 있다. 우회 관(4)은 측정 개구(5)를 포함하는데, 이 개구를 통해 센서(6)(도 2 참조) 또는 측정 장치가 우회 관(4) 안으로 삽입될 수 있다. 또한, 이 예에서, 우회 관(4)은 시브(sieve)(16)를 포함하는데, 이 시브는 선택적인 것이다. 우회 관(4)에 보내지는 배기 가스의 양은 주 배기 관(3)을 통과하는 배기 가스의 양 보다 작다. 주 배기 관(3)은 NOx를 환원시키기 위해 SCR 반응기(10)를 포함한다. 배기의 다른 부분, 예컨대, 관심 대상인 황, 입자, CO, CO2, HC 또는 CH4의 경우에, SCR 반응기(10)는 분명 필요치 않다. 예컨대 황의 경우에 그 SCR 반응기(10)는 와셔(washer)로 대체될 수 있다. 입자의 경우에 입자 필터가 배기 정화 장치로서 사용될 수 있다. CO, HC 또는 CH4에 대해서는 산화 촉매가 사용될 수 있다. CO2에 대해서는, CO2 수집기 또는 CO2 스크러버(scrubber)를 사용할 수 있다. 또한, 스크러버 또는 배기 가스 정화 장치의 조합이 사용될 수 있다. 측정 개구(5)의 하류에서, 우회 관(4)에서 나온 배기는 배기 관(3)에서 나온 배기와 다시 합쳐지게 된다. 바람직하게는, 이렇게 다시 합쳐지는 것은 SCR 반응기(10)의 하류에서 일어난다. SCR 반응기(10)의 상류에는 환원제 주입기(11)가 배치되어 있어, SCR 반응기(10)에서의 반응을 최적화하기 위해 요소(urea), 암모니아 또는 다른 환원제를 배기 안으로 주입하게 된다. 주 배기 관(3)와 우회 관(4)에서 나온 배기 가스 흐름물은 다시 합쳐진 후에 대기로 배출된다.
도 2는 도 1과 비교하여 유사한 실시 형태를 나타내는데, 이 실시 형태는 NOx를 측정하기 위한 센서(6) 및 공기를 우회 관(4) 안으로 주입하기 위한 젯트 노즐(13)을 추가로 포함한다. 젯트 노즐(13)의 주입 지점은, 젯트 노즐(13)에서 나오는 공기에 의해 센서(6)가 정화 및/또는 보정될 수 있도록 정해진다. 또한, 내연 엔진(1)은 SCR 반응기(10)의 상류에서 주 배기 관(3) 내의 배기 안으로 들어가는 환원제의 주입량을 제어하는 환원제 제어 유닛(14)을 포함한다. 이 환원제 제어 유닛(14)은 센서(6)에 의해 측정된 NOx의 농도 값에 근거하여 제어된다. 센서(6)는 바람직하게는 예컨대 자동차 산업에서 상업적으로 구입 가능한 어떤 NOx 센서라도 될 수 있다.
도 3은 도 1 및/또는 2의 추가 변형예를 나타내는데, 여기서 우회 관(4)에서 나온 배기는 SCR 반응기(10)의 상류에서 다시 주 배기 관(3) 안으로 들어가게 된다. 이렇게 해서, 우회 관(4)에서 나온 배기도 SCR 반응기(10)에서 정화된다. 모든 다른 특징적 부분은 도 1 및/또는 2의 특징적 부분에 대응한다.
도 4는 측정 개구(5)를 포함하는 우회 관(4)의 개략도를 나타낸다. 이 우회 관(4)은 2개의 다른 직경, 즉 제 1 위치(8)에서의 제 1 직경 및 제 2 위치(9)에서의 제 2 직경을 갖는다. 우회 관(4)에서의 이러한 용적 확대로 인해, 배기 가스가 이완되어 냉각된다. 이 냉각으로 인해, 더 낮은 온도에서 측정 개구(5)를 통과하는 배기 가스의 어떤 성분이라도 측정할 수 있고 그래서 표준적인 센서 또는 측정 장치를 사용할 수 있게 된다. 이완으로 인해 너무 낮은 온도, 예컨대 200℃ 미만의 온도로 되는 경우, 우회 관(4)은 배기를 미리 규정된 온도 보다 높은 수준으로 가열할 수 있는 온도 제어 유닛(15)을 포함한다. 이는 주로, 응축은 원하지 않는 것이고 일반적으로 200℃ 미만의 온도에서 일어나기 때문이다. 배기를 가열함으로써, 우회 관(4) 내부에서의 응축의 위험이 감소된다.
도 5는 주 배기 관(3)의 단면을 나타낸다. 이 주 배기 관(3)은 연결 관(7)에 의해 우회 관(4)에 연결된다. 연결 관(7) 모두는 주 배기 관의 수평 중간 축선 위쪽에 배치된다. 그리하여, 배기가 주 배기 관(3)으로부터 우회 관(4)으로 흐를 때 모든 연결 관(7)은 그 배기의 상향 성분을 필요로 하기 때문에, 응축물이 우회 관(4) 안으로 들어가지 않게 된다.
모든 실린더(1a)로부터 우회 관(4)으로 가는 배기의 동등한 유동을 얻기 위해, 연결 관(7)은 위에서 언급된 모든 실시 형태에서 밸브 및/또는 오리피스와 같은 제한 수단을 포함할 수 있다. 이 제한 수단은 모든 연결 관을 통과하는 동일한 배기 유동을 생성하도록 되어 있고, 그래서 필요에 따라 단면 또는 유동 용량에 있어서 유사하거나 다를 수 있다. 밸브의 경우, 모든 실린더(1a)에서 나와 연결 관(7) 및/또는 우회 관(4)을 통과하는 용적 유동은 엔진의 작동 중에 추가적으로 제어될 수 있다. 이는 특히 밸브 제어 유닛로 제어될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연 엔진(1)으로서,
    실린더의 배기 가스를 위한 실린더 출구(2)를 갖는 적어도 하나의 실린더(1a),
    각 실린더 출구(2)에 연결되는 주 배기 관(3),
    상기 주 배기 관(3)의 적어도 일부분을 우회하는 우회 관(4)을 포함하며,
    상기 우회 관(4)은 바람직하게는 주 배기 관(3) 보다 작은 용적을 가지며, 특히 우회되는 주 배기 관의 상기 일부분 보다 작은 용적을 가지며,
    상기 우회 관(4)은, 배기의 성분을 결정하기 위한 센서(6) 또는 측정 장치를 삽입하기 위한 측정 개구(5)를 포함하고, 또한 우회 관(4)은, 흐름물, 바람직하게 는 공기 흐름물이 상기 센서(6) 또는 측정 장치 상으로 안내될 수 있도록 배치되는 젯트 노즐(13)을 포함하는, 내연 엔진(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    센서(6), 바람직하게는 NOx 센서가 상기 측정 개구(5) 안으로 삽입되는, 내연 엔진(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진(1)은 적어도 2개의 실린더를 포함하며, 상기 우회 관(4)은, 각 실린더에서 나온 배기가 상기 우회 관을 통해 안내될 수 있도록 각 실린더에 연결되는 연결 관(7)을 포함하는, 내연 엔진(1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우회 관(4)은 제 1 위치(8)에서의 제 1 직경 및 제 2 위치(9)에서의 제 2 직경을 포함하고, 상기 제 2 위치(9)는 상기 제 1 위치(8)의 하류에 있고, 상기 제 2 직경은 제 1 직경 보다 큰, 내연 엔진(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은,
    배기 가스 내의 NOx의 농도를 줄이기 위한 것이고, 상기 주 배기 관(3)에 배치되는 SCR 반응기(10), 및
    상기 SCR 반응기(10)의 상류에 배치되는 적어도 하나의 환원제 주입기(11)를 추가로 포함하는, 내연 엔진(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우회 관(4), 특히 연결 관(7)은 적어도 하나의 제한 수단(12), 특히 오리피스 및/또는 역지 밸브를 포함하는, 내연 엔진(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우회 관(4)은 온도 조절 유닛(15), 바람직하게는 가열기를 포함하는, 내연 엔진(1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 출구(2)와 측정 개구, 특히 센서 또는 측정 장치 사이의 가스 유동 거리는 적어도 0.2 m인, 내연 엔진(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 관(7)은 상기 주 배기 관(3)의 수평 중간 축선 위쪽에 장착되는, 내연 엔진(1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우회 관(4), 바람직하게는 연결 관(7)은 제한 수단(17), 특히 오리피스를 포함하고, 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 제한 수단(17)은, 각각의 제한 수단(17)을 통과하는 배기 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브, 바람직하게는 오리피스 판을 포함하는, 내연 엔진(1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 엔진(1)은 적어도 2개의 실린더, 및 각 실린더에서 나와 우회 관으로 가는 유동이 동등하도록 적어도 하나의 밸브를 제어하도록 구성된 밸브 제어 유닛(18)을 포함하는, 내연 엔진(1).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제한 수단(17)은 각각의 실린더 출구(2)에 대해 동일한 위치를 가지며, 각 실린더 출구(2)와 측정 개구(5), 특히 센서(6) 사이의 유동 거리는 실질적으로동일한, 내연 엔진(1).
  13. 특히 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 내연 엔진(1)에서 배기 가스 내의 배기 성분을 측정하는 방법으로서,
    내연 엔진(1)에 있는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개의 실린더(1a)에서 연료를 연소시키는 단계;
    적어도 하나, 바람직하게는 각각의 실린더(1a)에서 나온 배기 가스를 주 배기 관(3)을 통해 안내하는 단계;
    상기 배기 가스의 일부분을 방향 전환시켜 상기 주 배기 관(3)에 평행한 우회 관(4)을 통과하게 하는 단계 - 상기 우회 관(4)은 젯트 노즐(13)을 포함함 -;
    선택적으로, 상기 우회 관(3)에서 배기 가스를 이완시키는 단계;
    측정 장치 또는 센서(6)를 사용하여 상기 우회 관(3) 내의 배기 가스의 성분의 농도를 측정하는 단계; 및
    상기 젯트 노즐(13)에서 나온 흐름물, 바람직하게는 공기 흐믈물을 상기 센서(6) 또는 측정 장치 상으로 안내하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주 배기 관(3)을 통과하는 배기 가스를 SCR 반응기(10)에 안내하는 단계; 및
    상기 SCR 반응기(10)의 상류에서 환원제를 주 배기 관(3) 내의 배기 가스 안으로 주입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102152777B1 (ko) * 2020-03-31 2020-09-07 에스티엑스엔진 주식회사 배기가스 흡입 장치
CN112211706A (zh) * 2020-10-20 2021-01-12 华南理工大学广州学院 一种尾气检测设备及控制方法
JP7541244B2 (ja) 2021-03-23 2024-08-28 株式会社デンソーウェーブ ガス燃焼器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7255098B1 (en) * 2006-04-27 2007-08-14 Caterpillar Inc. Engine emissions control system
JP4823103B2 (ja) 2007-02-27 2011-11-24 三菱重工業株式会社 ガスエンジン及びこれの失火発生時運転方法
JP2010013989A (ja) 2008-07-02 2010-01-21 Horiba Ltd 排気ガス後処理装置の評価装置
DE102009048799A1 (de) * 2009-10-08 2011-04-14 Deutz Ag Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine
JP5878860B2 (ja) * 2011-12-08 2016-03-08 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド 排気ガス浄化機能を有するターボ過給式大型2ストロークディーゼルエンジン
US9016046B2 (en) * 2012-01-02 2015-04-28 Ford Global Technologies, Llc Internal combustion engine with exhaust-gas aftertreatment arrangement and method for operating an internal combustion engine of said type
JP2013228231A (ja) 2012-04-24 2013-11-07 Isuzu Motors Ltd ガスセンサシステム
US9145818B2 (en) * 2013-06-12 2015-09-29 Deere & Company Exhaust gas sampling device
DK178097B1 (en) * 2013-10-31 2015-05-18 Man Diesel & Turbo Deutschland A combustion engine system
AT515899A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

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